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 partikel-partikel 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.

CycloneAnimation.gif

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

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

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.

Multicyclone

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 :

dengan dc = cut size

Bc = lebar inlet

Nt = jumlah putaran aliran gas (biasanya 5-10)

I = kecepatan masuk

p = densitas partikel

= densitas gas

2

1

2

9

pit

cc

N

Bd

Cut Diameter

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)

dpc = [9µBc / 2¶Ni(ρp-ρ)]0.5

Efisiensi pengumpulan cyclone dapat

dipergunakan persamaan :

dengan,

j = efisiensi untuk partikel berukuran j

dpj = diameter partikel j

2

1

1

pj

pc

j

d

d

Hubungan antara Partikel Size dan Efisiensi

Pressure Drop adalah perbedaan tekanan

dalam system cyclone, pressure drop :

Dinyatakan dalam p

Umumnya untuk cyclone antara 1 – 7 in ( 2,54

– 17,78 cm)

Untuk menghitung pressure drop dapat

dipergunakan persamaan

3

1

3

1

2

20027,0

c

c

c

ccce

D

Z

D

LHBkD

Qp

3

1

3

1

2

20027,0

c

c

c

ccce

D

Z

D

LHBkD

Qp

dimana, p = pressure drop

Q = debit inlet

De = diameter gas outlet

Bc = lebar inlet

Hc = tinggi inlet

Lc = tinggi silinder

Dc = dimeter cyclone

Zc = tinggi cone

k = 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

Dimana:

q = volumetric flow rate

kc = a dimensionless factor descriptive

of cyclone inlet vanes

ΔP = 0.0027q2 / [kcDc2BcHc(Lc/Dc)

1/3(Zc/Dc)1/3]

OVERALL COLLECTION EFFICIENCY

Dimana:

c = cyclone dimension factor

= impaction parameter

n = vortex exponent

Ei = 1- e [-2(c)^1/(2n+2)]

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

gr

VgDV

pp

tR

2

tan

2

18

)(

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. Kerusakan mekanik dari cyclone

2. Penyumbatan unit disebabkan endapan debu

3. 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