TUGAS
PERLAKUAN MEKANIK
"NERACA BAHAN PADA PENGAYAKAN"
Oleh:
HERJUN PRABOWO (08120190)
AKADEMI TEKNOLOGI INDUSTRI PADANG
(ATIP)
TAHUN AKADEMIK 2009
NERACA BAHAN PADA PENGAYAKAN
A. Pengertian Pengayakan
Pengayakan atau penyaringan adalah proses pemisahan secara mekanik
berdasarkan perbedaan ukuran partikel. Pengayakan (screening) dipakai dalam
skala industri, sedangkan penyaringan (sieving) dipakai untuk skala
laboratorium.
Produk dari proses pengayakan/penyaringan ada 2 (dua), yaitu :
- Ukuran lebih besar daripada ukuran lubang-lubang ayakan (oversize).
- Ukuran yang lebih kecil daripada ukuran lubang-lubang ayakan (undersize)
Dalam proses industri, biasanya digunakan material yang berukuran tertentu
dan seragam. Untuk memperoleh ukuran yang seragam, maka perlu dilakukan
pengayakan. Pada proses pengayakan zat padat itu dijatuhkan atau
dilemparkan ke permukaan pengayak. Partikel yang di bawah ukuran atau yang
kecil (undersize), atau halusan (fines), lulus melewati bukaan ayak, sedang
yang di atas ukuran atau yang besar (oversize), atau buntut (tails) tidak
lulus. Pengayakan lebih lazim dalam keadaan kering (McCabe, 1999, halaman
386).
Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pengayakan, yaitu:
Jenis ayakan
Cara pengayakan
Kecepatan pengayakan]
Ukuran ayakan
Waktu pengayakan
Sifat bahan yang akan diayak
Tujuan dari proses pengayakan ini adalah: [Taggart,1927]
Mempersiapkan produk umpan (feed) yang ukurannya sesuai untuk beberapa
proses berikutnya.
Mencegah masuknya mineral yang tidak sempurna dalam peremukan (Primary
crushing) atau oversize ke dalam proses pengolahan berikutnya,
sehingga dapat dilakukan kembali proses peremukan tahap berikutnya
(secondary crushing).
Untuk meningkatkan spesifikasi suatu material sebagai produk akhir.
Mencegah masuknya undersize ke permukaan.
Pengayakan biasanya dilakukan dalam keadaan kering untuk material
kasar, dapat optimal sampai dengan ukuran 10 in (10 mesh). Sedangkan
pengayakan dalam keadaan basah biasanya untuk material yang halus
mulai dari ukuran 20 in sampai dengan ukuran 35 in.
Permukaan ayakan yang digunakan pada screen bervariasi, yaitu: [Brown,1950]
Plat yang berlubang (punched plate, bahan dapat berupa baja ataupun
karet keras.
Anyaman kawat (woven wire), bahan dapat berupa baja, nikel, perunggu,
tembaga, atau logam lainnya.
Susunan batangan logam, biasanya digunakan batang baja (pararel rods).
Sistem bukaan dari permukaan ayakan juga bervariasi, seperti bentuk
lingkaran, persegi ataupun persegi panjang. Penggunaan bentuk bukaan
ini tergantung dari ukuran, karakteristik material, dan kecepan
gerakan screen.
Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan material untuk menerobos ukuran
ayakan adalah :
1. Ukuran buhan ayakan
Semakin besar diameter lubang bukaan akan semakin banyak
material yang lolos.
2. Ukuran relatif partikel
Material yang mempunyai diameter yang sama dengan panjangnya
akan memiliki kecepatan dan kesempatan masuk yang berbeda
bila posisinya berbeda, yaitu yang satu melintang dan lainnya
membujur.
3. Pantulan dari material
Pada waktu material jatuh ke screen maka material akan membentur
kisi-kisi screen sehingga akan terpental ke atas dan jatuh pada
posisi yang tidak teratur.
4. Kandungan air
Kandungan air yang banyak akan sangat membantu tapi bila hanya
sedikit akan menyumbat screen.
B. Alat Ayakan
Berdasarkan gerak pengayak, alat ayakan dibagi menjadi 2 jenis:
Stationary screen
Dynamic screen.
Beberapa alat ayakan :
1. Stationary
2. Grizzly
3. Vibrating
4. Oscillating
5. Reciprocating
6. Tromel/Revolving
Faktor yang harus diperhatikan dalam pemilihan screen:
kapasitas, kecepatan hasil yang diinginkan.
Kisaran ukuran ( size range),
Sifat bahan : densitas, kemudahan mengalir (flowability),
Unsur bahaya bahan : mudah terbakar, berbahaya, debu yang ditimbulkan.
Ayakan kering atau basah.
Pemilihan screen berdasarkan ukuran disajikan di fig. 19 – 14 (Perry,
7th ed.).
C. Kapasistas Screen
Kapasitas screen secara umum tergantung pada: [Kelly,1982]
1. Luas penampang screen
2. Ukuran bahan
3. Sifat dari umpan seperti; berat jenis, kandungan air, temperature
4. Tipe mechanical screen yang digunakan.
1. Sumber Brown, 1950.
Contoh : Tersedia vibrating screen dengan luas permukaan= 6 ft, aperture =
2 mm. Berapa kisaran kapasitas yang memungkinkan screen ini?
Penyelesaian :
Kapasitas = ( 5 s/d 20 ) x 6 x 2
= 60 s/d 240 Tons/24 hr.
2. Sumber: Perry, chap. 19 .
D. EFISIENSI SCREEN
Efektivitas ayakan dihitung berdasarkan rekoveri desired material dalam
produk dan rekoveri undesired material di arus reject.
Desired mat'l = mat'l dengan ukuran yang diinginkan.
Efisiensi screen dalam mechanical engineering didefinisikan sebagai
perbandingan dari energi keluaran dengan eneri masukan. Dengan demikian
dalam screening bukannya efisiensi melainkan ukuran keefektifan dari
operasi.
Contoh : Suatu produk dengan spek tidak lebih dari 10% berat
berukuran
tidak lebih besar dari 200 mesh. Tampak, batasannya adalah partikel dengan
ukuran > 200 mesh maksimum 10%. Jadi, desired mat'l = partikel lolos 200
mesh.
Efisiensi dari proses pengayakan ini bergantung pada: [Brown,1950]
Rasio ukuran minimal partikel yang bisa melewati lubang ayakan, yaitu:
0,17-1,25 x ukuran lubang ayakan.
Persentase total area ayakan yang terbuka.
Teknik pengumpanan dan kecepatan pengumpanan.
Keadaan fisik dari material itu sendiri (kekerasan bijih, pola
bongkahan bentuk partikel seperti bulat, gepeng, ataupun jarum,
kandungan air).
Ada atau tidak adanya penyumbatan lubang screen.
Ada atau tidak adanya korosi pada ayakan (kawat).
Mekanisme gerakan pengayakan (getaran).
Design mekanis dari ayakan tersebut dan Kemiringan ayakan (biasanya
12o-18o).
Menentukan efektivitas ayakan.
Ditinjau suatu ayakan:
Di lapangan, penimbangan F, P & R tidak mudah dan tidak praktis,
maka
perlu dicari persamaan lain yang menggunakan data analisis cuplikan
(sample)
distribusi ukuran pada arus F, P dan R.
NM desired mat'l di sekitasr screen:
XF. F = XP . P + XR . R (1)
undesired mat'l di sekitar screen :
(1 – XF ) F = ( 1- XP ) P + ( 1-XR ) R (2)
NM
NM total di sekitar screen :
F = P + R (3)
Menggunakan persamaan (1) dan (3), buktikan bahwa :
E. Neraca Bahan Pada Pengayakan
Neraca bahan sederhana pada satu ayak dapat dituliskan, dan ini dapat
digunakan untuk menghitung rasio umpan, fraksi-kasar, dan limpahan-bawah
analisis ayak dari ketiga arus dan pengetahuan tentang diameter potong yang
dikehendaki.
Umpamakan
F = laju aliran masa umpan
D = laju aliran masa limpahan-atas
B = laju aliran masa limpahan bawah
xF= fraksi masa bahan A di dalan umpan
xD= fraksi masa bahan A di dalam lapisan atas
xB= fraksi masa bahan A di dalam lapisan bawah
Fraksi masa bahan B di dalam umpan, limpahan atas, limpahan bawah adalah 1-
xF,1- xD, dan 1- xB.
Oleh karena total bahan yang diumpankan ke ayak harus meninggalkan ayak
sebagai limpahan bawah atau limpahan atas.
F = D + B (30.1)
Bahan A di dalam umpan harus pula keluar dalam kedua arus itu
FxF = DxD + BxB (30.2)
eliminasi B dari Pers (30.1) dan (30.2) memberikan
D = xF - xB
F = xD - xB (30.3)
Eliminasi D menghasilkan
B = xD - xF
F = xD - xB (30.4)
Tabel Analisis Ayakan
"Mesh "Ukuran "z "Analisis ayak, % "
" "ft "mm " "Kumulatif "Diferensia"
" " " " " "l "
"8 "0.0078 "2,37 "8,5 "97 "3 "
"9 "0,0065 "1,98 "7,1 "93 "4 "
"10 "0,0054 "1,65 "5,9 "84 "9 "
"12 "0,0046 "1,40 "5,0 "74 "10 "
"14 "0,0038 "1,16 "4,2 "61 "13 "
"16 "0,0033 "1,01 "3,6 "48 "13 "
"29 "0,0027 "0,82 "3,0 "35 "13 "
"24 "0,0023 "0,70 "2,5 "25 "10 "
"28 "0,0019 "0,58 "2,1 "17 "8 "
"32 "0,0016 "0,49 "1,8 "11 "6 "
"35 "0,0014 "0,43 "1,5 "6 "5 "
"42 "0,0011 "0,34 "1,2 "4 "2 "
1. Standar ukuran ayakan (screen)
Ukuran yang digunakan bisa dinyatakan dengan mesh maupun mm
(metrik). Yang dimaksud mesh adalah jumlah lubang yang terdapat dalam satu
inchi persegi (square inch), sementara jika dinyatakan dalam mm maka angka
yang ditunjukkan merupakan besar material yang diayak.
Perbandingan antara luas lubang bukaan dengan luas permukaan screen disebut
prosentase opening. Pelolosan material dalam ayakan dipengaruhi oleh
beberapa hal, yaitu :
Ukuran material yang sesuai dengan lubang ayakan
Ukuran rata-rata material yang menembus lubang ayakan
Sudut yang dibentuk oleh gaya pukulan partikel
Komposisi air dalam material yang akan diayak
Letak perlapisan material pada permukaan sebelum diayak
Dalam pengayakan melewatkan bahan melalui ayakan seri ( sieve
shaker) yang mempunyai ukuran lubang ayakan semakin kecil. Setiap
pemisahan padatan berdasarkan ukuran diperlukan pengayakan. screen
mampu mengukur partikel dari 76 mm sampai dengan 38 µm. Operasi screening
dilakukan dengan jalan melewatkan material pada suatu permukaan yang
banyak lubang atau openings dengan ukuran yang sesuai.
Ditinjau sebuah ayakan :
Fraksi oversize = fraksi padatan yang tertahan ayakan.
Fraksi undersize = fraksi padatan yang lolos ayakan.
Jika ayakan lebih dari 2 ayakan yang berbeda ukuran lubangnya, maka
akan diperoleh fraksi-fraksi padatan dengan ukuran padatan sesuai
dengan ukuran lubang ayakan. Pengayakan biasanya dilakukan dalam keadaan
kering untuk material kasar, dapat optimal sampai dengan ukuran 10 in (10
mesh). Sedangkan pengayakan dalam keadaan basah biasanya untuk material
yang halus mulai dari ukuran 20 in sampai dengan ukuran 35 in.
2. Analisis data ukuran partikel menggunakan screen shaker.
Penyajian data distribusi ukuran suatu campuran (particle size
distribution)
Ditinjau : Sejumlah campuran partikel diayak dalam suatu susunan
ayakan, di laboratorium ( menggunakan sieve shaker):
Masing-masing padatan yang diperoleh ditimbang dan
dijumlahkan,
Setiap ayakan ukuran tertentu dihitung fraksi massa partikel
yang lolos
Fraksi massa yang tertahan dan diameter rata-ratanya,
Data fraksi massa dan diameter ditabulasikan,
Data di atas disajikan dalam grafik.
Contoh :
Menentukan ukuran partikel pada ayakan antara -48 + 65 mesh :
Gi = berat partikel pada -48+65 mesh.
Gt = berat total = berat umpan total.
Maka :
Average particle size
Evaluasi Hasil Analisis Ayakan
Beberapa karakter padatan yang dapat dianalisis dari data hasil
ayakan:
Average diamater
Diameter yang jika dikalikan dengan jumlah partikel akan
memberikan jumlah total diameter dalam campuran itu.
Davg x (jumlah partikel) = D total campuran.
Average surface
Surface average x (jumlah partikel) = surface total
Average volume
Volume avg x (jumlah partikel) = surface total
Average mass
Mass avg x (jumlah partikel) = massa total
Beberapa dimensi atau ukuran yang digunakan untuk menyatakan
ukuran suatu campuran antara lain:
1. True Arithmatic Average Diameter (TAAD)
Diameter total = N1.D1 + N2.D2+ N3.D3+…..+……=Σ (Ni . Di )
Jumlah partikel total = N1 + N2 + N3 +......................= Σ (Ni)
Dalam prakteknya, menghitung jumlah partikel sangatlah sulit, lebih
menentukan massa dari masing-masing ukuran. Oleh karena itu,
dicari hubungan antara jumlah partikel dengan massa pada masing-masing
ukuran tersebut. Pendekatan yang diambil sbb.:
2. Mean Surface Diameter (Dp)
Diameter yang dapat mewakili untuk menghitung luas permukaan total.
3. Mean Volume Diameter (Dv)
Diameter yang dapat mewakili untuk menghitung volum total campuran.
4. Surface area
Dalam prakteknya, luas permukaan sejumlah partikel dalam
campuran sulit diukur, maka perlu dicar cara lain, yaitu
mengevaluasi luas permukaan padatan per satuan massa padatan.
Specific surface dapat dihitung dengan mudah jika geometri partikel
diketahui.
Contoh :
Untuk sebuah bola : luas permukaan =.......?
Massa bola = ....?
Maka, specific surface =....?
Pada alat screen, yang teranalisis adalah Davg, jika D
Davg maka persamaan di atas perlu dikoreksi. Biasanya menggunakan
perbandingan specific surface atau ratio of specific surface = n.
Hubungan specific surface dengan Davg untuk beberapa material disajikan di
figure 16 Brown.
Hubungan n dengan Davg disajikan dalam fig. 17.
Screen aperture (lubang ayakan)
Keterangan : Untuk ukuran lubang yang berbeda, digunakan diameter kawat
yang berbeda pula.
Mesh : jumlah lubang dalam 1 inchi linear.
Contoh : Ayakan 10 mesh, artinya sepanjang 1 inch terdapat 10
lubang dan kawatnya.
Maka: Jarak antar pusat kawat yang satu dengan kawat berikutnya = 1/10
=0,1 in.
Aperture = 0,1 – (diameter kawat) in.
Dari table Tyler screen, untuk 10 mesh ternyata diameter kawat = 0,035 in,
maka,
Aperture = 0,1 – 0,035 = 0,05 in.
Interval ayakan.
Jika interval ayakan yang dipilih sbb.: 1, 2, 3,..., 8, 9, 10 in, maka
interval ini mempunyai kelemahan, yaitu:
Antara 1 dan 2 in : perbedaan ukurannya terlalu besar.
Antara 9 dan 10 in : secara praktek, ukuran dengan kisaran ini
hampir sama
Untuk partikel berukuran di bawah 1 in sampai 1 mikron akan terdapat
dalam satu fraksi.
Saat ini, telah ada standard screen yang digunakan untuk
menganalisis
distribusi ukuran partikel dari suatu campuran, yaitu mempunyai kisaran 3
in
sampai dengan 0,0015 in ( atau 76 mm s/d 38 mikron). Dasar dari interval
standard screen ini adalah : Rasio luas lubang yang berurutan adalah 2.
Standar ayakan yang digunakan di USA menggunakan interval 2 ( TYLER
STANDARD SCREEN). Standar ayakan yang lain : SIEVE SERIES.
Tabel standar ayakan dapat dilihat di table 5 (Brown) dan table 19-6
(Perry,7thed.).
Contoh :
Dalam suatu analisis secara grain counting didapatkan data sebagai berikut
:
Ukuran Berat Jumlah Butir Mineral A Jumlah Butir Mineral B
(mesh) (gram) Bebas Terikat Bebas
Terikat
+28 20 4 6,5 6
2,5
+35 50 10 12,25 8
6,75
-35 30 12 2 10
2
Hitung derajat liberasi bijih maupun kadar bijih bila BJ mineral A = 7 dan
BJ mineral B = 2,5 !
Jawab :
Derajat Liberasi fraksi (+28 in) mineral A = 4x7 x100%/(10,5x7) =
38,09 Kadar mineral A pada fraksi (+28 in) = 10,5x7
x100%/((10,5x7)+(8,25x2,5)) = 77,57
Dengan cara yang sama dapat dihitung kadar (KD) maupun Derajat Liberasi
(DL) tiap fraksi.
Ukuran Berat DL Fraksi Kadar Fraksi DL x Berat KD x Berat
+ 28 20 39,09 77,57 781,8 1551,45
+ 35 50 44,94 80,87 2247,19 4042,83
- 35 30 85,71 75,82 2571,43 2274,66
Jumlah 100 Jumlah 5600,42 7869,94
Derajat Liberasi bijih = jumlah kolom 5 : jumlah kolom 2 = 5600,42 : 100 =
56%
Kadar Bijih = jumlah kolom 6 : jumlah kolom 2 = 7869,94 : 100 = 78,699 %.
Dalam mencari kadar bijih jangan sampai kadar tiap fraksi dijumlahkan dan
hasilnya dibagi tiga. Hal ini salah karena berat tiap fraksi tidak sama.
Gerakan partikel pada permukaan ayakan itu dipengaruhi oleh gaya gravitasi
dan kekuatan yang digunakan oleh permukaan. Dengan kemiringan ayakan (20o-
40o) menyebabkan adanya dorongan yang cukup dari permukaan sehingga
partikel ringan terdorong ke bawah. Gerakan biasanya bersifat translasi
(translation) cepat pada kapasitas besar, sentuhan yang kontinyu, berguling
(turn over) yang menyebabkan orientasi pergantian partikel serta
pengeluaran (ejecting) yaitu pembuangan keluar partikel.
menyebabkan material bergerak kesana kemari. Bekerja dengan frekuensi 500-
2500 rpm. Biasanya pada ayakan Light Duty Screen.
DAFTAR PUSTAKA
http://brownharinto.blogspot.com/2009/11/screening-pengayakan.html
distantina.staff.uns.ac.id/files/2009/08/2-screen.pdf
www.muthiaelma.zoomshare.com/files/Kelompok_I.ppt
distantina.staff.uns.ac.id/files/2009/.../1-cara-menentukan-ukuran-
partikel.pdf
http://kuliahd3fatek.blogspot.com/2009/05/bab-iii-pengolahan-bahan-
galian.html
http://kuliahd3fatek.blogspot.com/2009/05/bab-ii-pengolahan-bahan-
galian.html
