TUGAS PERANCANGAN ALAT PROSES

“Hydrocyclone for solid Clasification”

KELOMPOK 3

KELAS C

AHMAD ZAKI (1207121266)

BENNY AHMADI (1207121320)

CHARISMAYANI (1207121300)

DEWI KUSUMA N (1207121308)

NURHASANAH (1207121306)

DOSEN PEMBIMBING :

ZULFANSYAH, ST. MT

PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS RIAU

2015

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kami panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Kuasa

karena atas berkat dan rahmat karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan makalah

yang berjudul “Hydrocyclone for solid Clasification” tepat pada waktunya. Tugas

ini ditujukan untuk memenuhi tugas mata kuliah Perancangan Alat Proses.

Pada kesempatan ini tidak lupa penulis sampaikan terima kasih kepada

Bapak Zulfansyah, ST. MT yang telah memberikan bimbingan dan arahan dalam

penulisan makalah ini.

Kami menyadari bahwa makalah ini masih banyak kekurangan dan

kelemahannya, baik dalam isi maupun sistematika penulisannya. Hal ini

disebabkan oleh keterbatasan pengetahuan dan wawasan kami. Oleh sebab itu,

kami sangat mengharapkan kritik dan saran yang dapat menyempurnakan makalah

ini.

Akhirnya, kami mengharapkan semoga makalah ini dapat memberikan

manfaat, khususnya bagi kami dan umumnya bagi pembaca.

Pekanbaru, 27 Mei 2015

Penyusun

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam perekonomian Indonesia, komoditas kelapa sawit memegang

peranan yang cukup strategis karena komoditas ini mempunyai prospek yang

cerah sebagai sumber devisa. Di samping itu, minyak sawit merupakan bahan

baku utama minyak goreng yang banyak dipakai di seluruh dunia, sehingga

perusahaan minyak kelapa sawit ini mampu menciptakan kesempatan kerja yang

luas dan meningkatkan kesejahteraan masyarakat. Indonesia bukan satu-satu

negara yang memiliki industri pengolahan kelapa sawit, negara Malasyia juga

merupakan negara yang juga memiliki industri pengolahan kelapa sawit dan juga

merupakan saingan dari Indonesia. Oleh sebab itu perkembangan teknologi pada

industri pengolahan kelapa sawit mutlak harus dilakukan secara berkala di

Indonesia untuk dapat menghasilkan hasil olahan yang lebih baik lagi dan dapat

menghasilkan kapasitas olahan yang lebih banyak lagi. Langkah sederhana yang

dapat dilakukan ialah peningkatan efisiensi kerja dari mesin-mesin produksi yang

ada di pabrik-pabrik pengolahan.

Hydrocyclone merupakan salah satu mesin produksi CPO (Crude Palm

Oil) pada stasiun pengolahan biji. Hydrocyclone berfungsi untuk memisahkan inti

dengan cangkang. Prinsip kerjanya dengan menggunakan gaya sentrifugal,

terjadinya pemisahan berdasarkan atas adanya perbedaan densitas. Hydrocyclone

banyak digunakan sebagai alat pemisah karena konstruksi dari hydrocyclone yang

sederhana, cara pemakaian yang mudah, biaya perawatan yang minim. Seiring

perkembangan teknologi maka diperlukan perbaikan ataupun pengembangan lebih

lanjut mengenai hydrocyclone tersebut.

Dengan demikian, dibutuhkan pembelajaran lebih lanjut mengenai

hydrocyclone ini agar kerja yang dihasilkan oleh hydrocyclone ini dapat berjalan

maksimal.

1.2 Tujuan

1. Untuk mengetahui mekanisme pemisahan padatan dengan menggunakan

hydrocyclone ( Dense Medium Hydrocyclone )

2. Untuk mengetahui spesifikasi hydrocylone yang digunakan dalam pemisahan

padatan.

3. Untuk memberikan penjelasan tentang bagaimana cara merancanga

hydrocyclone yang digunakan dalam khusus pemisahan padatan

BAB II

ISI

3.1 Pengertian Hydrocyclone

Pada dasarnya hydrocyclone merupakan gabungan dari dua kata yaitu

hydro dan cyclone. Hydro dapat diartikan air ataupun cairan, sedangkan cyclone

dapat diartikan sebagai pusaran. Sehingga hydrocyclone diartikan sebagai pusaran

air.

Dalam penggunaanya secara nyata hydrocyclone dapat diartikan sebagai

suatu alat yang dapat memisahkan material ataupun partikel dari suatu komposisi

campuran baik berbentuk padatan dengan cairan ataupun cairan dengan cairan.

2.2 Prinsip kerja Hydrocyclone

Prinsip kerja dari hydrocyclone adalah terdapatnya kumpulan partikel dan

air yang masuk dalam arah tangensial ke dalam siklon pada bagian puncaknya.

Kumpulan air dan partikel ditekan ke bawah secara spiral (primary vortex) karena

bentuk dari siklon. Gaya sentrifugal menyebabkan partikel terlempar ke arah luar,

membentur dinding dan kemudian bergerak turun ke dasar hydrocyclone. Dekat

dengan bagian dasar hydrocyclone, air bergerak membalik dan bergerak ke atas

dalam bentuk spiral yang lebih kecil (secondary vortex) partikel yang lebih ringan

bergerak keluar dari bagian puncak hydrocyclone sedangkan partikel yang berat

keluar dari dasar hydrocyclone.

Gambar 2.1 Prinsip kerja Hydrocycl

Ada beberapa alasan mengapa hydrocyclone dipakai sebagai alat pemisah,

yaitu:

1. Biaya operaional yang relatif murah

2. Prosesnya dapat dilakukan pada satu tempat

3. Desain ataupun modelnya sederhana, berupa kombinasi konstruksi silinder

dan kerucut

4. Tidak memiliki bagian yang bergerak

5. Minim biaya perawatan

2.3 Jenis Hydrocyclone

2.3.1 Hydrocyclone tipe konvensional

Pada Hydrocyclone tipe konvensional memiliki bagian berbentuk

silinder dan bagian berbentuk kerucut. Memiliki dua jenis tipe yang berbeda

yang berdasarkan sudut kemiringannya. Tipe yang pertama memiliki sudut

kemiringan 20o – 25O, sedangkan jenis yang lain memiliki sudut > 25o

hingga 180o. Fluida dialirkan melalui dari lubang inlet bagian atas pada

silinder dan aliran tersebut menghasilkan gerakan berbentuk pusaran yang

kuat pada dinding Hydrocyclone.

Gambar 2.2 Hydrocyclone tipe konvensional

Konstruksi pada multicyclone

Pada proses klarifikasi ataupun pada proses klasifikasi untuk ukuran partikel

yang sangat kecil biasanya dipergunakan hydrocylone dalam jumlah yang banyak.

Tetapi ukuran dari hydrocyclone yang digunakan tidak sebesar hydrocyclone pada

umumnya. Hal ini dimaksudkan karena diperlukannya proses pemisahan yang

berulang-ulang dan kualitas hasil pemisahan yang sangat baik sehingga dibuatlah

konstruksi multicyclone.

Secara umum dapat dilihat terdapat 2 jenis konstruksi multicyclone yang

dapat dijumpai, yaitu : konstruksi linear dan konstruksi circular. Kedua jenis

konstruksi tersebut memiliki fungsinya masing-masing, seperti pada konstruksi

circular yang memungkinkan tiap hydrocyclone dapat terhubung dalam jumlah

banyak dimana mengelilingi satu pipa atau lubang utama sehingga panjang pipa

penghubung tiap hydrocyclone tetap sama.

2.3.2 Round Desilter Hydrocyclone

Terdiri dari 10 hingga 20 Hydrocyclone yang digabungkan secara melingkar

menjadi satu bagian. Pada Hydrocyclone ini dilengkapi dengan Shut-off

valves pada setiap konstruksinya. Sehingga memungkinkan untuk

memindahkan atau mengganti salah satu Hydrocyclone jika rusak tanpa

menganggu kinerja Hydrocyclone lainnya dan juga memudahkan operator

untuk mengawasi kinerja disetiap Hydrocyclone.

Gambar 2.3 Round Desilter Hydrocyclone

2.3.3 Inline Desilter Hydrocyclone

Terdiri dari 10 – 20 Hydrocyclone yang disusun secara pararel. Inline

Desilter Hydrocyclone biasanya digunakan pada tempat yang tidak memiliki

area yang cukup luas untuk menampung banyak konstruksi instalasi mesin.

Sehingga dapat menghemat pemakaian tempat.

Gambar 2.4 Inline Desilter Hydrocyclone

2.3.4 Hydrocyclone aliran aksial

Pada umumnya digunakan pada industri pengolahan air bersih. Berfungsi

memisahkan sisi minyak dari campuran air kemudian sisa minyak tersebut

ditampung dan dibuang.

Karateristik dari Hydrocyclone aliran aksial :

a.) Konsentrasi penyerapan minyak hingga 10.000 ppm

b.) Besar penurunan tekanan balik 2 - 3,5 bar

c.) Besar penurunan tekanan buang 4 – 7,5 bar

d.) Penurunan tekanan dapat diminimalkan dengan menambah jumlah pipa didalam

Hydrocyclone

Gambar 2.5 Hydrocyclone aliran aksial

2.4 Bagian-bagian dari Hydrocyclone

Secara umum bagian-bagian dari Hydrocyclone dapat dilihat dari gambar

berikut :

Lubang Keluar

Feed Chamber

Lubang Masuk Vortex Finder

Cone Section (Bagian Kerucut)

Tail Pipe Apex Valve (Katup keluar) (Pipa

bawah)

Lubang Keluar

Gambar 2.6 Bagian-bagian Hydrocyclone

Keterangan:

1. Lubang masuk

2. Cylindrical section

3. Vortex finder

4. Cone section

5. Lubang keluar

2.4.1 Lubang masuk (Inlet area)

Ada beberapa tipe dari lubang masuk (Inlet area), yaitu : lubang masuk tipe

involute, lubang masuk tipe ramp dan lubang masuk tipe scroll. Berbagai tipe

tersebut dimaksudkan untuk lebih memaksimalkan kinerja dari Hydrocyclone.

Dengan konstruksi lubang masuk dengan tipe involute, lubang masuk tipe ramp

dan lubang masuk tipe scroll dapat mengurangi efek dari turbulensi yang terjadi

disekitar dinding lubang masuk dan daerah antara lubang masuk dengan cylinder

section.

Gambar 2.7 Beberapa tipe dari lubang masuk (Inlet area)

2.4.2 Cylindrical section

Pada dasarnya diameter dari cylindrical section memilki diameter

sebesar diameter dari Hydrocyclone . Konstruksi dari cylindrical section

yang panjang dimaksudkan untuk memperbesar kapasitas dan juga

mengurangi dari kecepatan tangensial. Besar kecilnya dari konstruksi

dari cylindrical section dapat mempengaruhi besarnya tekanan.

Gambar 2.8 Beberapa tipe dari cylindrical section

2.4.3 Vortex finder

Pada umumnya besar dari vortex finder 20 - 45 % dari diameter

Hydrocyclone. Besar dari vortex finder dapat kualitas pemisahan yang

dihisap.

2.4.4 Cone section

Besar sudut pada cone section didasarkan pada jenis pemakaiannya. Pada

cone section besudut 20° merupakan standar pemakaian pada industri

pertambangan mineral. Sedangkan untuk Hydrocyclone yang memiliki

bagian bawah datar diperuntukan untuk pemisahan material-material

berstruktur kasar.

Gambar 2.9 Beberapa tipe dari cone section

2.5 Hydrocyclone pada industri kelapa sawit

Digunakan pada stasiun pengolahan inti. Hydrocyclone berfungsi

untuk memisahkan antara inti dengan cangkang. Adapun proses

pengolahan dari kelapa sawit hingga mencapai pada proses pemisahan

menggunakan hydrocyclone terdiri dari beberapa tahapan yaitu:

Fresh FriutBunch

Sterilization

Digestion

Pressing Depericarper

Silo Drier

NutCracker

CrackedNut Blower

Hydrocyclone

KernelDrier

KernelStorage

Gambar 2.10 Tahapan proses pengolahan hingga mencapai hydrocyclone

2.5.1 Proses kerja unit Hydrocyclone

Campuran cangkang dan inti yang keluar dari separating coloum

dimasukan kedalam bak 1, lalu oleh pompa hydrocyclone (P1) dipompakan

kedalam hydrocyclone (H1), campuran ini akan diputar oleh gaya sentrifugal,

inti yang mempunyai berat jenis lebih kecil berkumpul ditengah cyclone lalu

melalui vortex finder keluar ke sebelah atas.

Inti yang bercampur dengan air ini kemudian masuk ke dewatering

screen untuk memisahkan air, selanjutnya inti secara teratur banyaknya (atau

diatur water lock) masuk ke kernel transport fan untuk dimasukan ke

pemeraman inti (kernel bin) melalui saringan kernel sterilizer. Sedangkan

cangkang yang mempunyai berat jenis besar akan berkumpul dibagian pinggir

cyclone lalu keluar dari bawah bersama air ke bak 2.

Produk pada bak 2 masih terdapat inti bercampur cangkang. Campuran

ini dipompakan oleh pompa hydrocyclone (P2) dipompakan ke hydrocyclone

(H2) proses pemisahan disini sama dengan pada hydrocyclone (H1). Inti

keluar sebelah atas pipa melalui vortex finder masuk kembali ke bak 3.

Proses pada bak 3 mengandung sedikit inti. Campuran ini dipompakan

oleh pompa hydrocyclone (P3) dipompakan ke hydrocyclone (H3), proses

pemisahan disini sama dengan pada hydrocyclone (H1) dimana cangkang akan

keluar ke shall dewatering screen, selanjutnya secara teratur (diatur water

lock) masuk ke shall transport fan untuk direbus ke

Gambar 2.11 Skema kerja unit hydrocylone

shall hopper sebagai bahan bakar ketel. Inti akan keluar melalui pipa dari

atas dan masuk ke bak 2. Inti kemudian dibawa ke kernel dryer untuk

dikeringkan dan disimpan di kernel storage[4].

2.5.2 Bagian-bagian unit Hydrocyclone

Alat ini terdiri dari :

a. Tabung pemisah (Hydrocyclone) yang dilengkapi dengan pompa

pengutip (vortex Finder) dan konus dibawahnya.

b. Bak penampung

a. Tabung pemisah (Hydrocyclone)

Alat ini bekerja bersarkan karena gaya senrtifugal yang di timbulkan oleh

aliran air yang membentuk pusaran (vortex). Akibat gaya sentrifugal yang

di timbulkan oleh aliran vortex maka Inti kelapa sawit yang memiliki

massa jenis 1080 kg/ akan berada pada pusat pusaran sedangkan

cangkang kelapa sawit yang memiliki massa jenis 1300 kg/ akan

terlempar hingga ke dinding hydrocyclone.

Gambar 2.12 Proses pemisahan di dalam tabung

Kapasitas aliran masuk pada saluran inlet:

Q =v

( 2.5.2-1)A

dimana: Q = kapasitas aliran (kg/s)

v = kecepatan aliran (m/s)

A = luas penampang (m2)

Dimana kecepatan aliran dapat diperoleh dari :

v = 4Q

π ⋅ds 2

di= diameter pipa inlet (m)

sedangkan laju aliran massa dapat ditentukan dari:

m = ρ ⋅Q

Gaya-gaya yang terjadi (Coulson,1986):

FC = m ⋅aC

atau dapat di tulis

FC = m ⋅r

⋅ω2 dimana: FC = gaya sentrifugal

m = massa benda yang mengalami gaya sentrifugal

= kecepatan sudut

aC = percepatan sudut

Jika :

ω =

v

r

v = kecepatan tangensial (m/s)

Jika kecepatan rotasi dinyatakan dalam N rpm:

ω = 2 ⋅ π ⋅ N60

( 2.5.2-2)

( 2.5.2-3)

(2.5.2-4)

(2.5.2-5)

(2.5.2-6)

Perbandingan gaya gravitasi dan gaya sentrifugal (Coulson,1986):

Gaya gravitasi: F = m ⋅ g (2.5.2-7)

F r ⋅ω2 r 2 ⋅ π ⋅ N 2Perbandingan: C = = = 0,001118rN 2

Fg g 60g

aC= 0,001118rN

2

g

Maka gaya sentrifugal yang di alami oleh inti adalah :

F = m ⋅r ⋅ω2 (2.5.2-8)C1 1 1

dimana : FC1 = gaya sentrifugal yang dialami oleh inti

m1 = massa dari inti

r1 = jarak terlemparnya inti dari pusat pusaran

Dan gaya yang dialami oleh cangkang adalah :

F= m

2

⋅r ⋅ω2 (2.5.2-9)C 2 2

dimana : FC 2

m2

r2

= gaya sentrifugal yang dialami oleh cangkang

= massa dari cangkang

= jarak terlemparnya cangkang dari pusat pusaran

b. Bak penampung

Bak penampung campuran hasil pemisahan yang dilakukan oleh

tabung pemisah (hydrocylone), yang dilengkapi dengan dewatering

drum. Hasil pemisahan yang dikeluarkan hydrocylone melalui pipa

bawah akan masuk ke dalam bak ini yang selanjutnya akan dibawa

keluar oleh shall transport fan untuk dibawa ke proses selanjutnya

untuk direbus ke shall hopper sebagai bahan bakar ketel[4].

Gambar 2.13 Jalur distribusi inti dan cangkang

2.6 Kecepatan settling sentrifugal

Kecepatan settling sentrifugal atau kecepatan pengendapan sentrifugal

ditinjau dari sebuah sebuah partikel berdiamater Dp, berotasi pada jari-jari = r,

maka gaya sentrifugal seperti perilaku gerak partikel dalam fluida, tetapi gaya

gravitasi diganti dengan gaya sentrifugal[1]. Adapun kecepatan settling

sentrifugal dapat dilihat pada persamaan 2.6-1 (Coulson,1986).

v = vv 2 (2.6-1)t

grgt T

vgt = gravitational terminal velocity (m/s)

vt = kecepatan tangensial (m/s)

Gambar 2.14 Variasi kecepatan tangensial dan kecepatan

radial [Ter linden, Inst.page165.(1949)]

Maka, v = vr ⋅ g ⋅dout (2.6-2)v 2gt

t

Dimana: v = v (2.6-3)r 2 ⋅π ⋅r

v = kecepatan air volumetrik [massa/waktu] (m3/s)

Jika dinyatakan dalam luas penampang masuk (Ain):

v =A 2 ⋅d

out⋅ g

(2.6-4)in

π ⋅din ⋅vgt

2.7 Aliran Vortex

Vortex adalah massa fluida yang partikel-partikelnya bergerak berputar

dengan garis arus (streamline) membentuk lingkaran konsentris[7]. Gerakan

vortex berputar disebabkan oleh adanya perbedaan kecepatan antar lapisan

fluida yang berdekatan. Dapat diartikan juga sebagai gerak alamiah fluida

yang diakibatkan oleh parameter kecepatan dan tekanan. Vortex sebagai

pusaran yang merupakan efek dari putaran rotasional dimana viskositas

berpengaruh didalamnya. Sebuah vortex mewakili sebuah aliran yang garis-

garis arusnya adalah lingkaran-lingkaran sepusat (konsentris). Aliran vortex

awalnya dianggap sebagai kerugian dalam suatu aliran fluida. Belakangan ini

prinsip aliran vortex digunakan untuk pengembangan teknologi penegeboran

minyak, pemisahan partikel ataupun material padatan dengan cairan, industri

kimia dan lain sebagainya.

Pergerakan aliran fluida dapat dibedakan menjadi tiga jenis, yaitu:

1. Translasi murni atau translasi irrotasional

2. Rotasi murni atau translasi rotasional

3. Distorsi atau deformasi murni, baik angular ataupun linier

Aliran irrotasional terjadi apabila elemen fluida di setiap titik tidak

mempunyai kecepatan sudut netto terhadap titik tersebut. Sebaliknya aliran

rotasional terjadi apabila elemen fluida mempunyai kecepatan sudut netto.

Gerak vortex dapat dikategorikan sebagai dalam aliran rotasional. Vortex

digambarkan sebagai aliran yang bergerak dan berputar terhadap sumbu

vertikal sehingga terjadi perbedaan tekanan antara bagian sumbu dan

sekelilingnya.

Tetapi pada beberapa kondisi vortex juga dapat dikategorikan sebagai

aliran irrotasional. Kelihatannya agak mengherankan bahwa gerakan vortex

irrotasional. Namun demikian harus diingat kembali bahwa rotasi mengacu

pada orientasi pada elemen fluida bukan lintasan yang diikuti oleh elemen

tersebut. Jadi, untuk sebuah vortex irrotasional, jika sebuah tongkat pendek

ditempatkan di dalam medan aliran pada lokasi A, seperti pada gambar 2.16,

tongkat-tongkat itu kan berotasi selagi bergerak ke lokasi B. Salah satu

tongkat yang sesuai garis-garis akan mengikuti sebuah lintasan yang

melingkar dan berputar dengan arah berlawanan dengan arah jarum jam.

Tongkat yang lain akan berotasi searah putaran jarum jam karena sifat alamiah

dari medan aliran, di mana bagian tongkat yang terdekat dengan titik asal

bergerak cepat dari pada ujung lainya.

Gambar 2.15 Pola garis arus untuk sebuah vortex

Berdasarkan klasifikasi aliran berputar yang terjadi dalam kehidupan

sehari-hari maka aliran vortex dapat dibedakan menjadi tiga bagian, yaitu :

2.7.1 Aliran vortex Bebas

Aliran vortex terjadi walaupun tidak adanya gaya yang dilakukan pada

fluida tersebut. Karateristik dari vortex bebas adalah kecepatan tangensial dari

partikel fluida yang berputar pada jarak tertentu dari pusat vortex . Hubungan

kecepatan partikel fluida v terhadap jaraknya dari pusat putaran r dapat dilihat

pada persamaan 2.7.1-1 (Munson et al,2003).

v = Γ (2.7.1-1)2πr

dimana :

v = kecepatan tangensial fluida (m s-1)

r = jari-jari putaran partikel fluida dari titik pusat (m)

Γ = sirkulasi

Gambar 2.16 Gerakan elemen fluida dari A ke B : vortex bebas

Pada aliran vortex bebas dengan menganggap elemen air memiliki :

l = panjang elemen air

dr = ketebalan elemen air

v = kecepatan tangensial

dP = beda tekanan dari elemen air

dan aliran bebas mempunyai gaya, tekanan yang sebanding dengan aksi gaya

sentrifugal air.

dp ⋅ xl = (wl ⋅dr)v2 gr

dp = v 2 dr w gr

Dan diketahui energi keseluruhan elemen air :

E = P + v2 w gh

(2.7.1-2)

(2.7.1-3)

Didefenisikan maka:

dE = dP

+ vdv

w g

= v

2dr + vdv = v

2 drdP

gr dr w gr

dE v v dv(2.7.1-4)= + +

dr g r dr

Dalam vortex bebas, tidak ada perubahan energi melintas pada aliran lurus,

jadi persamaan diatas sama dengan nol.

v v dv= 0+ +

g r dr

v + dv = 0r dr

dv + dr

= 0

v r

Setelah diintegralkan persamaan diatas menjadi:

loge v + loge r = C (2.7.1-5)

vr = C (identik dengan teori kinematik fluida)

Jika digeneralisasikan, maka:

v = C (2.7.1-6)r

Jika C sama dengan konstan maka dapat diketahui kekuatan dari vortex,

nampak jelas bahwa kecepatan partikel berbanding terbalik dengan jarak dari

pusat vortex.

2.7.2 Aliran Vortex Paks

Apabila suatu gaya diberikan pada suatu fluida dengan maksud membuat

aliran fluida berputar. Hubungan kecepatan partikel fluida v terhadap jaraknya

dari pusat putaran r dapat dilihat pada persamaan 2.7.2-1 (Munson et al,2003).

v =ω ⋅r (2.7.2-1)

dimana :

ω = kecepatan sudut

r = jari-jari putaran (m)

Gambar 2.17 Gerakan elemen fluida dari A ke B : Vortex paksa

Air dalam tabung diputar dengan gaya torsi, partikel P pada permukaan

air, berjarak x pada sumbu putaran, bekerja gaya-gaya:

1. Berat partikel, arah ke bawah (W)

2. Gaya sentrifugal dengan arah menjauhi pusat putaran (FC)

3. Gaya reaksi zat cair yang mendesak partikel (R)

Bekerjanya gaya selain gaya gravitasi pada air dalam tabung menghasilkan

gaya vortex yang dikenal sebagai aliran vortex paksa. Pada putaran silinder, N

dan kecepatan sudut ψ , partikel P mempunyai sudut tangen ψ , berat partikel

W dan gaya sentrifugal FC.

Gaya sentrifugal didefenisikan sebagai berikut (Ridwan dan Siswantara,2002):

FC

= W ω

X

2

)(2.7.2-2)

g (

dimana:

ω = kecepatan sudut (rad/s)

W = berat partikel (kg)

g = gaya gravitasi (m/s2) X

= jarak dari sumbu (m)

2.7.3 Aliran Vortex Kombinasi

Aliran Vortex Kombinasi adalah vortex dengan vortex paksa pada inti

pusatnya dan distribusi kecepatan yang sesuai dengan vortex bebas pada luar

intinya. Jadi untuk sebuah votex kombinasi dapat dilihat pada persamaan

berikut (Munson et al ,2003)

vθ =ωr

dan

vθ = K

r

dimana K dan ω adalah konstanta dan r0 adalah jari-jari inti pusat.

Sebuah konsep matematika yang biasanya berhubungan dengan gerakan

vortex adalah sirkulasi. Sirkulasi didefenisikan sebagai sebuah integral garis

dari komponen tangensial kecepatan yang diambil dari sekeliling kurva

tertutup di medan aliran. Konsep sirkulasi sering digunakan untuk

mengevaluasi gaya-gaya pada terbentuk pada benda-benda yang terendam

dalam fluida yang bergerak.

Gambar 2.18 Tipe-tipe Vortex

(2.7.3-2)r > r0

(2.7.3-1)r ≤ r0

Tipe vortex 1 merupakan awal aliran air berputar di permukaan. Tipe 2

putaran air mulai menunjukkan adanya cekungan kedalam di bagian tengah

pusaran. Tipe 3 pusaran air mulai membentuk kolom udara (vortex) yang

bergerak menuju oulet. Tipe 4 kekuatan vortex mampu menarik material

apung masuk ke dalam pusaran. Tipe 5 adalah vortex dimana gelembung-

gelembung udara pecah di ujung pusat pusaran yang masuk konstruksi

silinder. Tipe 6 vortex dengan lubang udara penuh menuju outlet.

2.8 Aliran berputar dalam tabung

Sebuah tulisan yang dibuat oleh F.Chang dan V.K Dhir mengemukakan

sebuah penelitian eksperimental untuk memahami karateristik daerah turbulen

pada aliran berpusar secara tangensial dalam tabung. Profil kecepatan aksial

menunjukkan terjadinya aliran balik dibagaian tengah tabung yang mengecil

ukurannya sesuai berkurangnya intensitas putaran, kecepatan aksial minimum

didekat dinding juga berkurang sesuai berkurangnya intensitas pusaran. Profil

kecepatan tangensial menunjukkan bahwa daerah kecepatan tangensial

maksimum akan bergerak secara radial menuju tengah putaran, sesuai denagn

penambahan jarak aksial putaran dari fluida yang masuk. Aliran yang berputar

dapat dibagi dua bagian tengahnya terbentuk vortex paksa dan pada bagian

tepinya merupakan vortex bebas dengan daerah transisi diantaranya. Maka

aliran yang terbentu dalam tabung tersebut merupakan aliran vortex Rankine.

Parameter yang paling penting pada Hydrocyclone sebagai alat pemisah

adalah efisiensi pengumpulannya dan titik tekan antar unit. Efisiensi

pengumpulan Hydrocyclone ditentukan oleh kemampuannya menangkap dan

menyimpan partikel atau material dimana titik tekanan sejumlah dengan

kekuatan yang dibutuhkan unit untuk melakukan hal tersebut.

V 4

2 2W

R+1

Gaya pemisah : F = g (2.8-1)S 2

Faktor pemisah : S =

FC

= V 2(2.8-2)

W gR

dimana : W = Berat partikel (kg)

V = Kecepatan aliran (m/s) R

= Jari-jari rotasi (m)

g = Gaya gravitasi (m/s2)

Distribusi kecepatan tangensial tidak bervariasi secara signifikan terhadap

arah aksial. Perbedaan antara kecepatan tangensial dalam silinder bagian atas

dan kerucut bagian bawah tidak terjadi. Hal ini menunjukkan bahwa tidak

terjadi percepatan kecepatan dalam kerucut akibat penurunan luas penampang

kerucut. Bagaimanapun, terjadi perbedaan kecepatan tangensial pada

ketinggian yang berbeda. Kecepatan tangensial secara signifikan turun ketika

ketinggian hydrocyclone meningkat dan ini bertanggung jawab pada

rendahnya efisiensi pemisahan. Fenomena ini terjadi pada kerucut yang

panjang. Satu perkecualian adalah bahwa jika hydrocyclonenya sangat pendek

sehingga menyebabkan pipa keluar menonjol ke bagian kerucut sehingga

efisiensi dari siklon akan turun akibat aliran pintas ke pipa keluar.

Menurut Kim dan Lee lapisan batas kecepatan yang terbentuk pada

permukaan dinding siklon memegang peranan penting sebagai penghalang

deposisi partikel karena terjadinya penurunan gaya sentrifugal yang tajam di

daerah dekat dinding. Pemodelan turbulen perlu memperhitungkan difusi

turbulen dalam daerah inti aliran dan gerakan partikel di dalam lapisan batas

ini.Turbulen merupakan bentuk aliran yang berfluktuasi terhadap ruang dan

waktu. Turbulen merupakan proses yang kompleks.Aliran turbulen adalah

bagian dari disiplin ilmu mekanika fluida. Dalam analisanya, mekanika fluida

selalu menggunakan pendekatan bahwa fluida sebagai kontinum, suatu ukuran

fluida yang jauh lebih besar dari ukuran molekul, tetapi lebih kecil dari ukuran

partikel. Karakter aliran turbulen tidak ditentukan oleh jenis fluida tetapi oleh

karakter aliran itu sendiri. Turbulensi aliran pada fluida air dengan udara akan

memiliki karakter yang sama jika memiliki bilangan Reynolds yang sama.

Tegangan geser yang terjadi pada lapisan batas turbulen berasal dari viskositas

fluida/viskositas molekuler (sifat molekuler fluida) dan viskositas turbulensi

(sifat aliran).

Turbulen akan terjadi ketika gaya inersia dalam fluida menjadi sangat

dominan dibandingkan gaya viskos (dicirikan dengan tingginya Reynolds,

(Re). Nilai absolut dari bilangan Reynolds untuk turbulen selalu relatif

terhadap konfigurasi aliran. Misalnya aliran eksternal akan memiliki bilangan

Reynolds yang lebih tinggi daripada aliran internal. Tetapi nilai relatif

bilangan Reynolds aliran turbulen selalu lebih tinggi daripada aliran laminer.

Karena bilangan Reynolds merupakan rasio antara gaya inersia aliran dan gaya

gesek, pengaruh gaya inersi pada aliran turbulen jauh lebih dominan

dibandingkan dengan pengaruh gaya gesek.

2.9 Dense Media Hydrcyclone

Prinsip dan dasar dari perancangan hidrosiklon konvensional pertama

kali dipatenkan pada tahun 1891 tetapi hanya sebatas aplikasi yang signifikan

ditemukan dalam industri setelah Perang Dunia Kedua (Svarovsky, 1984).

Hidrosiklon yang sering disebut sebagai siklon (Arterburn, 1982), telah

menjadi suatu metode standar untuk mendegradasi sludge di industri mineral

sejak pertengahan 1950-an (Plitt, 1976).

Dense Media Hydrocyclone (DMH ) memisahkan partikel padat atas

dasar ukuran. Prosesnya adalah dengan menggunakan air sebagai pembawa

dan memisahkan partikel yang tidak diinginkan dengan menggunakan

magnetit atau ferosilikon dicampur dengan air sebagai pembawa.

Gambar 2.19 Dense Material Hydrocyclone

2.9.1 Test Work Procedure

Proses media padat didasarkan pada prinsip-prinsip mengapung dan

tenggelam . Percobaan pertama untuk menggunakan prinsip mengapung dengan

menggunakan westafle pada skala industri adalah Sir HenryBesssemer yang

dipatenkan sebagai proses media padat pertama pada tahun 1858 (England et al,

2002). Dalam laboratorium, batubara bersih dipisahkan dari pengotor dengan cara

merendam batubara mentah dalam cairan memiliki densitas diantara batubara

bersih dan gangue bahan (England et al, 2002).

Untuk wastafel batu bara dan analisis float, cairan organik seperti

Certigrav, atau campuran karbon tetraklorida, petroleum eter dan bromoform, atau

larutan seng klorida dalam air, bisa digunakan untuk mendapatkan pemisahan

yang hampir sempurna dari batubara dari kotoran berdasarkan densitas relatifnya.

Pengaruh ukuran dan bentuk untuk partikel yang lebih besar dari 0.5mm dapat

diabaikan (England et al, 2002).

Teknik Mengapung dan tenggelam atau HLS (Heavy Liquid Separation )

ini dilakukan karena tiga alasan utama (England etal, 2002):

Penentuan karakteristik pencucian batubara atau mineral. Evaluasi efisiensi pemisah. Untuk pengontrolan Industri

Gambar 2.20 Prinsip pemisahan pada “Dense Medium “

Kemudian, parameter yang digunakan pada analisa HLS ini adalah (England et al, 2002) :

Densitas Pemisah : titik di mana kurva melewati faktor partisi 50% danbiasanya didefinisikan sebagai densitas partisi (d50). Hal ini juga dikenal sebagai titik Cut Tromp

Ecart Probable (moyen) (EPM): didefinisikan sebagai salah satu setengah dari perbedaan antara relatif density yang sesuai dengan 75% dan 25% koordinat seperti yang ditunjukkan dalam kurva partisi ((D75 - D25) / 2).

2.9.2 Media Pemisah ( Separation Media )

Media pemisah dalam proses media yang padat merupakan media yang

ideal karena biayanya murah, bercampur dengan air, mampu penyesuaian atas

berbagai kepadatan relatif, stabil, tidak beracun, non - korosif dan rendah

viskositas (England et al, 2002). Meskipun cairan yang digunakan dalam biasanya

pada pengujian dilaboratorium, namun terlalu mahal untuk skala industri (England

et al, 2002) dan sering beracun (Wills, 1997). Medium yang digunakan sekarang

dalam semua proses sedang padat komersial seluruh dunia adalah suspensi dalam

air dari partikel padat tidak larut dari kepadatan relatif tinggi. Bubuk padat yang

biasa digunkan adalah ferosilikon atau magnetit dalam air. Ferrosilicon, juga

dikenalsebagaiFeSi,adalah digunakan untuk aplikasi kepadatan tinggi (medium

density 3.2-4.2t / m3) (Grobler et al, 2002).

Sebuah FeSi suspensi harus memiliki sebagian besar padatan dalam air

untuk mencapai kepadatan yang tinggi. Sebagai contoh, untuk mencapai

kepadatan media 4t / m3, 7 ton FeSi (kerapatan padat 7t / m3) harus ditambahkan

untuk 1m3 air untuk membuat 2m3 media berat (Grobler et al, 2002). Demikian

pula, 1 ton magnetit (density padat 5t / m3), dicampur dengan 2m3 air, akan

memberikan 2.2m3 medium heavy dengan kepadatan pulp 1.36t / m3. England et

al (2002) mencatat bahwa magnetit sekarang satu-satunya yang solid digunakan

dalam industri batubara Afrika Selatan, meskipun pasir telah digunakan di masa

lalu. Pabrik batu bara Afrika Selatan beroperasi antara 1.3t / m3 dan 2.0T / m3 cut

poin (England et al, 2002). Magnetit relatif murah dan digunakan untuk

mempertahankan densitas campuran hingga 2.5T / m3(Wills, 1997).

Ukuran partikel medium berperan penting dalam berbagai sifat media.

Semakin kasar suatu partikel, maka semakin besar risiko keluar dari padatan.

Sebuah media dari mana padatan menetap cepat dikatakan stabil. Oleh karena itu,

partikel kasar menciptakan kondisi yang tidak stabil, sedangkan partikel halus

menciptakan kondisi yang stabil (Inggris et al, 2002). Bentuk media partikel (FeSi

dan magnetit) tergantung pada proses manufaktur (milling atau atomisasi)(Grobler

et al,2002).

Stabilitas medium adalah suspensi dan dianggap sebagai non homogen

dua sistem fase - itu adalah reologi dari fase padat dalam lingkungan dibentuk

oleh fase cair. Gerakan relatif dari padatan dalam fase cair di bawah massa dan

permukaan gaya menentukan tingkat homogenitas suspensi, dan properti

menengah penting pada DMS (Grobler et al, 2002). Dengan kata lain stabilitas

suspensi media dapa tdiukur dengan lamanya waktu yang dibutuhkan untuk media

padatan untuk menyelesaikan suatu proses (England et al, 2002). Grobler et al

(2002) lebih lanjut mencatat bahwa stabilitas media menentukan gradien densitas

menengah di zona pemisahan dan dengan demikian secara langsung

mempengaruhi ketajaman pemisahan . Ukuran padatan yang halus dalam medium,

merupakan suspensi yang lebih stabil. Dan semakin rendah kepadatan relatif

dari suatu padatan, maka suspensinya lebih stabil (England et al, 2002). Sebuah

media yang ideal memiliki tinggi stabilitas yang menghasilkan kepadatan

menengah tinggi, partikel menengah halus dan kontaminasi padatan yang rendah

dari bijih slimes (Grobler etal,2002).

Reologi media (tebal dan cepat suspensi menetap) dapat digambarkan oleh

viskositas dan stabilitas. Viskositas adalah ukuran ketahanan media cairan

sementara aliran stabilitas adalah ukuran dari kecenderungan media untuk

menyelesaikan. Kedua sifat yang sangat dipengaruhi oleh parameter seperti

densitas sedang, bentuk partikel, distribusi ukuran partikel dan tingkat

kontaminasi dengan slimes. Karakteristik kental dari medium padat yang

umumnya non Newtonian (viskositas adalah fungsi dari laju geser) dan viskositas

jelas jangka (Pada tingkat geser didefinisikan) lebih disukai (Grobler et al, 2002).

Suspensi tanah halus dari konsentrasi di bawah 30% volume air

berperilaku cairan Newtonian dasarnya yang sederhana. Di atas konsentrasi ini,

bagaimanapun, suspensi menjadi non-Newtonian dan tertentu stres minimum, atau

stres hasil, harus diterapkan sebelum geser akan terjadi dan pergerakan partikel

dapat dimulai (Wills, 1997). Lebih lanjut dicatat oleh Grobler et al (2002) media

yang ideal memiliki viskositas rendah untuk memaksimalkan pemisahan dan

memompa efisiensi. Sebuah viskositas tinggi tidak diinginkan karena mengurangi

kecepatan partikel mineral yang dipisahkan, meningkatkan kemungkinan salah

penempatan dan mengurangi efisiensi pemisahan. Sebuah viskositas rendah

biasanya diperoleh untuk densitas rendah menengah, partikel kasar, partikel bulat

halus dan bersih media tidak terkontaminasi. Faktor mengendalikan viskositas

dirangkum oleh Napier-Munn dan Scott (1990):

Medium density - viskositas meningkat dengan konsentrasi padatan dan

dengan demikian dengan media density, dengan cara non linear,

peningkatan menjadi cepat di atas konsentrasi kritis tertentu.

Densitas Padatan - ini mengendalikan konsentrasi padatan yang diperlukan

untuk mencapai media tertentu massa jenis; kepadatan tinggi padatan

memerlukan konsentrasi yang lebih rendah (viskositas rendah) untuk

mencapai media tertentu.

Ukuran partikel distribusi - partikel bulat atau halus menghasilkan

viskositas rendah dari sudut atau kasar partikel.

Kontaminasi baik - kontaminan, seperti slimes dari bijih atau batubara,

biasanya meningkatkan viskositas, baik untuk padatan rendah kepadatan

dan ukuran partikel halus.

Demagnetisation - media komersial umumnya magnetik (FeSi dan

magnetit) untuk memungkinkan pemulihan dan regenerasi proses

sederhana. Perjalanan melalui magnetik pemisahan di sirkuit pemulihan

media menginduksi magnet sisa yang menyebabkan flokulasi atau

aglomerasi partikel magnetised. Efek ini umumnya meningkat viskositas.

Efeknya dapat diminimalkan dengan demagnetising atau depolarisasi

medium setelah pemulihan media.

2.9.3 Dense Media Separator ( Media pemisahan padatan )

Ada banyak varian dari DM ( Dense Media ) dan lembar aliran tetapi

prinsip tetap sama. Seperti yang telah disebutkan, campuran padat dan pemisah

sentrifugal adalah DM yang paling umum dari proses pemisahan yang digunakan.

Hanya beberapa desain DM yang sekarang digunakan secara komersial. Mandi

DM bath diklasifikasikan ke dalam kelas dua utama, bath dalam dan bath

dangkal. Bath dalam berisi lebih menengah dari bath dangkal dengan kapasitas

dinilai sama tetapi kurang rentan untuk dipengaruhi oleh selain disengaja air untuk

media (England et al, 2002). Mendalam mandi termasuk Kesempatan pasir

kerucut, Barvoys dan Tromp bath dalam. Mandi dangkal termasuk drum Wemco,

Drewboy, Teska, dan Norwalt bath.

Media pemisah padatan kini menjadi banyak digunakan dalam perlakuan

bijih dan batubara. Siklon DM memberikan gaya sentrifugal yang tinggi dan

viskositas rendah dalam medium memungkinkan banyak pemisahan halus yang

akan dicapai dibandingkan pemisah gravitasi (Wills, 1997). England et al (2002)

merangkum sejarah siklon DM sebagai berikut: Pada saat treatment pemisahan

batu bara pada media padat di Eropa loess digunakan sebagai medium padat.

Kemudian barulah dikembangkan siklon yang digunakan untuk merebut kembali

dan mengentalkan suspensi loess. Pada kesempatan ketika siklon pengental di

tambang Maurits di Belanda tersumbat, overflow ditemukan diisi dengan batu

bara yang bersih dari kotoran. Pengamatan ini menyebabkan perkembangan topan

sebagai perangkat pembersih. Selama periode 1950-1980, penggunaan siklon DM

secara bertahap menjadi luas di seluruh dunia dan, selama bertahun-tahun terakhir

ini, beberapa mesin pemisah sentrifugal lain dikembangkan.

Prinsip operasi dari siklon DM dikembangkan oleh tambang negara

Belanda (DSM) yang sangat mirip dengan yang dari hidrosiklon konvensional di

mana kedua bijih dan menengah dengan prinsip gaya sentrifugal, meskipun siklon

DM memisahkan berdasarkan kepadatan (densitas) dan tidak ukuran (Bosman dan

Engelbrecht, 1997).

Umpan ke siklon DM, yang merupakan campuran bubur media padat dan

batubara / bijih, memasuki tangensial dekat bagian atas bagian silinder di bawah

tekanan, sehingga meningkatkan kuat aliran berputar-putar. Kotoran atau abu

tinggi partikel bergerak ke arah dinding di mana kecepatan aksial vektor

menunjuk ke bawah, dan dibuang melalui keran. Batubara bersih ringan (atau

mineral gangue) bergerak ke arah sumbu longitudinal dari pusat aliran di mana

biasanya ada inti udara aksial hadir dan kecepatan vektor aksial poin aliran lumpur

ke atas dan melewati melalui pusaran finder (Wang et al, 2009).

Aliran dalam siklon DM sangat rumit dengan adanya putaran turbulensi,

inti udara dan pemisahan partikel dan melibatkan beberapa fase: gas, cair,

batubara dan magnetik / non partikel magnetik dari berbagai ukuran dan

kepadatan. Biasanya, bubur termasuk air, magnetit dan konten non magnetik

disebut media (Wang et al, 2009).

Dengan kata lain, siklon DM yang menggunakan gaya sentrifugal untuk

mendapatkan kekuatan yang lebih besar yang dapat beroperasi pada partikel. Hal

ini menyebabkan "lebih berat" partikel bergerak cepat menuju dinding siklon dan

"ringan" partikel bergerak cepat menuju pusat siklon (England et al, 2002).

Besarnya gaya gravitasi dan apung yang memisahkan partikel adalah

pertimbangan utama karena mengatur kecepatan dengan mana partikel-partikel

terpisah, yang pada gilirannya menentukan kapasitas pabrik (England et al, 2002).

Dalam bath statis gaya gravitasi bersih dikurangi gaya apung dapat diberikan

sebagai:

Fg = (Mp – Mf ) g....................................................................(2.9.3-1 )

Ket :

Fg = Gaya gravitasi

Mp = Massa partikel

Mf = Massa fluida

G = Acceleration of gravity

Untuk partikel mengambang, Fg akan memiliki nilai negatif, yaitu Mf>

Mp. Untuk partikel wastafel ( tenggelam ), Mf <Mp dan nilai akan positif. Dalam

siklon DM, pemisahan kepadatan relatif hasil terutama dari pemanfaatan gaya

gravitasi dan apung. Dalam siklon DM, bagaimanapun, percepatan gravitasi

digantikan oleh percepatan sentrifugal:

Fc = (Mp – Mf)(V2/r)........................................................................(2.9.3-2)

Dimana,

Fc = Gaya sentrifugal

V = kecepatan tangensial

r = jari-jari siklon

Oleh karena itu, lebih kecil jari-jari, semakin besar gaya sentrifugal yang

bekerja pada partikel. Karena itu, partikel halus dapat dipisahkan dengan siklon

diameter yang lebih kecil. Namun, van der Walt (2002) berkomentar bahwa baik

DMS hanya akan melepas pada skala besar dengan pengembangan desain satu

tahap besar yang cocok untuk fine (-0.5mm) DMS. Single besar Unit akan lebih

praktis dan kemungkinan akan dikembangkan melalui teknologi modern seperti

CFD.

Menurut England et al (2002), DSM cocok untuk treatment batu bara dan

mineral pada rentang ukuran lebar, 80mm - 0.1mm, dengan dua kualifikasi utama:

Ukuran dari siklon diperlukan meningkat dengan ukuran atas diproses

(maksimum ukuran partikel diambil sebagai sepertiga dari diameter inlet

siklon).

Efisiensi pemisahan fraksi -4mm memburuk secara signifikan dengan

siklon besar lebih besar dari 800mm diameter. Pernyataan ini bertentangan

dengan Mengingat industri batubara Australia, di mana Sedgman saja

dipasang delapan puluh + Siklon 1000mm DM sejak tahun 1999. Selain

itu, tidak ada data operasional membuktikan bahwa Ep memburuk untuk

lebih besar siklon diameter DM, atau dari breakaway ukuran untuk besar

siklon diameter DM (Mackay et al, 2009).

Gaya sentrifugal yang bekerja pada partikel di wilayah inlet biasanya 20

kali lebih besar darigaya gravitasi di bath statis. Pada bagian kerucut dari siklon

DM, yang tangensial kecepatan yang lebih meningkat dan pada puncak itu adalah

lebih dari 200 kali lebih besar dari gravitasi (England et al, 2002).

Parameter operasi penting lainnya untuk siklon DM adalah tekanan umpan

atau tekanan di yang pulp dimasukkan ke pusaran. Tekanan pakan mengontrol

kekuatan dalam DM siklon dan, batubara, biasanya bervariasi antara 70kPa dan

105kPa. Pakan dapat diperkenalkan baik melalui pompa atau gravitasi (England et

al, 2002). Kapasitas topan meningkatkan sebanding dengan akar kuadrat dari

kepala operasi yang biasanya ditetapkan pada minimum 9 x "D", diameter siklon.

Tekanan adalah kompromi antara sistem kebutuhan daya, ukuran pompa dan

memakai, versus efisiensi pemisahan minimum yang dapat diterima

(England et al, 2002).

2.9.4 Dense Media Cyclone Developments

DSM mencatat banyak pedoman prinsip siklon DM yang digunakan

sampai hari ini. Pedoman DSM dirangkum dalam tabel 2.1.

Tabel 2.1 DSM DM cyclone slection guidelines vs current trends

Meskipun pola aliran normal dari siklon DM mirip dengan siklon

klasifikasi, pekerjaan penelitian baru-baru ini sedang dilakukan menggunakan

CFD dan model lainnya untuk menggambarkan aliran dan kinerja siklon DM

lebih akurat. Seperti disebutkan, CFD adalah Pendekatan pilihan untuk

pemodelan berdasarkan fundamental kinerja hidrosiklon. Lengkap pemodelan

aliran hydrocyclone yang melibatkan memprediksi fase kecepatan cair, bubur

profil konsentrasi, viskositas turbulen dan kecepatan slip partikel sehubungan

dengan fase cair untuk berbagai ukuran partikel sebelum memprediksi kurva

partisi. Solusinya adalah kompleks karena persamaan aliran fluida yang

mengatur adalah nonlinear, simultan parsial persamaan diferensial (Cilliers,

2000).

Berbagai publikasi tersedia menggambarkan pemodelan CFD. Suasnabar

dan Fletcher (1999) mengembangkan model Newtonian berdasarkan pendekatan

Euler-Lagnarian. Hu et al (2001) mengembangkan model untuk memprediksi

kurva partisi dari fraksi ukuran partikel yang lebih kecil dari data eksperimen tes

tracer kepadatan pada ukuran partikel besar dalam siklon DM.

Narasimha et al (2006a) digunakan Besar Eddy Simulation (LES)

ditambah dengan model campuran dan pelacakan partikel Lagrangian untuk

mempelajari pemisahan menengah dan partisi partikel batubara di DM siklon

menggunakan perangkat lunak Fluent. Nilai Ep diprediksi berasal dari simulasi

ini adalah sangat dekat dengan nilai-nilai eksperimental meskipun sedikit

penyimpangan dalam prediksi titik potong yang diamati. Narasimha et al

(2006b) juga digambarkan bahwa simulasi numerik bergolak didorong mengalir

dalam siklon DM dengan media magnetit menggunakan Lancar dapat digunakan

untuk memprediksi inti udara bentuk dan diameter dekat dengan hasil

eksperimen ketika diukur dengan tomografi sinar gamma.

Narasimha et al (2006b) mencatat bahwa model turbulensi LES dengan

Campuran model multi phase dapat digunakan untuk memprediksi udara /

antarmuka bubur akurat meskipun LES mungkin perlu grid halus.

Narasimha et al (2007b) mengembangkan simulasi fase multi turbulen

didorong aliran di DM siklon dengan media magnetit di Fasih menggunakan

1

aljabar Model slip Campuran untuk model membubarkan fase dan inti udara dan

kedua model turbulensi LES dan Reynolds Stres Model (RSM) penutupan

turbulensi. Diprediksi bentuk inti udara dan diameter yang ditemukan dekat

dengan hasil eksperimen diukur dengan tomografi sinar gamma. Narasimha et al

(2007b) selanjutnya menyimpulkan bahwa adalah mungkin untuk menggunakan

model turbulensi LES dengan ASM model multi phase untuk memprediksi

antarmuka udara / bubur akurat.

Narasimha et al (2007a) lebih lanjut mengembangkan model CFD dari

siklon DM menggunakan Lancar oleh kopling model komponen untuk inti

udara, media magnetit dan partikel batubara. Selama pengerjaan ini,

karakteristik partisi untuk siklon DM untuk partikel antara 0.5mm dan 8mm

diameter dimodelkan menggunakan pelacakan partikel Lagrangian. Untuk

pertama kalinya poros. Fenomena, di mana kurva partisi untuk ukuran yang

berbeda dari batubara melewati poros umum titik, telah berhasil dimodelkan

menggunakan CFD. Nilai-nilai Ep diprediksi oleh Lagrangian yang pelacakan

partikel yang sangat dekat dengan nilai-nilai eksperimental meskipun prediksi

titik potong menyimpang sedikit. Model CFD komprehensif ini menyediakan

alat untuk desain DM siklon baru dengan jelas keunggulan dibandingkan

pendekatan berdasarkan membangun dan uji coba desain baru eksperimental.

Simulasi numerik lanjut menggunakan software CFD Fluent dilakukan

oleh Shen et al (2009) di siklon DM kecil. Hal ini diikuti oleh model matematika

untuk menggambarkan sistem aliran di DM siklon dengan cara menggabungkan

Metode Discrete Element (DEM) dengan CFD (Chu et al, 2009a). Hal ini diikuti

oleh penelitian numerik lanjut pada 1000mm DM siklon oleh Wang et al (2009)

dan kepadatan partikel studi distribusi memanfaatkan CFD-DEM pada siklon

1000mm DM oleh Chu et al (2009b). Analisis CFD pada siklon DM besar akan

membuat perbaikan DM Siklon mungkin tanpa data eksperimen dan juga

memungkinkan pengembangan besar diameter DM siklon untuk pengobatan

benefisiasi batubara halus seperti yang diminta oleh van der Walt (2002).

2

2.10 Contoh Hydrocyclone pemisah padatan ( Desander Hydrocikcone )

2.10.1 Description

Simulasi numerik lanjut menggunakan software CFD Fluent dilakukan oleh

Shen et al (2009) disiklon DM kecil. Hal ini diikuti oleh model matematika untuk

menggambarkan sistem aliran di DM siklon dengan cara menggabungkan Metode

Discrete Element (DEM) dengan CFD (Chu et al, 2009a). Hal ini diikuti oleh penelitian

numerik lanjut pada 1000mm DM siklon oleh Wang et al (2009) dan kepadatan partikel

studi distribusi memanfaatkan CFD-DEM pada siklon 1000mm DM oleh Chu et al

(2009b). Analisis CFD pada siklon DM besar akan membuat perbaikan DM

Siklon mungkin tanpa data eksperimen dan juga memungkinkan pengembangan besar

diameter DM siklon untuk pengobatan benefisiasi batubara halus seperti yang diminta

oleh van der Walt

(2002).

Gambar 2.21 Desander Hydrocyclone

2.10.2 Specification

3

Sebagai acuan, efisiensi pemisahan meningkatkan sebagai penurunan diameter

Hydrocyclone dan meningkat kerugian head. Miniatur Hidrosiklon dapat digunakan

untuk memudahkan pengambilan sampel cairan, untuk menentukan penyaring

(termasuk Hidrosiklon lebih besar) operasi dan efisiensi dan untuk menguji kelayakan

operasi untuk masalah yang dihadapi. Setiap filter dirancang dan diproduksi untuk

mencapai standar kualitas tertinggi dan selesai.

kerugian head Direkomendasikan untuk operasi yang efektif: 3-8 psi Maksimum direkomendasikan tekanan kerja: 120 psi Tekanan Maksimum: 150 psi inlet dan outlet Air: horizontal dan vertikal Sisipan: standar pada semua ukuran kecuali 3 "dan 4" Pelindung lapisan: polyester pada lapisan seng-fosfat katup Tekanan: harus dimasukkan sebelum instalasi penyaringan jika tekanan

tidak terkontrol Tersedia ukuran: 3 ", 4", 6 ", 8", 12 ", 16", 20 ", 24" dan 30 " koneksi End: Thread (TH), Flange (FL), Groove (GR) koneksi Sedimentasi Tank:

- Thread: 3 "dan 4" ukuran- Flange: 12 ", 16", 20 ", 24" dan 30 "ukuran- Groove: 6 "dan 8" ukuran

Tabel 2.2 Laju Alir yang di Rekomendasikan

2.10.3 Operation

4

Berdasarkan prinsip centrifuge, partikel yang berputar di dinding luar Hydrocyclone dan tertarik pada bagian bawah ke dalam Sedimentasi Tank. Kecepatan di mana air mengalir melalui Hydrocyclone menentukan efisiensi di mana partikel dipisahkan dari air.

kondisi kerja normal dicapai ketika headloss pada Hydrocyclone tidak kurang dari 3 psi dengan berbagai direkomendasikan 3-8 psi.- Sebuah headloss kurang dari 3 psi akan mengurangi efisiensi pemisahan dan headloss lebih dari8 psi mungkin menyebabkan erosi meningkat.

Hydrocyclone ini dirancang untuk maksimum direkomendasikan tekanan kerja 120 psi dan tidak boleh melebihi 150 psi.

2.10.4 Installation

Menginstal dan menghubungkan Hydrocyclone vertikal dengan Sedimentasi

Tank bawah Hydrocyclone.

Perhatian khusus harus diberikan terhadap arah aliran yang benar: inlet dan outlet horisontal vertikal atas jelas ditandai dengan panah.

Pasang bola katup manual ke port siram dari Sedimentasi Tank. Periksa bahwa laju alir aktual melalui Hydrocyclone adalah dalam kisaran yang

direkomendasikan. Laju aliran yang tidak memadai akan menghasilkan kinerja berkurang.

Jika lebih dari satu Hydrocyclone diinstal, meninggalkan ruang yang cukup antara unit untuk memudahkan pemeliharaan.

manifold dirancang khusus tersedia untuk pemasangan beberapa filter. Sebuah katup tekanan harus dipasang hulu Hydrocyclone jika tekanan tidak

dikendalikan

2.10.5 Installation With Optional Automatic Flushing Kit

Menginstal katup ric terpilih pada pembukaan outlet Sedimentasi Tank.

Hubungkan controller untuk katup listrik. Masukkan baterai di dalam controller (atau plug in untuk AC) dan menutup

penutup erat. Sesuaikan controller sebagai berikut:

- Waktu Flushing untuk Tank Sedimentasi dengan 1,3-16 galon: 15-20 detik

- Waktu Flushing untuk Tank Sedimentasi dengan 32-85 galon: 30-40 detik

- Waktu antara flushings: 30-120 menit

5

- Jika air mengandung beban tinggi dari kotoran, mempersingkat waktu antara

flushings.

Gambar 2.22 Multiple Hydrocylone and Sedimentation Tank Installation

2.10.6 Sedimentation Tank Flushing

Tangki Sedimentasi dapat digunakan secara manual atau otomatis dengan pengendali irigasi atau komputer secara berkala.

Ketika katup manual diinstal, menguras Tangki Sedimentasi secara periodik sesuai dengan rekomendasi.

Tangki sedimentasi harus dikeringkan ketika 1/3 penuh Jangan biarkan Tangki sedimentasi diisi lebih dari ½ dari volume, jika pasir

tidak akan flush dengan benar. Akibatnya, pasir akan berputar, tidak memiliki tempat untuk menguras, dan menyebabkan lubang pin di leher Hydrocyclone.

2.10.7 Sedimentation Tank Periodic Cleaning

Periksa insert karet tidak dipakai atau rusak dan ganti jika perlu. Ketika memisahkan pasir, insert karet mungkin perlu diganti setiap 2-3 tahun. Ketika memisahkan lumpur, insert karet mungkin perlu diganti setiap tahun.

Tutup katup pada saluran masuk dari Hydrocyclone. Buka katup pembuangan yang terletak di bagian bawah Sedimentasi Tank untuk

melepaskan tekanan dan tiriskan. Lepaskan penutup. Hapus semua sedimen dikumpulkan di Sedimentasi Tank. Benar-benar bilas bagian dalam kosong Sedimentasi Tank. Pasang kembali penutup pada Sedimentasi Tank sehingga gasket penutup cocok

di atasnya. Gunung pengetatan braket dan mengencangkan pegangan benar.

6

2.10. 8 Maintenance

Oleskan lapisan lemak untuk menangani benang setahun sekali. Segera memperbaiki kerusakan lapisan pelindung tangki.

Gambar 2.23 Contoh Perancangan “ Desander Hydrocyclone”

2.11 Contoh Perhitungan Perancangan Dense Medium Hydrocyclone

1. Soal 1

Padatan dari slurry encer harus dipisahkan menggunakan hidrosiklon. Dimana

Densitas padatan adalah 2900 kg / m3, dan cairannya adalah air. Efisiensi pemisahan 95

persen untuk partikel yang lebih besar dari 100 um diperlukan. Suhu operasi minimum

adalah 10 oC dan maksimal 30 oC. Flow rate nya sebesar 1200 Liter / menit

Penyelesaian :

Densitas padatan = 2900 kg/m3

Pada Suhu 10 oC :

Densitas Cairan = 999,73 kg/m3

Viskositas Cairan = 1,3077 cp

Pada Suhu 30 0C :

Densitas Cairan = 995,68 kg/m3

Viskositas Cairan = 0,8007 cp

Sehingga,

Pada Suhu 10 oC (minimum ) :

7

Dari gambar 10.22 (Coulson and Richardsons, 1999), untuk efisiensi 95 % pada ukuran

partikel diatas 100 um , d50 = 64 um

Dan pada gambar 10.23 (Coulson and Richardsons, 1999) pada viskositas cairan 1,3077

cp , Dc = 110 cm

Pada Suhu 30 oC ( maksimum ) :

Pada Gambar 10.23 ( Coulson and Richardsons, 1999 ) pada viskositas cairan 0,8007

cp, Dc = 150 cm

Sehingga nilai Dc untuk perancangan Hydrocyclone ini berada antara 110 cm – 150 cm

Yang diambil, Dc = 120 cm

Dc/ 2 = 60 cm

Dc/3 = 40 cm

Dc/5 = 24 cm

Dc/7 = 17,142 cm

Dc/10 = 12 cm

Sehingga, Gambar Rancangannya adalah :

8

DAFTAR PUSTAKA

Arterburn, R A. 1982, The sizing and selection of hydrocyclones, Krebs Engineers,

MenloPark, CA, p1-19.

Bosman, J. and Engelbrecht, J. 1998, Size really counts, Multotec Process Equipment

PTY Ltd. Johannesburg

Bruce R. Munson, Donald F. Young, Theodore H. Okiishi. (2003). Mekanika Fluida

jilid II. PT. Erlangga. Jakarta.

Chu, K. W. Wang, B. Yu, A. B. Vince, A. 2009a, CFD-DEM modelling of multiphase

flow in dense medium cyclones, Powder Technology 193, 2009, p235-247.

Chu, K. W. Wang, B. Yu, A. B. Vince, A. Barnett, G. D. Barnett, P. J. 2009b,CFDDEM

study of the effect of particle density distribution on the multiphase flow and

performance of dense medium cyclone, Minerals Engineering 22, 2009,

p893- 909.

Cilliers, J. J. 2000, Hydrocyclones for particle size separation, Academic press, p1819 –

1825, Manchester, UK.

Coulson & Richardson's. (1999). Chemical Enginnering Design, vol 6, 3st, New York:

R.K. Sinnott.

England, T. Hand, P. E. Michael, D, C. Falcon, L. M. Yell, A. D. 2002. Coal

Preparation in South Africa, 4th Edition, South African Coal Processing

Society.

Grobler, J. D. Sandenbergh, R. F. Pistorius, P. C. 2002, The stability of ferrosilicon

dense medium suspensions, The Journal of the South African Institute of

Mining and Metallurgy, March 2002, Volume 102, nr 02, p83.

Hu, S. Firth, B. Vince, A. Lees, G. 2001, Prediction of dense medium cyclone

performance from large size density tracer test, Minerals Engineering, Vol.

14, No. 7, pp 741-751.

Mackay, L. Hoffman, D. Clarkson, C. Mitchell, K. 2009, The use of large diameter

cyclones, SACPS International Conference Secunda, Coal, Powering the

Future, 2009

9

Napier-Munn, T. J. Scott, I. A. 1990, The effect of demagnetisation and ore

contamination on the viscosity of the medium in a dense medium cyclone

plant, Minerals Engineering, Vol. 3. No. 6, pp 607-613, 1990.

Narasimha, M. Brennan, M. Holtham, P. N. 2007b, Prediction of magnetite segregation

in dense medium cyclone using computational fluid dynamics technique,

International Journal for Mineral Processing. 82, 2007 p41-56.

Narasimha, M. Brennan, M. S. Holtham, P. N. 2006b, Numerical simulation of

magnetite segregation in a dense medium cyclone, Minerals Engineering 19,

2006, p1034-1047.

Narasimha, M. Brennan, M. S. Holtham, P. N. Napier-Munn, T. J. 2007a, A

comprehensive CFD model of dense medium cyclone performance, Minerals

Engineering 20, 2007, p414-426.

Narasimha, M. Brennan, M. S. Holtham, P. N. Purchase, A. Napier-Munn, T. J. 2006a,

Large eddy simulation of a dense medium cyclone – prediction of medium

segregation and coal portioning Fifth International Conference on CFD in

the Process Industries, CSIRO, Melbourne, Australia

Plitt, L. R. 1976, A mathematical model of the Hydrocyclone Classifier, CIM bulletin,

December 1976, Edmonton Alta.

Ridwan, Indra Siswantara A., Suprianto.2002.Kajian Model Cyclone

Separator.KOMMIT Universitas Gunadarma hal 484 - 493

Shen, L. Hu, Y. Chen, J. Zhang, P. Dai, H. 2009, Numerical simulation of the flow field

in a dense media cyclone, Mining Science and Technology 19, 2009, p225-

229.

Suasnabar, D. J. Fletcher, C. A. J. 1999, A CFD model for dense medium cyclones,

Second International Conference on CFD in the Minerals and Process

Industries, CSIRO, Melbourne, Australia.

Svarovsky, L. 1984, Hydrocyclones, Pennsylvania, Holt, Rinehart and Winston Ltd.

van der Walt, P. J. 2002, Comment on G. J. de Korte’s ‘Dense medium beneficiation of

fine coal revisited’, The South African Institute for Mining and Metallurgy,

January/February 2003, Vol 103, nr 1, p073.

10

Wang, B. Chu, K. W. Yu, A. B. Vince, A. 2009, Numerical studies of the effects of

medium properties in dense medium cyclone operations, Minerals

Engineering 22, 2009, p931-943.

Wills, B. A. 1997, Mineral processing technology: An introduction to the practical

aspects of ore treatment and mineral recovery, Sixth edition, Butterworth

Heinemann, Oxford, p192-213 and p237-257.

11