BAB III ANALISA ALIRAN TURBULENT TERHADAP ALIRAN FLUIDA CAIR PADA CONTROL VALVE ANSI 150 DAN ANSI 300 PADA PT.POLICHEM INDONESIA Tbk Dalam bab ini penulis akan mengolah data yang telah didapatkan dari sebuah plant yaitu di PT.POLICHEM INDONESIA Tbk. Data data yang akan diolah merupakan data control valve yang digunakan di PT.POLICHEM. data control valve yang diambil adalah control valve jenis AGVB ANSI 150 dengan tag number TV-7101 dan control valve jenis HCB ANSI 300 dengan tag number HV-201. Dari data data tersebut penulis akan mencoba menghitung Re number dari kedua control valve tersebut, penulis akan menghitung Re number kedua control valve tersebut pada kondisi operasi yang sama. Yaitu pada kondisi operasi saat temperatur fluida 30 0 C, 70 0 C dan pada temperatur 100 0 C, sehingga akan terlihat perbedaannya, dan mampu menentukan serta membandingkan jenis aliran diantara kedua control valve tersebut. 54
3.1 Data data control valve ANSI 150 PT.POLYCHEM INDONESIA tbk Gambar No 24 data data contol valve ANSI 150 55
3.1.1 gambar control valve ANSI 150 Gambar No 25 contol valve ANSI 150 56
3.2 Data data control valve ANSI 300 PT.POLYCHEM INDONESIA tbk Gambar No 26 data data contol valve ANSI 300 57
3.2.1 gambar control valve ANSI 300 Gambar No 27 contol valve ANSI 300 58
3.2.2 tabel ukuran flange pada control valve Gambar No 28 data data ukuran flange 59
3.3 Perhitungan Aliran Turbulen Dalam tugas akhir ini penulis ingin menganalisa tentang penyebab penyebab terjadinya aliran pada aliran fluida di control valve, sehingga penulis memiliki gambaran tentang aliran fluida secara umum dan aliran pada khususnya. Dalam sub bab ini penulis ingin membandingkan aliran yang terjadi pada control valve jenis ANSI 150 dan ANSI 300. Aliran pada control valve dapat digolongkan jenis alirannya, apakah merupakan aliran laminar, transisi ataupun. Aliran tersebut dapat ditentukan dari hasil perhitungan dari bilangan reynold numbernya (Re). Yang dirumuskan sebagai berikut : Rumus Reynolds Number : Dengan, ρ = densitas (kg/m3) μ = viskositas dinamis (N. det/m2) d = diameter dalam dari saluran (m) υ = viskositas kinematis (m2/det) γ = berat jenis fluida (N/m3) V = kecepatan rata rata fluida (m/det) 60
3.3.1 Perhitungan Reynold Number Pada Control Valve Jenis ANSI 150 3.3.1.1. Perhitungan reynold number pada kecepatan rata rata fluida yang berbeda pada temperatur 30 0 C A. data spesifikasi dari pipa 1. D (diameter pipa) = 3 inch = 76,2 mm Tabel 3: ukuran pipa 61
B. data spesifikasi dari air 1. densitas (ρ) dalam (kg/m3) Densitas adalah massa dari materi atau zat setiap satu satuan volumenya, Densitas suatu zat atau materi dapat dilihat dari temperaturnya. Semakin tinggi temperatur dari zat atau materi maka densitas dari zat tersebut akan semakin rendah Grafik No 3: kerapatan air berbanding dengan temperatur Dari data-data yang disediakan oleh vendor dan tabel diatas dapat dihitung kerapatan dari fluida air,dimana: fluida beroperasi pada temperatur maksimum 160 0 C,namun penulis mengambil data pada temperatur 30 0 C, 70 0 C, dan 100 0 C. dari data diatas densitas air pada suhu 30 0 C sebesar 994 kg/m 3, 70 0 C sebesar 977,81 kg/m 3, dan 100 0 C sebesar 958,38 kg/m 3 62
densitas 2. viskositas kinematis (μ) (m 2 /det) Viskositas kinematis adalah perbandingan antara viskositas dinamis dengan ʋ = µ / ρ dimana, υ = Viskositas kinematis (m 2 /det) μ = Viskositas dinamis (N.det/m 2 ) ρ = Densitas (kg/m 3 ) Tabel 4 : viskositas air 63
Tabel 4 viskositas air (lanjutan) Dari data serta grafik didapatkan viskositas dinamik pada temperatur 30 0 C sebesar 0,795 x 10-3 m 2 /det. 64
3. kecepatan rata rata fluida (V) (m/det) maka kecepatan rata-rata fluida bisa didapat dengan menggunakan persamaan kontinuitas aliran sebagai berikut: Dengan, V = Kecepatan rata-rata (m/det) Q = Debit aliran (m 3 /det) A = Luas penampang saluran (m 2 ). SATUAN `VARIABEL KECEPATAN Ft/sec 0,009 0,016 0,022 0,026 0,03 0,09 0,13 0,16 0,26 0,3 0,36 m/sec 0,003 0,005 0,007 0,008 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 Tabel 5: Tabel kecepatan pada pipa yang berukuran 3 inch (0,076 m) 65
Dari data data yang telah didapatkan maka kita dapat menghitung reynold number, karena penulis telah memutuskan pengambilan variabel pada suhu 30 0 C, 70 0 C, dan 100 0 C, maka semua variabel akan sama, kecuali variabel kacepatan, agar perhitungan Re numbernya bervariasi dan jenis aliran fluidanyapun dapat ditentukan. Diket : densitas (ρ) air pada suhu 30 0 C sebesar 994 kg/m 3 viskositas dinamik (μ) pada temperatur 30 0c sebesar 0,795 x 10-3 m 2 /det diameter (d) pada pipa sebesar 3 inch = 0,76 m Kecepatan pada 0,003 m/sec Jadi: Re = kg 994 x 0,003m/s x 0.076 m m 3 0,795 x 10 3 m2/det = 285,1 aliran bersifat laminar 66
Data diambil saat temperatur operasi 30 0 C, dengan kecepatan fluida yang berbeda Pada control valve ANSI 150 NO densitas viskositas diameter pipa Kecepatan Re (ρ) dinamik (μ) (d) fluida (v) number Sifat (kg/m 3 ) (m 2 /det) (m) (m/s) aliran 1 994 0,795 x 10-3 0,076 0,003 285,1 laminar 2 994 0,795 x 10-3 0,076 0,005 475,1 laminar 3 994 0,795 x 10-3 0,076 0,007 665,2 Laminar 4 994 0,795 x 10-3 0,076 0,008 760,2 Laminar 5 994 0,795 x 10-3 0,076 0,01 950,2 Laminar 6 994 0,795 x 10-3 0,076 0,015 1425,4 Laminar 7 994 0,795 x 10-3 0,076 0,02 1900,5 Laminar 8 994 0,795 x 10-3 0,076 0,025 2375,6 Transisi 9 994 0,795 x 10-3 0,076 0,03 2850,7 Transisi 10 994 0,795 x 10-3 0,076 0,04 3801 Transisi 11 994 0,795 x 10-3 0,076 0.05 4751,2 Turbulen Tabel 6 : hasil perhitungan Re number vs kecepatan fluida pada temperatur 30 0 C pada control valve ANSI 150 67
Re number Teknik Mesin 5000 4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 Grafik aliran fluida pada temperatur 30 0 C pada ANSI 150 dengan variabel kecepatan yang berbeda laminar laminarlaminarlaminarlaminar Transisi Transisi Laminar Laminar Transisi 0,003 0,005 0,007 0,008 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0.05 kecepatan rata - rata fluida (m/s) Grafik 4 : hasil perhitungan Re number vs kecepatan fluida pada temperatur 30 0 C pada ANSI 150 3.3.1.2. Perhitungan reynold number pada kecepatan rata rata fluida yang berbeda pada temperatur 70 0 C Diket : densitas (ρ) air pada suhu 70 0 C sebesar 977,81 kg/m 3 viskositas dinamik (μ) pada temperatur 70 0 C sebesar 0,395 x 10-3 m 2 /det diameter (d) pada pipa sebesar 3 inch = 0,76 m Kecepatan pada 0,003 m/sec Jadi: Re = kg 977,81 x 0,003m/s x 0.076 m m 3 0,395 x 10 3 m2/det = 562,6 aliran bersifat transisi 68
Data diambil saat temperatur operasi 70 0 C, dengan kecepatan fluida yang berbeda Pada control valve ANSI 150 NO densitas viskositas diameter pipa Kecepatan Re (ρ) dinamik (μ) (d) fluida (v) number Sifat (kg/m 3 ) (m 2 /det) (m) (m/s) aliran 1 977,81 0,395 x 10-3 0,076 0,003 562,6 laminar 2 977,81 0,395 x 10-3 0,076 0,005 937,7 laminar 3 977,81 0,395 x 10-3 0,076 0,007 1316 laminar 4 977,81 0,395 x 10-3 0,076 0,008 1505 laminar 5 977,81 0,395 x 10-3 0,076 0,01 1881 laminar 6 977,81 0,395 x 10-3 0,076 0,015 2822 Transisi 7 977,81 0,395 x 10-3 0,076 0,02 3762,7 Transisi 8 977,81 0,395 x 10-3 0,076 0,025 4703,4 Turbulen 9 977,81 0,395 x 10-3 0,076 0,03 5644,1 Turbulen 10 977,81 0,395 x 10-3 0,076 0,04 7525,4 Turbulen 11 977,81 0,395 x 10-3 0,076 0,05 9406,7 Turbulen Tabel 7 : hasil perhitungan Re number vs kecepatan fluida pada temperatur 70 0 C pada control valve ANSI 150 69
Re number Teknik Mesin 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Grafik aliran fluida pada temperatur 70 0 C pada ANSI 150 dengan variabel kecepatan yang berbeda laminar laminarlaminarlaminarlaminar Transisi Transisi 0,003 0,005 0,007 0,008 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 kecepatan rata - rata fluida (m/s) Grafik 5 : hasil perhitungan Re number vs kecepatan fluida pada temperatur 70 0 C pada ANSI 150 3.3.1.3. Perhitungan reynold number pada kecepatan rata rata fluida yang berbeda pada temperatur 100 0 C Diket : densitas (ρ) air pada suhu 100 0 C sebesar 958,38 kg/m 3 viskositas dinamik (μ) temperatur 100 0 C sebesar 0,270 x 10-3 m 2 /det diameter (d) pada pipa sebesar 3 inch = 0,76 m Kecepatan pada 0,003 m/sec Jadi: Re = kg 958,38 x 0,003m/s x 0.076 m m 3 0,270 x 10 3 m2/det = 809,3 aliran bersifat laminar 70
Data diambil saat temperatur operasi 100 0 C, dengan kecepatan fluida yang berbeda Pada control valve ANSI 150 NO densitas viskositas diameter pipa Kecepatan Re (ρ) dinamik (μ) (d) fluida (v) number Sifat (kg/m 3 ) (m 2 /det) (m) (m/s) aliran 1 958,38 0,270 x 10-3 0,076 0,003 809,3 Laminar 2 958,38 0,270 x 10-3 0,076 0,005 1348,8 Laminar 3 958,38 0,270 x 10-3 0,076 0,007 1888,4 Laminar 4 958,38 0,270 x 10 0,076 0,008 2158,1 Transisi 5 958,38 0,270 x 10 0,076 0,01 2697,7 Transisi 6 958,38 0,270 x 10 0,076 0,015 4046,5 Transisi 7 958,38 0,270 x 10 0,076 0,02 5395,3 Turbulen 8 958,38 0,270 x 10 0,076 0,025 6744,2 Turbulen 9 958,38 0,270 x 10 0,076 0,03 8092,9 Turbulen 10 958,38 0,270 x 10 0,076 0,04 10790,6 Turbulen 11 958,38 0,270 x 10 0,076 0,05 13488,3 Turbulen Tabel 8 : hasil perhitungan Re number vs kecepatan fluida pada temperatur 100 0 C pada control valve ANSI 150 71
Re number Teknik Mesin 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Grafik aliran fluida pada temperatur 100 0 C pada ANSI 150 dengan variabel kecepatan yang berbeda Transisi laminar LaminarLaminar transisi transisi 0,003 0,005 0,007 0,008 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 kecepatan rata - rata fluida (m/s) Grafik 6 : hasil perhitungan Re number vs kecepatan fluida pada temperatur 100 0 C pada ANSI 150 Dari hasil perhitungan diatas dapat kita lihat, pada kecepatan minimum aliran fluida bersifat laminar, namun semakin bertambahnya kecepatan aliran maka sifat aliran berubah, yang pada awalnya aliran bersifat laminar berubah menjadi tak beraturan atau. Fluida pada temperatur operasi yang tinggi lebih cenderung terjadinya aliran. Karena semakin tinggi temperatur maka semakin kecil nilai densitas dan nilai viskositas dinamiknya, sehingga mengakibatkan nilai Re numbernya lebih besar dibandingkan temperatur operasi yang lebih rendah. 72
3.3.2. perhitungan Reynold number pada control valve jenis ANSI 300 3.3.2.1. Perhitungan reynold number pada kecepatan rata rata fluida yang berbeda pada temperatur 30 0 C A. data spesifikasi dari pipa 1. D (diameter pipa) = 6 inch = 150 mm Tabel ukuran pipa SATUAN `VARIABEL KECEPATAN Ft/sec 0,009 0,016 0,022 0,026 0,03 0,09 0,13 0,16 0,26 0,3 0,36 m/sec 0,003 0,005 0,007 0,008 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 Tabel 9 : Tabel kecepatan pada pipa yang berukuran 6 inch (0,15 m) 73
Semua cara perhitungan serta variabel pada ANSI 300 ini sama dengan perhitungan pada ANSI 150,yaitu variabel pada suhu 30 0 C, 70 0 C, dan 100 0 C, maka semua variabel akan sama, kecuali variabel kacepatan, agar perhitungan Re numbernya bervariasi dan jenis aliran fluidanyapun dapat ditentukan Diket : densitas (ρ) air pada suhu 30 0 C sebesar 994 kg/m 3 viskositas dinamik (μ) pada temperatur 30 0 C sebesar 0,795 x 10-3 m 2 /det diameter (d) pada pipa sebesar 6 inch = 0,15 m Kecepatan pada 0,003 m/sec Jadi: Re = kg 994 x 0,003m/s x 0.15 m m 3 0,795 x 10 3 m2/det = 562,6 aliran bersifat laminar 74
Data diambil saat temperatur operasi 30 0 C, dengan kecepatan yang berbeda Pada control valve ANSI 300 NO densitas viskositas diameter pipa Kecepatan Re (ρ) dinamik (μ) (d) fluida (v) number Sifat (kg/m 3 ) (m 2 /det) (m) (m/s) aliran 1 994 0,795 x 10-3 0,15 0,003 562,6 Laminar 2 994 0,795 x 10-3 0,15 0,005 937,7 Laminar 3 994 0,795 x 10-3 0,15 0,007 1312,8 Laminar 4 994 0,795 x 10-3 0,15 0,008 1500,4 Laminar 5 994 0,795 x 10-3 0,15 0,01 1875,5 Laminar 6 994 0,795 x 10-3 0,15 0,015 2813,2 Transisi 7 994 0,795 x 10-3 0,15 0,02 3750,9 Transisi 8 994 0,795 x 10-3 0,15 0,025 4688,7 Turbulen 9 994 0,795 x 10-3 0,15 0,03 5626,4 Turbulen 10 994 0,795 x 10-3 0,15 0,04 7501,9 Turbulen 11 994 0,795 x 10-3 0,15 0,05 9377,4 Turbulen Tabel 10 : hasil perhitungan Re number vs kecepatan fluida pada temperatur 30 0 C pada control valve ANSI 300 75
Re number Teknik Mesin 10000 9000 8000 7000 6000 5000 4000 3000 2000 1000 0 Grafik aliran fluida pada temperatur 30 0 C pada ANSI 300 dengan variabel kecepatan yang berbeda Transisi Transisi laminar laminarlaminar Laminar Laminar 0,003 0,005 0,007 0,008 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 kecepatan rata - rata fluida (m/s) Grafik 7 : perhitungan Re number vs kecepatan pada temperatue 30 0 C berbeda pada ANSI 300 3.3.2.2. Perhitungan reynold number pada kecepatan rata rata fluida yang berbeda pada temperatur 70 0 C. Diket : densitas (ρ) air pada suhu 70 0 C sebesar 977,81 kg/m 3 viskositas dinamik (μ) pada temperatur 70 0 C sebesar 0,395 x 10-3 m 2 /det diameter (d) pada pipa sebesar 6 inch = 0,15 m Kecepatan pada 0,003 m/sec Jadi: Re = kg 977,81 x 0,003m/s x 0.15 m m 3 0,395 x 10 3 m2/det = 1113,9 aliran bersifat Laminar 76
Data diambil saat temperatur operasi 70 0 C, dengan kecepatan yang berbeda Pada control valve ANSI 300 NO densitas viskositas diameter pipa Kecepatan Re (ρ) dinamik (μ) (d) fluida (v) number Sifat (kg/m 3 ) (m 2 /det) (m) (m/s) aliran 1 977,81 0,395 x 10-3 0,15 0,003 1113,9 Laminar 2 977,81 0,395 x 10-3 0,15 0,005 1856,6 Laminar 3 977,81 0,395 x 10-3 0,15 0,007 2599,2 Transisi 4 977,81 0,395 x 10-3 0,15 0,008 2970,6 Transisi 5 977,81 0,395 x 10-3 0,15 0,01 3713,2 Transisi 6 977,81 0,395 x 10-3 0,15 0,015 5569,8 Turbulen 7 977,81 0,395 x 10-3 0,15 0,02 7426,4 Turbulen 8 977,81 0,395 x 10-3 0,15 0,025 9283 Turbulen 9 977,81 0,395 x 10-3 0,15 0,03 11139,6 Turbulen 10 977,81 0,395 x 10-3 0,15 0,04 14852,8 Turbulen 11 977,81 0,395 x 10-3 0,15 0,05 18566,0 Turbulen Tabel 11 : hasil perhitungan Re number vs kecepatan fluida pada temperatur 70 0 C pada control valve ANSI 300 77
Re number Teknik Mesin 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Grafik aliran fluida pada temperatur 70 0 C pada ANSI 300 dengan variabel kecepatan yang berbeda Turbulen Turbulen Turbulen Turbulen Laminar LaminarTransisi Transisi Transisi Turbulen Turbulen 0,003 0,005 0,007 0,008 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 kecepatan rata - rata fluida (m/s) Grafik 8 : perhitungan Re number vs kecepatan berbeda pada temperatur 70 0 C pada ANSI 300 3.3.2.3. Perhitungan reynold number pada kecepatan rata rata fluida yang berbeda pada temperatur 100 0 C. Diket : densitas (ρ) air pada suhu 100 0 C sebesar 958,38 kg/m 3 viskositas dinamik (μ) temperatur 100 0 C sebesar 0,270 x 10-3 m 2 /det diameter (d) pada pipa sebesar 6 inch = 0,15 m Kecepatan pada 0,003 m/sec Jadi: Re = kg 958,38 x 0,003m/s x 0.15 m m 3 0,270 x 10 3 m2/det = 1597,3 aliran bersifat Laminar 78
Data diambil saat temperatur operasi 100 0 C, dengan kecepatan fluida yang berbeda Pada control valve ANSI 300 NO densitas viskositas diameter pipa Kecepatan Re (ρ) dinamik (μ) (d) fluida (v) number Sifat (kg/m 3 ) (m 2 /det) (m) (m/s) aliran 1 958,38 0,270 x 10-3 0,15 0,003 1597,3 Laminar 2 958,38 0,270 x 10-3 0,15 0,005 2662,2 Transisi 3 958,38 0,270 x 10-3 0,15 0,007 3727 Transisi 4 958,38 0,270 x 10 0,15 0,008 4259,5 Turbulen 5 958,38 0,270 x 10 0,15 0,01 5324,3 Turbulen 6 958,38 0,270 x 10 0,15 0,015 7986,5 Turbulen 7 958,38 0,270 x 10 0,15 0,02 10648,7 Turbulen 8 958,38 0,270 x 10 0,15 0,025 13310,8 Turbulen 9 958,38 0,270 x 10 0,15 0,03 15973 Turbulen 10 958,38 0,270 x 10 0,15 0,04 21297,3 Turbulen 11 958,38 0,270 x 10 0,15 0,05 26621,7 Turbulen Tabel 12 : hasil perhitungan Re number vs kecepatan fluida pada temperatur 100 0 C pada control valve ANSI 300 79
Re number Teknik Mesin 28000 26000 24000 22000 20000 18000 16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0 Grafik aliran fluida pada temperatur 100 0 C pada ANSI 300 dengan variabel kecepatan yang berbeda Turbulen Laminar TransisiTransisiTurbulenTurbulen Turbulen Turbulen Turbulen Turbulen Turbulen 0,003 0,005 0,007 0,008 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,04 0,05 kecepatan rata - rata fluida (m/s) Grafik 9 : perhitungan Re number vs kecepatan berbeda pada temperatur 100 0 C pada ANSI 300 3.4. ANALISA HASIL PERHITUNGAN A. Dapat dianalisa bahwa penyebab aliran adalah kecepatan aliran fluida yang terlalu tinggi disaat fluida mengalir melalui contorl valve,dan disebabkan juga karena temperatur proses dari fluida yang terlalu besar, menyebabkan nilai kerapatan dan viskositas dinamik menurun,sehingga mempengaruhi dan menyebabkan nilai Re-nya menjadi besar, B. serta dari hasil perhitungan yang telah dilakukan terjadi perbedaan nilai Re antara ANSI 150 dan ANSI 300, ANSI 300 memiliki Re number yang lebih besar bila dibandingkan dengan ANSI 150 pada kondisi operasi dan kecepatan fluida yang sama. Hal ini diakibatkan karena diameter pipa pada ANSI 300 lebih besar sehingga menyebabkan Re numbernyapun lebih besar. 80