BAB III ANALISA ALIRAN TURBULENT TERHADAP ALIRAN FLUIDA CAIR PADA CONTROL VALVE ANSI 150 DAN ANSI. 300 PADA PT.POLICHEM INDONESIA Tbk

Teknik Mesin

[Bab III Analisa Dan Perhitungan]

BAB III ANALISA ALIRAN TURBULENT TERHADAP ALIRAN FLUIDA CAIR PADA CONTROL VALVE ANSI 150 DAN ANSI 300 PADA PT.POLICHEM INDONESIA Tbk Dalam bab ini penulis akan mengolah data yang telah didapatkan dari sebuah plant yaitu di PT.POLICHEM INDONESIA Tbk. Data – data yang akan diolah merupakan data control valve yang digunakan di PT.POLICHEM. data control valve yang diambil adalah control valve jenis AGVB ANSI 150 dengan tag number TV-7101 dan control valve jenis HCB ANSI 300 dengan tag number HV-201. Dari data – data tersebut penulis akan mencoba menghitung Re number dari kedua control valve tersebut, penulis akan menghitung Re number kedua control valve tersebut pada kondisi operasi yang sama. Yaitu pada kondisi operasi saat temperatur fluida 30 0C, 700 C dan pada temperatur 100 0C, sehingga akan terlihat perbedaannya, dan mampu menentukan serta membandingkan jenis aliran diantara kedua control valve tersebut.

54

Universitas Mercubuana

Teknik Mesin


3.1 Data – data control valve ANSI 150 PT.POLYCHEM INDONESIA tbk

Gambar No 24 data – data contol valve ANSI 150 55


Teknik Mesin


3.1.1 gambar control valve ANSI 150

Gambar No 25 contol valve ANSI 150

56


Teknik Mesin


3.2 Data – data control valve ANSI 300 PT.POLYCHEM INDONESIA tbk

Gambar No 26 data – data contol valve ANSI 300

57


Teknik Mesin


3.2.1 gambar control valve ANSI 300

Gambar No 27 contol valve ANSI 300

58


Teknik Mesin


3.2.2 tabel ukuran flange pada control valve

Gambar No 28 data – data ukuran flange

59


Teknik Mesin


3.3 Perhitungan Aliran Turbulen Dalam tugas akhir ini penulis ingin menganalisa tentang penyebab – penyebab terjadinya aliran turbulen pada aliran fluida di control valve, sehingga penulis memiliki gambaran tentang aliran fluida secara umum dan aliran turbulen pada khususnya. Dalam sub bab ini penulis ingin membandingkan aliran turbulen yang terjadi pada control valve jenis ANSI 150 dan ANSI 300. Aliran pada control valve dapat digolongkan jenis alirannya, apakah merupakan aliran

laminar, transisi ataupun turbulen. Aliran tersebut dapat

ditentukan dari hasil perhitungan dari bilangan reynold numbernya (Re). Yang dirumuskan sebagai berikut : Rumus Reynolds Number :

Dengan,

ρ = densitas (kg/m3) μ = viskositas dinamis (N. det/m2) d = diameter dalam dari saluran (m)

υ = viskositas kinematis (m2/det) γ = berat jenis fluida (N/m3) V = kecepatan rata –rata fluida (m/det)

60


Teknik Mesin

3.3.1


Perhitungan Reynold Number Pada Control Valve Jenis ANSI 150

3.3.1.1. Perhitungan reynold number pada kecepatan rata – rata fluida yang berbeda pada temperatur 30 0C A. data spesifikasi dari pipa 1. D (diameter pipa) = 3 inch = 76,2 mm

Tabel 3: ukuran pipa 61


Teknik Mesin


B. data spesifikasi dari air 1.

densitas (ρ) dalam (kg/m3)

Densitas adalah massa dari materi atau zat setiap satu satuan volumenya , Densitas suatu zat atau materi dapat dilihat dari temperaturnya. Semakin tinggi temperatur dari zat atau materi maka densitas dari zat tersebut akan semakin rendah

Grafik No 3: kerapatan air berbanding dengan temperatur Dari data-data yang disediakan oleh vendor dan tabel diatas dapat dihitung kerapatan dari fluida air,dimana: fluida beroperasi pada temperatur maksimum 160 mengambil data pada temperatur 30 0C, 70

0

C, dan 100

0

0

C,namun penulis

C. dari data diatas

densitas air pada suhu 30 0C sebesar 994 kg/m3, 70 0C sebesar 977,81 kg/m3, dan 100 0C sebesar 958,38 kg/m3

62


Teknik Mesin


2. viskositas kinematis (μ) (m2/det) Viskositas kinematis adalah perbandingan antara viskositas dinamis dengan densitas

ʋ=µ/ρ dimana, υ = Viskositas kinematis (m2/det) μ = Viskositas dinamis (N.det/m2) ρ = Densitas (kg/m3)

Tabel 4 : viskositas air

63


Teknik Mesin


Tabel 4 viskositas air (lanjutan) Dari data serta grafik didapatkan viskositas dinamik pada temperatur 30 0C sebesar 0,795 x 10-3 m2/det. 64


Teknik Mesin


3. kecepatan rata –rata fluida (V) (m/det) maka kecepatan rata-rata fluida bisa didapat dengan menggunakan persamaan kontinuitas aliran sebagai berikut:

Dengan,

V = Kecepatan rata-rata (m/det) Q = Debit aliran (m3/det) A = Luas penampang saluran (m2).

SATUAN

`VARIABEL KECEPATAN

Ft/sec

0,009 0,016 0,022 0,026 0,03

0,09

0,13

0,16

0,26

0,3

0,36

m/sec

0,003 0,005 0,007 0,008 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 Tabel 5: Tabel kecepatan pada pipa yang berukuran 3 inch (0,076 m)

65


Teknik Mesin


Dari data – data yang telah didapatkan maka kita dapat menghitung reynold number, karena penulis telah memutuskan pengambilan variabel pada suhu 30 0C, 70 0C, dan 100 0C, maka semua variabel akan sama, kecuali variabel kacepatan, agar perhitungan Re numbernya bervariasi dan jenis aliran fluidanyapun dapat ditentukan. Diket :  densitas (ρ) air pada suhu 30 0C sebesar 994 kg/m3  viskositas dinamik (μ) pada temperatur 30 0c sebesar 0,795 x 10-3 m2/det  diameter (d) pada pipa sebesar 3 inch = 0,76 m  Kecepatan pada 0,003 m/sec

Jadi: Re =

994

kg x m3

0,003m/s x 0.076 m

0,795 x 10−3 m2/det

= 285,1 aliran bersifat laminar

66


Teknik Mesin


Data diambil saat temperatur operasi 30 0C, dengan kecepatan fluida yang berbeda Pada control valve ANSI 150 NO

densitas

viskositas

(ρ)

dinamik (μ)

(d)

fluida (v)

(kg/m3)

(m2/det)

(m)

(m/s)

1

994

0,795 x 10-3

0,076

0,003

285,1

laminar

2

994

0,795 x 10-3

0,076

0,005

475,1

laminar

3

994

0,795 x 10-3

0,076

0,007

665,2

Laminar

4

994

0,795 x 10-3

0,076

0,008

760,2

Laminar

5

994

0,795 x 10-3

0,076

0,01

950,2

Laminar

6

994

0,795 x 10-3

0,076

0,015

1425,4

Laminar

7

994

0,795 x 10-3

0,076

0,02

1900,5

Laminar

8

994

0,795 x 10-3

0,076

0,025

2375,6

Transisi

9

994

0,795 x 10-3

0,076

0,03

2850,7

Transisi

10

994

0,795 x 10-3

0,076

0,04

3801

Transisi

11

994

0,076

0.05

4751,2

Turbulen

0,795 x 10-3

diameter pipa Kecepatan

Re number

Sifat aliran

Tabel 6 : hasil perhitungan Re number vs kecepatan fluida pada temperatur 30 0

C pada control valve ANSI 150

67


Teknik Mesin


Re number

Grafik aliran fluida pada temperatur 30 0C pada ANSI 150 dengan variabel kecepatan yang berbeda turbulen 5000 4500 Transisi 4000 3500 Transisi 3000 Transisi 2500 Laminar 2000 Laminar 1500 laminar laminarlaminar 1000 laminar laminar 500 0 0,003 0,005 0,007 0,008 0,01 0,015 0,02 0,025 kecepatan rata - rata fluida (m/s)

0,03

0,04

0.05

Grafik 4 : hasil perhitungan Re number vs kecepatan fluida pada temperatur 30 0C pada ANSI 150

3.3.1.2. Perhitungan reynold number pada kecepatan rata – rata fluida yang berbeda pada temperatur 70 0C Diket :  densitas (ρ) air pada suhu 70 0C sebesar 977,81 kg/m3  viskositas dinamik (μ) pada temperatur 70 0 C sebesar 0,395 x 10-3 m2/det  diameter (d) pada pipa sebesar 3 inch = 0,76 m  Kecepatan pada 0,003 m/sec

kg

Jadi: Re =

977,81 m 3x 0,003m/s x 0.076 m 0,395 x 10−3 m2/det

= 562,6 aliran bersifat transisi 68


Teknik Mesin



densitas

viskositas


Re

(ρ)

dinamik (μ)

(d)

fluida (v)

(kg/m3)

(m2/det)

(m)

(m/s)

1

977,81

0,395 x 10-3

0,076

0,003

562,6

laminar

2

977,81

0,395 x 10-3

0,076

0,005

937,7

laminar

3

977,81

0,395 x 10-3

0,076

0,007

1316

laminar

4

977,81

0,395 x 10-3

0,076

0,008

1505

laminar

5

977,81

0,395 x 10-3

0,076

0,01

1881

laminar

6

977,81

0,395 x 10-3

0,076

0,015

2822

Transisi

7

977,81

0,395 x 10-3

0,076

0,02

3762,7

Transisi

8

977,81

0,395 x 10-3

0,076

0,025

4703,4

Turbulen

9

977,81

0,395 x 10-3

0,076

0,03

5644,1

Turbulen

10

977,81

0,395 x 10-3

0,076

0,04

7525,4

Turbulen

11

977,81

0,395 x 10-3

0,076

0,05

9406,7

Turbulen

number

Sifat aliran



69


Teknik Mesin


Re number

Grafik aliran fluida pada temperatur 70 0C pada ANSI 150 dengan variabel kecepatan yang berbeda turbulen 10000 9000 turbulen 8000 7000 turbulen 6000 turbulen 5000 Transisi 4000 Transisi 3000 Laminar LaminarLaminar 2000 laminar laminar 1000 0 0,003 0,005 0,007 0,008

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,04

0,05

kecepatan rata - rata fluida (m/s) Grafik 5 : hasil perhitungan Re number vs kecepatan fluida pada temperatur 70 0C pada ANSI 150

3.3.1.3.

Perhitungan reynold number pada kecepatan rata – rata fluida yang berbeda pada temperatur 100 0C

Diket :  densitas (ρ) air pada suhu 100 0C sebesar 958,38 kg/m3  viskositas dinamik (μ) temperatur 100 0 C sebesar 0,270 x 10-3 m2/det  diameter (d) pada pipa sebesar 3 inch = 0,76 m  Kecepatan pada 0,003 m/sec

kg

Jadi: Re =

958,38 m 3x 0,003m/s x 0.076 m 0,270 x 10−3 m2/det

= 809,3 aliran bersifat laminar 70


Teknik Mesin



densitas

viskositas


Re

(ρ)

dinamik (μ)

(d)

fluida (v)

(kg/m3)

(m2/det)

(m)

(m/s)

1

958,38

0,270 x 10-3

0,076

0,003

809,3

Laminar

2

958,38

0,270 x 10-3

0,076

0,005

1348,8

Laminar

3

958,38

0,270 x 10-3

0,076

0,007

1888,4

Laminar

4

958,38

0,270 x 10

0,076

0,008

2158,1

Transisi

5

958,38

0,270 x 10

0,076

0,01

2697,7

Transisi

6

958,38

0,270 x 10

0,076

0,015

4046,5

Transisi

7

958,38

0,270 x 10

0,076

0,02

5395,3

Turbulen

8

958,38

0,270 x 10

0,076

0,025

6744,2

Turbulen

9

958,38

0,270 x 10

0,076

0,03

8092,9

Turbulen

10

958,38

0,270 x 10

0,076

0,04

10790,6

Turbulen

11

958,38

0,270 x 10

0,076

0,05

13488,3

Turbulen

number

Sifat aliran



71


Teknik Mesin


Grafik aliran fluida pada temperatur 100 0C pada ANSI 150 dengan variabel kecepatan yang berbeda 16000

turbulen

14000

turbulen

Re number

12000 10000

turbulen turbulen turbulen Transisi

8000 6000 transisi Laminartransisi Laminar 2000 laminar 4000 0 0,003 0,005 0,007 0,008

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,04

0,05

kecepatan rata - rata fluida (m/s) Grafik 6 : hasil perhitungan Re number vs kecepatan fluida pada temperatur 100 0C pada ANSI 150

Dari hasil perhitungan diatas dapat kita lihat, pada kecepatan minimum aliran fluida bersifat laminar, namun semakin bertambahnya kecepatan aliran maka sifat aliran berubah, yang pada awalnya aliran bersifat laminar berubah menjadi tak beraturan atau turbulen. Fluida pada temperatur operasi yang tinggi lebih cenderung terjadinya aliran turbulen. Karena semakin tinggi temperatur maka semakin kecil nilai densitas dan nilai viskositas dinamiknya, sehingga mengakibatkan nilai Re numbernya lebih besar dibandingkan temperatur operasi yang lebih rendah.

72


Teknik Mesin


3.3.2. perhitungan Reynold number pada control valve jenis ANSI 300 3.3.2.1.

Perhitungan reynold number pada kecepatan rata – rata fluida yang berbeda pada temperatur 30 0C

A. data spesifikasi dari pipa 1.

D (diameter pipa) = 6 inch = 150 mm

Tabel ukuran pipa SATUAN

`VARIABEL KECEPATAN

Ft/sec

0,009 0,016 0,022 0,026 0,03

0,09

0,13

0,16

0,26

0,3

0,36

m/sec

0,003 0,005 0,007 0,008 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 Tabel 9 : Tabel kecepatan pada pipa yang berukuran 6 inch (0,15 m)

73


Teknik Mesin


Semua cara perhitungan serta variabel pada ANSI 300 ini sama dengan perhitungan pada ANSI 150 ,yaitu variabel pada suhu 30 0C, 70 0C, dan 100 0C, maka semua variabel akan sama, kecuali variabel kacepatan, agar perhitungan Re numbernya bervariasi dan jenis aliran fluidanyapun dapat ditentukan Diket :  densitas (ρ) air pada suhu 30 0C sebesar 994 kg/m3  viskositas dinamik (μ) pada temperatur 30 0C sebesar 0,795 x 10-3 m2/det  diameter (d) pada pipa sebesar 6 inch = 0,15 m  Kecepatan pada 0,003 m/sec

kg

Jadi: Re =

994m 3 x 0,003m/s x 0.15 m 0,795 x 10−3 m2/det

= 562,6 aliran bersifat laminar

74


Teknik Mesin


Data diambil saat temperatur operasi 30 0C, dengan kecepatan yang berbeda Pada control valve ANSI 300 NO

densitas

viskositas

diameter pipa

Kecepatan

Re

(ρ)

dinamik (μ)

(d)

fluida (v)

number

(kg/m3)

(m2/det)

(m)

(m/s)

1

994

0,795 x 10-3

0,15

0,003

562,6

Laminar

2

994

0,795 x 10-3

0,15

0,005

937,7

Laminar

3

994

0,795 x 10-3

0,15

0,007

1312,8

Laminar

4

994

0,795 x 10-3

0,15

0,008

1500,4

Laminar

5

994

0,795 x 10-3

0,15

0,01

1875,5

Laminar

6

994

0,795 x 10-3

0,15

0,015

2813,2

Transisi

7

994

0,795 x 10-3

0,15

0,02

3750,9

Transisi

8

994

0,795 x 10-3

0,15

0,025

4688,7

Turbulen

9

994

0,795 x 10-3

0,15

0,03

5626,4

Turbulen

10

994

0,795 x 10-3

0,15

0,04

7501,9

Turbulen

11

994

0,795 x 10-3

0,15

0,05

9377,4

Turbulen

Sifat aliran



75


Teknik Mesin


Re number

Grafik aliran fluida pada temperatur 30 0C pada ANSI 300 dengan variabel kecepatan yang berbeda turbulen 10000 9000 turbulen 8000 7000 turbulen 6000 turbulen 5000 Transisi 4000 Transisi 3000 Laminar LaminarLaminar 2000 laminar laminar 1000 0 0,003 0,005 0,007 0,008

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,04

0,05

kecepatan rata - rata fluida (m/s) Grafik 7 : perhitungan Re number vs kecepatan pada temperatue 30 0C berbeda pada ANSI 300 3.3.2.2. Perhitungan reynold number pada kecepatan rata – rata fluida yang berbeda pada temperatur 70 0C. Diket :  densitas (ρ) air pada suhu 70 0C sebesar 977,81 kg/m3  viskositas dinamik (μ) pada temperatur 70 0C sebesar 0,395 x 10-3 m2/det  diameter (d) pada pipa sebesar 6 inch = 0,15 m  Kecepatan pada 0,003 m/sec

kg

Jadi: Re =

977,81 m 3x 0,003m/s x 0.15 m 0,395 x 10−3 m2/det

= 1113,9 aliran bersifat Laminar

76


Teknik Mesin


Data diambil saat temperatur operasi 70 0C, dengan kecepatan yang berbeda Pada control valve ANSI 300 NO

densitas

viskositas

diameter pipa

Kecepatan

Re

(ρ)

dinamik (μ)

(d)

fluida (v)

number

(kg/m3)

(m2/det)

(m)

(m/s)

1

977,81

0,395 x 10

-3

0,15

0,003

1113,9

Laminar

2

977,81

0,395 x 10-3

0,15

0,005

1856,6

Laminar

3

977,81

0,395 x 10-3

0,15

0,007

2599,2

Transisi

4

977,81

0,395 x 10

-3

0,15

0,008

2970,6

Transisi

5

977,81

0,395 x 10

-3

0,15

0,01

3713,2

Transisi

6

977,81

0,395 x 10-3

0,15

0,015

5569,8

Turbulen

7

977,81

0,395 x 10

-3

0,15

0,02

7426,4

Turbulen

8

977,81

0,395 x 10

-3

0,15

0,025

9283

Turbulen

9

977,81

0,395 x 10-3

0,15

0,03

11139,6

Turbulen

10

977,81

0,395 x 10-3

0,15

0,04

14852,8

Turbulen

11

977,81

0,395 x 10-3

0,15

0,05

18566,0

Turbulen

Sifat aliran



77


Teknik Mesin


Re number

Grafik aliran fluida pada temperatur 70 0C pada ANSI 300 dengan variabel kecepatan yang berbeda Turbulen 20000 18000 Turbulen 16000 14000 Turbulen 12000 Turbulen 10000 Turbulen 8000 Turbulen 6000 Transisi TransisiTransisi 4000 Laminar Laminar 2000 0 0,003 0,005 0,007 0,008

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,04

0,05

kecepatan rata - rata fluida (m/s) Grafik 8 : perhitungan Re number vs kecepatan berbeda pada temperatur 70 0C pada ANSI 300 3.3.2.3. Perhitungan reynold number pada kecepatan rata – rata fluida yang berbeda pada temperatur 100 0C. Diket :  densitas (ρ) air pada suhu 100 0C sebesar 958,38 kg/m3  viskositas dinamik (μ) temperatur 100 0C sebesar 0,270 x 10-3 m2/det  diameter (d) pada pipa sebesar 6 inch = 0,15 m  Kecepatan pada 0,003 m/sec

kg

Jadi: Re =

958,38 m 3x 0,003m/s x 0.15 m 0,270 x 10−3 m2/det

= 1597,3 aliran bersifat Laminar

78


Teknik Mesin



densitas

viskositas


Re

(ρ)

dinamik (μ)

(d)

fluida (v)

(kg/m3)

(m2/det)

(m)

(m/s)

1

958,38

0,270 x 10-3

0,15

0,003

1597,3

Laminar

2

958,38

0,270 x 10-3

0,15

0,005

2662,2

Transisi

3

958,38

0,270 x 10-3

0,15

0,007

3727

Transisi

4

958,38

0,270 x 10

0,15

0,008

4259,5

Turbulen

5

958,38

0,270 x 10

0,15

0,01

5324,3

Turbulen

6

958,38

0,270 x 10

0,15

0,015

7986,5

Turbulen

7

958,38

0,270 x 10

0,15

0,02

10648,7

Turbulen

8

958,38

0,270 x 10

0,15

0,025

13310,8

Turbulen

9

958,38

0,270 x 10

0,15

0,03

15973

Turbulen

10

958,38

0,270 x 10

0,15

0,04

21297,3

Turbulen

11

958,38

0,270 x 10

0,15

0,05

26621,7

Turbulen

number

Sifat aliran



79


Teknik Mesin


Re number

Grafik aliran fluida pada temperatur 100 0C pada ANSI 300 dengan variabel kecepatan yang berbeda Turbulen 28000 26000 Turbulen 24000 22000 20000 Turbulen 18000 Turbulen 16000 14000 Turbulen 12000 Turbulen 10000 Turbulen 8000 TransisiTurbulen 6000 Transisi 4000 Laminar 2000 0 0,003 0,005 0,007 0,008

0,01

0,015

0,02

0,025

0,03

0,04

0,05

kecepatan rata - rata fluida (m/s) Grafik 9 : perhitungan Re number vs kecepatan berbeda pada temperatur 100 0C pada ANSI 300 3.4. ANALISA HASIL PERHITUNGAN A. Dapat dianalisa bahwa penyebab aliran turbulen adalah kecepatan aliran fluida yang terlalu tinggi disaat fluida mengalir melalui contorl valve,dan disebabkan juga karena temperatur proses dari fluida yang terlalu besar, menyebabkan nilai kerapatan dan viskositas dinamik menurun,sehingga mempengaruhi dan menyebabkan nilai Re-nya menjadi besar, B. serta dari hasil perhitungan yang telah dilakukan terjadi perbedaan nilai Re antara ANSI 150 dan ANSI 300, ANSI 300 memiliki Re number yang lebih besar bila dibandingkan dengan ANSI 150 pada kondisi operasi dan kecepatan fluida yang sama. Hal ini diakibatkan karena diameter pipa pada ANSI 300 lebih besar sehingga menyebabkan Re numbernyapun lebih besar.

80


BAB III ANALISA ALIRAN TURBULENT TERHADAP ALIRAN FLUIDA CAIR PADA CONTROL VALVE ANSI 150 DAN ANSI. 300 PADA PT.POLICHEM INDONESIA Tbk

Recommend Documents