TUGAS MEKANIKA FLUIDA

TUGAS MEKANIKA FLUIDA

Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat Densitas 1,66 Viskositas 110 Cp Volume 20.000 Liter ke Hopper Pengalengan Selama 20 Menit

KELOMPOK 7

Arkhei Benoid Gindi (21030112130061) Bella Azaria Susanto (21030112130141) Daniel Roberto C

(21030112130137)

Eko Zuliyanto

(21030112130130)

Yuntika Siti Hutami (21030112130139)

KELAS 1 (RABU SIANG)

JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO 2014

BAB 1 PENDAHULUAN

A. Sistem transportasi Fluida Secara umum ada dua fluida antara lain adalah sebagai berikut: 1. Fluida Newtonian adalah suatu fluida yang memiliki kurva tegangan/regangan yang linier. Contoh umum dari fluida yang memiliki karakteristik ini adalah air. 2. Fluida non-Newtonian adalah suatu fluida yang akan mengalami perubahan viskositas ketika terdapat gaya yang bekerja pada fluida tersebut. Hal ini menyebabkan fluida non-Newtonian tidak memiliki viskositas yang konstan.

B. Klasifikasi Fluida 1. Berdasarkan Kemampuan Menahan Tekanan : -

Fluida incompressible (tak termampatkan) : Fluida yang tidak dapat dikompresi

atau volumenya tidak dapat ditekan menjadi lebih kecil

sehingga massa jenisnya konstan. Contoh : cairan -

Fluida compressible (termampatkan) : Fluida yang dapat dikompresi atau volumenya dapat ditekan menjadi lebih kecil sehingga massa jenisnya tidak konstan. Contoh : gas

2. Berdasarkan Viskositasnya : -

Fluida aliran encer : Fluida yang mempunyai viskositas rendah , mudah mengalir. contoh : air

-

Fluida aliran kental : Fluida yang mempunyai viskositas tinggi , lebih sulit mengalir. contoh : cat ,oli.

Mekanika Fluida | Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan

BAB 2 BAGIAN ISI

A. Deskripsi Program Pengosongan mixer batch larutan cat densitas 1,66 viskositas 110 cp volume 20.000 liter ke hopper pengalenganselama 20 menit.

B. Spesifikasi Bahan Cat adalah

produk

yang

digunakan

untuk

melindungi

dan

memberikan warna pada suatu permukaan objek dengan melapisinya dengan lapisan berpigmen. Bahan baku cat terdiri dari 4 bagian, yaitu:  Tedy san chester untuk menghasilkan hardness, flexibility dan pembentukan lapisan.  Solvent untuk mengencerkan cat sebelum di aplikasikan ke barang.  Pigment sebagai pewarna dan menciptakan daya tutup cat.  Additive untuk menjadikan cat mudah di aplikasikan dan hasilnya sesuai dengan keinginan Densitas cat 1,66 gr/cm3 Viskositas 110 cp

C. Spesifikasi Alat Alat yang digunakan dalam perancangan proses “Pengosongan mixer batch larutan cat densitas 1,66 viskositas 110 cp volume 20.000 liter ke hopper pengalengan selama 20 menit.” antara lain 1. Mixer batch Mixer Batch merupakan alat pencampuran yang dirancang secara efisien untuk menggabungkan bahan-bahan yang berbeda. Mixer merupakan alat yang digunakan untuk mempersiapkan batch seluruh bahan yang diperlukan . Hal ini berbeda dengan continous mixer, di mana bahan dimasukkan ke dalam perangkat terus-menerus , dan membuat Mekanika Fluida | Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan

produk secara berkelanjutan. Meskipun ada beberapa variasi dalam desain , batch mixer adalah dalam bentuk tangki silinder yang dilengkapi dengan bukaan di kedua ujungnya. Bahan baku dimasukkan ke dalam tangki di salah satu ujung , sementara kontrol digunakan untuk memutar (pengaduk) dalam tangki. Sebagai bahan yang dicampur , produk ini keluar dari ujung , biasanya ke bak yang mengarahkan aliran produk ke dalam cetakan. Fungsi

: Untuk mencampurkan bahan-bahan pembuat cat menjadi homogen

Jumlah

:1

Kondisi Operasi

: Temperatur 25o C (suhu kamar) Tekanan 1 atm

Dimensi Mixer

: Diameter

:3m

Tinggi

:3m

Volume

: 21.205,75 L

2. Hopper

Fungsi

: Untuk menampung cat yang sudah homogen dari mixer batch

Jumlah

:1

Kondisi Operasi

:Temperatur 25o C (suhu kamar) Tekanan 1 atm


3. Pipa

Fungsi

: Mentransportasikan cat dari mixer batch ke hopper

Jenis

: Straight pipe

Bahan Konstruksi

: Commercial steel/Wrought Iron

Nominal size pipe

: 1,5 inch

Schedule number

: 40

ID

: 1,610 inch

Luas penampang pipa : 0,01414 ft2 Panjang pipa

: 70,538 ft

4. Fittings a. Elbow

Fungsi

: Membelokkan pipa.

Jenis

: 90 degrees standard elbow

Bahan

Konstruksi

: Commercial steel

Equivalent Length

: 4,026 ft

Jumlah

:3


b. Gate valve

Fungsi

: Membuka dan menghentikan aliran fluida

Jenis

: Fully Open

Bahan Konstruksi

: Commercial steel

Equivalent Length

: 1,7446 ft

Jumlah

:2

c. Globe Valve

Fungsi

: Untuk mengatur aliran fluida pada pipa

Jenis

: Conventional, fully open

Bahan Konstruksi

: Commercial steel

Equivalent Length

: 45,628 ft

Jumlah

:1


d. Keluaran tangki Fungsi

: Pengeluaran fluida dari tangki ke pipa.

Jenis

: Ordinary entrance, Sharp edged entrance

Bahan Konstruksi

: Commercial steel

K

: 0,5

Equivalent Length

: 4,026 ft

5. Pompa Jenis

: Rotary Gear

Head or Discharge Pressure

: Intermediate up to 600 psi

Capacity

: Low (1 gallon per menit to 500 gallon per menit)

Liquid Handle

: Up to high viscousity, non abrassive

Metering or flow control ability

: Yes

D. Kondisi Operasi Pemompaan cat dilakukan di dalam pabrik cat, dari mixer batch menuju hopper pengalengan produk. Di dalam mixer batch terjadi pencampuran bahanbahan penyusun cat dengan proses pengadukan lambat, kondisi operasi pada mixer batch adalah suhu kamar (25oC) dengan tekanan 1 atm. Selanjutnya larutan cat dipompakan menuju hopper (penampung) sebelum akhirnya didistribusikan ke dalam kaleng-kaleng cat untuk dipasarkan. Kondisi operasi pada hopper adalah suhu kamar (25oC) dengan tekanan 1 atm. Jadi dari kedua kondisi alat tersebut dapat disimpulkan kondisi operasi pengosonganmixer batch adalah isotermis dan adiabatis. Mekanika Fluida | Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan

E. Gambar Rangkaian Perancangan Alat


F. Perhitungan Tenaga Pompa dan Motor Berdasarkan data dari spesifikasi bahan dan alat maka dapat di hitung tenaga pompa dan motor sebagai berikut  Densitas larutan cat 𝑔𝑟

𝑙𝑏

𝜌 = 1,66 𝑐𝑚 3 × 2,20462 × 10−3 𝑔𝑟 × 28316,85

𝑐𝑚 3 𝑓𝑡 3

𝑙𝑏

𝜌 = 103,6338

𝑓𝑡 3

 Viskositas Larutan Cat 𝑙𝑏

1

×

1 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡

𝜇 = 110 𝑐𝑝 × 6,72 × 10−4 𝑓𝑡 .𝑠 . 𝑐𝑝 𝜇 = 0,07392

𝑙𝑏 𝑓𝑡 .𝑠

 Debit 20000 𝐿

𝑄 = 20 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 × 𝑄 = 0,5885

3,351 ×10 −3 𝑓𝑡 3 𝐿

60 𝑠

𝑓𝑡 3 𝑠

 Diameter Optimal Pipa µ > 100 cp maka termasuk cairan kental perkiraan Di ≥ 1 inch 𝐷𝑖 𝑜𝑝𝑡 = 3,0 × 𝑄0,36 × 𝜇 0,18 𝐷𝑖 𝑜𝑝𝑡 = 3,0 × 0,58850,36 × 0,073920,18 𝐷𝑖 𝑜𝑝𝑡 = 1,551 𝑖𝑛𝑐𝑕 Menggunakan pipa commersial steel. Kondisi operasi tekanan rendah sehingga dipilih sch 40. Diameter Nominal 1,5 dengan inside diameter 1,610 inch Inside Sectional Area 0,01414 ft 2 Menghitung diameter pipa berdasarkan table dimensi standar pipa baja: 𝐷 = 1,610 𝑖𝑛𝑐𝑕 × 2,54 × 10−2 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 ×

1 𝑓𝑡 0,3048 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟

𝐷 = 0,1342 𝑓𝑡 Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat

 Laju alir 𝑣=

𝑄 𝐴 0,5885

𝑣 = 0,01414

𝑓𝑡 3 𝑠

𝑓𝑡 2

𝑣 = 41,6195

𝑓𝑡 𝑠

 Laju Alir Masa (q) 𝑞 =𝜌×𝑣×𝐴 𝑞 = 103,6338 𝑞 = 60,9885

𝑙𝑏 𝑓𝑡 3

× 41,6195

𝑓𝑡 𝑠

× 0,01414 ft 2

𝑙𝑏 𝑠

 Menghitung bilangan Reynold 𝑅𝑒 =

𝜌×𝐷 ×𝑣 𝜇 103,6338

𝑅𝑒 =

𝑓𝑡 𝑙𝑏 × 0,1342 𝑓𝑡 × 41,6195 𝑠 𝑓𝑡 3 𝑙𝑏 0,07392 𝑓𝑡 . 𝑠

𝑅𝑒 = 7830,4882 Dengan nilai bilangan Reynold 7830,4882 dapat disimpulkan bahwa alirannya merupakan aliran turbulen.  Dari data grafik hubungan factor koreksi energy kinetis terhadap bilangan Reynold didapatkan : 𝛼 = 0,9  Dari grafik hubungan relative roughness dengan diameter dan jenis material pipa didapatkan: 𝜀 𝐷

= 0,0012

Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat

 Dari Grafik hubungan friksi dengan bilangan Reynold dan relative roughtness didapatkan : 𝑓 = 0,034  Menghitung Gaya Friksi Alat yang digunakan

Jumlah

L/D

(n)

n.Le

(ft)

(ft)

-

70,538

4,026

4,026

Pipa lurus (21,5 m)

1

Keluaran (K=0,5)

1

Elbow 90˚ standar

3

30

4,026

12,078

2

13

1,7446

3,4892

1

340

45,628

45,628

1

135

18,117

18,117

Gate valve fully open Globel valve fully open

-

Le

Check valve (convensional swing 0,5 B) 𝑛. 𝐿𝑒 = 153,8762 ft 𝐹= 𝐹=

𝑓 × 𝑛.𝐿𝑒×𝑣 2 2×𝑔𝑐 ×𝐷 0,034 ×153 ,8762 𝑓𝑡 ×(41,6195 2×32,174

𝐹 = 25,215

𝑓𝑡 2 ) 𝑠

𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑚 ×0,1342 𝑓𝑡 𝑙𝑏𝑓 .𝑠2

𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓 𝑙𝑏𝑚

 Mengitung energi potensial: 𝑔

𝐸𝑝 = ∆𝑧. 𝑔

𝑐

𝐸𝑝 = 5𝑚 × 3,2808 𝐸𝑝 = 16,3927

𝑓𝑡 𝑚

𝑚

×

𝑓𝑡

9,8 2 ×3,2808 𝑚 𝑠 32 ,174

𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑚 𝑙𝑏𝑓 .𝑠2



 Menghitung kerja pompa: Berdasarkan persamaan Bernouli 𝐸1 + 𝑧1 .

𝑔 𝑔𝑐

𝑣1 2

+

2.𝛼 .𝑔𝑐

𝑃1

+

𝜌

+𝑄−

𝐹 − 𝑊𝑓 = 𝐸2 + 𝑧2 .

𝑔 𝑔𝑐

+

𝑣2 2 2.𝛼 .𝑔𝑐

+

𝑃2 𝜌

Sehingga ∆𝑣 2

𝑔

∆𝐸 + ∆𝑧. 𝑔 + 2.𝛼.𝑔 + 𝑐

𝑐

∆𝑃 𝜌

=𝑄−

𝐹 − 𝑊𝑓

Untuk fluida incompressible pada kondisi operasi adiabatis ( Q=0 ) dan isothermal (∆𝐸 = 0 ) sehingga persamaan Bernouli menjadi: ∆𝑣 2

𝑔

−𝑊𝑓 = ∆𝑧. 𝑔 + 2.𝛼 .𝑔 + 𝑐

𝑐

−𝑊𝑓 = 16,3927

𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓

−𝑊𝑓 = 41,6077

𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓

𝑙𝑏𝑚

∆𝑃 𝜌

+

𝐹

+ 0 + 0 + 25,215


𝑙𝑏𝑚

 Menghitung tenaga pompa teoritis 𝑃 = 𝑞 × (−𝑊𝑓 ) 𝑃 = 60,9885

𝑙𝑏𝑚 𝑠

𝑃 = 2537,5897

× 41,6077

𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓 𝑠

×


1,341 ×10 −3 𝐻𝑃 0,7376

𝑙𝑏 𝑓 𝑓𝑡 𝑠

𝑃 = 4,6135 𝐻𝑃  Tenaga pompa sesungguhnya Pompa yang digunakan adalah Rotary Gear Pump yang mempunyai efisiensi sebesar 85%. 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 =

𝑃𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠 𝜂

𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 =

4,6135 𝐻𝑃 0,85

𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 5,4276 𝐻𝑃


 Perhitungan daya motor. Efisiensi motor adalah 75% 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 =

𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 𝜂𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟

𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 =

5,4276 𝐻𝑃 0,75

𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 7,2368 𝐻𝑃 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 7,2368 𝐻𝑃 ×

1 𝑘𝑊 1,34102 𝐻𝑃

𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 5,3965 𝑘𝑊 G. Pemilihan Jenis Pompa dan Cara Kerja Dalam perancangan ini dipilih pompa tipe rotary pump (external gear pump) dengan pertimbangan sebagai berikut : Pompa dengan penggigian dalam dapat digunakan untuk memompa zat cair yang mempunyai kekentalan (viskositas) tinggi, seperti tetes, sirop, dan cat. Kapasitas dari rotary pump (internal gear pump) adalah 1 gal/min sampai dengan 500 gal/min. Pompa ini merupakan jenis pompa rotari yang paling sederhana. Apabila gerigi roda gigi berpisah pada sisi hisap, cairan akan mengisi ruangan yang ada diantara gerigi tersebut. Kemudian cairan ini akan dibawa berkeliling dan ditekan keluar apabila giginya bersatu lagi


BAB 3 PENUTUP

Kesimpulan  Pemindahan fluida ini menggunakan jenis pompa tipe rotary pump (external gear pump) karena zat yang dipindahkan adalah cat, cat termasuk fluida kental dengan viskositas 110 cp.  Pada perancangan digunakan pipa lurus jenis commersial steel pipe, rotary gear pump, elbow standart 90°, entrance, globe valve, gate valve, dan check valve.  Operasi pemindahan cat dari mixer batch ke hopper berjalan dalam kondisi isotermal dan adiabatis.  Tenaga yang dibutuhkan pompa untuk memindahkan fluida cat dari mixer batch ke hopper sebesar 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 5,4276 𝐻𝑃 sedangkan pada motor sebesar 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 7,2368 𝐻𝑃


DAFTAR PUSTAKA

Brown, G.G. 1978. Unit Operations. John Wiley & Sons, Inc. New York. Handayani, Sri Utami. Bahan Ajar Pompa dan Kompresor. Universitas Diponegoro Holman, J.P.(Ed). 2010. Heat Transfer 10th Ed. McGraw-Hill Book Company, New york Ikhsan, D., Suherman. 2002. Operasi Teknik Kimia I. Diktat Mata Kuliah Jurusan Teknik Kimia. Fakultas Teknik. Universitas Diponegoro Perry. R.H, Jhon H.(Ed).2008.Perry’s Chemical Engineers’ Handbook.Edisi Kedelapan, McGraw-Hill Book Company, New york http://www.wisegeek.com/what-is-a-batch-mixer.htm http://id.wikipedia.org/wiki/cat http://www.unhas.ac.id/lkpp/teknik/BAB%20II.%20KONSEP%20DAN%20BES ARAN%20FLUIDA-Syer.pdf


TUGAS MEKANIKA FLUIDA

Recommend Documents