Pemisahan Sentrifugasi
I. Tujuan Percobaan
· Memisahkan suatu padatan yang di dalam cairan atau campuran cair-air (yang memiki massa jenis yang berbeda). Dengan cara pemusingan (sentrifugasi)
· Memahami prinsip kerja alat centrifuge
II. Alat dan Bahan
· Seperangkat alat disc bowl centrifuge
· Beaker gelas 1000 ml
· Piknometer
· Neraca analitik
· Santan sebanyak ± 2 liter
III. Dasar Teori
Centrifuge merupakan alat untuk memisahkan slurry (padatan dalam cairan) atau campuran cair-cair yang memiliki massa jenis yang berbeda secara pendorong, prosesnya disebut sentrifugasi. Gaya Sentrifugal adalah gaya yang terjadi akibat perputaran. Arah gayanya adalah dari sumbu (pusat) alat ke arah jari-jari luar. Gaya sentrifugal (F) dalam satuan (N) dapat dirumuskan sebagai berikut :
Dimana,
; V = kecepatan tangensial (m/s)
; V = kecepatan tangensial (m/s)
F = m . r . 
2 = m . 2
2 = m . 2
Kecepatan rotasi dinyatakan sebagai N , dimana N = rad/min, sehingga :
,
; 
= 
; =
Subtitusi ke F menjadi:
F = m . r . w2
= m . r . 
2 . 
2
2 . 2
Prinsip kerja centrifuge adalah apabila slurry atau campuran cair-cair (yang memiliki massa jenis yang berbeda) masuk ke dalam bejana sebagai umpan, maka akan mengalami pemisahan antara partikel dengan massa jenis yang lebih besar dan partikel yang memiliki massa jenis yang berbeda akan menuju ke arah jari-jari luar bejana sehingga terjadi proses pemisahan.
Pemisahan atau sentrifugasi tersebut dapat digunakan pada skema berikut :
Centrifuge yang digunakan adalah jenis Disc Bowl yang digunakan untuk memisahjkan cair-cair. Alat ini terdiri atas piringan-piringan berbentuk corong yang tersusun rapi membentuk kesatuan pada tiap piringan terdapat lubang kecil di tengah-tengah jalannya umpan, sedangkan antar piringan corong membentuk celah sebagai jalan keluar untuk masing-masing cairan (yang memiliki berat jenis berbeda) setelah dikenai gaya sentrifugal.
Perolehan dari masing-masing celah akan terkumpul dan keluar dari jalan yang berbeda. Hal ini diperlihatkan pada prosedur praktikum yang akan dilakukan.
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 adanya tarikan udara vakum atau suhu yang agak tinggi.
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 adanya tarikan udara vakum atau suhu yang agak tinggi.
Salah satu teknik yang dapat dipergunakan untuk memisahkan campuran ini adalah teknik sentrifugasi, yaitu metode yang digunakan dalam untuk mempercepat proses pengendapan dengan memberikan gaya sentrifugal pada partikel-partikelnya.
Gaya sentifugal adalah gaya yang terjadi akibat adanya putaran, arah gayanya adalah dari titik pusat putaran keluar menuju jari-jari luar. Pemisahan menggunakan gaya ini pada penerapannya biasanya dikenakan pada pemisahan fasa padat dengan fasa cair yang tercampur. Pemisahan menggunakan gaya ini dilakukan apabila perbedaan densitas antara kedua fasa tidak terlalu besar, bisa dalam bentuk campuran suspensi, sehingga pemisahan dengan gravitasi sukar dilakukan.
Pemisahan sentrifugal menggunakan prinsip dimana objek diputar secara horizontal pada jarak tertentu. Apabila objek berotasi di dalam tabung atau silinder yang berisi campuran cairan dan partikel, maka campuran tersebut dapat bergerak menuju pusat rotasi, namun hal tersebut tidak terjadi karena adanya gaya yang berlawanan yang menuju ke arah dinding luar silinder atau tabung, gaya tersebut adalah gaya sentrifugasi. Gaya inilah yang menyebabkan partikel-partikel menuju dinding tabung dan terakumulasi membentuk endapan.
Pemisahan antara dua fasa cair yang membentuk emulsi juga dapat dilakukan dengan cara pemberian gaya sentrifugal. Gaya ini berfungsi ganda, yaitu sebagai perusak sistem emulsi dan memisahkan kedua fasa cairnya.
Peralatan sentrifugasi untuk memisahkan dua fasa cair dapat dikelompokkan menjadi dua tipe, yaitu turbular centifuge dan disk bowl centrifuge.
Centrifuge yang digunakan dalam percobaan ini adalah disc bowl yang beroperasi secara batch. Alat ini terdiri dari piringan – piringan berbentuk mangkok tersusun membentuk satu kesatuan. Tiap piringan terdapat lubang kecil ditengah untuk jalannya umpan, sedangkan piringan mangkok membentuk celah sebagai jalan keluar untuk masing-masing cairan yang mengandung berat jenis berbeda, setelah dikenai gaya sentrifugal. Perolehan dari masing-masing celah akan terkumpul dan keluar dari dua jalan yang berbeda.
Gambar 1. Prinsip kerja disc bowl centrifuge
Sentrifugasi digunakan dalam pemisahan krim susu untuk menghasilkan dan skim susu. Disc bowl centrifuge biasanya digunakan untuk tugas ini. Mereka mungkin kedap disegel dan dilengkapi dengan pompa sentripetal. Biasanya susu dipanaskan sampai antara 40°C dan 50°C sebelum pemisahan, untuk mengurangi kekentalan dan mengoptimalkan perbedaan densitas antara fasa lemak dan berair. Isi lemak yang susu skim dapat dikurangi hingga kurang dari 0,05%. Meskipun proses kontinu, padatan larut hadir dalam susu (partikel kotoran, kasein micelles, mikroorganisme) membangun seperti lumpur dalam mangkuk sentrifugal. Mangkuk harus membersihkan pada interval. Alternatifnya, nozzle atau membuka diri sentrifugal dapat digunakan, tetapi dengan outlet untuk krim dan susu skim serta lumpur. Lemak dapat pulih oleh sentrifugasi.
Ada banyak aplikasi lain untuk sentrifugasi dalam pengolahan makanan,
misalnya mangkuk berbentuk tabung mesin untuk mengklarifikasi sari dan gula sirup memisahkan hewan darah ke dalam plasma dan hemoglobin, nozzle dan mesin membuka diri untuk dewatering pati dan sentrifuge untuk memulihkan decanting hewan dan tumbuhan protein, memisahkan lemak dari daging dan memisahkan comminuted kopi dan teh slurries.
misalnya mangkuk berbentuk tabung mesin untuk mengklarifikasi sari dan gula sirup memisahkan hewan darah ke dalam plasma dan hemoglobin, nozzle dan mesin membuka diri untuk dewatering pati dan sentrifuge untuk memulihkan decanting hewan dan tumbuhan protein, memisahkan lemak dari daging dan memisahkan comminuted kopi dan teh slurries.
Begitu pula dalam 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 dilakukan dengan cara pemanasan krim, dan akan dihasilkan padatan dan minyak, selanjutnya dengan penyaringan kita dapatkan minyak kelapa yang bersih dan jernih.
IV. Prosedur Kerja
v Bagian-bagian alat centrifuge dibersihkan / dicuci dan dikeringkan terlebih dahulu.
v Bagian-bagian alat centrifuge disusun dengan sedemikian rupa seperti pada gambar.
v Menyiapkan santan sebanyak ± 2 liter
v Memasukkan ke dalam bejana alat centrifuge kemudian menutup lubang pada alat.
v Kecepatan yang digunakan bervariasi dengan menggunakan beberapa run, yaitu : 4, 8, dan 10.
v Meletakkan 2 beaker plastic pada tempat keluaran, bagian bawah adalah heavy liquid dan bagian atas adalah light liquid.
v Menyalakan alat centrifuge, menunggu ± 6 menit, lalu membuka lubang bejana centrifuge dan menunggu hingga aliran heavy liquid dan light liquid tidak ada yang menetes lagi ( santan dalam bejana sudah habis )
v Mencatat suhu, volume, dan densitas ( dengan piknometer ) masing masing keluaran.
v Mencampurkan kembali, lalu masukkan ke dalam bejana, lakukan dengan kecepatan yang berbeda.
v Setelah selesai, bongkar semua alat lalu bersihkan.
V. Data Pengamatan
· Pengukuran massa jenis (ρ) larutan santan sebelum di proses pada alat disk bowl centrifuge ( T = 30oC )
Ø Berat Pikno kosong (a) : 36,95 gr
Ø Berat Pikno kosong + Santan awal (b) : 61,94 gr
Ø Berat Pikno kosong + air (c) : 61,64 gr
Ø Berat Pikno kosong + light liquid (d) : 62,62 gr
Ø Berat Pikno kosong + heavy liquid (e) : 60,34 gr
No
|
N
(rpm)
|
V(awal)
( x 10-3 m3)
|
V(light)
( x 10-3 m3)
|
V(heavy)
( x 10-3 m3)
|
ρ light
|
ρ heavy
|
F light
(N)
|
F heavy
(N)
|
1
|
2500
|
1500 x 10-3 m3
|
250 x 10-3 m3
|
870 x
10-3 m3
|
1,0396 gr/ml
|
0,9473 gr/ml
|
889,763 N
|
2821,465 N
|
· Perhitungan :
Ø Mencari berat jenis santan awal :
ü Volume piknometer = 
= 
=
= 24,69 ml
ü Berat Jenis santan awal = 
= 
=
= 
= 1,0121 gr/ml
Ø Mencari berat jenis Light Liquid
ü Berat Jenis light liquid = 
= 
=
= 
= 1,0396 gr/ml
Ø Mencari berat jenis Heavy Liquid
ü Berat Jenis heavy liquid = 
= 
=
= 
= 0,9473 gr/ml
v Volume santan awal : 1500 ml
v Volume Light Liquid : 250 ml
v Volume Heavy Liquid : 870 ml
· Penentuan besaran nilai Gaya Sentrifugal pada Light Liquid :
2
= 1,0396 gr/ 
= 1299,5 gr.cm ( 261,667 rad / s )2
= 1299,5 gr.cm ( 68.469,6188 rad2/s2 )
= 88.976.269,6306 gr.cm.rad2/s2
= 889,76269 kg.m.rad2/s2 = 889,76269 N
· Penentuan besaran nilai Gaya Sentrifugal pada Heavy Liquid :
2 = 0,9473 gr/
= 4.120,755 gr.cm ( 261,667 rad / s )2
= 4.120,755 gr.cm ( 68.469,6188 rad2/s2 )
= 282.146.524,0182 gr.cm.rad2/s2
= 2.821,46524 kg.m.rad2/s2 = 2.821,46524 N
VI. Analisa Pecrobaan
Pada percobaan pemisahan sentrifugasi dengan alat disc bowl centrifuge ini, dapat dianalisa bahwa sentrifugasi merupakan suatu proses pemisahan dengan menggunakan gaya sentrifugal sebagai metode yang digunakan. Pemisahan dapat dilakukan terhadap fasa partikel padat pada cairan tersuspensi maupun cair-air. Pada percobaan kali ini kami melakukan pemisahan dengan jenis campuran berupa cair-cair yang memiliki berat jenis yang berbeda dan umpan yang digunakan adalah santan.
Mula-mula santan sebagai umpan masuk ke dalam bejana pada alat disc bowl centrifuge, kemudian mengatur kecepatan putaran yang digunakan untuk memisahankan umpan yang masuk dan akan mengeluarkan dua buah aliran yang berbeda pada bagian pengeluaran. Lalu, meletakkan dua buah beaker gelas pada tempat pengeluaran umpan yaitu heavy liquid dan light liquid. Heavy liquid merupakan suatu cairan yang mempunyai berat jenis yang lebih berat dari pada light liquid. Alat disc bowl centrifuge ini beroperasi secara batch. Alat ini terdiri dari piringan-piringan yang membentuk corong yang pada bagian atas nya terdapat lubang untuk masuknya umpan dari atas, dan pada bagian samping pada piringan tersebut terdapat celah-celah yang merupakan suatu celah untuk memproses umpan yang masuk agar terpisah berdasarkan berat jenis yang berbeda.
Dari hasil pemisahan diperoleh volume heavy liquid sebesar 870 ml, dan untuk light liquid sebesar 250 ml. maka pada proses pemisahan ini terjadi kehilangan volume sebesar 380 dari volume awal 1500 ml, hal ini dikarenakan adanya kebocoran pada bagian samping alat dan alat yang dioperasikan masih belum maksimal sehingga pada piringan-piringan bagian dalam masih bersisa umpan yang belum terproses. Sedangkan gaya sentrifugasi yang diperoleh pada heavy liquid sebesar 2821,46 N dan untuk light liquid sebesar 889,762 N.
VII. Kesimpulan
Dari hasil percobaan yang dilakukan diperoleh kesimpulan, yaitu :
Ø Gaya sentrifugasi merupakan suatu gaya yang terjadi dengan adanya putaran secara horizontal. Arah gaya adalah dari titik pusat putaran keluar menuju jari-jari luar.
Ø Centrifuge merupakan alat yang digunakan untuk memisahkan slurry (padatan dalam cairan) atau campuran cair-cair yang memiliki berat jenis yang berbeda.
Ø Dari hasil perhitungan di peroleh :
o Volume
§ Santan awal : 1500 ml
§ Heavy Liquid : 870 ml
§ Light Liquid : 250 ml
o Densitas
§ Heavy Liquid : 0,9473 gr/ml
§ Light Liquid : 1,0396 gr/ml
o Gaya Sentrifugal (Fe)
§ Heavy Liquid : 2821,465 N
§ Light Liquid : 889,762 N
DAFTAR PUSTAKA
· JobSheet. 2014. “Penuntun Praktikum Satuan Operasi I”. Jurusan Teknik Kimia. Politeknik Negeri Sriwijaya.
No comments:
Post a Comment