Alat Pengendali Partikulat

Alat Pengendali Partikulat

June 18, 2012

HYPERLINK "https://jujubandung.wordpress.com/category/limbah/" Limbah

HYPERLINK "https://jujubandung.wordpress.com/tag/udara/" udara

HYPERLINK "https://jujubandung.wordpress.com/author/jujubandung/" \o "View all posts by jujubandung" jujubandungDebu/partikulat seperti telah diketahui memiliki berbagai macam variasi baik dalam segi bentuk dan ukuran, yang bisa juga terkandung dalam larutan ataupun berwujud debu kering, dengan rentang yang sangat besar baik dalam segi fisik dan kimiawi.

Debu dan asap yang tersuspensi di udara dapat dihilangkan dari aliran udara dengan menggunakan beberapa alat pengendali. Terdapat tiga buah alat yang dapat menyisihkan partikulat dari udara, yaitu :

Cyclone Electrostatic Precipitator BaghouseFilterKetiga alat diatas memiliki spesifikasi dan efisiensi yang berbeda-beda, sehingga digunakan untuk keperluan dan keadaan yang berbeda-beda disesuaikan dengan karakteristik alat tersebut.

Hal yang perlu diperhatikan dalam menentukan alat pengendali pencemaran partikulat adalah sebagai berikut :

Konsep dasar pengendalian partikulat

Distribusi ukuran partikulat

Efisiensi pengendalian

1. Cyclone

Cyclonemerupakan alat mekanis sederhana yang digunakan untuk menyisihkan partikulat dari aliran gas.Cyclonecukup efektif untuk menyisihkan partikulat kasar dengan diameter >10mm. Prinsip penyisihan partikulat dari aliran gas pada alat ini adalah dengan memanfaatkan gaya sentrifugal sehingga jika gaya sentrifugalnya besar maka efisiensi penyisihan partikulat juga akan tinggi.

Pada umumnyacyclonedirancang dengan kesamaan geometris dimana perbandingan dimensinya bersifat konstan untuk berbagai diameter (Diameter body = Do). Nilai perbandingan ini akan menentukan apakahcyclonetersebut termasuk jenis konvensional, efisiensi tinggi atauhigh throughput(1).

Jenis-jeniscyclonesecara garis besar terbagi menjadi tiga, yaitu konvensional, efisiensi tinggi danhigh throughput. Dapat dilihat pada Tabel 2.6 berikut ini perbandingan dimensi untukcyclone.

Gambar. 2.19CycloneTabel 2.6Standar PendimensianCycloneTipe Cyclone

Efisiensi TinggiKonvensionalHigh Throughput

123456

Diameter casing (D/D)111111

Tinggi saluran inlet (H/D)0.50.440.50.50.750.8

Lebar saluran inlet (W/D)0.20.210.250.250.3750.35

Diameter keluaran gas (De/D)0.50.40.50.50.750.75

Tinggi vortex (S/D)0.50.50.6250.60.8750.85

Tinggi casing (Lb/D)1.51.421.751.51.7

Tinggi kerucut (Lc/D)2.52.5222.52

Diameter keluaran debu (Dd/D)0.3750.40.250.40.3750.4

(Sumber: Cooper & Alley,1992)

Efisiensi dari alatcyclonedipengaruhi oleh viskositas gas, lebar saluran inlet, kecepatan gas inlet, densitas antara partikel dan gas, dan diameter partikel.

Efisiensi dari alatcyclonedapat dihitung berdasarkan persamaan berikut

2.25

dimana :

j= efisiensi penyisihan untuk rentang partikel j

dp= karakteristik partikel pada rentang j

dpc= diameter yang dapat tersisihkan sebesar 50 %

Diameter yang dapat tersisihkan sebesar 50% (dpc) memiliki hubungan erat dengan dimensi daricyclone, dpcdapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini,

2.26

Dan efisiensi keseluruhan dari alatcyclonemerupakan rerata untuk seluruh rentang ukuran partikel yaitu,

o= jmj2.27

2. Electrostatic Precipitator

Prinsip dari alat ini merupakan penyisihan partikel dari udara dengan pemberian muatan gaya pada partikel dengan gaya elektrostatik.

Gambar. 2.20Electrostatic precipitator Gaya elektrostatik yang diberikan pada partikel berasal dari korona (muatan listrik yang sangat tinggi), sehingga partikel menjadi bermuatan listrik. Kemudian pada plat pengumpul diberi muatan yang berbeda dari muatan yang diberikan pada partikel, sehingga partikel akan menempel pada plat, yang selanjutnya akan meluruh menuju hopper.

Dalam menyisihkan debu pada alat elektrostatic precipitator dipengaruhi oleh kecepatan udara, luas area pengumpulan, dan debit dari udara, yang dapat dilihat pada persamaan berikut ini,

= 1 e(-wA/Q)2.31

3. Baghouse Filter

Baghouse filtermerupakan alat pengendali yang sangat baik untuk diapikasikan dalam penyisihan debu yang memiliki ukuran kecil dimana diinginkan efesiensi penyisihan yang cukup tinggi. Bahan yang digunakan padabaghouse filterbiasanya berbentuk tabung atau kantung.

Baghouse filterberoperasi dengan prinsip kerja yang hampir sama denganvacuum cleaner. Udara yang membawa debu partikulat yang ditekan melewati kantung-kantung yang terbuat dari bahan yang spesifik. Sehingga ketika udara melewati bahan tersebut, debu akan terakumulasi pada permukaan bahan tersebut, menghasilkan udara yang bersih. Bahan yang digunakan berguna untuk menahan debu. Namun lapisan debu yang terakumulasi di permukaan juga memiliki keuntungan dalam menciptakan efisiensi yang tinggi dalam proses filtrasi partikel yang lebih kecil. ( Lapisan debu ini memiliki efek yang sangat penting bagi bahan yang dirajut dibandingkan dengan bahan bulu kempa).

Dalam penggunaanbaghouse filterterdapat beberapa kelebihan dan kekurangan yang perlu dicermati, sehingga penggunaan alatbaghouse filterdalam menanggulangi partikulat di udara akan efektif. Berikut ini adalah keuntungan dan kekurangan daribaghouse filter:Keuntungan daribaghouse filter:

Memiliki efisiensi yang tinggi walau untuk partikel yang sangat kecil

Dapat dioperasikan pada berbagai jenis debu

Dapat dioperasikan melebihi rentang volumetrik flow rate yang ada.

Membutuhkan kehilangan tekan yang cukup

Kerugian daribaghouse filter:

Membutuhkan area yang besar.

Bahan yang digunakan dapat rusak akibat temperatur yang tinggi atau bahan yang dapat menyebabkan korosif.

Tidak dapat diaplikasikan pada daerah yang memiliki kelembaban tinggi: karena dapat menyebabkan pori-pori bahan tertutup.

Memiliki kemungkinan yang sangat tinggi terhadap terjadinya kebakaran.

Bahan yang diaplikasikan dalambaghouse filteryang terlihat pada Gambar 2.21

3.1. Mekanisme Proses Filtrasi

Baghouse filterbiasanya digunakan untuk menghilangkan debu dan asap dari aliran udara dengan menggunakan bahan yang memiliki serat dengan diameter 100-150 , dan ruang terbuka yang berada diantara serat tersebut antara 50-75 Gambar 2.21. Ruang ini dapat dilewati oleh debu yang sangat kecil. Sehingga ketika pada saat awal alatbaghouse filterdiaplikasikan umunya debu yang kecil akan lolos dari bahan yg digunakan. Namun setelah terjadinya impaksi, intersepsi dan difusi, maka partikel-partikel debu tersebut yang akan menutup celah-celah kecil tersebut. Ketika celah tersebut telah dipenuhi partikulat dan lapisan partikulat dipermukaan bahan telah terbentuk maka efisiensibaghouse filterakan semakin meningkat.

Gambar 2.21Bahan yang digunakan untukbaghouse filterEfisiensi pengumpulan partikel debu dengan penggunaanbaghouse filterpada partikulat yang memiliki ukuran 1mm atau kurang bisa mencapai 90%, proses filtrasi secara jelas tidak hanya dengan mekanisme penyaringan biasa saja. Partikel yang kecil pada awalnya akan tertangkap dan tertahan pada serat dari bahan karena adanya intersepsi,impingement,difusi, pengendapan secara gravitasi, dan gaya tarik elektrostatik. Setelah debu terkumpul, pengumpulan selanjutnya dilakukan dengan metode penyaringan seperti telah disebutkan sebelumnya. Berikut ini adalah penjelasan detail tentang mekanisme filtrasi yang terjadi padaBaghouse filter.

Gambar 2.22Mekanisme Proses Filtrasi padabaghouse filterIntersepsi langsungDalam kondisi normal aliran pada udara filtrasi yang ada biasanya bersifat laminer (11). Pada kondisi laminer ini, partikel yang memiliki gaya inersia yang kecil akan bertahan pada suatustreamline. Apabilastreamlinetersebut melewati suatu halangan, seperti serat dari bahan filter, dalam jarak yang sama dengan radius dari partikel, partikel akan melakukan kontak dengan penghalang tersebut dan akan melekat karena adanya gayaVan der Walls.

ImpingementPada partikel yang memiliki kelembaman yang cukup besar, partikel ini tidak akan mengikuti arah arus aliran ketika arah arus aliran membelok dari arah garis edar ketika mendekati suatu halangan. Kemungkinan dari partikel untuk melakukan kontak dengan permukaan penghalang yang ada bergantung pada ukuran penghalang tersebut serta ukuran dan inersia dari partikel. Seperti yang juga terjadi pada keadaan intersepsi langsung, penghalang yang kecil cenderung lebih efektif sebagai pengumpul maka hal ini juga berlaku pada mekanismeimpingementatau impaksi.

Kelembaman dari suatu partikel dapat diukur denganstopping distance.Stopping distancemerupakan jarak yang ditempuh oleh suatu partikel sebelum partikel sampai pada penghalang ketika arah arus aliran berpindah cepat sebesar 90. Impaksi bukan merupakan faktor yang penting dalam pengumpulan partikel yang memiliki ukuran lebih kecil dari 1 mikron. Sedangkan impaksi merupakan hal yang perlu untuk dipertimbangkan dalam pengumpulan partikel yang memiliki ukuran 2 mikron dan yang lebih besar (11).

Untuk mengumpulkan partikel secara efektif dengan memanfaatkan gaya inersia, arah aliran aerosol harus berubah cepat terhadap suatu jarak tertentu dari kolektor atau penghalang, yang diperkirakan akan berukuran sama atau kurang daristopping distance(11). Sehingga untuk mengumpulkan partikulat secara efektif perlu untuk mendesain kolektor dengan dimensi tegak lurus dengan arah aliran aerosol dengan ukuran yang sama denganstopping distance(11). Pertimbangan teoritis menyatakan bahwa efisiensi pengumpulan untuk ukuran partikel tertentu akan menurun apabila ukuran alat pengumpul meningkat.

Kecepatan arah aliran sangat penting dalam proses impaksi. Efisiensi pengumpulan akan meningkat sejalan dengan meningkatnya kecepatan, dengan pertimbanganstopping distancejuga akan meningkat seiring dengan meningkatnya kecepatan. Asumsi yang dinyatakan pada hal ini adalah kecepatan partikel sama dengan kecepatan arah aliran udara, dimana hampir pada kenyataannya benar. Ketika kecepatan udara sudah mulai berlebihan, bagaimanapun juga kecepatan isapan akan meningkat secara bertahap, hal ini menyebabkan gaya rekat menjadi berlebihan dan menyebabkan partikel yang terkumpul akan terbang kembali dan efisiensi pengumpulan akan menurun.

Ukuran serat atau bahan filter pada umumnya dibandingkan dengan ukuran partikel yang akan dikumpulkan. Contohnya serat pada katun dan wool memiliki ukuran diameter bukaan antara 10 sampai 20 mm (11). Serat semacam ini cenderung terlalu besar untuk digunakan menjadi instrumen pengumpul yang efektif untuk menyisihkan partikel yang memiliki ukuran kecil sekali.

Efisiensi penyisihan untuk debu halus dan asap pada awal pengaplikasian memiliki efisiensi yang rendah sampai pada saat lapisan telah terbentuk dipermukaan filter. Hal ini dinyatakan berdasarkan beberapa eksperimen sebelumnya. Untuk waktu yang pendek ketika kantung baru dipasang, atau seketika saat baru digunakan untuk pembersihan terdapat partikel yang lolos dari bahan.

DifusiPada partikel yang berukuran sangat kecil, dengan ukuran yang hampir sama dengan ukuran intermolecular, atau dapat dikatakan memiliki diameter kurang atau sekitar 0.1 sampai 0.2 mikron, difusi menjadi mekanisme yang paling dominan terjadi pada proses deposisi. Partikel yang memiliki ukuran sekecil ini akan mengikuti arah aliran akibat timbulnya kolisi dengan molekul gas, hasil dari gerakrandom Brownyang meningkatkan kemungkinan kontak antara partikel dan permukaan pengumpul. Ketika beberapa partikel telah terkumpul, konsentrasi gradien akan menjadi lebih sempurna yang akan menjadi gaya pendorong peningkatan kecepatan deposisi (11). Kecepatan udara yang rendah dapat meningkatkan efisiensi dengan meningkatkan waktu kontak dan menghasilkan kemungkinan kontak yang lebih lama dengan permukaan kantung filter. Pengumpul atau halangan yang lebih kecil juga dapat meningkatkan efisiensi pengumpulan (11).

Elektrostatik.Selama elektrostatik dengan tidak ragukan lagi memegang peranan dalam penangkapan dan menyimpan partikel debu olehbaghouse filter, bukti ini tidak cukup untuk menyatakan mekanisme ini secara kuantitatif. Berdasarkan Frederick (1961), elektrostatik tidak hanya akan membatu proses filtrasi dengan menyediakan gaya tarik antara debu dan bahan, tetapi juga memiliki efek dalam aglomerasi partikel, kemampuan pembesihan bahan, dan efisiensi pengumpulan. Gaya ini memiliki sifat memberikan dorongan muatan menjadi efek friksi, menyatakan polaritas, intensitas muatan, dan kecepatan disipasi muatan baik pada debu dan media filter, dan hubungan antara keduanya dapat meningkatkan atau menghalangi proses filtrasi. Gaya ini hanya menyatakan perbedan kualitatif saja. Sebagai contoh, bahan A mungkin lebih baik daripada bahan B pada debu X, dimana bahan B lebih baik daripada bahan A untuk debu Y. Gaya ini memberikan beberapa triboelektrik bahan filter yang akan berguna untuk menjadi penduan dalam pemilihan bahan dengan sifat elektrostatiknya.

3.2. Pertimbangan Desain

Baghouse filtermerupakan alat pengendali yang memiliki efisiensi pennyisihan yang tinggi. Dalam mendesainbaghouse filterterdapat beberapa pertimbangan desain yang termasuk didalamnya optimasi dari kecepatan filtrasi V. Optimasi kecepatan filtrasi dapat diperoleh dengan menyeimbangkan antara biaya kapital (ukuranbaghousefilter) berbanding dengan biaya operasi (kehilangan tekan). Dalam pemilihan kecepatan filtrasi faktor utama yang menjadi pertimbangan awal adalah berdasarkan percobaan awal dengan debu yang hampir sama, karakteristik bahan, karakteristik partikel dan karakteristik aliran udara.

3.2.1. Kecepatan Filtrasi.

Kecepatan filtrasi atau filter rasio didefinisikan sebagai rasio dari gas yang terfiltrasi (ft3/menit) pada suatu area filter media (ft2) tertentu. Unit dari filter rasio adalah cfm/ft2. Secara fisik kecepatan filtrasi atau filter rasio, menggambarkan kecepatan rata-rata dimana gas melewati bahan tanpa mempertimbangkan berapa area yang dibutuhkan oleh serat dan bahan apa yang digunakan. Berdasarkan alasan ini, bentuksuperficial face velocitysering digunakan.

Kecepatan filtrasi merupakan faktor penting dalam proses filtrasi. Apabila filter rasio terlalu besar akan menyebabkan kehilangan tekan yang berlebihan, mengurangi efisiensi pengumpulan, penyumbatan.

Clement (1961) menekankan bahwa filter rasio tidak boleh terlalu rendah dari sudut pandang operasional. Hal ini dinyatakan berdasarkan pertimbangan ekonomis dimana sangat dihindari desain yang terlalu berlebihan. Berikut ini pada Tabel 2.7 yang menyatakan filter rasio maksimum pada jenis debu tertentu. Nilai ini dapat menggambarkan hasil yang telah disetujui oleh para ahli yang menunjukkan nilai optimum untuk meminimalisasi biaya, baik pada perawatan, dan juga pada pertimbangan pembiayaan awal.

Tabel 2.7Nilai kecepatan filtrasi maksimum dan kecepatan minimum pada debu dan asap

Jenis debu dan asapKecepatan filtrasi maksimum, (cfm/ft2 cloth area)Kecepatan pada cabang pipa (fpm)

Alumina2.254500(c,f)

Asbestos2.753500-4000

Carbon24000-4500

Charcoal2.254500 (a,g,h)

Cocoa2.254000 (a,e,g,h)

Chocolate2.254000 (a,e,g,h)

Ceramics2.54000-4500

Clay2.254000-4500

Cotton3.53500 (a,b,c,f)

Cosmetics24000

Flour2.53500 (a,h)

Glass2.54000-4500

Gypsum2.54000

Rock3.254500

Soap2.253500 (a,b)

Sugar2.254000 (a)

(Sumber: Danielson,1967)

Keterangan: a.Pressure relief. b.Flame-retardant cloth, c.Cyclone type cleaner, d.Spark arrester, e.Sprinklers, f.Special hoppers,gates and valves, g.Grounded bags, h.special electrical, i.Insulate casingFilter rasio yang direkomendasikan diatas digunakan hanya sebagai panduan saja. Nilai desain aktual mungkin membutuhkan beberapa penyesuaian seperti, nilai perlu dikecilkan bila ukuran partikel yang dominan akan disisihkan memiliki ukuran yang kecil.

3.2.2. Media Filtrasi.

Media filter yang digunakan padabaghouse filterharus disesuaikan dengan temperatur dan pH dari gas buang (Tabel 2.8). Setiap tipe dari serat memiliki spesifikasi tersendiri.

Tabel 2.8Ketahanan bahan terhadap temperatur dan zat kimia

Temperatur MaksimumKetahanan terhadap bahan kimia

BahanFAsamBasa

Dynel160BaikBaik

Cotton180BurukBaik

Wool200BaikBuruk

Nylon200BurukBaik

Polypropylene200Sangat BaikSangat baik

Orlon260BaikCukup

Dacron275BaikCukup

Nomex400CukupBaik

Teflon400Sangat BaikSangat baik

Glass550BaikBaik

(Sumber: Kraus,1976; Buonicore and Davis,1992)

3.2.3. Jenis Serat

KatunKatun merupakan bahan yang telah digunakan sejak lama sebagai bahan standar untuk debu yang umum. Harga katun cenderung tidak mahal, mudah untuk ditemukan, dan merupakan media filtrasi yang baik, selain itu bahan ini juga tahan lama selama dalam pengaplikasiannya temperatur operasi tidak berlebihan dan tidak terdapat basa dan/atau asam kuat dalam debu. Katun bisa diaplikasikan sebagai media kolektor yang baik pada prosesgrindingdanconveying.

WoolSebelum terjadi perkembangan bahan sintetik,woolmerupakan satu-satunya bahan yang ada, bahan ini biasa digunakan pada proses yang memiliki temperatur operasi sekitar 200 F atau ketika terdapat kehadiran asam pada debu yang akan difiltrasi. Wool atau campuran wool asbes masih sering digunakan pada operasi metalurgi seperti pada peleburan timah tingkat dua, walaupun kini telah tergantikan dengan Dacron.

NylonNylon merupakan bahan sintetis, bahan ini umunya tersedia dalam bentuk serabut ataupun filamen. Nylon cenderung memiliki harga yang tinggi, tetapi memiliki ciri-ciri fisik yang sangat dibutuhkan bagi beberapa kegiatan, karena bahan ini memiliki ketahanan yang tinggi pada abrasi dan pengenduran, kuat dan elastis, dan juga tahan pada beberapa jenis bahan kimia.

DynelSeratacrylicpada umumnya memiliki kelembaban absorpsi yang rendah, kekuatan yang baik, kenyal, dan tahan terhadap zat kimia, dan tahan terhadap degradasi oleh jamur dan bakteri. Jenis bahanacrylicyang digunakan pertama kali sebagaibaghouse filteradalahunion carbidyang merupakan rajutan filamen. Jenis seratacrylicyang memiliki bentuk serabut adalah dynel, Dynel memiliki ketahanan kimia yang tinggi, khususnya untuk asam dan basa kuat, tetapi tidak cocok pada uap pembakaran.

OrlondanDacronOrlon dan Dacron merupakan serat pertama yang 100% berasal dari acrylic, diproduksi hanya dalam bentuk serabut pada saat ini (11). Orlon memiliki sifat yang ringan, kuat, dan kenyal; memiliki ketahanan terhadap panas, dan tahan terhadap zat kimia, khususnya asam (11). Perbedaan antara Orlon dan Dacron adalah dalam bentuk produksi, dimana Dacron diproduksi dalam bentuk filamen sedangkan Orlon dalam bentuk serabut. Bentuk filamen dirasakan oleh beberapa pihak lebih menguntungkan dalam hal pembersihan dibandingkan dalam bentuk serabut. Selain itu Dacron cenderung lebih memiliki harga yang cukup rendah bila dibandingkan dengan Orlon.

Teflon.Merupakan serat hasil penelitian dari tetraluoroethylene. Teflon jarang digunakan karena memiliki beberapa batasan. Bahan ini tidak terlalu tahan terhadap panas, begitu juga dengan zat kimia. Campuran serat Teflon-Orlon hanya digunakan bila terdapat fluoride pada gas buang, itupun hanya untuk konsentrasi tertentu.

GelasDari seluruh media filtrasi yang ada, serat gelas merupakan serat yang paling kuat terhadap panas, dan hampir seluruh bahan kimia kecuali fluorin. Kekurangan fisik dari bahan ini adalah memiliki ketahanan yang rendah terhadap abrasi, membutuhkan penanganan yang khusus, dan juga memiliki ciri-ciri desain khusus. Kecepatan filtrasi yang direkomendasikan biasanya lebih rendah dibandingkan dengan bahan yang lain, karena membutuhkan proses pembersihan dengan kecepatan rendah.

3.2.4. Mekanisme Pembersihan

Debu yang terakumulasi di media filter, akan menyebabkan meningkatnya kehilangan tekan sampai batas tertentu. Setelah batas tersebut tercapai maka perlu dilakukan pembersihan untuk mengurangi kehilangan tekan yang ada. Siklus pembersihan ini bisa dilakukan secara manual, semi otomatis, ataupun sepenuhnya otomatis. Siklus secara otomatis dapat dilakukan berdasarkan waktu tertentu atau ketika tekanan tertentu telah tercapai. Pada beberapa alat pengendali sepertireverse-jetbaghouse, alat ini beroperasi dengan pembersihan yang kontinu. Ketika proses pembersihan telah dimulai, harus dilakukan sampai selesai dengan intensitas pembersihan yang cukup dan durasi waktu yang cukup untuk memastikan pembersihan yang menyeluruh. Ketika pembersihan berlangsung direkomendasikanblowerdihentikan (11).

Dari seluruh metode yang ada terdapat dua metode pembersihan padabaghouse filteryang telah digunakan secara luas yaitureverse air, danshaker baghouse filter. Pada kedua alat ini terdapat kriteria dalam mendesain yaitu kecepatan maksimum filtrasi yang sangat berhubungan dengan jenis industri apa yang akan ditangani.

Tabel 2.9Kecepatan maksimum filtrasi pada jenis debu tertentu padashaker baghouseataureverse air baghouse.

DustsMaximum filtering velocity ft/min or cfm/ft2

Activated charcoal, Carbon black, Detergents, Metal fumes1.5

Alumunium Oxide, Carbon, Fertilizer, Graphite, Iron Ore, Lime, Paint, Pigments, Fly Ash, Dyes2

Alumunium, Caly, Coke, Charcoal, Cocoa, Lead Oxides, Mica, Soap, Sugar, Talc2.25

Bauxite, Ceramics, Chrome Ore, Feldspar, Flour, Flint, Glass, Gypsum, Plastics, Cement.2.5

Asbestos, Limestone, Quartz, Silica,2.75

Cork, Feeds and Grains, Marble, Oyster Shell, Salt3.0-3.25

Leather, Paper, Tobacco, Wood3.5

(Sumber: Danielson,1973; Turner et al.,1987)

Namun nilai V (kecepatan maksimum) sangat bergantung pada muatan dari debu, kehalusan dari debu, dan faktor lainnya. Sebagai contoh, pada beberapa keadaan perlu dilakukan pengurang nilai yang ada di tabel dari V antara 10-15% untuk muatan debu yang lebih besar dari 40gr/ft3, dan beberapa perlu ditingkatkan sebesar 20% untuk muatan debu yang kurang dari 5gr/ft3. Hal ini juga terjadi pada partikulat dengan ukuran kurang dari 3m (atau lebih besar dari 50m), nilai yang ada di tabel menunjukkan bahwa nilai dar V harus dikurangi (atau dinaikkan) sebesar lebih kurang 20% (11). Nilai V yang terlalu besar dapat menyebabkan penetrasi partikel yang berlebihan, menutup pori-pori bahan dan bahkan dapat menurunkan umur bahan (11).

Bahan yang dipilih (termasuk jenis rajutan) merupakan salah satu pertimbangan yang penting berdasarkan pada kemampuan melepaskan diri partikel dari bahan. Bahan yang digunakan harus benar-benar cocok dengan karakteristik dari aliran gas, dan juga dengan tipe partikulat. Bahan yang biasa untuk digunakan memiliki kemampuan yang berbeda, hal ini berhubungan dengan temperatur operasi dan kandungan zat kimia yang ada pada aliran gas. Hal ini dapat terlihat pada Tabel 2.8

Reverse air baghousedanshaker baghousememiliki konstruksi dengan beberapa kompartemen. Pada saatnya untuk membersihkan kantung, salah satu kompartemen akan terisolasi dari aliran udara yang mengandung debu.

Shaker BaghouseMetodeshaker baghouseini memiliki dua metode yaitumechanical shakerdanpneumatic shaker.Mechanical shakeradalah metode pembersihan kantung dengan menggunakan alat motor elektrik yang berguna untuk mengguncang kantung. Terdapateccentric translatesyang memiliki gerakan memutar dari motor menjadi osilasi. Kantung dapat berguncang secara vertikal maupun horizontal. Merupakan hal yang penting untuk mempertahankan agar tidak ada tekanan didalam tabung filter selama kegiatan pengguncangan dilakukan. Tekanan yang sangat kecil untuk dideteksi oleh manometer masih dapat mengganggu proses pengguncangan.

Gambar 2.23Shaker Baghouse (U.S Army Corps of Engineer)Pneumatic shakeradalah salah satu metode yang memanfaatkan udara untuk mengoperasikan motor udara yang dapat menghasilkan getaran dengan frekuensi tinggi pada kerangka suspensi dari kantung. Walaupun frekuensinya tinggi, namun amplitudonya rendah. Metode ini kurang efektif untuk materi yang sukar lepas dari kantung, karena jumlah total energi yang diberikan terhadap kantung cukup rendah.

Reverse Air BaghousePada sistemreverse air, udara bersih akan dialirkan melalui kantung pada kompartemen yang terisolasi dengan arah aliran yang berlawanan dengan aliran yang biasa. Dalam kedua keadaan tersebut, debu yang telah teraglomerasi di bahan akan meluruh dan jatuh ke hopper yang berada dibawah kompartemen. Debu akan secara periodik dikeluarkan darihopperdan dibuang atau digunakan kembali sesuai dengan kebutuhan.

Secara umum, debit aliran pembersihan berukuran sedang tetapi terkadang kurang efektif dalam membersihkan kantung filter. Namun pada beberapa bahan, terutama bahanfiber glass, peregangan akibat debit pembersihan yang disertai dengan guncangan dapat mengakibatkan kerusakan pada bahan.

Gambar 2.24Reverse Air Baghouse (U.S. Army Corps of Engineer)

Pulse-jet baghousePulse-jet baghouse, merupakan jenisbaghouse filteryang penggunaanya telah berkembang dalam 20-25 tahun terakhir. Metode operasipulse-jet baghouse dapat dilihat secara skematis pada Gambar 2.26. Metode operasional pada jenispulse-jet baghouseadalah metode filtrasi eksterior dimana udara yang akan difiltrasi dialirkan melewati kantung-kantung, dimana aliran udara bergerak dari bagian luar kantung menuju ke dalam. Sehingga debu yang akan disisihkan tertahan pada permukaan bahan. Padapulse-jet baghouseterdapat kerangka yang berada didalam kantung yang berguna untuk mempertahankan kantung agar tidak jatuh.

Metode pembersihan pada kantung-kantung filter menggunakan udara yang memiliki aliran udara cepat (30-100 millisecond), dengan tekanan udara yang besar (90-100 psi). Getaran udara ini dialirkan melaluisolenoid valvesehingga membentuk gelombang udara yang tiba-tiba, yang membuat kantung menjadi meregang sehingga partikel yang tertahan di permukaan kantung akan meluruh. Waktu pembersihan kantung cenderung lebih singkat dari metode-metode lainnya dan baghouse tidak terbagi-bagi ketika pembersihan denganpulse jetberlangsung.

Gambar 2.25Pulse-jet baghouse (U.S. Army Corps of Engineer)

Gambar 2.26Mekanisme Pembersihan Kantung padaPulse Jet Baghouse

Gambar 2.27Peluruhan Debu padaPulse-Jet BaghouseKeuntungan utama dari metodepulse jetini adalah pada metode ini diperbolehkan kegiatan pembersihan dilakukan selama udara yang mengandung debu terus mengalir kedalambaghouse. Selain itu keuntungan utamanya yang lain adalah bahan media dapat digunakan pada rasioair-to-clothyang lebih besar, biasanya sekitar dua atau tiga kali lebih besar daripada yang digunakan pada metode konvensional. Walaupun begitu, dalam pengaplikasianpulse-jet baghouse,dibutuhkan sistem pembersihan udara otomatis, yang memiliki pengaturan aliran padasolenoid valvedalam setiap rentang waktu tertentu.

Pertimbangan yang penting dalam desainpulse-jet baghouseadalah kecepatan filtrasi (Tabel 2.10). Kecepatan filtrasi merupakan hal yang penting karena pada kecepatan filtrasi yang tinggi dapat menguranginet cloth areayang dibutuhkan, dan selanjutnya dapat mengurangi ukuran serta biaya kapital.

Tabel 2.10Kecepatan filtrasi pada variasi debu atau asap padapulse-jet baghouseDusts or fumesMaximum filtering velocity ft/min or cfm/ft2

Carbon, Graphite, Metallurgical,Fumes, Soap, Detergents, Zinc Oxide5-6

Cement(Raw), Clay(Green), Plastics, Paint Pigments, Starch, Sugar, Wood Flour, Zinc(Metallic)7-8

Alumunium Oxide, Cement(Finished), Clay(Vitrified), Lime, Limestone, Gypsum, Mica, Quartz, Soybean, Talc9-11

Cocoa, Chocolate, Flour, Grains, Leather Dust, Sawdust, Tobacco12-14

(Sumber: Danielson,1973;Theodore and Buonicore, 1976)

Pulse-jet baghousesecara umum hanya membutuhkan ukuran setengah dari ukuranreverse-air baghouse, yang merupakan pertimbangan yang cukup penting bagi area yang terbatas. Luas area yang tidak terlalu besar disebabkan karena pada sistempulse-jet baghousetidak terdapat kompartemen dan juga tidak terdapat kantung ekstra yang dibutuhkan oleh sistem-sistem lainnya.

Berdasarkan percobaan, sistem pembersihan padapulse-jet baghousedapat menyisihkan debu hingga hanya meninggalkan konsentrasi debu 1% di permukaan kantung (11). Namun dalam sistem pembersihan kantung pulse-jet baghouse, yang berlangsung ketika proses filtrasi terus berlanjut, dapat menyebabkan kantung yang digunakan menjadi mengkerut yang dalam hal ini dapat mengurangi efisiensi dari filtrasi itu sendiri.

Dalam pengoperasianbaghouse filterhal lain yang penting adalah adanya kompresso untuk mengalirkan udara balik pada kantung. Pada umumnya dalam pengoperasianpulse-jet baghouse, aliran volumetrik dari udara kompresor setara dengan 0.2% 0.8% dari aliran udara filtrasi dimana keduanya memiliki hubungan yang erat terhadap temperatur dan tekanan. Persamaan dari perhitungan tenaga pada kompresor adalah :

2.28

Dimana:

w = tenaga kompresor aktual (kW)

= efisiensi kompresor

= rasio dari kapasitas panas (Cp/Cv) dari gas yang dikompres untuk udara g = 1,4

P1,P2 = tekanan awal dan akhir (absolut) (kPa)

Q1 = aliran volumetrik pada kompresor ( pada saat masuk) m3/s

Kehilangan tekan padapulse-jet baghouse, telah secara empiris berhubungan dengan kecepatan filtrasi, tekananpulse, dan area densitas debu yang terdeposisi selama satu kali siklus filtrasi (3). Salah satu model, yang dikembangkan pada pengumpulan abu hasil pembakaran yang dikumpulkan pada kantung polyester adalah:

P = 2.72W0.45P-1.38V2.342.29

dimana:

P = kehilangan tekan pada kantung dan deposisi debu (cm H2O)

V = kecepatan filtrasi (cm/s)

W = area densitas debu yang timbul antara dua kali pembersihan yang berurutan. (W = L. v.tf)

P = tekanan pulse, atm

Berikut ini merupakan faktor yang penting dalam mendesain dan mengoperasikan tekanan pembersihan padabaghouse filter. Lokasi dan luas area untuk penempatanpulse-jet baghouseharus ditentukan.

Kantung filter harus fleksibel, ringan dan tidak terlalu elastis untuk memungkinkan pengoperasian pembersihan kantung dengan kecepatan yang besar. Bahan yang digunakan harus memiliki bobot yang cukup (contoh: jumlah serat per unit area) sehingga terdapat banyak titik target untuk menangkap dan mengumpulkan debu. Struktur pori harus seragam.

Areacasingdari baghouse dan volume hopper yang cukup besar dapat meminimasi kehilangan tekan tambahan akibat adanya tekanan oleh proses pembersihan dan juga dapat memperbesar besarnya tekanan pembersihan tersebut.

Aliran balik melalui filter pada filter dapat membantu proses pembersihan kantung.

Tekanan yang dikirim kedalam bag harus berlangsung secara tiba-tiba, dengan aliran yang cukup untuk membersihkan kantung sampai bagian bawah kantung dengan peningkatan secara tiba-tiba.

Intensitas dari tekanan balik harus serendah mungkin untuk menghemat udara pengkompres (dan menghemat kebutuhan energi) tapi cukup tinggi untuk mempertahankan kesetimbangan proses pembersihan.

Waktu penginjeksian tekanan harus secepat mungkin.

Udara yang digunakan adalah udara kering, dan bebas minyak.

3.2.5. Susunan Kantung Filter

Kantung filter perlu disusun dengan baik sehingga terdapat ruangan yang cukup antara kantung filter yang memungkinkan aliran udara dapat secara bebas masuk kedalam filter dan meminimalkan berbagai hambatan aliran udara yang menyebabkan kehilangan tekanan yang besar selama proses filtrasi berlangsung.

Penyusunan kantung filter ini juga penting agar antara kantung filter itu sendiri tidak saling bergesekan satu sama lain, terutama pada saat pembersihan. Apabila terlalu sering terjadi gesekan hal ini dapat menyebabkan peningkatan frekuensi penggantian kain filter, yang menyebabkan biaya operasi dan pemeliharaannya meningkat.

Untuk berbagai variasi panjang filter, ruangan minimum antara kantung filter adalah 2 inchi atau 5 cm. Namun khusus untuk panjang filter yang memiliki panjang lebih dari 10 12 ft maka ruangan antara filter harus lebih dari 2 inch. Selain ruangan antara kantung filter, ruangan antara kantung dengancasingjuga perlu diperhitungkan.

Gambar 2.28Susunan Kantung Sejajar

Gambar 2.29Susunan Kantung Zig-zag

3.3. Efisiensi Penyisihan Debu padaBaghouse FilterPenyisihan debu dengan menggunakanbaghouse filterterdapat dua mekanisme yang memiliki peranan penting, yaitu mekanisme difusi dan intersepsi. Kedua mekanisme ini memiliki peran yang dominan dalam menentukan efisiensi penyisihan debu padabaghouse filterterutama pada debu yang memiliki ukuran relatif kecil. Model matematis telah dikembangkan untuk masing-masing mekanisme proses pengumpulan tersebut, sehingga efisiensi pengumpulan melalui dua mekanisme ini dinyatakan sebagai berikut:

DC= 1 (1 D)(1 C)2.30

Dimana :

D= Efisiensi pengumpulan melalui difusi

C= Efisiensi pengumpulan melalui intersepsi

Friedlander (1977) telah mengembangkan persamaan diatas menjadi suatu persamaan yang mudah diterapkan untuk mendesain filter, yang dinyatakan sebagai berikut :

DC= 6Sc-2/3Re-1/2+ 3R2Re1/22.31

Dimana :

Dengan

dan

= viskositas fluida

= densitas fluida

k = konstanta Boltzmann = 1,4.10-6T = temperatur (K)

dp= diameter partikel

n = kecepatan gas dalam filter

Df= diameter fiber

Pada hakikatnya kolektor padabaghouse filterdapat diasumsikan sebagai kumpulan serat (fiber) tunggal yang terintegrasi satu sama lain. Sehingga jika efisiensi totalbaghouse filterhT, dapat dinyatakan sebagai berikut,

T= 1 (1 DC)n2.32

dalam kenyataanya, nilaincukup besar (lebih besar dari 25), sehingga persamaan dapat dimodifikasi menjadi,

2.33

2.34

Dimana :

T= effisiensi totalfabricN = Konsentrasi akhir (mg/m3)

NO= Konsentrasi awal (mg/m3)

H = tebal fiber (mm)

Df= diameter fiber (mm)

= densitas fiber

n = jumlah lapisan fiber

Perhitungan hTsangat penting dalam pemilihan jenisfabric. Untuk menghitung hTdiperlukan spesifikasi jenisfabricyang akan dipilih dalam desainbaghouse filter. Seperti terlihat dalam Tabel 2.11 berikut ini,

Tabel 2.11Karakteristik bahan

KodeFabricKarakteristikDiameter fiber (m)aH (m)

AFiberglass80.296635

Filamen

Bulk Wrap

BPolyester12.50.3442092

All-spun

Nomex-Needled

CFelt150.0832553

Polyester

DFilamen(Knitted)130.355559

Polyester

EFilamen250.393381

Warspun

FPolyester250.58228

Filamen

(Sumber :Buonicore, 1992)