Performa cyclone dan electrostatic precipitator sebagai penangkap debu pada pabrik semen
Nur H. T. Molek * , Saputri A. Renelda, S. Syaiful
Jurusan Teknik Kimia, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya Jln. Raya Palembang Prabumulih Km. 32 Inderalaya Ogan Ilir (OI) 30662
* Email: molek.nurhayyu@gmail.com

## Abstrak
Pencemaran udara dapat dikategorikan sebagai pencemaran yang sangat berbahaya dan juga memberikan dampak  yang  cukup  besar  bagi  lingkungan  disekitarnya.  Cyclone  dan  electrostatic  precipitator  (EP) adalah contoh alat yang dapat mengurangi pencemaran udara di industri semen. Studi ini bertujuan untuk mengevaluasi kinerja cyclone dan EP. Perhitungan kinerja cyclone ditinjau dari jumlah putaran dalam gas dan  diameter  partikel,  dan  kinerja  EP  ditinjau  dari  kecepatan  migrasi  partikel  dan  resistivitas.  Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah perhitungan evaluasi dengan menggunakan data aktual. Data tersebut  berupa  laju  alir,  densitas,  diameter  partikel,  kecepatan  gas  inlet,  data  desain  EP  dan  Cyclone, serta  emisi  partikulat  dan  kondisi  alat  pada  saat  operasi.  Hasil  evaluasi  menunjukkan  effisiensi  cyclone sebesar  95,5% dan  EP  sebesar  98,72%.  Kedua  nilai  efisiensi  ini  masih  memenuhi  standar  efisiensi  alat, yang berarti kinerja cyclone dan EP tersebut masih baik.
Kata kunci: cyclone, electrostatic precipitator , pencemaran udara, penangkap debu.

## Abstract
Air  pollution  can  be  categorized  as  a  very  dangerous  pollution  and  also  has  a  significant  impact  on  the surrounding  environment.  Cyclone  and  electrostatic  precipitator  (EP)  are  the  examples  of  tools  that  can reduce air pollution in the cement  industry. This study aims to evaluate the performance of cyclone and EP. The calculation of cyclone performance  is viewed from the number of revolutions in the gas and the particle diameter, and the EP performance is evaluated from the particle migration  speed and resistivity. The method that used in this work is an evaluation calculation using actual data. The data in the form of flow rate, density, particle diameter, inlet gas velocity, EP and Cyclone design data, as well as particulate emissions and tool conditions during operation. Evaluation results show cyclone efficiency of 95.5% and EP  efficiency  of  98.72%.  Both  of  these  efficiency  values  still  meet  the  tool  efficiency  standards,  which means that the performance of the cyclone and EP in a good condition.
Keywords: cyclone, electrostatic precipitator,air pollution, dust catcher.

## 1. PENDAHULUAN
Pencemaran  udara  adalah  salah  satu  jenis pencemaran  yang  termasuk  dalan  kategori pencemaran yang sangat berbahaya dan juga dapat memberikan  dampak  yang  cukup  besar  bagi lingkungan  disekitarnya  terutama  bagi  kesehatan. Partikel  polutan  dari  pencemaran  ini  memiliki ukuran  yang  sangat  kecil  sehingga  tidak  dapat disadari oleh masyarakat (Flagan, 1988). Berdasarkan  dari  wujud  fisiknya,  pencemaran yang  terdapat  di  udara  tidak  hanya  berupa  gas,
melainkan  juga  dapat  berupa  benda-benda  padat sebagai  partikel  yang  diantaranya  berupa  debu, asap dan bau (Wang, 2004).
Industri  semen  merupakan  salah  satu penyebab  adanya  pencemaran  udara  apabila  gas yang  dihasilkan  oleh  pabrik  ini  tidak  dilakukan proses treatment terlebih dahulu sebelum dibuang ke  lingkungan  (Wahyu,  2004).  Berkembangnya perindustrian  dan  pencemaran  udara  saat  inilah yang  menjadikan  semakin  diperlukannya  suatu alat  yang  memiliki  performa  yang  baik  untuk menurunkan  angka  pencemaran  udara  yang
diakibatkan  oleh  limbah  keluaran  industri, khususnya pada industri semen (Agustia, 2013).
Industri  semen  merupakan  industri  yang tidak  hanya  memiliki  bahan  baku  saja  tetapi  juga memiliki  bahan  koreksi.  Bahan  baku  utamanya terdiri  dari  batu  kapur  dan  tanah  liat,  bahan  baku koreksi  terdiri  dari  pasir  besi  dan  pasir  silika,  ke empat  bahan  berupa  material  padat.  Bahan-bahan tersebut  menjadi  partikel  halus  setelah  melalui beberapa  proses  dan  mengakibatkan  kerugian apabila  dibuang  secara  langsung  ke  lingkungan bersamaan  dengan  udara.  Hal  inilah  yang menyebabkan  dibutuhkan  suatu  treatment  khusus untuk dapat memisahkan partikel debu dari udara.
Industri  ini  memiliki  dua  alat  yang berfungsi  untuk  memisahkan  debu  dari  udara sebelum dikeluarkan ke lingkungan melalui stack . Kedua  alat  tersebut  yaitu multicyclone (tersusun atas  4 cyclone )  dan electrostatic  precipitator. Carakerja dari cyclone ialah menggunakan prinsip gaya  sentrifugal  dan  gaya  gravitasi,  serta  adanya perbedaan  massa  jenis  dalam  pemisahannya sehingga  yang  memiliki  partikulat  yang  memiliki massa  jenis  besar  akan  jatuh  ke hopper , sedangkan  udara  yang  memiliki  massa jenis  yang ringan  akan  terbuang  ke  bagian topcyclone (Augie,2016).  Alat  pemisah  debu  lainnya  yaitu Electrostatic  Precipitator yang  menggunakan listrik  tegangan  tinggi  untuk  memisahkan  debu dari gas panas keluaran raw mill (Afrian, 2015). Cyclone separator merupakan alat pembersih  gas  yang  menggunakan  prinsip  gaya sentrifugal  dan  gaya  gravitasi  yang  diciptakan oleh  aliran  gas  pemintalan  untuk  memisahkan partikel dari gas. Di dalam cyclone terjadi vortex, yang  mengakibatkan  partikualt  dan  gas  akan terpisah,  dimana  partikulat  yang  bermassa  jenis besar  akan  jatuh  ke  bawah  dan  udara  yang bermassa  jenis  kecil  akan  naik  ke  atas. Cyclone dengan  yang  efisiensi  tinggi  cenderung  memiliki pressure  drop ,  sedangkan cyclone  throughput rendah  digunakan  untuk  volume  yang  besar  dan tekanan rendah. Ketiga jenis cyclone ini memiliki desain dasar yang sama. Berbagai tingkat efisiensi pengumpulan  dan  operasi  dicapai  dengan  cara memvariasikan  dimensi cyclone .  Efisiensi  dari pengumpulan cyclone bervariasi  sebagai  fungsi densitas,  ukuran  partikel,  dan  desain cyclone (Afrian, 2015).
Electrostatic  Precipitator (EP)  adalah  alat kontrol  partikulat  yang  banyak  digunakan, digunakan  untuk  membersihkan  gas  buang  dari pembangkit  listrik  terbesar  hingga  digunakan sebagai pembersih udara rumah tangga skala kecil (Guntoro,  2009).  Prinsip  dasar  pengoperasian  EP adalah  partikel  bermuatan,  kemudian  medan listrik  dikenakan  pada  daerah  dimana  gas bermuatan partikel mengalir, mengerahkan
kekuatan  yang  menarik  pada  partikel  dan menyebabkan  mereka bermigrasi ke  muatan  yang berlawanan.  Electrostatic  Precipitator  menangkap partikel  solid  atau  cairan  dari  aliran  gas  dengan menggunakan  listrik  tegangan  tinggi  untuk memberikan  muatan  pada  debu.  Debu  yang  telah bermuatan  akan  menempel  pada collecting  plate kemudian di tampung di hopper dan udara bersih keluar menuju lingkungan.
Menyadari  sangat  pentingnya  kedua  alat tersebut  dalam  industri  semen,  maka  dilakukan analisa  mengenai  performa  alat  tersebut  dengan tujuan untuk mengetahui prinsip keja cyclone dan electrostatic  precipitator,  mengetahui  parameter yang digunakan untuk analisa performa kedua alat tesebut  dan  mengetahui  efisiensi  cyclone  dan electrostatic  precipitator  di  industri  semen. Perhitungan  kinerja  cyclone  ditinjau  dari  jumlah putaran  dalam  gas  dan  diameter  partikel,  dan kinerja EP ditinjau dari kecepatan migrasi partikel dan resistivitas.

## 2. METODOLOGI
Metode  yang  digunakan  adalah  dengan melakukan  perhitungan  evaluasi  menggunakan data  aktual.  Pengumpulan  data  berkaitan  dengan data  yang  diperlukan  dalam  perhitungan  untuk memperoleh  hasil  evaluasi  yang  aktual.  Data berupa  laju  alir,  densitas,  diameter  partikel, kecepatan  gas  inlet,  data  desain  EP  dan  Cyclone, serta  emisi  partikulat.  Data  tersebut  didapatkan dari central  control  room, unit  Keselamatan  dan Kesehatan Kerja (K3), unit Electrical Control .

## Metode Pengolahan Data
Data kecepatan gas inlet, diameter partikel, densitas,  emisi  partikulat,  dan  kecepatan  migrasi dijadikan data perhitungan. Perhitungan dilakukan untuk  mencari  efisiensi  cyclone  dan electrostatic precipitator , kemudian perhitungan yang diperoleh disajikan dalam bentuk grafik.

## Analisa Data
Data  perhitungan efisiensi  cyclone  dan electrostatic  precipitator dapat  dibuat  dalam bentuk  grafik  untuk  melihat perbandingan selama 10  (sepuluh)  hari.  Dari  gambar  grafik  data perhitungan  yang  dibuat  terlihat  bahwa  nilai efisiensi cyclone  dan  electrostatic  precipitator mengalami peningkatan.

## Kecepatan Migrasi Partikel
Kecepatan migrasi partikel adalah kecepatan  gerak  suatu  partikel  ketika  diberi muatan  negatif  bergerak  menuju  electroda  plat
pengumpul.  Variable  yang  mempengaruhinnya yaitu  ukuran  partikel,  kuat  medan  listrik  dan viskositas  gas.  sehingga  kecepatan  migrasi partikel  dapat  dinyatakan  dengan  persamaan (Afrian, 2015):
(1)
Dimana :
 = Kecepatan migrasi partikel (m/s) A = Jari-jari partikel (m) p = Tekanan (1 atm) Ec= Kuat medan listrik (v/m) Ep= Kuat medan precipitator (v/m) Dapat dianggap bahwa =  Ec = Ep = E
µ = Viskositas gas (pascal . detik) Ko = Permittivity (8,85x10 −12 F/m)
Adapun persamaan lain untuk mencari kecepatan migrasi, yaitu :
) 1 ln(      A Q
(2)
Dimana:
 = Kecepatan migrasi partikel (m/s) Q = Laju aliran gas (m 3 ⁄s) A = Luas media penangkap (m 2 )  = efisiensi EP standar

## Resistivitas Partikel
Resistivitas  partikel  adalah  kemampuan  suatu partikel  untuk  mengantarkan  arus  listrik  yang bergantung  terhadap  besarnya  medan  istrik  dan kerapatan  arus,  atau  dalam  kata  lain  adalah resistansi  suatu  partikel  terhadap  arus  listrik. Resistivitias  partikel  ini  memiliki  keterkaitan dengan  kecepatan  migrasi  partikel.  Semakin  baik resistansi partikel terhadap arus listrik, maka akan semakin  tinggi  pula  kecepatan  migrasi  partikel tersebut  untuk  menempel di plat pengumpul pada electrostatic precipitator.
Berikut  adalah  persamaan  untuk  menghitung resistivitas partikel.
𝜌 = R 𝐴 𝑙 Dimana :  = Resistivitas (  cm) R = Tahanan (  ) A = luas penampang (cm 2 ) L = panjang penghantar (cm)

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Data  yang  dibutuhkan  untuk  perhitungan performa  dan  efisiensi  alat  cyclone  dan  EP diambil dari central control room, unit Keselamatan  dan  Kesehatan  Kerja  (K3),  unit Electrical  Control pada  industri  semen  seperti disajikan pada Tabel 1 .
Tabel 1. Data Emisi Partikulat Tanggal Emisi 01-Des 57,53 02-Des 57,404 03-Des 53,36 04-Des 55,56 05-Des 55,66 06-Des 55,15 07-Des 55,58 08-Des 55,37 09-Des 56,8 10-Des 57,67

## Perhitungan Efisiensi Cyclone
Prinsip  kerja cyclone adalah  dengan menggunakan  gaya  sentrifugal  dan  perbedaan massa  jenis,  sedangkan  prinsip  kerja electrostatic precipitator adalah  dengan  menggunakan  listrik tegangan  tinggi  untuk  memberikan  muatan  pada debu  sehingga  dapat  menempel  pada collecting plate . Parameter yang mempengaruhi kinerja dari cyclone yaitu  kecepatan  gas  masuk,  ukuran partikel,  maupun  jumlah  putaran  gas  pada cyclone , sedangkan
parameter yang mempengaruhi  kinerja electrostatic  precipitator resistivitas partikel, kecepatan migrasi, temperatur, dan kondisi alat. Efisiensi cyclone dihitung dengan meninjau  jumlah  putaran  dalam  gas  dan  diameter partikel.  Jumlah  putaran  dalam  gas  (N)  dihitung menggunakan  persamaan  (3)  (Green,  2008).  N adalah  jumlah  putaran  dalam  gas,  sedangkan  Lc dan  Zc  adalah  tinggi  silinder  dan  tinggi  cone dalam  satuan  meter.  Diketahui  dari  data  actual mengenai geometri cyclone, Hc senilai 1,15 m, Lc dan Zc masing-masing 4,6 m. dengan memasukkan  data-data  tersebut,  maka  didapatkan jumlah putaran dalam gas yatu 6 (enam) putaran.
Perhitungan diameter partikel yag dipisahkan 50% (D pth ) dilakukan dengan menggunakan persamaan (4). Dpi adalah diameter partikel (µm) dan D pth
adalah diameter partikel  yang  terpisahkan  50%  (µm).  Untuk diameter  partikel  sebesar  55  µm,  dengan  D pth sebesar  9,4  µm  dan  merujuk  pada  Gambar  1,
  3 . . . . 2
Ep Ec pa Ko 
didapatkan efisiensi pengumpulan partikel sebesar 92,5%.
𝑁 = 1 𝐻𝑐 (𝐿 𝑐 + 𝑍𝑐 2 ) (3)
D pth = √ 9𝜇𝐵 𝑐 𝜋𝑁 𝑠 𝑣 max (𝜌 𝑝 −𝜌 𝑔 ) (4)
D pth = √ 9 𝑥 1,86 𝑥10 −5 𝑥 0,58
3,14 𝑥 6 𝑥 56 𝑥 (1040−0,52) D pth = 9,4 x 10 -6 m D pth = 9,4 µm
dpi/D pth = 55 µm 9,4 µm
dpi/D pth  = 5,8
Dimana :
N = Jumlah Putaran dalam Gas L c = Tinggi Silinder Cyclone (m)
Z c = Tinggi Cone (m)
Gambar 1. Grafik hubungan antara diameter partikel terhadap efisiensi cyclone
Gambar  1  menunjukkan  bahwa  diameter partikel mempengaruhi efisiensi cyclone, semakin kecil diameter partikelnya, maka efisiensi cyclone semakin  kecil  pula.  Hal  ini  dikarenakan  partikel debu  dengan  diameter  kecil  akan  memungkinkan untuk lolos dari cyclone.
Ditinjau  dari  prinsip  kerja  cyclone  yang menggunakan  prinsip  gaya  gravitasi,  semakin kecil  diameter  partikel  maka  akan  semakin  kecil
pula  gravitasinya,  sehingga  akan  sulit  cyclone untuk menangkapnya. Hal inilah yang menyebabkan  performa  cyclone  berkurang  ketika partikel  debu  memiliki  diameter  yang  kecil apabila  dibandingkan  dengan  diameter  partikel yang lebih besar.
Gambar 2. Grafik hubungan kecepatan gas inlet terhadap efisiensi cyclone
Gambar 2 menunjukkan pengaruh
kecepatan  gas  inlet  terhadap  efisiensi  cyclone. Semakin  cepat  inlet  gas  kedalam  cyclone,  maka efisiensi akan semakin besar. Hal ini dikarenakan, dengan  kecepatan  inlet  gas  yang  tinggi,  partikel tidak  kontak  dengan  udara  luar  secara  lama,  dan menyebabkan  kemungkinan  lolos  akan  semakin kecil,  sehingga  efisiensi  performa  cyclone semakin tinggi.

## Perhitungan Efisiensi Electrostatic Precipitator
Resistivitas  partikel  dan  kecepatan  migrasi partikel.merupakan  parameter  yang  diperhatikan pada electrostatic  precipitator untuk  menentukan performa  EP  tersebut  dalam  keadaan  baik  atau tidak.  Oleh  karena  itu  dilakukan  perhitungan resistivitas  dan  kecepatan  migrasi  partikel  seperti di bawah ini.
1. Perhitungan Kecepatan Migrasi Partikel
𝜔 = - 𝑄 𝐴 ln(1- 𝞰) = 1368,5 𝑚3 𝑠 ⁄ 193.200𝑚2 ln(1 − 0,95)
= 0,0212 m/s 2. Perhitungan Resistivitas
𝜌 = R 𝐴 𝑙 = 1.600.000 Ω  ∙ 193.200 m2 105 m = 2.944.000.000 Ωm 90 91 92 93 94 95 96 97 55 70 75 85 90 E fis iens i (%) Diameter Partikel (µm) 92 93 94 95 96 97 98 50 52 56 60 61 E fis iens i Kecepatan Gas Inlet
3. Perhitungan Efisiensi
= 4500 mg m 3 − 57,53 mg m 3 ⁄ ⁄ 4500 mg m 3 ⁄ x 100% = 98,72 %
Gambar 3. Pengaruh effisiensi desain terhadap migrasi partikel
Dari  perhitungan  resistivitas  partikel menunjukkan  bahwa  EP  di  industri  semen  ini dalam  keadaan  baik.  Secara  umum  nilai resistivitas  berada  dalam  range  10 =3 -  10 14 Ωm . Nilai  resisrivitas  yang  menunjukkan  bahwa  EP dalam  keadaan  baik  adalah  pada  range  10 7 -  10 14 Ωm.  Hal  ini  terjadi  pada  nilai  resistivitas  yang didapat dalam perhitungan  yaitu sebesar 2,9 x 10 9 Ωm.  Selain  itu  dari  perhitungan kecepatan migrasi  partikel    menggunakan  persamaan  (2) menunjukkan  bahwa  partikel  yang  diberi  muatan negatif  memiliki  kecepatan  yang  tinggi  untuk bergerak ke electrida plat pengumpul yaitu dengan kecepatan 2,2 x 10 -2 m/s.
Dengan  menggunakan  persamaan  (5) didapatkan  efisiensi  electrostatic  precipitator sebesar  98,72%.  Gambar  3  yang  menunjukkan efisiensi  cyclone  pada  industri  semen  yaitu sebesar  95,5%  dan  desain  efisiensi electrostatic precipitator sebesar  95%.  Dengan  memasukkan kecepatan  migrasi  partikel  sebesar  0,0212  m/s  ke dalam gambar 3 didapatkan efisiensi sebesar 95%. Semakin  tinggi  kecepatan  gas  yang  masuk kedalam  cyclone,  akan  menghasilkan  effisiensi yang  semakin  baik.  Semakin  besar  kecepatan migrasi  partikel,  maka  efisiensi  pengumpulan partikel akan semakin tinggi.

## 4. KESIMPULAN
Cyclone  dan  electrostatic  precipitator  (EP) adalah  contoh  alat  yang  dapat  mengurangi pencemaran  udara  di  industri  semen.  Hasil evaluasi  menunjukkan  effisiensi  cyclone  sebesar 95,5%  dan  EP  sebesar  98,72%.  Kedua  nilai efisiensi  ini  masih  memenuhi  standar  efisiensi alat,  yang  berarti  kinerja  cyclone  dan  EP  tersebut masih  baik.  yang  juga  telah  memenuhi  standar yaitu 95%.

## DAFTAR PUSTAKA
Afrian, N dkk. 2015. Analisa Kinerja Electrostatic Precipitator  (ESP)  berdasarkan  Besarnya Tegangan  DC  yang  digunakan  terhadap Perubahan Emisi di Power Boiler Industri Pulp  and  Paper. Jom  FTEKNIK .  Vol.  2 (2): 1-10.
Agustian,  C.A  dkk.  2013.  Kajian  Eksperimental Gas  Cleaner  yang  dimodifikasi  untuk
Mengekstrak  Tas  dalam  Producer  Gas. Jurnal FEMA . Vol. 1(2): 73-83. Augie, G. 2016. Cyclone Separator . (Online).https://id.scribd.com/doc/30580 598  5/Cyclone-Separator.  (Diakses  pada tanggal 28 Desember 2018).
Flagan,  R.  C.  Dan  Seinfold,  J.  H.  1988. Fundamentals of Air Pllution Engineering . Londong: Prentice-Hall. Green,  D.W.  dan  Perry,  R.H.  2008. Perry’s Chemical Engineers Handbook . McGraw-Hill: New York.
Guntoro,  H.  2009.  Electrostatic Precipitator. (Online). http://dunia- listrik.blogspot.com/2009/04/electrostatic -percipitator.html.(Diakses  pada  tanggal 20 Desember 2018).
Sinnott,  R.  K.  1999. Coulson  and  Richardson’s Chemical  Engineering .  Dapartement  of
Chemical and Biological Process Engineering University Of Walws
Swansea: New York.
Smidth,  F.  L.  2001.  Optimalisasi.  PT.  Semen Baturaja: Baturaja.
Wahyu,  A.  2015.  Merancang  Dust  Collector.
(Online). http://www.rancangdustcoll ctor.com/. (DiaksespadaTanggal 17 Maret 2019)
Wang,  K.  L.,  dkk.  2004.  Air  Pollution  Control Eng. New Jersey: Humana Press Inc.
% 100 x suk partikelma luar partikelke suk partikelma    0 0.005 0.01 0.015 0.02 0.025 0.03 0.035 9 0 % 9 1 % 9 2 % 9 3 % 9 4 % 9 5 % 9 6 % 9 7 % 9 8 % M ig ra si P a rt ik el ( m /s ) Desain Efisiensi