BAB I Mekflu

8/18/2019 BAB I Mekflu

1/23

Tugas UO 2 (Mekanika Fluida)

“Pemompaan Alkohol 60% dari Tangki Penampung ke Kolom

Destilasi dengan Tinggi 12 meter dan Debit 40 lt/det”

DISUSUN OLEH

KELOMPOK 2/ KELAS A

FAHRI RIZKI 21030111130138

KHONSA SYAHIDAH 21030113120098

SAID ABDILLAH 21030113120080

DEA CANDRA IVANA PUTRI 21030113120100

MUHAMMAD FIKRI SETIAWAN 21030113130112

DEBORA PASARIBU 21030113120010

MOH ZULIANSAH TEGUH 21030113120044

JURUSAN S-1 TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS DIPONEGORO

SEMARANG

2015


2/23

BAB I

PENDAHULUAN

Mekanika fluida berhubungan dengan perilaku fluida pada keadan diam dan bergerak.

Pada logikanya, fluida merupakan substansi yang terdeformasi secara berkelanjutan yang

diakibatkan oleh adanya tegangan geser walaupun seberapa kecilnya nilai dari tegangan

geser tersebut. Fluida terdiri dari fasa cair, gas dan padat. Perbedaan antara fluida cair dengan

fluida padat sangat jelas yakni jika dibandingkan reaksi fisik dari keduanya. Fluida padat

memiliki keterbatasan reaksi deformasi ketika menerima gaya geser, yakni deformasi tidak

akan berkelanjutan seiring perubahan terhadap waktu.

Fluida dapat diartikan secara sederhana sebagai zat yang mengalir.Secara imiah,

fluida adalah zat yang tidak dapat menahan perubahan bentuk (distorsi) secara permanen.Bila kita mencoba mengubah bentuk suatu massa fluida, maka di dalam fluida tersebut akan

terbentuk lapisan-lapisan di mana lapisan yang satu akan mengalir di atas lapisan yang lain,

sehingga tercapai bentuk baru. Selama perubahan bentuk tersebut, terdapat tegangan geser

(shear stress), yang besarnya bergantung pada viskositas fluida dan laju alir fluida relatif

terhadap arah tertentu.Bila fluida telah mendapatkan bentuk akhirnya, semua tegangan geser

tersebut akan hilang sehingga fluida berada dalam keadaan kesetimbangan. Pada temperatur

dan tekanan tertentu, setiap fluida mempunyai densitas tertentu.

Fluida terbagi atas dua jenis yaitu fluida incompressible dan compressible. Hal tersebut

dipengaruhi oleh tekanan dan temperatur. Fluida incompressible adalah fluida yang hanyamengalami sedikit perubahan densitas. Sebaliknya fluida compressible mengalami perubahan

densitas yang besar akibat adanya perubahan temperatur atau tekanan. Zat cair biasanya

dianggap fluida incompressible, sedangkan gas umumnya dikenal sebagai fluida

compressible.

Perilaku zat cair yang mengalir sangat bergantung pada kenyataan apakah fluida itu

berada di bawah pengaruh bidang batas padat atau tidak. Di daerah yang pengaruh gesekan

dinding kecil, tegangan geser dapat diabaikan dan perilakunya mendekati fluida ideal, yaitu

incompresible dan mempunyai viskositas 0.Aliran fluida ideal yang demikian disebut aliran

potensial.Pada aliran potensial berlaku prinsip-prinsip mekanika Newton dan hukum

kekekalan massa. Aliran potensial mempunyai 2 ciri pokok:

1. tidak terdapat sirkulasi ataupun pusaran sehingga aliran potensial itu disebut

aliran irotasional

2.

tidak terjadi gesekan sehingga tidak ada disipasi (pelepasan) dari energi

mekanik menjadi kalor.

Prinsip-prinsip dasar yang paling berguna dalam penerapan mekanika fluida adalah

persamaan-persamaan neraca massa atau persamaan kontinuitas; persamaan-persamaan

neraca momentum linear dan neraca momentum angular (sudut), dan neraca energi mekanik.

Persaman-persamaan itu dapat dituliskan dalam bentuk diferensial yang menunjukkan


3/23

kondisi pada suatu titik di dalam elemen volume fluida, atau dapat pula dalam bentuk

integral yang berlaku untuk contoh volume tertentu atau massa tertentu.

Transportasi fluida dilakukan dengan 2 cara yaitu dengan pengangkutan yang

menggunakan tempat dan dengan pengaliran fluida pada jaringan pengaliran yang sudah

tertentu. Cara pengaliran ada 2 macam, yaitu sistem terbuka yang berhubungan dengan udara

luar dan sistem tertutup yang biasanya menggunakan pipa. Dalam industri kimia yang perlu

diperhitungkan atau diperhatikan secara khusus dalam perancangan adalah sistem aliran

fluida secara tertutup yang dilakukan dalam pipa. Dalam perancangan pengaliran secara

tertutup, perlu diperhatikan sifat dari fluidanya. Desain dari transportasi fluida bahan dari

satu tempat ke tempat lain yang melibatkan pompa, pipa, dan sambungan-sambungan pada

pipa, akan sangat dipengaruhi oleh sifat aliran bahan, sebagai contoh, daya pompa untuk

mengalirkan bahan yang kental akan berbeda dengan daya pompa untuk bahan yang cair.

Oleh sebab itu, kondisi operasinya perlu dirancang sedemikian rupa sehingga bisa memenuhi

persyaratan untuk mengalirkan masing-masing fluida.


4/23

BAB II

DESKRIPSI BAHAN

1. Spesifikasi Bahan, Alat, dan Kondisi Operasi

A.

Bahan1.

Ethanol Murni

Konsentrasi : 99,5%

Densitas : 0,78506 g/cm3

Viskositas : 1,2 cp

Temperatur : 77o F ( 25oC)

2. Air Murni

Konsentrasi : 100%

Densitas : 0,997 g/cm3

Viskositas : 8,96 x 10-4

Kg/m.s

Temperatur : 77°F (25°C)

3. Ethanol 60%

Densitas

Viskositas

[

] [ ] Temperatur : 77

oF ( 25oC)


5/23

B. Alat

Tangki Penampung

Fungsi : Menampung etanol 60% sementara

Jenis : Tangki silinder tegak dengan tutup bawah datar dan tutup atas

kerucutJumlah : 1 tangki

Merk : Prettech T-C Iso 9001/ce

Volume : 508.647 ft3

Tebal Plat : 2 in

Pompa

Fungsi : Mentransportasikan cairan ethanol 60% dari tangki ke

kolom distilasi

Jenis : Straight pipe

Bahan Konstruksi : Commercial steel / Wrought Iron

Nominal size pipe : 10 in

Schedule number : 40

ID : 10,020 in

OD : 10,750 in

Luas penampang pipa : 0,5475 ft2

Panjang pipa : 200 ft

Fittingsa. Elbow

Fungsi : Membelokkan pipa

Jenis : 90 degrees standard elbow

Bahan Kontruksi : Commercial steel

ID : 10,020 in

Equivalent Length : 25,05 ft

b. Gate valve

Fungsi : Membuka dan menghentikan aliran fluida

Jenis : Fully open

Bahan Konstruksi : Commercial steel

ID : 10,020 in


c. Globe Valve

Fungsi : Untuk mengatur aliran fluida

Jenis : Conventional, fully open


ID : 10,020 in



6/23

d. Venturimeter

Fungsi : Instrument yang digunakan mengukur aliran

fluida pada pipa

Jenis : Convential

Dmeter/Dpipa : 0,7Equivalent Length : 100,20 ft

e. Entrance (Keluar tangki)

Fungsi : Pengeluaran fluida dari tangki ke pipa

Jenis : Ordinary entrance, Sharp edged entrance

Bahan Konstruksi : Commersial Steel

ID : 10,020 in

K : 0,5


f. Exit (Masuk tangki)

Fungsi : Pemasukan fluida dari pipa ke tangki

Jenis : Sudden enlargement, sharp edged exit


ID : 10,020 in

K : 1,0


2. Perhitungan daya pompa dan motor

Data-data

: 54,2701 lbm/cuft

: 7,2465 x 10-4

lbm/ft.s : 1,4125 cuft/sKondisi :

Adiabatis dan Isotermal

Persamaan bernouli : a. Perhitungan diameter optimum (Dopt)

Untuk Di > 1 in, karena debit cukup besar yaitu 40 l/det ( 1,4125 cuft/s)

b. Penentuan nominal size, diameter dalam, dan diameter luar

Dari nilai Dopt, kemudian dicari nilai nominal size berdasarkan table standar

pipa baja (lampiran 1)

Sch : 40

Nominal size : 10 in

Din : 10,020 in

Dout : 10,750 inArea : 0,5475 ft2


7/23

c. Penentuan nilai relative roughness Berdasarkan grafik hubungan diameter bahan dengan jenis bahan (lampiran 2),

untuk pipa jenis baja komersial (commercial steel) dengan diameter pipa 10,020

in maka nilai

= 0,00017

d. Penentuan nilai factor friksi (f)

Untuk menentukan factor friksi dibutuhkan data bilangan Reynold,

Nilai factor friksi dapat diperoleh menggunakan data bilangan Reynolds dan

relative roughness dan bilangan Reynolds ( lampiran 3 ) 5e. Menentukan nilai friksi total ( F)

Pipa dan

fitting

Jenis Jumlah ( n ) Le ( ft ) n. Le

Pipa Straight - 200 200

Elbow Standard 90o 7 25,05

(lampiran 4)

173,35

Gate valve Fully open 3 10,86(lampiran 4) 32,58

Globe valve Fully open 1 283,9

(lampiran 4)

283,9

Entrance Conventional,

sharp edged

1 25,05

(lampiran 4 &

5)

25,05

Exit Conventional,

sharp edged

1 50,10

(lampiran 4 &

5 )

50,10

Venturi Conventional 1 100,20 (

lampiran 6)

100,20

n.Le 867,18

∑


8/23

f. Menghitung daya pompa (Preal)

Aliran steady state maka

Tekanan tangki dan kolom distilasi sama maka

Beda Elevasi

Daya pompa adalah hasil kali dengan laju kapasitas massa (qm) () ()

Untuk menghitung daya pompa nyata diperlukan efisiensi pompa, efisiensi dihitung menggunakan grafik hubungan efisiensi dengan kapasitas (lampiran 7) Berdasarkan grafik pada lampiran 6, maka dengan debit 634,08 gal/min

diperoleh efisiensi pompa sebesar 78%

g. Perhitungan daya motor

Efisiensi motor adalah 75%


9/23


10/23

3. Pemilihan Jenis Pompa

Pada proses distilasi alkohol ini digunakan jenis pompa sentrifugal. Dalam kehidupan

sehari-hari pompa sentrifugal banyak memberikan berbagai manfaat besar bagi manusia,

terutama pada bidang industri. Pompa sentrifugal mempunyai prinsip kerja yaitu mengubah

energi kinetis (kecepatan) cairan menjadi energi potensial (dinamis) melalui suatu impeller

yang berputar dalam casing.

Pompa sentrifugal adalah jenis yang paling banyak digunakan dalam industri kimia

untuk mentransfer cairan dari semua bahan yaitu jenis bahan baku ataupun produk jadi untuk

layanan umum penyediaan air, umpan boiler, sirkulasi kondensor, kondensat,dll. Pompa ini

tersedia melalui berbagai macam ukuran, dalam kapasitas dari kapasitas rendah (2 gal/menit

– 105 gal/min), dan discharge head (tekanan) dari beberapa meter ke sekitar 48 MPa (7000

lbf/in2). Keuntungan utama dari pompa sentrifugal adalah:

1. Struktur Sederhana dan kuat

Pompa sentrifugal, dalam bentuk yang paling sederhana, terdiri dari impeller

yang berputar di dalam casing atau selubung. Impeller terdiri dari sejumlah pisau,

baik terbuka atau tertutup, terpasang pada poros yang berada di luar selubungnya.

Gambar Pompa sentrifugal

Sumber : Perry Chemical Engineering Handbook

2. Harga murah

Konstruksi yang sederhana menyebabkan pompa sentrifugal relatif lebih

murah dari pompa lainnya yang mempunyai strukur kontruksi lebih rumit dan pada

umumnya untuk volume yang sama dengan pompa displacement, harga pembelian

pompa sentrifugal lebih rendah.

3. Biaya perawatan yang rendah,

Tidak banyak bagian-bagian yang bergerak (tidak ada katup dan sebagainya),

sehingga pemeliharaannya mudah dan murah.

4. Operasi yang tenang.

Operasinya berjalan dengan tenang, sehingga pondasi dapat dibuat ringan.


11/23

5. Lebih sedikit memerlukan tempat

Spesifikasi dan kondisi operasi pompa sentrifugal :

Fungsi : Memompakan larutan etanol 60% ke menara destilasi

Jenis : centrifugal pump

Jumlah : 1 buah

Bahan : Commersial steel/Wrought Iron

Debit : 1,406 cuft/s

Nominal size pipe : 8 in

Schedule number : 40

ID : 10,020 in

OD : 10,750 in

Luas penampang pipa : 0,5475 ft2

Daya pompa : 7,3692 Hp

Daya motor : 9,8256 Hp

Efisiensi Motor : 75%

Cara Kerja Pompa Sentrifugal

Pompa sentrifugal bekerja berdasarkan prinsip gaya sentrifugal yaitu bahwa benda

yang bergerak secara melengkung akan mengalami gaya yang arahnya keluar dari titik pusat

lintasan yang melengkung tersebut. Besarnya gaya sentrifugal yang timbul tergantung dari

masa benda, kecepatan gerak benda, dan jari-jari lengkung lintasannya. Pompa digerakkan

oleh motor, daya dari motor diberikan kepada poros pompa untuk memutar impeler yang

dipasangkan pada poros tersebut. Zat cair yang ada dalam impeler akan ikut berputar karena

dorongan sudut

‐sudut. Karena timbulnya gaya sentrifugal, maka zat cair mengalir dari tengah

impeler keluar melalui saluran diantara sudut dan meninggalkan impeller dengan kecepatanyang tinggi. Zat cair yang keluar dari impeler dengan kecepatan tinggi ini kemudian mengalir

melalui saluran yang penampangnya makin membesar (volute/diffuser), sehingga terjadi

perubahan dari head kecepatan menjadi head tekanan. Maka zat cair yang keluar dari flens

keluar pompa head totalnya bertambah besar. Pengisapan terjadi karena setelah zat cair

dilemparkan oleh impeler, ruang diantara sudut‐sudut menjadi vakum sehingga zat cair akanterisap masuk. Selisih energi per satuan berat atau head total dari zat cair pada flens keluar

(tekan) dan flens masuk (isap) disebut head total pompa.


12/23


13/23

BAB V

PENUTUP

V.1 Kesimpulan

1.

Fluida merupakan zat yang mengalir yang digolongkan menjadi 2 jenis yaitu fluida

incompressible dan compressible.

2. Prinsip-prinsip dasar yang paling berguna dalam penerapan mekanika fluida adalah

persamaan-persamaan neraca massa atau persamaan kontinuitas, persamaan-

persamaan neraca momentum linear dan neraca momentum angular (sudut), dan

neraca energi mekanik.

3.

Bahan yang digunakan padasistem pemompaan ini adalah ethanol murni, air murni

dan ethanol 60%, sedangkan peralatan yang digunakan diantaranya tangki

penampung, pompa dan fitting.

4. Nilai daya pompa yang digunakan pada sistem pemompaan ini adalah sebesar 7,3692

HP, sedangkan daya motornya adalah 9,8256 HP.

5. Pada proses distilasi alkohol ini digunakan jenis pompa sentrifugal yang mana prinsip

kerjanya yaitu mengubah energi kinetis cairan menjadi energi potensial melalui suatu

impeller yang berputar dalam casing.

6.

Keuntungan penggunaan pompa sentrifugal diantaranya struktur sederhana dan kuat,

harga murah,biaya perawatan rendah, operasi yang tenang dan lebih sedikit

memerlukan tempat.

7. Fungsi penggunaan pompa sentrifugal dalam sistem pemompaan ini adalah untuk

memompakan larutan ethanol 60% ke menara destilasi.

V.2. Saran

1. Dalam perancangan pengairan secara tertutup perlu diperhatikan sifat dari fluidanya.

2.

Desain dari transportasi fluida bahan dari satu tempat ke tempat lain yang melibatkan

pompa, pipa, dan sambungan-sambungan pada pipa, akan sangat dipengaruhi oleh

sifat aliran bahan, sebagai contoh, daya pompa untuk mengalirkan bahan yang kental

akan berbeda dengan daya pompa untuk bahan yang cair. Oleh sebab itu, kondisi

operasinya perlu dirancang sedemikian rupa sehingga bisa memenuhi persyaratan

untuk mengalirkan masing-masing fluida.

3.

Diperlukannya kelengkapan data spesifikasi bahan yang yang akan diproses untuk

memutuskan peralatan peralatan yang akan digunakan.


14/23

DAFTAR PUSTAKA

http://en.wikipedia.org/wiki/Ethanol_(data_page)

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


15/23

Lampiran 1

Tabel 1. Dimensi Pipa Standar

(sumber : Brown, 1978)


16/23

Lampiran 2

Gambar 1. Grafik hubungan relative roughness, diameter pipa dan jenis pipa (Brown, 1978)


17/23

Lampiran 3

Gambar 2. Hubungan relative roughness dengan Reynolds dan factor friksi (Brown, 1978)


18/23

Lampiran 4.

Tabel 2. Tabel panjang Ekivalen


19/23


20/23

(Sumber : Diktat mata kuliah Operasi Teknik Kimia, oleh Ir. Diyono Ikhsan dan SuhermanST.MT)


21/23

Lampiran 5

Gambar 3. Nomogram panjang ekivalen dan harga K


22/23

Lampiran 6

Gambar 4. Grafik hubungan diameter dengan panjang ekivalen (Diktat Makul OTK I)


23/23

Lampiran 7

Gambar 4. Grafik hubungan kapasitas dengan efisiensi pompa (chemical engineering design,coulson)

BAB I Mekflu

Documents

Transcript of BAB I Mekflu