S e n t r i f u g a s i | 1
Mekanika Fluida dan Partikel
SENTRIFUGASI
Oleh : Kelompok 7
Nama
: Rizky Salaam (080405046) Fadhilla Asyri (090405052) Pinta Rizki Mala Hsb (090405012) Faisal Bukhory Hrp (090405038) Nur Sri Rahayu (100405012) Toni Pahri Sirait (100405014) Yosi Rahman (100405050) Rizka Firsty Winda (100405060) Sari Liza Azura Nst (100405070) Fikri Naufal Anwari (120405128)
Departemen Teknik Kimia Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara 2013
S e n t r i f u g a s i | 2
Puji syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan rahmat-Nya sehingga kami selaku penulis dapat menyelesaikan makalah tugas Mekanika Fluida dan Partikel dengan judul “Sentrifugasi” dengan “Sentrifugasi” dengan baik. Makalah ini kami susun berdasarkan referensi-referensi yang berhubungan dengan metode Sentrifugasi bertujuan sebagai bahan untuk melengkapi tugas Mekanika Fluida dan Partikel. Dalam kesempatan ini kami juga ingin mengucapkan terima kasih kepada pihak pihak yang telah banyak membantu kami dalam penyusunan makalah ini. Kepada kedua orang tua beserta teman-teman di Teknik Kimia yang telah memberikan dukungan dan saran positif dalam menyelesaikan makalah ini. Demikian kami juga menyadari apa yang ada dalam makalah ini masih jauh dari sempurna. Adapun kritik dan saran yang bersifat positif dan membangun untuk memperbaiki
kekurangan-kekurangan
yang
ada,
sehingga
kami
dapat
lebih
menyempurnakan makalah ini. Kami berharap semoga makalah ini bermanfaat bagi pihak-pihak yang membacanya.
Medan,
September 2013 Penulis,
S e n t r i f u g a s i | 3
KATA PENGANTAR……………………………………………………………....2 DAFTAR ISI………………………………………………………………………..3 BAB I
PENDAHULUAN…………………….....………………………………4 1.1 Latar Belakang ................………………....……………………….... 4 1.2 Perumusan Masalah.....…………...…………....…………………….4 1.3 Manfaat Penulisan......…………………………....……..……………5
BAB II
PEMBAHASAN .......................………………………....………………6 2.1 Defenisi ..................................................................…………..……... 6 2.2 Metode dan Prinsip Sentrifugasi .......................................…..............6 2.3 Separasi Sentrifugal .......................................................……..…….. 7 2.4 Persamaan dalam Metode Sentrifugasi............................……..……..14 2.5 Keunggulan dan Kekurangan Metode Sentrifugasi............…..……...14 2.6 Penggunaan Sentrifugasi dalam Kehidupan .....................…..……....15 2.7 Aplikasi Metode Sentrifugasi dalam Industri ..................... ............... 15 2.8 Contoh Persoalan dengan Metode Sentrifugasi ............................... .. 17
BAB III
PENUTUP......................................…………………..…....……..…..... 20 3.1 Kesimpulan……………………………....………........…………..... 20
DAFTAR PUSTAKA......................................…………………..…....……..…......21
S e n t r i f u g a s i | 4
1.1
Latar Belakang
Secara umum sentrifugasi adalah proses pemisahan dengan menggunakan gaya sentrifugal sebagai driving force. 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. Pemisahan paling sering kita jumpai dalam industri adalah pemisahan lemak yang terdapat dalam susu full cream. Dengan sentrifugasi dipisahkan lemaknya sehingga diperoleh susu skim, susu dengan kadar lemak yang rendah, yaitu berkisar ±3% berat. Dalam keperluan lain operasi sentrifugasi juga dapat berfungsi ganda, yaitu sebagai pemisah untuk campuran maupun sebagai operasi yang membantu proses pengeringan bahan. Fungsi pengeringan utamanya biasanya adalah adan ya tarikan udara vakum atau suhu yang agak tinggi.
1.2
Perumusan Masalah
1. Apakah yang dimaksud dengan sentrifugasi? 2. Bagaimanakah prinsip kerja dari sentrifugasi? 3. Jelaskan klasifikasi dari sentrifugasi? 4. Jelaskan persamaan-persamaan yang berhubungan dengan sentrifugasi? 5. Jelaskan keunggulan dan kelemahan dari sentrifugasi? 6. Jelaskan untuk apa saja penggunaan sentrifugasi dalam kehidupan?
S e n t r i f u g a s i | 5
7. Jelaskan aplikasi secara industri untuk proses sentrifugasi? 8. Bagaimanakah menyelesaikan persoalan yang berhubungan dengan sentrifugasi?
1.3
Manfaat Penulisan
1. Mampu lebih memahami ataupun mengenal secara singkat mengenai sentrifugasi. 2. Dapat mengenal bagaimana prinsip kerja sentrifugasi. 3. Dapat mengetahui jenis-jenis sentrifugasi. 4. Mengetahui berbagai persamaan yang berhubungan dengan sentrifugasi. 5. Dapat mengetahui mengenai keunggulan dan kekurangan dari sentrifugasi. 6. Mengetahui untuk apa penggunaan dari sentrifugasi. 7. Dapat lebih mengetahui sentrifugasi secara aplikatif dalam perindustrian. 8. Mampu menyelesaikan berbagai persoalan mengenai sentrifugasi.
S e n t r i f u g a s i | 6
2.1 Defenisi
Sentrifugasi adalah pemisahan dengan menggunakan gaya putaran atau gaya sentrifugal. Partikel dipisahkan dari liquid dengan adanya gaya sentrifugal pada berbagai variasi ukuran dan densitas campuran larutan. Sentrifugasi merupakan suatu metode yang digunakan dalam pencapaian sedimentasi dimana partikel-partikel yang ada di dalam suatu bahan yang dipisahkan dari fluida oleh gaya sentrifugasi yang dikenakan pada partikel. Dalam hal ini, partikel yang dimaksud adalah solid , gas, atau liquid dan fluida. Dalam pengunaan metode sentrifugasi ini, terdapat sebuah alat yang penting. Alat yang diperlukan dalam metode ini adalah sentrifuse.
2.2 Metode dan Prinsip Sentrifugasi
Metode sentrifugasi dimaksudkan agar segala bentuk proses pemisahan zat dapat dipercepat. Dalam metode sentrifugasi, prinsip yang digunakan yaitu dimana objek diputar secara horizontal pada jarak radial dari titik, dimana titik tersebut dikenakan gaya. Pada saat objek diputar, partikel-partikel yang ada akan berpisah dan berpencar sesuai dengan berat jenis masing-masing partikel. Gaya yang berperan dalam proses teknik sentrifugasi ini yaitu gaya sentrifugal. Dengan adanya teknik ini, proses pengendapan suatu bahan akan lebih cepat dan optimum dibandingkan dengan menggunakan teknik biasa. Prinsip sentrifugasi ini dapat bekerja secara optimum jika para pengguna dapat memasukkan nilai RPM dan nilai konsentrasi yang tepat ke dalam alat sentrifugasi. Cara pengoperasian alat sentrifuse dalam metode ini terbilang tidak terlalu sulit. Hal yang perlu diperhatikan dalam penggunaan alat tersebut yaitu system konsentrasi yang ingin dimasukkan ke dalam alat sentrifugasi dan kecepatan putar alat.
S e n t r i f u g a s i | 7
Gaya sentrifugal digunakan untuk mendapatkan perbedaan tekanan sehingga slurry (cairan) dalam filter akan mengalir ke penyaring. Pada operasi sentrifugasi dengan cara pengendapan, kecepatan pengendapan dipengaruhi oleh : kecepatan sudut (ω) disamping faktor-faktor lain seperti pada perhitungan kecepatan sedimentasi. Laju alir volumetrik umpan dipengaruhi oleh kecepatan sudut (ω), diameter partikel (Dp), density partikel dan cairan, viskositas dan diameter tabung centrifuge. Pemisahan dari gravitasi bias memakan waktuyang
lama karena kedekatan
densitas dari partikel dan fluida atau karena kesatuan gaya pada komponen yang bekerja bersamaan seperti emulsi. •
Pemisahan sentrifugal menggunakan prinsip dimana objek diputar secara horizontal pada jarak radial dari titik dimana titik tersebut dikenakan gaya.
•
Objek yang diputar secara horizontal dan konstan merubah arah dan percepatan walaupun kecepatan rotasi konstan.
•
Gaya sentrifugal ini bekerja menuju pusat dari rotasi. Apabila objek berotasi di dalam kontainer silinder yang berisi campuran fluida
dan solid dan gaya yang berlawanan disebut gaya sentrifugasi yang mengarah keluar dinding kontainer. Gaya ini menyebabkan pencapaian atau sedimentasi dari partikel melewati lapisan dari liquid atau filtrasi liquid dan mengendap menjadi sebuah lapisan (cake) yang menempel di dinding.
2.3 Separasi (Pemisahan) Sentrifugal 3.1 Klasifikasi Separasi Sentrifugal
Berdasarkan mekanismenya, sentrifugasi diklasifikasikan menjadi dua: 1. Sentrifugasi sedimentasi . Dimana, cairan dipisahkan dari padatan dan dikeluarkan melalui lubang pada dinding sentrifus. Umumnya, sentrifugasi sedimentasi digunakan untuk memperoleh cairan. 2. Sentrifugasi penyaringan . Yaitu, pemisahan cairan berdasarkan densitas padatan dan cairan. Sentrifugasi penyaringan digunakan untuk mengambil padatan kering yang murni.
S e n t r i f u g a s i | 8
3.1.1
Tipe sentrifus sedimentasi ( sedimentin g centr if uges )
Secara
umum,
karakteristik
dasar
dari
sentrifugasi
sedimentasi
( sedimenting centrifuges) dijelaskan dalam tabel 3.1 berikut: Tabel 2.1 Karakteristik dasar sentrifugasi sedimentasi.
1. Tubul ar bowl Yaitu sentrifus berkecepatan tinggi (15.000 rpm ; 250 Hz) dengan vertical axis (sumbu yang vertikal) dan digunakan untuk pemisahan cairan-cairan tak-campur atau padatan halus. Tipe ukuran partikel dan interval konsentrasi umpannya adalah 0.1 – 100 m dan 5% w/w. beroperasi secara batch.
Gambar 1. Sentrifugasi Sedimentasi Tipe Tubular Bowl
S e n t r i f u g a s i | 9
Partikel di setiap titik tubular pada arah radial dapat dihitung dengan :
Kecepatan pergerakan partikel :
Hubungan waktu dan jarak (Bowl centrifuge):
2. Di sk bowl (tangki cakram) Membagi cairan menjadi beberapa lapisan yang sangat tipis. Digunakan untuk pemisahan cairan dengan padatan halus, dan pengelompokkan padatan yang dipisahkan menerapkan operasi semi-kontiniu. Biasa digunakan untuk klarifikasi dan
S e n t r i f u g a s i | 10
pengendapan untuk memperoleh endapan padat. Ukuran partikel dan interval konsentrasi umpan: 0.1 – 100m dan 0.05 – 2% w/w.
Gambar 2. Sentrifugasi Sedimentasi Tipe Disk Bowl
3. Basket B owl Bisa digunakan untuk pemurnian dan pemekatan endapan padat.Ukuran partikel dan interval konsentrasi umpan: 0.1 – 100 m dan 5% w/w.
Gambar 3. Sentrifugasi Sedimentasi Tipe Basket Bo
S e n t r i f u g a s i | 11
4. Scroll decanter Biasa digunakan untuk klarifikasi suspensi. Ukuran partikel dan interval konsentrasi umpan: 1 – 5000 m dan 4 – 40% w/w.
Gambar 4. Sentrifugasi Sedimentasi Tipe Scroll decanter
4.1.1
Tipe Sentrifus penyaringan ( fi lterin g centr if uges )
Secara umum, karakteristik dasar dari sentrifugasi penyaringan ( filtering centrifuges) dijelaskan dalam tabel 3.2 berikut:
S e n t r i f u g a s i | 12
Tabel 2.2 Karakteristik dasar (utama) sentrifugasi penyaringan ( filtering centrifuges)
1. Basket
Terdiri dari peeler dan pendulum. Biasa digunakan untuk deliquoring suspensi. Ukuran partikel dan innterval konsentrasi umpan: 10 – 1000 m (pendulum),2 – 1000 m (peeler) and 4 – 30% w/w.
Gambar 5. Sentrifugasi Penyaringan Tipe Basket Peeler.
2. Pusher
Digunakan untuk kondisi partikel yang kering dan berbentuk butiran. Ukuran partikel dan interval konsentrasi umpan: 40 – 7000 m dan 10 – 40% w/w.
S e n t r i f u g a s i | 13
Gambar 6. Sentrifugasi Penyaringan Tipe Pusher
3. I nverti ng bag centr if uge
Biasa digunakan: Semi-kontiniu deliquoring suspensi untuk pembersihan yang komplit dan kemurnian yang tinggi harus dijaga. Ukuran partikel dan interval konsentrasi umpan: 2 – 1000 m dan 5 – 30% w/w.
Gambar 7. Sentrifugasi Penyaringan Tipe Inverting bag
S e n t r i f u g a s i | 14
2.4 Persamaan – persamaan yang biasa digunakan dalam sentrifugasi
Persamaan 4.1
Persamaan 4.3
Persamaan 4.2
Persamaan 4.4 Keterangan : Fc
= Gaya sentrifugal
ae
= percepatan dari gaya sentrifugal
Fg
= Gaya gravitasi
m
= massa
N
= Jumlah putaran
ω
= kecepatan angular
v
= kecepatan tangensial
r
= jari-jari dari pusat rotasi
qc
= kecepatan alir ( flow rate)
D pc
= diameter partikel terbesar
2.5 Keunggulan dan Kelemahan Sentrifugasi dalam Pemisahan 2.5.1
Keunggulan
Merupakan metode awal yang digunakan pada bioseparasi setelah filtrasi.
Metode sentrifugasi lebih efisien dibandingkan dengan filtrasi.
S e n t r i f u g a s i | 15
Jenis sentrifugasi dapat disesuaikan dengan produk yang ingin dihasilkan.
2.5.2
Kelemahan
Instalasi peralatan lebih mahal dibandingkan dengan filtrasi.
Hanya bisa digunakan dalam skala kecil.
2.6 Penggunaan Sentrifugasi
Dalam industri, sentrifugasi sangat banyak digunakan, antara lain untuk:
Pemisahan partikel berdasarkan ukuran dan densitas.
Pemisahan cairan tak-campur dengan densitas berbeda.
Penyaringan suspensi.
Pengeringan padatan, khususnya kristal.
Merusak emulsi dan suspensi koloid.
Pemisahan gas.
Proses transfer massa.
2.7 Aplikasi Sentrifugasi
Proses pembuatan minyak kelapa, dimana teknik pemisahan sentrifugasi cukup berperan. Buah kelapa dihancurkan, dan diperas sehingga didapat bagian santan. Didalam santan terdapat campuran minyak dengan air. Dengan melakukan sentrifugasi dengan kecepatan antara 3000-3500 rpm, maka terjadi pemisahan dan terdapat dua bagian yaitu fraksi kaya minyak (krim) dan fraksi miskin minyak (skim). Selanjutnya krim diasamkan, kemudian diberi perlakuan sentrifugasi sekali lagi untuk memisahkan minyak dari bagian bukan minyak. Dalam pengolahan minyak kelapa, sering juga dilakukan modifikasi khususnya dalam pemisahan krim untuk mendapatkan bagian minyak. Modifikasi tersebut
S e n t r i f u g a s i | 16
dilakukan dengan cara pemanasan krim, dan akan dihasilkan padatan dan minyak, selanjutnya dengan penyaringan kita dapatkan minyak kelapa yang bersih dan jernih. Tetes tebu pada pembuatan gula pasir kemudian dipisahkan dari endapan gula, sedangkan endapan gula lalu dijadikan kristal dengan cara diputar dengan menggunakan mesin sentrifugal. Mesin sentrifugal sendiri bentuknya seperti mesin pembuat arum manis. Jadi endapan gula diputar dengan kecepatan tinggi hingga terbentuklah kristalkrisatal gula. Kalau endapan gula tidak diproses dengan putaran, maka akan diperoleh gula kental. Kristal gula pertama tama dipisahkan dengan mesin sentrifugal dan cairan yang tersisa digunakan untuk tambahan pada proses kristalisasi selanjutnya. Ampas yang tersisa (dimana sudah tidak bisa lagi diambil gula darinya) digunakan untuk makanan ternak dan dengan itu terbentuklah gula putih yang kemudian disaring ke dalam tingkat kualitas tertentu untuk kemudian dijual. Pada pembuatan gula merah, setelah cukup murni, cairan gula merah didinginkan dan dikristalkan (biasanya sambil diaduk) untuk memproduksi gula yang dapat dituang ke cetakan. Sebuah mesin sentrifugal juga dapat digunakan pada proses kristalisasi. Pada pemeriksaan hematokrit digunakan sentrifuge. Darah dengan antikoagulan diputar di sentrifuge, kemudian dibandingkan panjang kolom merah dengan total kolom. Dalam percobaan Isolasi DNA Kromosom dilakukan pemanenan, disentrifugasi 1,5 ml sel di dalam eppendorf sehingga diperoleh pelet sel menggunakan sentrifuge berkecepatan 13.000 rpm selama 5 menit lalu dsentrifuge dengan kecepatan 13.000 rpm selama 1 menit. Supernatan yang tersisa dibuang dan pelet yang tersisa ditambahkan etanol 70% sebanyak 100 μl dan disentrifuge kem bali dengan kecepatan 13.000 rpm selama 1 menit. Sedangkan pada pemurnian DNA kromosom disentrifuge dengan kecepatan 13.000 rpm selama 10 menit. Supernatan bagian atas diambil dan ditambahkan sodium asetat 3 M sebanyak 0,1 kali volume supernatan atas yang didapat. Ditambah etanol absolute dingin sebanyak 2 kali volume supernatan atas yang didapat, lalu disentrifuge lagi dengan kecepatan 13.000 rpm selama 5 menit.
S e n t r i f u g a s i | 17
2.8 Contoh - Contoh Soal yang Berhubungan dengan Sentrifugasi
Contoh 1: Sebuah sentrifuse mempunyai jarak ke bowl sebesar 0,1016 m (0,333 ft) yang berotasi pada N = 1000 rev/min. a) Hitung gaya sentrifugal yang terbentuk yang berkaitan dengan gaya gravitasi. b) Bandingkan gaya ini untuk sebuah bowl dengan jarak 0,2032 yang berotasi pada rev/min yang sama. Penyelesaian : a) Diketahui : r = 0,1016 m N = 1000 rev/min Untuk menghitung gaya sentrifugal maka digunakan persamaan 14.4-7
b) Diketahui : r = 0,2032 m N=1000 rev/min Maka :
Contoh 2: 3
Sebuah larutan kental yang terdiri dari partikel-partikel dengan densitas ρ p = 1461 kg/m 3
dikarifikasi dengan sentrifugasi. Densitas larutan ρ = 801 kg/m dan viskositasnya
S e n t r i f u g a s i | 18
sebesar 100 cP. Sentrifuse mempunyai sebuah bowl dengan r 2 = 0,02225 m, r 1 = 0,00716 m dan tinggi b = 0,1970 m. Hitung diameter partikel kritis pada partikel paling besar di 3
aliran keluar jika N = 23.000 rev/min dan laju alir q = 0,002832 m /h. Penyelesaian :
3
Diketahui :ρ p = 1461 kg/m 3
ρ = 801 kg/m μ = 100 cP
r 2 = 0,02225 m r 1 = 0,00716 m b = 0,1970 m N = 23.000 rev/min 3
q = 0,002832 m /h Ditanya: D pc Jawab: Dari Pers. 4.4 maka dapat diperoleh D pc
Maka :
Dari Pers. 4.2 didapat nilai ω :
S e n t r i f u g a s i | 19
Volume bowl :
-3
μ = 100 cP = 100 x 10 Pa.s = 0,1 Pa.s = 0,1 kg/m.s
( ) [] []
-6
D pc = 0,746 x 10 m = 0,746 μm
S e n t r i f u g a s i | 20
3.1
Kesimpulan
1. Sentrifugasi adalah pemisahan dengan menggunakan gaya putaran atau gaya sentrifugal. 2. Sentrifugasi merupakan suatu metode yang digunakan dalam pencapaian sedimentasi dimana partikel-partikel yang ada di dalam suatu bahan yang dipisahkan dari fluida oleh gaya sentrifugasi yang dikenakan pada partikel. 3. Gaya sentrifugal merupakan gaya yang berperan dalam teknik sentrifugasi. 4. Dalam metode sentrifugasi, prinsip yang digunakan yaitu dimana objek diputar secara horizontal pada jarak radial dari titik, dimana titik tersebut dikenakan gaya. Pada saat objek diputar, partikel-partikel yang ada akan berpisah dan berpencar sesuai dengan berat jenis masing-masing partikel. 5. Berdasarkan mekanismenya, sentrifugasi dibagi menjadi dua, yaitu sentrifugasi penyaringan dan sentrifugasi sedimentasi. 6. Metode sentrifugasi memiliki beberapa kelebihan, salah satunya ialah metode ini lebih efisien dari metode filtrasi. 7. Metode sentrifugasi biasanya digunakan untuk Pemisahan partikel berdasarkan ukuran dan densitas, pemisahan cairan tak-campur dengan densitas berbeda, penyaringan suspense, pengeringan padatan, merusak emulsi dan suspensi koloid, pemisahan gas.
S e n t r i f u g a s i | 21
Alfarisi, Salman. 2012. Sentrifugasi. http://sentrifugasi2012.blogspot.com/2012/09/ sentrifugasi.html. Diakses pada 28 September 2013. Azalia, Umi. 2012. Sentrifugasi adalah Pemisahan dengan Menggunakan Gaya Putaran atau
Gaya
Sentrifugal .
http://www.scribd.com/doc/171129466/Sentrifugasi-
Adalah-Pemisahan-Dengan-Menggunakan-Gaya-Putaran-Atau-Gaya-Sentrifugal. Diakses pada 28 September 2013. Bashar,
Yazhid.
2013.
Makalah
Sentrifuge.
http://yazhid28bashar.
blogspot.com/2013/04/makalah-sentrifuge.html. Diakses pada 28 September 2013. Djauhari, Agus. 2010. Sentrifugasi Cair-Cair . http://matekim.blogspot.com/2010/05/ sentrifugasi-cair-cair.html. Diakses pada 28 September 2013. Listyalina,
Latifah.
2012.
Sentrifus.
http://latifahlistyalina-fst09.web.unair.ac.id/
artikel_detail-45722-Umum-TUGAS%20ANATOMI.html. Diakses
pada
28
September 2013. Thiang, Shan. 2010. Proses Pemisahan Sentrifugal. http://shanthiang.wordpress.com /2010/03/16/proses-pemisahan-sentrifugal-sentrifugasi/. September 2013.
Diakses
pada
28
