TUGAS MEKANIKA FLUIDA

Transkripsi

1 TUGAS MEKANIKA FLUIDA Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat Densitas 1,66 Viskositas 110 Cp Volume Liter ke Hopper Pengalengan Selama 20 Menit KELOMPOK 7 Arkhei Benoid Gindi ( ) Bella Azaria Susanto ( ) Daniel Roberto C ( ) Eko Zuliyanto ( ) Yuntika Siti Hutami ( ) KELAS 1 (RABU SIANG) JURUSAN TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO 2014

2 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.

3 BAB 2 BAGIAN ISI A. Deskripsi Program Pengosongan mixer batch larutan cat densitas 1,66 viskositas 110 cp volume 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/cm 3 Viskositas 110 cp C. Spesifikasi Alat Alat yang digunakan dalam perancangan proses Pengosongan mixer batch larutan cat densitas 1,66 viskositas 110 cp volume 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

4 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 25 o C (suhu kamar) Tekanan 1 atm Dimensi Mixer : Diameter : 3 m Tinggi : 3 m Volume : ,75 L 2. Hopper Fungsi : Untuk menampung cat yang sudah homogen dari mixer batch Jumlah : 1 Kondisi Operasi :Temperatur 25 o C (suhu kamar) Tekanan 1 atm

5 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 ft 2 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

6 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

7 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 Head or Discharge Pressure Capacity Liquid Handle Metering or flow control ability : Rotary Gear : Intermediate up to 600 psi : Low (1 gallon per menit to 500 gallon per menit) : Up to high viscousity, non abrassive : 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 (25 o C) 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 (25 o C) dengan tekanan 1 atm. Jadi dari kedua kondisi alat tersebut dapat disimpulkan kondisi operasi pengosonganmixer batch adalah isotermis dan adiabatis.

8 E. Gambar Rangkaian Perancangan Alat

9 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 ρ = 1,66 gr lb cm 3 cm 3 2, ,85 gr ft 3 ρ = 103,6338 lb ft 3 Viskositas Larutan Cat μ = 110 cp 6, μ = 0,07392 lb ft.s lb. 1 ft.s cp Debit Q = L 3, ft 3 1 menit 20 menit L 60 s Q = 0,5885 ft 3 s Diameter Optimal Pipa µ > 100 cp maka termasuk cairan kental perkiraan D i 1 inch D i opt = 3,0 Q 0,36 μ 0,18 D i opt = 3,0 0,5885 0,36 0, ,18 D i 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, meter D = 0,1342 ft 1 ft 0,3048 meter Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat

10 Laju alir v = Q A v = 0,5885 ft 3 s 0,01414 ft 2 v = 41,6195 ft s Laju Alir Masa (q) q = ρ v A q = 103,6338 lb ft ft 3 41,6195 0,01414 ft2 s q = 60,9885 lb s Menghitung bilangan Reynold Re = Re = ρ D v μ 103,6338 lb ft 3 0,1342 ft 41,6195 ft s 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

11 Dari Grafik hubungan friksi dengan bilangan Reynold dan relative roughtness didapatkan : f = 0,034 Menghitung Gaya Friksi Alat yang digunakan Jumlah Le n.le L/D (n) (ft) (ft) Pipa lurus (21,5 m) ,538 Keluaran (K=0,5) 1 4,026 4,026 Elbow 90 standar ,026 12,078 Gate valve fully open ,7446 3,4892 Globel valve fully open ,628 45,628 Check valve (convensional swing 0,5 B) ,117 18,117 F = F = n. Le = 153,8762 ft f n.le v2 2 g c D ft 0, ,8762 ft (41,6195 s )2 ft.lbm 2 32,174 lbf.s2 0,1342 ft F = 25,215 ft.lbf lbm Mengitung energi potensial: E p = z. g g c E p = 5m 3,2808 ft E p = 16,3927 ft.lbf lbm 9,8 m ft s2 3,2808 m ft.lbm m 32,174 lbf.s 2

12 Menghitung kerja pompa: Berdasarkan persamaan Bernouli E 1 + z 1. g g c + v 1 2 Sehingga 2.α.g c + P 1 + Q F W ρ f = E 2 + z 2. g + v 2 2 g c E + z. g + v2 + P = Q F W g c 2.α.g c ρ f + P 2 2.α.g c ρ Untuk fluida incompressible pada kondisi operasi adiabatis ( Q=0 ) dan isothermal ( E = 0 ) sehingga persamaan Bernouli menjadi: W f = z. g g c + v2 2.α.g c + P ρ + F ft.lbf W f = 16,3927 lbm ft.lbf W f = 41,6077 lbm ,215 ft.lbf lbm Menghitung tenaga pompa teoritis P = q ( W f ) P = 60,9885 lbm s ft.lbf P = 2537,5897 s P = 4,6135 HP ft.lbf 41,6077 lbm 1, HP 0,7376 lb f ft s Tenaga pompa sesungguhnya Pompa yang digunakan adalah Rotary Gear Pump yang mempunyai efisiensi sebesar 85%. P real = P teoritis η P real = 4,6135 HP 0,85 P real = 5,4276 HP

13 Perhitungan daya motor. Efisiensi motor adalah 75% P motor P motor P motor = P real η motor = 5,4276 HP 0,75 = 7,2368 HP P motor = 7,2368 HP 1 kw 1,34102 HP P motor = 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

14 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 P real = 5,4276 HP sedangkan pada motor sebesar P motor = 7,2368 HP

15 DAFTAR PUSTAKA Brown, G.G Unit Operations. John Wiley & Sons, Inc. New York. Handayani, Sri Utami. Bahan Ajar Pompa dan Kompresor. Universitas Diponegoro Holman, J.P.(Ed) Heat Transfer 10 th Ed. McGraw-Hill Book Company, New york Ikhsan, D., Suherman 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 ARAN%20FLUIDA-Syer.pdf