Mechanical separation

1. PEMISAHAN MEKANIS
Bahan yang dipisahkan :
- padat dengan padat
- padat dengan cair
- Cair dengan cair
- gas dengan gas
- dst
Prinsip pemisahan :
- beda densitas
- beda ukuran dan bentuk
- beda berat atau masa
- beda kelarutan
- beda titik didih
- dst
MENCARI PERBEDAAN
MEMPERBESAR PERBEDAAN

2. PEMISAHAN MEKANIS :
1. SEDIMENTASI
2. SENTRIFUGASI
3. FILTRASI
4. MEMBRANE SEPARATION
5. AYAKAN
SEDIMENTASI :
Proses pemisahan untuk bahan padatan dan cairan, cair
dengan cair yang tidak saling melarutkan, padatan dengan
padatan melalui media fluida
Pemisahan tersebut berdasarkan perbedaan densitas,
ukuran, bentuk atau kombinasi.

3. PENGUKURAN KECEPATAN SEDIMENTASI
Kecepatan sedimentasi, diukur dalam bentuk “kecepatan
terminal” (terminal velocity)
Fd
Fe Kecepatan terminal dipengaruhi oleh :
1. Ukuran partikel
2. Densitas partikel
3. Bentuk partikel
4. Kekentalan (viskositas medium)
V terminal pada saat Fe = Fd
(gaya eksternal netto = gaya gesek)

4. Gaya eksternal netto (Fe) = g/gc. V ( rp – rf )
Gaya gesek (Fd) = C rf v2 A/2gc
Keterangan : g = gaya gravitasi, gc = tetapan gravitasi,
V = volume partikel, rp = densitas partikel, rf = densitas fluida,
C = konstanta gesek, v = kecepatan partikel jatuh/naik,
A = luas permukaan partikel.
Dalam keadaan steady : Fe = Fd
gc
2
A
v
C.
)
-
(
V
.
gc
g 2
f
f
p r
r
r =
Jika partikel berbentuk bola,volume
6
D
V
3

=
Luas permukaan
4
D
A
2

=

5. Persamaan menjadi :
gc
gc 2
.
4
D
.
v
C.
6
)
(
g
.
D 2
2
f
f
p
3

r
r
r

=
−
gc
8
).
-
(
.
g
.
D
gc
6
.
D
.
v
.
C. f
p
3
2
2
f r
r


r =
( )8
.
g
D.
6
.
v
.
C. f
p
2
f r
r
r −
=
Untk. Aliran laminer menurut Stoke
e
R
24
C =
v.
D.
Re f

r
=
f
v.
D.
24
C
r

=
( )8
.
g.
D.
6
.
v
.
.
v.
D.
24
f
p
2
f.
f
r
r
r
r

−
=

6. ( )8
.
g
D.
D
6
v.
.
.
24
f
p r
r

−
=
( )
6
.
24
8
.
g.
.
D
v
f
p
2

r
r −
=
( )

r
r
.
18
g.
.
D
v
f
p
2
−
=
Persamaan tersebut dikenal sebagai Hukum/persamaan
Stoke, dengan beberapa asumsi :
1). Partikel berbentuk bola
2). Partikel jatuh bebas
3) jarak antar partikel dan jarak dengan dinding 10-20
kali diamerter partikel
4) Tidak dapat dimampatkan 5) Gaya percepatan merata

7. Sedimentasi :
Laminer
Turbulen
Hindered settling
Berbentuk bola atau tidak
berbentuk bola
Untuk aliran turbulen : ( ) 5
,
0
f
f
C
.
3
g
.
D.
4.
v







 −
=
r
r
r p
C = koefisien gesek
Hk.Stoke Re  2
2  Re  1000 C = 18,5 / NRe0,6
1000  Re  200.000 C = 0,44
Re  200.000 C = 0,20

8. Jika partikel tidak berbentuk bola ( aliran laminer maupun
turbulen), maka dalam persamaam D diganti dengan Ds
Ds = diameter partikel yang di-ekuivalensikan dengan bentuk
bola
Bnt.partikel Spheresitas  Ds/Davg
Bola
Silinder
h = 2 r
h = 3 r
Prisma
a x a x 2a
a x 2a x 2a
Kubus
Disk (h=r)
1,00
0,874
0,860
0,767
0,761
0,806
0,827
1,00
1,135
1,131
1,564
0,985
1,24
0,909

9. Silinder h = 2 r , dari tabel Ds/D(avg) = 1,135
Ds = D(avg). 1,135
D(avg)
Dari hasil analisis ayakan (screen analysis)
Dimensi terbesar ke-2
( )

r
r
.
18
g.
.
D
v
f
p
2
s −
=
( ) 5
,
0
f
f
s
C
.
3
g
.
.
D
4.
v







 −
=
r
r
rp
Laminer (Stoke)
Turbulen

10. Untuk Hk. Stoke, :
Re  0,3
Re  0,1 ; Re  0,2; Re  2
Hindered settling :
Jika pengendapan dilakukan dengan konsentrasi padatan yang
tinggi dalam suatu cairan(fluida) sehingga antar partikel akan
saling bersinggungan dan saling berbenturan, partikel yang
lebih berat akan membentur partikel yang lebih ringan
Kita ambil kesepakatan laminer jika Re  2

11. Pengendapan hindered settling :
Kecepatan pengendapan : Ut = Uto ψ ε
Ut = kecepatan pengendapan suspensi dalam keadaan
hindered settling
Uto = kecepatan terminal pengendapan partikel dalam
keadaan jatuh bebas
suspensi
volume
padat
partikel
volume
-
suspensi
volume
=

ψ ε =  2 . 10 –1,82 (1 – )
Nilai ε bervariasi antara 0,5 – 0,95
Volume padatan / volume suspensi bervariasi aaantara 0,05 – 0,50

12. Contoh Soal :
Buah arbei dan beberapa buah yang lain yang rusak selama
penanganan begitu setelah di panen berhubungan erat
dengan kecepatan terminal dalam udara. Hitung kecepatan
terminal buah arbei yang berdiameter 0,60 cm, densitas 1120
kg/m3 dalam udara pada tekanan 1 atmosfer pada suhu 20oC.
Bila buah tersebut dianggap berbentuk bola
Penyelesaian :
Dianggap benda jatuh bebas dalam keadaan laminer
( )

r
r
.
18
g.
.
D
v
f
p
2
−
=

13. D = 0,60 cm = 0,006 m ; g = 9,806 m/dt2 ;
µ = 1,828 . 10-5 kg/m dt ; ρp = 1120 kg/m3 ;
ρf = 1,2 kg/m3
( ) ( )
( )
5
2
1,828.10
.
18
1,2
-
1120
9,806.
.
0,006
v =
( )

r
r
.
18
g.
.
D
v
f
p
2
−
=
Kecepatan terminal v = 1200 m/dt
Chek bilangan Reynold :
v.
D.
Re f

r
=

14. ( ) ( ) ( ) 5
5
-
10
4,73.
10
.
828
,
1
1,2
.
1200
.
0,006
Re =
=
Dengan nilai Re tersebut menunjukkan aliran bukan
laminer
Untuk aliran turbulen : ( ) 5
,
0
f
f
C
.
3
g
.
D.
4.
v







 −
=
r
r
r p
Untuk menentukan C, dicari dengan cara pendekatan, yaitu
Re >200.000, nilai C = 0,20
( )( )
( )( )
( )
dt
m
19,1
1,2
-
1120
1,2
2
,
0
9,806
0,006
3
4
U
5
,
0
t =






=

15. ( ) ( )
( ) ( )
( ) m/dt
13,5
1,2
-
1120
1,2
.
44
,
0
3
9,806
.
0,006
.
4
v
5
,
0
=






=
Chek bil Re:
( )( )( ) 7.523
10
.
828
,
1
0,006
19,1
1,2
N 5
Re =
= −
Untuk Re = 7.523 (1000 s/d 200.000), digunakan C= 0,44
( )( )( ) 5.317
10
.
828
,
1
0,006
13,5
1,2
N 5
Re =
= −
Chek bil.Re:
Jadi hasil yang cocok adalah V = 13,5 m/dt, dengan C= 0,44

16. Chek Bilangan Reynold :
v.
D.
Re f

r
=
( ) ( ) ( ) 5.317
10
.
828
,
1
0,006
.
13,5
.
1,2
Re 5
=
= −
Jadi hasil yang sesuai adalah kecepatan buah jatuh
V = 13,5 m/dt, dengan C = 0,44

18. Contoh soal :
Tentukan kecepatan pengendapan untuk hindered settling dari
partikel padatan yang berbentuk bola dalam air pada suhu 68oF.
Diketahui dalam 1140 cm3 suspensi berisi 1206 g partikel
padat. Diameter rerata partikel padat adalah 0,0061 in,
densitas partikel padat 154 lb/ft3
Penyelesaian :
D = 0,0061/12 ft = 0,000508 ft
Air pada suhu 68oC, ρ = 62,2 lb/ft3 ; μ = 6,72. 10 –4 lb/ft dt
( ) ( ) ( )
( ) dt
ft
0,0620
10
6,72.
.
18
32,2
.
62,2
-
154
.
0,000508
U 4
-
2
to =
=

19. densitas
berat
padatan
partikel
Volume =
3
3
ft
0,0173
lb/ft
154
lb/g
453,6
g
1206
padat
partikel
Volume =
=
Suspensi 1140 cm3 = 0,0403 ft3
0,57
0,0403
0,0173
-
1 =
=

=  2 . 10 –1,82 (1 – )
Ψ (ε )
Ut = Uto . Ψ ( ε )
= (0,57) 2 . 10 –1,82 (0,43) = 0,0540

20. Maka : Ut = Uto. Ψ ( ε )
Ut = 0,0620. (0,0540) = 0,00340 ft/dt
Chek. Bilangan Reynold (Re)
v.
D.
Re f

r
=
( )( ) ( ) 0,160
10
.
72
,
6
62,2
.
0,00340
.
10
5,08.
Re 4
-
-4
=
=
Re = 0,160 laminer
Dari hasil percobaan : kecepatan = 0,0039 ft/dt

21. Soal untuk latihan :
Calculate the settling velocity of dust particle of 60 µm
diameter in air at 21oC and 100 kPa pressure. Assume that
the particle are spherical and of density 1280 kg m-3, and
that the viscosity of air = 1.8 x 10-5 N s m-2 and density of
air = 1.2 kgm-3

22. SEDIMENTASI PARTIKEL DALAM CAIRAN
Dalam silinder vertikal yang berisi suspensi yang seragam
jika dibiarkan mengendap, pada suatu saat akan
terbentuk beberapa daerah (zone) ;
Pada bagian atas berupa zone jernih, dibawahnya terdapat
zone dengan komposisi yang relatif konstan. Konstan
karena kecepatan pengendapan yang sama karena
ukuran partikel seragam. Pada bagian bawah adalah
zone endapan
Tetapi jika ukuran partikel sangat besar variasinya maka
zone dengan komposisi tetap tak bisa terjadi, dan
terbentuk zone dengan komposisi yang variabel.

23. Dalam proses pengentalan kontinyu, yaitu cairan jernih diambil
dari bagian atas /bagian permukaan, dan bagian
padatan/pekatan diambil dari bagian dasar tangki. Maka dapat
diperkirakan luasan minimal yang diperlukan, dengan
persamaan berikut;
( )
r

A.
d
dw
L
-
F
vu






=
vu = kecepatan aliran cairan
ke atas
F = rasio masa cairan
terhadap padatan dalam
feed
L = rasio masa cairan
terhadap padatan pada
keluaran
dw/dθ = kecepatan masa padatan masuk; ρ = densitas cairan
A = luas area untuk pengendapan dalam tangki

24. Apabila kecepatan pengendapan partikel adalah v, dan
v = vu, maka :
( )
r

v.
d
dw
L
-
F
A






=
Persamaan tersebut juga dapat digunakan untuk
droplets cairan yang tidak saling melarutkan, seperti
pada partikel padatan.

25. Contoh soal :
Tangki pemisah yang bekerja secara kontinyu digunakan
untuk pemisahan minyak dan air. Perkirakan luas area yang
diperlukan untuk tangki. Jika diketahui minyak meninggalkan
tangki dalam bentuk globula pada diameter 5,1. 10 –5 m.
Feed terdiri atas air 4 kg dan minyak 1 kg, air yang
meninggalkan tangki tidak mengandung minyak. Feed masuk
dengan kecepatan 1000 kg/jam Densitas minyak 894 kg/m3
, suhu air dan minyak 38 oC
Penyelesaian :
Viskositas air pada suhu 38 oC = 0,7 . 10 –3 N dt/m2
Densitas air = 1000 kg/m3 dan diameter globula = 5,1 . 10-5 m

26. ( )

r
r
.
18
g.
.
D
v
f
p
2
−
=
( )( )( )
( )( )
3
-
-5
10
.
0,7
18
894
-
1000
9,81
10
.
5,1
v =
v = 2,15. 10 –4 m/dt = 0,77 m/jam
Dianggap mengikuti hukum stokes
dw/dθ = aliran untuk komponen globula minyak
F = 1000 kg/jam
Air 4 kg
Minyak 1 kg
5 kg

27. Flow globula minyak = 1/5 . 1000 = 200 kg/jam
F = 4/1 = 4; dan L = 0
( )
r

v.
d
dw
L
-
F
A






=
Luas permukaan yang diperlukan (A)
( )( )
( )( )
2
m
1,0
1000
77
,
0
200
0
-
4
A =
=
Jadi luas permukaan tangki yang diperlukan adalah 1 m 2