TUGAS
SATUAN OPERASI DAN PROSES “APLIKASI SENTRIFUGASI”
Dosen Pengampu: Arie Febrianto Mulyadi, STP., MP.
Kelompok:
Alynka Prayfadhilla J.R. (115100300111031) Devian Festi Khalangi (115100300111071)
Ahmad Fuadi (115100301111013)
Nur Qayyum F. (115100700111010)
Dio Gizky Putri (115100707111013)
KELAS P
JURUSAN TEKNOLOGI INDUSTRI PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
UNIVERSITAS BRAWIJAYA MALANG
2013
SENTRIFUGASI
Secara umum sentrifugasi adalah proses pemisahan dengan menggunakan gaya sentrifugal. Sentrifugasi digunakan untuk memisahkan suspensi yang jumlahnya sedikit. Pemisahan dapat dilakukan terhadap fasa padat cair tersuspensi maupun campuran berfasa cair-cair. Pada pemisahan dua fasa cair dapat dilakukan apabila kedua cairan mempunyai perbedaan rapat massa. Semakin besar perbedaan rapat massa dari kedua cairan semakin mudah dipisahkan dengan cara sentrifugasi. Semakin mudah dipisahkan yang dimaksud adalah semakin kecil energi yang diperlukan untuk proses pemisahannya. Dua cairan yang dipisahkan dengan metode sentrifugasi biasanya berbentuk dua fasa cair yang teremulsi. Proses sentrifugal adalah suatu proses yang relatif sulit karena disini kita dihadapkan pada pengaturan percepatan dan perlambatan dari beban yang memiliki inertia yang tinggi dan berubah pada setiap tahapan dalam satu siklus operasional sebuah mesin sentrifugal. Alat yang digunakan adalah alat sentrifugasi. Prinsip sentrifugasi adalah pemusingan yang cepat menghasilkan gaya sentrifugal lebih besar dari gaya grafitasi, akibatnya partikel-partikel tersuspensi akan mengendap di dasar tabung, selanjutnya filtrat di dekantasi (dituang atau di pipet secara hati-hati).
1. Mesin-Mesin yang Digunakan dalam Proses Sentrifugasi
Mesin sentrifugal merupakan mesin yang berputar dengan kecepatan tinggi untuk memisahkan cairan dengan cairan lain, misal krim dari susu.
Mesin sentrifugal berputar berkat beberapa jenis motor penggerak. Jenis- jenis sentrifugal yang digunakan untuk sedimentasi meliputi:
hydrocyclone
tubular bowl
chamber bowl
imperforate basket
disk stack separator
disk-bowl centrifuge
decanter Hydrocyclone
Hydrocyclone merupakan perangkat sederhana menggunakan gaya sentrifugal untuk mencapai pemisahan. Pemisahan sentrifugal yang dihasilkan oleh gerakan mengaduk, yang disebabkan oleh pengenalan
tangensial dari bahan. Prinsipnya operasi didasarkan pada konsep kecepatan ketetapan henti dari sebuah partikel padat dalam bidang sentrifugal.
Tubular bowl centrifuge
Tubular centrifuge digunakan utamanya untuk pemisahan secara kontinyu cairan dari cairan atau partikel yang sangat halus dari cairan, meskipun dalam beberapa kasus itu digunakan sebagai sentrifugal jenis batch. Tubular centrifuge adalah pengganti yang sangat baik bagi banyak filter dan membran aplikasi tradisional karena efisiensi yang tinggi (hampir tidak kehilangan produk) dan footprint kecil. Selain itu, tidak seperti filter tradisional, mereka tidak pernah memerlukan pra-coating atau back-pembilasan dan tidak pernah menyumbat.
Chamber bowl centrifuge
Chamber mangkuk centrifuge adalah salah satu mangkuk tubular yang diatur co-aksial. Memiliki mangkuk utama mengandung sisipan silinder yang membagi volume mangkuk menjadi serangkaian ruang annular, yang beroperasi secara seri.
Imperforate basket centrifuge
The imperforata keranjang centrifuge digunakan ketika jika konten padat dari suspensi lebih tinggi. Ini terdiri dari keranjang berbentuk drum sederhana atau mangkuk, biasanya berputar di sekitar sumbu vertikal.
Disk stack separator
Desain paling sederhana adalah mangkuk tertutup, yang berisi disk stack, dengan padatan mengumpul di bagian luar mangkuk, dari mana mereka harus dihilangkan secara manual setelah menghentikan rotasi. Padatan dikeluarkan dari mangkuk dengan sejumlah metode , termasuk penggunaan dasar nozel, yang terbuka terus menerus. Dalam desain yang lebih rumit nozel valved terbuka secara otomatis ketika kedalaman solid dalam mangkuk mencapai nilai tertentu, dan kemudian tutup lagi ketika sebagian besar padatan telah habis.
Disk-bowl centrifuge
Disk-mangkuk sentrifugal yang umum digunakan dalam bioseparation, karena menawarkan pemisahan kontinyu. Yang ditumpuk disk kerucut memungkinkan area sedimentasi besar dalam volume yang relatif kompak.
Pakan memasuki kompartemen yang sebenarnya di bagian bawah mangkuk
dan perjalanan ke atas melalui kecepatan vertikal lubang pakan, mengisi ruang antara cakram. Disc mangkuk sentrifugal adalah dangkal lebar silinder bawah didorong mangkuk berputar dengan kecepatan sedang dari 6000 rpm dalam casing stasioner dari 30 cm sampai 100 cm diameter.
Decanter
Decanter centrifuge adalah satu-satunya centrifuge sedimentasi yang dirancang dari awal untuk menangani konsentrasi padatan yang signifikan dalam suspensi pakan. Pada saat yang sama dapat mencapai derajat klarifikasi cukup baik dari konsentrat cair. Meskipun sedikit rumit, mesin mencakup prinsip sederhana. Perbedaan kecepatan antara sekrup dan gulir memberikan gerakan menyampaikan untuk mengumpulkan dan menghapus padatan, yang menumpuk di dinding mangkuk.
2. Gambar mesin dan Keterangannya
Gambar 1. Hydrocyclone
Gambar 2. Tubular-bowl centrifuge
Gambar 3. Chamber bowl centrifuge Gambar 4. Imperforate basket centrifuge
Gambar 5. Disk stack separator Gambar 6. Disk-bowl centrifuge
1. Cylindroconical bowl
2. Helical
extraction screw (scroll)
3. Feed 4. Distributor 5. Ring space 6. Settled product 7. Liquid level 8. Drying zone 9. Clarified liquid 10. Adjustable tresholds
Gambar 7. Decanter
3. Prinsip dan Cara Kerja Mesin Sentrifugasi
Prinsip sentrifugasi didasarkan atas fenomena bahwa partikel yang tersuspensi di dalam suatu wadah akan mengendap ke dasar wadah karena pengaruh gravitasi. Laju pengendapan tersebut dapat ditingkatkan dengan cara meningkatkan pengaruh gravitasi terhadap partikel. Hal ini dapat dilakukan dengan menempatkan tabung berisi suspensi partikel ke dalam rotor suatu mesin sentrifugasi kemudian diputar dengan kecepatan tinggi.
Ada dua macam prinsip sentrifugasi yang umum digunakan untuk pemisahan partikel berdasarkan atas massa jenis, ukuran, atau panjang partikel serta densitas partikel. Prinsip tersebut yaitu :
1. Sentrifugasi zonal
Merupakan teknik pemisahan partikel berdasarkan massa jenis. Jika partikel terdiri atas beberapa macam partikel yang berbeda ukuran atau panjangnya, maka setelah disentrifugasi partikel-partikel yang berbeda ukurannya akan terpisah pada lapisan-lapisan (zone) yang berbeda pada tabung sentrifugasi.
2. Sentrifugasi keseimbangan gradien densitas
Dalam teknik sentrifugasi ini, partikel berada di dalam suatu cairan yang densitasnya bergradien dari atas ke bawah. Setelah disentrifugasi, partikel di dalam cairan tersebut akan berada di lapisan cairan yang
densitasnya sama dengan densitas partikel tersebut. Meskipun disentrifugasi dengan kecepatan yang sangat besar, partikel tersebut tidak akan mengendap melalui lapisan cairan yang densitasnya lebih tinggi daripada partikel tersebut. Prinsip sentrifugasi semacam ini disebut sentrifugasi keseimbangan gradien densitas.
Cara kerja mesin sentrifugasi berdasarkan jenis motornya dapat dicontohkan seperti pada hydrocyclone bahan masuk secara tangensial ke bagian silinder hydrocyclone dan mengikuti jalan beredar dengan aliran udara ke dalam jaring cairan dari luar ke finder vortex pada sumbu. Bidang sentrifugal yang dihasilkan oleh kecepatan sirkulasi yang tinggi menciptakan inti udara pada sumbu yang biasanya meluas pada pembukaan keran di bagian bawah bagian kerucut melalui finder vortex untuk melimpah di atas.
Agar hal ini terjadi, gaya sentrifugal harus beberapa kali lebih besar daripada yang gravitasi. Partikel yang mengalami sentrifugal akan cenderung bergerak keluar relatif terhadap cairan pembawa karena kepadatan yang relatif lebih besar. Yang lebih besar, partikel lebih berat akan bermigrasi cepat pada dinding luar bagian silinder dan kemudian akan dipaksa untuk bergerak ke bawah ke dalam dinding kerucut. Partikel kecil, di sisi lain, akan diseret ke dalam oleh cairan ketika bergerak menuju finder vortex. Pemisahan padat terjadi pada bagian dari suspensi sepanjang laras hydrocyclone, untuk membentuk bubur mengental di dinding luar, yang daripada meninggalkan hydrocyclone sebagai aliran terus-menerus dari nosel nya. Pada tubular-bowl centrifuge, secara umum, digunakan ketika medan sentrifugal yang lebih tinggi diperlukan untuk pemisahan. Tubular centrifuge dirancang untuk memisahkan persentase rendah (<2%) padatan tersuspensi yang antara 1 dan 0,001 dalam ukuran mikron, dan untuk memisahkan campuran dari kepadatan berbeda. Tubular centrifuge beroperasi pada kecepatan tinggi, menghasilkan hingga 20.000 gravitasi dari gaya sentrifugal, menyebabkan padat untuk mengumpulkan di dalam lubang halus dari tabung stainless steel di mana mereka mudah ditemukan. Pada chamber bowl centrifuge, bahan memasuki pusat mangkuk dan suspensi melewati setiap ruang pada gilirannya, untuk meningkatkan jarak dari sumbu. Padatan diletakkan pada dinding luar setiap ruang dan cairan diklarifikasi muncul sebagai melimpah dari ruang diameter terbesar. Perangkat ini juga menyediakan klasifikasi padatan tersuspensi: deposit partikel kasar di ruang dalam dan deposit partikel semakin baik pada ruang selanjutnya penghilangan padatan mengendap diperlukan penghentian rotasi untuk membersihkan manual.
Dan juga pada jenis sentrifugasi yang lain memiliki cara kerja yang berbeda- beda pula.
4. Resume Jurnal Mengenai Mesin Sentrifugasi
Judul jurnal : Penerapam Kontroler Fuzzy Untuk Pengendalian Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa Pada Mesin Sentrifugal
Motor induksi 3 fasa adalah alat penggerak yang paling banyak digunakan dalam dunia industry. Salah satu aplikasi motor induksi pada industri gula adalah pada mesin sentrifugal yang digunakan pada proses sentrifugasi. Mesin sentrifugal menggunakan motor induksi sebagai penggerak untuk memutar chamber mesin sentrifugal yang berisi massacuiteyang akan diolah. Kontroler neural fuzzy digunakan untuk mengendalikan kecepatan motor induksi sehingga dapat mempertahankan kecepatan sesuai setpoint walaupun terjadi perubahan beban. Motor induksi 3 fasa adalah alat penggerak yang banyak digunakan karena motor induksi mempunyai konstruksi yang sederhana, kokoh, harganya murah, perawatannya mudah .
Sentrifugasi merupakan salah satu proses penghilangan kotoran dalam rafinasi yang bertujuan untuk memisahkan massacuite menjadi Kristal gula dan molasses dengan melibatkan kerja dari mesin sentrifugal.perubahan kecepatan motor akan mempengaruhi waktu proses sentrifugasi.
Pada penelitian ini metode yang digunakan adalah penentuan parameter motor induksi , pemodelan motor induksi dengan d-q model, dan perangcangan kontroler. Pertama menggunakan metode parameter motor induksi dengan metode ini didapatkan putaran motor maksimum sebesar 1400 Rpm. Sehingga berdasarkan torsi chamber dan massacuites dapat ditentukan daya motor yang dibutuhkan untuk menggerakkan mesin sentrifugal sebesar 1,5 HP. Kedua pemodelan motor induksi dengan model d- q pada penelitian ini untuk mengamati respom transient terhadap perubahan kecepatan motor dan beban biasanya akan lebih baik jika motor induksi dimodelkan dalam bentuk stationary reference frame (Ong Che Mun). ketiga menggunakan metode perancangan kontroler, perangcangan kontroler secara garis besar dibagi 2 perancangan kontroler neural network dan perancangan kontroler fuzzy. Perancangan kontroler neural network dirancang menggunakan neural network yang dirancang menggunakan neural network multilayer perceptron tipe back eror propagation. Back propagation pada dasrnya terbagi menjadi dua langkah yaitu : peramban maju dan diikuti dengan peramban mundur keduanya dilakukan dalam semua pola pelatihan.
Untuk merancang suatu neural network diperlukan beberapa langkah yaitu : pemilihan struktur jaringan, pelatihan data,pembelajaran . perancangan controller fuzzy terdiri dari dua variable masukan dan satu variable keluaran.
Variable masukan terdiri dari kesalahan (error ,E) dan perubahan kesalahan (change of error, CE) . error merupakan selisih antara kecepatan referensi yang diinginkan dengan kecepatan actual motor yang telah dikonversikan ke dalam besaran tegangan.
Dari jurnal ini didapatkan hasil simulasi kontroler neural fuzzy tanpa beban respon kecepatan yang dihasilkan tergantung jumlah neuron yang digunakan. Pada simulasi kontroler neuro fuzzy dengan memberikan perubahan beban maka kontroler dapat mempertahankan kecepatan sesuai setpoint. Secara keseluruhan kontroler neural fuzzy 50 neuron menghasilkan performasnsi yang lebih baik untuk mengendalikan kecepatan mesin sentrifugal.
5. Aplikasi Sentrifugasi dalam Dunia Industri
Dalam dunia industri, penerapan prinsip sentrifugasi sangat banyak diaplikasikan. Salah satu contohnya adalah mesin pengayak vibro finisher yang digunakan oleh PT ISM Bogasari. Mesin ini digunakan dalam proses pengayakan tepung setelah proses pemfilteran yang merupakan produk sticky. Penggunaan mesin ini pada tahapan pemfilteran sangat berguna untuk memisahkan produk dengan sifat-sifat tertentu. Misalnya seperti tepung yang bersifat sticky/liat tadi. Dengan menerapkan prinsip sentrifugal pada proses pengayakan, mesin ini mampu menyaring bahan-bahan liat tersebut yang tidak bisa dilakukan oleh mesin pengayak sebelumnya seperti bran finisher dan filter. Dengan demikian produk yang dihasilkan dapat digolongkan menjadi kelompok-kelompok jenis tepung berdasarkan ukurannya. Rahasia dari kemampuan alat ini adalah terletak pada penerapan prinsip sentrifugalnya. Ketika bahan masuk dari mesin filter melalui airlock tepung yang berupa debu berukuran kecil diputar dari dalam dengan kecepatan tinggi, kemudian tepung yang berukuran lebih kecil akan melewati saringan dalam vibro finisher dan keluar melewati lubang hasil ayakan. Sedangkan bahan yang tidak tersaring akan tersisih ke pinggir dan keluar melalui lubang keluaran.
Bahan yang bersifat lengket dalam pemrosesan tidak dapat diayak dengan saringan biasa. Perlu adanya perlakuan khusus untuk bisa memisahkan bahan yang bersifat lengket tersebut. Caranya yakni dengan menghempaskan bahan tersebut sehingga bahan akan terhambur menjadi bagian-bagian yang gembur dan tertekan sehingga bahan yang berukuran lebih kecil akan tersaring melewati saringan tanpa harus menempel pada ayakan karena adanya tekanan sentrifugal tersebut. Selain digunakan untuk
proses penyaringan, mesin vibro finisher ini juga dapat digunakan untuk pengecilan ukuran. Pengecilan ukuran ini berasal dari prinsip kerja mesin yang tidak hanya menyaring, namun juga memukul atau beating.
Pemukulan/beating dalam hal ini menekan bahan yang bukan hanya karena efek dari gaya sentrifugal tetapi juga adanya komponen beater di dalamnya sehingga bahan yang belum memenuhi ukuran saringan menjadi lebih kecil dan dapat melewati saringan. Demikianlah mesin vibro finisher sebagai aplikasi dari prinsip sentrifugal yang digunakan di PT ISM Bogasari.
Contoh lain dari penerapan gaya sentrifugal adalah pada mesin pompa sentrifugal yang digunakan oleh PT Indolakto. Mesin ini digunakan untuk mengalirkan bahan dalam proses pencucian. Pompa sentrifugal tergolong ke dalam pompa rotodinamik. Pompa ini cocok untuk fluida dengan kekentalan rendah dan tanpa partikel. Prinsip pemompaan menggunakan tenaga putaran impeler untuk melempar cairan yang ditransformasi menjadi energi kinetik fluida (berakhir dalam bentuk kecepatan dan/atau tekanan). Pompa ini paling banyak digunakan di industri pangan karena paling ekonomis secara investasi dan perawatan. Pompa sentrifugal yang digunakan memiliki kapasitas 20 m3 per jam. Pipa tempat mengalirkan larutan pencuci memiliki diameter 2.5 inchi. Dengan demikian diperoleh kecepatan aliran larutan pencuci sebesar 1.97 m/s. Kecepatan aliran ini cukup untuk memperoleh efek pembersihan yang memadai. Pompa yang digunakan dalam PT Indolakto ini sudah memenuhi standar yakni terbuat dari bahan food grade dan bersifat higienis atau mudah dalam pembersihan mesinnya. Dalam pemenuhan persyaratan standar sanitasi PT Indolakto menggunakan pipa, penyambung, katup, dan pompa harus terbuat dari material yang tidak mudah terkorosi dan memiliki permukaan yang halus. Hal ini dikarenakan permukaan yang halus disyaratkan untuk dipenuhi karena komponen susu, mikroorganisme dan partikel-partikel pengotor lainnya akan lebih kuat menempel pada permukaan yang kasar daripada permukaan yang halus. Oleh karena itu Oleh karena itu, jalur pipa dan pompa yang digunakan di PT. Indolakto merupakan jalur pipa dan pompa sanitari dengan permukaan yang kontak dengan susu kental manis terbuat dari stainless steel yang memiliki pori halus dengan ukuran pori sampai 400 poles.
Stanless steel tidak mudah terkorosi oleh makanan dan bahan pembersih, tidak menyebabkan perubahan warna pada makanan, dan memiliki permukaan yang cemerlang dan halus sehingga mudah dibersihkan.
Karakteristik ini sesuai dengan yang disyaratkan untuk memenuhi standar sanitasi. Dengan adanya mesin pompa sentrifugal ini, makan proses dalam pembuatan susu manis kental pada PT Indolakto dapat berjalan dengan otomatis dan higienis tanpa banyak campur tangan dari manusia.
Contoh lainnya dari penerapan sentrifugal adalah mesin Pusher Centrifuge. Mesin ini digunakan oleh PT Petrokimia Gresik pada proses pemisahan Motherlekker dan kristal ZA. Mesin ini memiliki kompenen mesin utama yang terdiri dari slot screen yang berbentuk saringan melingkar dan mempunyai barisan shaft dengan jarak kerenggangan antara shaft yang satu dengan shaft yang lain standarnya adalah 0,02 mm. Slot screen terbuat dari bahan SS317L produksi krauss maffei made in german dan di perusahaan pada bagian produksi pupuk ZA slot screen mampu bertahan antara 6 sampai 8 bulan.
Terdapat juga aplikasi lain yaitu mesin centrifuge batch. Mesin ini digunakan oleh PT Dharmapala Usaha Sukses pada proses pemisahan bahan.
Pada saat proses sentrifugasi tersebut terjadi pemisahan gula kristal dan molasses menggunakan gaya sentrifugal yang dihasilkan dari putaran agigator. Gaya sentrifugal tersebut membuat kristal gula terlempar menjauhi titik pusat dan tertahan pada saringan sedangkan molasses yang berbentuk cair menembus saringan. Dengan demikian molasses akan terpisah dari kristal gula. Pada akhir proses sentrifugasi dilakukan pencucian menggunakan hot water. Hot water berfungsi mnghilangkan lapisan molasses yang masih tersisa pada kristal gula. Hal-hal yang harus diperhatikan saat pencucian adalah waktu yang tepat sehingga molasses yang masih tersisa dapat dipisahkan. Keterlambatan pencucian dapat menyebabkan molasses mengering sehingga sulit dipisahkan. Gula yang dihasilkan dari proses sentrifugasi disebut gula centri. Gula centri kemudian dibawa oleh screw conveyor menuju rotary dryer dan selanjutnya masuk proses pengeringan.
DAFTAR PUSTAKA
Putri, R.I., Fauziyah, M., & Setiawan, A. 2009. Penerapam Kontroler Fuzzy Untuk Pengendalian Kecepatan Motor Induksi 3 Fasa Pada Mesin Sentrifugal. INKOM. Vol. III, No. 1-2.
Waharawichanant, S. 2010. Centrifugal Separation Process. Chicago: The Scientific Press.
Yuwono, Tribowo. 2008. Biologi Molekuler. Jakarta : Erlangga.
