Cyclone
Rachmat Boedisantoso
Cyclone
separator adalah alat yang menggunakan prinsip gaya sentrifugal dan tekanan rendah karena adanya perputaran untuk memisahkan materi berdasarkan perbedaan massa jenis dan ukuran.
Cyclone merupakan peralatan mekanis yang sederhana Cyclone mempunyai bentuk yang khas, mudah dikenal Dapat ditemukan pada beberapa industri, dalam aplikasi di industri, cycloe dapat dipergunakan sebagai berikut :
Menyisihkan pertikel relatif besar (> 20 m) Sering dipergunakan sebagai precleaner untuk alat pengendali yang lebih baik, seperti bag haouse dan electrostatic precipitator. Lebih efisien untuk menyisihkan partikulat dari pada settling chamber Penyisihan lebih dari 80%, tergantung dari diameter partikel yang akan disisihkan, volume gas dan ukuran unit
Mekanisme kerja utama cyclone
Gaya sentrifugal, aliran yang masuk akan bergerak berputar secara spiral, karena adanya gaya momentum dan inersia menyebabkan partikulat terlepas dari aliran gas dan mengenai dinding cyclone yang menyebabkan partikulat jatuh ke hopper. Gaya gravitasi, partikulat yang telah menumbuk dinding cyclone, karena berat sendiri partikulat secara gravitasi akan jatuh ke dalam hopper.
Gas atau aliran fluida diinjeksikan melalui pipa input. Bentuk kerucut cyclone menginduksikan aliran gas atau fluida untuk berputar, menciptakan vortex. Partikel dengan ukuran atau kerapatan yang lebih besar didorong ke arah luar vortex. Gaya gravitasi menyebabkan partikelpartikel tersebut jatuh ke sisi kerucut menuju tempat pengeluaran. Partikel dengan ukuran atau kerapatan yang lebih kecil keluar melalui bagian atas dari cyclone melalui pusat yang bertekanan rendah.
Gerakan spiral dari aliran gas bergerak sepanjang dinding cyclone, berputar beberapa kali secara spiral kearah bawah hingga mencapai dasar cyclone. Kemudian gerakan akan berputar kea rah berlawanan dan menuju kepusat tabung dan bergerak ke atas keluar melalui vortex.
CYCLONE
Cyclone membuat suatu gaya sentrifugal yang berfungsi untuk memisahkan partikulat dari udara kotor. Gaya sentrifugal timbul saat partikulat di dalam udara masuk ke puncak kolektor silindris pada suatu sudut dan diputar dengan cepat mengarah ke bawah seperti pusaran air. Aliran udara mengalir secara melingkar dan partikulat yang lebih berat mengarah ke bawah setelah menabrak ke arah dinding cyclone dan meluncur ke bawah.
Keuntungan dan Kerugian Cyclone
Keuntungan Cyclone : Capital
cost rendah Kemampuan untuk beroperasi pada suhu tinggi Pemeliharaannya sangat mudah
Kerugian Cyclone Efisiensi
rendah khususnya untuk partikel berukuran
kecil Biaya operasi tinggi, karena kehilangan tekanan
Cyclone banyak diterapkan pada beberapa industri, dimana penerapannya :
Pada umumnya dipergunakan untuk mengumpulkan partikel > 20 mikron, Multicyclone dapat mengumpulkan partikel berukuran 5 – 20 mikron Kadang-kadang dipergunakan sebagai pre-cleaner untuk baghouse, ESP atau scrubber Dapat dipergunakan pada berbagai industri Ukuran tergantung dari penggunaan dan disainnya
5.000 – 10.000 cfm ( 141 – 283 m3/menit) sampai 6 unit dalam satu rangkaian 25.000 – 100.000 cfm ( 707 – 2.830 m3/menit) untuk multicyclone
HYDROCYCLONE
Hydrocyclone adalah suatu alat yang berfungsi untuk memisahkan padatan atau gas dari cairan berdasarkan perbedaan gravitasi setiap komponen.
CARA KERJA
Hydrocyclone bekerja dengan cara memutar zat yang dimasukan di dalam ruang dalam yang berkontur. Material yang lebih berat dialirkan ke bawah melalui jalur spiral di sepanjang dinding ruangan, sementara material yang lebih ringan diarahkan ke ruang penampungan di bagian atas.
KEUNGGULAN HYDROCYCLONE Biaya yang dikeluarkan relatif lebih murah Tidak memerlukan sumber energi yang terpisah Biaya perawatan yang murah Mudah diterapkan dalam berbagai dunia industri Pemasangan yang cepat Kemungkinan kesalahan dalam pemasangan relatif kecil.
HYDROCYCLONE DALAM INDUSTRI
MULTICYCLONE
Ketika harus menangani volume gas dalam jumlah besar dan efisiensi tinggi maka digunakan beberapa cyclone dengan diameter kecil yang biasanya dipasang bersama membentuk multicyclone.
Multicyclone
Multicyclone Advantages:
Lebih efisien daripada single-cyclone separator (90-95%).
Multicyclone Disadvantages:
1.Cenderung terjadi penyumbatan karena diameter yang kecil. 2.Memakai tempat yang lebih besar dibanding single-cyclone.
Grafik perbandingan tipe cyclone terhadap efisiensi vs ukuran partikel
Grafik perbandingan tipe multiple cyclone terhadap efisiensi vs ukuran partikel
Bentuk-bentuk Cyclone
Dua bentuk utama dari cyclone adalah axial dan tangensial cyclone. Pada dasarnya, keduanya beroperasi dengan prinsip kerja yang sama. Namun, pada axial flow cyclones materi masuk melalui bagian atas cyclone dan dipaksa untuk bergerak membentuk sudut pada bagian atas. Pada tangential cyclones, materi masuk dari celah pada sisi yang berada pada posisi menyudut dengan badan cyclone. Axial flow cyclones lebih banyak digunakan.
Bagian-bagian Cyclone (i). Inlet Cyclone Inlet berfungsi sebagai :
Mentransformasikan
dari aliran lurus ke aliran
sirkular Ditambahkan deflektor untuk memperkecil dan mendorong aliran gas bergerak berlawanan dengan dinding
(ii). Body Cyclone
Body cyclone merupakan dimensi bagian utama cyclone, dimana : Efisiensi
penyisihan tergantung dari dimensi body (lihat gambar 7.4. dan table 7.2. dimensi standar cyclone) Cyclone yang lebih panjang jika dihubungkan dengan diameternya akan menyebabkan vortex yang lebih besar dan mengakibatkan partikulat yang terkumpul semakin banyak.
Dimensi Standard Cyclone
(iii). Sistem Pembuangan Debu.
Partikulat yang terkumpul harus dibuang melalui system pembuangan debu Partikulat yang terkumpul harus dibuang, agar tidak menghambat kinerja cyclone Manual slide gate untuk pembuangan secara periodik (lihat gambar) Rotary valve untuk pembuangan secara kontinu
Slide Gate
(iv). Outlet Cyclone
Modifikasi outlet cyclone telah dikembangkan yang bertujuan untuk meningkatkan karakteristik operasi cyclone
KEY PARAMETER
Ada 3 parameter terpenting dari sebuah cyclone dalam pemisahan berbagai jenis materi yakni: Cut diameter (dpc) Pressure drop (ΔP) Overall collection efficiency
Untuk menghitung efisiensi cyclone perlu diketahui Critical size dan cut size particles. Critical size dan cut size particles.dapat didefinisikan sebagai : Critical
size (dp), ukuran partikel terkecil yang dapat disisihkan dengan efisiensi 100% Cut size (dc), ukuran partikel terkecil yang dapat disisihkan dengan efisiensi 50%, dimana cut size diameter tergantung dari sifat gas dan partikel, ukuran cyclone dan kondisi operasi
Cut size dapat dicari dengan menggunakan rumus : 9Bc dc 2 N t i p
1 2
dengan dc Bc
Nt
10) I p
= = =
cut size lebar inlet jumlah putaran aliran gas (biasanya 5-
= = =
kecepatan masuk densitas partikel densitas gas
Cut Diameter dpc = [9µBc / 2¶Ni(ρp-ρ)]0.5
Dimana: µ = viscositas (lb/ft.s.Pa.s, kg/m.s) N = effective number of turns (5-10 untuk cyclone pada umumnya) I = inlet gas velocity, ft/s (m/s) ρp = particle density, lb/ft3 (kg/m3) ρ = gas density, lb/ft3 (kg/m3) Bc= inlet width, ft (m)
Efisiensi pengumpulan cyclone dapat dipergunakan persamaan : j
1 d pc 1 d pj
2
dengan, j dpj
= =
efisiensi untuk partikel berukuran j diameter partikel j
Hubungan antara Partikel Size dan Efisiensi
Pressure Drop adalah perbedaan tekanan dalam system cyclone, pressure drop : dalam p Umumnya untuk cyclone antara 1 – 7 in ( 2,54 – 17,78 cm) Untuk menghitung pressure drop dapat dipergunakan persamaan Dinyatakan
0,0027Q 2
p
Lc kD Bc H c Dc 2 e
1 3
Zc Dc
1 3
0,0027Q 2
p
Lc kD Bc H c Dc 2 e
1 3
Zc Dc
1 3
dimana,
p Q De Bc Hc Lc Dc Zc k
= = = = = = = = =
= =
=
pressure drop debit inlet diameter gas outlet lebar inlet tinggi inlet tinggi silinder dimeter cyclone tinggi cone faktor diskripsi tidak berdimensi untuk vanes dari cyclone tanpa vanes = 0,5 untuk vanes yang tidak mengexpand gas yang masuk dan tidak menyentuh dinding outlet = 1,0 untuk vanes yang mengexpand gas yang masuk dan menyentuh dinding outlet = 1,0
Pressure Drop ΔP = 0.0027q2 / [kcDc2BcHc(Lc/Dc)1/3(Zc/Dc)1/3]
Dimana: q = volumetric flow rate kc = a dimensionless factor descriptive of cyclone inlet vanes
OVERALL COLLECTION EFFICIENCY Ei = 1- e [-2(c)^1/(2n+2)]
Dimana: c = cyclone dimension factor = impaction parameter n = vortex exponent
Efisiensi Cyclone Efisiensi Cyclone tergantung pada: 1. Ukuran partikel Semakin besar ukuran partikel, maka efisiensi cyclone akan semakin meningkat karena berdasarkan Hukum Stokes, diameter partikel berbanding lurus dengan terminal settling velocity. 2. Diamater dari cyclone Berdasarkan gaya sentrifugal, diameter cyclone berbanding terbalik dengan gayanya, sehingga semakin kecil diameter cyclone maka semakin besar efisiensinya. 3. Viskositas dari gas Berdasarkan Hukum Stokes, semakin besar viskositas maka efisiensi cyclone semakin kecil.
Efisiensi Cyclone Con’t
4. Temperatur gas buang Temperatur gas buang akan mempengaruhi sifat dari fluida. 5. Densitas partikel Semakin besar densitas partikel maka akan semakin besar efisiensi cyclone. 6. Dust loading Semakin banyak dust loading maka akan semakin baik efisiensi karena memungkinkan terjadinya tumbukan antar partikel semakin besar. 7. Inlet velocity Semakin besar inlet velocity maka akan semakin besar efisiensi cyclone.
Stoke’s Law VtR
2 D p2 g ( p ) Vtan
18
gr
Dimana : VtR
= Terminal radial velocity
Dp
= Diameter partikel
g
= konstanta gravitasi
ρp
= densitas partikel
ρ
= densitas fluida
μ
= viskositas fluida
Vtan
= kecepatan tangensial
r
= jari-jari cyclone
Faktor-faktor yang dapat mengurangi performa dari suatu cyclone antara lain: 1. 2. 3.
Kerusakan mekanik dari cyclone Penyumbatan unit disebabkan endapan debu Penggunaan yang berlebihan, biasanya disebabkan oleh abrasi.
APLIKASI
-
Industri agrikultural: memisahkan partikel debu emisi dari pengolahan kapas, pembersihan tepung, traktor, pencampuran tepung, dan mesin-mesin agrikultural lainnya.
-
Selain itu juga digunakan dalam pemisahan endapan lumpur dari air sumur, dan pemisahan lumpur pada minyak tanah serta dalam pengumpulan karbon
Industri makanan: memisahkan gumpalan partikel memisahkan protein dan zat tepung memisahkan butiran pasir dari gula dalam jus kaleng pemurnian air yang digunakan untuk membersihkan kentang dalam industri keripik kentang.
Aplikasi Industri
1. Industri Marmer. Ex: CV. Kurnia Marmer, Padalarang 2. Industri Semen. Ex: PT Petrokimia Gresik dan
PT Indocement Tunggal Prakarsa 3. Industri agrikultural: memisahkan partikel debu emisi dari pengolahan kapas
4. dll
