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 4
Citra Nuramelia
21030112130079
Danu Purnawan
21030112130144
Destia Nur Fathana
21030112110056
Egananta Santoso
21030112130046
Nadia Hapsari Renaningtyas
21030112130097
Rizky Ardias D.
21030112140170
Syarief Basyarahil
21030112130150
Yonathan Nusaputra Handoyo
21030112130066
TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG
2014
BAB I
PENDAHULUAN
Transportasi fluida merupakan hal yang penting dalam suatu proses di industri,
misalnya dalam industri cat. Dalam menangani bahan-bahan proses di industri cat, dapat
digunakan berbagai macam cara perpindahan, untuk bahan yang berupa fluida atau yang
dapat diperlakukan seperti fluida cara yang sering digunakan adalah mengalirkan bahan yang
bersangkutan melalui saluran tertutup (pipa). Dalam perancangan pengaliran secara tertutup,
perlu diperhatikan sifat dari fluidanya.
Sifat fisis dari suatu fluida dapat didefinisikan dengan berdasarkan pada tekanan,
temperatur, densitas, dan viskositas. . Ditinjau dari pengaruh perubahan tekanan, fluida dibagi
menjadi dua jenis yaitu fluida tak mampat (incompressible) dan fluida mampat
(compressible). Pada suatu suhu dan tekanan tertentu, setiap fluida mempunyai densitas
tertentu. Pada fluida tak mampat (compressible), zat akan mengalami perubahan sifat fisis
terutama kerapatan massanya (densitas) apabila mengalami perubahan tekanan, contohnya
pada fluida yang volatil. Pada fluida cair, viskositasnya dibagi menjadi dua jenis, yaitu
Newtonian fluid dan non Newtonian fluid.
Aliran fluida terdiri dari dua macam yaitu aliran secar terbuka atau berhubungan
dengan udara luar dan aliran tertutup. Pada sebagian besar industry menggunakan aliran
tertutup yang dilakukan dalam pipa, terutama digunakan pada fluida cair. Aliran fluida cair
dalam pipa, bila ditinjau dari kestabilan kapasitasnya dibagi menjadi dua, yaitu aliran dalam
keadaan steady state dan aliran unsteady state. Sedangkan jenis aliran fluida jika ditinjau dari
arah lintasan partikel fluida yang mengalir terdiri dari dua jenis yaitu aliran laminar dan aliran
turbulen.
Pada makalah ini akan dibahas tentang pompa dan spesifikasinya, tenaga pompa dan
pemilihan pompa yang cocok untuk proses pengosongan mixer batch larutan cat densitas
1,66; viskositas 110 cp; volume 20000 liter ke gopper pengalengan selama 20 menit.
BAB II
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
Spesifikasi cat :
 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 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.
Spesifikasi Mixer batch :
Fungsi
: Untuk mencampurkan bahan-bahan menjadi homogeny
Jumlah
:1
Kondisi operasi : Temperatur 25oC (suhu kamar) ; Tekanan 1 atm
Dimensi Mixer : Diameter
: 3m
Tinggi
: 3m
Volumer
: 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
Cappacity
: Low (1 gallon per menit - 500 gallon per menit)
Liquid Handle
: Up to high viscosity, non abrasive
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.
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 (25 oC) dengan
tekanan 1 atm. Jadi dari kedua kondisi alat tersebut dapat disimpulkan kondisi operasi
pengosonganmixer batch adalah isotermis dan adiabatis.
E. DIAGRAM ALIR PROSES PENGOSONGAN MIXER BATCH
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
 Viskositas Larutan Cat
 Debit
 Diameter Optimal Pipa
µ > 100 cp maka termasuk cairan
kental perkiraan Di ≥ 1 inch
= 3,0 ×
0,36
0,18
= 3,0 × 0,58850,36 × ,073920,18
= 1,551
h
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 ft2
Menghitung diameter pipa berdasarkan table dimensi standar pipa baja:
= 0,1342
 Laju alir
 Laju Alir Masa (q)
 Menghitung bilangan Reynold
= 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 :
= 0,9
 Dari grafik hubungan relative roughness dengan diameter dan jenis material pipa
didapatkan:
Dari Grafik hubungan friksi dengan bilangan Reynold dan relative roughtness
didapatkan :
= 0,034
 Menghitung Gaya Friksi
Alat yang digunakan
Jumlah (n)
L/D
Le (ft)
n.Le (ft)
Pipa lurus (21,5 m)
1
-
-
70,538
Keluaran (K=0,5)
1
4,026
4,026
Elbow 90˚ standar
3
30
4,026
12,078
Gate valve fully open
2
13
1,7446
3,4892
Globel valve fully open
Check valve (convensional
swing 0,5 B)
1
340
45,628
45,628
1
135
18,117
18,117
Total Le
153,8762
 Mengitung energi potensial:
Menghitung kerja pompa:
Berdasarkan persamaan Bernouli
Sehingga
Untuk fluida incompressible pada kondisi operasi adiabatis ( Q=0 ) dan isothermal
(∆ = 0 ) sehingga persamaan Bernouli menjadi:
 Menghitung tenaga pompa teoritis
= 4,6135
 Tenaga pompa sesungguhnya
Pompa yang digunakan adalah Rotary Gear Pump yang mempunyai efisiensi sebesar
85%.
 Perhitungan daya motor.
Efisiensi motor adalah 75%
BAB III
PENUTUP
Kesimpulan
1. Pemindahan fluida ini menggunkan jenis pompa tipe rotary pump (external gear
pump) karena zat yang dipindahkan adalah cat, cat termasuk fluida kental dengan
viskositas 110cp.
2. Pada perancangan digunakan pipa lurus jenis commercial steel pipe, rotary gear
pump, elbow standart 90o, entrance, globe valve, gate valve, dan check valve.
3. Operasi pemindahan cat dari mixer batch ke hopper berjalan dalam kondisi isothermal
dan adiabatic.
4. Tenaga yang dibutuhkan pompa untuk memindahkan fluida cat dari mixer batch ke
hopper sebesar Preal = 5,4276 HP sedangkan pada motor sebesar Pmotor = 5,3965 kW
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