KLASIFIKASI PADATAN MENGGUNAKAN ALIRAN FLUIDA

Transkripsi

1 Yogyakarta, 3 November 212 KLASIFIKASI PADATAN MENGGUNAKAN ALIRAN FLUIDA Ir. Adullah Kuntaarsa, MT, Ir. Drs. Priyo Waspodo US, MSc, Christine Charismawaty Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknologi Industri UPN Veteran Yogyakarta Jalan SWK 14 (Lingkar Utara) Condongcatur Yogyakarta kuntaarsa@yahoo.com ABSTRAK Klasifikasi merupakan salah satu contoh separasi mekanik. Klasifikasi merupakan metode pemisahan campuran mineral menjadi dua atau lebih produk berdasarkan kecepatan dengan mana butir-butir jatuh melalui medium fluida. Klasifikasi dilakukan dalam suatu alat yang disebut classifier. Tujuan dari Penelitian yang berjudul Klasifikasi Menggunakan Aliran Fluida ini adalah mempelajari distribusi umpan terhadap debit aliran untuk berbagai ketinggian pengumpanan dan uji pengaruh antar variabel yang diteliti. Dalam penelitian ini variabel-variabel yang diteliti adalah debit aliran, ukuran umpan, tinggi masukan umpan, dan massa umpan dengan batasan ukuran umpan seragam pada saat akan diumpankan namun tetap ditinjau pada ukuran yang berbeda. Penelitian ini menggunakan pasir sebagai bahan yang akan diklasifikasi dengan menggunakan aliran fluida pada suatu kolom pemisah dengan memvariasikan debit aliran, ukuran umpan, tinggi masukan umpan dan massa umpan. Dengan adanya gaya gesek dan gaya berat serta aliran fluida maka pasir akan terdorong, jatuh dan terdistribusi ke masing-masing kolom. Semakin kecil ukuran pasir akan semakin mudah terdorong ke kolom yang paling jauh dari bibir umpan, begitu pula sebaliknya semakin besar ukuran pasir semakin sulit untuk terdorong ke kolom yang paling jauh sehingga lebih banyak yang jatuh di dekat bibir umpan. Semakin besar debit aliran. Dari hasil penelitian di atas dapat dilihat variabel yang paling berpengaruh adalah ukuran pasir, dimana pasir yang ukuran butirannya lebih besar gaya dorongnya lebih kecil daripada pasir yang ukurannya lebih kecil, kemudian debit aliran, bahwa semakin besar debit aliran semakin banyak pasir yang hilang. Untuk perbedaan tinggi dan umpan masuk pengaruhnya sangat kecil karena tergantung pada ukuran pasir dan juga debit aliran. Sehingga dapat disimpulkan bahwa perbedaan massa dan perbedaan tinggi umpan pengaruhnya sangat kecil. Kondisi operasi yang optimal yaitu pada Q sebesar 1532 ml/s dengan tinggi umpan II yaitu 22 cm dari kolom pemisah. PENDAHULUAN Di dalam kehidupan sehari-hari dan dalam kegiatan industri sering kali kita jumpai berbagai macam limbah padat, mulai dari yang berbahan logam, plastik, dan sebagainya dengan berbagai macam ukuran. Oleh karena itu, kita membutuhkan alat pemisah untuk memisahksn limbah yang terdiri dari berbagai macam ukuran tersebut agar lebih mudah untuk diolah pada unit pengolahan selanjutnya. Dalam hal ini digunakan sistem klasifikasi menggunakan aliran fluida dengan air sebagai fluidanya untuk memisahkan padatan ke berbagai ukuran sedangkan sebagai padatan digunakan pasir. Alat yang digunakan berupa bak pemisah yang di dalamnya terdapat tiga kolom tempat jatuhnya padatan yang terdorong oleh aliran fluida. Bagi daerah yang sumber airnya melimpah, pemisahan menggunakan sistem seperti ini sangat menguntungkan karena biayanya sangat murah. Berdasarkan uraian di atas, dapat dirumuskan permasalahanny adalah bagaimanakah pengaruh debit aliran terhadap distribusi umpan dengan melihat massa pasir pada masing-masing kolom.. Selain itu bagaimanakah pengaruh tinggi lubang umpan dan massa terhadap distribusi umpan dengan melihat massa pasir pada masing-masing kolom. Dengan variabel yang diteliti adalah debit aliran, ukuran umpan, tinggi umpan, dan massa umpan. Namun dengan alasan keterbatasan waktu maka ukuran pasir yang digunakan seragam pada setiap kali diumpankan Adapun tujuan dari penelitian ini adalah mempelajari distribusi umpan terhadap debit aliran untuk berbagai ketinggian pengumpanan, Uji pengaruh antar variabel yang diteliti serta mengetahui kondisi operasi yang optimum A-215

2 Yogyakarta, 3 November 212 METODE Prosedur pemisahan komponen-komponen campuran dapat dikelompokkan menjadi dua golongan. Golongan pertama meliputi metode-metode, yang biasanya disebut operasi difusi yang meliputi perubahan fase atau perpindahan bahan dari satu fase ke fase yang lain. Golongan kedua meliputi metode-metode yang dinamakan separasi mekanik yang digunakan untuk memisahkan partikel zat padat atau tetesan zat cair. Salah satu contoh dari separasi mekanik yaitu klasifikasi. Klasifikasi merupakan metode pemisahan campuran mineral menjadi dua atau lebih produk berdasarkan kecepatan dengan mana butir-butir jatuh melalui medium fluida (Heiskanen, 1993). Klasifikasi dilakukan dalam suatu alat yang disebut classifier. Hal ini dapat berlangsung apabila sejumlah partikel dengan bermacam-macam ukuran jatuh bebas di dalam suatu media atau fluida (udara atau air), maka setiap partikel akan menerima gaya berat dan gaya gesek dari media. Pada saat kecepatan gerak partikel menjadi rendah (tenang/laminer), ukuran partikel yang besar-besar mengendap lebih dahulu, kemudian diikuti oleh ukuran-ukuran yang lebih kecil, sedang yang terhalus akan tidak sempat mengendap. Karena kecepatan partikel dalam medium fluida ini tidak hanya bergantung pada ukuran partikelnya, tetapi juga pada gravitasi dan bentuk partikel. Gerak partikel di dalam fluida, terbagi menjadi : 1. Free Settling Pengendapan bebas mengacu pada mengendapnya partikel di dalam fluida yang volumenya hampir sama dengan volume partikel, sehingga kerumunan partikel diabaikan. Periode jatuh dengan kecepatan tetap, yang berpengaruh hanya gaya gravitasi. 2. Hindered Settling Pengendapan hambatan berlaku ketika sistem mulai berkelakuan sebagai cairan kental, yaitu saat kandungan padatan dalam pulp bijih meningkat, sehingga partikel semakin ramai dan kecepatan jatuhnya menjadi berkurang. (Brown, 1978) Klasifikator gravitasi memiliki prinsip kerja yang mirip seperti sedimentasi, yaitu berdasarkan gaya gravitasi. Pada tahap pertama klasifikator dialiri dengan fluida, dalam hal ini fluidanya berupa cairan yaitu air, kemudian material yang akan dipisahkan dibiarkan bercampur dengan fluida sehingga terfluidisasi. Dengan adanya gaya gesek dan kecepatan alian fluida, material yang ada dalam fluida bergerak, kemudian dengan adanya gaya gravitasi material tersebut akan jatuh ke tangki pemisah sesuai dengan ukurannya, diharapkan material yang lebih berat jatuh pada kolom pertama, yang lebih ringan dikolom kedua, dan paling ringan dari semuanya dikolom ketiga. (Robin Smith, 1976) Mekanisme pada klasifikator gravitasi dapat dijelaskan dengan teori gerak partikel padat dalam fluida, jika butir padat seberat M gram jatuh bebas dengan kecepatan V cm/s relatif terhadap fluida dimana densitas padatan dan densitas fluida dicari, maka partikel tersebut mengalami tiga macam gaya yaitu: 1. Gaya gravitasi Fg = mg... (1) dimana : Fg = gaya gesek, (lbft/ s²) m = massa parikel, (lb) g = kecepatan gravitasi, (ft/s²) 2. Gaya apung Fb = (m..g)/ s = V s..g... (2) dimana : Fb = gaya apung, (lbft/ s²) m = massa partikel, (lb) g = kecepatan grvitasi, (ft/s²) v s = kecepatan padatan, (ft/s) ρ = densitas, (lb/cuft) ρ s = densitas, (lb/cuft) 3. Gaya gesekan/ drag force berlawanan arah dengan gerak benda A-216

3 Yogyakarta, 3 November 212 Fd = (Cd.V 2..A) / 2....(3) dimana : Fd = gaya gesek, (lbft/ s²) Cd = koefisien gaya gesek v = kecepatan padatan, (ft/s) A = luas penampang aliran, (ft²) ρ = densitas, (lb/cuft) Ketiga gaya pada partikel diatas dapat dijelaskan sebagai berikut: Gambar 1. Gerak jatuh bebas partikel dalam fluida Gambar 2. Gaya Jatuh Umpan Gaya jatuh umpan dapat dijelaskan dengan melihat gambar II.2 dimana gaya-gaya yang ada meyebabkan umpan terdorong dan jatuh bahkan dapat jatuh jauh dari bibir umpan. Ketika kesetimbangan dicapai antara gaya gravitasi dan gaya hambatan fluida, partikel mencapai kecepatan ujung dan kemudian jatuh pada angka yang seragam. Semua hambatan terhadap gerakan bergantung pada gaya geser atau viskositas fluida dan oleh karena itu disebut hambatan viskos. Pada kecepatan tinggi, hambatan utamanya bergantung pada pemindahan fluida oleh partikel dan hambatan viskosnya kecil; hal ini disebut sebagai hambatan turbulensi. Pemisah sangat utama memiliki kolom penyortiran di mana fluida meningkat pada kecepatan yang sama. Partikel yang masuk ke kolom penyortiran ini akan tenggelam atau mengapung tergantung dari apakah kecepatan ujung partikel ini lebih atau kurang dari kecepatan fluida yang meningkat itu. Jika kecepatan ujung partikel kurang dari kecepatan fluida, dinamakan overflow; jika kecepatan ujungnya lebih dari kecepatan fluida, dinamakan produk underflow. Dalam aliran dua fasa padat cair, ukuran partikel yang besar-besar mengendap lebih dahulu, kemudian diikuti oleh ukuran-ukuran yang lebih kecil, sedang yang terhalus akan tidak sempat mengendap. Penelitian ini akan dilakukan secara eksperimental di dalam laboratorium. Rangkaian penelitian akan dilaksanakan secara bertahap meliputi garis besar kegiatan sebagai berikut: 1. Perancangan rangkaian alat pemisah, 2. Penyiapan bahan, 3. Pemisahan bahan dengan aliran fluida, Bahan: pasir dan air A-217

4 Yogyakarta, 3 November 212 Gambar 3. Rangkaian Alat Keterangan: 1. Bak Penampung Air 2. Pompa 3. Kran (a, b, c, d, e, f) 4. Bahan Isian 5. Kolom Pemisah 6. Kran By pass PEMBAHASAN Gambar 4 Alur Kerja Hasil penelitian ditampilkan pada tabel-tabel di bawah ini yang kemudian plotkan ke dalam grafik hubungan antara debit dan massa pasir (cara memperoleh Q dapat dilihat lebih lanjut pada lampiran) : 1. Ukuran bahan : lolos 16 mesh tertahan 3 mesh Massa bahan : 1 gr A-218

5 Yogyakarta, 3 November 212 Tabel 1. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan I Kolom , , ,5 Kolom ,5 Kolom , Total 1 8,5 77,5 74, Hilang 19,5 22,5 25, Tabel 2. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan II Kolom 1 74,5 73, Kolom 2 22, Kolom ,5 Total 1 97, ,5 Hilang 2, ,5 Tabel 3. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan III Kolom , Kolom ,4 22, Kolom Total ,9 83, Hilang 8 8,1 16, Kolom 1 Kolom 2 Kolom 3 Gambar 5 Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan I Gambar 6 Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan II A-219

6 Yogyakarta, 3 November Gambar 7. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan III Dari ketiga grafik di atas dapat dilihat gejala semakin besar debit alirannya semakin banyak pasir yang hilang, hal ini dapat dilihat pada kurva total pasir yang terakumulasi. Sedangkan untuk terdistribusinya pasir ke masing-masing kolom lebih banyak pasir yang jatuh ke kolom pertama hal ini disebabkan karena ukuran partikel yang lebih besar sehingga hanya sebagian saja yang terdorong ke kolom kedua dan sedikit ke kolom ketiga. Dan untuk perbedaan tinggi umpan masuk dan massa, pengaruhnya sangat kecil hubungannya dengan ukuran dari pasir tersebut dan ketiga grafik memperlihatkan kecenderungan yang sama meski tingginya berbeda. Dan kondisi operasi yang optimal yaitu pada Q sebesar 1532 ml/s dengan tinggi umpan II yaitu 22 cm dari kolom pemisah dan pasir yang hilang sebesar 4 gram. 2. Ukuran bahan : lolos 1 mesh tertahan 2 mesh Massa bahan : 1 gr Tabel 4. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan I Kolom ,5 15 Kolom , ,7 31,5 25 Kolom , Total 84 84, , Hilang 16 15, , Tabel 5. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan II Kolom 1 27, ,4 17,7 11,5 Kolom 2 33,9 28,5 3, ,5 Kolom ,5 2,5 24 Total 71,2 65,5 65,3 66,9 63,2 59 Hilang 28,8 34,5 34,7 33,1 36,8 41 Tabel 6. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan III Kolom , ,5 Kolom , ,8 2 Kolom Total 73 61, ,8 56,5 Hilang 27 38, ,2 43,5 A-22

7 Yogyakarta, 3 November Gambar 8. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan I Gambar 9. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan II Gambar 1. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan III Dari ketiga grafik di atas dapat dilihat gejala semakin besar debit alirannya semakin banyak pasir yang hilang, hal ini dapat dilihat pada kurva total pasir yang terakumulasi. Sedangkan untuk terdistribusinya pasir ke masing-masing kolom lebih banyak pasir yang jatuh ke kolom kedua dan ketiga hal ini disebabkan karena ukuran partikel yang lebih kecil sehingga banyak terdorong ke kolom kedua dan ketiga daripada yang jatuh ke kolom pertama. Dan untuk perbedaan tinggi umpan masuk, pengaruhnya sangat kecil hubungannya dengan ukuran dari pasir tersebut dan ketiga grafik memperlihatkan kecenderungan yang sama meski tingginya berbeda. Dan kondisi operasi yang optimal yaitu pada Q sebesar 1532 ml/s dengan tinggi umpan II yaitu 22 cm dari kolom pemisah dan pasir yang hilang sebesar 34,7 gram. 3. Ukuran bahan : lolos 16 mesh tertahan 3 mesh Massa bahan : 2 gr A-221

8 Yogyakarta, 3 November 212 Tabel 7. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan I Kolom ,5 128,5 124 Kolom ,5 2 Kolom ,5 13, Total , Hilang 3 12, Tabel 8. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan II Kolom 1 158, ,5 135,5 125 Kolom 2 38, , ,5 18 Kolom , ,5 Total , ,5 Hilang , ,5 Tabel 9. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan III Kolom ,5 163, ,5 Kolom , ,5 Kolom ,5 Total 2 196,5 194,5 191, ,5 Hilang 3,5 5,5 8, , Gambar 11. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi pada Tinggi umpan I Gambar 12. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan II A-222

9 Yogyakarta, 3 November Distribusi umpan(g) Gambar 13. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan III Dari ketiga grafik di atas dapat dilihat gejala semakin besar debit alirannya semakin banyak pasir yang hilang, hal ini dapat dilihat pada kurva total pasir yang terakumulasi. Sedangkan untuk terdistribusinya pasir ke masing-masing kolom lebih banyak pasir yang jatuh ke kolom pertama karena ukuran partikel yang lebih besar umpan, yang menyebabkan gaya dorong yang terjadi sangat kecil. Dan untuk perbedaan tinggi umpan masuk dan massa pengaruhnya sangat kecil hubungannya dengan ukuran dari pasir tersebut dan ketiga grafik memperlihatkan kecenderungan yang sama meski tingginya berbeda. Dan kondisi operasi yang optimal yaitu pada Q sebesar 1532 ml/s dengan tinggi umpan II yaitu 22 cm dari kolom pemisah dan pasir yang hilang sebesar 12 gram. 4. Ukuran bahan : lolos 1 mesh tertahan 2 mesh Massa bahan : 2 gr Tabel 1. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan I Kolom ,7 23 Kolom 2 82, ,7 74,8 66,5 63 Kolom ,8 Total 189, ,7 15,8 143,2 136,8 Hilang 1, ,3 49,2 56,8 63,2 Tabel 11. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan II Kolom 1 38,5 39, ,5 16,5 Kolom ,9 59,7 55,8 52,5 Kolom , Total 158, ,9 141,7 134,3 129 Hilang 41, ,1 58,3 65,7 71 Tabel 12. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan III Kolom , Kolom 2 53, Kolom 3 42,2 45, ,8 49,5 48 Total , ,1 17,5 16 Hilang 49 77,5 93 9,9 92,5 94 A-223

10 Yogyakarta, 3 November Gambar 14. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan I Gambar 15. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan II Gambar 16. Hubungan Debit Aliran Vs Distribusi Pasir pada Tinggi umpan III Dari ketiga grafik di atas dapat dilihat gejala semakin besar debit alirannya semakin banyak pasir yang hilang, hal ini dapat dilihat pada kurva total pasir yang terakumulasi. Sedangkan untuk terdistribusinya pasir ke masing-masing kolom lebih banyak pasir yang jatuh ke kolom kedua dan ketiga hal ini disebabkan karena ukuran partikel yang lebih kecil sehingga gaya dorong yang terjadi lebih besar. Dan untuk perbedaan tinggi dan massa umpan masuk pengaruhnya sangat kecil hubungannya dengan ukuran dari pasir tersebut dan ketiga grafik memperlihatkan kecenderungan yang sama meski tingginya berbeda. Dan kondisi operasi yang optimal yaitu pada Q sebesar 1532 ml/s dengan tinggi umpan II yaitu 22 cm dari kolom pemisah dan pasir yang hilang sebesar 56,1 gram. PEMBAHASAN Dari hasil penelitian di atas dapat dilihat variabel yang paling berpengaruh adalah ukuran pasir, dimana pasir yang ukuran butirannya lebih besar gaya dorongnya lebih kecil daripada pasir yang A-224

11 Yogyakarta, 3 November 212 ukurannya lebih kecil, kemudian debit aliran, bahwa semakin besar debit aliran semakin banyak pasir yang hilang. Untuk tinggi dan massa umpan masuk pengaruhnya sangat kecil karena tergantung pada ukuran pasir dan juga debit aliran. Sehingga dapat disimpulkan bahwa penambahan massa dan perbedaan tinggi umpan pengaruhnya sangat kecil. Dan kondisi operasi yang optimal yaitu pada Q sebesar 1532 ml/s dengan tinggi umpan II yaitu 22 cm dari kolom pemisah. KESIMPULAN Dari hasil penelitian di atas dapat dilihat disimpulkan: 1. Variabel yang paling berpengaruh dalam klasifikasi padatan menggunakan aliran fluida ini adalah ukuran pasir dan debit aliran Semakin besar debit aliran semakin banyak pasir yang hilang. 2. Untuk perbedaan massa dan perbedaan tinggi umpan masuk pengaruhnya sangat kecil. 3. Kondisi operasi yang optimal yaitu pada Q sebesar 1532 ml/s dengan tinggi umpan II yaitu 22 cm dari kolom pemisah. DAFTAR PUSTAKA Brown, G.G., 1978, Unit Operation, 14 th Printing, John Willey and Suns.inc, New York. Mc Cabe, W.L and Smith, J.,1976, Unit Operation of Chemical Engineering, International Student Ediyion, Mc Graw Hill, Kogajuba, Tokyo. Perry, H.R. and Dun Green, 1973, Perry s Chemical Engineer s Handbook 6 th edition, Mc Graw Hill Book Company Inc., New York. Smith, Robin., 1976., Chemical Process Design, Mc Graw Hill.inc, New York. A-225