Elutriasi adalah proses untuk memisahkan partikel berdasarkan ukuran, bentuk, dan kepadatan sedimentasi, menggunakan kolom yang dialiri fluida, yang mengalir ke arah yang biasanya berlawanan dengan arah sedimentasi.Dalam
metode ini, partikel ditempatkan dalam tabung vertikal di mana air (atau cairan
lain) mengalir perlahan ke atas dengan jalan memanfaatkan gaya sentrifugal dan
gaya tarik aliran berlawanan. Kolom atau tabung elutriasi adalah peralatan yang
memungkinkan aliran partikel melalui ruang selama sentrifugasi.
Pemisahan mulai terjadi saat kecepatan linear fluida
lebih besar dari kecepatan terminal partikel. Kecepatan linear fluida dapat
mengatasi gaya apung benda sehingga partikel yang memiliki density besar akan
terdorong ke bawah. Partikel akan mencapai kecepatan terminal saat gaya
gravitasi, gaya apung serta gaya gesek dalam keadaan seimbang. Jika fluida
dialirkan ke atas melalui butiran tunggal dengan kecepatan yang sama dengan
kecepatan terminalnya maka butiran tersebut akan tetap diam. Agar butiran
tersebut bergerak ke atas diperlukan kecepatan linear fluida yang lebih besar.
elutriator skema
Partikel dimasukkan ke tabung elutriasi dan dipaksa ke tepi ruang oleh gaya
sentrifugal. Partikel jatuh melalui air dengan kecepatan yang bervariasi dengan
ukuran dan kepadatan. Jika laju aliran
air diperbesar secara perlahan, partikel yang paling lambat tenggelam akan
tersapu ke atas dengan aliran fluida dan dikeluarkan dari tabung hal ini
disebabkan gaya tarik aliran balik menjadi lebih kuat daripada gaya
sentrifugal. Partikel yang lebih besar tetap berada di dalam chamber dan dapat
diambil setelah elusi selesai.
Partikel menengah akan tetap diam, dan partikel terbesar
atau terpadat akan terus bermigrasi ke bawah. Aliran dapat ditingkatkan lagi
untuk menghilangkan ukuran partikel terkecil berikutnya. Dengan demikian,
dengan kontrol aliran yang hati-hati melalui tabung, partikel dapat dipisahkan kontinu
menurut ukurannya.
Pada pengolahan air atau liquid tersuspensi lainnya, proses pemisahan antara air dengan partikel diskrit salah satunya dilakukan dengan sedimentasi. Proses sedimentasi yang umum digunakan yaitu sedimentasi konvensional (prasedimentasi) yang proses pemisahannya dengan gaya gravitasi. Namun cara ini tentunya kurang efisien dalam segi waktu dan ruang.
Teknologi pemisahan lain yang dapat digunakan yaitu proses pemisahan melalui perpaduan gaya gravitasi dan gaya sentrifugal, salah satunya adalah hydrocyclone. Hydrocyclone merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan partikel diskrit dengan air dengan prinsip gaya sentrifugal. Karena memiliki keuntungan antara lain strukturnya sederhana, biayanya rendah, kapasitasnya besar dengan luas lahan yang kecil, dan mudah dalam pemeliharaan sehingga hydrocyclone banyak digunakan di industri pertambangan, kimia, perminyakan, tekstil, dan metal.
Hydrocyclone terdiri dari bagian silinder dan bagian cone. Silinder berperan dalam menciptakan gaya sentrifugal karena melekat langsung dengan pipa inlet. Sedangkan bagian cone merupakan bagian yang berpengaruh dalam hydrocyclone karena dengan memodifikasi bagian cone pada hydrocyclone dapat mengubah performance dari unit tersebut.
Besar sudut cone sangatlah penting karena mempengaruhi efisiensi pemisahan salah satunya dikarenakan waktu tinggalnya. Sehingga efisiensi akan berubah apabila besar sudut cone berubah. Dengan memvariasikan kemiringan dan panjang cone, dapat diperoleh peningkatan kapasitas dan efisiensi pemisahan pada hydrocyclone.
Selain melalui modifikasi bentuk, proses operasi juga mempengaruhi efisiensi. Hydrocyclone mempunyai prinsip kerja menggunakan gaya sentrifugal yang dipengaruhi massa partikel dan kecepatan putaran, sehingga perbedaan tekanan akan berpengaruh pada kinerja alat tersebut. Tekanan yang terjadi di dalam hydrocyclone dapat mempengaruhi efisiensi.
Prinsip operasi hydrocyclone tergantung pada gaya sentrifugal. Pada hydrocyclone, zat cair dimasukkan ke sebuah cone menghasilkan kecepatan tangensial. Aliran memutar yang terjadi di dalam hydrocyclone membentuk gaya sentrifugal sehingga mempermudah pemisahan akibat adanya perbedaan densitas.
Prinsip kerja dari hydrocyclone adalah sebagai berikut :
1. Fluida diinjeksikan melalui pipa input, fluida memasuki silinder dengan cara tangensial.
2. Bentuk kerucut hydrocyclone menginduksikan aliran fluida untuk berputar, menciptakan vortex.
3. Partikel dengan ukuran atau massa jenis yang lebih besar didorong ke arah luar vortex
4. Gaya gravitasi menyebabkan partikel tersebut jatuh ke sisi kerucut menuju tempat pengeluaran
5. Partikel dengan ukuran atau kerapatan yang lebih kecil keluar melalui bagian atas dari hydrocyclone melalui pusat yang bertekanan rendah.
6. Hydrocyclone membuat suatu gaya sentrifugal yang berfungsi untuk memisahkan padatan.
Gaya sentrifugal timbul saat padatan di dalam fluida masuk ke puncak kolektor silindris pada suatu sudut dan diputar dengan cepat mengarah ke bawah seperti pusaran air. Aliran fluida mengalir secara melingkar dan partikel yang lebih berat mengarahkan ke bawah setelah menabrak ke arah dinding hydrocyclone dan meluncur ke bawah dan keluar di underflow. Di dekat dasar hydrocyclone, air bergerak berbalik arah ke atas dalam bentuk spiral dan keluar dari bagian overflow.
cyclone skema
Vortex yang juga dikenal sebagai pusaran adalah aliran air yang dapat terjadi akibat dari aliran rotasional. Vortex digambarkan sebagai pusaran air yang bergerak berputar terhadap sumbu vertikal. Aliran vortex dapat berupa aliran vortex paksa atau aliran vortex bebas, tergantung pada ada tidaknya gaya yang bekerja membentuk aliran vortex. Ketika air dalam tabung diputar maka akan bekerja gaya-gaya yaitu gaya gravitasi gaya ini dipengaruhi berat partikel, dan gaya sentrifugal, arah gaya ini menjauhi pusat putaran. Bekerjanya gaya selain gaya gravitasi pada air dalam tabung menghasilkan aliran vortex yang dikenal sebagai vortex paksa.
Bagian penting pada alat hidrocyclone mencakup struktur inlet silinder, cone, dan underflow. Struktur inlet yang umum digunakan adalah tangensial, Fluida yang masuk hydrocyclone akan memiliki gaya sentrifugal yang diciptakan dengan bantuan tangensial inlet.
Struktur silinder juga berperan sebagai bagian pra-pemisahan. Bagian silinder berkaitan dengan waktu tinggal bagi partikel untuk mengalami gaya sentrifugal, sehingga partikel kasar akan menuju ke arah dinding hydrocyclone. Struktur tersebut mengubah gerakan fluida yang awalnya linear menjadi gerakan angular sehingga dapat tercipta kecepatan sentrifugal.
Efisiensi hidrocyclone juga dapat ditingkatkan dengan mengubah sudut cone. Dengan memvariasikan kemiringan dan panjang cone, dapat diperoleh peningkatan kapasitas dan efisiensi pemisahan pada hydrocyclone. Bila diameter cone diturunkan maka gaya sentrifugal meningkat. Cone menyebabkan aliran tertarik ke bawah, selanjutnya membentuk pusaran yang mengalir ke atas di pusat pusaran hydrocyclone.
animasi hydrocyclone
Di workshop sederhana kami bekerja dengan menggunakan material plastik akrilik untuk membuat peralatan pendukung laboratorium, training dan penelitian. Akrilik lembaran selanjutnya dibentuk menyerupai tabung kolom ataupun yang lebih rumit. Kelebihan material plastik akrilik adalah sifatnya yang ringan dan transparan, dan juga anti korosi. Karena sifat transparannya maka hal yang akan diamati jadi mudah diobservasi.
Silakan follow instagram kami dengan meng-klik ikon ini :
