TUGAS

PERLAKUAN MEKANIK

“NERACA BAHAN PADA

PENGAYAKAN”

Oleh:

HERJUN PRABOWO (08120190)

AKADEMI TEKNOLOGI INDUSTRI PADANG(ATIP)

TAHUN AKADEMIK 2009

NERACA BAHAN PADA PENGAYAKAN

A. Pengertian Pengayakan

Pengayakan atau penyaringan adalah proses pemisahan secara mekanik berdasarkan

perbedaan ukuran partikel. Pengayakan (screening) dipakai dalam skala industri,

sedangkan penyaringan (sieving) dipakai untuk skala laboratorium.

Produk dari proses pengayakan/penyaringan ada 2 (dua), yaitu :

- Ukuran lebih besar daripada ukuran lubang-lubang ayakan (oversize).

- Ukuran yang lebih kecil daripada ukuran lubang-lubang ayakan (undersize)

Dalam proses industri, biasanya digunakan material yang berukuran tertentu dan

seragam. Untuk memperoleh ukuran yang seragam, maka perlu dilakukan pengayakan.

Pada proses pengayakan zat padat itu dijatuhkan atau dilemparkan ke permukaan

pengayak. Partikel yang di bawah ukuran atau yang kecil (undersize), atau halusan

(fines), lulus melewati bukaan ayak, sedang yang di atas ukuran atau yang besar

(oversize), atau buntut (tails) tidak lulus. Pengayakan lebih lazim dalam keadaan kering

(McCabe, 1999, halaman 386).

Beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam pengayakan, yaitu:

Jenis ayakan

Cara pengayakan

Kecepatan pengayakan]

Ukuran ayakan

Waktu pengayakan

Sifat bahan yang akan diayak

Tujuan dari proses pengayakan ini adalah: [Taggart,1927]

Mempersiapkan produk umpan (feed) yang ukurannya sesuai untuk beberapa

proses berikutnya.

Mencegah masuknya mineral yang tidak sempurna dalam peremukan (Primary

crushing) atau oversize ke dalam proses pengolahan berikutnya, sehingga dapat

dilakukan kembali proses peremukan tahap berikutnya (secondary crushing).

Untuk meningkatkan spesifikasi suatu material sebagai produk akhir.

Mencegah masuknya undersize ke permukaan.

Pengayakan biasanya dilakukan dalam keadaan kering untuk material kasar, dapat

optimal sampai dengan ukuran 10 in (10 mesh). Sedangkan pengayakan dalam

keadaan basah biasanya untuk material yang halus mulai dari ukuran 20 in sampai

dengan ukuran 35 in.

Permukaan ayakan yang digunakan pada screen bervariasi, yaitu: [Brown,1950]

Plat yang berlubang (punched plate, bahan dapat berupa baja ataupun karet keras.

Anyaman kawat (woven wire), bahan dapat berupa baja, nikel, perunggu,

tembaga, atau logam lainnya.

Susunan batangan logam, biasanya digunakan batang baja (pararel rods).

Sistem bukaan dari permukaan ayakan juga bervariasi, seperti bentuk lingkaran,

persegi ataupun persegi panjang. Penggunaan bentuk bukaan ini tergantung dari

ukuran, karakteristik material, dan kecepan gerakan screen.

Faktor-faktor yang mempengaruhi kecepatan material untuk menerobos ukuran ayakan adalah :

1. Ukuran buhan ayakanSemakin besar diameter lubang bukaan akan semakin banyak material yang lolos.

2. Ukuran relatif partikelMaterial yang mempunyai diameter yang sama dengan panjangnya akan memiliki kecepatan dan kesempatan masuk yang berbeda bila posisinya berbeda, yaitu yang satu melintang dan lainnya membujur.

3. Pantulan dari materialPada waktu material jatuh ke screen maka material akan membentur kisi-kisi screen sehingga akan terpental ke atas dan jatuh pada posisi yang tidak teratur.

4. Kandungan air Kandungan air yang banyak akan sangat membantu tapi bila hanya sedikit akan menyumbat screen.

B. Alat Ayakan

Berdasarkan gerak pengayak, alat ayakan dibagi menjadi 2 jenis:

Stationary screen

Dynamic screen.

Beberapa alat ayakan :

1. Stationary

2. Grizzly

3. Vibrating

4. Oscillating

5. Reciprocating

6. Tromel/Revolving

Faktor yang harus diperhatikan dalam pemilihan screen:

kapasitas, kecepatan hasil yang diinginkan.

Kisaran ukuran ( size range),

Sifat bahan : densitas, kemudahan mengalir (flowability),

Unsur bahaya bahan : mudah terbakar, berbahaya, debu yang ditimbulkan.

Ayakan kering atau basah.

Pemilihan screen berdasarkan ukuran disajikan di fig. 19 – 14 (Perry, 7th ed.).

C. Kapasistas Screen

Kapasitas screen secara umum tergantung pada: [Kelly,1982]

1. Luas penampang screen

2. Ukuran bahan

3. Sifat dari umpan seperti; berat jenis, kandungan air, temperature

4. Tipe mechanical screen yang digunakan.

1. Sumber Brown, 1950.

Contoh : Tersedia vibrating screen dengan luas permukaan= 6 ft, aperture =

2 mm. Berapa kisaran kapasitas yang memungkinkan screen ini?

Penyelesaian :

Kapasitas = ( 5 s/d 20 ) x 6 x 2

= 60 s/d 240 Tons/24 hr.

2. Sumber: Perry, chap. 19 .

D. EFISIENSI SCREEN

Efektivitas ayakan dihitung berdasarkan rekoveri desired material dalam produk dan

rekoveri undesired material di arus reject.

Desired mat’l = mat’l dengan ukuran yang diinginkan.

Efisiensi screen dalam mechanical engineering didefinisikan sebagai perbandingan dari

energi keluaran dengan eneri masukan. Dengan demikian dalam screening bukannya

efisiensi melainkan ukuran keefektifan dari operasi.

Contoh : Suatu produk dengan spek tidak lebih dari 10% berat berukuran

tidak lebih besar dari 200 mesh. Tampak, batasannya adalah partikel dengan ukuran >

200 mesh maksimum 10%. Jadi, desired mat’l = partikel lolos 200 mesh.

Efisiensi dari proses pengayakan ini bergantung pada: [Brown,1950]

Rasio ukuran minimal partikel yang bisa melewati lubang ayakan, yaitu: 0,17-

1,25 x ukuran lubang ayakan.

Persentase total area ayakan yang terbuka.

Teknik pengumpanan dan kecepatan pengumpanan.

Keadaan fisik dari material itu sendiri (kekerasan bijih, pola bongkahan bentuk

partikel seperti bulat, gepeng, ataupun jarum, kandungan air).

Ada atau tidak adanya penyumbatan lubang screen.

Ada atau tidak adanya korosi pada ayakan (kawat).

Mekanisme gerakan pengayakan (getaran).

Design mekanis dari ayakan tersebut dan Kemiringan ayakan (biasanya 12o-18o).

Menentukan efektivitas ayakan. Ditinjau suatu ayakan:

Di lapangan, penimbangan F, P & R tidak mudah dan tidak praktis, maka

perlu dicari persamaan lain yang menggunakan data analisis cuplikan (sample)

distribusi ukuran pada arus F, P dan R.

NM desired mat’l di sekitasr screen:

XF. F = XP . P + XR . R (1)

undesired mat’l di sekitar screen :

(1 – XF ) F = ( 1- XP ) P + ( 1-XR ) R (2)

NM

NM total di sekitar screen :

F = P + R (3)

Menggunakan persamaan (1) dan (3), buktikan bahwa :

E. Neraca Bahan Pada Pengayakan

Neraca bahan sederhana pada satu ayak dapat dituliskan, dan ini dapat digunakan untuk menghitung rasio umpan, fraksi-kasar, dan limpahan-bawah analisis ayak dari ketiga arus dan pengetahuan tentang diameter potong yang dikehendaki.

Umpamakan

F = laju aliran masa umpan

D = laju aliran masa limpahan-atas

B = laju aliran masa limpahan bawah

xF= fraksi masa bahan A di dalan umpan

xD= fraksi masa bahan A di dalam lapisan atas

xB= fraksi masa bahan A di dalam lapisan bawah

Fraksi masa bahan B di dalam umpan, limpahan atas, limpahan bawah adalah 1- xF,1- xD,

dan 1- xB.

Oleh karena total bahan yang diumpankan ke ayak harus meninggalkan ayak sebagai

limpahan bawah atau limpahan atas.

F = D + B (30.1)

Bahan A di dalam umpan harus pula keluar dalam kedua arus itu

FxF = DxD + BxB (30.2)

eliminasi B dari Pers (30.1) dan (30.2) memberikan

D = xF - xB

F = xD - xB (30.3)

Eliminasi D menghasilkan

B = xD - xF

F = xD - xB (30.4)

Tabel Analisis Ayakan

Mesh Ukuran z Analisis ayak, %ft mm Kumulatif Diferensial

8 0.0078 2,37 8,5 97 39 0,0065 1,98 7,1 93 410 0,0054 1,65 5,9 84 912 0,0046 1,40 5,0 74 1014 0,0038 1,16 4,2 61 1316 0,0033 1,01 3,6 48 1329 0,0027 0,82 3,0 35 1324 0,0023 0,70 2,5 25 1028 0,0019 0,58 2,1 17 832 0,0016 0,49 1,8 11 635 0,0014 0,43 1,5 6 542 0,0011 0,34 1,2 4 2

1. Standar ukuran ayakan (screen)

             Ukuran yang digunakan bisa dinyatakan dengan mesh maupun mm (metrik).

Yang dimaksud mesh adalah jumlah lubang yang terdapat dalam satu inchi persegi

(square inch), sementara jika dinyatakan dalam mm maka angka yang ditunjukkan

merupakan besar material yang diayak.

Perbandingan antara luas lubang bukaan dengan luas permukaan screen disebut

prosentase opening. Pelolosan material dalam ayakan dipengaruhi oleh beberapa hal,

yaitu :

Ukuran material yang sesuai dengan lubang ayakan

Ukuran rata-rata material yang menembus lubang ayakan

Sudut yang dibentuk oleh gaya pukulan partikel

Komposisi air dalam material yang akan diayak

Letak perlapisan material pada permukaan sebelum diayak 

Dalam pengayakan melewatkan bahan melalui ayakan seri ( sieve shaker) yang

mempunyai ukuran lubang ayakan semakin kecil. Setiap pemisahan padatan

berdasarkan ukuran diperlukan pengayakan. screen mampu mengukur partikel dari 76

mm sampai dengan 38 µm. Operasi screening dilakukan dengan jalan melewatkan

material pada suatu permukaan yang banyak lubang atau openings dengan ukuran

yang sesuai.

Ditinjau sebuah ayakan :

Fraksi oversize = fraksi padatan yang tertahan ayakan.

Fraksi undersize = fraksi padatan yang lolos ayakan.

Jika ayakan lebih dari 2 ayakan yang berbeda ukuran lubangnya, maka

akan diperoleh fraksi-fraksi padatan dengan ukuran padatan sesuai

dengan ukuran lubang ayakan. Pengayakan biasanya dilakukan dalam keadaan kering

untuk material kasar, dapat optimal sampai dengan ukuran 10 in (10 mesh).

Sedangkan pengayakan dalam keadaan basah biasanya untuk material yang halus

mulai dari ukuran 20 in sampai dengan ukuran 35 in.

2. Analisis data ukuran partikel menggunakan screen shaker.

Penyajian data distribusi ukuran suatu campuran (particle size

distribution)

Ditinjau : Sejumlah campuran partikel diayak dalam suatu susunan

ayakan, di laboratorium ( menggunakan sieve shaker):

Masing-masing padatan yang diperoleh ditimbang dan dijumlahkan,

Setiap ayakan ukuran tertentu dihitung fraksi massa partikel yang

lolos

Fraksi massa yang tertahan dan diameter rata-ratanya,

Data fraksi massa dan diameter ditabulasikan,

Data di atas disajikan dalam grafik.

Contoh :

Menentukan ukuran partikel pada ayakan antara -48 + 65 mesh :

Gi = berat partikel pada -48+65 mesh.

Gt = berat total = berat umpan total.

Maka :

Average particle size

Evaluasi Hasil Analisis Ayakan

Beberapa karakter padatan yang dapat dianalisis dari data hasil ayakan:

Average diamater

Diameter yang jika dikalikan dengan jumlah partikel akan

memberikan jumlah total diameter dalam campuran itu.

Davg x (jumlah partikel) = D total campuran.

Average surface

Surface average x (jumlah partikel) = surface total

Average volume

Volume avg x (jumlah partikel) = surface total

Average mass

Mass avg x (jumlah partikel) = massa total

Beberapa dimensi atau ukuran yang digunakan untuk menyatakan

ukuran suatu campuran antara lain:

1. True Arithmatic Average Diameter (TAAD)

Diameter total = N1.D1 + N2.D2+ N3.D3+…..+……=Σ (Ni . Di )

Jumlah partikel total = N1 + N2 + N3 +......................= Σ (Ni)

Dalam prakteknya, menghitung jumlah partikel sangatlah sulit, lebih

menentukan massa dari masing-masing ukuran. Oleh karena itu, dicari

hubungan antara jumlah partikel dengan massa pada masing-masing ukuran

tersebut. Pendekatan yang diambil sbb.:

2. Mean Surface Diameter (Dp)

Diameter yang dapat mewakili untuk menghitung luas permukaan total.

3. Mean Volume Diameter (Dv)

Diameter yang dapat mewakili untuk menghitung volum total campuran.

4. Surface area

Dalam prakteknya, luas permukaan sejumlah partikel dalam campuran

sulit diukur, maka perlu dicar cara lain, yaitu mengevaluasi luas

permukaan padatan per satuan massa padatan.

Specific surface dapat dihitung dengan mudah jika geometri partikel diketahui.

Contoh :

Untuk sebuah bola : luas permukaan =.......?

Massa bola = ....?

Maka, specific surface =....?

Pada alat screen, yang teranalisis adalah Davg, jika D ≠ Davg maka

persamaan di atas perlu dikoreksi. Biasanya menggunakan perbandingan

specific surface atau ratio of specific surface = n.

Hubungan specific surface dengan Davg untuk beberapa material disajikan di

figure 16 Brown.

Hubungan n dengan Davg disajikan dalam fig. 17.

Screen aperture (lubang ayakan)

Keterangan : Untuk ukuran lubang yang berbeda, digunakan diameter kawat yang berbeda pula.

Mesh : jumlah lubang dalam 1 inchi linear.

Contoh : Ayakan 10 mesh, artinya sepanjang 1 inch terdapat 10 lubang dan

kawatnya.

Maka: Jarak antar pusat kawat yang satu dengan kawat berikutnya = 1/10 =0,1 in.

Aperture = 0,1 – (diameter kawat) in.

Dari table Tyler screen, untuk 10 mesh ternyata diameter kawat = 0,035 in, maka,

Aperture = 0,1 – 0,035 = 0,05 in.

Interval ayakan.

Jika interval ayakan yang dipilih sbb.: 1, 2, 3,..., 8, 9, 10 in, maka interval ini mempunyai

kelemahan, yaitu:

Antara 1 dan 2 in : perbedaan ukurannya terlalu besar.

Antara 9 dan 10 in : secara praktek, ukuran dengan kisaran ini hampir sama

Untuk partikel berukuran di bawah 1 in sampai 1 mikron akan terdapat dalam

satu fraksi.

Saat ini, telah ada standard screen yang digunakan untuk menganalisis

distribusi ukuran partikel dari suatu campuran, yaitu mempunyai kisaran 3 in

sampai dengan 0,0015 in ( atau 76 mm s/d 38 mikron). Dasar dari interval standard

screen ini adalah : Rasio luas lubang yang berurutan adalah 2.

Standar ayakan yang digunakan di USA menggunakan interval 2 ( TYLER

STANDARD SCREEN). Standar ayakan yang lain : SIEVE SERIES.

Tabel standar ayakan dapat dilihat di table 5 (Brown) dan table 19-6 (Perry,7thed.).

Contoh :

Dalam suatu analisis secara grain counting didapatkan data sebagai berikut :

Ukuran   Berat     Jumlah Butir Mineral A   Jumlah Butir Mineral B                       

(mesh)  (gram)   Bebas          Terikat           Bebas           Terikat

 +28         20         4                6,5                    6              2,5     

 +35         50         10              12,25                 8              6,75                                    

-35           30         12               2                      10              2   

Hitung derajat liberasi bijih maupun kadar bijih bila BJ mineral A = 7 dan BJ mineral B =

2,5 !

Jawab :

Derajat Liberasi fraksi (+28 in) mineral A =  4x7 x100%/(10,5x7) = 38,09 Kadar mineral

A pada fraksi (+28 in) =  10,5x7 x100%/((10,5x7)+(8,25x2,5)) = 77,57

Dengan cara yang sama dapat dihitung kadar (KD) maupun Derajat Liberasi (DL) tiap

fraksi.

Ukuran Berat  DL Fraksi  Kadar Fraksi  DL x Berat  KD x Berat

 + 28     20      39,09         77,57           781,8           1551,45

+ 35      50      44,94         80,87            2247,19       4042,83

- 35       30      85,71         75,82            2571,43       2274,66

Jumlah  100                  Jumlah               5600,42        7869,94

Derajat Liberasi bijih = jumlah kolom 5 : jumlah kolom 2 = 5600,42 : 100 = 56%

Kadar Bijih = jumlah kolom 6 : jumlah kolom 2 = 7869,94 : 100 = 78,699 %.

Dalam mencari kadar bijih jangan sampai kadar tiap fraksi dijumlahkan dan hasilnya

dibagi tiga. Hal ini salah karena berat tiap fraksi tidak sama.

Gerakan partikel pada permukaan ayakan itu dipengaruhi oleh gaya gravitasi dan

kekuatan yang digunakan oleh permukaan. Dengan kemiringan ayakan (20o-40o)

menyebabkan adanya dorongan yang cukup dari permukaan sehingga partikel ringan

terdorong ke bawah. Gerakan biasanya bersifat translasi (translation) cepat pada kapasitas

besar, sentuhan yang kontinyu, berguling (turn over) yang menyebabkan orientasi

pergantian partikel serta pengeluaran (ejecting) yaitu pembuangan keluar partikel.

menyebabkan material bergerak kesana kemari. Bekerja dengan frekuensi 500-2500 rpm.

Biasanya pada ayakan Light Duty Screen.

DAFTAR PUSTAKA

http://brownharinto.blogspot.com/2009/11/screening-pengayakan.html

distantina.staff.uns.ac.id/files/2009/08/2- screen .pdf

www.muthiaelma.zoomshare.com/files/Kelompok_I.ppt

distantina.staff.uns.ac.id/files/2009/.../1-cara-menentukan-ukuran-partikel.pdf

http://kuliahd3fatek.blogspot.com/2009/05/bab-iii-pengolahan-bahan-galian.html

http://kuliahd3fatek.blogspot.com/2009/05/bab-ii-pengolahan-bahan-galian.html