BAB II TINJAUAN KEPUSTAKAAN
2.1 Separator Pemisahan
Separator merupakan elemen utama dalam pembahasan materi ini. Kebanyakan operasi pemisahan padat dan cair dapat diklasifikasikan sebagai
pemisahan dua macam bahan cair yang tidak bercampur atau bahan cair dengan bahan padat secara pengendapan, tergantung pada pengaruh gaya tarik bumi
terhadap sistem. Kadang – kadang pemisahan ini dapat sangat lambat oleh karena berat spesifik komponen sangat tidak berbeda nyata atau oleh karena gaya yang
menahan sistem dalam ikatan. Dengan maksud untuk meningkatkan kecepatan pemisahan gaya sentrifusi dapat dipergunakan untuk menekan perbedaan daya
terhadap sistem. Adapun pemisahan yang mempunyai sifat di dalam sistem yaitu berupa
homogen dan heterogen dengan cara pemisahan yang meliputi : 1. Jika campuran yang akan dipisahkan bersifat homogen berupa larutan,
pemisahan hanya dapat dilakukan dengan cara penambahan atau penciptaan fasa lain di dalam sistem.
2. Jika campuran bersifat heterogen, pemisahan dapat dilakukan dengan mengeksploitasi perbedaan yang sudah terdapat dalam sistem.
Pemisahan fasa-fasa campuran heterogen harus dilakukan sebelum pemisahan bagian-bagian yang homogennya dipisahkan lebih lanjut, karena
biasanya lebih mudah.
Universitas Sumatera Utara
Jenis – jenis sistem heterogen yang terdapat dalam sistem yaitu : a. uap-cair;
b. cair-cair tak saling larut; c. padat-cair;
d. padat uap; e. padat-padat.
Dalam pembahasan ini akan dibahas tentang sistem heterogen pada padat- cair .
Pemisahan heterogen dapat dilakukan dengan 4 metode utama yaitu : a. Pengendapan dan Sedimentasi;
b. Flotasi; c. Pemisahan sentrifugal; dan
d. Filtrasi penyaringan dan pengayakan.
a. Pengendapan, merupakan pemisahan cepat partikel-partikel dari suatu
fluida dengan gaya gravitasi yang bekerja pada partikel-partikel tersebut.
Sedimentasi, merupakan pemisahan partikel-partikel padat yang tersuspensi
di dalam suatu cairan dengan memanfaat-kan gaya gravitasi, menjadi cairan jernih dan lumpur berkadar padatan lebih tinggi.Terlihat pada gambar 2.1 :
Gambar 2.1. Pemisahan dan sendimentasi
Universitas Sumatera Utara
Keterangan gambar menunjukan bahwa: a. Kecepatan uap dalam drum pemisah uap-cair harus lebih kecil dari
kecepatan pengendapan tetesan cairan. b. Kecepatan pengumpanan campuran ke dalam tangki pemisah cair-cair
harus cukup kecil sehingga tetes cairan berat tenggelam dan tetes cairan ringan terapung.
c. Pada bilik pemisah padatan-udara, tinggi vertikal bilikkecepatan pengendapan partikel harus lebih kecil dari waktu tinggal udara.
b.
Flotasi
Pemisahan berdasarkan gaya berat yang mengeksploitasi sifat permukaan partikel-partikel. Gelembung-gelembung gas biasanya udara dibangkitkan di
dalam suatu cairan dan menempel pada suatu jenis partikel padat atau tetes cairan tak-larut, hingga partikel-partikel atau tetesan-tetesan termaksud
terbawa mengapung ke permukaan cairan. Dapat diterapkan untuk memisahkan campuran padat-padat maupun cair-cair. Penting dalam
pemrosesan mineral. Campuran padatan yang akan diolah harus digiling halus agar partikel-partikel zat kimia yang akan di ikatkan recovered terbebas dari
zat-zat lain.
Zat-zat kimia yang biasa dibubuhkan pada medium flotasi : 1. Modifier : utk mengendalikan pH pemisahan. Yang lazim : asam, kapur,
soda api.
Universitas Sumatera Utara
2. Kolektor : reagen tak suka air water repellent yang dibubuhkan utk
teradsorpsi secara selektif pada permukaan salah satu jenis partikel padat, hingga partikel tsb lebih hidrofobik dan cenderung menempel pada
gelembung gas.
3. Aktivator : untuk mengaktifkan afinitas permukaan suatu mineral yang
dikehendaki pada kolektor.
4. Depressant : zat yang bisa teradsorpsi pada partikel padat yang
dikehendaki tertinggal, membuatnya kurang hidrofobik dan tak mau menempel pada gelembung gas.
5. Pembuih frother : zat aktif permukaan yang dibubuhkan ke dalam
medium flotasi utk menstabilkan buih dan memperlancar pemisahan.
2.1.1 Pemisahan Secara Sentrifugal
Pemisahan sentrifugal dipilih jika pemisahan dengan gaya gravitasi terlalu pelahan, karena :
1. Massa-jenis partikel dan fluida tak jauh berbeda; atau 2. Kecepatan pengendapan kecil karena partikel terlalu kecil; atau
3. Campuran yang hendak dipisahkan membentuk emulsi yang cukup stabil.
Gambar 2.4 Pemisahan dengan gaya gravitasi
Universitas Sumatera Utara
Siklon dan hidrosiklon adalah pemisah sentrifugal paling sederhana pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 Pemisahan sentrifugal sederhana
Pada proses pemisahan yang dilakukan dengan gaya fisik yang berkerja pada partikel atau bahan cair, gaya ini termasuk gaya gravitasi, gaya sentrifusi dan
gaya kinetik yang timbul dari aliran. Partikel atau aliran dipisahkan oleh karena perbedaan reaksinya terhadap gaya-gaya tersebut, dan peralatan disusun untuk
melakukan peralatan ini. Sebagai contoh, dalam proses pengendapan atau sendimentasi, gaya yang berkerja adalah gaya gravitasi dan partikel-partikel yang
dipisahkan oleh karena perbedaan berat jenisnya serta sifat-sifat pengendapan, apabila partikel tersebut dijatuhkan melalui bahan cair.
Pemisahan dikelompokan dalam 4 kelompok yaitu penyaringan, pengendapan, klasifikasi, pemisahan sentrifusi. Penyaringan adalah pemisahan
bahan padat dari bahan cair dicapai dengan mengalirkan campuran penembus pori-pori yang cukup halus untuk menahan bahan padat akan tetapi cukup besar
Universitas Sumatera Utara
untuk melakukan bahan cair. Dalam sendimentasi , dua bahan cair yang tidak dapat bercampur yaitu bahan cair dengan bahan padat dipisahkan dengan
membiarkan bahan ini dalam keadaan seimbang di bawah pengaruh gaya gravitasi, bahan yang berat terlebih dahulu jatuh dari pada bahan yang ringan.
Proses ini mungkin merupakan proses lambat dan selalu dipercepat dengan mempergunakan gaya sentrifusi untuk menigkatkan kecepatan pengendapan,
resultante proses pemisahan ini disebut pemisahan sentrifusi.
1. Proses pemisahan secara sentrifusi
Pemisahan dua bahan cair yang tidak bercampur atau bahan cair dengan bahan padat secara pengendapan, tergantung pada pengaruh gaya tarik bumi
terhadap komponen. Kadang-kadang pemisahan ini dapat sangat lambat oleh karena berat spesifik komponen sangat tidak berbeda nyata atau karena gaya
yang menahan komponen dalam ikatan, misalnya sebagai yang terjadi dalam emulsi. Untuk meningkatkan kecepatan pemisahan gaya sentrifusi dapat
dipergunakan untuk menekan perbedaan daya terhadap komponen. Gaya sentrifugal pada partikel yang dipaksa untuk berputar melalui sebuah lorong
diberikan dengan analogi pada persamaan 2-1 yaitu :
F = m . a 2-1
Dimana : F = gaya yang terjadi pada benda
2
. dtk
m kg
Universitas Sumatera Utara
m = massa benda Kg a = percepatan benda m.s
-3
dengan;
r a
.
2
ω =
Dari persamaan 2-1 dapat diasumsikan bahwa gaya sentrifugal yang terjadi pada partikel dengan lintasan lingkaran maka didapat persamaan 2-2:
2-2 Dimana : fs
: gaya sentrifugal yang berkerja pada partikel untuk mempertahankan dalam lingkaran lorong
2
. dtk
m kg
r : jari-jari lintasan yang dilewati mm
m : massa partikel kg
ω
: kecepatan sudut partikel raddtk Oleh karena; ,
2-3
dan , 2-4
dimana :vt
: kecepatan tangensial partikel raddtk T
: waktu dtk
2
Gaya sentrifugal tergantung pada jari-jari dan kecepatan putaran pada massa partikel. Apabila jari-jari dan kecepatan putaran tetap, maka faktor yang
perlu diperhatikan adalah berat partikel, sehingga bertambah berat partikel, bertambah besar gaya sentrifugal yang berkerja pada partikel tersebut. Akibatnya
apabila dua bahan cair, yang satu dua kali lebih rapat dari yang lain, diletakkan
Universitas Sumatera Utara
dalam keranjang diputar pada sumbu tegaknya pada kecepatan yang tinggi, gaya sentrifugal per satuan isi akan dua kali lebih besar pada bahan cair yang lebih
berat daripada bahan cair yang lebih ringan. Bahan cair yang berat akan menempati lingkaran keliling bagian luar
keranjang dan bagian ini menggantikan bahan cairan yang ringan ketengah- tengah.
2.1.2 Peralatan Pemisahan
Bentuk sentrifuse yang paling sederhana terdiri dari sebuah keranjang berputar sekitar sumbu, seperti terlihat pada gambar 2.3. Bahan cair atau bahan
cair dan padat dimasukkan kedalam keranjang dan dibawah gaya sentrifugal, bahan cair yang lebih berat atau partikel padat lolos ke daerah terluar keranjang
sedangkan komponen yang paling ringan bergerak ke tengah-tengah. Apabila umpan seluruhnya bahan cair maka pipa pengumpulan yang sesuai dapat disusun
untuk membiarkan pemisahan komponen yang paling berat dan yang paling ringan. Berbagai susunan dipergunakan untuk menyelesaikan pengumpulan ini
secara efektif dan dengan gangguan terhadap pola aliran di dalam mesin semini mungkin. Untuk mendapat pengertian, fungsi susunan pengumpulan selalu lebih
menolong untuk memikirkan kerja sentrifusi sebagai analog dengan jatuh bebas, dengan berbagai bendungan dan aksi aliran berlebihan sama seperti dalam tangki
pengendapan, meskipun gaya sentrifugal jauh lebih besar dari pada gaya gravitasi. Menentukan jari-jari daerah netral sehingga pipa pemasukan dapat di
design sedemikian rupa. Dari gambar 2.3. separator yang menggambarkan keranjang sebuah sentrifuse bahan cair yang tegak dan terus menerus. Umpan
Universitas Sumatera Utara
masuk sentrifus dekat sumbu, bahan cair yang lebih berat keluar melalui lubang atas r1 dan bahan cair lebih ringan keluar melalui lubang atas r2, r1 yaitu pipa
lubang pengeluaran bahan cair yang ringan dan r2 yaitu pipa lubang pengeluaran bahan cair yang lebih ringan.yang terlihat pada gambar 2.3 :
Gambar 2.3.Separator Jadi, untuk mencari tekanan pada setiap komponen pada jari-jari r2,dan
diberikan persamaan 2-5:
g dr
dP 2
. .
2
ω ρ
= 2-5
menjadi:
g r
r P
P
rn
2 .
.
2 2
2 1
2
− =
−
ω ρ
2-6 maka;
g r
r P
P
rn
2
2 2
2 1
2
− −
=
ρϖ 2-7
Universitas Sumatera Utara
jadi;
2 2
2 1
B A
B A
n
r r
r
ρ ρ
ρ ρ
− −
=
2-8 Dimana
: rn : jari-jari netral mm
A
ρ : Kerapatan minyak kgm
3
B
ρ : Kerapatan lumpur dan air kgm
3
r1 : jari-jari pipa keluar padatan dan air mm
r2 : jari-jari pipa keluar minyak mm
Dengan kerapatan minyak nabati dan padatan, dapat digunakan persamaan kerapatan fluida per satuan volume yaitu pada persamaan 2-9:
2-9
dimana : ρ
: Kerapatan fluida kgm
3
m : massa fluida kg
V : Volume m
3
Gaya sentripetal memiliki besar sebanding dengan kuadrat
2.1.3 Gaya sentripetal yang berkerja pada partikel
kecepatan tangensial benda dan berbanding terbalik dengan jari-jari lintasan dapat dilihat
pada gambar 2.4:
Gambar 2.4 analogi gaya sentripetal
Universitas Sumatera Utara
apabila dianalogikan dengan hukum kedua Newton pada persamaan 2-10: 2-10
dengan arah menuju pusat lintasan berbentuk lingkaran, yang menunjukkan bahwa terdapat suatu percepatan sentripetal,pada persamaan 2-11:
2-11
Maka gaya sentripetal memiliki besar sebanding dengan kuadrat kecepatan tangensial benda dan berbanding terbalik dengan jari-jari lintasan seperti pada
persamaan 2.12 :
2-12
2.1.4 Kecepatan pemisahan
Sesuai dengan hukum stokes, kecepatan dalam keadaan steady partikel yang bergerak di dlam aliran “streamline” dibawah pengaruh kerja suatu gaya
percepatan adalah pada persamaan 2-13 : µ
ρ ρ
18
2 f
p m
a D
V −
= 2-13
Pada persamaan ini percepatan a telah menggantikan percepatan gravitasi g. apabila aliran “streamline” terjadi di dalam sentrifusi, persamaan 2-14 dapat
ditulis :
2
60 2
n r
a
π
=
2-14 Sehingga,
Universitas Sumatera Utara
µ ρ
ρ µ
ρ ρ
π 1640
18 60
2
2 2
2 2
f P
f p
m
n D
n r
D V
− =
− =
2-15
Dimana : Vm = kecepatan minyak menembus air
2.1.5 Daya Pemisahan
Dalam perencanaan separator dapat dibutuhkan daya pemisahan untuk mendapatkan poros yang akan digunakan nantinya. adapun daya yang dibutuhkan
dalam pemisahan adalah seperti persamaan 2-16 :
h Q
P .
. ρ
=
2-16 Dimana: P
: Daya yang dibutuhkan Kw Q
: Kapasitas aliran m
3
s h
: Head loses sepanjang separator m ρ
: Kerapatan minyak nabati kgm
3
2.2 Motor Induksi
Motor yang digunakan sebagai elemen pendukung adalah motor induksi. Motor induksi banyak digunakan dalam industri baik skala besar maupun skala
kecil karena motor induksi mempunyai konstruksi yang sangat baik, harga yang murah dan mudah dalam pengaturan kecepatannya, stabil ketika berbeban dan
mempunyai efisiensi yang tinggi. Motor induksi atau asinkron pada umumnya hanya memiliki satu suplai tenaga yang mengeksitasi belitan stator. Belitan
rotornya tidak terhubung langsung dengan sumber tenaga listrik, melaikan belitan ya dieksitasi oeleh induksi dari perubahan medan magnetik yang disebabkan oleh
arus pada belitan stator.
Universitas Sumatera Utara
2.2.1 Konstruksi Motor Induksi
Motor induksi terdiri atas dua bagian utama yaitu stator dan rotor. Keduanya merupakan rangkaian magnetik yang berbentuk sislinder dan simetris.
Diantara rotor dan stator terdapat celah udara yang sempit.
a. Stator
Komponen stator adalah bagian terluar dari motor yang diam yang membawa arus phasa. Stator terdiri atas tumpukan laminasi yang
menjadi alur kumparan Gambar 2.4 . Tiap kumparan tersebar dalam beberapa alur yang disebut belitan phasa dimana untuk tiga motor phasa
belitan terpisah secara listrik sebesar 120
0.
bila stator tersebut dicatu oleh tegangan tiga phasa yang setimbang, maka pada stator tersebut
akan muncul suatu medan magnet pada celah yang berputar pada
kecepatan serempak yang besarnya ditentukan oleh jumlah kutub p dan frekuensi stator f yang dirumuskan dalam persamaan 2-17 :
p f
n
s
120 =
2-17
Dimana : n
s
= putaran sinkron medan stator rpm f = frekuensi Hz
Z = jumlah kutub Berikut adalah contoh bagian stator dan belitan dalamnya untuk motor
induksi tiga phasa.pada gambar 2.5 :
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.5 Stator motor induksi tiga phasa
b. Rotor
Kategori