LAMPIRAN A PERHITUNGAN NERACA MASSA
Basis Perhitungan
:
1 jam operasi
Kapasitas Produksi
:
15000 ton / tahun
Basis 1 tahun
:
300 hari
A.1.
Penentuan Komposisi Bahan Baku
A.1.1 Komposisi Limbah Cair Tahu Adapun jumlah bahan baku limbah cair tahu yang dapat diperoleh dari kota Medan adalah sebagai berikut :
Berdasarkan data Dinas Perindustrian dan Perdagangan Kota Medan tahun 2007 (Yenni, 2011), diperoleh kapasitas produksi / hari tahu dari kota Medan adalah 2251610 potong.
1 potong = 10 gram, maka kapasitas produksi tahu = 22516100 gram / hari = 22,5161 ton / hari.
Berdasarkan data (Pohan N, 2008), diperoleh setiap 80 kg tahu, dihasilkan limbah cair sebanyak 2600 kg.
Maka, limbah cair tahu kota Medan yang diperoleh adalah = 731, 77 ton / hari.
Untuk memenuhi kapasitas produksi yang diinginkan, yaitu sebesar 50 ton / hari, dibutuhkan bahan baku sekitar 292 ton / hari. Maka, jumlah bahan baku di kota Medan memenuhi kapasitas produksi yang diinginkan. A.1.2 Komposisi Senyawa Tambahan 1. Larutan NaOH 50%
Perbandingan larutan NaOH 50% : Limbah Cair Tahu = 125 kg : 100 ton
Densitas larutan NaOH 50% = (ρNaOH . XNaOH + ρair . Xair)
Universitas Sumatera Utara
= (2.1 x 0.5 + 1 x 0.5) = 1.55 gr / cm3
Massa larutan NaOH 50%
= = 0,365 ton / hari = 0,015 ton / jam = 15277,431 gr / jam
Volume NaOH
= = = 9824,149 cm3 = 9824,149 ml
M larutan NaOH 50%
= = = 26,25
Massa NaOH = = = 10315,356 gr / jam = 0,010 ton / jam
Massa pelarut (H2O) = 0,015 – 0,010 = 0,005 ton / jam
2. Nutrisi (H3PO4)
Perbandingan nutrisi : limbah cair tahu = 1 : 7
Maka, massa nutrisi (H3PO4) = = 1,566 ton / jam
3. Antifoam
Perbandingan antifoam : limbah cair tahu = 1 kg : 100 ton
Maka, massa antifoam
= = 0,00011 ton / jam
Universitas Sumatera Utara
4. PHP (Potassium Hydrogen Phtalat)
Perbandingan PHP : limbah cair tahu = 0,1 : 1
Maka, massa PHP
= = 1,096 ton / jam
A.2.
Perhitungan Neraca Massa
A.2.1 Bar Screening (S-101) Pada bar screening ini, limbah cair tahu disaring untuk dihilangkan padatan – padatan lain dengan efisiensi 90% (Pradana RN, 2011). Limbah Cair Tahu
Jadi, F4
4
= 0,9 x limbah cair tahu = 0,9 x 12 = 10,964 ton / jam
A.2.2 Tangki Pelarutan NaOH (M-101) Pada tangki pelarutan, dibuat larutan NaOH 50% yang digunakan untuk menetralkan pH limbah cair tahu. Kondisi operasi tangki pelarutan NaOH :
Suhu
: 300C
Tekanan
: 1 atm
1 3
2
Neraca massa komponen :
NaOH
: F1NaOH
= F3NaOH
= 0,010 ton / jam
Air
: F2Air
= F3Air
= 0,005 ton / jam
Universitas Sumatera Utara
Neraca massa total :
F3 = F1 + F2 = 0,015 ton / jam
A.2.3 Tangki Netralisasi (M-102) Pada tangki netralisasi, dimasukkan larutan NaOH 50% untuk membuat pH limbah cair tahu dari asam menjadi netral. Hal tersebut dilarutkan agar pH limbah cair tahu sebelum masuk ke fermentor berkisar antara 6 – 8 (Izni, 2005). Kondisi operasi tangki netralisasi :
Suhu
: 300C
Tekanan
: 1 atm
3 5
4
Neraca massa komponen :
NaOH
: F3NaOH
= F5NaOH
= 0,010 ton / jam
Air
: F3Air
= F5Air
= 0,005 ton / jam
Limbah cair tahu : F4limbah
= F5limbah
= 10,964 ton / jam
Neraca massa total : F5
= F4limbah + F3air + F3NaOH = 0,010 + 0,005 + 10,964 = 10,979 ton / jam
A.2.4 Fermentor Anaerobik (R-101) Pada fermentor ini, terjadi reaksi fermentasi pada suhu 300C dan tekanan 1 atm, selama 15 hari dan dimasukkan nutrisi H3PO4 dengan perbandingan limbah : nutrisi = 1 : 7 , dan 1 kg antifoam (Turkey Red Oil) dengan perbandingan limbah : antifoam = 100
Universitas Sumatera Utara
ton : 1 kg, serta 10% PHP (Potassium Hydrogen Phtalat) dari jumlah limbah cair tahu. (Pradana RN, 2011) Kondisi operasi fermentor anerobik :
Suhu
: 300C
Tekanan
: 1 atm
Konversi : 40%
5
9
6
7 10 8
Neraca massa komponen :
Limbah cair tahu : F5limbah
NaOH
: F5NaOH
= 0,010 ton / jam
Air
: F5Air
= 0,005 ton / jam
H3PO4
: F6H3PO4
= 1,566 ton / jam
PHP
: F7PHP
= 1,096 ton / jam
Antifoam
: F8antifoam
= 0,00011 ton / jam
CH4
: F9CH4
= 0,6 x 0,6 x (F5 + F6 + F7 + F8)
= 10,964 ton / jam
= 0,36x(10,964+1,566+1,096+0,00011) = 4,911 ton / jam
CO2
: F9CO2
= 0,6 x 0,4 x (F5 + F6 + F7 + F8) = 0,24x(10,964+1,566+1,096+0,00011) = 3,274 ton / jam
Ampas
: F10ampas
= 0,4 x (F5 + F6 + F7 + F8) = 0,4x(10,964+1,566+1,096+0,00011)
Universitas Sumatera Utara
= 5,457 ton / jam Neraca massa total : F9 + F10
= F5 + F6 + F7 + F8 = 10,964+1,566+1,096+0,00011 = 13,642 ton / jam
A.2.5
Centrifuge Decanter (D-101) Decanter ini digunakan untuk memisahkan ampas cair dan ampas padat hasil
produk bawah dari fermentor agar bisa dijadikan pupuk padat dan pupuk cair, dimana efisiensi pemisahan adalah 90% berdasarkan perbedaan fasa selama 1 jam untuk dihasilkan ampas padat sebanyak 28% dari total ampas (berat padatan = 75% yang mengandung N = 17%, P = 57,51%, dan sisanya K) dan ampas cair sebanyak 72% (N = 1,2 %, P = 0,8 %, dan K = 9,8 %) dari total ampas. (Biopact, 2007) (Josse, 2004) (Iwan, 2011). Kondisi operasi centrifuge decanter :
Suhu
: 300C
Tekanan
: 1 atm
Efisiensi
: 90%
10
11
12
Neraca massa komponen :
Ampas
: F10ampas
Kandungan lain
: F11kandungan lain = (0,28 x F10) - (0,90 x 0,28 x F10)
= 5,457 ton / jam
= 0,153 ton / jam F12kandungan lain = (0,72 x F10) - (0,90 x 0,72 x F10) = 0,393 ton / jam
Universitas Sumatera Utara
: F11H2O
H2O
= (0,90 x 0,25 x 0,28 x F10) = 0,344 ton / jam
12
F
H2O
= (0,882 x 0,90 x 0,72 x F10) = 3,119 ton / jam
: F11N
N
= (0,90 x 0,17 x 0,75 x 0,28 x F10) = 0,175 ton / jam
F12N
= (0,90 x 0,012 x 0,72 x F10) = 0,042 ton / jam
: F11P
P
= (0,90 x 0,5751 x 0,75 x 0,28 x F10) = 0,593 ton / jam
F12P
= (0,90 x 0,008 x 0,72 x F10) = 0,028 ton / jam
: F11K
K
= (0,90 x 0,2549 x 0,75 x 0,28 x F10) = 0,263 ton / jam
F12K
= (0,90 x 0,098 x 0,72 x F10) = 0,347 ton / jam
Neraca massa total :
F11 = 0,9 x 0,28 x F10 = 1,528 ton / jam
F12 = 0,9 x 0,72 x F10 = 3,929 ton / jam
F10 = F11 + F12 = 5,475 ton / jam
A.2.6 Rotary Drier (D-201) Pada rotary drier, dimasukkan ampas padat agar dikurangi kadar airnya hingga 93% pada suhu 1050C (Hamida, 2010). Kondisi operasi rotary drier :
Suhu
: 1050C
Tekanan
: 1 atm
Universitas Sumatera Utara
Efisiensi
Konversi : 93%
: 90%
11
13
14
Neraca massa komponen :
N
: F11N F13N
= 0,175 ton / jam = 0,9 x F11N = 0,158 ton / jam
F14N
= F11N – F13N = 0,018 ton / jam
P
: F11P F13P
= 0,593 ton / jam = 0,9 x F11P = 0,534 ton / jam
F14P
= F11P – F13P = 0,059 ton / jam
K
: F11K F13K
= 0,263 ton / jam = 0,9 x F11K = 0,237 ton / jam
F14K
= F11K – F13K = 0,026 ton / jam
H2O
: F13H2O
= F11H2O – (0.90 x 0,93 x F11H2O) = 0,343 – (0,90 x 0,93 x 0,344) = 0,056 ton / jam
F14H2O
= 0,90 x 0,93 x F11H2O = 0,288 ton / jam
Kandungan lain
: F11kandungan lain = 0,153 ton / jam F13kandungan lain = 0,9 x F11kandungan lain
Universitas Sumatera Utara
= 0,138 ton / jam F14kandungan lain = F11kandungan lain – F13kandungan lain = 0,015 ton / jam Neraca massa total : F11
= F13 + F14 = 1,528 ton / jam
A.2.7 Granulator (G-201) Ampas padat dari alur F15 dan alur F16 akan dijadikan butiran pupuk padat granular pada suhu 300C dan tekanan 1 atm (Hamida, 2010). Alur F16 merupakan alur recycle dari vibrating screening (S-201), dimana alur F16 merupakan 10% dari alur masuk vibrating screening (S-201) atau alur keluar dari granulator (G-201). Kondisi operasi vibrating screen :
Suhu
: 300C
Tekanan
: 1 atm
Efisiensi
: 90% 15
16
17
Neraca massa komponen :
N
: F15N = F13N = 0,158 ton / jam F16N = 0,1 x F17N = 0,1 x 0,175 = 0,018 ton / jam F17N = F15N + F16N F17N = 0,158 + 0,1 F17N F17N = 0,158 / 0,9
Universitas Sumatera Utara
= 0,175 ton / jam
P
: F15P = F13P = 0,534 ton / jam F15P = 0,1 x F17P = 0,1 x 0,595 = 0,059 ton / jam 17
F
P
= F15P + F16P
F17P = 0,059 + 0,1 F17P F17P = 0,059 / 0,9 = 0,595 ton / jam
K
: F15K = F13K = 0,237 ton / jam F16K = 0,1 x F17K = 0,1 x 0,263 = 0,026 ton / jam F17K = F15K + F16K F17K = 0,237 + 0,1 F17K F17K = 0,237 / 0,9 = 0,263 ton / jam
H2O
: F15H2O= F13H2O = 0,056 ton / jam F16H2O= 0,1 x F17H2O = 0,1 x 0,062 = 0,006 ton / jam 17
F
H2O=
F15H2O + F16H2O
F17H2O= 0,056 + 0,1 F17P F17H2O= 0,056 / 0,9 = 0,006 ton / jam
Kandungan lain
: F15kandungan lain
= F13kandungan lain
Universitas Sumatera Utara
= 0,138 ton / jam F16kandungan lain
= 0,1 x F17kandungan lain = 0,1 x 0,153 = 0,015 ton / jam
F17kandungan lain
= F15kandungan lain + F16kandungan lain
F17kandungan lain
= 0,138+ 0,1 F17kandungan lain
F17kandungan lain
= 0,138 / 0,9 = 0,153 ton / jam
Neraca massa total :
F17 = F15 + F16 F17 = 1,122 + 0,1 F17 F17 = 1,122 / 0,9 = 1,246 ton / jam
F16 = F17 – F15 F16 = 0,125 ton / jam
A.2.8 Reaktor I (R-301) Ampas cair dari centrifuge decanter (D-101) akan dimasukkan dalam reaktor nitrifikasi I (R-301) pada suhu 350C selama 24 jam dengan penambahan udara, dimana perbandingan umpan masuk dengan udara adalah 2 : 3 (Wahyu, 2010). Alur F18 merupakan alur produk bawah centrifuge decanter (D-101), yaitu alur F12. Reaksi nitrifikasi I:
4NH4+(aq) + 3O2(g) + 4OH-(aq)
2NO2-(aq)+2NH4+(aq)+6H2O(g)
Kondisi operasi reaktor nitrifikasi I :
Suhu
: 350C
Tekanan
: 1 atm
Konversi : 50%
Universitas Sumatera Utara
18 20
19
Neraca massa komponen :
N (dalam NH4OH)
: F18N
= 0,042 ton / jam = 42 kg / jam = 42 kg/jam : 35 kmol/kg = 1,2 kmol / jam
P
: F18P 20
F
K
O2
= 0,028 ton / jam
P
= 0,028 ton / jam
: F18K
= 0,347 ton / jam
F20K
= 0,347 ton / jam
: F19O2
= (3/4) x F18N = (3/4) x (1,2) = 0,9 kmol / jam = 0,029 ton / jam
H2O
: F18H2O F20H2O
= 3,119 ton / jam = (3/2 x 1,2 kmol/jam)+F18H2O = 3,151 ton / jam
Kandungan lain
: F18kandungan lain = 0,393 ton / jam F20kandungan lain = 0,393 ton / jam
NH4NO2
: F20NH4NO2
= (2/4) x 1,2 = 0,6 kmol / jam = 0,039 ton / jam
Neraca massa total :
F20 = F18 + F19
Universitas Sumatera Utara
= 3,958 ton / jam A.2.9 Filter Press (D-301) Pada filter press (D-301), pupuk cair yang dimasukkan akan dihilangkan padatan, yaitu berupa kandungan zat lain dengan efisiensi 90% (Ari, 2010). Kondisi operasi clarifier :
Suhu
: 350C
Tekanan
: 1 atm
Efisiensi
: 90%
Konversi : 90%
20
21
22
Neraca massa komponen :
NH4NO2
: F20NH4NO2 F22NH4NO2
= 0,039 ton / jam 20
= 0,1x F
NH4NO2
= 0,004 ton / jam F21NH4NO2
= F20NH4NO2 – F22NH4NO2 = 0,035 ton / jam
H2O
: F20H2O F22H2O
= 3,151 ton / jam 20
= 0,1 x F
H2O
= 0,315 ton / jam F21H2O
= F20H2O – F22H2O = 2,836 ton / jam
P
: F20P F22P
= 0,028 ton / jam 20
= 0,1 x F
P
= 0,003 ton / jam
Universitas Sumatera Utara
F21P
= F20P – F22P = 0,025 ton / jam
: F20K
K
F22K
= 0,347 ton / jam 20
= 0,1 x F
P
= 0,035 ton / jam F21K
= F20P – F22P = 0,312 ton / jam
Kandungan lain
: F20kandungan lain = 0,393 ton / jam F21kandungan lain = (0,9 x 0,1 x 0,394) = 0,035 ton / jam F22kandungan lain = 0,358 ton / jam
Neraca massa total :
F20 = F21 + F22 = 3,244 + 0,714 = 3,958 ton / jam
A.2.10 Reaktor II (R-302) Pada reaksi nitrifikasi II, dilangsungkan selama 24 jam pada suhu 350C dan tekanan 1 atm dengan penambahan udara, dimana perbandingan umpan masuk dengan udara adalah 1 : 0,5 (Wahyu, 2010). Reaksi nitrifikasi II :
NO2-(aq) + 0,5 O2(g)
NO3-(aq)
(Dwi, 2003)
Kondisi operasi reaktor nitrifikasi II :
Suhu
: 350C
Tekanan
: 1 atm
Konversi : 100%
21 24
23
Universitas Sumatera Utara
Neraca massa komponen :
NH4NO2
: F21NH4NO2
= 0,035 ton / jam = 35 kg / jam : 64 kmol / kg = 0,547 kmol / jam
H2O
P
K
Kandungan lain
: F21H2O
= 2,836 ton / jam
F24H2O
= 2,836 ton / jam
: F21P
= 0,025 ton / jam
F24P
= 0,025 ton / jam
: F21K
= 0,312 ton / jam
F24K
= 0,312 ton / jam
: F21kandungan lain = 0,035 ton / jam F24kandungan lain = 0,035 ton / jam
: F23O2
O2
= (0,5 x 0,547 kmol / jam) = 0,274 kmol / jam = 0,009 ton / jam
: F24NH4NO3
NH4NO3
= 0,547 kmol / jam = 0,044 ton / jam
Neraca massa total :
F24 = F21 + F23 = 3,253 ton / jam
A.2.11 Evaporator (D-302) Pada evaporator (D-302), pupuk cair dimasukkan agar dihilangkan kandungan air dengan efisiensi sebesar 93%. Kondisi operasi evaporator :
Suhu
: 1050C
Tekanan
: 1 atm
Efisiensi
: 90%
Konversi : 93%
Universitas Sumatera Utara
24
25
26
Neraca massa komponen :
H2O
: F24H2O F26H2O
= 2,836 ton / jam = (0,93 x 0,9 x 2,836) ton / jam = 2,374 ton / jam
25
F
H2O
= (2,836 – 2,374) ton / jam = 0,462 ton / jam
P
: F24P F26P
= 0,025 ton / jam = 0,1 x F24P = 0,003 ton / jam
F25p
= F24P – F26P = 0,0229 ton / jam
K
: F24K F26K
= 0,312 ton / jam = 0,1 x F24K = 0,031 ton / jam
25
F
K
= F24K – F26K = 0,2807 ton / jam
Kandungan lain
: F24kandungan lain = 0,035 ton / jam F26kandungan lain = 0,1 x F24kandungan lain = 0,004 ton / jam 25
F
kandungan lain =
F24kandungan lain – F26kandungan lain
= 0,032 ton / jam
NH4NO3
24
:F
NH4NO3
= 0,044 ton / jam
Universitas Sumatera Utara
F26NH4NO3
= 0,1 x F24NH4NO3 = 0,004 ton / jam
25
F
NH4NO3
= F24NH4NO3 – F26NH4NO3 = 0,0393 ton / jam
Neraca massa total :
F25 = F24 – F26 = 3,253 ton / jam
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN B PERHITUNGAN NERACA ENERGI
Basis Perhitungan
:
1 jam operasi
Satuan Operasi
:
kJ / jam
Temperatur Basis
;
250C
Neraca panas ini menggunakan rumus – rumus perhitungan sebagai berikut : Persamaan untuk menghitung kapasitas panas (Reklaitis, 1983) : Cp a bT cT 2 dT 3
Jika Cp adalah fungsi dari temperatur maka persamaan menjadi : T2
CpdT
a (T2 T1 )
T1 T2
CpdT a (T
2
T1 )
T1
b c 3 d 2 2 3 4 4 (T2 T1 ) (T2 T1 ) (T2 T1 ) 2 3 4
; Jika T2 – T1 ≥ 50 K
b 2 c 2 d 4 2 2 4 (T2 T1 ) (T2 T1 )(T2 T1 ) (T2 T1 )(T2 T1 ) 2 ; 2 4 4
Jika T2 – T1 < 50
K Untuk sistem yang melibatkan perubahan fasa persamaan yang digunakan adalah : T2
Tb
T2
T1
T1
Tb
CpdT Cpl dT H Vl Cpv dT
Perhitungan energi untuk sistem yang melibatkan reaksi : T
T
2 2 dQ rH r (T ) N CpdTout N CpdTout dt T1 T1
B.1.
Data Perhitungan Cp Tabel B.1 Nilai Konstanta a,b,c,d, dan e untuk perhitungan Cp Gas
Komponen
a
b
c
d
e
CH4(g)
1,90223E+01
7,9629E-02
-7,3706E-05
3,7457E-08
-8,133E-12
CO2(g)
3,83870E+01
-7,3663E-02
2,9098E-04
-2,6384E-07
8,0067E-11
O2(g)
2,98832E+01
-1,13842E-02
4,33779E-05
-3,70062E-08
1,01006E-11
(Reklaitis, 1983)
Universitas Sumatera Utara
Cp = a + bT + cT2 + dT3 + eT4 [J/mol.K] T2
Cpg dT = [a(T2–T1) + b/2(T22–T12) + c/3(T23–T13) + d/4(T24–T14) + e/5(T25–T15)]
T1
Tabel B.2 Nilai Konstanta a, b, c, d, dan e untuk Perhitungan Cp Cairan Komponen
a
b
c
d
H2O(l)
1,82964E+01
4,7211E-01
-1,3387E-03
1,3142E-06
NH3(l)
2,0194E+01
8,45765E-01
-4,06745E-03
6,60687E-06
(Reklaitis, 1983) Cpl = a + bT + cT2 + dT3 [J/mol K] T2
Cpl dT = [a(T2 – T1) + b/2(T22 – T12) + c/3(T23 – T13) + d/4(T24 – T14)]
T1
B.2.
Estimasi Cp dengan Metode Hurst dan Harrison Tabel B.3 Kontribusi Unsur dan Gugus Untuk Estimasi Cp Unsur Atom
ΔE (J/mol.K)
C
10,89
H
7,56
O
13,42
N
18,74
P
26,63
K
28,78
Na
26,19
(Perry, 1999) Perhitungan kapasitas pana dihitung dengan rumus : Cp = ∑i=1 Ni
Ei ………………………………………………(Perry,1999)
Dimana : Cp
= Kapasitas panas (kJ / mol.K)
Ni
= Jumlah unsur i dalam senyawa
ΔEi
= Nilai kontribusi unsur i
Dari rumus di atas, maka diperoleh Cp padatan untuk beberapa senyawa:
Universitas Sumatera Utara
Tabel B.4 Nilai Kapasitas Panas Untuk Senyawa Padat
B.3.
Senyawa
Cp (J/mol.K)
NH4NO3
107,98
NH4NO2
94,56
K2O
50,9
P2O5
120,36
NaOH
47,17
H3PO4
102,99
KHC8H4O4
207,38
C3H5(C18H33O3)3
1527,75
Nilai Panas Reaksi Pembentukan Nilai panas reaksi pembentukan dari beberapa senyawa : Tabel B.5 Nilai Panas Reaksi Pembentukan Senyawa
Fasa
(kJ/mol)
NH3
Cair
-80
NH4NO2
Padat
-260
NH4NO3
Padat
-365,08
K2 O
Padat
-361
P2O5
Padat
-694,09
NaOH
Padat
-425,609
H3PO4
Cair
-1288
H2 O
Cair
-285,830
H2 O
Gas
-241,83
CH4
Gas
-74,520
CO2
Gas
-393,509
C3H5(C18H33O3)3
Padat
-2442,713
Sumber : (Wikipedia, 2012) (Smith, 2005)
Universitas Sumatera Utara
B.4.
Nilai Panas Laten Untuk perhitungan panas laten amonia digunakan persamaan : R = 0,008314 kJ/mol K Hvl = 1,093 R . Tc [Tbr(ln[Pc/1,01325]-1)/(0,93-Tbr)] Tb = T boiling (K) Diperoleh data untuk amonia :
Tc (K)
= 405,7
Pc (bar)
= 112,80
Tboiling(K) = 310,7
(Smith, 2005) Dengan menggunkaan persamaan tersebut, diperoleh panas laten amonia adalah 63,849 kJ / mol. Tabel B.6 Nilai Panas Laten
B.5.
Senyawa
Hvl (kJ/mol)
NH4OH
63,849
H2O
0,1254
Fermentor (R-101) 9
4, 5, 6, 7, 8
T = ….0C
T = 300C T = 300C P = 1 atm
10
Universitas Sumatera Utara
Tabel B.7 Neraca Energi Pada Input Fermentor (R-101) 303
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qin (kJ/jam)
298
4
Limbah Cair
60,911
1182,900
72051,753
NaOH
0,25
235,850
58,963
H2O
0,278
374,707
104,085
6
H3PO4
15,980
514,950
8228,691
7
PHP
5,373
1036,900
5570,796
8
Antifoam
0,00012
7638,750
0,9016
5
86015,189
Jumlah
Tabel B.8 Neraca Energi Pada Output Fermentor (R-101) T
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qin (kJ/jam)
298
CH4
306,938
217,038
66617,106
CO2
74,409
208,326
15501,324
NH4OH
6,229
504,432
3129,435
K2O
6,479
295,935
1917,281
P2O5
2,187
699,979
1530,150
H2O
12,111
435,767
5277,625
9
10
93972,920
Jumlah Data ΔHr298 glukosa adalah -1,271 kJ/mol (Wikipedia,2012) Reaksi pembentukan CH4 dan CO2 adalah : C6H12O6 ΔHr
3CH4 +
3CO2
= 3.ΔHf0CH4 + 3.ΔHf0CO2 - ΔHf0C6H12O6 = 3.(-75) + 3.(-394) – (-1.271) = -1402,816 kJ/mol
Panas reaksi pembentukan gas CH4 dan CO2 adalah : Q.r
= ΔHr x r1
Universitas Sumatera Utara
= -1402,816 kJ/mol x 6,261 = -8783,031 Jadi, perubahan panas di dalam fermentor (R-101) adalah : = Q . r + Qout – Qin
Q
= -8783,031 + 94798,220 – 86015,189 = 0 kJ/jam Dengan cara trial and error, diperoleh suhu keluaran dari fermentor (R-101) adalah 30,86 0C. B.6.
Rotary Drier (D-201) T = 1600C Udara Panas
Pupuk Padat T = 300C
11
T = 1050C Pupuk Padat 10% Air
13
14
T = 1050C Udara Pupuk Padat 90% Air
Asumsi :
Suhu udara masuk
= 1600C
Suhu keluaran
= 1050C
Tabel B.9 Neraca Energi Pada Input Rotary Drier (D-201) 303
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qin (kJ/jam)
298
11
NH4OH
5,000
431,867
2158,437
P2O5
6,309
601,800
3796,462
K2O
0,926
254,500
235,681
H2O
19,056
374,707
7140,241
Universitas Sumatera Utara
13330,821
Jumlah
Tabel B.10 Neraca Energi Pada Output Rotary Drier (D-201) 378
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qout (kJ/jam)
298
NH4OH
4,514
7832,424
35357,799
P2O5
5,681
9628,800
54699,779
K2O
0,835
4072,000
3398,113
H2O
3,111
2284,954
7108,745
NH4OH
0,514
7832,424
4028,104
P2O5
0,628
9628,800
6043,609
K2O
0,092
4072,000
372,789
H2O
16,000
2284,954
36559,261
13
14
147568,198
Jumlah
Diperoleh data Cp udara sebagai berikut : Cpudara (1100C)
= 1,0115 kJ/kg.K
(Geankoplis, 1997)
Cpudara (2400C)
= 1,0312 kJ/kg.K
(Geankoplis, 1997)
Sehingga, Cp rata – rata udara Q
= 1,02135 kJ/kg.K
= Qout - Qin = 147568,198 – 13330,821 = 134237,77 kJ/jam
Maka, banyaknya kebutuhan udara yang dibutuhkan adalah sebagai berikut : ∫
(
)
Universitas Sumatera Utara
B.7.
Pneumatic Conveying Cooler (C-202) T = 1050C Pupuk Padat
9
28
T = 300C
T = 300C Pupuk Padat
15
Udara
Tabel B.11 Neraca Energi Pada Input Pneumatic Conveying Cooler (C-202) 378
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qin (kJ/jam)
298
9
NH4OH
4,514
7832,424
35357,799
P2O5
2,521
4072,000
10266,638
K2O
1,880
9628,800
18104,856
H2O
3,111
6054,002
18834,672 82563,966
Jumlah
Tabel B.12 Neraca Energi Pada Output Pneumatic Conveying Cooler (C-202) 378
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qout (kJ/jam)
298
15
NH4OH
4,514
431,687
1948,760
P2O5
2,521
254,500
641,665
K2O
1,880
601,800
1131,554
H2O
3,111
374,707
1165,754
Jumlah
4887,732
Asumsi : Tout udara = 620C = 335 K Diperoleh data Cp udara sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
Cpudara (1100C)
= 1,0115 kJ/kg.K
(Geankoplis, 1997)
Cpudara (2400C)
= 1,0312 kJ/kg.K
(Geankoplis, 1997)
Sehingga, Cp rata – rata udara
Q
= 1,02135 kJ/kg.K
= Qout - Qin = 4887,732 – 82563,966 = -77676,234 kJ/jam
Maka, banyaknya kebutuhan udara dingin yang dibutuhkan adalah sebagai berikut : (
∫
B.8.
)
Reaktor I (R-301) O2 T = 300C 19
Ampas Cair
Pupuk Cair
18
20
0
T = 350C
T = 30 C
Tabel B.13 Neraca Energi Pada Input Reaktor I (R-301) 378
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qin (kJ/jam)
298
18
19
NH4OH
1,200
431,687
518,025
P2O5
3,691
254,500
939,484
K2O
0,099
601,800
59,332
H2O
173,278
374,707
64928,312
O2
0,906
146,876
146,876
Jumlah
66578,259
Universitas Sumatera Utara
Tabel B.14 Neraca Energi Pada Output Reaktor I (R-301) 378
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qout (kJ/jam)
298
18
NH4NO2
1,345
945,600
1271,669
P2O5
3,691
1203,600
118,665
K2O
0,099
509,000
1878,968
H2O
175,056
749,984
131288,872 134558,174
Jumlah Reaksi dalam reaktor I adalah : 4NH4OH + 3O2 ΔHr
2NH4NO2 + 6H2O
= 2.ΔHf0NH4NO2 + 6.ΔHf0H2O – 4.ΔHf0NH4OH = 2.(-260) + 6.(-241,83) – 4.(-260) = -1650,98 kJ/mol
Panas reaksi : Q.r
= ΔHr x r1 = -1650,98 kJ/mol x 1,483 = -2447,648 kJ
Jadi, perubahan panas di dalam reaktor I (R-301) adalah : Q
= Q . r + Qout – Qin = -2447,648 + 134558,174 – 66578,259 = 65532,266 kJ/jam
Maka, diperlukan steam 2200C masuk agar suhu operasi mencapai 350C. Asumsi, steam yang keluar adalah 2000C, maka jumlah steam yang dibutuhkan adalah : ∫
Universitas Sumatera Utara
B.9.
Reaktor II (R-302) O2 T = 300C 23
Pupuk Cair
Pupuk Cair
21
24
T = 350C
T = ….
Tabel B.15 Neraca Energi Pada Input Reaktor II (R-302) 378
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qin (kJ/jam)
298
21
23
NH4NO2
1,207
945,600
1141,241
P2O5
0,088
1203,600
105,951
K2O
3,319
509,000
1689,447
H2O
157,556
749,984
118164,151
O2
0,281
146,876
41,309 121142,099
Jumlah
Tabel B.16 Neraca Energi Pada Output Reaktor II (R-302) 378
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qout (kJ/jam)
298
24
NH4NO3
0,550
1085,760
597,168
P2O5
0,088
1210,243
106,535
K2O
3,319
511,809
1698,771
H2O
157,556
754,130
118817,297
Jumlah
121219,772
Reaksi dalam reaktor II adalah :
Universitas Sumatera Utara
2NH4NO2 + O2 ΔHr
2NH4NO3
= 2.ΔHf0NH4NO3 – 2.ΔHf0NH4NO2 = 2.(-365,08) – 2.(-260) = -210,16 kJ/mol
Panas : Q.r
= ΔHr x r1 = -1650,98 kJ/mol x 0,370 = -77,672 kJ
Jadi, perubahan panas di dalam reaktor II (R-302) adalah : Q
= Q . r + Qout – Qin = -77,672 + 121219,772 – 121142,099 = 0 kJ/jam
Dengan cara trial and error, diperoleh suhu keluaran dari reaktor II (R-302) adalah 35,05 0C. B.10. Evaporator (D-302)
Steam T = 1200C
Pupuk Cair T = 350C
Pupuk Cair 24
25
T = 1050C
26
Limbah Cair T = 1050C
Universitas Sumatera Utara
Tabel B.17 Neraca Energi Pada Input Evaporator (D-302) 378
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qin (kJ/jam)
298
24
NH4NO3
0,550
1079,800
593,890
P2O5
11,360
1203,600
13672,896
K2O
0,301
509,000
153,353
H2O
0,006
749,984
749,984 14424,899
Jumlah
Tabel B.18 Neraca Energi Pada Output Evaporator (D-302) 378
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qout (kJ/jam)
298
25
26
NH4NO3
0,491
8638,400
4243,614
P2O5
12,402
9628,800
119413,939
K2O
0,335
4072,000
1363,620
H2O
0,039
6054,002
235,870
NH4NO3
1,650
8638,400
14253,360
P2O5
0,011
9628,800
101,713
K2O
0,330
4072,000
1342,894
H2O
131,889
6054,002
798455,569 939410,578
Jumlah Jadi, perubahan panas di dalam evaporator (D-302) adalah : Q
= Qout – Qin = 939410,578 – 14424,899 = 924985,679 kJ/jam
Maka, diperlukan steam 1200C masuk agar suhu operasi mencapai 350C. Asumsi, steam yang keluar adalah 1100C, maka jumlah steam yang dibutuhkan adalah :
Universitas Sumatera Utara
∫
B.11. Cooler (E-302) Air Pendingin T = 250C
30
Pupuk Cair
Pupuk Cair 25
27
T = 1050C
T = 300C
31
Air Pendingin
Tabel B.19 Neraca Energi Pada Input Cooler (E-302) 378
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qin (kJ/jam)
298
25
NH4NO3
0,491
8638,400
4241,454
P2O5
12,402
9628,800
119416,378
K2O
0,335
1364,120
1364,120
H2O
0,039
6054,002
236,106 125258,058
Jumlah
Tabel B.20 Neraca Energi Pada Output Cooler (E-302) 378
Alur
Fraksi
N (kmol/jam)
CpdT
Qout (kJ/jam)
298
27
NH4NO3
0,491
539,900
265,091
P2O5
12,402
601,800
7463,524
Universitas Sumatera Utara
K2O
0,335
254,500
85,258
H2O
0,039
374,707
14,614 7828,486
Jumlah Jadi, perubahan panas di dalam cooler (E-302) adalah : Q
= Qout – Qin = 7828,486 – 125258,058 = -117429,573 kJ/jam
Maka, diperlukan air pendingin 250C masuk agar suhu operasi mencapai 300C. Asumsi, air pendingin yang keluar adalah 450C, maka jumlah air pendingin yang dibutuhkan adalah : ∫
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN C PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN
C.1.
Screening Unit (S-101) Fungsi
: Menyaring partikel – partikel kasar dalam limbah cair tahu
Jenis
: bar screen
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : stainless steel Kondisi operasi :
Temperatur
: 300C
Laju alir massa
: 292000 kg / hari
Densitas
: 1000 kg / m3
Laju volumetrik (Q) = = 0,00338 m3/detik Berdasarkan Tabel 5.1 (Arcadio, 2003), diperoleh ukuran bar :
Lebar
: 5 mm
Tebal
: 20 mm
Bar Spacing
: 20 mm
Direncanakan ukuran screening:
Panjang
:2m
Lebar
:2m
Misal, jumlah bar = z
Maka,
5z + 20 (z+1)
= 2000
25z
= 1980
z
= 79 buah
Luas bukaan (A) = 20 (79 + 1) (2000) = 3200000 mm2 = 3,2 m2 Asumsi, Cd = 0,6 ;
Universitas Sumatera Utara
Head Loss (Δh) = = 1,55 x 10-7 dari air C.2.
Tangki Penampungan Limbah Cair Tahu (V-101) Fungsi
: Menampung limbah cair tahu selama 1 hari
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar
Bahan konstruksi
: Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni Grade S
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan Kondisi Penyimpanan
: P = 1 atm 0
T = 30 C
= 14,2 psi = 303 K
Kebutuhan penyimpanan
: t
= 1 hari
Laju alir massa
: F
= 10800 kg/jam
Densitas bahan dalam tangki : ρ
= 1000 kg/m3
Perhitungan ukuran tangki 1. Volume tangki V total = Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki , Vt = 1,2 x 259,2 = 311,04 m3 2. Ukuran tangki Direncanakan tangki beralaskan datar dan tanpa tutup Tinggi silinder : Diameter (Hs : D) = 3 : 2 Sehingga : (
√
√
)
= 6,42 m = 252,76 in
Tinggi tangki = 9,63 m
Universitas Sumatera Utara
3. Tekanan desain Faktor keamanan untuk tekanan = 15 % P desain = 1,15 x 14,2 psi = 16,33 psi
4. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
d=
( (
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan ) ( ) (
) )
(
)
1,379 in
Dipilih tebal silinder standar = 11/2 in C.3.
Pompa Tangki Penampungan Limbah Cair Tahu (P-101) Fungsi
: mengalirkan limbah cair tahu ke tangki penetralan
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Laju alir massa
: 10800 kg/jam = 6,607 lbm / detik
Densitas bahan dalam tangki: 1000 kg/m3 = 62,428 lbm/ft3 (Wikipedia, 2012) Viskositas cairan
: 0,87 cP = 2,1046 lbm/ft. jam = 0,00087 Pa.s
Universitas Sumatera Utara
(Wikipedia, 2012) Laju alir volumetrik : Q =
F 10800 = = 10,8 m3/jam 1000
= 0,003 m3/detik = 0,0232 ft3/detik Perencanaan pompa : Penentuan diameter optimum untuk pompa Untuk aliran turbulen (Nre > 2100),
(Peters, 2004)
Di,opt = 0,363 Q0,45 0,13
dengan : Di,opt = diameter optimum (m) Q
= densitas (kg/m3)
= laju volumetrik (m3/s)
Asumsi : aliran turbulen Di,opt
= 0,363 Q0,45 0,13 = 0,363 x (0,003)0,45 x (1000)0,13 = 0,06525 m = 2,57 in
Ukuran spesifikasi pipa
(Geankoplis, 1997)
-
Ukuran pipa nominal
: 3 in
-
Schedule pipa
: 40
-
Diameter dalam (ID)
: 3,068 in = 0,25567 ft = 0,07793 m
-
Diameter luar (OD)
: 3,500 in = 0,29167 ft
-
Luas penampang dalam (At)
: 0,05130 ft2
-
Bahan konstruksi
: commercial steel
Kecepatan linear , v = = 0,13784 m/detik Bilangan Reynold, NRe =
(
) (
)
(
) (
)
= 12346,99
Karena NRe > 2100, maka aliran turbular Untuk pipa commercial steel dan pipa 3 in, diperoleh ε/D = 0,0001 Dari Gambar 2.10-3, Geankoplis, 1997 untuk NRe 12346,99 dan
ε/D
= 0,00001 diperoleh f = 0,0065 Friction Loss
Universitas Sumatera Utara
1. 1 Sharp edge entrance v2
hc = kc 2 = 0,55
(0,13784)2 2.1
= 0,00522 J/kg
2. Friction pada pipa lurus Panjang pipa lurus = 50 m L.v2
Ff = 4f
2.D
= 4(0,011)
50(0,13784)2 2(0,07793)
= 0,26818 J/kg
3. Friction pada 4 buah elbow 90o hf = n.kf
(0,13784)2
v2
= 4.(0,75) 2(0,07793) = 0,36571 J/kg 2D
4. Friction pada 1 buah check valve hf = n.kf
v2
= 1.(2) 2D
(0,13784)2 2(0,07793)
= 0,24381 J/kg
5. Expansion loss pada tank entrance hex = kex
v2 2
=1
(0,13784)2 2
= 0,00949 J/kg
Sehingga total frictional loss, ΣF: ΣF = (0,00522 + 0,26818 + 0,36571 + 0,24381 + 0,00949) = 0,89241 J/kg Energi mekanik yang diterima fluida, Ws: 1
Ws = 2 (v22 -v21 ) + g( 2 - 1 ) +
p2 -p1 ρ
+ ΣF ............................... (Geankoplis, 1997)
Dimana:
diameter pipa konstan, v1 = v2
selisih tinggi pipa,
P1 = 1 atm + (1000 kg/m3 x 9,8 m/det2 x 1 m)
2- 1
= 101,325 kPa + 9,8 kPa = 111,125 kPa = 111125 Pa
P2 = P1 + 1 atm = 111125 Pa + 101325 Pa = 212450 Pa
Sehingga, Ws
1
= 2 (0) + 9,806 (1) + (
-111125)/
+
= 112,113 J/kg Daya pompa, P = Ws Q ρ = 112,113 0,003 1000
Universitas Sumatera Utara
= 336,340 J/s = 0,336340 kW = 0,4541 hp Efisiensi pompa 80%, maka : P = 0,4541 hp / 0,8 = 0,5675 hp Dipilih pompa dengan daya 0,75 hp C.4.
Tangki Pelarutan NaOH (M-101) Fungsi
: Menampung larutan NaOH 50% selama 30 hari
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni Grade S
Jumlah
: 1 unit
Data Perhitungan Kondisi Penyimpanan
: P = 1 atm T = 300C
= 14,2 psi = 303 K
Kebutuhan penyimpanan
: t
= 30 hari
Laju alir massa
: F
= 15,227 kg/jam
Densitas bahan dalam tangki : ρ : μ
Viskositas bahan
= 1550 kg/m3 = 47,7 cP = 0,00477 Pa . s
Perhitungan ukuran tangki 1. Volume tangki V total = Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki , Vt = 1,2 x 7,073 = 8,4876 m3 2. Ukuran tangki Direncanakan tangki beralaskan datar dan tutup datar Tinggi silinder : Diameter (Hs : D) = 3 : 2 Sehingga : (
√
√
)
= 1,93 m = 75,984 in
Universitas Sumatera Utara
Tinggi tangki = 2,89 m
3. Tekanan desain Faktor keamanan untuk tekanan = 15 % P desain = 1,15 x 14,2 psi = 16,33 psi 4. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
d=
( (
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan ) ( ) (
) )
(
)
1,288 in
Daya Pengaduk (Impeller) Jenis : three blades propeller Kecepatan putaran (N) = 60 rpm = 1 rps Efisiensi motor = 80 % Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : Da : Dt = 1 : 3 W : Da = 1 : 8 (Geankoplis, C : Dt = 1 : 3 4 Baffle : Dt / J = 10 dimana : Da = diameter pengaduk
(Geankoplis, 1997) 1997) (Geankoplis, 1997) (Geankoplis, 1997)
Universitas Sumatera Utara
Dt W C
= diameter mixer = lebar daun pengaduk = jarak pengaduk dari dasar mixer
Jadi: Diameter pengaduk (Da) = 1/3 Dt = 1/3 1,93 m = 0,64 m
Lebar daun pengaduk (W) = 1/8 Da = 1/8 0,64 m = 0,0804 m
Tinggi pengaduk dari dasar (C) = 1/3 Dt = 1/3 1,93 m = 0,64 m
Lebar baffle (J) = 1/10 Dt = 1/10 1,93 m = 0,193 m
Da 2 N
0,64 2 1 1550 = 13309,85 0,0477 Dari Gambar 3.4-4 (Geankoplis, 1997), untuk pengaduk jenis three blades Bilangan Reynold (NRe) =
=
propeller, diperoleh Np = 0,9 Maka,
P Np N 3 Da 5
C.5.
(Geankoplis, 1993)
= 0,9 x 1550 x 13 x 0,645 = 149,78 J/s = 0,2 hp Daya motor (Pm) = P / 0,8 = 0,2 / 0,8 = 0,25 hp Pompa Tangki Pelarutan NaOH (P-102) Fungsi
: mengalirkan larutan NaOH 50% ke tangki penetralan
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Laju alir massa
: 15,227 kg/jam = 0,009315 lbm / detik
Densitas bahan dalam tangki : 1550 kg/m3 = 99,863 lbm/ft3 (Wikipedia, 2012) Viskositas cairan
: 47,7 cP = 115,39 lbm / ft. jam = 0,0477 Pa . s (Anonim, 2004)
Laju alir volumetrik : Q =
15,227 F = = 0,009824 m3/jam 1550
= 0,0000027 m3/detik = 0,0000211 ft3/detik Perencanaan pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh :
Universitas Sumatera Utara
Daya pompa, P = Ws Q ρ = 111,514 0,0000027 1550 = 0,4666 J/s = 0,004666 kW = 0,0006 hp Efisiensi pompa 80%, maka : P = 0,0006 hp / 0,8 = 0,00078 hp Dipilih pompa dengan daya 0,05 hp C.6.
Tangki Penetralan (M-102) Fungsi
: Menetralkan limbah cair tahu dengan larutan NaOH
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni Grade S
Jumlah
: 1 unit
Waktu tinggal
: 1 jam
Data Perhitungan Kondisi operasi
: P = 1 atm T = 300C
= 14,2 psi = 303 K
Kebutuhan operasi
: t
= 1 jam
Laju alir massa
: F
= 10815,227 kg/jam
Densitas bahan dalam tangki : ρ
= 1000,77 kg/m3 (Wikipedia, 2012)
Viskositas bahan dalam tangki μ
=0,94cP=0,00094Pa.s(Wikipeida, 2012)
Perhitungan ukuran tangki 1. Volume tangki V total = Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki , Vt = 1,2 x 10,807 = 12,968 m3 2. Ukuran tangki Direncanakan tangki beralaskan datar dan tutup datar Tinggi silinder : Diameter (Hs : D) = 3 : 2 Sehingga : (
)
Universitas Sumatera Utara
√
√
= 2,22 m = 87,59 in
Tinggi tangki = 3,33 m
3. Tekanan desain Faktor keamanan untuk tekanan = 15 % P desain = 1,15 x 14,2 psi = 16,33 psi 4. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
d=
( (
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan ) ( ) (
) )
(
)
1,294 in
Daya Pengaduk (Impeller) Jenis : three blades propeller Kecepatan putaran (N) = 60 rpm = 1 rps Efisiensi motor = 80 % Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : Da : Dt = 1 : 3
(Geankoplis, 1997)
Universitas Sumatera Utara
W : Da = 1 : 8 (Geankoplis,
1997)
C : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 1997) 4 Baffle : Dt / J = 10 (Geankoplis, 1997) dimana : Da = diameter pengaduk Dt = diameter mixer W = lebar daun pengaduk C = jarak pengaduk dari dasar mixer Jadi: Diameter pengaduk (Da) = 1/3 Dt = 1/3 2,22 m = 0,74 m
Lebar daun pengaduk (W) = 1/8 Da = 1/8 0,74 m = 0,0925 m
Tinggi pengaduk dari dasar (C) = 1/3 Dt = 1/3 2,22 m = 0,74m
Lebar baffle (J) = 1/10 Dt = 1/10 2,22 m = 0,222 m
Da 2 N
0,74 2 1 1000,77 = 58300,17 0,0094 Dari Gambar 3.4-4 (Geankoplis, 1997), untuk pengaduk jenis three blades
Bilangan Reynold (NRe) =
=
propeller, diperoleh Np = 0,9 Maka,
P Np N 3 Da 5
(Geankoplis, 1993)
= 0,9 x 1000,77 x 13 x 0,745 = 199,864 J/s = 0,26 hp Daya motor (Pm) = P / 0,8 = 0,26 / 0,8 = 0,32 hp Digunakan daya motor = 0,5 hp C.7. Pompa Tangki Penetralan (P-103) Fungsi
: mengalirkan limbah cair tahu ke fermentor
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Laju alir massa
: 10815,227 kg/jam = 6,61613 lbm / detik
Densitas
: 1000,77 kg/m3 = 64,477 lbm / ft3
Viskositas cairan
: 0,94 cP = 2,264 lbm / ft. jam = 0,00094 Pa . s
Laju alir volumetrik : Q =
10815,227 F = = 10,8069 m3/jam 1000,77
= 0,003 m3/detik = 0,0232 ft3/detik
Universitas Sumatera Utara
Perencanaan pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Daya pompa, P = Ws Q ρ = 111,839 0,003 1000,77 = 334,424 J/s = 0,334424 kW = 0,4483 hp Efisiensi pompa 80%, maka : P = 0,4498 hp / 0,8 = 0,5604 hp Dipilih pompa dengan daya 0,75 hp C.8.
Tangki Penyimpanan H3PO4 (V-102) Fungsi
: Menyimpan larutan H3PO4 selama 30 hari
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni Grade S
Jumlah
: 1 unit
Waktu tinggal
: 30 hari
Data Perhitungan Kondisi operasi
: P = 1 atm T = 300C
= 14,2 psi = 303 K
Kebutuhan operasi
: t
= 30 hari
Laju alir massa
: F
= 1542,857 kg/jam
Densitas bahan dalam tangki : ρ
= 1885 kg/m3 (Wikipedia, 2012)
Perhitungan ukuran tangki 1. Volume tangki V total = Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki , Vt = 1,2 x 589,314 = 707,176 m3 2. Ukuran tangki Direncanakan tangki beralaskan datar dan tutup datar Tinggi silinder : Diameter (Hs : D) = 3 : 2 Sehingga :
Universitas Sumatera Utara
(
√
√
)
= 7,93 m = 313,25 in
Tinggi tangki = 11,89 m
3. Tekanan desain Faktor keamanan untuk tekanan = 15 % P desain = 1,15 x 14,2 psi = 16,33 psi 4. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
d= C.9.
( (
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan ) ( ) (
) )
(
)
1,41 in
Pompa Tangki Penyimpanan H3PO4 (P-104) Fungsi
: mengalirkan larutan H3PO4 ke fermentor
Jenis
: pompa sentrifugal
Universitas Sumatera Utara
Jumlah
: 1 unit
Laju alir massa
: 1542,857 kg/jam = 0,943 lbm / detik
Densitas bahan dalam tangki: 1885 kg/m3 =121,445 lbm/ft3 (Wikipedia, 2012) Viskositas cairan
: 2,4 cP = 5,7804 lbm / ft. jam = 0,0024 Pa . s
Laju alir volumetrik : Q =
1542,857 F = = 0,818 m3/jam 1885
= 0,00022 m3/detik = 0,0017 ft3/detik Perencanaan pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Daya pompa, P = Ws Q ρ = 119,994 0,00022 1885 = 49,76 J/s = 0,04976 kW = 6,39 hp Efisiensi pompa 80%, maka : P = 6,39 hp / 0,8 = 7,99 hp Dipilih pompa dengan daya 8 hp C.10. Tangki Penyimpanan PHP (V-103) Fungsi
: Menyimpan larutan PHP selama 30 hari
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni Grade S
Jumlah
: 1 unit
Waktu tinggal
: 30 hari
Data Perhitungan Kondisi operasi
: P = 1 atm T = 300C
= 14,2 psi = 303 K
Kebutuhan operasi
: t
= 30 hari
Laju alir massa
: F
= 1080 kg/jam
Densitas bahan dalam tangki : ρ
= 1636 kg/m3 (Wikipedia, 2012)
Perhitungan ukuran tangki 1. Volume tangki V total =
Universitas Sumatera Utara
Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki , Vt = 1,2 x 475,305 = 570,366 m3 2. Ukuran tangki Direncanakan tangki beralaskan datar dan tutup datar Tinggi silinder : Diameter (Hs : D) = 3 : 2 Sehingga : (
√
√
)
= 7,85 m = 310,22 in
Tinggi tangki = 11,78 m
3. Tekanan desain Faktor keamanan untuk tekanan = 15 % P desain = 1,15 x 14,2 psi = 16,33 psi 4. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
Universitas Sumatera Utara
d=
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan
(
) (
(
)
) (
)
(
)
1,38 in
C.11. Pompa Tangki Penyimpanan PHP (P-105) Fungsi
: mengalirkan larutan PHP ke fermentor
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Laju alir massa
: 1080 kg/jam = 0,66 lbm / detik
Densitas bahan dalam tangki: 1636 kg/m3 =105,402 lbm/ft3 (Wikipedia, 2012) Viskositas cairan
:9,4cP=22,639lbm/ft.jam=0,0094Pa.s(Wikipedia, 2012)
Laju alir volumetrik : Q =
1080 F = = 0,66 m3/jam 1636
= 0,00018 m3/detik = 0,0141 ft3/detik Perencanaan pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Daya pompa, P = Ws Q ρ = 120,127 0,00018 1636 = 35,37 J/s = 0,03537 kW = 4,52 hp Efisiensi pompa 80%, maka : P = 4,52 hp / 0,8 = 5,67 hp Dipilih pompa dengan daya 5,75 hp C.12. Tangki Penyimpanan Antifoam (V-104) Fungsi
: Menyimpan larutan antifoam selama 30 hari
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni Grade S
Jumlah
: 1 unit
Waktu tinggal
: 30 hari
Data Perhitungan Kondisi operasi
: P = 1 atm T = 300C
= 14,2 psi = 303 K
Universitas Sumatera Utara
Kebutuhan operasi
: t
= 30 hari
Laju alir massa
: F
= 0,108 kg/jam
Densitas bahan dalam tangki : ρ
= 961 kg/m3 (Wikipedia, 2012)
Perhitungan ukuran tangki 1. Volume tangki V total = Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki , Vt = 1,2 x 0,081 = 0,097 m3 2. Ukuran tangki Direncanakan tangki beralaskan datar dan tutup datar Tinggi silinder : Diameter (Hs : D) = 3 : 2 Sehingga : (
√
√
)
= 0,43 m = 17,19 in
Tinggi tangki = 0,64 m
3. Tekanan desain Faktor keamanan untuk tekanan = 15 % P desain = 1,15 x 14,2 psi = 16,33 psi 4. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
: 0,125 in/tahun
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
Universitas Sumatera Utara
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
d=
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan
(
) (
(
)
) (
)
(
)
1,26 in
C.13. Pompa Tangki Penyimpanan Antifoam (P-106) Fungsi
: mengalirkan antifoam ke fermentor
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Laju alir massa
: 0,108 kg/jam = 0,066 lbm / detik
Densitas
: 961 kg/m3 = 61,914 lbm / ft3
Viskositas cairan
: 650 cP = 1565,46 lbm / ft. jam = 0,65 Pa . s
Laju alir volumetrik : Q =
0,108 F = = 0,00011 m3/jam 961
= 0,000000031 m3/detik = 0,0000024 ft3/detik Perencanaan pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Daya pompa, P = Ws Q ρ = 115,204 0,000000031 961 = 0,0034 J/s = 0,0000034 kW = 0,0004 hp Efisiensi pompa 80%, maka : P = 0,0004 hp / 0,8 = 0,0005 hp Dipilih pompa dengan daya 0,1 hp C.14. Fermentor (R-101) Fungsi
: Tempat berlangsungnya reaksi fermentasi
Jenis
: Tangki berpengaduk
Universitas Sumatera Utara
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni Grade S
Jumlah
: 15 unit
Waktu tinggal
: 15 hari
Data Perhitungan Kondisi operasi
: P = 1 atm T = 300C
= 14,2 psi = 303 K
Kebutuhan operasi
: t
= 15 hari
Laju alir massa
: F
= 13438,193 kg/jam = 1153,34 kg/m3 (Wikipedia, 2012)
Densitas bahan dalam tangki : ρ : μ
Viskositas bahan
= 1,79 cP = 0,00179 Pa . s
Perhitungan ukuran tangki 1. Volume tangki V total = Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki , Vt = 1,2 x 4194,556 = 5033,467 m3 Volume 1 tangki, Vt
= 5033,467 / 15 = 335,564 m3
2. Ukuran tangki Direncanakan tangki beralaskan datar dan tutup atas ellipsoidal dengan perbandingan : Tinggi silinder : Diameter (Hs : D) = 10 : 3 Tinggi head : Diameter (Hh : D) = 1 : 6 Sehingga : (
)
(
)
=
Universitas Sumatera Utara
√
√
= 4,98 m = 196,378 in
Tinggi tangki = Hs + Hh = (16,6 + 0,83) m = 17,43 m
3. Tekanan desain Faktor keamanan untuk tekanan = 15 % P desain = 1,15 x 14,2 psi = 16,33 psi 4. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
d=
( (
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan ) (
)
) (
(
)
)
1,35 in
5. Tebal dinding tangki (bagian head) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
: 0,125 in/tahun
Universitas Sumatera Utara
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
d=
(
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan ) (
(
)
) (
)
(
)
1,3 in
Daya Pengaduk (Impeller) Jenis : three blades propeller Kecepatan putaran (N) = 60 rpm = 1 rps Efisiensi motor = 80 % Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : Da : Dt = 1 : 3 W : Da = 1 : 8 (Geankoplis,
(Geankoplis, 1997) 1997)
C : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 1997) 4 Baffle : Dt / J = 10 (Geankoplis, 1997) dimana : Da = diameter pengaduk Dt = diameter mixer W = lebar daun pengaduk C = jarak pengaduk dari dasar mixer Jadi: Diameter pengaduk (Da) = 1/3 Dt = 1/3 4,98 m = 1,66 m
Lebar daun pengaduk (W) = 1/8 Da = 1/8 1,66 m = 0,2075 m
Tinggi pengaduk dari dasar (C) = 1/3 Dt = 1/3 4,98 m = 1,66 m
Lebar baffle (J) = 1/10 Dt = 1/10 4,98 m = 0,498 m Bilangan Reynold (NRe) =
Da 2 N
=
1,66 2 1 1153,34 = 1775499,27 0,00179
Universitas Sumatera Utara
Dari Gambar 3.4-4 (Geankoplis, 1997), untuk pengaduk jenis three blades propeller, diperoleh Np = 0,8 Maka,
P Np N 3 Da 5
(Geankoplis, 1993)
= 0,8 x 1153,34 x 13 x 1,665 = 11630,216 J/s = 15,11 hp Daya motor (Pm) = P / 0,8 = 15,11 / 0,8 = 18,89 hp Digunakan daya motor = 20 hp C.15. Tangki Akumulasi Gas Bio (F-101) Fungsi
: Tempat penyimpanan gas bio
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni Grade S
Jumlah
: 1 unit
Waktu tinggal
: 1 hari
Data Perhitungan Kondisi operasi
: P = 1 atm 0
T = 30 C
= 14,2 psi = 303 K
Kebutuhan operasi
: t
= 1 hari
Laju alir massa
: F
= 8062,915 kg/jam
Densitas bahan dalam tangki : ρ
= 394,151 kg/m3 (Wikipedia, 2012)
Perhitungan ukuran tangki 1. Volume tangki V total = Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki , Vt = 1,2 x 490,95 = 589,14 m3 2. Ukuran tangki Direncanakan tangki beralaskan datar dan tutup atas ellipsoidal dengan perbandingan : Tinggi silinder : Diameter (Hs : D) = 10 : 3
Universitas Sumatera Utara
Tinggi head : Diameter (Hh : D) = 1 : 6 Sehingga : (
)
(
)
=
√
√
= 6,01 m = 237,28 in
Tinggi tangki = Hs + Hh = (20,03 + 1,00) m = 21,03 m
3. Tekanan desain Faktor keamanan untuk tekanan = 15 % P desain = 1,15 x 14,2 psi = 16,33 psi 4. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
Universitas Sumatera Utara
d=
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan
(
) (
(
)
) (
(
)
)
1,37 in
5. Tebal dinding tangki (bagian head) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
d=
( (
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan ) ( ) (
) )
(
)
1,31 in
C.16. Centrifuge Decanter (D-101) Fungsi
: Memisahkan ampas cair dan ampas padat
Bentuk
: Silinder horizontal dengan alas dan tutup datar
Jenis
: solid bowl centrifuge (decanter centrifuges)
Bahan konstruksi
: Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni Grade S
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi
: T = 300C ; P = 1 atm
Waktu tinggal
: 1 jam
Laju alir massa
: 5375,277 kg / jam
Universitas Sumatera Utara
Densitas campuran
:
Densitas fasa padatan
: 1842,328 kg/m3 (Wikipedia, 2012)
Densitas fasa cairan
: 1141,980 kg/m3 (Wikipedia, 2012)
Perhitungan ukuran tangki 1. Volume tangki Vt = (
) m3
= 4,205 m3 (Faktor kelonggaran = 20 %) = 1,2 x 4,205 m3 = 5,047 m3 2. Ukuran tangki Direncanakan tangki beralaskan datar dan tutup datar dengan perbandingan : Panjang silinder : Diameter (L : D) = 3 : 1 Sehingga : (
)
=
√
√
= 1,06 m = 48,39 in
Panjang silinder = 3,18 m
3. Tekanan desain Faktor keamanan untuk tekanan = 15 % P desain = 1,15 x 14,2 psi = 16,33 psi 4. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
: 0,125 in/tahun
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
Universitas Sumatera Utara
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
d=
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan
(
) (
(
)
) (
)
(
)
1,27 in
Spesifikasi dan Daya Centrifuge Decanter Berdasarkan spesifikasi dari Tabel 18-12 (Perry, 1999), untuk umpan masuk padatan 0,5 – 1,5 ton / jam dan umpan masuk cairan 20 – 75 galon / menit, diperoleh spesifikasi :
Tipe
:
Hellical conveyor
Bowl diameter
:
14 in
Kecepatan
:
4000 rpm
Daya motor
:
20 hp
C.17. Bucket Elevator (C-201) Fungsi
: Mengangkut pupuk padat ke rotary drier
Jenis
: Spaced – Bucket Centrifugal – Discharge Elevator
Kondisi operasi
: T = 300C ; P = 1 atm
Laju alir massa
: 1505,078 kg / jam
Faktor kelonggaran
: 12%
Kapasitas
: 1,12 x 1505,078 = 1685,687 kg / jam
(Perry, 1999)
Untuk bucket elevator dengan kapasitas < 14000 kg/jam, spesifikasinya :
Tinggi elevator
: 25 ft = 7,62 m
Ukuran bucket
: (6 x 4 x 4¼) in
Universitas Sumatera Utara
Jarak antar bucket : 12 in = 0,305 m
Kecepatan bucket : 225 ft/menit = 68,6 m/menit = 1,143 m/s
Kecepatan putaran : 43 rpm
Lebar belt
: 7 in = 0,1778 m = 17,78 cm
(Perry, 1999) Perhitungan daya yang dibutuhkan : Dimana :
Maka :
(Peters, 2004)
P
= daya (kW)
m
= laju alir massa (kg/s)
Δ
= tinggi elevator (m)
P
= (1685,687/3600 kg/s)0,63 . 0,07 . 7,62 = 0,33 kW = 0,429 hp
Digunakan daya sebesar 0,5 hp C.18. Rotary Drier (D-201) Fungsi
: Menguapkan air yang terkandung dalam pupuk padat
Jenis
: Counter Indirect Heat Rotary Drier
Bahan
: Commercial steel
Laju alir
: 1505,078 kg/jam
Densitas
: 1842,328 kg/m3 = 114,22 lb/ft3
Menentukan Diameter Rotary Drier : Udara masuk
: 1600C
= 3200F
Udara keluar
: 1050C
= 2210F
Banyak udara yang dibutuhkan
: 973,568 kg/jam
Range kecepatan udara
: 500 lb/jam.ft2
(Perry, 1999)
Luas perpindahan panas : A = = 4,292 ft2 Diameter : D = √ = 2,338 ft
Universitas Sumatera Utara
= 0,712 m Menentukan panjang Rotary Drier : Ditentukan dengan persamaan Dimana
:
Lt
= panjang drier
Q
= panas yang dipindahkan
D
= diameter rotary drier
G
= kecepatan udara
ΔT
= perbedaan suhu
Maka :
(
)
= 2,7489 ft = 0,837 m
Menentukan waktu transportasi : Hold – up
= 3%
Volume total = = = 11,795 ft3 Maka, hold – up
= 1,3 x 11,795 ft3 = 12,14885 ft3
Laju umpan masuk
= 1505,078 kg / jam = 3318,125 lb / jam
Waktu transportasi
= = 0,418 jam
Menghitung putaran rotary dryer : Dihitung dengan persamaan : Dimana : v = kecepatan putaran linear = 30 – 150 ft / menit (Perry, 1999) Diambil v = 100 ft / menit
Universitas Sumatera Utara
Maka : N
= = 13,621 rpm = 25 – 35 rpm
Range : N x D
= (13,621 x 2,338) = 31,8 rpm (Memenuhi Range) Menentukan daya : Dihitung dengan persamaan : P = 0,5 D2 Maka : P
= 0,5 (2,338)2 = 2,733 hp
Diambil daya 2,75 hp C.19. Pneumatic Conveying Cooler (C-202) Fungsi
: Mendinginkan pupuk padat sebelum ke granulator
Jenis
: Pneumatic Conveying Cooler
Bahan
: Commercial steel
Laju alir (ms)
: 1104,990 kg/jam = 0,306 kg/s
Densitas bahan
: 1842,328 kg/m3 = 114,22 lb/ft3 (Wikipedia, 2012)
Panjang
: 100 m dengan 1 buah long sweep elbow 900
Diameter pipa
: 0,154 m
Laju alir udara (ma)
: 15210,698 kg / jam = 4,225 kg/s
Densitas udara
: 1,2 kg/m3
Menentukan densitas campuran : Densitas campuran : ρ = (
) (
)
= 1,286 kg/m3 Menentukan kecepatan udara dalam cooler : Tekanan masuk
: 1 atm = 101,3 kPa
Tekanan keluar
: 186 kPa
Kecepatan udara
: 73,4 m/s
Maka, kecepatan udara :
V
=
= 44,8 m/s
Menentukan daya kompresi :
Universitas Sumatera Utara
Udara masuk
: 300C = 303 K
Daya kompresi : Pc
=
(
(
) [( )
)⁄
]
= 24,43 kW Menentukan daya friksi pipa:
Fc =
Fe =
Le = 2 (20 D) = 2 (20 x 0,154) = 6,16 m
F =
Daya friksi total (Ps) = 0,401 kW + 2,01 kW = 10,376 kW = 12,787 kW
= =
(
= 0,401 kW = 2,01 kW
)(
)
= 10,376 kW
Menentukan daya friksi padatan : Ps
= (WKe + WL + Wsf + We ). ms = 2,06 kW
Menentukan daya total : Maka daya total (P)
= 2,06 kW + 12,787 kW + 24,43 kW = 39,277 kW = 50 hp
C.20. Granulator (G-201) Fungsi
: Membuat butiran granular pupuk padat selama 1 jam
Jenis
: Granulation drum
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi
: T = 300C ; P = 1 atm
Laju alir massa
: 1227,767 kg / jam
Densitas bahan dalam tangki : 1961,08 kg / m3 (Wikipedia, 2012) Faktor kelonggaran : 30% Kapasitas
(Perry, 1999)
: : 1,3 x 0,626 m3 = 0,814 m3
Untuk kapasitas di atas 10 ton / jam dan di bawah 20 ton / jam, spesifikasinya
Universitas Sumatera Utara
adalah sebagai berikut :
Diameter drum
: 7 ft
Panjang
: 14 ft = 4,27 m
Daya
: 30 hp
Kecepatan
: 9 – 15 rpm
= 2,14 m
(Perry, 1999) C.21. Screening Unit (S-201) Fungsi
: Memisahkan granular berukuran lebih besar dari 5 mm
Jenis
: Vibrating screen
Bahan konstruksi
: Stainless steel
Kondisi operasi
: T = 300C ; P = 1 atm
Laju alir massa
: 122,777 kg / jam
Densitas
: 1961,08 kg / m3
Faktor kelonggaran : 45% Kapasitas
(Perry, 1999)
: 1,45 x (122,77 / 1961,08) = 0,091 m3
Spesifikasinya adalah sebagai berikut :
Jenis screen
: Single deck
Screen size
: (3 x 6) ft = (0,91 x 1,83) m
Berat
: 1300 lb = 590 kg
Daya motor
: 2 hp
(Peters, 2004) C.22. Gudang Penyimpanan Pupuk Padat (V-201) Fungsi
: Menyimpan pupuk padat selama 7 hari
Bentuk
: Persegi empat
Bahan konstruksi
: Dinding beton dan atap seng
Jumlah
: 1 unit
Laju alir massa
: 1227,767 kg / jam = 29466,41 kg / hari
Produk kemasan
: 50 kg
Ukuran kemasan
: (70 x 40 x 30) cm
Jumlah kemasan
: 29466,41 / 50 = 590 kemasan / hari
Universitas Sumatera Utara
Faktor kelonggaran : 40% Areal bebas (jalan) : 40% Lama penyimpanan : 7 hari Perencanaan gudang : Panjang isi
: 70 cm
Panjang total
: 0,7 m x 7 (jumlah baris) = 4,9 m
Panjang gudang
: (1 + 0,4 + 0,4) x 4,9 x 7 = 61,74 m
Lebar isi
: 40 cm
Lebar total
: 0,4 m x 10 (jumlah baris) = 4 m
Lebar gudang
: (1 + 0,4 + 0,4) x 4 x 7 = 50,4 m
Tinggi isi
: 30 cm
Tinggi total
: 0,3 m x 5 (jumlah baris) = 1,5 m
Tinggi gudang
: 1,5 m x 7 = 10,5 m
C.23. Tangki Akumulasi Ampas Cair (V-301) Fungsi
: Menyimpan ampas cair selama 1 hari
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni Grade S
Jumlah
: 1 unit
Waktu tinggal
: 1 hari
Data Perhitungan Kondisi operasi
: P = 1 atm T = 300C
= 14,2 psi = 303 K
Kebutuhan operasi
: t
= 1 hari
Laju alir massa
: F
= 3870,199 kg/jam
Densitas bahan dalam tangki : ρ
= 1145,66 kg/m3 (Wikipedia, 2012)
Perhitungan ukuran tangki 1. Volume tangki V total = Faktor kelonggaran : 20 %
Universitas Sumatera Utara
Volume tangki , Vt = 1,2 x 3,378 = 6,081 m3 2. Ukuran tangki Direncanakan tangki beralaskan datar dan tutup datar Tinggi silinder : Diameter (Hs : D) = 3 : 2 Sehingga : (
√
√
)
= 1,73 m = 69,1 in
Tinggi tangki = 2,60 m
3. Tekanan desain Faktor keamanan untuk tekanan = 15 % P desain = 1,15 x 14,2 psi = 16,33 psi 4. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan
Universitas Sumatera Utara
d=
(
) (
(
)
) (
)
(
)
1,285 in
C.24. Pompa Tangki Akumulasi Ampas Cair (P-301) Fungsi
: mengalirkan ampas cair ke reaktor I
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Laju alir massa
: 3870,199 kg/jam = 2,367 lbm / detik
Densitas bahan
: 1145,66 kg/m3 = 71,521 lbm / ft3 (Wikipedia, 2012)
Viskositas cairan
: 1,2 cP = 2,9028 lbm / ft. jam = 0,0012 Pa . s
Laju alir volumetrik : Q =
3870,199 F = = 3,378 m3/jam 1145,66
= 0,0009 m3/detik = 0,0072 ft3/detik Perencanaan pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Daya pompa, P = Ws Q ρ = 111,188 0,0009 1145,66 = 114,645 J/s = 0,114645 kW = 0,1536 hp Efisiensi pompa 80%, maka : P = 0,1536 hp / 0,8 = 0,1921 hp Dipilih pompa dengan daya 0,25 hp C.25. Reaktor I (R-301) Fungsi
: Tempat berlangsungnya reaksi nitrifikasi tahap I
Jenis
: Tangki berpengaduk
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni Grade S
Jumlah
: 1 unit
Waktu tinggal
: 1 hari
Data Perhitungan Kondisi operasi
: P = 1 atm T = 350C
Kebutuhan operasi
: t
= 14,2 psi = 303 K
= 1 hari
Universitas Sumatera Utara
Laju alir massa
: F
= 3870,199 kg/jam = 1145,66 kg/m3
Densitas bahan dalam tangki : ρ : μ
Viskositas bahan
= 1,20 cP = 0,0012 Pa . s
Perhitungan ukuran tangki 1. Volume tangki V total = Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki , Vt = 1,2 x 81,075 = 97,29 m3 2. Ukuran tangki Direncanakan tangki beralaskan datar dan tutup atas ellipsoidal dengan perbandingan : Tinggi silinder : Diameter (Hs : D) = 10 : 3 Tinggi head : Diameter (Hh : D) = 1 : 6 Sehingga : (
)
(
)
=
√
√
= 3,30 m = 130,45 in
Tinggi tangki = Hs + Hh = (11 + 0,55) m = 11,55 m
3. Tekanan desain Faktor keamanan untuk tekanan = 15 % P desain = 1,15 x 14,2 psi = 16,33 psi 4. Tebal dinding tangki (bagian silinder)
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
d=
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan
(
) (
(
)
) (
(
)
)
1,32 in
5. Tebal dinding tangki (bagian head) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
Universitas Sumatera Utara
d=
(
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan ) (
(
)
) (
)
(
)
1,28 in
Daya Pengaduk (Impeller) Jenis : three blades propeller Kecepatan putaran (N) = 60 rpm = 1 rps Efisiensi motor = 80 % Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : Da : Dt = 1 : 3 W : Da = 1 : 8 (Geankoplis,
(Geankoplis, 1997) 1997)
C : Dt = 1 : 3 4 Baffle : Dt / J = 10 dimana : Da = diameter pengaduk Dt = diameter mixer W = lebar daun pengaduk C = jarak pengaduk dari dasar mixer Jadi: Diameter pengaduk (Da) = 1/3 Dt = 1/3 3,3 m = 1,1 m
(Geankoplis, 1997) (Geankoplis, 1997)
Lebar daun pengaduk (W) = 1/8 Da = 1/8 1,1 m = 0,1375 m
Tinggi pengaduk dari dasar (C) = 1/3 Dt = 1/3 3,3 m = 1,1 m
Lebar baffle (J) = 1/10 Dt = 1/10 3,3 m = 0,33 m
Da 2 N
1,12 1 1145,66 Bilangan Reynold (NRe) = = = 1155207,167 0,0012 Dari Gambar 3.4-4 (Geankoplis, 1997), untuk pengaduk jenis three blades propeller, diperoleh Np = 0,8 Maka,
P Np N 3 Da 5
(Geankoplis, 1993)
= 0,8 x 1145,66 x 13 x 1,15 = 1476,077 J/s = 1,992 hp Daya motor (Pm) = P / 0,8 = 1,992 / 0,8 = 2,49 hp Digunakan daya motor = 2,5 hp C.26. Pompa Reaktor I (P-302) Fungsi
: mengalirkan pupuk cair ke filter press
Universitas Sumatera Utara
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Laju alir massa
: 3898,861 kg/jam = 2,384 lbm / detik
Densitas bahan
: 1145,66 kg/m3 = 71,521 lbm / ft3 (Wikipedia, 2012)
Viskositas cairan
: 1,2 cP = 2,9028 lbm / ft. jam = 0,0012 Pa . s
Laju alir volumetrik : Q =
3898,861 F = = 3,403 m3/jam 1145,66
= 0,0009 m3/detik = 0,0072 ft3/detik Perencanaan pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Daya pompa, P = Ws Q ρ = 111,295 0,0009 1145,66 = 114,756 J/s = 0,114756 kW = 0,1572 hp Efisiensi pompa 80%, maka : P = 0,1572 hp / 0,8 = 0,1956 hp Dipilih pompa dengan daya 0,25 hp C.27. Filter Press (D-301) Fungsi
: memisahkan padatan tersuspensi dalam pupuk cair
Jenis
: plate and frame filter press
Temperatur
: 350C
Tekanan
: 1 atm
Data Perhitungan : Laju alir filtrat
: 3195,489 kg/jam
Densitas filtrat
: 1129, 23 kg/m3 = 70,42 lb/ft3 (Wikipedia, 2012)
Laju alir cake
: 703,373 kg/jam
Densitas cake
: 570,02 kg/m3 = 35,54 lb/ft3
Menentukan luas penyaringan efektif : Ditentukan dengan persamaan : Dimana :
L
( – )
(
)(
)
= tebal cake pada frame = 0,0635 m
Universitas Sumatera Utara
A
= luas penyaringan efektif
E
= porositas cake = = 0,87
ρc
= densitas cake
ρ
= densitas cairan
W
= fraksi massa cake pada frame = 0,18
V
= volume filtrat hasil penyaringan = = 2,829 m3
Direncanakan luas frame adalah 3 m2 Maka, ( – ) ( – `
)
(
)( (
) )(
)
A = 78,106 m2
Maka, jumlah plate = 78,106 m2 / 3 m2 = 26,03 unit Menghitung jumlah plate: Faktor keamanan
: 7%
Jumlah plate
: 1,07 x 26,03 = 27,85 unit : 28 unit
C.28. Pompa Filter Press (P-303) Fungsi
: mengalirkan pupuk cair ke reaktor II
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Laju alir massa
: 3195,489 kg/jam = 1,953 lbm / detik
Densitas filtrat
: 1145,66 kg/m3 = 71,521 lbm / ft3 (Wikipedia, 2012)
Viskositas cairan
: 1,2 cP = 2,9028 lbm / ft. jam = 0,0012 Pa . s
Universitas Sumatera Utara
3195,489 F = = 2,789 m3/jam 1145,66
Laju alir volumetrik : Q =
= 0,0007 m3/detik = 0,0061 ft3/detik Perencanaan pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Daya pompa, P = Ws Q ρ = 111,169 0,0007 1145,66 = 89,135 J/s = 0,089135 kW = 0,12 hp Efisiensi pompa 80%, maka : P = 0,12 hp / 0,8 = 0,15 hp Dipilih pompa dengan daya 0,25 hp C.29. Reaktor II (R-302) Fungsi
: Tempat berlangsungnya reaksi nitrifikasi tahap II
Jenis
: Tangki berpengaduk
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni Grade S
Jumlah
: 1 unit
Waktu tinggal
: 1 hari
Data Perhitungan Kondisi operasi
: P = 1 atm T = 350C
= 14,2 psi = 303 K
Kebutuhan operasi
: t
= 1 hari
Laju alir massa
: F
= 3195,489 kg/jam
Densitas bahan dalam tangki : ρ Viskositas bahan
: μ
= 1145,66 kg/m3 (Wikipedia, 2012) = 1,20 cP = 0,0012 Pa . s
Perhitungan ukuran tangki 1. Volume tangki V total = Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki , Vt = 1,2 x 66,941 = 80,32 m3
Universitas Sumatera Utara
2. Ukuran tangki Direncanakan tangki beralaskan datar dan tutup atas ellipsoidal dengan perbandingan : Tinggi silinder : Diameter (Hs : D) = 10 : 3 Tinggi head : Diameter (Hh : D) = 1 : 6 Sehingga : (
)
(
)
=
√
√
= 3,09 m = 122,42 in
Tinggi tangki = Hs + Hh = (10,3 + 0,52) m = 10,82 m
3. Tekanan desain Faktor keamanan untuk tekanan = 15 % P desain = 1,15 x 14,2 psi = 16,33 psi 4. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
d
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
Universitas Sumatera Utara
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
d=
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan
(
) (
(
)
) (
(
)
)
1,31 in
5. Tebal dinding tangki (bagian head) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
d=
(
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan ) (
(
) (
) )
(
)
1,28 in
Daya Pengaduk (Impeller) Jenis : three blades propeller Kecepatan putaran (N) = 60 rpm = 1 rps Efisiensi motor = 80 % Pengaduk didesain dengan standar sebagai berikut : Da : Dt = 1 : 3
(Geankoplis, 1997)
Universitas Sumatera Utara
W : Da = 1 : 8 (Geankoplis,
1997)
C : Dt = 1 : 3 (Geankoplis, 1997) 4 Baffle : Dt / J = 10 (Geankoplis, 1997) dimana : Da = diameter pengaduk Dt = diameter mixer W = lebar daun pengaduk C = jarak pengaduk dari dasar mixer Jadi: Diameter pengaduk (Da) = 1/3 Dt = 1/3 3,09 m = 1,03 m
Lebar daun pengaduk (W) = 1/8 Da = 1/8 1,03 m = 0,12875 m
Tinggi pengaduk dari dasar (C) = 1/3 Dt = 1/3 3,09 m = 1,03 m
Lebar baffle (J) = 1/10 Dt = 1/10 3,09 m = 0,309 m
Da 2 N
1,03 2 1 1145,66 = 1021858,912 0,0012 Dari Gambar 3.4-4 (Geankoplis, 1997), untuk pengaduk jenis three blades
Bilangan Reynold (NRe) =
=
propeller, diperoleh Np = 0,8 Maka,
P Np N 3 Da 5
(Geankoplis, 1993)
= 0,8 x 1145,66 x 13 x 1,035 = 1062,507 J/s = 3,346 hp Daya motor (Pm) = P / 0,8 = 3,346 / 0,8 = 4,183 hp Digunakan daya motor = 5 hp C.30. Pompa Reaktor II (P-304) Fungsi
: mengalirkan pupuk cair ke evaporator
Jenis
: pompa sentrifugal
Jumlah
: 1 unit
Laju alir massa
: 3204,087 kg/jam = 1,958 lbm / detik
Densitas bahan
: 1145,66 kg/m3 = 71,521 lbm / ft3 (Wikipedia, 2012)
Viskositas cairan
: 1,2 cP = 2,9028 lbm / ft. jam = 0,0012 Pa . s
Laju alir volumetrik : Q =
3204,087 F = = 2,796 m3/jam 1145,66
= 0,0007 m3/detik = 0,0061 ft3/detik
Universitas Sumatera Utara
Perencanaan pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Daya pompa, P = Ws Q ρ = 111,809 0,0007 1145,66 = 89,666 J/s = 0,089666 kW = 0,121 hp Efisiensi pompa 80%, maka : P = 0,121 hp / 0,8 = 0,1513 hp Dipilih pompa dengan daya 0,25 hp C.31. Evaporator (D-302) Fungsi
: Memekatkan konsentrasi pupuk cair
Tipe
: Falling film evaporator
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas datar dan tutup ellipsoidal
Bahan konstruksi
: Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni Grade S
Jumlah
: 1 unit
Waktu tinggal
: 1 jam
Data Perhitungan Kondisi operasi
: P = 1 atm
= 14,2 psi
T = 1050C = 378 K Kebutuhan operasi
: t
= 1 jam
Laju alir massa
: F
= 3204,087 kg/jam
Densitas bahan dalam tangki : ρ Viskositas bahan
: μ
= 1145,66 kg/m3 (Wikipedia, 2012) = 1,20 cP = 0,0012 Pa . s
Perhitungan ukuran tangki 1. Volume tangki V total = Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki , Vt = 1,2 x 2,796 = 3,356 m3 2. Ukuran tangki Direncanakan tangki beralaskan datar dan tutup atas ellipsoidal dengan perbandingan :
Universitas Sumatera Utara
Tinggi silinder : Diameter (Hs : D) = 10 : 3 Tinggi head : Diameter (Hh : D) = 1 : 6 Sehingga : (
)
(
)
=
√
√
= 1,07 m = 42,57 in
Tinggi tangki = Hs + Hh = (3,56 + 0,17) m = 3,73 m
3. Tekanan desain Faktor keamanan untuk tekanan = 15 % P desain = 1,15 x 14,2 psi = 16,33 psi 4. Tebal dinding tangki (bagian silinder) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
Universitas Sumatera Utara
CA = Corrosion allowance
d=
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan
(
) (
(
)
) (
(
)
)
1,27 in
5. Tebal dinding tangki (bagian head) Direncanakan menggunakan bahan konstruksi Low alloy steels, SA-240, 18Cr – 8Ni. Dari App. D, Brownell & Young, 1979, diperoleh data : -
Corrosion allowance (CA)
-
Allowable working stress (S) : 18750 psi
-
Efisiensi sambungan (E)
: 0,85
-
Umur alat (n) direncanakan
: 10 tahun
-
Tebal silinder (d) = Dimana:
: 0,125 in/tahun
(Peters, 2004)
d
= tebal dinding tangki bagian silinder (in)
P
= tekanan desain (psi)
R
= jari-jari dalam tangki (in) = D/2
S
= Allowable working stress
CA = Corrosion allowance
d=
( (
n
= umur alat yang direncanakan
E
= efisiensi sambungan ) ( ) (
) )
(
)
1,26 in
Spesifikasi shell and tube : Asumsi instalasi shell dan tube dari tabel 9 dan 10, hal.841-843 (Kern,1950) Shell : Diameter dalam (ID) : 25 in = 2,0833 ft Baffle space (B) : 5 in = 0,41666 ft Passes (n) :2 Tube : Diameter dalam (ID) : 0,76 in = 0,06333 ft Diameter luar (OD) : 1 in = 0,08333 ft BWG : 11 Pitch (triangular) : 11/4 in
Universitas Sumatera Utara
Passes Panjang
:4 : 9 ft
Fluida panas : Laju alir fluida masuk (W) Temperatur masuk (T1) Temperatur keluar (T2) Fluida dingin : Laju alir fluida masuk (w) Temperatur masuk (t1) Temperatur keluar (t2) Panas yang diperlukan (Q) (1) t = beda suhu sebenarnya Fluida panas T1 = 428 F T2 = 248 F
S
: : : :
= 257,028 lbm/jam = 4280F = 2480F
824,524 kg/jam = 1817,25 lbm/jam 35 0C = 95 0F 105 0C = 2210F 117429,573 kJ/jam = 111301,323 Btu/jam
Temperatur yang lebih tinggi Temperatur yang lebih
F
R
: 116,619 kg/jam : 2200C : 1200C
Keterangan
T1 – T2 = 180
LMTD
= 108,00131 in
rendah Selisih
Fluida dingin
Selisih
t2 = 221 F
t1 = 207 F
t1 = 95F
t2 = 153 F
t2 – t1 = 1260F
t2 – t1 = 54F
Δt 2 Δt1 54 77,67 F Δt 2 153 2,3 x ln 2,3 x ln 207 Δt 1
T1 T2 180 1,428 t 2 t1 126
t 2 t1 126 0,3783 T1 t1 428 - 95
Dari Gambar 18 (Kern, 1950, hal. 829), diperoleh FT = 0,97 Maka t = FT LMTD = 0,97 77,67 = 75,339 F (2) Temperatur kalorik (Tc dan tc) Tc tc
T1 T2 428 248 338 F 2 2
t1 t 2 221 95 158 F 2 2
Universitas Sumatera Utara
(3) Design overall coefficient (UD) Berdasarkan Tabel 8 (Kern,1950, hal.840) diperoleh nilai UD antara 6-60
btu/jam.ft. °F, diambil 60 btu/jam.ft. °F Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843) dengan data OD = 1 in dan BWG =11 didapatkan luas permukaan luar (a”) = 0,2618 Luas permukaan untuk perpindahan panas, A
Q 876886,423 Btu/jam 103,459 ft 2 Btu U D Δt 112,5 75,339o F jam ft 2 o F
Jumlah tube, N t A " La
103,459 ft 2 43,91 unit 9 ft 0,2618 ft 2 /ft
Fluida panas – Shell Side 4. Flow Area (as) as =
ID C 'B 29 (1,25 1) 10 = 144 PT 144 1,25
= 0,403 ft2 C’ = PT – OD
5. Mass Velocity (Gs) W 257,028 Gs = = as 0,403 = 637,78 lbm/ft2.jam 6. Bilangan Reynold (Res) 4 x( PT2 .do 2 / 4) Ds = .do 4 x(1,25 2 .12 / 4) Ds = = 0,99 in .1 Ds = 0,0825 ft μ = 0,79 cP = 1,9118 lbm/ft.jam Res= Ds Gs = 0,0825 637,78
1,9118
= 27,523 7. Dari Gambar 28 (Kern,1950,hal.838)
Fluida dingin – Tube Side 4. Flow Area (at) Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843) at’ = 0,455 in2 Nt at ' 43,91 0,455 at = = 144 n 144 4 2 = 0,034 ft 5. Mass Velocity (Gt) w 1817,25 Gt = = at 0,026 = 69894,23 lbm/ft2.jam 6. Bilangan Reynold (Ret) Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843) untuk 1 in 11 BWG Dt = 0,76 in = 0,06333 ft μ = 1,2 cP = 2,90292 lbm/ft.jam Dt x Gt 0,06333 x 69894,23 Ret = = 2,90292 = 1524,81 7. Dari Gambar 24 (Kern,1950,hal.834) diperoleh jH = 6,5 8. Pada tc = 1580F
Universitas Sumatera Utara
Pada Gambar 2 (Kern,1950,hal.804)
Res = 27,253 diperoleh jH =2,8
Cp = 3,604 btu/lbm.0F
0
8. Pada Tc = 338 F
Pada Tabel 4 (Kern,1950,hal.800)
Pada Gambar 2 (Kern,1950,hal.804)
k
0
Cp = 1,1 btu/lbm. F
Cp k
Pada Tabel 4 (Kern,1950,hal.800)
k
= 0,371 btu/jam.ft.0F
Cp k
9.
1/ 3
0,371
ho jH s Ds k ho 0,371 2,8 1,783 s 0,0825
= 22,451 btu/jam.ft.0F
11. No. of casses N + 1 = 12 L / B N + 1 = 12 . (9 / 10) = 10,8
12. Ps =
f Gs 2 Ds N 1 5,22.1010 De s s
0,0018 637,78 2 2,0833 10,8 5,22.1010 0,0825 0,999 0,992 = 0,000004 psi Pressure Drop < 2 psi Maka spesifikasi dapat diterima
0,396
1/ 3
t Dt k hio 0,396 6,5 2,978 t 0,06333
= 121,03 btu/jam.ft.0F Pressure drop 10. untuk Ret = 1524,81 Dari Gambar 26, hal. 836 diperoleh f = 0,0005 ft2/in2 Spesifik gravity (s) = 1,17 Φt = 1,1
0 ,14
= 0,992
1/ 3
= 3,604 x 2,90292
9. hio jH k Cp
Pressure drop 10. untuk Res = 27,253 Dari Gambar 29, hal. 839 diperoleh f = 0,0018 ft2/in2 Spesifik gravity (s) = 0,999 Ds = 25 in = 2,0833 ft
c w
1/ 3
= 2,978
1/ 3
= 1,1 x 1,9118 = 1,783 1/ 3 k Cp
Φs =
= 0,396 btu/jam.ft.0F
11.
Pt
f Gt 2 L n 5,22.1010 Dt s t 0,0005 69894,23 2 9 4 = 5,22.1010 0,06333 1,17 1,1 = 0,0206 psi =
12. Gt = 69894,23 lbm/ft2.jam Dari Gambar 27 hal. 837 didapatkan : v2/2g = 0,001
4n v 2 4 0,001 = 0,15 s 2g 1,17 = 0,0005 psi Pf = Pt + Pr = 0,0206 + 0,0005 = 0,00211 psi Pressure Drop < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima Pr =
Universitas Sumatera Utara
C.32. Cooler (E-302) Fungsi
: Mendinginkan pupuk cair dari evaporator
Jenis
: 1 - 4 Shell and Tube Heat Exchanger
Jumlah
: 1 unit
Asumsi instalasi shell dan tube dari tabel 9 dan 10, hal.841-843 (Kern,1950) Shell : Diameter dalam (ID) : 25 in = 2,0833 ft Baffle space (B) : 5 in = 0,41666 ft Passes (n) :2 Tube : Diameter dalam (ID) : 0,76 in = 0,06333 ft Diameter luar (OD) : 1 in = 0,08333 ft BWG : 11 Pitch (triangular) : 11/4 in Passes :4 Panjang : 9 ft = 108,00131 in Fluida panas : Laju alir fluida masuk (W) Temperatur masuk (T1) Temperatur keluar (T2) Fluida dingin : Laju alir fluida masuk (w) Temperatur masuk (t1) Temperatur keluar (t2) Panas yang diperlukan (Q) (4) t = beda suhu sebenarnya Fluida panas T1 = 221 F T2 = 86 F
: : : :
40,935 kg/jam = 89,836 lbm/jam = 77 0F 25 0C 70 0C = 1580F 117429,573 kJ/jam = 111301,323 Btu/jam
Keterangan Temperatur yang lebih tinggi
Fluida dingin
Selisih
t2 = 158 F
t1 = 63 F
t1 = 77F
t2 = 9 F
t2 – t1 = 72 F
t2 – t1 = 54F
Temperatur yang lebih rendah
T1 – T2 = 307
Selisih
F LMTD
: 3204,087 kg/jam = 7063,73 lbm/jam : 1050C = 2210F 0 : 30 C = 860F
Δt 2 Δt 1 Δt 2,3 x ln 2 Δt 1
63 14,07 F 9 2,3 x ln 63
Universitas Sumatera Utara
R S
T1 T2 307 4,264 t 2 t1 72
t 2 t1 17,64 0,1225 T1 t 1 221 - 77
Dari Gambar 18 (Kern, 1950, hal. 829), diperoleh FT = 0,9 Maka t = FT LMTD = 0,9 14,07 = 12,663 F (5) Temperatur kalorik (Tc dan tc) Tc
T1 T2 221 86 153,5 F 2 2
tc
t 1 t 2 77 158 117,5 F 2 2
(6) Design overall coefficient (UD) Berdasarkan Tabel 8 (Kern,1950, hal.840) diperoleh nilai UD antara
75-
150 btu/jam.ft. °F, diambil 112,5 btu/jam.ft. °F Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843) dengan data OD = 1 in dan BWG =11 didapatkan luas permukaan luar (a”) = 0,2618 Luas permukaan untuk perpindahan panas, A
Q U D Δt
111301,323 Btu/jam 78,128 ft 2 Btu 112,5 12,663 o F 2 o jam ft F
Jumlah tube, N t
78,128 ft 2 A 33,158 buah L a " 9 ft 0,2618 ft 2 /ft
Fluida panas – Shell Side 4. Flow Area (as) as =
ID C 'B 29 (1,25 1) 10 = 144 PT 144 1,25
= 0,403 ft2 C’ = PT – OD 5. Mass Velocity (Gs) W 7063,73 Gs = = as 0,403
Fluida dingin – Tube Side 4. Flow Area (at) Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843) at’ = 0,455 in2 Nt at ' 33,158 0,455 at = = 144 n 144 4 = 0,026 ft2 5. Mass Velocity (Gt) w 89,836 Gt = = at 0,026 = 3447,538 lbm/ft2.jam
Universitas Sumatera Utara
= 17527,866 lbm/ft2.jam 6. Bilangan Reynold (Res) 4 x( PT2 .do 2 / 4) Ds = .do 4 x(1,25 2 .12 / 4) Ds = = 0,99 in .1 Ds = 0,0825 ft μ = 1,2 cP = 2,90292 lbm/ft.jam Res= Ds Gs = 0,082517527,866
6. Bilangan Reynold (Ret) Dari Tabel 10 (Kern,1950,hal.843) untuk 1 in 11 BWG Dt = 0,76 in = 0,06333 ft μ = 0,79 cP = 1,9118 lbm/ft.jam Dt x Gt 0,06333 x 3447,538 Ret = = 1,9118 = 114,202
2,90292
= 498,135 7. Dari Gambar 28 (Kern,1950,hal.838) Res = 498,135 diperoleh jH =11
7. Dari Gambar 24 (Kern,1950,hal.834) diperoleh jH = 3
8. Pada Tc = 153,5 0F Cp = 3,604 btu/lb.0F k = 0,396 btu/jam.ft.0F
8. Pada tc = 117,5 0F
Cp k
1/ 3
Pada Gambar 2 (Kern,1950,hal.804)
Cp = 1,1 btu/lbm.0F
= 3,604 x 2,90292
1/ 3
Pada Tabel 4 (Kern,1950,hal.800)
k
0,396
= 0,371 btu/jam.ft.0F
Cp k
= 2,978
1/ 3
= 1,1 1,9118
0,371
1/ 3
= 1,783 9. hio jH k Cp
ho k Cp jH s Ds k ho 0,396 11 2,978 s 0,0825
1/ 3
9.
1/ 3
t Dt k hio 0,371 3 1,783 t 0,06333
= 31,3355 btu/jam.ft.0F
0
= 157,2384 btu/jam.ft. F Pressure drop 10. untuk Ret = 114,02 Pressure drop 10. untuk Res = 498,135 Dari Gambar 29, hal. 839 diperoleh f = 0,0035 ft2/in2 Spesifik gravity (s) = 1,17 Ds = 25 in = 2,0833 ft Φs =
c w
Dari Gambar 26, hal. 836 diperoleh f = 0,0045 ft2/in2 Spesifik gravity (s) = 0,999 Φt = 1,1
0 ,14
= 0,992
11.
Pt
=
f Gt 2 L n 5,22.1010 Dt s t
11. No. of casses
Universitas Sumatera Utara
N + 1 = 12 L / B N + 1 = 12 . (9 / 10) = 10,8
f Gs 2 Ds N 1 5,22.1010 De s s 0,0035 17527,866 2 2,0833 10,8 5,22.1010 0,0825 1,17 0,992 = 0,00484 psi Pressure Drop < 2 psi Maka spesifikasi dapat diterima 12. Ps =
0,0045 3447,538 2 9 4 5,22.1010 0,06333 0,999 1,1 = 0,00058 psi 12. Gt = 3447,538 lbm/ft2.jam Dari Gambar 27 hal. 837 didapatkan : v2/2g = 0,001
4n v 2 4 0,001 Pr = = 0,15 0,999 s 2g = 0,0006 psi Pf = Pt + Pr = 0,00058 + 0,0006 = 0,00118 psi Pressure Drop < 10 psi Maka spesifikasi dapat diterima
C.33. Gudang Penyimpanan Pupuk Cair (V-302) Fungsi
: Menyimpan pupuk cair selama 7 hari
Bentuk
: Persegi empat
Bahan konstruksi
: Dinding beton dan atap seng
Jumlah
: 1 unit
Laju alir massa
: 824,524 kg / jam = 19788,576 kg / hari
Jumlah botol
: 19788,576 / 0,5 = 40000 botol
Ukuran kotak
: (70 x 40 x 30) cm
Jumlah kotak
: 40000 / 20 = 2000 kotak / hari
Faktor kelonggaran : 40% Areal bebas (jalan) : 40% Lama penyimpanan : 7 hari Perencanaan gudang : Panjang isi
: 70 cm
Panjang total
: 0,7 m x 7 (jumlah baris) = 4,9 m
Panjang gudang
: (1 + 0,4 + 0,4) x 4,9 x 7 = 61,74 m
Lebar isi
: 40 cm
Lebar total
: 0,4 m x 10 (jumlah baris) = 4 m
Universitas Sumatera Utara
Lebar gudang
: (1 + 0,4 + 0,4) x 4 x 7 = 50,4 m
Tinggi isi
: 30 cm
Tinggi total
: 0,3 m x 5 (jumlah baris) = 1,5 m
Tinggi gudang
: 1,5 m x 7 = 10,5 m
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN D PERHITUNGAN SPESIFIKASI PERALATAN UTILITAS
LD.1 Screening (SC) Fungsi
: Menyaring partikel-partikel padat yang besar.
Jenis
: Bar screen
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Stainless steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3
Laju alir massa (F)
= 1153,309 kg/jam
Laju alir volumetrik (Q) =
(Geankoplis, 1997)
1153,309 kg/jam = 0,0003215 m3/s 996,24 kg/m 3 x 3600 s/jam
Dari Tabel 5.1 Physical Chemical Treatment of Water and Wastewater (Arcadio, 2003) Ukuran bar : lebar bar = 5 mm ; tebal bar = 20 mm ; bar clear spacing = 20 mm ; slope = 30o Direncanakan ukuran screening: Panjang screen = 2 m
;
Lebar screen = 2 m
Misalkan, jumlah bar = x Maka,
20x + 20 (x + 1) = 2000 40x = 1980 x = 49,5 50 unit (Jumlah bar yang diperlukan)
Luas bukaan (A2) = 20(50 + 1) (2000) = 2040000 mm2 = 2,04 m2 Untuk pemurnian air sungai menggunakan bar screen, diperkirakan Cd = 0,6 dan 30 % screen tersumbat.
Universitas Sumatera Utara
Head loss (h) =
Q2 2
2 g Cd A 2
2
(0,0003215) 2 2 (9,8) (0,6) 2 (2,04) 2
= 3,5215.10-9 m dari air = 0,0000035215 mm dari air 2m
LD-1 20 mm 2m
20 mm
Gambar LD.1 Sketsa Sebagian Bar Screen (dilihat dari atas)
LD.2 Pompa Screening (P-01) Fungsi
: Memompa air dari sungai ke water reservoir (V-01)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,1939 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,836 cP = 0,000562 lbm/ft s
(Geankoplis, 1997) (Geankoplis, 1997)
Laju alir massa (F) = 1153,309 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) =
1153,309 kg/jam = 0,0003215 m3/s 3 996,24 kg/m x 3600 s/jam = 0,0113532 ft3/s
Desain pompa :
untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, 2004)
Universitas Sumatera Utara
= 0,363 (0,0003215 m3/s)0,45 (996,24 kg/m3)0,13 = 0,0238 m = 0,9399 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis,1997, dipilih pipa dengan spesifikasi :
Ukuran nominal
: 1 in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 1,049 in = 0,08738 ft
Diameter Luar (OD)
: 1.315 in = 0,10953 ft
Luas penampang dalam (A) : 0,006 ft2 Kecepatan linier, v =
Q 0,0113532 ft 3 /s = = 1,8922 ft/s A 0,006 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
=
ρ vD
(Peters, 2004)
(62,1939 lbm/ft 3 )(1,8922 ft/s)(0,08738 ft ) 0,000562 lbm/ft s
= 18297,449 (aliran turbulen) Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,000046 ; /D = 0,00011, pada NRe = 18297,449 diperoleh harga faktor fanning f = 0,0045 (Geankoplis, 1997). Friction loss :
A v2 1,8922 2 1 sharp edge entrance hc = 0,55 1 2 = 0,55 (1 0) 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,0306 ft lbf/lbm 2 elbow 90°
2 hf = n.Kf. v = 2(0,75)
2 gc
1 gate valve
hf = n Kf
1,8922 2 = 0,08346 ft lbf/lbm 2(1)(32,174)
1,8922 2 v2 = 1(0,17) = 0,00945 ft lbf/lbm 2 gc 2(1)(32,174)
Universitas Sumatera Utara
40,026. 1,8922 L v 2 = 4(0,0045) D 2 gc 0,08738232,174 2
Pipa lurus 40,026 ft
Ff = 4f
= 0,45877 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
A v2 1,8922 2 2 = n 1 1 = 1 1 0 2(1)(32,174) A2 2 gc = 0,05564 ft lbf/lbm
Total friction loss
F = 0,63792 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Dari persamaan Bernoulli:
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 1997)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = Letak inlet ke V-01 (z2) – Titik intake H2O (z1) = 3,2 – (-7) = 10,2 m = 33,46416 ft
0
32,174 33,46416 0 0,63792 Ws 0 32,174
Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 42,6276 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
42,62760,011353262,1939 = 0,05 hp 550
Digunakan daya motor standar 0,1 hp LD.3
Water Reservoir (V-01)
Fungsi Jumlah
: Tempat penampungan air sementara : 1 unit
Bahan kontruksi
: Beton kedap air
Kondisi operasi :
Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,1939 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
Laju alir massa (F) = 1153,309 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) =
1153,309 kg/jam = 27,783 m3/hari 3 996,24 kg/m x 1 hari/24 jam
Universitas Sumatera Utara
Desain Perancangan : Bak dibuat persegi panjang Perhitungan ukuran bak :
(Perry, 1997)
Waktu tinggal air = 2 jam = 0,0833 hari 3
Volume air diolah = 27,783 m /hari × 0,0833 hari = 2,31439 m Bak terisi 90 maka volume bak =
3
2,31439 =2,57155 m3 0,9
Direncanakan ukuran bak sebagai berikut : panjang bak (p) = 2 × lebar bak (l)
; p = 2l
tinggi bak (t)
:t=l
= lebar bak (l)
Volume bak V = p × l × t 2,57155 m3 = 2l × l × l l = 1,087 m Jadi,
panjang bak (p) = 2,174 m lebar bak (l)
= 1,087 m
tinggi bak (t)
= 1,087 m
luas bak (A)
= 2,3639 m2
tinggi air (h)
= 0,9 (1,087) m = 0,97902 m
LD.4 Pompa Water Reservoir (P-02) Fungsi
: Memompa air dari water reservoir ke bak sedimentasi
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,1939 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,836 cP = 0,000562 lbm/ft s
(Geankoplis, 1997) (Geankoplis, 1997)
Laju alir massa (F) = 1153,309 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Laju alir volumetrik (Q) =
1153,309 kg/jam = 0,0003215 m3/s 3 996,24 kg/m x 3600 s/jam = 0,0113532 ft3/s
Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 0,02136 ft lbf/lbm
Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
0,021360,011353262,1939 = 0,00003 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/64 hp LD.5 Bak Sedimentasi (V-02) Fungsi
: untuk mengendapkan partikel-partikel padatan kecil yang tidak tersaring dan terikut dengan air.
Jumlah
:1
Jenis
: beton kedap air
Data :
Laju volumetrik air buangan
= 2,31439 m3/jam
Waktu tinggal pengendapan
= 2 jam
Volume air buangan
= 1,1571 m3
Bak terisi 90%, maka volume bak
=
= 1,2857 m3
Direncanakan ukuran bak sebagai berikut :
Panjang bak (p)
= 2 x lebar bak (l)
Lebar bak (l)
= tinggi bak (t)
Maka, volume bak (V)
=pxlxt
1,2857 = 2l x l x l l= 0,8631 m
Universitas Sumatera Utara
Jadi, spesifikasi bak sedimentasi :
Panjang bak (p)
= 1,7261 m
Lebar bak (l)
= 0,8631 m
Tinggi bak (t)
= 0,8631 m
Luas bak (A)
= 1,4896 m2
Tinggi air
= 0,9 (0,8631) = 0,7768 m
LD.6 Pompa Bak Sedimentasi (P-03) Fungsi
: Memompa air dari Bak Sedimentasi (V-01) ke Clarifier (V-04)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,1939 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
Viskositas air () = 0,836 cP = 0,000562 lbm/ft s
(Geankoplis, 1997)
Laju alir massa (F) = 1153,309 kg/jam Laju alir volumetrik (Q) =
1153,309 kg/jam = 0,0003215 m3/s 996,24 kg/m 3 x 3600 s/jam = 0,0113532 ft3/s
Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 8,49663 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
8,496630,011353262,1939 550
= 0,011 hp
Digunakan daya motor standar 0,1 hp
Universitas Sumatera Utara
LD.7 Tangki Pelarutan Alum (V-03) Fungsi
: Membuat larutan alum Al2(SO4)3
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-212, Grade B
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Tekanan
= 1,01325 bar = 1,01325 kPa
Al2(SO4)3 yang digunakan
= 25 ppm
Al2(SO4)3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Al2(SO4)3 (F)
= 0,00288 kg/jam
Densitas Al2(SO4)3 30 (ρ)
= 1363 kg/m3 = 85,090216 lbm/ft3
Viskositas Al2(SO4)3 30 (μ) = 6,72 10-4 lbm/ft s = 1 cP Kebutuhan perancangan
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
= 60 hari
Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki Vlarutan =
0,00288 kg/jam 60 hari 24 jam/hari = 0,0101 m3 0,3 1363 kg/m 3
Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,0101 m3 = 0,01217 m3 2. Diameter dan tinggi tangki Direncanakan : Tinggi tangki : diameter tangki
Hs : D = 3 : 2
Volume tangki (Vt) Vt = ¼ π D2 Hs Vt =
3 π D3 8
Universitas Sumatera Utara
3 π D3 8
0,01217 =
Maka, diameter tangki tinggi tangki
D = 0,2178 m = 8,576 in
H Ht = Hs = s D = 0,3267 m = 12,864 in D
3. Tebal shell tangki Tekanan operasi : Poperasi = 101,325 kPa Ptotal
= 101,325 kPa
Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (101,325 kPa) = 121,59 kPa Joint efficiency : E = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress : S = 17500 psia = 120658,248 kPa
(Brownell, 1959)
Faktor korosi : C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat : n = 10 tahun Tebal shell tangki :
PD nC 2SE 1,2P (121,59 kPa) (8,576 in) 10 ( 180 in ) 2(120658,248 kPa)(0,8) 1,2(121,59 kPa) 0,13 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in
(Brownell, 1959)
Perancangan Sistem Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (Geankoplis, 1997), diperoleh : Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,2178 m = 0,0726 m
E/Da = 1
; E = 0,0726 m
L/Da = 1/4
; L = 1/4 × 0,0726 m = 0,01818 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,0726 m = 0,01452 m
Universitas Sumatera Utara
J/Dt = 1/12 dimana :
; J = 1/12 × 0,2178 m = 0,01815 m
Dt = D = diameter tangki (m) Da = Diameter impeller (m) E = tinggi turbin dari dasar tangki (m) L = panjang blade pada turbin (m) W = lebar blade pada turbin (m) J = lebar baffle (m)
Kecepatan pengadukan, N = 0,5 putaran/detik Bilangan Reynold, NRe =
ρ N ( Da) 2
1363(0,5)(0,50514) 2 173.899,0248 10 -3
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan daya pengaduk menggunakan rumus:
P Np N 3 Da ρ
(Geankoplis, 1997)
Np = 5
(Geankoplis, 1997)
5
untuk NRe = 173.899,0248
P 50,5 0,50514 1363 = 28,01909 watt = 0,03757 hp 3
5
Efisiensi motor = 80 % Daya motor = 0,04697 hp Digunakan daya motor standar 1/16 hp
LD.8 Pompa Alum (P-04) Fungsi
: Memompa larutan alum dari Tangki Pelarutan Alum (V-02) ke Clarifier (V-05)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas alum ()
= 1363 kg/m3 = 85,090216 lbm/ft3
Viskositas alum (μ) = 6,72 10-4 lbm/ft s = 1 cP
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
Laju alir massa (F) = 0,00288 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Debit air/laju alir volumetrik, Q
F 2,11298.10-6 m3/s = 7,46158.10-5 ft3/s ρ
Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 12,81166 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
10,193927 7,46158.10 -5 62,1939 = 8,60116.10-5 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/64 hp LD.9 Tangki Pelarutan Soda Abu (V- 04) Fungsi
: Membuat larutan soda abu Na2CO3
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-212, Grade B
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Tekanan
= 1,01325 bar
Na2CO3 yang digunakan
= 13,5 ppm
Na2CO3 yang digunakan berupa larutan 30 ( berat) Laju massa Na2CO3 (F)
= 0,00155 kg/jam
Densitas Na2CO3 30 (ρ)
= 1327 kg/m3 = 82,8428 lbm/ft3
Viskositas Na2CO3 30 (μ)
= 3,69 10-4 lbm/ft s = 0,549 cP
Kebutuhan perancangan
= 60 hari
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki Vlarutan =
0,00155 kg/jam 60 hari 24 jam/hari = 0,0056 m3 3 0,3 1327 kg/m
Universitas Sumatera Utara
Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,0056 m3 = 0,00672 m3 2. Diameter dan tinggi tangki Direncanakan : Tinggi tangki : diameter tangki
Hs : D = 3 : 2
Volume tangki (Vt) Vt = ¼ π D2 Hs
3 π D3 8 3 0,00672 = π D 3 8 Vt =
Maka, diameter tangki tinggi tangki
D =0,1787 m = 7,0356 in
H Ht = Hs = s D = 0,26805 m = 10,5534 in D
3. Tebal shell tangki Tekanan operasi : Poperasi = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (101,325 kPa) = 121,59 kPa Joint efficiency : E = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress : S = 17500 psia = 120658,248 kPa
(Brownell, 1959)
Faktor korosi : C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat : n = 10 tahun Tebal shell tangki :
PD nC 2SE 1,2P (121,59 kPa) (7,0356 in) 10 ( 180 in ) 2(120658,248 kPa)(0,8) 1,2(121,59 kPa) 0,1294 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in
(Brownell, 1959)
Universitas Sumatera Utara
Perancangan Sistem Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (Geankoplis, 1997), diperoleh : Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,1787 m = 0,05956 m
E/Da = 1
; E = 0,05956 m
L/Da = 1/4
; L = 1/4 × 0,05956 m = 0,01489 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,05956 m = 0,01191 m
J/Dt = 1/12
; J = 1/12 × 0,1787 m = 0,01489 m
dimana :
Dt = D = diameter tangki (m) Da = Diameter impeller (m) E = tinggi turbin dari dasar tangki (m) L = panjang blade pada turbin (m) W = lebar blade pada turbin (m) J = lebar baffle (m)
Kecepatan pengadukan, N = 0,5 putaran/detik Bilangan Reynold, NRe =
ρ N ( Da) 2
1327(0,5)(0,05956) 2 23553,6956 10 -3
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan daya pengaduk menggunakan rumus:
P Np N 3 Da ρ
(Geankoplis, 1997)
Np = 5
(Geankoplis, 1997)
5
untuk NRe = 23553,6956
P 50,5 0,05956 1327 3
5
= 0,000621 hp
Efisiensi motor = 80 % Daya motor = 0,000777 hp Digunakan daya motor standar 1/16 hp LD.10 Pompa Soda Abu (P-05) Fungsi
: Memompa larutan soda abu dari Tangki Pelarutan Soda Abu (V-04) ke Clarifier (V-05)
Universitas Sumatera Utara
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas soda abu ()
= 1327 kg/m3 = 82,8423 lbm/ft3
(Perry, 1997)
-4
Viskositas soda abu (μ)
= 3,69 10 lbm/ft s = 0,549 cP
Laju alir massa (F)
= 0,00155 kg/jam
Debit air/laju alir volumetrik, Q
(Othmer, 1968)
0,00155 kg / jam F ρ 1327 kg/m 3 3600 s / jam = 3,244578.10-10 m3/s = 1,145767.10-8 ft3/s
Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 14,14460 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
14,144600,0000000182,8423 8,24683.10 6 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/64 hp LD.11 Clarifier (V-05) Fungsi
: Memisahkan endapan (flok-flok) yang terbentuk karena penambahan alum dan soda abu
Jenis
: External Solid Recirculation Clarifier
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212, Grade B Data : Laju massa air (F1)
= 1153,309 kg/jam
Laju massa Al2(SO4)3 (F2)
= 0,00288 kg/jam
Laju massa Na2CO3 (F3)
= 0,00155 kg/jam
Universitas Sumatera Utara
Laju massa total, m
= 1153,313 kg/jam = 0,32036 kg/s
Densitas Al2(SO4)3
= 2710 kg/m3
(Perry, 1999)
3
(Perry, 1999)
Densitas Na2CO3
= 2533 kg/m
Densitas air
= 996,24 kg/m3
(Geankoplis,1997)
Reaksi koagulasi : Al2(SO4)3 + 3 Na2CO3 + 3 H2O 2 Al(OH)3 + 3 Na2SO4 + 3CO2 Diameter dan tinggi clarifier Dari Metcalf, 1984, untuk clarifier tipe upflow diperoleh : Kedalaman air = 3-10 m Settling time
= 1-3 jam
Dipilih : kedalaman air (h) = 5 m, waktu pengendapan = 1 jam Diameter dan Tinggi clarifier Densitas larutan,
Volume cairan, V =
1153,313 = 996,28782 kg/m3 1153,309 0,00288 0,00155 996,24 2710 2533
1153,313 kg/jam 1 jam 1,1575 m 3 3 996,28782 kg/m
Faktor kelonggaran
= 20%
Volume clarifier
= 1,2 x 1,1576 m3 = 1,3891 m3
a.
Diameter dan tinggi clarifier
Volume silinder clarifier (Vs) = Vs =
Hs
(Brownell & Young, 1959) ½D
Perbandingan tinggi silinder dengan diameter tangki (Hs : D) =
4:3 Vs =
Volume alas clarifier kerucut (Vc)
Universitas Sumatera Utara
½D Hc
Vs =
...................................................................................... (Perry, 1999)
Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter kerucut (Hc : D) = 1:2 Vc =
............................................................................................ (Perry, 1999)
Volume clarifier (V)
V = Vs + Ve =
3πD3 8
1,3891 m3 = 1,178097 D3 D b.
= 1,05645 m = 3,466 ft
; Hs = (4/3) x D = 1,4086 m
Diameter dan tinggi kerucut
Perbandingan tinggi kerucut dengan diameter clarifier (Hh : D) = 1: 2 Diameter tutup = diameter tangki = 1,05645 m
1,05645 m = 0,52823 m 2
Tinggi tutup =
Tinggi total clarifier = 1,4086 m + 0,52823 m = 1,93683 m c.
Daya Pengaduk
Daya Clarifier P = 0,006 D2 ............................................................................... (Ulrich, 1984) Dimana : P = daya yang dibutuhkan, kW Sehingga, P = 0,006 x (1,05645)2 = 0,00669 kW = 0,00897 hp
Bila efisiensi motor = 60%, maka :
P
0,00897 hp 0,01496 hp 0,6
Maka dipilih motor dengan daya ½ hp
Universitas Sumatera Utara
LD.12 Tangki Filtrasi (V-06) Fungsi
: Menyaring endapan (flok-flok) yang masih terikut dengan air yang keluar dari Clarifier (V-05)
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-212, Grade B
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : = 30oC
Temperatur
Laju massa air (F)
= 1153,313 kg/jam = 0,0623 lbm/s
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,19389 lbm/ft3 (Geankoplis, 1997)
Tangki Filtrasi dirancang untuk penampungan 1 jam operasi. Direncanakan Volume bahan penyaring = 1/3 Volume tangki = 20
Faktor keamanan
Tangki filtrasi dirancang untuk penampungan 1/4 jam operasi. Tangki filtrasi dirancang untuk volume bahan penyaring 1/3 volume tangki Perhitungan: a. Volume tangki Volume air, Va
1153,313 kg/jam 0,25 jam = 0,2894 m3 996,24 kg/m 3
Volume tangki = 1,2 0,2894 m3 = 0,3473 m3 b. Diameter tangki
Volume silinder tangki (Vs)
Hs
½D
Universitas Sumatera Utara
Vs =
............................................................................... (Brownell, 1959)
Perbandingan tinggi silinder dengan diameter tangki (Hs : D) = 4 : 3 Vs =
Volume ellipsoidal (Ve)
½D
He
Perbandingan tinggi ellipsoidal dengan diameter tangki (He : D) = 1:4 Ve =
............................................................................................ (Perry, 1999)
Volume tangki (V)
V = Vs + 2Ve =
5πD3 12
0,3473 m3 = 1,308997 D3 D
= 0,64257 m = 25,2981 in
Hs = (4/3) x D = 0,8567 m c. Diameter ellipsoidal = diameter tangki = 0,64257 m
0,64257 m = 0,16064 m 4
Tinggi tutup =
Tinggi total tangki = 0,8567 + (2 x 0,16064 m) = 1,17798 m Tinggi penyaring = 1/4 x 1,17798 m = 0,29449 m Tinggi air dalam tangki = 3/4 x 0,29449 m = 0,22087 m d. Tebal tangki Tekanan operasi : Poperasi = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (101,325 kPa) = 121,59 kPa Joint efficiency : E = 0,8
(Brownell, 1959)
Universitas Sumatera Utara
Allowable stress : S = 17500 psia = 120658,248 kPa
(Brownell, 1959)
Faktor korosi : C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat : n = 10 tahun Tebal shell tangki :
PD nC 2SE 1,2P (121,59 kPa) (25,2981 in) 10 ( 180 in ) 2(120658,248 kPa)(0,8) 1,2(121,59 kPa) 0,002 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
(Brownell, 1959)
LD.13 Pompa Filtrasi (P-06) Fungsi
: Memompa air dari Tangki Filtrasi (V-05) ke Menara Air (V-06)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,19389 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,836 cP = 0,000562 lbm/ft s
(Geankoplis, 1997) (Geankoplis, 1997)
Laju alir massa (F) = 1153,313 kg/jam Debit air/laju alir volumetrik, Q
1153,313 kg/jam F ρ 996,24 kg/m 3 .3600 s / jam
= 0,00032 m3/s = 0,01135 ft3/s Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 30,9186 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
30,91860,0113562,19389 0,03968 hp 550
Universitas Sumatera Utara
Digunakan daya motor standar 0,1 hp LD.14 Menara Air (V-07) Fungsi
: Menampung air untuk didistribusikan
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-212, Grade B
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
Laju massa air (F) Densitas air ()
Kebutuhan perancangan
= 30oC
= 1153,313 kg/jam = 996,24 kg/m3 = 62,0670 lbm/ft3 (Geankoplis, 1997)
= 3 jam
Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki Vair =
1153,313 kg/jam 3 jam = 3,4729 m3 3 996,24 kg/m
Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki, Vt = 1,2 × 3,4729 m3 = 4,1675 m3 2. Diameter dan tinggi tangki Direncanakan : Tinggi tangki : diameter tangki Hs : D = 5 : 4 Volume tangki (Vt) Vt = ¼ π D2 Hs 5 π D3 16 5 4,1675 = π D3 16
Vt =
Maka, diameter tangki tinggi tangki
D = 2,3714 m = 93,3634 in
H Ht = Hs = s D
D = 2,9643 m
3. Tebal shell tangki Tekanan operasi :
Universitas Sumatera Utara
Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (101,325 kPa) = 121,59 kPa Joint efficiency : E = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress : S = 17500 psia = 120658,248 kPa
(Brownell, 1959)
Faktor korosi : C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat : n = 10 tahun Tebal shell tangki :
PD nC 2SE 1,2P (121,59 kPa) (93,3634) 10 ( 180 in ) 2(120658,248 kPa)(0,8) 1,2(121,59 kPa) 0,1838 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 3/8 in
(Brownell, 1959)
LD.15 Pompa Menara Air (P-07) Fungsi
: Memompa air dari Menara Air (V-07) ke Cation Exchanger (V-09), Water Cooling Tower (V-14), dan Tangki Utilitas (V-16)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,19389 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,836 cP = 0,000562 lbm/ft s
(Geankoplis, 1997) (Geankoplis, 1997)
Laju alir massa (F) = 1153,313 kg/jam Debit air/laju alir volumetrik, Q
1153,313 kg/jam F ρ 996,24 kg/m 3 .3600 s / jam
= 0,00032 m3/s = 0,00113 ft3/s
Universitas Sumatera Utara
Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 0,43243 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
0,432430,0011362,19389 0,0001 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/64 hp LD.16 Tangki Pelarutan Asam Sulfat (V-08) Fungsi
: Membuat larutan asam sulfat H2SO4
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Low-alloy steel SA-353
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Tekanan
= 1 atm
H2SO4 yang digunakan berupa larutan 5 ( berat) Laju massa H2SO4 (F)
= 0,00159 kg/jam
Densitas H2SO4 5 (ρ)
= 1028,86 kg/m3 = 66,2801 lbm/ft3
Viskositas H2SO4 5 (μ) = 3,5 cP Kebutuhan perancangan
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
= 30 hari
Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki Vlarutan =
0,00159 kg/jam 30 hari 24 jam/hari = 0,0223 m3 3 0,05 1028,86 kg/m
Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,0223 m3 = 0,0267 m3 2. Diameter dan tinggi tangki
Universitas Sumatera Utara
Direncanakan : Tinggi tangki : diameter tangki
Hs : D = 3 : 2
Volume tangki (Vt) Vt = ¼ π D2 Hs 3 π D3 8 3 0,00267 = π D 3 8
Vt =
Maka, diameter tangki tinggi tangki
D = 0,2831 m = 11,144 in
H Ht = Hs = s D = 0,4247 m D
3. Tebal shell tangki Tekanan operasi : Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (101,325 kPa) = 121,59 kPa Joint efficiency : E = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress : S = 22500 psia = 155132,0331 kPa
(Brownell, 1959)
Faktor korosi : C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat : n = 10 tahun Tebal shell tangki :
PD nC 2SE 1,2P (121,59 kPa) (11,144) 10 ( 180 in ) 2(155131,0331 kPa)(0,8) 1,2(121,59 kPa) 0,0007 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in
(Brownell, 1959)
Perancangan Sistem Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Universitas Sumatera Utara
Untuk turbin standar (Geankoplis, 1997), diperoleh : Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,2831 = 0,0943 m
E/Da = 1
; E = 0,0943 m
L/Da = 1/4
; L = 1/4 × 0,0943 = 0,0235 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,0943 = 0,0189 m
J/Dt = 1/12
; J = 1/12 × 0,2831 = 0,0236 m
dimana :
Dt = D = diameter tangki (m) Da = Diameter impeller (m) E = tinggi turbin dari dasar tangki (m) L = panjang blade pada turbin (m) W = lebar blade pada turbin (m) J = lebar baffle (m)
Kecepatan pengadukan, N = 2 putaran/detik Bilangan Reynold, NRe =
ρ N ( Da) 2
1028,86(2)(0,0943) 2 15228,13 3,5
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan daya pengaduk menggunakan rumus: P Np N 3 Da ρ
(Geankoplis, 1997)
Np = 5 untuk NRe = 15228,13
(Geankoplis, 1997)
5
P 52 0,0943 1028,86 = 0,30688 watt = 0,00041 hp 3
5
Efisiensi motor = 80 % Daya motor = 0,00051 hp Digunakan daya motor standar 1/64 hp LD.17 Pompa Asam Sulfat (P-08) Fungsi
: Memompa larutan asam sulfat dari Tangki Pelarutan Asam Sulfat (V-08) ke Cation Exchanger (V-09)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel
Universitas Sumatera Utara
Kondisi operasi : = 30oC
Temperatur
Densitas asam sulfat () = 1028,86 kg/m3 = 64,23032 lbm/ft3 Viskositas asam sulfat (μ) = 3,5 cP = 0,00235 lbm/ft s Laju alir massa (F)
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
= 0,00159 kg/jam
Debit air/laju alir volumetrik, Q
0,00159 kg / jam F ρ 64,23032 kg / m 3 .3600s / jam = 6,8762.10-9 m3/s = 2,4282.10-7 ft3/s
Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 2,91499 ft lbf/lbm
Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
2,91499 6,8762.10 -9 64,23032 5,72669.10 8 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/64 hp LD.18 Cation Exchanger (V-09) Fungsi
: Mengikat logam-logam alkali dan mengurangi kesadahan air
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212, Grade B Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
Laju massa air (F) Densitas air ()
Kebutuhan perancangan
= 30oC
= 1153,314 kg/jam = 2,1536 lbm/s = 996,24 kg/m3 = 62,0670 lbm/ft3 (Geankoplis, 1997)
= 1 jam
Universitas Sumatera Utara
Ukuran Cation Exchanger Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation
= 3 ft – 6 in = 1,0668114 m
- Luas penampang penukar kation
= 9,62 ft2
Faktor keamanan : 20 % Tinggi resin
= 2,5 ft = 0,76201 m
Tinggi silinder = 1,2 2,5 ft = 3 ft = 0,91441 m Diameter tutup = diameter tangki = 1,0668114 m = 3,5 ft = 42,00036 in Direncanakan rasio Tinggi tutup : Diameter tangki = 1 : 4 Tinggi tutup
= ¼ 1,0668114 m= 0,2667 m
Tinggi cation exchanger = 0,91441 + 2 (0,2667) = 4 ft = 1,44781 m Tebal dinding tangki Tekanan hidrostatik : P = × g × h = 996,24 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,76201 = 7,43961 kPa Tekanan operasi : Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa + 7,43961 kPa = 108,76461 kPa Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (108,76461 kPa) = 130,51753 kPa Joint efficiency : E = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress : S = 17500 psia = 120658,248 kPa
(Brownell, 1959)
Faktor korosi : C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat : n = 10 tahun Tebal shell tangki :
PD nC 2SE 1,2P (130,51753 kPa) (42,00037) 10 ( 180 in ) 2(120658,248 kPa)(0,8) 1,2(130,51753 kPa) 0,15342 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in
(Brownell, 1959)
Universitas Sumatera Utara
LD.19 Pompa Cation Exchanger (P-09) Fungsi
: Memompa air dari Cation Exchanger (V-09) ke Anion Exchanger
(V-10) Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,19389 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
Viskositas air () = 0,836 cP = 0,000562 lbm/ft s
(Geankoplis, 1997)
Laju alir massa (F) = 1153,314 kg/jam Debit air/laju alir volumetrik, Q
F 1,1576 m3/s = 0,0346 ft3/s ρ
Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 6,17207 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
6,172070,008462,19389 0,00586 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/64 hp LD.20 Tangki Pelarutan NaOH (V-10) Fungsi
: Membuat larutan natrium hidroksida (NaOH)
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212, Grade B Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Universitas Sumatera Utara
Tekanan
= 1 atm
NaOH yang digunakan berupa larutan 4 ( berat) Laju massa NaOH (F)
= 0,00235 kg/jam
Densitas NaOH 4 (ρ)
= 1039,76 kg/m3 = 94,7662 lbm/ft3
Viskositas NaOH 4 (μ)
= 0,00043 lbm/ft s = 0,64 cP
Kebutuhan perancangan
= 30 hari
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki Vlarutan =
0,00235 kg/jam 30 hari 24 jam/hari = 0,0406 m3 3 0,04 1039,76 kg/m
Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,0406 m3 = 0,04872 m3 2. Diameter dan tinggi tangki Direncanakan : Tinggi tangki : diameter tangki Hs : D = 3 : 2 Volume tangki (Vt) Vt = ¼ π D2 Hs 3 π D3 8 3 0,04872 = π D 3 8
Vt =
Maka, diameter tangki tinggi tangki
D = 0,3458 m = 13,6169 in
H Ht = Hs = s D = 0,5187 m D
3. Tebal shell tangki Tekanan operasi : Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (101,325 kPa) = 121,59 kPa Joint efficiency : E = 0,8
(Brownell, 1959)
Universitas Sumatera Utara
Allowable stress : S = 17500 psia = 120658,248 kPa Faktor korosi : C = 1/80 in
(Brownell, 1959) (Peters, 2004)
Umur alat : n = 10 tahun Tebal tangki :
PD nC 2SE 1,2P (121,59 kPa) (13,6169) 10 ( 180 in ) 2(120658,248 kPa)(0,8) 1,2(121,59 kPa) 0,14776 in
t
Tebal standar yang digunakan = 3/16 in
(Brownell, 1959)
Perancangan Sistem Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (Geankoplis, 1997), diperoleh : Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,3458 = 0,1153 m
E/Da = 1
; E = 0,1153 m
L/Da = 1/4
; L = 1/4 × 0,1153 = 0,0288 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,1153 = 0,0231 m
J/Dt = 1/12
; J = 1/12 × 0,3458 = 0,0288 m
dimana :
Dt = D = diameter tangki (m) Da = Diameter impeller (m) E = tinggi turbin dari dasar tangki (m) L = panjang blade pada turbin (m) W = lebar blade pada turbin (m) J = lebar baffle (m)
Kecepatan pengadukan, N = 0,1 putaran/detik Bilangan Reynold, NRe =
ρ N ( Da) 2
1039,76(0,1)(0,1153) 2 19628,16993 0,00064
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan daya pengaduk menggunakan rumus:
Universitas Sumatera Utara
P Np N 3 Da ρ
(Geankoplis, 1997)
Np = 5 untuk NRe = 19.628,16993
(Geankoplis, 1997)
5
P 50,4 0,1153 1039,76 = 0,02638 watt = 3,53717.10-5 hp 3
5
Efisiensi motor = 80 % Daya motor = 4,42146.10-5 hp Digunakan daya motor standar 1/64 hp LD.21 Pompa NaOH (P-10) Fungsi
: Memompa larutan NaOH dari Tangki Pelarutan NaOH (V-10) ke Anion Exchanger (V-11)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas NaOH ()
= 1039,76 kg/m3 = 64,91079 lbm/ft3
Viskositas NaOH (μ)
= 0,00043 lbm/ft s = 0,64 cP
Laju alir massa (F)
= 0,00235 kg/jam
Debit air/laju alir volumetrik, Q
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
F 2,26013.10-6 m3/s = 7,98131.10-5 ft3/s ρ
Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 0,80616 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
0,806166,06314.10-7 64,91079 5,76866.108 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/64 hp LD.22 Anion Exchanger (V-11)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi
: Mengikat anoin yang terdapat di dalam air
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212, Grade B Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : = 30oC
Temperatur
Laju massa air (F)
= 1153,314 kg/jam = 2,1536 lbm/s
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,0670 lbm/ft3 (Geankoplis, 1997)
Kebutuhan perancangan
= 1 jam
Ukuran Anion Exchanger Dari Tabel 12.4, The Nalco Water Handbook, 1988 diperoleh : - Diameter penukar kation
= 3 ft – 6 in = 1,0668114 m
- Luas penampang penukar kation
= 9,62 ft2
Faktor keamanan : 20 % Tinggi resin
= 2,5 ft = 0,76201 m
Tinggi silinder = 1,2 2,5 ft = 3 ft = 0,91441 m Diameter tutup = diameter tangki = 1,0668114 m = 3,5 ft = 42,00037 in Direncanakan rasio Tinggi tutup : Diameter tangki = 1 : 4 Tinggi tutup
= ¼ 1,0668114 m= 0,2667 m
Tinggi anion exchanger = 0,91441 + 2 (0,2667) = 4 ft = 1,44781 m Tebal dinding tangki Tekanan hidrostatik : P = × g × h = 996,24 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,76201 = 7,43961 kPa Tekanan operasi : Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa + 7,43961 kPa = 108,76461 kPa Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (108,76461 kPa) = 130,51753 kPa Joint efficiency : E = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress : S = 17500 psia = 120658,248 kPa
(Brownell, 1959)
Universitas Sumatera Utara
Faktor korosi : C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat : n = 10 tahun Tebal shell tangki :
PD nC 2SE 1,2P (130,51753 kPa) (42,00037) 10 ( 180 in ) 2(120658,248 kPa)(0,8) 1,2(130,51753 kPa) 0,15342 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 3/16 in
(Brownell, 1959)
LD.23 Pompa Anion Exchanger (P-11) Fungsi
: Memompa air dari Anion Exchanger (V-11) ke Deaerator (V-12)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,1939 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,836 cP = 0,000562 lbm/ft s
(Geankoplis, 1997) (Geankoplis, 1997)
Laju alir massa (F) = 1153,314 kg/jam Debit air/laju alir volumetrik, Q
F 0,00024 m3/s = 0,0084 ft3/s ρ
Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 290,11223 ft lbf/lbm
Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
290,112230,008462,1939 0,27554 hp 550
Universitas Sumatera Utara
Digunakan daya motor standar ½ hp LD.24 Deaerator (V-12) Fungsi
: Menghilangkan gas-gas yang terlarut di dalam air
Bentuk
: Silinder horizontal dengan tutup elipsoidal
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212, Grade B Jumlah
: 3 unit
Kondisi operasi : = 90oC
Temperatur
Laju massa air (F) Densitas air ()
Kebutuhan perancangan
= 1153,314 kg/jam / 3 unit = 384,438 kg/jam = 996,24 kg/m3
(Geankoplis, 1997)
= 24 jam
Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki Vair =
384,438 kg/jam 24 jam = 9,261 m3 3 996,24 kg/m
Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki, Vt = 1,2 × 9,261 m3 = 11,136 m3 2. Diameter dan tinggi tangki Direncanakan : Tinggi shell tangki : diameter tangki
; Hs : D = 3 : 1
Tinggi tutup tangki : diameter tangki
; Hh : D = 1 : 4
Volume shell tangki (Vs) Vs = ¼ π D2 Hs =
3 π D3 4
Volume tutup tangki (Vh) elipsoidal Vh =
3 D 24
(Brownell,1959)
Volume tangki (V)
Universitas Sumatera Utara
V = Vs + 2 Vh 11,136 =
5 π D3 6
Maka, diameter tangki
D = 1,621 m = 63,801 in
tinggi shell tangki
H Hs = s D = 4,863 m D
tinggi tutup tangki
H Hh = h D = 0,405 m D
tinggi tangki
Ht = Hs + 2 Hh = 5,673 m
3. Tebal shell tangki Tekanan operasi : Poperasi = 696,27215 kPa Ptotal = 696,27215 kPa Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (696,27215 kPa) = 835,526 kPa Joint efficiency : E = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress : S = 17500 psia = 120658,248 kPa
(Brownell, 1959)
Faktor korosi : C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat : n = 10 tahun Tebal shell tangki :
PD nC 2SE 1,2P (835,526 kPa) (98,59605) 10 ( 180 in ) 2(120658,248 kPa)(0,8) 1,2(835,526 kPa) 0,5981 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 5/8 in
(Brownell, 1959)
LD.25 Pompa Deaerator (P-12) Fungsi
: Memompa air dari Deaerator (V-12) ke Ketel Uap (V-13)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Universitas Sumatera Utara
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 64,1939 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
Viskositas air () = 0,836 cP = 0,000562 lbm/ft s
(Geankoplis, 1997)
Laju alir massa (F) = 1153,314 kg/jam Debit air/laju alir volumetrik, Q
F = 1,1576 m3/s = 0,04199 ft3/s ρ
Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 3,13224 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
3,132240,0419962,1939 0,01487 hp 550
Digunakan daya motor standar ½ hp
LD.26 Ketel Uap (V-13) Fungsi
: Menyediakan uap untuk keperluan proses
Jenis
: Ketel pipa api
Bahan konstruksi : Carbon steel Jumlah
: 1 unit
Data : H = jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 90oC menjadi 220oC = 3481,64473 – 272,50963 = 3209,1351 kJ/kg = 1379,66605 Btu/lbm Total kebutuhan uap (W) = 151,605 kg/jam = 328,855 lbm/jam Daya Ketel Uap
Universitas Sumatera Utara
W
34,5 P 970,3 H
dimana: P = daya ketel uap (hp) W = kebutuhan uap (lbm/jam) H = kalor steam (Btu/lbm)
P
328,855 1379,66605 = 387,53310 hp 34,5 970,3
Jumlah Tube Luas permukaan perpindahan panas, A = P 10 ft2/hp = 387,53310 hp 10 ft2/hp = 3875,331 ft2 Direncanakan menggunakan tube dengan spesifikasi: - Panjang tube, L = 25 ft - Diameter tube, 1 ½ in - Luas permukaan pipa, a = 0,3925 ft2/ft
(Kern, 1965)
Jumlah tube
Nt
A 3875,331 = 394,93819 395 buah ' L a 25 0,3925
LD.27 Water Cooling Tower (V-14) Fungsi
: Mendinginkan air dari temperatur 45oC menjadi 30oC
Jenis
: Mechanical draft cooling tower
Bahan konstruksi : Carbon steel Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Suhu air masuk menara (TL2)
= 45C = 113 F
Suhu air keluar menara (TL1)
= 30C = 86F
Suhu udara (TG1)
= 34 C = 93,2F
Dari Gambar 12-4 Perry, 1999, diperoleh suhu wet bulb, Tw = 143,6F. Dari kurva kelembaban, diperoleh H = 0,0325 kg uap air/kg udara kering Dari Gambar 12-4 Perry, 1999, diperoleh konsentrasi air = 2 gal/ft2menit
Universitas Sumatera Utara
Densitas air (79,32388C)
= 972,23432 kg/m3
Laju massa air pendingin
= 1153,314 kg/jam
Laju volumetrik air pendingin = 1153,314 / 972,23432 = 1,1862 m3/jam Kapasitas air, Q = 1,1862 m3/jam 264,17 gal/m3 / (60 menit/jam) = 313,3719 gal/menit Faktor keamanan : 20 % Luas menara, A = 1,2 × (kapasitas air/konsentrasi air) = 1,2 × (313,3719 gal/menit) / (5 gal/ft2 menit) = 75,209 ft2 Laju alir air tiap satuan luas (L) =
(1153,314 kg/jam).(1 jam).(3,28 08 ft)2 (75,209 ft 2 ).(3600 s).(1m 2 )
= 0,0139 kg/s m2 Perbandingan L : G direncanakan = 5 : 6 Laju alir gas tiap satuan luas (G) = 0,0167 kg/s m2 Tinggi menara : Dari Persamaan 9.3-8 Geankoplis, 1997 : Hy1 = (1,005 + 1,88 × 0,0325).103 (34 – 0) + 2,501 106 (0,0325) Hy1 = 117529,9 J/kg Dari Persamaan 10.5-2, Geankoplis, 1997 : 0.93 (Hy2 – 117529,9) = 1,12 (4,187.103).(79,32388-34) Hy2 = 289629,1462 J/kg
Universitas Sumatera Utara
1100 1000
Entalpi Hy, (J/kg).10-3
900
Garis keset imbangan
800
Garis operasi
700 600 500 400 300 200 100 0 0
5
10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 T cair (oC)
Gambar L.D.2 Grafik Entalpi dan Temperatur Cairan pada Cooling Tower (CT)
Ketinggian menara, z =
G
.
(Geankoplis, 1997)
M kG a Tabel L.D.1 Perhitungan Entalpi dalam Penentuan Tinggi Menara Pendingin Hy* 122,3 199,15 348,9676 513,4596 759,3878 911,7468
Hy 117,5299 155,5009 193,4719 231,4429 269,4138 289,6292
1/(Hy*-Hy) 0,2398 0,0224 0,0067 0,0035 0,002 0,0016
0,25
1/(hy*-hy)
0,2 0,15 0,1 0,05 0 100
150
200
250
300
hy
Universitas Sumatera Utara
Gambar L.D.3 Kurva Hy terhadap 1/(Hy*– Hy) Luas daerah di bawah kurva dari pada Gambar L.D.3 ;
Hy 2
Hy1
dHy Hy * Hy
= 5,30448
Estimasi kG.a = 6,06 10-7 kg.mol /s.m3 (Geankoplis, 1997). Tinggi menara , Z =
0,93 (5,30448) -7
= 9,83622 m 5
29 (6,06.10 )(1,013.10 ) Diambil performance menara 90 %, maka dari Gambar 12-15 Perry, 1999, diperoleh tenaga kipas 0,03 Hp/ft2. Daya menara = 0,03 Hp/ft2 414,84605 ft2 = 12,44538 hp Digunakan daya standar 15 hp LD.28 Pompa Water Cooling Tower (P-13) Fungsi
: Memompa air pendingin dari Water Cooling Tower (V-14) untuk keperluan air pendingin proses
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,1939 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,836 cP = 0,000562 lbm/ft s
(Geankoplis, 1997) (Geankoplis, 1997)
Laju alir massa (F) = 1153,314 kg/jam Debit air/laju alir volumetrik, Q
F = 1,1576 m3/s = 3,75826 ft3/s ρ
Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 139,66233 ft lbf/lbm
Universitas Sumatera Utara
Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
139,662331,157662,1939 18,28 hp 550
Digunakan daya motor standar 20 hp LD.29 Tangki Pelarutan Kaporit (V-15) Fungsi
: Membuat larutan kaporit Ca(ClO)2
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi
: Carbon steel SA-212, Grade B
Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Tekanan
= 1 atm
Ca(ClO)2 yang digunakan
= 2 ppm
Laju massa Ca(ClO)2 (F)
= 0,00303 kg/jam
Densitas Ca(ClO)2 70 (ρ)
= 1272 kg/m3 = 79,4088 lbm/ft3
Viskositas Ca(ClO)2 70 (μ) = 0,00067 lbm/ft s = 1 cP Kebutuhan perancangan
(Perry, 1997) (Othmer, 1968)
= 90 hari
Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki Vlarutan =
0,00303 kg/jam 90 hari 24 jam/hari = 0,00515 m3 3 1272 kg/m
Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki, Vt = 1,2 × 0,00515 m3 = 0,00617 m3 2. Diameter dan tinggi tangki Direncanakan : Tinggi tangki : diameter tangki Hs : D = 3 : 2 Volume tangki (Vt) Vt = ¼ π D2 Hs 3 π D3 8 3 0,00617 = π D 3 8
Vt =
Universitas Sumatera Utara
Maka, diameter tangki
D = 0,17373 m = 6,83967 in
H Ht = Hs = s D = 0,26059 m D
tinggi tangki 3. Tebal shell tangki Tinggi cairan dalam tangki, h =
0,00515 m 3 0,00617 m 3
× 0,26059 m = 0,21716 m
Tekanan hidrostatik : P = × g × h = 1272 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 0,21716 = 2,70703 kPa Tekanan operasi : Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa + 2,707 kPa = 104,03203 kPa Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (104,03203 kPa) = 124,83843 kPa Joint efficiency : E = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress : S = 17500 psia = 120658,248 kPa
(Brownell, 1959)
Faktor korosi : C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat : n = 10 tahun Tebal tangki :
PD nC 2SE 1,2P (124,83843 kPa) (6,83967 m) 10 ( 180 in ) 2(120658,248 kPa)(0,8) 1,2(124,83843 kPa) 0,12943 in
t
Tebal standar yang digunakan = 3/16 in
(Brownell, 1959)
Perancangan Sistem Pengaduk Jenis pengaduk
: flat 6 blade turbin impeller
Jumlah baffle
: 4 buah
Untuk turbin standar (Geankoplis, 1997), diperoleh : Da/Dt = 1/3
; Da = 1/3 × 0,17373 m = 0,05791 m
Universitas Sumatera Utara
E/Da = 1
; E = 0,05791 m
L/Da = 1/4
; L = 1/4 × 0,05791 m = 0,01448 m
W/Da = 1/5
; W = 1/5 × 0,05791 m = 0,01158 m
J/Dt = 1/12
; J = 1/12 × 0,17373 m = 0,01448 m
dimana :
Dt = D = diameter tangki (m) Da = Diameter impeller (m) E = tinggi turbin dari dasar tangki (m) L = panjang blade pada turbin (m) W = lebar blade pada turbin (m) J = lebar baffle (m)
Kecepatan pengadukan, N = 2,5 putaran/detik Bilangan Reynold, NRe =
ρ N ( Da)2
1272(2,5)(0,05791)2 10664,0852 10-3
NRe > 10.000, maka perhitungan dengan daya pengaduk menggunakan rumus: P Np N 3 Da ρ
(Geankoplis, 1997)
Np = 5 untuk NRe = 10664,0852
(Geankoplis, 1997)
5
P 52,5 0,05791 1276 = 0,06472 watt = 8,6787.10-5 hp 3
5
Efisiensi motor = 80 % Daya motor = 10,8484.10-5 hp Digunakan daya motor standar 1/64 hp LD.30 Pompa Kaporit (P-14) Fungsi
: Memompa larutan kaporit dari Tangki Pelarutan Kaporit (V-15) ke Tangki Utilitas (V-16)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Universitas Sumatera Utara
Densitas Ca(ClO)2 ()
= 1272 kg/m3 = 79,4092 lbm/ft3
(Perry, 1997)
Viskositas Ca(ClO)2 (μ) = 0,00067 lbm/ft s = 1 cP Laju alir massa (F)
(Othmer, 1968)
= 0,00303 kg/jam
Debit air/laju alir volumetrik, Q
F = 6,61655.10-10 m3/s = 2,33653.10-8 ft3/s ρ
Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 13,46293 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
13,462932,33653.10-8 79,40921 4,5417.108 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/64 hp
LD.31 Tangki Utilitas (V-16) Fungsi
: Menampung air untuk didistribusikan untuk kebutuhan domestik
Bentuk
: Silinder vertikal dengan alas dan tutup datar
Bahan konstruksi : Carbon steel SA-212, Grade B Jumlah
: 1 unit
Kondisi operasi : Temperatur
Laju massa air (F) Densitas air ()
Kebutuhan perancangan
= 30oC
= 1153,314 kg/jam = 996,24 kg/m3 = 62,19389 lbm/ft3 (Geankoplis, 1997)
= 24 jam
Perhitungan ukuran tangki : 1. Volume tangki
Universitas Sumatera Utara
Vair =
1153,314 kg/jam 24 jam = 25,54682 m3 3 996,24 kg/m
Faktor kelonggaran : 20 % Volume tangki, Vt = 1,2 × 25,54682 m3 = 30,65618 m3 2. Diameter dan tinggi tangki Direncanakan : Tinggi tangki : diameter tangki Hs : D = 5 : 4 Volume tangki (Vt) Vt = ¼ π D2 Hs 5 π D3 16 5 30,65618 = π D3 16
Vt =
D = 3,14953 m
Maka, diameter tangki
H Ht = Hs = s D = 3,93692 m D
tinggi tangki 3. Tebal shell tangki Tinggi cairan dalam tangki, h =
25,54682 m3 × 3,93692 m = 3,28076 m 30,65618 m3
Tekanan hidrostatik : P = × g × h = 996,24 kg/m3 × 9,8 m/det2 × 3,28076 = 32,03059 kPa Tekanan operasi : Poperasi = 1 atm = 101,325 kPa Ptotal = 101,325 kPa + 32,03059 kPa = 133,35559 kPa Faktor keamanan : 20 % Pdesign = (1,2) (133,35559 kPa) = 160,02671 kPa Joint efficiency : E = 0,8
(Brownell, 1959)
Allowable stress : S = 17500 psia = 120658,248 kPa
(Brownell, 1959)
Faktor korosi : C = 1/80 in
(Peters, 2004)
Umur alat : n = 10 tahun Tebal shell tangki :
Universitas Sumatera Utara
PD nC 2SE 1,2P (160,02671 kPa) (123,99711) 10 ( 180 in ) 2(120658,248 kPa)(0,8) 1,2(160,02671 kPa) 0,22789 in
t
Tebal shell standar yang digunakan = 1/4 in
(Brownell, 1959)
LD.32 Pompa Domestik (P-15) Fungsi
: Memompa air dari Tangki Utilitas (V-16) ke kebutuhan domestik
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,1939 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,836 cP = 0,000562 lbm/ft s
(Geankoplis, 1997) (Geankoplis, 1997)
Laju alir massa (F) = 1153,314 kg/jam Debit air/laju alir volumetrik, Q
F = 0,0081 = 0,0003 m3/s = 0,01044 ft3/s ρ
Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 57,89306 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
57,893060,0104462,1939 0,06836 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/8 hp Unit Pengolahan Limbah LD.33 Pompa Bak Penampung (PL-01)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi
: Memompa cairan limbah dari Bak Penampungan (BP) ke Bak Pengendapan Awal (BPA)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,19389 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
Viskositas air () = 0,836 cP = 0,000562 lbm/ft s
(Geankoplis, 1997)
Debit air/laju alir volumetrik, Q = 0,5062 m3/jam = 0,00011 m3/s = 0,00372 ft3/s Desain pompa :
untuk aliran turbulen NRe > 2100 Di,opt = 0,363 Q 0,45 0,13
(Peters, 2004)
= 0,363 (0,00011 m3/s)0,45 (996,24 kg/m3)0,13 = 0,01445 m = 0,56899 in Dari Tabel A.5-1 Geankoplis,1997, dipilih pipa dengan spesifikasi :
Ukuran nominal
: ½ in
Schedule number
: 40
Diameter Dalam (ID)
: 0,622 in = 0,0518 ft
Diameter Luar (OD)
: 0,84 in = 0,07 ft
Inside sectional area A
: 0,00211 ft2
Kecepatan linier, v =
Q 0,00372 ft 3 /s = = 1,7637 ft/s A 0,00211 ft 2
Bilangan Reynold : NRe =
ρ v D (62,19389 lbm/ft 3 )(1,7637 ft/s)(0,05183 ft ) = 0,000562 lbm/ft s
= 10.120,744 (aliran turbulen)
Universitas Sumatera Utara
Untuk pipa Commercial Steel diperoleh harga = 0,000046 ; /D = 0,0029, pada NRe = 10.120,744 diperoleh harga faktor fanning f = 0,009 (Geankoplis, 1997). Friction loss : 1 sharp edge entrance hc
A v2 1,763692 = 0,5 1 2 = 0,5 (1 0) 2(1)(32,174) A1 2 gc = 0,02659 ft lbf/lbm
2 elbow 90°
hf
1,763692 v2 = n.Kf. = 2(0,75) = 0,07251 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
1 check valve
hf
= n Kf
1,763692 v2 = 1(2) = 0,19336 ft lbf/lbm 2 gc 2(32,174)
18,70056. 1,76369 L v 2 = 4f = 4(0,009) D 2 gc 0,0518232,174
2
Pipa lurus 18,70056 ft Ff
= 0,63155 ft lbf/lbm 2
1 sharp edge exit
hex
2 A v2 2 1,76369 = n 1 1 = 1 1 0 2132,174 A2 2 gc
= 0,04834 ft lbf/lbm Total friction loss
F = 0,97235 ft lbf/lbm
Dari persamaan Bernoulli :
2 1 g P P 2 v 2 v1 z 2 z1 2 1 F Ws 0 2 gc gc
(Geankoplis, 1997)
dimana : v1 = v2 ; ∆v2 = 0 ; P1 = P2 ; ∆P = 0 tinggi pemompaan z = 4,2335 m = 13,88927 ft
0
32,174 13,88927 0 0,97235 Ws 0 32,174
Efisiensi pompa, = 80 %
Universitas Sumatera Utara
Wp = -Ws / = 18,57702 ft lbf/lbm
Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
18,577020,0037262,19389 0,00782 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/64 hp LD.34 Pompa Tangki Aerasi (PL-02) : Memompa cairan limbah dari Tangki Aerasi (AR) ke
Fungsi
Tangki Sedimentasi (TS) Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi
: Commercial steel
Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,19389 lbm/ft3
(Geankoplis, 1997)
Viskositas air () = 0,836 cP = 0,000562 lbm/ft s 3
(Geankoplis, 1997) 3
Debit air/laju alir volumetrik, Q = 0,5062 m /jam = 0,00011 m /s = 0,00372 ft3/s Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 9,10573 ft lbf/lbm
Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
9,105730,0001162,19389 0,00383 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/64 hp LD.35 Pompa Tangki Sedimentasi (PL-03)
Universitas Sumatera Utara
Fungsi
: Memompa air resirkulasi dari Tangki Sedimentasi (TS) ke Tangki Aerasi (AR)
Jenis
: Centrifugal pump
Jumlah
: 1 unit
Bahan konstruksi : Commercial steel Kondisi operasi : Temperatur
= 30oC
Densitas air ()
= 996,24 kg/m3 = 62,19389 lbm/ft3
Viskositas air () = 0,836 cP = 0,000562 lbm/ft s
(Geankoplis, 1997) (Geankoplis, 1997)
Debit air/laju alir volumetrik, Q = 0,5062 m3/jam + (3,59243 / 24) m3/jam = 0,52906 m3/jam = 0,00015 m3/s = 0,00474 ft3/s Desain pompa : Dengan cara yang sama, diperoleh : Efisiensi pompa, = 80 % Wp = -Ws / = 3,6670 ft lbf/lbm Daya pompa : P
Wp Q ρ 550
3,6670,0051962,19389 0,00215 hp 550
Digunakan daya motor standar 1/64 hp
Universitas Sumatera Utara
LAMPIRAN E PERHITUNGAN ASPEK EKONOMI
Dalam rencana pra rancangan pabrik pembuatan pupuk organik digunakan asumsi sebagai berikut : 1. Pabrik beroperasi selama 300 hari dalam setahun. 2. Kapasitas maksimum adalah 15000 ton / tahun. 3. Perhitungan didasarkan pada harga peralatan tiba di pabrik atau purchased equipment delivered (Peters, 2004). 4. Harga alat disesuaikan dengan basis 6 Juni 2012, dimana nilai tukar dollar terhadap rupiah adalah US$ 1 = Rp 9390, - (Anonim, 2012)
E.1.
Modal Investasi Tetap (Fixed Capital Investment)
E.1.1 Modal Investasi Tetap Langsung (MITL) A. Biaya Tanah Lokasi Pabrik Harga tanah untuk kebutuhan pabrik dan industri di daerah Kawasan Industri Medan adalah Rp 360.000,-/m2 (Anonim, 2012). Luas tanah seluruhnya
= 23974,675 m2
Harga tanah seluruhnya
= 23974,675 m2 x Rp 360.000,-/m2 = Rp 8.630.883.000,-
Biaya perataaan tanah diperkirakan 5% dari harga tanah selurhnya (Peters, 2004). Biaya perataan tanah
= 0,05 x Rp Rp 8.630.883.000,= Rp 431.544.150,-
Total biaya tanah (A)
= Rp 8.630.883.000,- + Rp 431.544.150,= Rp 9.062.427.150,-
B. Harga Bangunan Tabel LE.1 Perincian Harga Bangunan No.
Nama Bangunan
Luas (m2)
Harga (Rp/m2)
Jumlah (Rp)
Universitas Sumatera Utara
1
Pos Keamanan
18
1.000.000
18.000.000
2
Parkir
300
800.000
240.000.000
3
Taman
1000
500.000
500.000.000
4
Ruang Kontrol
50
2.000.000
100.000.000
5
Areal Proses
6750
2.500.000
16.875.000.000
6
Perkantoran
220
3.500.000
770.000.000
7
Laboratorium
40
2.000.000
80.000.000
8
Poliklinik
40
1.700.000
68.000.000
9
Kantin
80
1.500.000
120.000.000
10
Ruang Ibadah
40
500.000
20.000.000
11
Gudang Peralatan
40
1.000.000
40.000.000
12
Gudang Penyimpanan
6000
1.000.000
6.000.000.000
12
Bengkel
70
800.000
56.000.000
13
Gudang Bahan
100
1.000.000
100.000.000
14
Areal Utilitas
864,675
2.000.000
1.729.350.000
15
Pembangkit Uap
50
1.000.000
50.000.000
16
Pembangkit Listrik
150
2.000.000
300.000.000
17
Areal Perluasan
1500
1.000.000
1.500.000.000
18
Perumahan Karyawan
4000
1.500.000
6.000.000.000
19
Jalan
2662
700.000
1.863.400.000
20374,675
Total
36.429.750.000
Total biaya bangunan (B) = Rp 36.429.750.000,C. Perincian Harga Peralatan Harga peralatan dapat ditentukan dengan persamaan berikut :
X I Cx Cy 2 x X1 I y m
dimana :
(Peters, 2004)
Cx
= harga alat pada tahun 2012
Cy
= harga alat pada tahun dan kapasitas yang tersedia
Universitas Sumatera Utara
X1
= kapasitas alat yang tersedia
X2
= kapasitas alat yang diinginkan
Ix
= indeks harga pada tahun 2012
Iy
= indeks harga pada tahun yang tersedia
m
= faktor eksponensial untuk kapasitas
Untuk menentukan indeks harga pada tahun 2008, digunakan metode regresi koefisien korelasi :
r
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣX i 2 ΣX i 2 n ΣYi 2 ΣYi 2
(Montgomery, 1992)
Tabel LE.2 Harga Indeks Marshall dan Swift No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 Total
Tahun (Xi) Indeks (Yi) Xi.Yi Xi2 Yi2 1989 895 1780155 3956121 801025 1990 915 1820850 3960100 837225 1991 931 1853621 3964081 866761 1992 943 1878456 3968064 889249 1993 967 1927231 3972049 935089 1994 993 1980042 3976036 986049 1995 1028 2050860 3980025 1056784 1996 1039 2073844 3984016 1079521 1997 1057 2110829 3988009 1117249 1998 1062 2121876 3992004 1127844 1999 1068 2134932 3996001 1140624 2000 1089 2178000 4000000 1185921 2001 1094 2189094 4004001 1196836 2002 1103 2208206 4008004 1216609 27937 14184 28307996 55748511 14436786 (Sumber : Tabel 6-2, Peters, 2004)
Data : n = 14 ∑ XiYi = 28307996
∑ Xi
= 27937
∑ Xi ² = 55748511
∑ Yi = 14184 ∑ Yi² = 14436786
Dengan memasukkan harga – harga pada Tabel LE.2, maka diperoleh harga keofisien korelasi : r =
(14) (28307996) – (27937)(14184) {[(14) (55748511) – (27937)²] × [(14)(14436786) – (14184)²]}½
= 0,984 ≈ 1
Universitas Sumatera Utara
Harga koefisien yang mendekati 1 menyatakan bahwa terdapat hubungan linear antar variabel X dan Y, sehingga persamaan regresi yang mendekati adalah persamaan regersi linear.
Persamaan umum regresi linear, Y = a + bX Dimana :
Y
= indeks bias pada tahun yang dicari (2012)
X
= variabel pada tahun ke-n
a,b
= tetapan persamaan regresi
Tetapan regresi ditentukan oleh :
b
n ΣX i Yi ΣX i ΣYi n ΣX i 2 ΣX i 2
Yi. Xi 2 Xi. Xi.Yi a n.Xi 2 (Xi) 2
(Montgomery, 1992)
Maka : b =
(14)(28307996) (27937)(14184) 53536 16,8088 3185 (14)(55748511) (27937) 2
a =
(14184)(55748511) (27937)(28307996) 103604228 32528,8 3185 (14)(55748511) (27937) 2
Sehingga persamaan regresi linearnya adalah : Y
= a + bX
Y
= -32528,8 + 16,8088 X
Dengan demikian, harga indeks pada tahun 2013 adalah : Y
= -32528,8 + 16,8088 (2013)
Y
= 1307,31
Perhitungan harga peralatan menggunakan harga faktor eksponensial (m) Marshall dan Swift. Harga faktor eksponen ini beracuan pada Tabel 6-4 (Peters, 2004). Untuk alat yang tidak tersedia, faktor eksponensialnya diasumsikan sebesar 0,6 (Peters, 2004). Contoh perhitungan harga peralatan : a. Tangki Penyimpanan Limbah Cair Tahu (V-101)
Universitas Sumatera Utara
Kapasitas tangki, X2 = 311,04 m3 dengan tekanan operasi 1 bar (100 kPa). Dari Gambar LE.1, diperoleh harga kapasitas tangki (X1) 1 m3 dengan tekanan operasi 100 kPa pada tahun 2002 adalah (Cy) US$ 40000. Dari Tabel 6-4 (Peters, 2004), faktor eksponen untuk tangki penyimpanan adalah 0,57
Purchased cost, dollar
10
102
6
103
Capacity, gal 104
105
105
Mixing tank with agitator 304 Stainless stell
4
10
Carbon steel 310 kPa (30 psig) Carbon-steel tank (spherical)
P-82 Jan,2002
103 10-1
102
10
1
103
3
Capacity, m
Gambar LE.1 Harga Peralatan untuk Tangki Penyimpanan dan Tangki Pelarutan (Peters, 2004) Indeks harga pada tahun 2002 (Iy) 1103 dan Indeks harga pada tahun 2013 (Ix) 1307,31. Maka, estimasi harga tangki (X2) untuk 311,04 m3 adalah :
311,04 Cx = US$ 40000 1
0 , 57
×
Rp. 9390 1307,31 × 1 US$ 1103
Cx = Rp 11.733.671.170,-/unit Tabel LE.3 Estimasi Harga Peralatan Proses Impor No.
Kode
Unit
Harga / Unit (Rp)
Harga Total (Rp)
1
S-101
1
66.837.676
66.837.66
2
V-101
1
11.733.671.170
11.733.671.170
3
M-101
1
753.192.616
753.192.616
4
M-102
1
1.006.990.953
1.006.990.953
5
V-102
1
18.739.557.730
18.739.557.730
Universitas Sumatera Utara
6
V-104
1
16.578.156.030
16.578.156.030
7
V-104
1
1.177.574.908
1.177.574.908
8
R-101
15
12.720.994.850
190.814.922.700
9
F-101
1
16.887.037.290
16.887.037.290
10
D-101
1
609.294.673
609.294.673
11
C-201
1
44.517.283
44.517.283
12
D-201
1
545.745.019
545.745.019
13
C-202
1
144.517.282
144.517.282
14
G-201
1
278.781.182
278.781.182
15
S-201
1
66.837.676
66.837.676
16
V-301
1
111.371.653
111.371.653
17
R-301
1
5.787.269.880
5.787.269.880
18
D-301
1
65.489.070
65.489.070
19
R-302
1
5.423.481.503
5.423.481.503
20
D-302
1
224.278.579
224.278.579
21
E-302
1
229.339.768
229.339.768 271.228.710.700
Total
Tabel LE.4 Estimasi Harga Peralatan Proses Non – Impor No.
Kode
Unit
Harga / Unit (Rp)
Harga Total (Rp)
1
P-101
1
1.500.000
1.500.000
2
P-102
1
1.771.139
1.771.139
3
P-103
1
1.500.000
1.500.000
4
P-104
1
6.609.149
6.609.149
5
P-105
1
1.771.139
1.771.139
6
P-106
1
1.771.139
1.771.139
7
P-301
1
1.250.000
1.250.000
8
P-302
1
1.250.000
1.250.000
9
P-303
1
1.250.000
1.250.000
Universitas Sumatera Utara
10
P-304
1
1.250.000
1.250.000 19.922.566
Total
Tabel LE.5 Estimasi Harga Peralatan Utilitas Impor Harga / Unit (Rp)
Harga Total
No.
Kode
Unit
1
SC-01
1
66.837.676
66.837.676
2
V-03
1
3.606.984
3.606.984
3
V-04
1
2.571.160
2.571.160
4
V-05
1
87.244.914
87.244.914
5
V-06
1
24.370.762
24.370.762
6
V-07
1
376.607.547
376.607.547
7
V-08
1
5.399.906
5.399.906
8
V-09
1
707.265.173
707.265.173
9
V-10
1
7.952.832
7.959.832
10
V-11
1
707.265.173
707.265.173
11
V-12
1
474.946.731
474.946.731
12
V-13
1
19.743.133.302
19.743.133.302
13
V-14
1
16.582.092.157
16.582.092.157
14
V-15
1
2.209.321
2.209.321
15
V-16
1
1.552.649.212
1.552.649.212
(Rp)
40.344.158.840
Total
Tabel LE.6 Estimasi Harga Peralatan Utilitas Non – Impor No.
Kode
Unit
Harga / Unit (Rp)
Harga Total (Rp)
1
P-01
1
1.771.139
1.771.139
2
V-01
1
9.000.000
9.000.000
3
P-02
1
6.609.149
6.609.149
4
V-02
1
6.500.000
6.500.000
Universitas Sumatera Utara
5
P-03
1
1.771.139
1.771.139
6
P-04
1
6.609.149
6.609.149
7
P-05
1
6.609.149
6.609.149
8
P-06
1
1.771.139
1.771.139
9
P-07
1
6.609.149
6.609.149
10
P-08
1
6.609.149
6.609.149
11
P-09
1
6.609.149
6.609.149
12
P-10
1
6.609.149
6.609.149
13
P-11
1
1.880.973
1.880.973
14
P-12
1
1.880.973
1.880.973
15
P-13
1
2.909.763
2.909.763
16
P-14
1
6.609.149
6.609.149
17
P-15
1
1.771.139
1.771.139
18
PL-01
1
1.250.000
1.250.000
19
PL-02
1
6.609.149
6.609.149
20
PL-03
1
6.609.149
6.609.149
21
Generator 1500 KW
2
1.835.000.000
3.670.000.000 3.766.597.755
Total
Untuk harga alat impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya berikut : Biaya transportasi
=
5%
Biaya asuransi
=
1%
Bea masuk
=
15%
PPn
=
10%
PPh
=
10%
Biaya gudang di pelabuhan
=
0,5%
Biaya administrasi pelabuhan
=
0,5%
Transportasi lokal
=
0,5%
Biaya tak terduga
=
0,5%
Universitas Sumatera Utara
Total
=
43%
Untuk harga alat non – impor sampai di lokasi pabrik ditambahkan biaya sebagai berikut : PPn
=
10%
PPh
=
10%
Transportasi lokal
=
0,5%
Biaya tak terduga
=
0,5%
=
21%
Total Maka, harga total peralatan adalah :
Harga impor
Harga non–impor = 1,21 x Rp
= 1,43 x Rp 311.572.869.500 = Rp 445.549.203.400 3.786.520.321 = Rp
4.581.689.588
Total = Rp 450.130.893.000
Biaya pemasangan diperkirakan 50% dari total harga peralatan (Peters, 2004). Biaya pemasangan
=
0,5 x Rp 450.130.893.000
=
Rp 222.845.096.500
Sehingga, biaya peralatan dan pemasangan (C) = Rp 668.535.289.900 D. Instrumentasi dan Alat Kontrol Diperkirakan biaya instrumentasi dan alat kontrol adalah 40% dari harga total peralatan (Peters, 2004). Biaya instrumentasi dan alat kontrol (D) = 0,4 x Rp 445.690.193.400 = Rp 178.276.077.400 E. Biaya Perpipaan Diperkirakan biaya perpipaan adalah 32% dari harga total peralatan (Peters, 2004). Biaya perpipaan (E)
= 0,32 x Rp 445.690.193.400 = Rp 142.620.861.900
F. Biaya Instalasi Listrik Diperkirakan biaya instalasi listrik adalah 20% dari harga total peralatan (Peters, 2004).
Universitas Sumatera Utara
Biaya instalasi listrik (F) = 0,20 x Rp 445.960.193.400 = Rp 89.192.038.680 G. Biaya Insulasi Diperkirakan biaya insulasi adalah 55% dari harga total peralatan (Peters, 2004). Biaya insulasi (G) = 0,55 x Rp 445.960.193.400 = Rp 245.278.106.400 H. Biaya Inventaris Kantor Diperkirakan biaya inventaris kantor adalah 5% dari harga total peralatan (Peters, 2004). Biaya inventaris kantor (H)
= 0,05 x Rp 445.960.193.400 = Rp 22.298.009.670
I. Biaya Perlengkapan Kebakaran dan Keamanan Diperkirakan biaya perlengkapan kebakaran dan keamanan adalah 5% dari harga total peralatan (Peters, 2004). Jadi, harga perlengkapan (I)
= 0,05 x Rp 445.960.193.400 = Rp 22.298.009.670
J. Sarana Transportasi Untuk mempermudah pekerjaan, perusahaan memberi fasilitas sarana transportasi (J) seperti pada tabel berikut : Tabel E.7 Biaya Sarana Transportasi No. 1 2 3 4 5 6 7 8 9
Jenis Kendaraan Mobil Dewan Komisaris Mobil Direktur Mobil Manager Mobil Kepala Seksi Ambulance Bus Karyawan Truk Mobil Pemadam Kebakaran Fork Lift
Maka, harga total MITL
Unit 3 1 4 14 1 2 3 2 2 Total
Tipe Chevrolet Tahoe New KIA Sorento Honda Odyssey Honda CR-V Minibus Bus Truk Truk Truk
Harga/Unit(Rp) 442.082.500 340.500.000 305.000.000 205.000.000 98.000.000 350.000.000 350.000.000 250.000.000 187.200.000
Harga Total(Rp) 1.326.247.500 340.500.000 1.220.000.000 2.870.000.000 98.000.000 700.000.000 1.050.000.000 500.000.000 374.400.000 8.479.147.500
=A+B+C+D+E+F+G+H+I+J
Universitas Sumatera Utara
= Rp 1.413.990.391.000 E.1.2 Modal Investasi Tetap Tidak Langsung (MITTL) A. Pra Investasi Diperkirakan 40% dari total harga peralatan (Peters, 2004) Pra investasi (K) = 0,4 x Rp 445.960.193.400 = Rp 178.384.077.400 B. Biaya Engineering dan Supervising Diperkirakan 32% dari total harga peralatan (Peters, 2004) Biaya Engineering dan Supervising (R) = 0,32 x Rp 445.960.193.400 = Rp 142.707.261.900 C. Biaya Legalitas Diperkirakan 8% dari total harga peralatan (Peters, 2004) Biaya Legalitas (M)
= 0,08 x 445.960.193.400 = Rp 35.676.815.470
D. Biaya Kontraktor Diperkirakan 8% dari total harga peralatan (Peters, 2004) Biaya Kontraktor (N)
= 0,08 x Rp 445.960.193.400 = Rp 35.676.815.470
E. Biaya Tak Terduga Diperkirakan 32% dari total harga peralatan (Peters, 2004) Biaya Tak Terduga (O)
= 0,32 x Rp 445.960.193.400 = Rp 142.707.261.900
Total MITTL = K + L + M + N + O = Rp 535.152.232.100 Total MIT
= MITL + MITTL = Rp 2.029.433.141.000
E.2.
Modal Kerja Modal kerja dihitung untuk pengoperasian pabrik selama 1 bulan (30 hari)
E.2.1. Persediaan Bahan Baku A. Bahan Baku Proses
Universitas Sumatera Utara
1. NaOH Kebutuhan
= 10 kg/jam
Harga
= Rp 10.000 / kg
Harga Total
= 30 hari x 24 jam/hari x 10 kg/jam x Rp 10000/kg
(CV. Rudang Jaya, 2012)
= Rp 72.000.000 2. H3PO4 Kebutuhan
= 1566 kg/jam
Harga
= Rp 3000/ kg
Harga Total
= 30 hari x 24 jam/hari x 1566 x Rp 3000/kg
(CV. Rudang Jaya, 2012)
= Rp 3.382.560.000 3. PHP Kebutuhan
= 1080 kg/jam
Harga
= Rp 1500 / kg
Harga Total
= 30 hari x 24 jam/hari x 1080 kg/jam x Rp 1500 /kg
(Sychem, 2012)
= Rp 1.166.400.000 4. Antifoam Kebutuhan
= 0,108 kg/jam = 0,112 L/jam
Harga
= Rp 200.000 / L
Harga Total
= 30 hari x 24 jam/hari x 0,112 kg/jam x Rp 200000/kg
(CV. Rudang Jaya, 2012)
= Rp 16.183.143 B. Persediaan Bahan Baku Utilitas 1. Alum (Al2(SO4)3) Kebutuhan
= 0,00288 kg/jam
Harga
= Rp 8.000 / kg
Harga Total
= 30 hari x 24 jam/hari x 0,00288 kg/jam x Rp 8000/kg
(CV. Rudang Jaya, 2012)
= Rp 16.589 2. Soda Abu (Na2CO3) Kebutuhan
= 0,00155 kg/jam
Harga
= Rp 6.500 / kg
Harga Total
= 30 hari x 24 jam/hari x 0,00155 kg/jam x Rp 6500/kg
(CV. Rudang Jaya, 2012)
Universitas Sumatera Utara
= Rp 7.254 3. Kapolrit Kebutuhan
= 0,00303 kg/jam
Harga
= Rp 7.000 / kg
Harga Total
= 30 hari x 24 jam/hari x 0,00303 kg/jam x Rp 7000/kg
(CV. Rudang Jaya, 2012)
= Rp 15.271 4. H2SO4 Kebutuhan
= 0,00159 kg/jam
= 0,00086 L/jam
Harga
= Rp 365.000 / L
Harga Total
= 30hari x 24jam/hari x0,00086kg/jam x Rp 365000/kg
(CV. Rudang Jaya, 2012)
= Rp 226.008 5. NaOH Kebutuhan
= 0,00235 kg/jam
Harga
= Rp 10.000 / kg
Harga Total
= 30hari x 24jam/hari x 0,00235 kg/jam x Rp 10000/kg
(CV. Rudang Jaya, 2012)
= Rp 16.920 6. Solar Kebutuhan
= 90,88 L/jam
Harga solar untuk industri per 1 Mei 2012 Harga total
= 10.000 / L
= 30 hari x 24 jam/hari x 90,88 L/jam x Rp 10.000 = Rp 654.336.000
Total biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 bulan (30 hari) adalah = Rp 5.291.761.185 E.2.2. Kas A. Gaji Pegawai Tabel E.8 Perincian Gaji Jabatan
Jumlah
Gaji/Bulan (Rp)
Jumlah Gaji/Bulan (Rp)
Dewan Komisaris
3
30.000.000
90.000.000
Direktur
1
42.500.000
42.500.000
Sekretaris
2
4.000.000
9.000.000
Universitas Sumatera Utara
Manajer Produksi
1
11.000.000
11.000.000
Manajer Teknik
1
11.000.000
11.000.000
Manajer Umum & Keuangan
1
11.000.000
11.000.000
Manajer Pembelian & Pemasaran
1
11.000.000
11.000.000
Kepala Seksi Proses
1
6.000.000
6.000.000
Kepala Seksi Laboratorium, R&D
1
6.000.000
6.000.000
Kepala Seksi Utilitas
1
6.000.000
6.000.000
Kepala Seksi Listrik
1
3.000.000
3.000.000
Kepala Seksi Instrumentasi
1
3.000.000
3.000.000
Kepala Seksi Pemeliharaan Pabrik
1
3.000.000
3.000.000
Kepala Seksi Keuangan
1
6.000.000
6.000.000
Kepala Seksi Administrasi
1
3.000.000
3.000.000
Kepala Seksi Personalia
1
3.000.000
3.000.000
Kepala Seksi Humas
1
3.000.000
3.000.000
Kepala Seksi Keamanan
1
2.500.000
2.500.000
Kepala Seksi Pembelian
1
3.000.000
3.000.000
Kepala Seksi Penjualan
1
3.000.000
3.000.000
Kepala Seksi Gudang / Logistik
1
3.000.000
3.000.000
Karyawan Proses
24
1.500.000
36.000.000
Karyawan Laboratorium, R&D
12
1.500.000
18.000.000
Karyawan Utilitas
12
1.500.000
18.000.000
Karyawan Unit Pembangkit Listrik
8
1.500.000
12.000.000
Karyawan Instrumentasi Pabrik
8
1.500.000
12.000.000
Karyawan Pemeliharaan Pabrik
12
1.500.000
18.000.000
Karyawan Bagian Keuangan
5
1.500.000
7.500.000
Karyawan Bagian Administrasi
5
1.500.000
7.500.000
Karyawan Bagian Personalia
4
1.500.000
6.000.000
Karyawan Bagian Humas
4
1.500.000
6.000.000
Karyawan Pembelian
10
1.500.000
15.000.000
Karyawan Penjualan / Pemasaran
10
1.500.000
15.000.000
Petugas Keamanan
16
1.500.000
24.000.000
Karyawan Gudang / Logistik
16
1.500.000
24.000.000
Dokter
1
3.000.000
3.000.000
Perawat
2
1.500.000
3.000.000
Petugas Kebersihan
12
1.000.000
12.000.000
Universitas Sumatera Utara
Supir
10
2.000.000
20.000.000
195
Total
Total gaji pegawai selama 1 bulan
470.000.000
= Rp 470.000.000
B. Biaya Administrasi Umum Diperkirakan 20% dari gaji pegawai
= 0,2 x Rp 470.000.000 = Rp 264.000.000
C. Biaya Pemasaran Diperkirakan 20% dari gaji pegawai
= 0,2 x Rp 440.000.000 = Rp 264.000.000
D. Pajak Bumi dan Bangunan Dasar perhitungan Pajak Bumi dan Bangunan (PBB) mengacu kepada Undang – Undang RI No. 20 Tahun 2000 Jo UU No. 21 Tahun 1997 tentang Bea Perolehan Hak atas Tanah dan Bangunan sebagai berikut :
Yang menjadi objek pajak adalah perolehan hak atas tanah dan atas bangunan (Pasal 2 ayat 1 UU No. 20 tahun 2000)
Dasar pengenaan pajak adalah Nilai Perolehan Objek Pajak (Pasal 6 ayat 1 UU No.20 Tahun 2000)
Tarif pajak ditetapkan sebesar 5% (Pasal 5 UU No.21 tahun 1997)
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak ditetapkan sebesar Rp 30.000.000 (Pasal 7 ayat 1 UU No. 21 tahun 1997)
Besarnya pajak yang terutang dihitung dengan cara mengalikkan tarif pajak dengan Nilai Perolehan Objek Kena Pajak (Pasal 8 ayat 2 UU No.21 tahun 1997)
Maka, berdasarkan penjelasan di atas, perhitungan PBB ditetapkan sebagai berikut : Wajib Pajak Pabrik Pembuatan Pupuk Organik Nilai Perolehan Objek Pajak Tanah
Rp
383.581.358
Bangunan
Rp
1.596.487.500
Universitas Sumatera Utara
Total NJOP
Rp
1.980.068.858
Nilai Perolehan Objek Pajak Tidak Kena Pajak Rp
-30.000.000
Nilai Perolehan Objek Pajak Kena Pajak
Rp
1.950.068.858
Pajak yang terutang (5% x NPOKP)
Rp
97.503.443
E. Biaya Start – Up Diperkirakan 12% dari Modal Investasi Tetap (Peters, 2004) Biaya start – up
= 0,12 x Rp 1.929.433.141.000 = Rp 2.309.976.920 Tabel E.9 Perincian Biaya Kas
No.
Jenis Biaya
Jumlah (Rp)
1
Gaji Pegawai
440.000.000
2
Administrasi Umum
264.000.000
3
Pemasaran
264.000.000
4
Pajak Bumi dan Bangunan
97.503.443 1.065.503.443
Total
E.2.3. Piutang Dagang
PD
IP HPT 12
Dimana
Penjualan
:
PD
= piutang dagang
IP
= jangka waktu kredit yang diberikan (1 bulan)
HPT
= hasil penjualan tahunan
:
1. Harga jual pupuk padat
= Rp 2.450 / kg
Produk pupuk padat
= 1246 kg/jam
(Poltak, 2012)
Hasil penjualan pupuk padat tahunan = 1246 kg/jam x 24 jam/hari x 300 hari/tahun x Rp 2.450 / kg = Rp 21.979.440.000 2. Harga jual pupuk cair Produksi pupuk cair
= Rp 36.000 / L
(Sonson, 2010)
= 837 kg/jam = 826,7 L/jam
Universitas Sumatera Utara
Hasil penjualan pupuk cair tahunan = 826,7 L/jam x 24 jam/hari x 300 hari/tahun x Rp 36.000/L = Rp 2.141.280.640.000 3. Harga jual gas bio tak murni Produksi gas bio tak murni
= Rp 1.000 / kg = 8185 kg/jam
Hasil penjualan gas bio tak murni tahunan = 8185 kg/jam x 24 jam/hari x 300 hari/tahun x Rp 1000/kg = Rp 58.932.000.000 Total penjualan
= Rp 2.222.192.080.000
Piutang dagang
= 1/12 x Rp 2.222.192.080.000 = Rp 185.182.673.300 Tabel E.10 Perincian Modal Kerja
No.
Biaya
Jumlah (Rp)
1
Bahan baku proses dan utilitas
2
Kas
1.065.503.443
3
Start – Up
2.309.976.920
4
Piutang dagang
185.182.673.300
Total
225.851.876.100
37.293.722.360
Total Modal Investasi = Modal Investasi Tetap + Modal Kerja = Rp 2.029.433.141.000 + Rp 225.851.876.100 = Rp 2.220.132.785.000 Modal ini berasal dari :
Modal Sendiri
= 60% dari total modal investasi = 0,6 x Rp 2.220.132.785.000 = Rp 1.332.079.671.000
Pinjaman Bank
= 40% dari total modal investasi = 0,4 x Rp 2.220.132.785.000 = Rp 888.053.114.000
E.3.
Biaya Produksi Total
Universitas Sumatera Utara
E.3.1. Biaya Tetap (Fixed Cost = FC) A. Gaji Tetap Karyawan Gaji tetap karyawan terdiri dari gaji tiap bulan ditambah 2 bulan gaji yang diberikan sebagai tunjangan, sehingga : Gaji Total (P)
= (12 + 2) x Rp 460.000.000 = Rp 6.160.000.000
B. Bunga Pinjaman Bank Bunga pinjaman bank adalah 12% dari total pinjaman (Bank Mandiri, 2012). Bunga bank (Q)
= 0,12 x Rp 597.691.552.800 = Rp 71.722.986.336
C. Depresiasi dan Amortisasi Pengeluaran untuk memperoleh harta berwujud yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun harus dibebankan sebagai biaya untuk mendapatkan, menagih, dan memelihara penghasilan melalui penyusutan (Rusdji, 2004). Pada perancangan pabrik ini, dipakai metode garis lurus atau straight line method. Dasar penyusutan menggunakan masa manfaat dan tarif penyusutan sesuai dengan Undang – Undang Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Pasal 11 Ayat 6 dapat dilihat pada Tabel E.11 berikut. Tabel E.11 Aturan Depresiasi sesuai UU Republik Indonesia No. 17 Tahun 2000 Kelompok Harta Berwujud
Masa (Tahun)
Tarif (%)
4
25
I. Bukan Bangunan 1. Kelompok 1
Beberapa Jenis Harta
Mesin kantor, perlengkapan, alat perangkat (tools) industri.
2. Kelompok 2
8
12,5
3. Kelompok 3
16
6,25
II. Bangunan Permanen
20
5
Mobil, truk kerja Mesin industri kimia, mesin industri mesin Bangunan sarana dan penunjang
Universitas Sumatera Utara
(Waluto, 2000) (Rusdji, 2004) Depresiasi dihitung dengan metode garis lurus dengan harga akhir nol.
D
PL n
Dimana : D
= depresiasi per tahun
P
= harga awal peralatan
L
= harga akhir peralatan
n
= umur peralatan (tahun)
Tabel E.12 Perhitungan Biaya Depresiasi sesuai UU RI No. 17 Tahun 2000 Komponen Bangunan Peralatan proses dan utilitas Instrumentasi dan pengendalian proses Perpipaan Instalasi listrik Insulasi Inventaris kantor Perlengkapan keamanan dan kebakaran Sarana transportasi
31.929.750.000
Umur (Tahun) 20
445.690.193.400
16
27.855.637.090
178.276.077.400
4
44.569.019.350
142.620.861.900
4
35.655.215.480
89.192.038.680
4
22.298.009.670
245.278.106.400
4
61.319.526.600
22.298.009.670
4
5.574.502.418
22.298.009.670
4
5.574.502.418
8.479.147.500
8
1.059.893.438
Biaya (Rp)
Total
Depresiasi (Rp) 1.596.487.500
205.502.794.000
Semua modal investasi tetap langsung (MITL), kecuali tanah mengalami penyusutan yang disebut depresiasi, sedangkan modal investasi tetap tidak langsung (MITTL) juga mengalami penyusutan yang disebut amortisasi. Pengeluaran untuk memperoleh harta tak berwujud dan pengeluaran lainnya yang mempunyai masa manfaat lebih dari 1 (satu) tahun untuk mendapatkan, menagih, dan memelihara penghasilan dapat dihitung dengan amortisasi dengan menerapkan taat azas (UU RI Pasal 11 ayat 1 No. 17 tahun 2000). Para wajib pajak menggunakan tarif amortisasi untuk harta tidak berwujud
Universitas Sumatera Utara
dengan menggunakan masa manfaat kelompok masa 4 (empat) tahun sesuai pendekatan prakiraaan harta tak berwujud yang dimaksud (Rusdji, 2004). Untuk masa 4 tahun, maka biaya amortisasi 25 % dari MITTL, sehingga : Biaya amortisasi = 0,25 x Rp 535.152.232.100 = Rp 133.788.058.000 Maka, total biaya depresiasi dan amortisasi (R) = Rp 336.290.852.000 D. Biaya Tetap Perawatan 1. Perawatan mesin dan alat – alat proses Perawatan mesin dan peralatan dalam industri proses berkisar 2% sampai 20%, diambil 10% dari harga peralatan yang terpasang di pabrik (Peters, 2004). Biaya perawatan mesin
= 0,1 x Rp 445.690.193.400 = Rp 44.569.019.340
2. Perawatan bangunan Diperkirakan 10% dari harga bangunan (Peters, 2004) Biaya perawatan bangunan
= 0,1 x Rp 36.429.750.000 = Rp 3.642.975.000
3. Perawatan kendaraan Diperkirakan 10% dari harga kendaraan (Peters, 2004) Biaya perawatan kendaraan = 0,1 x Rp 8.479.147.500 = Rp 847.914.750
4. Perawatan instrumentasi dan alat kontrol Diperkirakan 10% dari harga instrumentasi dan alat kontrol (Peters, 2004). Biaya perawatan instrumentasi
= 0,1 x Rp 178.276.077.400 = Rp 17.827.607.740
5. Perawatan perpipaan Diperkirakan 10% dari harga instalasi perpipaan (Peters, 2004). Biaya perawatan perpipaan
= 0,1 x Rp 142.620.861.900 = Rp 14.262.086.190
Universitas Sumatera Utara
6. Perawatan instalasi listrik Diperkirakan 10% dari harga instalasi listrik (Peters, 2004). Biaya perawatan listrik
= 0,1 x Rp 89.192.038.680 = Rp 8.919.203.868
7. Perawatan insulasi Diperkirakan 10% dari harga insulasi (Peters, 2004). Biaya perawatan insulasi
= 0,1 x Rp 245.278.106.400 = Rp 24.527.810.640
8. Perawatan inventaris kantor Diperkirakan 10% dari harga invetaris kantor (Peters, 2004). Biaya perawatan inventasi kantor
= 0,1 x Rp 22.298.009.670 = Rp 2.229.800.967
9. Perawatan perlengkapan kebakaran Diperkirakan 10% dari harga perlengkapan kebakaran (Peters, 2004). Biaya perawatan perlengkapan kebakaran
= 0,1 x Rp 22.298.009.670 = Rp 2.229.800.967
Total biaya perawatan (S) = Rp 118.606.219.500 E. Biaya Tambahan Industri (Plant Overhead Cost) Biaya tambahan industri ini diperkirakan 20% dari modal investasi tetap (Peters, 2004). Plant Overhead Cost (T) = 0,2 x Rp 1.929.433.141.000 = Rp 385.886.628.200 F. Biaya Administrasi Umum Biaya administrasi umum selama 1 bulan adalah Rp 264.000.000 Biaya administrasi umum selama 1 tahun (U)
= 12 x Rp 264.000.000 = Rp 3.168.000.000
G. Biaya Pemasaran dan Distribusi Biaya pemasaran selama 1 bulan adalah Rp 264.000.000 Biaya pemasaran selama 1 tahun (V)
= 12 x Rp 264.000.000 = Rp 3.168.000.000
Universitas Sumatera Utara
H. Biaya Laboratorium, Penelitan, dan Pengembangan Diperkirakan 5% dari biaya tambahan industri (Peters, 2004). Biaya laboratorium (W) = 0,05 x Rp 385.886.628.200 = Rp 19.294.331.410 I. Hak Paten dan Royalti Diperkirakan 1% dari modal investasi tetap (Peters, 2004) Biaya hak paten dan royalti (X) = 0,01 x Rp 2.029.433.141.000 = Rp 20.294.331.410 J. Biaya Asuransi 1. Biaya asuransi pabrik adalah 3,1 permil dari modal investasi tetap langsung (Asosiasi Asuransi Jiwa Indonesia, AAJI, 2012). = 0,0031 x Rp 1.394.280.909.000 = Rp 4.322.270.818 2. Biaya asuransi karyawan. Premi asuransi = Rp 375.000 / tenaga kerja (Asuransi Jiwa Bersama Bumiputera, 2012). Maka, biaya asuransi karyawan
= 193 orang x Rp 375.000/orang = Rp 72.375.000
Maka, total biaya asuransi (Y)
= Rp 4.394.645.818
K. Pajak Bumi dan Bangunan Pajak bumi dan bangunan (Z) adalah Rp 97.503.443 Total Biaya Tetap = P + Q + R + S + T + U + V + W + X + Y = Rp 1.020.112.751.500 E.3.2. Biaya Variabel A. Biaya Variabel Bahan Baku Proses dan Utilitas per Tahun Biaya persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 30 hari adalah Rp 5.291.761.185 Maka, total persediaan bahan baku proses dan utilitas selama 1 tahun adalah = Rp 5.291.761.185 x (300/30) hari = Rp 52.917.611.850
Universitas Sumatera Utara
B. Biaya Variabel Tambahan 1. Perawatan dan Penanganan Lingkungan Diperkirakan 10% dari biaya variabel bahan baku Biaya perawatan lingkungan = 0,1 x Rp 52.917.611.850 = Rp 5.291.761.185 2. Biaya Variabel Pemasaran dan Distribusi Diperkirakan 1% dari biaya variabel bahan baku Biaya variabel pemasaran
= 0,01 x Rp 52.917.611.850 = Rp 529.176.119
Total biaya variabel tambahan
= Rp 5.820.937.304
C. Biaya Variabel Lainnya Diperkirakan 5% dari biaya variabel tambahan Maka, biaya variabel tambahan = 0,05 x Rp 5.820.937.304 = Rp 291.046.865 Total biaya variabel
= Rp 59.029.596.020
Total biaya produksi = Biaya Tetap + Biaya Variabel = Rp 1.079.182.348.000 E.4.
Perkiraan Laba / Rugi Perusahaan
E.4.1 Laba Sebelum Pajak (Bruto) Laba atas penjualan
= Total penjualan – Total biaya produksi = Rp 2.222.192.080.000 – Rp 1.079.182.348.000 = Rp 1.143.009.732.000
Bonus perusahaan untuk karyawan 0,5% dari keuntungan perusahaan = 0,05 x Rp 1.143.009.732.000 = Rp 57.150.486.600 Pengurangan bonus atas penghasilan bruto sesuai dengan UU RI No. 17 Tahun 2000 Pasal 6 ayat 1 sehingga : Laba sebelum pajak (bruto) = Rp 1.143.009.732.000 – Rp 57.150.486.600 = Rp 1.085.859.245.000 E.4.2 Pajak Penghasilan
Universitas Sumatera Utara
Berdasarkan UU RI No. 7 Tahun 2000 tentang Perubahan Ketiga atas UU No. 7 Tahun 1983 tentang Pajak Penghasilan adalah :
Penghasilan sampai dengan Rp 50.000.000 dikenakan pajak sebesar 10%.
Penghasilan Rp 50.000.000 sampai dengan Rp 100.000.000 dikenakan pajak sebesar 15%.
Penghasilan di atas Rp 100.000.000 dikenakan pajak sebesar 30%.
Maka, pajak penghasilan yang harus dibayar adalah :
10% x Rp 50.000.000
= Rp 5.000.000
15% x (Rp 100.000.000 – Rp 50.000.000)
= Rp 7.500.000
30% x (Rp 1.085.859.245.000 – Rp 100.000.000)
= Rp 325.727.773.500
Total PPh
= Rp 325.729.273.500
E.4.3 Laba Setelah Pajak Laba setelah pajak
= Laba sebelum pajak – PPh = Rp 1.085.859.245.000 – Rp 325.729.273.500 = Rp 760.129.971.500’
E.5.
Analisa Aspek Ekonomi A. Profit Margin (PM)
Laba sebelum pajak x 100% total penjualan
PM
=
PM
=
PM
= 48,86 %
Rp 1.085.859.245.000 x 100% Rp 2.222.192.080.000
B. Break Even Point (BEP) Biaya Tetap x 100% Total Penjualan Biaya Variabel
BEP
=
BEP
=
BEP
= 47,15 %
Rp 1.020.112.751.500 Rp 2.222.192.080.000 - Rp.59.029.596.020
Kapasitas produksi pada titik BEP
x 100%
= 47,15% x 15.000 ton / tahun
Universitas Sumatera Utara
= 6.687 ton / tahun Nilai penjualan pada titik BEP
= 47,15% x Rp 2.222.192.080.000 = Rp 995.896.761.500
C. Return on Investment (ROI) ROI
=
Laba setelah pajak x 100% Total modal investasi
ROI
=
Rp 760.129.971.500 x 100% Rp 2.220.132.785.000
ROI
= 34,23%
D. Pay Out Time (POT) 1 x 1 tahun 0,3423
POT
=
POT
= 2,92 tahun
E. Return on Network (RON) RON
=
Laba setelah pajak x 100% Modalsendiri
RON
=
Rp 760.129.971.500 x 100% Rp 1.332.079.671.000
RON
= 57,06%
F. Internet Rate of Return (IRR) Untuk menentukan nilai IRR harus digambarkan jumlah pendapatan dan pengeluaran dari tahun ke tahun yang disebut “Cash – Flow”. Untuk memperoleh cash – flow, diambil ketentuan sebagai berikut :
Laba kotor diasumsikan mengalami kenaikan 10% tiap tahun.
Masa pembangunan disebut tahun ke nol.
Jangka waktu cash flow dipilih 10 tahun.
Perhitungan dilakukan dengan menggunakan nilai pada tahun ke – 10.
Cash flow, adalah laba sesudah pajak ditambah penyusutan.
Dari Tabel E.13, diperoleh nilai IRR sebesar 50,208%
Universitas Sumatera Utara
BREAK EVEN POINT PABRIK PEMBUATAN PUPUK ORGANIK DENGAN BAHAN BAKU LIMBAH CAIR TAHU KAPASITAS PRODUKSI 15.000 TON/TAHUN 2,500,000,000,000.00
harga (triliun rupiah)
2,000,000,000,000.00
1,500,000,000,000.00
biaya tetap
47,18 %
1,000,000,000,000.00
biaya variabel biaya produksi
500,000,000,000.00
0.00 0
10
20
30
40
50
60
70
80
90 100 110
kapasitas produksi (%)
Gambar LE-2 Grafik BEP
Universitas Sumatera Utara
Tabel LE. 13 Data Perhitungan Internal Rate of Return (IRR) Tahun
Laba Sebelum Pajak
Pajak
Laba Sesudah Pajak
Depresiasi
0
-
-
-
-
1.085.859. 245.000 1.268.695. 169.500 1.395.564. 686.450 1.535.121. 155.095 1.688.633. 270.605 1.857.496. 597.665 2.043.246. 257.431 2.247.570. 883.175 2.472.327. 971.492 2.719.560. 768.641
345.990.27 3.500 380.591.05 0.080 418.651.90 5.935 460.518.84 6.529 506.572.48 1.181 557.231.47 9.299 612.956.37 7.229 674.253.76 4.952 741.680.89 1.448 815.850.73 0.592
807.368.971. 500 888.104.118. 650 976.912.780. 515 1.074.602.30 8.567 1.182.060.78 9.243 1.300.265.11 8.365 1.430.289.88 0.202 1.573.317.11 8.222 1.730.647.08 0.044 1.903.710.08 3.049
336.290.85 2.000 336.290.85 2.000 336.290.85 2.000 336.290.85 2.000 336.290.85 2.000 336.290.85 2.000 336.290.85 2.000 336.290.85 2.000 336.290.85 2.000 336.290.85 2.000
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
IRR
Net Cash Flow (1.929.433.14 1.000) 1.143.659.823 .500 1.224.394.970 .650 1.313.203.632 .515 1.410.893.160 .567 1.518.351.641 .423 1.636.555.970 .365 1.766.580.732 .202 1.909.607.970 .222 2.066.937.932 .044 2.240.000.890 .049
P/F i=33 % 1,00 000 0,75 188 0,56 532 0,42 505 0,31 959 0,24 029 0,18 067 0,13 584 0,10 214 0,07 680 0,05 744 Tota l
PV pada i = 33% (1.929.433.14 1.000) 859.894.604.1 35 692.178.738.5 66 558.183.703.1 07 450.907.609.3 07 364.849.838.5 87 295.679.365.1 06 239.978.316.6 34 195.043.324.5 20 158.731.334.2 11 129.339.679.7 33 2.015.353.372 .818
P/F i=34 % 1,0000 0 0,7462 7 0,5569 2 0,4156 1 0,3101 6 0,2314 6 0,1727 3 0,1289 0 0,0962 0 0,0717 9 0,0535 7 Total
2.015.353.372.818 34% 33% = 33% + 2.015.353.372.818 (1.903.236.752.016) IRR = 50,208 %
Universitas Sumatera Utara
PV pada i = 34% (1.929.433.1 41.000) 853.477.480. 224 681.886.261. 222 545.780.079. 546 437.597.603. 307 351.437.718. 982 282.684.549. 777 227.719.331. 806 183.698.593. 756 148.383.035. 109 120.005.239. 288 1.903.236.75 2.016