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
Mekanika Fluida |
Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan
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
Mekanika Fluida |
Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan
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
Mekanika Fluida |
Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan
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
Mekanika Fluida |
Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan
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
𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓
𝑙𝑏𝑚
Mekanika Fluida |
Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan
 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
𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓
𝑙𝑏𝑚
𝑙𝑏𝑚
 Menghitung tenaga pompa teoritis
𝑃 = 𝑞 × (−𝑊𝑓 )
𝑃 = 60,9885
𝑙𝑏𝑚
𝑠
𝑃 = 2537,5897
× 41,6077
𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓
𝑠
×
𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓
𝑙𝑏𝑚
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
Mekanika Fluida |
Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan
 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
Mekanika Fluida |
Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan
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
Mekanika Fluida |
Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan
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
Mekanika Fluida |
Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan