SENTRIFUGA

Salah satu aplikasi sedimentasi adalah pada sentrifuga sedimentasi. Pada sentrifuga sedimentasi, ukuran dari partikel dapat diendapkan atau dipisahkan dari cairannya bila terdapat waktu yang cukup untuk partikel dalam labu sentrifuga untuk mencapai dinding labu. Secara skematik, proses pada sentrifuga terdapat pada gambar 1.

Pada gambar 1, diasusikan bahwa cairan ruahan masuk ke dalam sistem melalui bagian bawah sistem dan semua cairan berpindah ke atas dengan membawa partikel dengan kecepatan yang sama. Partikel diasumsikan berpindah secara radial pada kecepatan pengendapannya (v t). Partikel padat dapat terpisah dari partikel cairan jika terdapat waktu huni (residence time, t) yang cukup untuk partikel mencapai dinding dari labu dengan kecepatan pengendapan tertentu.

Apabila labu memiliki jari-jari rB, maka pada akhir waktu huni partikel dalam cairan terdapat pada jarak rB dimana rB < r2 maka partikel tidak akan terpisah dari cairan ruahan. Partikel akan dapat dipisahkan dari cairan ruahannya jika rB = r2.

Secara matematis mekanisme pemisahan sentrifuga sedimentasi dapat dijelaskan dengan memodifikasi hukum Stokes. Hukum Stokes dinyatakan dengan persamaan berikut ini.

v=d2(ρs−ρ0) g

18 μ

Dimana v adalah kecepatan akhir (cm/s), d adalah diamater partikel dalam cm, ρ s adalah densitas

dari fasa terdispersi dan ρ0 adalah densitas dari fasa pendispersi, g adalah kecepatan gravitasi dan μ merupakan viskositas dari medium.

Pada sentrifuga terdapat, pengendapan bukan berdasarkan atas gaya , namun berdasarkan gaya sentrifuga oleh karena sistem diputar dengan kecepatan tertentu. Gaya sentrifuga dinyatakan dalam persamaan berikut

Gambar 1. Skematik sederhana proses pada sentrifuga sedimentasi

a=r ω2

Dimana a merupakan gaya sentrifuga (m/s2) yang analog dengan gaya gravitasi, r merupakan jari-jari radial dari pusat putaran dan ω adalah kecepatan sudut.

Maka dengan mensubtitusi gaya sentrifuga pada gaya gravitasi pada persamaan Stokes, akan didapat persamaan sebagai berikut.

v t=ω2r D p

2 (ρP−ρ)18 μ

Dimana vt merupakan kecepatan pengendapan untuk mencapai jari-jari r (m/s), DP merupakan diameter partikel (meter), ρP merupakan densitas partikel (kg/m3), ρ merupakan densitas cairan (kg/m3) dan μ merupakan viskositas cairan (Pa.s).

Jika vt = dr/dt maka persamaan di atas dapat ditulis ulang sebagai berikut.

dt= 18μ

ω2D p2 (ρP− ρ)

drr

Partikel akan berpindah dari r1 hingga r2 dengan selang waktu tertentu. Disini berlaku prinsip integrasi dari r=r1 pada saat t=0 hingga r=r2 pada saat t. Maka persamaan di atas menjadi

t= 18 μω2D p

2 (ρP−ρ)lnr2r1

t inilah yang disebut waktu huni, yaitu waktu yang dibutuhkan dari partikel untuk mencapai dinding labu. Waktu huni ini akan sebanding dengan volume dari cairan (V dalam m3) per laju alir atau perpindahan massa cairan q (m3/s). Bila labu adalah silinder, maka volume dari labu

V=πb (r22−r1

2)

Dan persamaan akan menjadi

q=ω2D p

2 (ρP−ρ )

18 μ lnr 2r1

(V )=ω2D p

2 ( ρP−ρ )

18μ lnr2r1

¿

Pada laju alir ini, partikel yang memiliki diameter partikel lebih kecil dibanding diameter dalam perhitungan tidak akan mencapai dinding labu dan akan keluar bersamaan dengan cairan. Diameter partikel yang lebih besar dari diameter pada perhitungan akan mengendap pada dinding labu.

Berdasarkan hal diatas, sentrifuga yang digunakan dalam sedimentasi menggunakan prinsip transfer massa, dan dapat dibedakan menjadi:

1. Tubular centrifugeTubular centrifuge digunakan untuk memisahkan droplet berupa cairan dari cairan ruahannya. Alat ini dikenal sebagai supercentrifuge atau ultrasentrifuga. Secara sederhana, gambar dari tubular centrifuge terdpat pada gambar 2

2. Disk Bowl centrifugeDisk Bowl centrifuge merupakan sentrifuga yang digunakan untuk memisahkan cairan dari cairan. Cairan ruahan masuk menuju sistem melalui bagian bawah dan berjalan ke atas melewati lubang-lubang dengan diameter tertentu. Lubang ini akan membagi cairan berdasarkan berat jenisnya dimana cairan dengan berat jenis lebih berat akan berada pada bagian luar dari lubang. Skema sederhana dari sistem ini terdapat pada gambar 3.

Gambar 3. Skematik sederhana proses Disk Bowl centrifuge

DAFTAR PUSTAKA(Geankoplis, 1993)(Hickey & Ganderton, Informa Healthcare USA, Inc. )(Martin, Swarbrick, & Cammarata, 1993)(Richardson, Harker, & Backhurst, 2002)

Geankoplis, C. J. (1993). Transport Process and Unit Operation (3rd ed.). United States: Prentice-Hall International, Inc.

Hickey, A. J., & Ganderton, D. (Informa Healthcare USA, Inc. ). 2009. New York : Pharmaceutical Process Engineering.

Martin, A., Swarbrick, J., & Cammarata, A. (1993). Farmasi Fisik Dasar-dasar kimia Fisik dalam ilmu farmaseutik (3 ed.). Jakarta: Universitas Indonesia Press.

Richardson, J. F., Harker, J. H., & Backhurst, J. R. (2002). Coulson and Richardson’s Chemical Engineering : Particle Technology and Separation Processes. Worburn: Butterworth-Heinemann.