kakao

Kakao merupakan salah satu komoditas ekspor yang dapat memberikan kontribusi untuk peningkatan devisa Indonesia. Indonesia merupakan salah satu negara pemasok utama kakao dunia setelah Pantai Gading (38,3%) dan Ghana (20,2%) dengan persentasi 13,6%. Permintaan dunia terhadap komoditas kakao semakin meningkat dari tahun ke tahun. Hingga tahun 2011, ICCO (International Cocoa Organization) memperkirakan produksi kakao dunia akan mencapai 4,05 juta ton, sementara konsumsi akan mencapai 4,1 juta ton, sehingga akan terjadi defisit sekitar 50 ribu ton per tahun (Suryani, 2007). Kondisi ini merupakan suatu peluang yang baik bagi Indonesia karena sebenarnya Indonesia berpotensi untuk menjadi produsen utama kakao dunia.

Namun, kualitas biji kakao yang diekspor oleh Indonesia dikenal sangat rendah (berada di kelas 3 dan 4). Hal ini disebabkan oleh, pengelolaan produk kakao yang masih tradisional (85% biji kakao produksi nasional tidak difermentasi) sehingga kualitas kakao Indonesia menjadi rendah. Kualitas rendah menyebabkan harga biji dan produk kakao Indonesia di pasar internasional dikenai diskon USD200/ton atau 10%-15% dari harga pasar. Selain itu, beban pajak ekspor kakao olahan (sebesar 30%) relatif lebih tinggi dibandingkan dengan beban pajak impor produk kakao (5%), kondisi tersebut telah menyebabkan jumlah pabrik olahan kakao Indonesia terus menyusut (Suryani, 2007). Selain itu para pedagang (terutama trader asing) lebih senang mengekspor dalam bentuk biji kakao (non olahan).

Peningkatan produksi kakao mempunyai arti yang strategis karena pasar ekspor biji kakao Indonesia masih sangat terbuka dan pasar domestik masih belum tergarap. Permasalahan utama yang dihadapi perkebunan kakao dapat diatasi dengan penerapan fermentasi pada pengolahan biji pasca panen dan pengembangan produk hilir kakao berupa serbuk kakao.

Coklat

Proses fermentasi akan menghasilkan kakao dengan cita rasa setara dengan kakao yang berasal dari Ghana. Selain itu, kakao Indonesia memiliki kelebihan tidak mudah meleleh sehingga cocok untuk blending.

Fermentasi merupakan suatu proses produksi suatu produk dengan mikroba sebagai organisme pemroses. Fermentasi biji kakao merupakan fermentasi tradisional yang melibatkan mikroorganisme indigen dan aktivitas enzim endogen. Fermentasi biji kakao tidak memerlukan penambahan kultur starter (biang), karena pulp kakao yang mengandung banyak glukosa, fruktosa, sukrosa dan asam sitrat dapat mengundang pertumbuhan mikroorganisme sehingga terjadi fermentasi.
Tahapan pengolahan pasca panen kakao yaitu buah hasil panen dibelah dan biji berselimut pulp dikeluarkan, kemudian dikumpulkan pada suatu wadah. Jenis wadah yang digunakan dapat bervariasi, diantaranya drying platforms (Amerika), keranjang yang dilapisi oleh daun, dan kontainer kayu. Kontainer disimpan di atas tanah atau di atas saluran untuk menampung pulp juices yang dihasilkan selama fermentasi (hasil degradasi pulp). Pada umumnya, dasar kontainer memiliki lubang kecil untuk drainase dan aerasi. Kontainer tidak diisi secara penuh, disisakan 10 cm dari atas dan permukaan atas ditutupi dengan daun pisang yang bertujuan untuk menahan panas dan mencegah permukaan biji dari pengeringan. Fermentasi dalam kotak dapat dilakukan selama 2 – 6 hari, isi kotak dibalik tiap hari dengan memindahkannya ke kotak lain.

Fermentasi biji kakao akan menghasilkan prekursor cita rasa, mencokelat-hitamkan warna biji, mengurangi rasa-rasa pahit, asam, manis dan aroma bunga, meningkatkan aroma kakao (cokelat) dan kacang (nutty), dan mengeraskan kulit biji menjadi seperti tempurung. Biji yang tidak difermentasi tidak akan memiliki senyawa prekursor tersebut sehingga cita rasa dan mutu biji sangat rendah. Fermentasi pada biji kakao terjadi dalam dua tahap yaitu fermentasi anaerob dan fermentasi aerob. Keberadaan asam sitrat membuat lingkungan pulp menjadi asam sehingga akan menginisiasi pertumbuhan ragi dan terjadi fermentasi secara anaerob. Fermentasi aerob diinisiasi oleh bakteri asam laktat dan bakteri asam asetat. Produk fermentasi yang dihasilkan berupa etanol, asam laktat, dan asam asetat yang akan berdifusi ke dalam biji dan membuat biji tidak berkecambah.

Selama fermentasi terjadi pula aktivitas enzimatik, enzim yang terlibat adalah endoprotease, aminopeptidase, karboksipeptidase, invertase (kotiledon dan pulp), polifenol oksidase dan glikosidase. Enzim-enzim ini berperan dalam pembentukan prekursor cita rasa dan degradasi pigmen selama fermentasi. Prekursor cita rasa (asam amino, peptida dan gula pereduksi) membentuk komponen cita rasa di bawah reaksi Maillard (reaksi pencoklatan non-enzimatis) selama penyangraian.

Untuk menghentikan proses fermentasi, biji kakao kemudian dikeringkan. Pengeringan dilakukan sampai kadar air menjadi 7 – 8 % (setimbang dengan udara berkelembaban 75 %). Kadar air kurang dari 6 %, biji akan rapuh sehingga penanganan serta pengolahan lanjutnya menjadi lebih sulit. Kadar air lebih dari 9 % memungkinkan pelapukan biji oleh jamur. Pengeringan dengan pemanas simar surya dapat memakan waktu 14 hari, sedangkan dengan pengeringan non surya memakan waktu 2 – 3 hari.

Setelah pengeringan, biji disortir untuk membersihkan biji dan dilanjutkan dengan penyangraian pada suhu 210 C selama 10 – 15 menit. Tujuan dari penyangraian adalah untuk mensterilisasi biji serta pembentukan cita rasa dari prekursor cita rasa (hasil fermentasi) melalui reaksi Maillard.

Pada saat panen, petani coklat Indonesia memiliki kecenderungan untuk mengolah biji coklat tanpa fermentasi dengan cara merendam biji dalam air untuk membuang pulp dan dilanjutkan dengan penjemuran, dengan demikian biji siap dijual tanpa memerhatikan kualitas. Langkah tersebut diambil petani untuk mendapatkan hasil penjualan yang cepat karena jika melalui fermentasi diperlukan waktu inkubasi sehingga petani harus menunggu untuk mendapatkan keuntungan dari penjualan, sedangkan fermentasi merupkan kunci penting untuk memberikan cita rasa coklat. Dengan demikian, pengetahuan mengenai pentingnya fermentasi pada biji kakao perlu disebarluaskan pada petani coklat.

Produk yang melalui proses fermentasi sehingga diperoleh cita rasa coklat yang sesungguhnya dengan cost production yang relatif rendah. Fermentasi dapat dilakukan secara tradisional dan tidak memerlukan treatment khusus, hanya diperlukan wadah fermentasi dari kayu, ruang penyimpanan, lahan untuk menjemur, dan mesin penyangrai.

Sumber:

• TK-4231 / Industri PanganPengolahan Cokelat/Kakao (1), Dr. Tatang H. Soerawidjaja
• Suryani, Dinie, Zulfebriansyah, 2007. Komoditas Kakao : Potret dan Peluang Pembiayaan. Economic Review : 210 . Desember 2007.
• Carl E Hansen, Margarita del Olmo and Christine Burri. 1998. Enzyme Activities in Cocoa Beans During Fermentation. J Sci Food Agric: 77, 273È281.

Plant dengan penerapan aset-aset terintegrasi dan diversifikasi produk

Industri di tahun 1990-an sampai sekarang mengalami kemajuan pesat seiring dengan teknologi yang terus menemukan celah-celah baru dalam pengembangannya. Cara-cara tradisional yang menggunakan tenaga manusia sudah semakin ditinggalkan, bahkan bagi beberapa jenis industri rumah tangga. Mekanisasi dan automatisasi semakin menggeser peran manusia dalam pengerjaan proses industri. Efek dari hal ini lebih terasa lagi dalam pabrik skala besar. Para operator plant mengalami tantangan besar karena peningkatan automatisasi, meningkatnya diversifikasi struktur produk, dan kecenderungan integrasi aset-aset industri.

Seiring dengan peningkatan kompleksitas plant, meningkat pula kebutuhan akan prosedur produksi dan perawatan yang lebih terorganisir dan efisien. Strategi modern yang dapat meningkatkan produktivitas dan efisiensi aset sambil meningkatkan ketersediaan, kehandalan, dan keamanan adalah sebuah keharusan. Manajemen Kinerja Aset (Asset Performance Management) yang efisien dapat membantu untuk memenuhi kebutuhan ini, memastikan peningkatan proses bisnis dan memberikan kontribusi penting untuk meningkatkan nilai proses.

Asset Performance Management merupakan metode holistik untuk optimasi teknologi dan organisasi proses tertentu. Tujuannya adalah untuk mencegah downtime dan kerugian, yang berujung pada perolehan produksi yang terukur dan berkelanjutan. Seperti juga pencapaian aset utilitas yang paling efektif, fokus utama adalah pada rasio biaya/keuntungan yang seimbang.

Overall Equipment Efficiency (OEE)

Langkah pertama dalam mengidentifikasi potensi peningkatan adalah menganalisis situasi saat ini. Apa aset atau komponen yang paling penting? Hubungan teknis apa yang ada? Di mana ‘bottle neck‘ terjadi dalam proses produksi, di mana kelemahan dalam teknis dan prosedur organisasi? Pada tahap mana berulang kali timbul masalah yang membuat sisa proses lebih sulit dan berpengaruh negetif terhadap aset kinerja? Semua pertanyaan-pertanyaan ini harus terlebih dahulu dijawab oleh pakar dalam optimasi pemeliharaan. Begitu pula analisis mendatail dari semua proses yang terjadi pada plant, kunci indikator spesifik dapat digunakan untuk mengevaluasi situasi saat ini.

Indikator yang paling penting untuk menilai profitabilitas perusahaan adalah Overall Equipent Efficiency (OEE). Metrik ini memberikan informasi mengenai output dari mesin sebenarnya dibandingkan output yang diinginkan. Meskipun perencana produksi mendasarkan perencanaan jadwal produksi pada jumlah unit maksimum, pada kenyataannya, hal-hal di luar dugaan terjadi lagi dan lagi, tidak bisa diantisipasi pada tahap perencanaan. Misalnya, dalam kasus bottling plant, jenis botol tertentu dapat menyebabkan keterlambatan pada conveyor belt karena satu gripper botol mengganggu transportasi karena sedikit perbedaan dalam bukaan botol. Pada saat perencanaan, tidak akan pernah diduga bahwa jenis kontainer ini akan menimbulkan masalah. Kini, anggota staf yang bertanggung jawab menentukan apakah gripper harus diganti atau apakah jenis kontainer yang berbeda harus digunakan.

Seperti halnya kinerja keseluruhan mesin (overall performance of a machine), OEE dapat digunakan untuk menentukan efektivitas dari lini produk atau plant selengkapnya. Dalam menilai suatu plant, indeks OEE terdiri dari metrik pada kerugian selama plant downtime, changeover, dan prosedur setup (ketersediaan), metrik pada kerugian selama deviance dari jadwal yang direncanakan, downtime yang lebih kecil dan waktu idle (tingkat kinerja), dan metrik pada waktu yang hilang akibat kerusakan komponen dan pemeliharaan (kualitas).

Setelah penyebab kerugian dari aspek teknis telah diidentifikasi, langkah berikutnya adalah untuk lebih memahami prosedur organisasi untuk menemukan potensi optimisasi yang tersembunyi. Dalam semua kasus, pada tahap ini berkonsultasi spesialis eksternal bisa membantu, misalnya konsultan manajemen. Spesialis eksternal memiliki pandangan yang objektif dan independen serta dapat memberikan nasihat berharga karena pengalaman mereka dalam proyek-proyek dengan tantangan serupa.

Konsultan spesialis menganalisis produktivitas dan mengevaluasi baik proses teknologi maupun organisasi, serta kondisi hubungan kontraktor dan mitra perusahaan. Dengan dasar ini, mereka dapat mengembangkan strategi pemeliharaan dan produksi yang dapat diimplementasikan oleh operator plant. Mereka mendukung optimasi pemeliharaan dengan membantu staf untuk mencapai tujuan mereka dan memastikan bahwa OEE dikembangkan, produktivitas plant meningkat, dan biaya produksi per unit turun. Ini memungkinkan fleksibilitas yang lebih baik untuk memenuhi kebutuhan pelanggan di masa yang akan datang dan margin profit dapat ditingkatkan.

Penyebab kerugian yang paling frekuentif:

1. Downtime: penghentian yang disebabkan kegagalan atau kerusakan mesin; setup waktu saat perubahan jenis produk, waktu yang dibutuhkan untuk mengganti alat dan mereset parameter mesin
2. Speed losses: waktu idle dan penghentian kecil karena masalah teknis; menurunkan waktu kerja (diidentifikasi dengan perbedaan waktu yang direncanakan dan waktu sebenarnya)
3. Process error: kesulitan awal di antara start up dan stabilisasi proses, penurunan pada kualitas produk-produk awal sebelum sistem mencapai keadaan tunak

Disadur dari: http://www.engineerlive.com/Process-Engineer/Plant_Management (Asset performance management: improving process productivity)

Microchannel reactor untuk memproses limbah in situ

Dunia sedang memasuki era baru, di mana konsep the more the merrier sudah lama ditinggalkan dan digantikan dengan the lesser the better. Demikian pula dengan perkembangan reaktor. Teknologi microchannel reactor kini mulai dikembangkan untuk berbagai kegunaan, di antaranya adalah untuk pengolahan limbah nuklir in situ.

Ada perbedaan mendasar dari microreactor dan microchannel reactor. Teknologi microreactor berarti menggunakan reaktor berukuran kecil yang seringkali dipakai dalam tes laboratorium. Sementara teknologi microchannel tetaplah dimaksudkan untuk produksi komersial, misalnya reaktor, mixer, heat exchanger, yang memanfaatkan saluran mikro untuk menampung proses aliran dan meningkatkan kinerja. Dimensi diameter saluran bervariasi dari puluhan hingga seratusan mikrometer dengan panjang bisa mencapai beberapa meter. Perbedaan mendasar adalah komponen microchannel tersebut terintegrasi ke dalam sistem yang mengandung puluhan hingga ribuan saluran. Ukuran channel bervariasi antara 0,1 sampai 10 mm.

Dalam pengolahan limbah nuklir in situ, Pacific Northwest National Laboratory mengembangkan reaktor yang berdimensi sekitar 24x24x6 inch. Menurut Ed Baker, direktur divisi energi dan efisiensi PPNL, dibandingkan dengan memindahkan limbah ke fasilitas tersentralisasi, PPNL mengembangkan mesin skala kecil yang dapat ditempatkan dalam tangki untuk memproses limbah di tempat asalnya. Kalkulasi awal yang disandingkan dengan penelitian yang dibiayai oleh Departemen Energi Amerika Serikat menghasilkan suatu kesimpulan bahwa gagasan untuk memproses limbah dengan cara ini adalah suatu ide yang bagus. Pengerjaan yang dikerjakan secara bersamaan oleh Amerika Serikat dan Eropa untuk mengembangkan cara untuk merancang microchannel menjadi chip-chip silikon menjanjikan masa depan yang menjanjikan: kemungkinan microchannel reactor untuk menghasilkan perkembangan besar dalam proses kimia.

“Sayangnya,” kata Baker, seperti dikutip oleh Innovation: America’s Journal of Technology Commersialization “gagasan mengembangkan microchannel reactor untuk memproses limbah nuklir tidak pernah mencapai suatu daya tarik yang nyata. Malahan, suatu fasilitas sentral bernilai milyaran dolar untuk memproses limbah dalam tangki sedang dalam proses.”

Bangunan dasar dari microchannel reactor terdiri dari komponen-komponen dengan microchannel-microchannel paralel. Menurut Terry Mazanec, kepala ilmuwan Velocys, ukuran kecil berarti biaya kapital yang berkaitan dengan microchannel reactor relatif murah jika dibandingkan dengan peralatan konvensional. Keuntungan lainnya, semakin kecil footprint dari sebuah microchannel reactor memungkinkan reaktor dapat ditempatkan di tempat-tempat premium, pada platform pengilangan minyak bumi offshore, atau pada refiner-refiner yang ramai. Konstruksi modular reaktor memberikan fleksibilitas yang tinggi pada saat mendesain sebuah plant.

Perawatan dan pengisian katalis dapat dilakukan dengan mengganti module-module individual, tidak membutuhkan proses shutdown seluruh sistem. Suatu plant yang didasarkan pada microchannel reactor dapat dibangun pada luas area yang lebih kecil namun tetap memiliki kapasitas yang diperlukan. Hal ini tidak hanya akan memperlancar siklus bisnis dan menghemat biaya transportasi. Cara ini juga lebih mudah, lebih murah, dan lebih cepat dalam membuat kapasitas tambahan sesuai dengan kebutuhan.

Oleh karena setiap blok reaktor memiliki ribuan channel proses yang diisi dengan katalis yang terjalin dengan panas input atau channel dingin, maka microchannel reactor lebih mampu untuk melampaui barrier perpindahan panas dan massa. Dengan melampaui barrier perpindahan massa secara esensial memungkinkan produksi yang lebih cepat, sedangkan kapabilitas perpindahan panas berarti reaktor dapat mengatasi masalah panas secara lebih efisien daripada sistem konvensional. Microchannel reactor cocok digunakan untuk mengeluarkan baik reaksi katalitik eksotermik tinggi (atau generator panas) dimana panas dari reaktor harus dihilangkan, begitu juga reaksi endotermik tinggi atau reaksi yang membutuhkan panas tinggi.

Aplikasi-aplikasi yang potensial lainnya bagi microchannel reactor bervariasi dari produksi bahan komuditi kimia seperti vinyl acetate, ethylene oxide, acrylic acid, dan acrylonitrite dengan reaksi oksidasi parsial selektif untuk menguapkan metan reforming untuk memproduksi hidrogen untuk digunakan dalam bahan bakar. Namun demikian, aplikasi yang paling memungkinkan adalah produksi terdistribusi second generation biofuel from waste (BTL) dengan reaksi FT menggunakan microchannel reactor pada plant skala kecil dekat sumber limbah. Menurut Tonkovich, wakil presiden pengembangan teknologi dan manufaktur Velocys, dengan optimasi katalis yang baik, microchannel reactor FT kecil dapat beroperasi dengan efisien dan ekonomis saat reaktor hanya memproduksi 500 sampai 2000 ton limbah per hari.

Sumber:
Innovation: America’s Journal of Technology Commersialization. April/May 2009. Processing Waste with Microchannel Reactors oleh Laura Silva.
http://www.chem-is-try.org/artikel_kimia/teknologi_tepat_guna/reaktor-microchannel-reaktor-apa-ini/

Untuk keperluan tersebut, beberapa industri tekstil telah mengupayakan pemanfaatan batubara sebagai bahan bakar. Namun bahan bakar minyak maupun batubara, keduanya merupakan sumber daya alam yang terbatas dan dapat habis pada suatu saat. Oleh karena itu perlu dicari teknologi alternatif yang lebih efisien, hemat energi serta lebih ramah lingkungan. Salah satu dari teknologi alternatif tersebut adalah energi plasma. Penggunaan energi plasma mempunyai manfaat yang cukup besar karena dapat menyebabkan proses pengikisan (etching) dan pembentukan radikal bebas, disosiasi ikatan kimia, pembentukan ikatan silang pada permukaan polimer, dan lain-lain.

Contoh-contoh serat alami maupun yang dibuat oleh manusia telah membuktikan bahwa banyak potensi yang dimiliki plasma dalam pengolahan material tekstil. Ini telah dibuktikan dengan suksesnya pengolahan anti-penyusutan pada wool dengan simultan efek posif pada dyeing and printing. Bukan hanya stuktur kimia pada permukaan yang dimodifikasi menggunakan gas plasma yang berbedam tetapi juga topografi permukaanya. Permukaan yang sangat hidrofobik dengan topografi tertentu berkontak dengan air bisa menimbulkan debu dan kotor and mungkin terkontaminasi oleh bakteri dan jamur.

Penggunaan Plasma Untuk Inisiasi Grafting

Kapas

Kain kapas adalah kain yang terbuat dari serat kapas 100% yang molekulnya terdiri dari polimer selulosa. Serat kapas adalah serat selulosa alam yang mempunyai kutikula, lumen dan dinding sel yang kuat sehingga mempunyai kekuatan yang tinggi. Proses etching menggunakan GDP (glow discharge plasma) selama 20 menit menurunkan berat serat kapas sebesar 1, 9 %, sedangkan kekuatan benangnya dari 266 g turun menjadi 230 g, atau turun sebesar 13,5%. Serat kapas dengan ekspos 60 detik sudah dapat untuk inisiasi pada polimerisasi tempel (grafting) terhadap berbagai monomer. Monomer hidroksi etil metakrilat (HEMA) adalah yang paling besar kemampuannya untuk grafting pada kapas, disusul n-isopropil akrilamid (NIPA), metoksi etil akrilat (MEA), hidroksi etil akrilat (HEA), asam akrilat (AA) dan akrilamid (AMD).

Rayon Viskosa

Serat rayon viskosa adalah serat regenerasi selulosa yang dibuat dari pulp kayu cemara dan sejenisnya yang melalui serangkaian proses dan pemintalan basah dapat terbentuk serat. Oleh karena bahan dasarnya selulosa maka serat tersebut termasuk serat yang hidrofil. Serat rayon mempunyai berat molekul dan kristalinitas yang rendah dibanding serat kapas. Sehingga mempunyai kekuatan yang lebih rendah dan kandungan air (moisture regain) yang lebih tinggi, kurang lebih 12% (kandungan air kapas 8%). Pada proses etching dengan GDP selama 20 menit serat rayon mengalami penurunan berat sebesar 6%, sedangkan kekuatan benangnya turun dari 142g menjadi 105g atau turun sebesar 25,06%. Serat rayon viskosa yang terinisiasi selama 60 detik sudah mampu melakukan polimerisasi tempel (grafting) terhadap berbagai monomer. Kemampuan rayon viskosa untuk di-grafting dengan beberapa monomer berbeda dengan kemampuan kapas.

Poliester

Poliester adalah serat sintetik yang terbuat dari kopolimerisasi antara asam tereftalat dengan etilen-glikol membentuk polimer yang strukturnya sangat kristalin. Serat poliester sangat sedikit mengandung gugus hidrofil sehingga termasuk serat hidrofob dan pada kondisi normal mempunyai kandungan air (moisture regain) hanya 0,4%. Etching dengan GDP selama 20 menit menurunkan berat serat poliester sebesar 0,6%, sedangkan kekuatannya turun sebesar 19,2%. Sama halnya dengan serat kapas maupun rayon viskosa, serat poliester dapat melakukan polimerisasi tempeL terhadap berbagai monomer.

Nilon

Nilon (nilon 66) adalah serat sintetik yang terbuat dari kopolimerisasi antara asam adipat dan heksametilendiamin membentuk polimer dengan struktur supermolekuler yang sangat kristalin. Serat nilon relatif sedikit mengandung gugus hidrofil dan mengandung gugus amina, sehingga sifatnya lebih hidrofil dibanding poliester. Pada kondisi normal serat nilon mempunyai kandungan air (moisture regain) sebesar kurang lebih 4%. Proses etching dengan GDP selama 20 menit menurunkan berat serat nilon sebesar 6%, sedangkan kekuatannya turun dari 228g menjadi 219g atau sebesar 4,4%.

Akrilik

Serat akrilik termasuk serat sintetik yang merupakan polimer hidrokarbon linier yang mengandung banyak gugus akrilonitril (lebih dari 85%). Proses etching GDP selama 20 menit menurunkan berat serat akrilik sebesar 6%, sedangkan kekuatannya turun dari 202g menjadi 198g atau sebesar 1,98%.

Rayon Asetat

Serat rayon asetat adalah serat regenerasi selulosa yang dimodifikasi, sehingga mengandung gugus asetat dan sifat-sifatnya jauh berbeda dengan serat rayon viskosa maupun serat kapas.

Grafting serat-serat tekstil dengan monomer tidak menurunkan kekuatannya tetapi justru meningkatkan. Adanya monomer tertentu dapat menambah friksi antara serat satu dengan yang lainnya, sehingga kemungkinan terjadi selip lebih kecil.

Sumber:
Kailani, Zubaidi A. 2005. Pemanfaatan Energi Plasma dalam Proses Tekstil Untuk Memperbaiki Sifat-Sifat Kain.
Sparavigna, Amelia. Plasma Treatment Advantages for Textiles.
Höcker, Hartwig. 2002. Plasma Treatment of Textile Fiber. Pure Appl. Chem., Vol. 74, No. 3, pp. 423–427.

Air Laut

Laju konsumsi air bersih di dunia meningkat dua kali lipat setiap 20 tahun, melebihi dua kali laju pertumbuhan manusia. Beberapa pihak memperhitungkan bahwa pada tahun 2025, permintaan air bersih akan melebihi persediaan hingga mencapai 56%. Kekurangan air bersih dapat berpengaruh terhadap banyak hal, di antaranya dapat mengurangi pembangunan ekonomi dan menurunkan tingkat kehidupan. Hal ini menunjukkan bahwa dunia membutuhkan suatu cara untuk meningkatkan persediaan air bersih. Salah satu sumber yang berpotensi dijadikan sumber air bersih adalah air laut. Air laut dapat dijadikan air bersih dengan proses desalinasi.

Desalinasi adalah proses pemisahan yang digunakan untuk mengurangi kandungan garam terlarut dari air garam hingga level tertentu sehingga air dapat digunakan. Proses desalinasi melibatkan tiga aliran cairan, yaitu umpan berupa air garam (misalnya air laut), produk bersalinitas rendah, dan konsentrat bersalinitas tinggi. Produk proses desalinasi umumnya merupakan air dengan kandungan garam terlarut kurang dari 500 mg/l, yang dapat digunakan untuk keperluan domestik, industri, dan pertanian. Hasil sampingan dari proses desalinasi adalah brine. Brine adalah larutan garam berkonsentrasi tinggi (lebih dari 35000 mg/l garam terlarut).

Distilasi merupakan metode desalinasi yang paling lama dan paling umum digunakan. Distilasi adalah metode pemisahan dengan cara memanaskan air laut untuk menghasilkan uap air, yang selanjutnya dikondensasi untuk menghasilkan air bersih. Berbagai macam proses distilasi yang umum digunakan, seperti multistage flash, multiple effect distillation, dan vapor compression umumnya menggunakan prinsip mengurangi tekanan uap dari air agar pendidihan dapat terjadi pada temperatur yang lebih rendah, tanpa menggunakan panas tambahan.

Metode lain desalinasi adalah dengan menggunakan membran. Terdapat dua tipe membran yang dapat digunakan untuk proses desalinasi, yaitu reverse osmosis (RO) dan electrodialysis (ED). Pada proses desalinasi menggunakan membran RO, air pada larutan garam dipisahkan dari garam terlarutnya dengan mengalirkannya melalui membran water-permeable. Permeate dapat mengalir melalui membran akibat adanya perbedaan tekanan yang diciptakan antara umpan bertekanan dan produk, yang memiliki tekanan dekat dengan tekanan atmosfer. Sisa umpan selanjutnya akan terus mengalir melalui sisi reaktor bertekanan sebagai brine. Proses ini tidak melalui tahap pemanasan ataupun perubahan fasa. Kebutuhan energi utama adalah untuk memberi tekanan pada air umpan. Desalinasi air payau membutuhkan tekanan operasi berkisar antara 250 hingga 400 psi, sedangkan desalinasi air laut memiliki kisaran tekanan operasi antara 800 hingga 1000 psi.

Dalam praktiknya, umpan dipompa ke dalam container tertutup, pada membran, untuk meningkatkan tekanan. Saat produk berupa air bersih dapat mengalir melalui membran, sisa umpan dan larutan brine menjadi semakin terkonsentrasi. Untuk mengurangi konsentrasi garam terlarut pada larutan sisa, sebagian larutan terkonsentrasi ini diambil dari container untuk mencegah konsentrasi garam terus meningkat.

Sistem RO terdiri dari 4 proses utama, yaitu (1) pretreatment, (2) pressurization, (3) membrane separation, (4) post teatment stabilization.

desalinasi dengan RO

Pretreatment: Air umpan pada tahap pretreatment disesuaikan dengan membran dengan cara memisahkan padatan tersuspensi, menyesuaikan pH, dan menambahkan inhibitor untuk mengontrol scaling yang dapat disebabkan oleh senyawa tetentu, seperti kalsium sulfat.

Pressurization: Pompa akan meningkatkan tekanan dari umpan yang sudah melalui proses pretreatment hingga tekanan operasi yang sesuai dengan membran dan salinitas air umpan.

Separation: Membran permeable akan menghalangi aliran garam terlarut, sementara membran akan memperbolehkan air produk terdesalinasi melewatinya. Efek permeabilitas membran ini akan menyebabkan terdapatnya dua aliran, yaitu aliran produk air bersih, dan aliran brine terkonsentrasi. Karena tidak ada membran yang sempurna pada proses pemisahan ini, sedikit garam dapat mengalir melewati membran dan tersisa pada air produk. Membran RO memiliki berbagai jenis konfigurasi, antara lain spiral wound dan hollow fine fiber membranes.

tipe membran RO

Stabilization: Air produk hasil pemisahan dengan membran biasanya membutuhkan penyesuaian pH sebelum dialirkan ke sistem distribusi untuk dapat digunakan sebagai air minum. Produk mengalir melalui kolom aerasi dimana pH akan ditingkatkan dari sekitar 5 hingga mendekati 7.

Sumber:
http://www.oas.org/dsd/publications/Unit/oea59e/ch20.htm#TopOfPage
http://www.gewater.com/what_we_do/water_scarcity/desalination.jsp

Reef Octopus CR-140 Reverse Flow Calcium Reactor from CoralVue

Pengoperasian reaktor secara tak tunak yang dapat memberikan kelebihan yang besar bagi unjuk kerja suatu proses baru-baru ini mulai membuka jalan baru dalam intensifikasi proses. Berbeda dengan pengoperasian proses kontinu tradisional yang memfokuskan pada keadaan tunak, reaktor kontinu dipaksa untuk bekerja pada keadaan tak tunak (unsteady state). Salah satu alternatif pengoperasian reaktor tak tunak adalah dengan cara mengubah arah aliran yang melalui reaktor secara periodik dalam selang waktu tertentu yang disebut switching time. Konsep ini dikenal dengan nama Reverse Flow Reactor atau Reaktor Aliran Bolak-balik (RABB).

RABB telah menunjukkan keuntungan yang besar untuk reaksi eksotermis dalam hal energy saving. Selain itu dengan mengubah arah aliran dan mengatur frekuensi ubah (switching  frequency) alirannya RABB juga akan mengakibatkan terjadinya deviasi dari keadaan tunak yang dipercaya dapat meningkatkan selektifitas dan konversi. Akan tetapi diperlukan pemilihan frekuensi yang tepat karena apabila switching time terlalu cepat akan mengakibatkan konversi menjadi turun karena akan ada reaktan yang belum sempat bereaksi terdorong keluar dari reaktor saat arah aliran diubah. Karena itu pengaturan RABB untuk setiap proses berbeda-beda tergantung pada kondisi pengoperasiannya.

Skema sederhana Reaktor Aliran Bolak-Balik (Reverse Flow Reactor)

Skema proses dari RABB ditunjukkan secara sederhana pada gambar 1. Selama berlangsung siklus pertama, aliran mengalir melalui 1-2-R-3-4, dan selama berlangsung siklus kedua, aliran mengalir melalui 1-2-R-3-4.  Pada kasus-kasus RABB pada umumnya, katalis di dalam reaktor bukan hanya berperan untuk mempercepat laju reaksi, tetapi juga dapat berperan sebagai penyimpan panas yang dihasilkan dari reaksi eksotermik. Hal ini dapat terjadi karena katalis memiliki kapasitas panas yang lebih tinggi dibandingkan dengan fluida yang mengalir di dalam reaktor, baik yang diumpankan maupun yang dihasilkan. Untuk memaksimalkan penghematan energi maka arah aliran sebaiknya diganti saat temperatur aliran keluar mulai meningkat setelah pengubahan arah aliran pertama. Jika aliran dibalik arahnya secara periodik, maka aliran umpan tidak lagi memerlukan pemanas awal untuk mencapai temperatur mula reaksi (reaction ignition temperature).

RABB beroperasi pada dinamika beda temperatur yang besar sepanjang unggun katalis karena adanya pertukaran panas antara unggun katalis dan gas yang bereaksi. Pergerakan beda temperatur ini harus dipantau terus menerus, karena hal ini dapat menyebabkan gradien temperatur yang besar dan dapat merusak unggun katalis. Sistem kontrol operasi RABB adalah salah satu hambatan penerapan teknologi ini di industri. Pengoperasian sistem monitor dan kontrol diperlukan untuk menghindari pemadaman reaksi (extinction) serta kelebihan panas (overheating) pada unggun katalis. Selain itu, peralatan seperti kerangan yang dapat beroperasi pada frekuensi ubah (switching frequency) yang tinggi belum memadai, serta membutuhkan investasi yang mahal.

Referensi:
Simulation of Reverse Flow Operation for Manipulation of Catalyst Surface Coverage in the Selective Oxidation of Ammonia. Y.W. Budhi, dkk. 2004
Reverse Flow Operation with Reactor Side Feeding: Analysis, Modeling, and Simulation. Y.W. Budhi, dkk. 2009.

Sejarah Coklat

Chocolate, coklat berasal dari pohon Theobroma cacao asli benua amerika, tepatnya daerah tropis amerika selatan dan amerika tengah. Coklat pertama kali dikonsumsi oleh bangsa Aztecs sekitar 600 tahun sebelum masehi. Kata coklat berasal dari bahasa Nahuatl chocolatl (dieja xocolatl), yang berarti bitter water (air pahit). Sejarah penyebaran coklat di daerah Eropa dimulai ketika bangsa Aztecs menghidangkan coklat panas kepada penjelajah asal Spanyol Hernán Cortés pada tahun 1519. Ia kemudian memperkenalkan coklat di Eropa sekembalinya ke Spanyol tahun 1528. Pertama kalinya coklat dibuat untuk konsumsi langsung (choco bar) dilakukan oleh perusahaan “Fry and Sons of Bristol” di Inggris pada tahun 1847. Milk chocolate dibuat pertama kali pada tahun 1975 di Switzerland.

Industri Coklat

Coklat dibuat dari biji cacao yang dipanen lalu difermentasi selama 6-7 hari, kemudian dikeringkan. Cokelat yang berualitas baik berasal didapat dari biji cokelat yang dikeringkan dengan sinar matahari langsung. Di tingkat industri, biji coklat dibersihkan dari impurities seperti pasir dan sebagainya. kemudian biji cokelat di panggang dan ditumbuk. Bagian dalam dari biji dihancurkan menjadi potongan-potongan kecil yang disebut “nibs”. Nibs kemudian digiling. Dari hasil proses tersebut akan didapat cairan kental yang disebut chocolate liquor. Chocolate liquor tersebut kemudian diproses lebih lanjut untuk diekstrak lemaknya (cocoa butter). Setelah lemak cokelatnya diambil, bentuk liquor tadi dikeringkan (dry) hingga menjadi bubuk (cocoa powder).

Didalam industri pembuatannya, coklat terbagi menjadi tiga tipe yakni: Dark chocolate, milk chocolate, dan white chocolate. Dark chocolate terdiri dari sejumlah campuran coklat padat atau cairnya, tambahan cocoa butter, gula, dan vanilla yang dicampur dengan menggunakan proses conched dan tempered (didinginkan pada kondisi tertentu) untuk menjaga agar gula dan lemak terkristalisasi dalam bentuk yang paling stabil. Sedangkan untuk pembuatan milk chocolate, ditambahkan lagi susu atau cream, susu cair, atau susu bubuk kedalam campuran dark chocolate tadi. White chocolate tidak menganding chocolate liquor, hanya terdiri dari cocoa butter, susu, lemak susu, dan pemanis seperti gula atau sirup yang kaya akan fructosa.

“Apabila saya membuat minuman coklat dari buah atau biji cocoa langsung dari pohonnya, maka akan banyak sekali lemak pada permukaan minuman saya. Minuman tersebut akan sangat aneh bentuknya,” dijelaskan oleh Stephen T. Beckett, Kepala departemen di Nestlé Product Technology Centre, York, England, dan penulis buku “The Science of Chocolate” (Cambridge, U.K.: Royal Society of Chemistry , 2000).

Coklat yang kita konsumsi biasanya terdiri dari sekitar 25 sampai 35 persen lemak dan 50 persen gula. Penyedap rasa seperti vanila biasanya ditambahkan pada produk tertentu. Gula juga terkadang digantin dengan produk lain yang rendah kalori. Berbagai macam modifikasi memang dilakukan untuk membuat coklat dengan rasa tertentu.

Selama proses pembuatannya, sebagian besar coklat diproses dalam bentuk liquid. Viskositas, properti aliran dan ukuran partikel menjadi faktor penting dalam pembuatan coklat. Lemak adalah kunci untuk menentukan properti dari coklat, menurut Beckett, lemak dapat memberikan dampak yang besar pada viskositas coklat. Sebagai contoh, dengan meningkatkan kandungan lemak didalam coklat dari 27 persen menjadi 28 persen dapat menurunkan viskositas menjadi setengahnya. Viskositas coklat dapat juga dikurangi dengan penambahan emulsifier seperti lecithin.

Beckett menambahkan bahwa didalam coklat terdapat sekitar 800 senyawa kimia. Walaupun didalam coklat terdapat sedikit sekali nutrisi, tetapi coklat mengandung sebuah grup polyphenolic seperti flavanoids atau catechins. Senyawa yang berfungsi sebagai anti oksidan untuk mencegah kolesterol rendah dan melindungi dari berbagai penyakit pembuluh darah. Didalam milk chocolate 40-g contohnya, terdapat sekitar 300-mg senyawa tersebut. Dark chocolate mengandung lebih banyak flavanoids dibanding milkchocolate.

Sumber:
C&EN, Microsoft Encarta, Rhamnosa-Buletin

Material yang digunakan untuk membuat keramik ini biasanya digali dari perut bumi dan dihancurkan hingga menjadi bubuk. Produsen seringkali memurnikan bubuk ini dengan mencampurkannya dengan suatu larutan hingga terbantuk endapan pengotor. Kemudian endapan tadi disaring dan bubuk material keramik dipanaskan untuk menghilangkan impuritis dan air. Hasilnya, bubuk dengan tingkat kemurnian tinggi dan berukuran sekitar 1 mikrometer (0.0001 centimeter).

A. Pembentukan

Setelah pemurnian, sedikit wax (lilin) biasanya ditambahkan untuk meekatkan bubuk keramik dan menjadikannya mudah dibentuk. Plastik juga dapat ditambahkan untuk mendapatkan kelenturan dan kekerasan tertentu. Bubuk tersebut dapat menjadi bentuk yang berbeda-beda dengan beragam proses pembentukan (molding). Proses pembentukan ini diantaranya adalah slip casting, pressure casting, injection molding, dan extruction. Setelah dibentuk, keramik kemudian dipanaskan dengan proses yang dikenal dengan nama densifikasi (densification) agar material yang terbantuk lebih kuat dan padat.

1. Slip Casting. Slip Casting adalah proses untuk membuat keramik yang berlubang. Proses ini menggunakan cetakan dengan dinding yang berlubang-lunagng kecil dan memanfaatkan daya kapilaritas air.
2. Pressure Casting. Pada proses ini, bubuk keramik dituangkan pada cetakan dan diberi tekanan. Tekanan tersebut membuat bubuk keramik menjadi lapisan solid keramik yang berbentuk seperti cetakan.
3. Injection Molding. Proses ini digunakan untuk membuat objek yang kecil dan rumit. Metode ini menggunaan piston untuk menekan bubuk keramik melalui pipa panas masuk ke cetakan. Pada cetakan tersebut, bubuk keramik didinginkan dan mengeras sesuai dengan bentuk cetakan. Ketika objek tersebut telah mengeras, cetakan dibuka dan bagian keramik dipisahkan.
4. Extrusion. Extrusion adalah proses kontinu yang manama bubuk keramik dipanaskan didalam sebuah tong yang panjang. Terdapat baling-baling yang memutar dan mendorong material panas tersebut kedalam cetakan. Karena prosesnya yang kontinu, setelah terbentuk dan didinginkan, keramik dipotong pada panjang tertentu. Proses ini digunakan untuk membuat pipa keramik, ubin dan bata modern.

B. Densifikasi

Proses densifikasi menggunakan panas yang tinggi untuk menjadikan sebuah keramik menjadi produk yang keras dan padat. Setelah dibentuk, keramik dipanaskan pada tungku (furnace) dengan temperatur antara 1000 sampai 1700 C. Pada proses pemanasan, partikel-partikel bubuk menyatu dan memadat. Proses pemadatan ini menyebabkan objek keramik menyusut hingga 20 persen dari ukuran aslinya. Tujuan dari proses pemanasan ini adalah untuk memaksimalkan kekerasan keramik dengan mendapatkan struktur internal yang tersusun rapih dan sangat padat.

Kegunaan Keramik Industri

Keramik dinilai dari propertinya. Kegunaan keramik beragam disesuaikan dengan kemampuan dan daya tahannya. Keramik dengan properti elektrik dan magnetik dapat digunakan sebagai insulator, semikoncuktor, konduktor dan magnet. Keramik dengan properti yang berbeda dapat digunakan pada aerospace, biomedis, konstruksi bangunan, dan industri nuklir.
Beberapa contoh penggunaan keramik industri:

• Peralatan yang dibuat dari alumina dan silikon nitrida dapat digunakan sebagai pemotong, pembentuk dan penghancur logam.
• Keramik tipe zirconias, silikon nitrida maupun karbida dapat digunakan untuk saluran pada rotorturbocharger diesel temperatur tinggi dan Gas-Turbine Engine.
• Keramik sebagai insulator adalah aluminum oksida (AlO3). Keramik sebagai semikonduktor adalah barium titanate (BaTiO3) dan strontium titanate (SrTiO3). Sebagai superkonduktor adalah senyawa berbasis tembaga oksida.
• Keramik dengan campuran semen dan logam digunakan untuk pelapis pelindung panas pada pesawat ulang-alik dan satelit.
• Keramik Biomedical jenis porous alumina digunakan sebagai implants pada tubuh manusia. Porous alumina dapat berikatan dengan tulang dan jaringan tubuh.
• Butiran uranium termasuk keramik yang digunakan untuk pembangkit listrik tenaga nuklir. Butiran ini dibentuk dari gas uranium hexafluorida (UF6).
• Keramik berbasis feldspar dan tanah liat digunakan pada industri bahan bangunan.
• Keramik juga digunakan sebagai coating (pelapis) untuk mencagah korosi. Keramik yang digunakan adalah jenis enamel. Peralatan rumah tangga yang menggunakan pelapisan enamel ini diantaranya adalah kulkas, kompor gas, mesin cuci, mesin pengering.

Sumber :
Ceramics. Microsoft® Student 2009. Redmond, WA: Microsoft Corporation, 2008.
http://www.ceramicindustry.com

Super Conductor Ceramics

Keramik (English ceramics, Greek keramos, ‘potter clay’), asal katanya berasal dari seni pembuatan tembikar, peralatan dari tanah liat. Sekarang, definisi keramik secara ilmiah adalah benda-benda yang dibuat dari bahan lunak dari alam yang dijadikan keras dengan cara pemanasan. Material keramik adalah non logam, senyawa inorganik, biasanya senyawa ikatan oksigen, karbon, nitrogen, boron dan silikon. Keramik pada industri tidak bisa dibayangkan sebagai benda-benda seni. Beberapa contoh keramik industri adalah pipa selokan, insulator listrik, bata tahan panas dan lainnya.

Keramik sebagai insulator listrik misalnya, memiliki berbagai sifat kelistrikan. Hasil penemuan beru-baru ini, jenis keramik yang berupa campuran tembaga oksida dapat membuat keramik tersebut menjadi superkonduktor (penghantar listrik tanpa hambatan pada temperatur yang tinggi). Keramik juga digunakan sebagai komponen pembuat kapal ulang-alik luar angkasa.

Properti Keramik

Keramik memiliki properti kimia, mekanik, fisika, panas, elektrik, dan magnetik yang membedakan mereka dari material lain seperti logam dan plastik. Industri keramik merubah properti keramik dengan cara mengontrol jenis dan jumlah material yang digunakan untuk pembuatan.

A. Properti Kimia

Keramik industri sebagian besar adalah oksida (senyawa ikatan oksigen), akan tetapi ada juga senyawa carbida (senyawa ikatan karbon dan logam berat), nitrida (senyawa ikatan nitrogen), borida (senyawa ikatan boron) dan silida (senyawa ikatan silikon). Sebagai contoh, pembuatan keramik alumina menggunakan 85 sampai 99 persen aluminum oksida sebagai bahan utama dan dikombinasikan dengan berbagai senyawa kompleks secara kimia. Beberapa contoh senyawa kompleks adalah barium titanate (BaTiO3) dan zinc ferrite (ZnFe2O4). Material lain yang dapat disebut juga sebagai jenis keramik adalah berlian dan graphite dari karbon.

Keramik lebih resisten terhadap korosi dibanding plastik dan logam. Keramik biasanya tidak bereaksi dengan sebagian besar cairan, gas, aklali dan asam. Jenis-jenis keramik memiliki titik leleh yang tinggi dan beberapa diantaranya masih dapat digunakan pada temperatur mendekati titik lelehnya. Keramik juga stabil dalam waktu yang lama.

B. Properti Mekanik

Ikatan keramik dapat dibilang sangat kuat, dapat kita lihat dari kekakuan ikatan dengan mengukur kemampuan keramik menahan tekanan dan kelengkungan. Bend Strength atau jumlah tekanan yang diperlukan untuk melengkungkan benda biasanya digunakan untuk menentukan kekuatan keramik. Salah satu keramik yang keras adalah Zirconium dioxide yang memiliki bend strength mendekati senyawa besi. Zirconias (ZrO2) mampu mempertahankan kekuatannya hingga temperatur 900 C (1652 F), dan bahkan silikon carbida dan silikon nitrida dapat mempertahankan kekuatannya pada temperatur diatas 1400 C (2552 F). Material-material silikon ini biasanya digunakan pada peralatan yang memerlukan panas tinggi seperti bagian dari Gas-Turbine Engine. Walaupun keramik memiliki ikatan yang kuat dan tahan pada temperatur tinggi, material ini sangat rapuh dan mudah pecah bila dijatuhkan atau ketika dipanaskan dan didinginkan seketika.

C. Properti Fisik

Sebagian besar keramik adalah ikatan dari karbon, oksigen atau nitrogen dengan material lain seperti logam ringan dan semilogam. Hal ini menyebabkan keramik biasanya memiliki densitas yang kecil. Sebagian keramik yang ringan mungkin dapat sekeras logam yang berat. Keramik yang keras juga tahan terhadap gesekan. Senyawa keramik yang paling keras adalah berlian, diikuti boron nitrida pada urutan kedua dalam bentuk kristal kubusnya. Aluminum oksida dan silikon karbida biasa digunakan untuk memotong, menggiling, menghaluskan dan menghaluskan material-material keras lain.

D. Properti Panas

Sebagian besar keramik memiliki titik leleh yang tinggi, artinya walaupun pada temperatur yang tinggi material ini dapat bertahan dari deformasi dan dapat bertahan dibawah tekanan tinggi. Akan tetapi perubahan temperatur yang besar dan tiba-tiba dapat melemahkan keramik. Kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tersebutlah yang dapat membuat keramik pecah. Silikon karbida dan silikon nitrida lebih dapat bertahan dari kontraksi dan ekspansi pada perubahan temperatur tinggi daripada keramik-keramik lain. Oleh karena itu material ini digunakan pada bagian-bagian mesin seperti rotor pada turbin dalam mesin jet yang memiliki variasi perubahan temperatur yang ekstrim.

E. Properti Elektrik

Beberapa jenis keramik dapat menghantarkan listrik. Contohnya Chromium dioksida yang mampu menghantarkan listrik sama baiknya dengan sebagian besar logam. Jenis keramik lain seperti silikon karbida, kurang dapat menghantarkan listrik tapi masih dapat dikatakan sebagai semikonduktor. Keramik seperti aluminum oksida bahkan tidak menghantarkan listrik sama sekali. Beberapa keramik seperti porcelain dapat bertindak sebagai insulator (alat untuk memisahkan elemen-elemen pada sirkuit listrik agar tetap pada jalurnya masing-masing) pada temperatur rendah tapi dapat menghantarkan listrik pada temperatur tinggi.

F. Properti Magnetik

Keramik yang mengandung besi oksida (Fe2O3) dapat memiliki gaya magnetik mirip dengan magnet besi, nikel dan cobalt. Keramik berbasis besi oksida ini biasa disebut ferrite. Keramik magnetis lainnya adalah oksida-oksida nikel, senyawa mangan dan barium. Keramik ber-magnet biasanya digunakan pada motor elektrik dan sirkuit listrik dan dapat dibuat dengan resistensi tinggi terhadap demagnetisasi. Ketika elektron-elektron disejajarkan sedemikian rupa, keramik dapat menghasilkan medan magnet yang sangat kuat dan sukar demagnetisasi (menghilangkan medan magnet) dengan memecah barisan elektron tersebut.

Sumber :
Ceramics. Microsoft® Student 2009. Redmond, WA: Microsoft Corporation, 2008.

http://www.ceramicindustry.com

Gas Turbine Engine

Sambungan dari Gas-Turbine Engine (Part 1) »

Komponen Turbin Gas

Turbin gas tersusun atas komponen-komponen utama seperti air inlet section, compressor section, combustion section, turbine section, dan exhaust section. Sedangkan komponen pendukung turbin gas adalah starting equipment, lube-oil system, cooling system, dan beberapa komponen pendukung lainnya. Berikut ini penjelasan tentang komponen utama turbn gas:

1. Air Inlet Section. Berfungsi untuk menyaring kotoran dan debu yang terbawa dalam udara sebelum masuk ke kompresor. Bagian ini terdiri dari:
   1. Air Inlet Housing, merupakan tempat udara masuk dimana didalamnya terdapat peralatan pembersih udara.
   2. Inertia Separator, berfungsi untuk membersihkan debu-debu atau partikel yang terbawa bersama udara masuk.
   3. Pre-Filter, merupakan penyaringan udara awal yang dipasang pada inlet house.
   4. Main Filter, merupakan penyaring utama yang terdapat pada bagian dalam inlet house, udara yang telah melewati penyaring ini masuk ke dalam kompresor aksial.
   5. Inlet Bellmouth, berfungsi untuk membagi udara agar merata pada saat memasuki ruang kompresor.
   6. Inlet Guide Vane, merupakan blade yang berfungsi sebagai pengatur jumlah udara yang masuk agar sesuai dengan yang diperlukan
2. Compressor Section. Komponen utama pada bagian ini adalah aksial flow compressor, berfungsi untuk mengkompresikan udara yang berasal dari inlet air section hingga bertekanan tinggi sehingga pada saat terjadi pembakaran dapat menghasilkan gas panas berkecepatan tinggi yang dapat menimbulkan daya output turbin yang besar. Aksial flow compressor terdiri dari dua bagian yaitu:
   1. Compressor Rotor Assembly. Merupakan bagian dari kompresor aksial yang berputar pada porosnya. Rotor ini memiliki 17 tingkat sudu yang mengompresikan aliran udara secara aksial dari 1 atm menjadi 17 kalinya sehingga diperoleh udara yang bertekanan tinggi. Bagian ini tersusun dari wheels, stubshaft, tie bolt dan sudu-sudu yang disusun kosentris di sekeliling sumbu rotor.
   2. Compressor Stator. Merupakan bagian dari casing gas turbin yang terdiri dari:
      1. Inlet Casing, merupakan bagian dari casing yang mengarahkan udara masuk ke inlet bellmouth dan selanjutnya masuk ke inlet guide vane.
      2. Forward Compressor Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat empat stage kompresor blade.
      3. Aft Casing, bagian casing yang didalamnya terdapat compressor blade tingkat 5-10.
      4. Discharge Casing, merupakan bagian casing yang berfungsi sebagai tempat keluarnya udara yang telah dikompresi.
3. Combustion Section. Pada bagian ini terjadi proses pembakaran antara bahan bakar dengan fluida kerja yang berupa udara bertekanan tinggi dan bersuhu tinggi. Hasil pembakaran ini berupa energi panas yang diubah menjadi energi kinetik dengan mengarahkan udara panas tersebut ke transition pieces yang juga berfungsi sebagai nozzle. Fungsi dari keseluruhan sistem adalah untuk mensuplai energi panas ke siklus turbin. Sistem pembakaran ini terdiri dari komponen-komponen berikut yang jumlahnya bervariasi tergantung besar frame dan penggunaan turbin gas. Komponen-komponen itu adalah :
   1. Combustion Chamber, berfungsi sebagai tempat terjadinya pencampuran antara udara yang telah dikompresi dengan bahan bakar yang masuk.
   2. Combustion Liners, terdapat didalam combustion chamber yang berfungsi sebagai tempat berlangsungnya pembakaran.
   3. Fuel Nozzle, berfungsi sebagai tempat masuknya bahan bakar ke dalam combustion liner.
   4. Ignitors (Spark Plug), berfungsi untuk memercikkan bunga api ke dalam combustion chamber sehingga campuran bahan bakar dan udara dapat terbakar.
   5. Transition Fieces, berfungsi untuk mengarahkan dan membentuk aliran gas panas agar sesuai dengan ukuran nozzle dan sudu-sudu turbin gas.
   6. Cross Fire Tubes, berfungsi untuk meratakan nyala api pada semua combustion chamber.
   7. Flame Detector, merupakan alat yang dipasang untuk mendeteksi proses pembakaran terjadi.
4. Turbin Section. Turbin section merupakan tempat terjadinya konversi energi kinetik menjadi energi mekanik yang digunakan sebagai penggerak compresor aksial dan perlengkapan lainnya. Dari daya total yang dihasilkan kira-kira 60 % digunakan untuk memutar kompresornya sendiri, dan sisanya digunakan untuk kerja yang dibutuhkan.
   Komponen-komponen pada turbin section adalah sebagai berikut :
   1. Turbin Rotor Case
   2. First Stage Nozzle, yang berfungsi untuk mengarahkan gas panas ke first stage turbine wheel.
   3. First Stage Turbine Wheel, berfungsi untuk mengkonversikan energi kinetik dari aliran udara yang berkecepatan tinggi menjadi energi mekanik berupa putaran rotor.
   4. Second Stage Nozzle dan Diafragma, berfungsi untuk mengatur aliran gas panas ke second stage turbine wheel, sedangkan diafragma berfungsi untuk memisahkan kedua turbin wheel.
   5. Second Stage Turbine, berfungsi untuk memanfaatkan energi kinetik yang masih cukup besar dari first stage turbine untuk menghasilkan kecepatan putar rotor yang lebih besar.
5. Exhaust Section. Exhaust section adalah bagian akhir turbin gas yang berfungsi sebagai saluran pembuangan gas panas sisa yang keluar dari turbin gas. Exhaust section terdiri dari beberapa bagian yaitu : (1) Exhaust Frame Assembly, dan (2)Exhaust gas keluar dari turbin gas melalui exhaust diffuser pada exhaust frame assembly, lalu mengalir ke exhaust plenum dan kemudian didifusikan dan dibuang ke atmosfir melalui exhaust stack, sebelum dibuang ke atmosfir gas panas sisa tersebut diukur dengan exhaust thermocouple dimana hasil pengukuran ini digunakan juga untuk data pengontrolan temperatur dan proteksi temperatur trip. Pada exhaust area terdapat 18 buah termokopel yaitu, 12 buah untuk temperatur kontrol dan 6 buah untuk temperatur trip.

Gas Turbine Engine

Adapun beberapa komponen penunjang dalam sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

1. Starting Equipment. Berfungsi untuk melakukan start up sebelum turbin bekerja. Jenis-jenis starting equipment yang digunakan di unit-unit turbin gas pada umumnya
   adalah :
   1. Diesel Engine, (PG –9001A/B)
   2. Induction Motor, (PG-9001C/H dan KGT 4X01, 4X02 dan 4X03)
   3. Gas Expansion Turbine (Starting Turbine)
2. Coupling dan Accessory Gear. Berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran dari poros yang bergerak ke poros yang akan digerakkan. Ada tiga jenis coupling yang digunakan, yaitu:
   1. Jaw Cluth, menghubungkan starting turbine dengan accessory gear dan HP turbin rotor.
   2. Accessory Gear Coupling, menghubungkan accessory gear dengan HP turbin rotor.
   3. Load Coupling, menghubungkan LP turbin rotor dengan kompressor beban.
3. Fuel System. Bahan bakar yang digunakan berasal dari fuel gas system dengan tekanan sekitar 15 kg/cm2. Fuel gas yang digunakan sebagai bahan bakar harus bebas dari cairan kondensat dan partikel-partikel padat. Untuk mendapatkan kondisi tersebut diatas maka sistem ini dilengkapi dengan knock out drum yang berfungsi untuk memisahkan cairan-cairan yang masih terdapat pada fuel gas.
4. Lube Oil System. Lube oil system berfungsi untuk melakukan pelumasan secara kontinu pada setiap komponen sistem turbin gas. Lube oil disirkulasikan pada bagian-bagian utama turbin gas dan trush bearing juga untuk accessory gear dan yang lainnya. Lube oil system terdiri dari:
   1. Oil Tank (Lube Oil Reservoir)
   2. Oil Quantity
   3. Pompa
   4. Filter System
   5. Valving System
   6. Piping System
   7. Instrumen untuk oil

   Pada turbin gas terdapat tiga buah pompa yang digunakan untuk mensuplai lube oil guna keperluan lubrikasi, yaitu:

   1. Main Lube Oil Pump, merupakan pompa utama yang digerakkan oleh HP shaft pada gear box yang mengatur tekanan discharge lube oil.
   2. Auxilary Lube Oil Pump, merupakan pompa lube oil yang digerakkan oleh tenaga listrik, beroperasi apabila tekanan dari main pump turun.
   3. Emergency Lube Oil Pump, merupakan pompa yang beroperasi jika kedua pompa diatas tidak mampu menyediakan lube oil.
5. Cooling System. Sistem pendingin yang digunakan pada turbin gas adalah air dan udara. Udara dipakai untuk mendinginkan berbagai komponen pada section dan bearing. Komponen-komponen utama dari cooling system adalah:
   1. Off base Water Cooling Unit
   2. Lube Oil Cooler
   3. Main Cooling Water Pump
   4. Temperatur Regulation Valve
   5. Auxilary Water Pump
   6. Low Cooling Water Pressure Swich

Maintenance Turbin Gas

Maintenance adalah perawatan untuk mencegah hal-hal yang tidak diinginkan seperti kerusakan terlalu cepat terhadap semua peralatan di pabrik, baik yang sedang beroperasi maupun yang berfungsi sebagai suku cadang. Kerusakan yang timbul biasanya terjadi karena keausan dan ketuaan akibat pengoperasian yang terus-menerus, dan juga akibat langkah pengoperasian yang salah.

Maintenance pada turbine gas selalu tergantung dari faktor-faktor perasional dengan kondisi yang berbeda disetiap wilayah, karena operasional turbine gas sangat tergantung dari kondisi daerah operasional. Semua pabrik pembuat turbine gas telah menetapkan suatu ketetapan yang aman dalam pengoperasian sehingga turbine selalu dalambatas kondisi aman dan tepat waktu untuk melakukan maintenance.

Secara umum maintenance dapat dibagi dalam beberapa bagian, diantaranya adalah:

1. Preventive Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang direncanakan baik itu secara rutin maupun periodik, karena apabila perawatan dilakukan tepat pada waktunya akan mengurangi down time dari peralatan. Preventive maintenance dibagi menjadi:
   • Running Maintenance. Suatu kegiatan perawatan yang dilakukan hanya bertujuan untuk memperbaiki equipment yang rusak saja dalam satu unit. Unit produksi tetap melakukan kegiatan.
   • Turning Around Maintenance. Perawatan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya.
2. Repair Maintenance. Perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang tidak kritis, atau disebut juga peralatan-peralatan yang tidak mengganggu jalannya operasi.
3. Predictive Maintenance. Kegiatan monitor, menguji, dan mengukur peralatan-peralatan yang beroperasi dengan menentukan perubahan yang terjadi pada bagian utama, apakah peralatan tersebut berjalan dengan normal atau tidak.
4. Corrective Maintenance. Perawatan yang dilakukan dengan memperbaiki perubahan kecil yang terjadi dalam disain, serta menambahkan komponen-komponen yang sesuai dan juga menambahkan material-material yang cocok.
5. Break Down Maintenance. Kegiatan perawatan yang dilakukan setelah terjadi kerusakan atau kelainan pada peralatan sehingga tidak dapat berfungsi seperti biasanya.
6. Modification Maintenance. Pekerjaan yang berhubungan dengan disain suatu peralatan atau unit. Modifikasi bertujuan menambah kehandalan peralatan atau menambah tingkat produksi dan kualitas pekerjaan.
7. Shut Down Maintenance. Kegiatan perawatan yang dilakukan terhadap peralatan yang sengaja dihentikan pengoperasiannya.

Referensi:
1. Inisiator Aceh Power Investment
2. http://www.bently.com
3. http://www.gepower.com
4. http://www.pal.co.id
5. http://www.turbomachinerymag.com
6. Gas-turbine Engine. Encyclopædia Britannica. Ultimate Reference Suite. Chicago: Encyclopædia Britannica, 2008.

Gas Turbine Engine

Gas-turbine engine adalah suatu alat yang memanfaatkan gas sebagai fluida untuk memutar turbin dengan pembakaran internal. Didalam turbin gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik melalui udara bertekanan yang memutar roda turbin sehingga menghasilkan daya. Sistem turbin gas yang paling sederhana terdiri dari tiga komponen yaitu kompresor, ruang bakar dan turbin gas.

Prinsip Kerja Sistem Turbin Gas (Gas-Turbine Engine)

Udara masuk kedalam kompresor melalui saluran masuk udara (inlet). Kompresor berfungsi untuk menghisap dan menaikkan tekanan udara tersebut, sehingga temperatur udara juga meningkat. Kemudian udara bertekanan ini masuk kedalam ruang bakar. Di dalam ruang bakar dilakukan proses pembakaran dengan cara mencampurkan udara bertekanan dan bahan bakar. Proses pembakaran tersebut berlangsung dalam keadaan tekanan konstan sehingga dapat dikatakan ruang bakar hanya untuk menaikkan temperatur. Gas hasil pembakaran tersebut dialirkan ke turbin gas melalui suatu nozel yang berfungsi untuk mengarahkan aliran tersebut ke sudu-sudu turbin. Daya yang dihasilkan oleh turbin gas tersebut digunakan untuk memutar kompresornya sendiri dan memutar beban lainnya seperti generator listrik, dll. Setelah melewati turbin ini gas tersebut akan dibuang keluar melalui saluran buang (exhaust).

Secara umum proses yang terjadi pada suatu sistem turbin gas adalah sebagai berikut:

1. Pemampatan (compression) udara di hisap dan dimampatkan
2. Pembakaran (combustion) bahan bakar dicampurkan ke dalam ruang bakar dengan udara kemudian di bakar.
3. Pemuaian (expansion) gas hasil pembakaran memuai dan mengalir ke luar melalui nozel (nozzle).
4. Pembuangan gas (exhaust) gas hasil pembakaran dikeluarkan lewat saluran pembuangan.

Pada kenyataannya, tidak ada proses yang selalu ideal, tetap terjadi kerugiankerugian yang dapat menyebabkan turunnya daya yang dihasilkan oleh turbin gas dan berakibat pada menurunnya performa turbin gas itu sendiri. Kerugian-kerugian tersebut dapat terjadi pada ketiga komponen sistem turbin gas. Sebab-sebab terjadinya kerugian antara lain:

• Adanya gesekan fluida yang menyebabkan terjadinya kerugian tekanan (pressure losses) di ruang bakar.
• Adanya kerja yang berlebih waktu proses kompresi yang menyebabkan terjadinya gesekan antara bantalan turbin dengan angin.
• Berubahnya nilai Cp dari fluida kerja akibat terjadinya perubahan temperatur dan perubahan komposisi kimia dari fluida kerja.
• Adanya mechanical loss, dsb.

Klasifikasi Turbin Gas

Turbin gas dapat dibedakan berdasarkan siklusnya, kontruksi poros dan lainnya. Menurut siklusnya turbin gas terdiri dari:

• Turbin gas siklus tertutup (Close cycle)
• Turbin gas siklus terbuka (Open cycle)

Perbedaan dari kedua tipe ini adalah berdasarkan siklus fluida kerja. Pada turbin gas siklus terbuka, akhir ekspansi fluida kerjanya langsung dibuang ke udara atmosfir, sedangkan untuk siklus tertutup akhir ekspansi fluida kerjanya didinginkan untuk kembali ke dalam proses awal.

Dalam industri turbin gas umumnya diklasifikasikan dalam dua jenis yaitu :

1. Turbin Gas Poros Tunggal (Single Shaft)
   Turbin jenis ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik yang menghasilkan energi listrik untuk keperluan proses di industri.
2. Turbin Gas Poros Ganda (Double Shaft)
   Turbin jenis ini merupakan turbin gas yang terdiri dari turbin bertekanan tinggi dan turbin bertekanan rendah, dimana turbin gas ini digunakan untuk menggerakkan beban yang berubah seperti kompresor pada unit proses.

Siklus-Siklus Turbin Gas

Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum yaitu:

1. Siklus Ericson
   Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik (reversible) yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (reversible isotermic) dan dua proses isobarik dapat balik (reversible isobaric). Proses perpindahan panas pada proses isobarik berlangsung di dalam komponen siklus internal (regenerator), dimana effisiensi termalnya adalah : hth = 1 – T1/Th, dimana T1 = temperatur buang dan Th = temperatur panas.
2. Siklus Stirling
   Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermal reversible) dengan volume tetap (isokhorik). Efisiensi termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus Ericson.
3. Siklus Brayton
   Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine atau manufacturer dalam analisa untuk performance upgrading. Siklus Brayton ini terdiri dari proses kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses pelepasan panas pada tekanan konstan. Pada siklus Bryton tiap-tiap keadaan proses dapat dianalisa secara berikut:
   
   Proses 1 ke 2 (kompresi isentropik). Kerja yang dibutuhkan oleh kompresor: Wc = ma (h2 – h1). Proses 2 ke 3, pemasukan bahan bakar pada tekanan konstan. Jumlah kalor yang dihasilkan: Qa = (ma + mf) (h3 – h2). Proses 3 ke 4, ekspansi isentropik didalam turbin. Daya yang dibutuhkan turbin: WT = (ma + mf) (h3 – h4). Proses 4 ke 1, pembuangan panas pada tekanan konstan ke udara. Jumlah kalor yang dilepas: QR = (ma + mf) (h4 – h1)

Perkembangan Gas Turbin

Disain pertama turbin gas dibuat oleh John Wilkins seorang Inggris pada tahun 1791. Sistem tersebut bekerja dengan gas hasil pembakaran batu bara, kayu atau minyak, kompresornya digerakkan oleh turbin dengan perantaraan rantai roda gigi. Pada tahun 1872, Dr. F. Stolze merancang sistem turbin gas yang menggunakan kompresor aksial bertingkat ganda yang digerakkan langsung oleh turbin reaksi tingkat ganda. Tahun 1908, sesuai dengan konsepsi H. Holzworth, dibuat suatu sistem turbin gas yang mencoba menggunakan proses pembakaran pada volume konstan. Tetapi usaha tersebut dihentikan karena terbentur pada masalah konstruksi ruang bakar dan tekanan gas pembakaran yang berubah sesuai beban. Tahun 1904, “Societe des Turbomoteurs” di Paris membuat suatu sistem turbin gas yang konstruksinya berdasarkan disain Armengaud dan Lemate yang menggunakan bahan bakar cair. Temperatur gas pembakaran yang masuk sekitar 450 C dengan tekanan 45 atm dan kompresornya langsung digerakkan oleh turbin.

Selanjutnya, pada tahun 1935 sistem turbin gas mengalami perkembangan yang pesat dimana diperoleh efisiensi sebesar kurang lebih 15%. Pesawat pancar gas yang pertama diselesaikan oleh “British Thomson Houston Co” pada tahun 1937 sesuai dengan konsepsi Frank Whittle (tahun 1930).

Bersambung ke Gas-Turbine Engine (Part 2) »

Pembangkit listrik biomassa: salah satu solusi distribusi listrik di Indonesia

Indonesia memiliki beribu-ribu pulau yang tersebar dari Sabang hingga Merauke dan terpisah oleh lautan luas. Karena bentuk kepulauan ini, sulit menemukan cara yang ekonomis untuk mentrasmisikan dan mendistribusikan listrik dari satu pulau ke pulau yang lain. Hingga saat ini national interconnection hanya mungkin diterapkan di pulau-pulau besar dan sejumlah pulau-pulau relatif kecil di dekatnya. Sejumlah besar pulau harus bisa menghasilkan dan memenuhi kebutuhan listriknya sendiri (self-sufficient).

Walaupun demikian, bentuk kepuluan ini juga memberikan biodiversitas yang sangat dahsyat dan memastikan tersedianya sumber biomassa di Indonesia. Karena itu sudah sewajarnya pembangkitan listrik dari biomassa dijadikan salah satu alternatif untuk pemenuhan kebutuhan listrik di Indonesia. Selain itu, produksi bahan bakar dan listrik biomassa akan mengeksploitasi sumber daya lokal sehingga meningkatkan pendapatan penduduk setempat. Produk-produk limbah dari perkebunan sawit, padi, tebu, kayu, dan kelapa dapat menghasilkan energi biomassa. Selain limbah pertanian, sampah perkotaan juga dapat diolah menjadi penghasil energi biomassa yang besar.

Pembangkit listrik yang menggunakan sumber energi berbasis biomassa salah satunya adalah pembangkitan listrik berprinsip mesin kalor (heat engine). Mesin kalor siklus Stirling menggunakan pembakaran eksternal, sedangkan mesin pembakaran internal menggunakan siklus Otto dan siklus Diesel. Khusus untuk turbin gas yang menggunakan siklus Brayton, pembakaran dapat dilakukan secara eksternal maupun internal.

SIklus Stirling, Otto, dan Diesel

Mesin bersiklus Stirling adalah jenis mesin yang memiliki sumber energi dari luar sistem mesin itu sendiri; atau kita biasa sebut dengan mesin bakar luar. Mesin besiklus Stirling banyak diteliti dan dianggap menjanjikan karena secara teori memiliki efisiensi yang tinggi, sampai efisiensi maksimal mesin Carnot. Akan tetapi, mesin siklus Stirling komersial yang ada masih memiliki daya rendah (0,5-150 kW) dan berefisiensi sedang, masih mahal, tetapi tak memerlukan banyak pemeliharaan, toleran terhadap kontaminan, dan beremisi polutan rendah.

Mesin siklus Stirling tidak terpatok pada satu macam bahan bakar atau sumber energi. Hal ini tidak berlaku untuk mesin diesel dan mesin Otto yang membutuhkan bahan bakar khusus dan kapasitasnya terbatas. Mesin Otto atau sering juga disebut mesin bensin. Tipe paling umum dari mesin ini adalah mesin pembakaran empat langkah yang membakar bensin. Berbeda dengan mesin Otto, pembakaran dilakukan dengan memberikan kompresi hingga tekanannya tinggi.

Turbin Gas: Siklus Brayton

Pembangkit tenaga listrik dengan siklus kombinasi turbin gas-kukus

Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbin (manufacturer) dalam analisa performance upgrading. Siklus ini memproduksi tenaga listrik dengan mengekspansikan gas panas melalui turbin. Efisiensinya dapat mencapai 30%. Turbin gas cocok untuk bahan bakar cair maupun gas yang relatif bebas dari kontaminan dan tidak cocok untuk gas hasil bakar biomassa tanpa pembersihan. Karena itu sebelum biogas akan dijadikan bahan bakar, H₂S yang terkandung di dalamnya harus disingkirkan terlebih dahulu.

Referensi:
Teknologi Kemurgi – Dr. Ir. Tatang H. Soerawidjaja

(click picture to enlarge)Centrifugal pump. Beberapa contoh pompa sentrifugal yang digunakan di salah satu gathering station.

Pada industri minyak bumi, sebagian besar pompa yang digunakan dalam fasilitas gathering station, suatu unit pengumpul fluida dari sumur produksi sebelum diolah dan dipasarkan, ialah pompa bertipe sentrifugal. Gaya sentrifugal ialah sebuah gaya yang timbul akibat adanya gerakan sebuah benda atau partikel melalui lintasan lengkung (melingkar).

Prinsip-prinsip dasar pompa sentrifugal ialah sebagai berikut:

• gaya sentrifugal bekerja pada impeller untuk mendorong fluida ke sisi luar sehingga kecepatan fluida meningkat
• kecepatan fluida yang tinggi diubah oleh casing pompa (volute atau diffuser) menjadi tekanan atau head

Selain pompa sentrifugal, industri juga menggunakan pompa tipe positive displacement. Perbedaan dasar antara pompa sentrifugal dan pompa positive displacement terletak pada laju alir discharge yang dihasilkan oleh pompa. Laju alir discharge sebuah pompa sentrifugal bervariasi bergantung pada besarnya head atau tekanan sedangkan laju alir discharge pompa positive displacement adalah tetap dan tidak bergantung pada head-nya.

(click picture to enlarge)Impeller. Ilustrasi aliran fluida dalam impeller sebuah pompa sentrifugal.

(click picture to enlarge)Sentrifugal vs. Positive Displacement. Laju alir discharge sebuah pompa positive displacement selalu tetap dan tidak tergantung oleh total dynamic head.

(click picture to enlarge)Impeller. Beberapa impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal.

(click picture to enlarge)Performance Curve Kurva perfomansi yang menunjukkan pengaluran data-data head, flow rate, efisiensi, dan kebutuhan daya.

(click picture to enlarge)Perhitungan NPSHa. Berikut ini ilustrasi yang menunjukkan bagaimana perhitungan NPSH avaiable sebuah pompa.

(click picture to enlarge)Nametag. Contoh name tag sebuah pompa sentrifugal yang terdapat di pabrik. Terlihat bahwa head pompa ialah sebesar 990 ft.

Klasifikasi Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal diklasifikasikan berdasarkan beberapa kriteria, antara lain:

1. Bentuk arah aliran yang terjadi di impeller. Aliran fluida dalam impeller dapat berupa axial flow, mixed flow, atau radial flow.
2. Bentuk konstruksi dari impeller. Impeller yang digunakan dalam pompa sentrifugal dapat berupa open impeller, semi-open impeller, atau close impeller.
3. Banyaknya jumlah suction inlet. Beberapa pompa setrifugal memiliki suction inlet lebih dari dua buah. Pompa yang memiliki satu suction inlet disebut single-suction pump sedangkan untuk pompa yang memiliki dua suction inlet disebut double-suction pump.
4. Banyaknya impeller. Pompa sentrifugal khusus memiliki beberapa impeller bersusun. Pompa yang memiliki satu impeller disebut single-stage pump sedangkan pompa yang memiliki lebih dari satu impeller disebut multi-stage pump.

Terminologi

Beberapa terminologi dan istilah khusus yang sering berkaitan dengan pompa, ialah:

1. TDH = Total Dynamic Head, yaitu besarnya head pompa. Merupakan selisih antara head discharge dengan head suction; terkadang disebut head atau total head.
2. BEP = Best Efficiency Point, yaitu kondisi operasi dimana pompa bekerja paling optimum.
3. NPSHr = Net Positive Suction Head required, yaitu nilai head absolut dari inlet pompa yang dibutuhkan agar tidak terjadi kavitasi.
4. NPSHa = Net Positive Suction Head available, yaitu nilai head absolut y ang tersedia pada inlet pompa.
5. Kavitasi, yaitu kondisi dimana terjadinya bubble (gelembung udara) di dalam pompa akibat kurangnya NPSHa (terjadi vaporisasi) dan pecah pada saat bersentuhan dengan impeller atau casing. Agar tidak terjadi kavitasi, maka NPSHa harus lebih besar dari NPSHr.
6. Minimum flow, yaitu flow rate yang terkecil yang dibutuhkan agar pompa beroperasi dengan baik. Apabila laju alir lebih rendah dari minimum flow, pompa dapat mengalami kerusakan.
7. Efficiency, yaitu besarnya perbandingan antara energi yang dipakai (input) dengan energi output pompa.
8. BHP = brake horsepower, yaitu power (daya) yang dibutuhkan oleh pompa untuk bisa bekerja sesuai dengan kurvanya; memiliki satuan hp.

Kurva Perfomansi Pompa

Kurva performansi bermanfaat untuk menggambarkan beberapa parameter unjuk kerja dari pompa yang antara lain:

1. Besarnya head terhadap flow rate
2. Besarnya efisiensi terhadap flow rate
3. Besarnya daya yang dibutuhkan terhadap flow rate
4. Besarnya NPSHr terhadap flow rate
5. Besarnya minimum stable continuous flow

Sistem Proteksi Pompa

Agar pompa dapat beroperasi dengan baik, terdapat prosedur proteksi standar yang diterapkan pada pompa sentrifugal. Beberapa standar minimum paling tidak terdiri dari:

1. Proteksi terhadap aliran balik. Aliran keluaran pompa dilengkapi dengan check valve yang membuat aliran hanya bisa berjalan satu arah, searah dengan arah aliran keluaran pompa.
2. Proteksi terhadap overload. Beberapa alat seperti pressure switch low, flow switch high, dan overload relay pada motor pompa dipasang pada sistem pompa untuk menghindari overload.
3. Proteksi terhadap vibrasi. Vibrasi yang berlebihan akan menggangu kinerja dan berkemungkinan merusak pompa. Beberapa alat yang ditambahkan untuk menghindari vibrasi berlebihan ialah vibration switch dan vibration monitor.
4. Proteksi terhadap minimum flow. Peralatan seperti pressure switch high (PSH), flow switch low (FSL), dan return line yang dilengkapi dengan control valve dipasang pada sistem pompa untuk melindungi pompa dari kerusakan akibat tidak terpenuhinya minimum flow.
5. Proteksi terhadap low NPSH available. Apabila pompa tidak memiliki NPSHa yang cukup, aliran keluaran pompa tidak akan mengalir dan fluida terakumulasi dalam pompa. Beberapa peralatan safety yang ditambahkan pada sistem pompa ialah level switch low (LSL) dan pressure switch low (PSL).

Bersambung ke bagian kedua.

Referensi: Penyegaran kembali tentang Dasar-dasar Teori dan Pengoperasian Pompa Sentrifugal oleh Adi Kristanto and Umar Hamid.

A micelle. The lipophilic ends of the surfactant molecules dissolve in the oil, while the hydrophilic charged ends remain outside, shielding the rest of the hydrophobic micelle

Teman-teman pasti mengenal berbagai macam produk personal care, shampoo, maupun deterjen. Lalu, bagaimana produk-produk tersebut dibuat? Semuanya itu tidak terlepas dari kandungan aktif bernama surfaktan yang terdapat didalamnya. Bahkan, surfaktan juga digunakan sebagai bahan aktif pada lumpur pengeboran minyak.

Apa itu surfaktan?

Surfaktan (surface acting agent) merupakan senyawa organik yang dalam molekulnya memiliki sedikitnya satu gugus hidrofilik dan satu gugus hidrofobik. Apabila ditambahkan ke suatu cairan pada konsentrasi rendah, maka dapat mengubah karakteristik tegangan permukaan dan antarmuka cairan tersebut. Antarmuka adalah bagian dimana dua fasa saling bertemu/kontak. Permukaan yaitu antarmuka dimana satu fasa kontak dengan gas, biasanya udara.

Surfactant. Polarised Light Microscopy imaging of a liquid-crystalline phase formed during the melting process of a surfactant.

Saat ini surfaktan deterjen masih didominasi oleh produk turunan petrokimia yang bernama Linier Alkyl Benzene Sulfonat (LABS). Semakin tingginya harga minyak bumi dunia membuat beberapa pabrikan deterjen di Amerika dan Jepang sudah mulai menggunakan metil ester sulfonat (MES) berbasis minyak nabati. Beberapa produsen oleochemical bahkan pabrik biodiesel (metil ester) sudah memasang unit sulfonasi untuk bisa paralel membuat metil ester atau terus ke MES untuk bahan deterjen.

MES memiliki beberapa kelebihan dibandingkan surfaktan lainnya, yaitu antara lain kemampuan penyabunan yang baik; terutama yang berasal dari C16 dan C18 (dari minyak kelapa), toleransi yang baik terhadap kesadahan air, bersinergi baik dengan sabun (sebagai zat aditif sabun), daya larut dalam air yang baik, lembut dan tidak iritasi pada kulit, dan memiliki karakteristik biodegradasi yang baik.

Produksi Metil Ester Sulfonat

Produksi metil ester sulfonat dalam skala industri terdiri dari 4 (empat) tahap yaitu tahap sulfonasi, tahap pemucatan, tahap netralisasi, dan tahap pengeringan.

1. Tahap Sulfonasi
   MES diproduksi melalui proses sulfonasi metil ester dengan campuran SO3/udara. Reaksi pengontakkan SO3 dan bahan organik terjadi di dalam suatu falling film reactor. Gas dan organik mengalir di dalam tube secara co-current dari bagian atas reaktor pada temperatur 45^oC dan keluar reaktor pada temperatur sekitar 30^oC. Proses pendinginan dilakukan dengan air pendingin yang berasal dari cooling tower. Air pendingin ini mengalir pada bagian shell dari reaktor. Hal ini bertujuan untuk menjaga kestabilan temperatur reaksi akibat reaksi eksoterm yang berlangsung di dalam reaktor.
   

   Agar campuran MESA mencapai waktu yang tepat dalam reaksi sulfonasi yang sempurna, MESA harus dilewatkan kedalam digester yang memilki temperature konstan (~80^oC) selama kurang lebih satu jam. Efek samping dari MESA digestion adalah penggelapan warna campuran asam sulfonat secara signifikan. Sementara itu, gas-gas yang meninggalkan reaktor menuju sistem pembersihan gas buangan (waste gas cleaning system).

2. Tahap Pemucatan (Bleaching)
   Untuk mengurangi warna sampai sesuai dengan spesifikasi, digested MESA harus diukur didalam sistem kontinu acid bleaching, dimana dicampurkan dengan laju alir metanol yang terkontrol dan hidrogen peroksida sesudahnya. Reaksi bleaching lalu dilanjutkan dengan metanol reflux dan pengontrolan temperatur yang presisi.
3. Tahap Netralisasi
   Acid ester yang terbentuk dalam proses sulfonasi bersifat tidak stabil dan mudah terhidrolisis. Oleh karena itu, pencampuran yang sempurna antara asam sulfonat dan aliran basa dibutuhkan dalam proses netralisasi untuk mencegah lokalisasi kenaikan pH dan temperatur yang dapat mengakibatkan reaksi hidrolisis yang berlebih. Neutralizer beroperasi secara kontinu, mempertahankan komposisi dan pH dari pasta secara otomatis.
   
4. Tahap Pengeringan
   Selanjutnya, pasta netral MES dilewatkan ke dalam sistem TurboTube^TM Dryer dimana metanol dan air proses yang berlebih dipisahkan untuk menghasilkan pasta terkonsentrasi atau produk granula kering MES, dimana produk ini tergantung pada berat molekul MES dan target aplikasi produk. Langkah akhir adalah merumuskan dan menyiapkan produk MES dalam komposisi akhir, baik itu dalam bentuk cair, batangan semi-padat atau granula padat, dengan menggunakan teknologi yang tepat.
   

Referensi: Chemithon Corporation, US Patent 5587500; Wikipedia

The same is true of statistical distributions and parameters used to describe sample data. They offer important information, but the numbers can be meaningless without an illustration to help you interpret them. For instance, what does it mean if your data follow a gamma distribution with a scale of 8 and a shape of 7? If the distribution shifted to a shape of 10, would that be a good thing or a bad thing? And how would you explain all of this to an audience more interested in outcomes than in learning statistics?

Minitab’s probability distribution plots create the pictures that bring the numbers to life. Even novice users can reap the benefits that come from understanding their data’s distribution. Here are a few examples.

A building materials manufacturer: See what you’ve been missing

A building materials manufacturer develops a new process to increase the strength of its I-beams. The output shows that the old process fit a gamma distribution with a scale of 8 and a shape of 7 whereas the new process has a shape of 10. The manufacturer does not know what this change in the shape parameter means.

Minitab’s probability distribution plots show that the subtle shape change increases the number of acceptable beams from 91.4% to 99.5%, an improvement of 8.1%. Additionally, the right tail appears to be much thicker indicating many more unusually strong units. Perhaps these could spawn a premium line of products.

A specialist at a grocery store: Communicate your results

A quality improvement specialist at a grocery store chain wants to implement a new but expensive program to reduce discrepancies between the item’s shelf price and the amount charged at the register. No difference is ideal but any difference within the range of ± 0.5% is considered acceptable. In the pilot study, the mean improvement is tiny and the president doesn’t see the benefits of the smaller standard deviation. Therefore, the president is reluctant to approve the costly program. The specialist knows that the tighter distribution is key to the program’s success. To illustrate this, she creates this plot to show that the differences are clustered much closer to zero and most are in the acceptable range. Now the president can see the improvement.

Fabrication department of a farm equipment manufacturer: Compare distributions

The fabrication department of a farm equipment manufacturer counts the number of tractor chassis completed per hour. A Poisson distribution with a mean of 3.2 best describes the sample data. However, the test lab would like to use an analysis that requires a normal distribution and wants to know if it is appropriate. If the normal distribution does not approximate the Poisson distribution, then the test results will be invalid. The distribution plot can easily compare the known distribution with a normal distribution. In this case, it’s clear that the normal distribution, as well as the analyses that require it, won’t be a good fit.

How to create probability distribution plots in Minitab

It’s easy to create a probability distribution plot to visualize and compare distributions, and even scrutinize an area of interest. For instance, an analyst is interested in interviewing customers with customer satisfaction scores between 115 and 135. Minitab’s Individual Distribution Identification feature shows that these scores are normally distributed with a mean of 100 and a standard deviation of 15. However, the analyst can’t visualize where his subjects fall within the range of scores, or their proportion of the entire distribution.

1. Choose Graph > Probability Distribution Plot > View Probability. Click OK.
2. From Distribution, choose Normal.
3. In Mean, type 100.
4. In Standard deviation, type 15.
5. Click the Shaded Area tab.
6. In Define Shaded Area By, choose X Value.
7. Click Middle.
8. In X value 1, type 115.
9. In X value 2, type 135.
10. Click OK.

The scores in the region of interest (115-135) represent 14.9% of the population. This somewhat small percentage suggests that the analyst may have to place extra effort in finding a sufficient number of qualified subjects.

Putting probability distribution plots to use

Probability distribution plots provide valuable insight by revealing the deeper meaning of your distributions. Use these graphs to highlight the effect of changing distributions and parameter values, show you where target values fall in a distribution, and view the proportions associated with shaded areas. These simple plots also clearly and easily communicate these advanced concepts to a non-statistical audience.

Don’t get bogged down in hard-to-understand concepts and numbers. Instead, simply use Minitab to visualize what your data are trying to tell you.

This is part of a series of articles entitled Accessing the Power of Minitab. Visit to learn more.