Rachmat Boedisantoso. Cyclone

Cyclone



Cyclone separator adalah alat

yang menggunakan prinsip gaya

sentrifugal dan tekanan rendah

karena adanya perputaran untuk

memisahkan materi berdasarkan

perbedaan massa jenis dan

 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

 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

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

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

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

Advantages:

Lebih efisien daripada single-cyclone separator (90-95%).

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.

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

(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.

(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)

(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 (d}

_pc

₎



Pressure drop (ΔP

)



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

 d_c = cut size  B_c = lebar inlet

 N_t = jumlah putaran aliran gas (biasanya 5-10)  _I = kecepatan masuk  _p = densitas partikel   = densitas gas





2 1 2 9                p i t c c N B d

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)

ρ

_p

= particle density, lb/ft

3

(kg/m

3

)

ρ

= gas density, lb/ft

3

(kg/m

3

)

B

_c

= inlet width, ft (m)



Efisiensi pengumpulan cyclone dapat

dipergunakan persamaan :

dengan,





_j

=

efisiensi untuk partikel berukuran j



d

_pj

=

diameter partikel j

2 1 1           pj pc j d d 



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 2 0027 , 0               c c c c c c e D Z D L H B kD Q p

3 1 3 1 2 2 0027 , 0               c c c c c c e D Z D L H B kD Q p  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

Pressure Drop

Dimana:

q = volumetric flow rate

k

_c

= a dimensionless factor descriptive

of cyclone inlet vanes

ΔP = 0.0027q2 _{/ [k}

OVERALL COLLECTION EFFICIENCY

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

gr V g D V_tR p p 2 tan 2 18 ) (      Dimana :

V_tR = Terminal radial velocity D_p = Diameter partikel

g = konstanta gravitasi ρ_p = densitas partikel ρ = densitas fluida μ = viskositas fluida

V_tan = 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

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