Model Transparan Untuk Uji Kinerja Cyclone

Maksud utama proses pemisahan gas dan padatan (gas-solid separation process) adalah untuk pembersihan gas dan memisahkan debu-debu halus serta uap cairan dari aliran gas. Aliran gas untuk proses harus sering dibersihkan untuk mencegah kontaminasi pada catalyst atau produk dan untuk menghindari kerusakan peralatan seperti kompressor. Maksud lainnya adalah supaya sejalan dengan aturan lingkungan masalah polusi udara, dan untuk alasan kesehatan untuk menhilangkan racun dan bahan-bahan berbahaya lainnya.  Ada juga di sejumlah industri kebutuhan udara bersih sebagai bahan baku dan persyaratan kerja yang mengharuskan lingkungan atmosfer yang bersih seperti pada industri farmasi dan elektronik. Partikel yang dipisahkan berkisar dari molekul besar yakni ratusan mikrometer sampai dengan debu halus dari hancuran katalis atau fly ash dari pembakaran pulverised fuel.

Reverse Flow Cyclone

Tabel Gas Cleaning Equipment

Dari sejumlah alat untuk proses pemisahan gas dan padatan, cyclone adalah alat yang paling populer dan paling banyak digunakan. Berdasarkan dari kemampuan kinerjanya cyclone memiliki kelebihan berupa investasi alat dan biaya operasional yang murah. Cyclone tersebut bekerja dengan gaya centrifugal dan gravitasi, konstruksinya sederhana, dan dapat dirancang untuk untuk operasi temperature dan tekanan tinggi. Pada kondisi operasi yang biasa dilakukan, gaya sentrifugal berkisar dari 5 kali gravitasi pada diameter yang sangat besar (low-resistance cyclone) hingga 2500 kali gravitasi pada pada diameter sangat kecil (high-resistance cyclone). Cyclone cocok untuk pemisahan partikel diameter diatas 5 mikrometer, sedangkan partikel lebih kecil sampai dengan 0,5 mikrometer dapat dipisahkan bila terjadi gumpalan (agglomerasi). Cyclone bisa digunakan untuk mengumpulkan partikel lebih besar dari 200 mikrometer dengan gravity settling chamber biasanya memuaskan dan fenomena abrasi kecil.

Pada kondisi khusus yakni ketika konsentrasi debu (dust) sangat tinggi, yakni diatas 230 gram/m3 atau 100 gram/m3, cyclone akan menghilangkan debu yang memiliki ukuran partikel lebih kecil. Pada kondisi tersebut effisiensi setinggi 98% bisa dicapai pada debu-debu dengan ukuran partikel 0,1 hingga 2 mikrometer terutama efek flokulasi.  

Rancangan yang paling banyak digunakan adalah reverse flow cyclone, sedangkan konfigurasi lainnya digunakan untuk kebutuhan khusus. Pada reverse flow cyclone gas masuk dari ruang atas secara tangensial lalu turun ke bawah pada bagian konis, lalu bergerak ke atas menuju diameter lebih kecil dan keluar ke atas melalui pipa vertikal ditengah. Aliran dengan dua pusaran (vortex) terjadi secara spiral; pertama, pada bagian luar dan bergerak ke bawah dan yang kedua, bergerak ke atas pada bagian dalam. Padatan bergerak secara radial pada dinding, turun mengikuti dindingnya dan dikumpulkan pada bagian bawah.   Sedangkan pada industri biomass densification yakni wood pellet atau wood briquette, cyclone juga berfungsi untuk me-recovery debu yang merupakan serbuk kayu (sawdust) untuk digunakan sebagai bahan baku produk wood pellet atau wood briquette tersebut.

Pada jenis reverse flow cyclone ini dikenal dua rancangan standard yakni, high efficiency cyclone dan high gas rate (throughput) cyclone. Perbedaan antara keduanya bisa dilihat pada tabel dibawah ini:

Kurva Perfoma High Efficiency Cyclone

Kurva Performa High Gas Rate Cyclone

Salah satu kelemahan cyclone adalah effisiensinya yang rendah untuk partikel lebih kecil dari 5 mikrometer dan khususnya untuk ukuran partikel lebih kecil 2 sampai 3 mikrometer. Efficiency pemisahan cyclone tersebut selanjutnya juga dapat ditingkatkan dengan meningkatkan gaya sentrifugal melalui pengecilan diameter cyclone itu sendiri. Dan untuk mencegah kerugian kapasitas, sejumlah cyclone dapat digunakan secara parallel atau istilahnya multicyclone. Multicyclone jelas lebih rumit dan tentunya juga lebih mahal. Biaya operasional juga lebih mahal, akibat pressure yang terjadi juga lebih tinggi dibandingkan single cyclone, yang mengakibatkan tingginya konsumsi energi.  

Multicyclone

Cyclone pada umumnya dirancang pada batas pressure drop tertentu. Untuk meningkatkan efisiensi, hanya sedikit variasi pada pada kondisi operasi perlu dilakukan. Diameter diperkecil dengan pressure drop sama akan menghasilkan efisieni lebih tinggi. Cyclone dengan diameter kecil, akan membutuhkan multicyclone secara parallel untuk kapasitas tertentu. Cyclone secara individual pada konfigurasi cyclone parallel dapat mengeluarkan debunya pada hopper penerima. Rancangan akhir akan merupakan kompromi antara efisiensi dan kompleksitas peralatan. Dalam keadaan multicyclone secara seri juga sering digunakan. Model berupa cyclone transparan dari bahan akrilik akan mudah digunakan untuk simulasi berbagai unjuk kerja cyclone baik yang merupakan single cyclone ataupun multicyclone.