Halaman 1

Perancangan Pemisah Sekat untuk Proses PengendapanAhmad Rifandi

Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung

AbstrakProses pengendapan dengan alat Pemisah Sekat (Lamella separator) banyakdigunakan dalam pengolahan air dan limbah, pengolahan hasil tambang, pengolahanbuangan industri dan pemisahan minyak/air. Penambahan bidang miring berupasekat-sekat merupakan faktor utama dalam upaya mempercepat dan memperluasbidang pengendapan. Operasi pengendapan umumnya memerlukan suatu lahan yangluas agar dapat menangani bahan dengan kapasitas yang lebih besar. Denganmenggunakan pemisah sekat, keperluan lahan yang luas ini dapat dikurangi sehinggabiaya investasi untuk lahan dapat dikurangi.

PendahuluanPemisah sekat adalah alat pengendapan secara gravitasi yang luas permukaan bidangpengendapannya diperbanyak. Permukaan ini bisa berbentuk bidang horisontal ataubidang miring, tabung bulat atau segiempat atau bentuk-bentuk beraturan lainnya.Keuntungan dari pemisah sekat ini adalah waktu pengendapan menjadi lebih singkatdan luas lahan yang diperlukan untuk tempat pengendapan menjadi lebih kecil karenadigantikan dengan sekat-sekat yang dipasang miring.

Konsep Bidang MiringKapasitas suatu alat prosespengendapan adalah proporsionaldengan luas permukaan bidanghorisontalnya. Penambahan luaspermukaan bidang horisontal akanmenambah kapasitas pemisahan.Ward (1979)(5) menjelaskan secarakonseptual manfaat bidang miringpada proses pengendapan.Bidang miring, selain memperbesarluas bidang pengendapan jugadapat meningkatkan lajupengendapan partikel. Besarnyatambahan luas bidang pengendapandapat dihitung dengan ilustrasiseperti pada gambar 1. Bidangmiring ABCD dengan sudutkemiringan apabila diproyeksi-kan ke bidang horisontal akan menjadi bidangAEFD. Luas bidang proyeksi ini akan sama dengan LW cos dimana L dan Wadalah panjang dan lebar bidang miring ABCD.Model matematis untuk proses pengendapan partikel pada tabung segiempat miringdapat dijelaskan sebagaimana terlihat pada gambar 2a dan 2b dibawah ini.Pada awal pengendapan semua partikel pada permukaan yang digambarkan dengangaris CAB mengendap dengan laju v selama waktu dt dan mencapai suatu permukaanhipotetis DFH. Laju pengendapan v pada semua titik permukaan CAB adalah sama.Oleh sebab itu AF = CD = BH. Dengan mengabaikan volume yang digambarkandalam segitiga CDE dan BGH, maka volume cairan yang jernih yang bebas dari

gambar 1

Halaman 2

partikel selama waktu dt adalah ABGFEC. Namun demikian, partikel tidak akanmenempati permukaan yang ditunjukkan dengan garis EFG karena perbedaan densitasdan ketinggian antara suspensi pada bidang FG dan cairan pada titik E.

gambar 2a gambar 2b

Secara spontan akan terjadi pengaturan batas cairan jernih dengan suspensi berupagaris A’B’ seperti ditunjukkan pada gambar 2 b.Dua volume cairan jernih pada gambar 2a dan gambar 2b sebagaimana ditunjukkandengan luas AA’ BB’ dan ABGFEC harus memiliki luas yang sama. Apabila tinggipermukaan awal AB adalah h dan kemudian berubah menjadi h-dh selama waktu dtmaka

cos1(b

hvdtdh atau

cos1

b

hv

dt

dh

Perbandingan antara laju pengendapan awal pada tabung miring dengan lajupengendapan pada tabung vertikal adalah:

cos11

b

ho

dt

dh

v dimana ho adalah tinggi awal suspensi

Dengan cara yang sama secara teoritis dapat dihitung laju awal pengendapan untuktabung silinder miring, yakni:

cos4

11

b

ho

dt

dh

v atau cos27,11

1

b

ho

dt

dh

v

Untuk tabung berbentuk segi empat:

cos211

b

ho

dt

dh

v atau cos414,11

1

b

ho

dt

dh

v

Dari uraian tersebut jelas terlihat bahwa tabung silinder miring terutama sekali tabungsegi empat miring memberikan pengaruh besar terhadap laju pengendapan.

Halaman 3

Beberapa acuan praktis perancanganDalam merancang atau memilih suatu lamella separator, Ward (1979) menyarankanbeberapa hal berikut untuk diperhatikan:

1. Secara umum harus diusahakan agar aliran berbentuk laminar dan sesedikitmungkin turbulen. Hal ini dapat diusahakan dengan mengatur aliran umpanmasuk dan aliran cairan keluar

2. Sudut kemiringan pelat penyekat (lamella) harus cukup baik sehingga padatanyang menempel dalam dinding pelat dapat dengan mudah dilepaskan. Gayayang diperlukan untuk melepaskan padatan yang menempel pada dinding pelatadalah resultan dari gaya gravitasi dan gaya apung dari cairan yang mengalirdiatas padatan. Dalam praktek, sudut kemiringan 30o-40o (terhadap horisontal)adalah kemiringan yang cukup baik untuk proses pengendapan dengan arahaliran secara “co-current”, sedangkan untuk arah aliran “counter-current”kemiringan yang baik adalah sekitar 55o-60o

Perancangan AlatBeberapa peneliti telah mengembangkan beberapa teknik rancangan alat pemisahsekat, diantaranya adalah Nakamura dan Kuroda (1937), Graham dan Lama (1963)dan Coe dan Clevenger(1916).Gambar 3 adalah suatumodel rancangan alatpemisah sekat dariPASSAPANT-WERKE(7)

Suspensi masuk dariatas ke ruang pengen-dapan yang diisi olehbeberapa sekat yangdiletakkan miringdengan sudutkemiringan . Pada

ruang antar sekat terjadipemisahan antara padat-an dengan cairannya. Padatan akan turun dan menempel pada dinding sekat dankemudian turun ke bagian corong pengumpul endapan, sedangkan cairan bening akannaik keatas melalui pipa-pipa yang dipasang miring dibawah sekat.Untuk bak pengendapan dengan lebar b, jumlah sekat n dan diameter hidraulis,

)22(/4 SobSobdh maka bilangan Reynold untuk suspensi yang mengalir melalui

ruang pengendapan adalah:

)(

2Re

Sobn

V

F

FF

, dimana

Agar aliran didalam sekat-sekat bersifat laminar, secara praktis(7) nilai bilanganReynold ditetapkan ≤ 1000.Apabila adalah perbandingan antara lebar bak pengendapan terhadap jarak antarsekat, yakni: Sob /

gambar 3

VF = laju aliran volumetric suspensi didalam sekat-sekatρF= densitas suspensiηF= viskositas suspensi

Halaman 4

Maka jarak antar sekat, So dapat dihitung dengan rumus:

Re)1(

2

F

FF

n

VSo

Sedangkan waktu tinggal padatan (waktu pengendapan) dalam satu ruang denganjarak So adalah:

)cos/( wSot

dan panjang bak penampung Lo dihitung dengan:

coso

F

wbn

VLo dimana

Laju pengendapan butiran(padatan) dihitung menggunakan hukum Stoke(1).Apabila padatan mengendap secara “free settling”, maka wo dihitung dengan rumus:

F

pFp

o

dgw

18

)(2

dimana

sedangkan apabila padatan mengendap secara “hindered settling”, wo dihitung:

b

pbp

o

dgw

18

)(2

dimana

Pembuatan dan Uji Coba Alat Pemisah Sekat Skala “Pilot”Pembuatan alat pemisah sekat skala pilot dilakukan di laboratorium pencegahan danpencemaran lingkungan di Jurusan Teknik Kimia Politeknik Negeri Bandung. Alat inidiuji cobakan untuk memisahkan kotoran padat dari air buangan reklamasi cuciankendaraan bermotor oleh David2.

gambar 4

Wo = laju pengendapan butiran padat.

ρb = densitas « bulk » (tumpukan butiran)µb = viskositas “bulk”

ρp = densitas padatan

ρF = densitas cairandp = diameter butirang = percepatan gravitasi

Halaman 5

Rancangan yang dibuat adalah suatu pilot pemisah sekat dengan kapasitaspengendapan suspensi sekitar 200 ml/s dengan diameter butiran padat rata-rata 0,112mm. Alat yang dibuat menyerupai rancangan PASSAPART-WERKE. Skema alatsebagaimana terlihat pada gambar 4, dengan dimensi alat sebagai berikut:Volume bak pengendapan lebih kurang 15 liter, sudut kemiringan 45o, jumlah sekat 9buah, jarak antar sekat 2,5 cm, dan bahannya terbuat dari polymethylmetacrylat (flexiglass).Secara teoritis, alat tersebutdapat mengendapkan butiranpadat dalam waktu sekitar 75detik, untuk butiran dengandiameter lebih besar atausama dengan 0,112 mm,yaitu merupakan 91,3 %fraksi kumulatif daripengotor padat, air bekascucian kendaraan bermotor,berupa pasir. Pengotor padatini dianggap mengalamipengendapan secara “freesettling” dengan kecepatan pengendapan sekitar 0,452 mm/s. Suspensi dengankonsentrasi padatan 42,9 g/l dialirkan dari atas bak pemisah sekat kearah dasar ruangpengumpul padatan. Pengendapan terjadi di dalam ruang antara sekat, dengandemikian proses pengendapan berlangsung secara “co-current”.Hasil pengujian alat untuk berbagai laju alir, dapat dilihat pada gambar 5. Lajupengendapan yang baik adalah pada laju alir umpan antara 100 ml/s – 200 ml/s. Padalaju alir ini, waktu tinggal suspensi didalam bak pengendapan antara 75 detik hingga150 detik. Dari hasil pengujian tersebut terlihat bahwa apabila waktu tinggal suspensididalam bak pengendapan kurang dari 75 detik, maka konsentrasi padatan pada cairanjernih keluar (overflow) menjadi tinggi.Menurut Ward(5), hasil penelitian oleh Graham dan Lama (1963) menggunakanCaCO3 sebagai suspensi, dengan konsentrasi antara 15,1 sampai dengan 54,2 g/lmenunjukkan bahwa terdapat penyimpangan antara kecepatan aliran umpan teoritisdengan hasil pengukuran praktis sampai dengan 46 %. Untuk rancangan praktis,Graham dan Lama menambahkan suatu koefisien, f terhadap teknik rancangan yangdikemukakan oleh Coe dan Clevenger (1916).Hasil uji coba terhadap rancangan David, menunjukkan bahwa terdapatpenyimpangan antara kecepatan aliran umpan teoritis (200 ml/s) dengan hasilpengukuran praktis (sekitar 150 ml/s), atau penyimpangan sekitar 25%. Hal ini sesuaidengan hasil penelitian Graham dan Lama.

PenutupPenambahan sekat-sekat miring pada alat pengendap horisontal dapat mempercepatwaktu pengendapan dan mengurangi penggunaan lahan. Pemisah sekat dapatdigunakan secara luas untuk tujuan pemisahan cair-padat dengan cara pengendapan.Salah satu contoh penggunaan, misalnya untuk pemisahan air-tepung tapioka padaproses pembuatan tapioka secara tradisional. Pada cara tradisional, untukpengendapan diperlukan bak-bak pengendapan yang luas dan waktu pengendapannyacukup lama. Dengan penambahan sekat-sekat miring, maka waktu pengendapan dan

gambar 5

Halaman 6

luas lahan pengendapan dapat dikurangi, sehingga pada akhirnya dapat meningkatkankapasitas produksi.

Daftar Pustaka1. Brown, G., George.: Unit Operations, Modern Asia Edition, 1950,2. Coullson & Richardson: Chemical Engineering, volume two, third edition,

Pergamon Press, 1987.3. Pramudya, David: Studi Awal Pembuatan Alat Reklamasi Cucian Kendaraan

Bermotor Dengan Menggunakan Lamella Separator, Politeknik ITB, 2001.4. Perry,H.Robert & Chilton, H. Cecil: Chemical Engineers’ Handbook, Intenational

Student Edition, McGraw-Hill Kogakusha Ltd., Tokyo, 19735. Ward, A.S.: Filtration & Separation, September/October 1979, 477-482, Lamella

Separators, theory and practice.6. Werner Hemming: Verfahrenstechnik, Vogel-Buchverlag, Wuerzburg, 19847. Zogg, M.: Einfuhrung in die Mechanische Verfahrenstechnik, B.G.Teubner

Stuttgart, 1987.