Diktat UTS Semester 4

download Diktat UTS Semester 4

of 104

  • date post

    14-Nov-2015
  • Category

    Documents

  • view

    171
  • download

    17

Embed Size (px)

description

Perpindahan Kalor, Mekanika Fluida

Transcript of Diktat UTS Semester 4

  • DIKTAT UTS

    SEMESTER 4 2013Mekanika Fluida

    Termodinamika, dan Matematika

    Teknik Kimia/ Permodelan

    JANGAN TERPAKU PADA DIKTAT INI. Diktat ini dijawab oleh mahasiswa. Pemikiran dosen mungkin berbeda. Untuk pengunaan diktat dengan dosen atau asisten.

    Untuk IMTK yang lebih baik ke depannya,

    apabila terdapat kesalahan dalam diktat

    ini, mohon hubungi :

    Devi TK 12 087882043275

    Rexy Darmawan TK 12 085715330723

    2013

    STAFF IMTK AKADEMIS 2013

    DIKTAT UTS

    SEMESTER 4 2013Mekanika Fluida, Perpindahan Kalor,

    Termodinamika, dan Matematika

    Teknik Kimia/ Permodelan

    JANGAN TERPAKU PADA DIKTAT INI. Diktat ini dijawab oleh mahasiswa. Pemikiran dosen mungkin berbeda. Untuk pengunaan diktat yang efektif, berkonsultasilah dengan dosen atau asisten. Untuk IMTK yang lebih baik ke depannya,

    apabila terdapat kesalahan dalam diktat

    ini, mohon hubungi :

    vi TK 12 087882043275

    Rexy Darmawan TK 12 085715330723

    STAFF IMTK AKADEMIS 2013

    SEMESTER 4 2013 , Perpindahan Kalor,

    Termodinamika, dan Matematika

    JANGAN TERPAKU PADA DIKTAT INI. Diktat ini dijawab oleh mahasiswa. Pemikiran dosen mungkin berbeda. Untuk pengunaan

    yang efektif, berkonsultasilah

    Untuk IMTK yang lebih baik ke depannya,

    apabila terdapat kesalahan dalam diktat

    Rexy Darmawan TK 12 085715330723

    STAFF IMTK AKADEMIS 2013

  • 2

    DAFTAR ISI

    A. Mekanika Fluida Soal Mekanika Fluida ...4 Ujian Akhir Semester Mekanika Fluida...15

    B. Perpindahan Kalor Soal Perpindahan Kalor ......27

    C. Termodinamika Soal Termodinamika ...63

    D. Matematika Teknik/ Permodelan UTS Matematika Teknik Kimia .99 UAS Matematika Teknik Kimia Mei 2009A 100 UAS Matematika Teknik Kimia Mei 2009B .101

    Terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua

    pihak yang telah membantu terselesaikannya diktat

    ini. Semoga diktat ini membantu pembelajaran kita

    dan UTS yang akan segera berlangsung dapat

    dihadapi dengan baik.

  • MEKANIKA

    FLUIDA

    3

    MEKANIKA

    FLUIDA

    MEKANIKA

  • 4

    SOAL MEKANIKA FLUIDA Soal I : Kerjakan dengan metode yang benar, yaitu angka2 dihitung terakhir, setelah manipulasi simbol-simbol. Pergunakan satuan British. Sistem aliran yang terdiri atas pompa dan 2 tangki dihubungkan dengan pipa 3 inch #80 sepanjang 600 ft, yang memiliki gate valve (V1, V2, V3), standard elbow, Teejunction, orifice, sudden contraction/enlargement dari/ke tangki. Efisiensi pompa 70%, SG cairan 0.8-0.85. Kinematik viscocity (/) = 5cSt-8 cSt. Pada saat operasi normal by pass valve V2 ditutup. Kondisi operasi adalah sbb. Tangki 1 Tangki 2

    Pmax 20 psig 110 psig Pmin 10 psig 100 psig

    Level max, terhadap z=0 40 ft 170 ft Level min, terhadap z=0 20 ft 150 ft a) Hitung flow rate, jika diameter orifice diameter pipa b) Hitung friction losses, kehilangan pada gate valve, elbow, orifice, sudden

    contraction/enlargement di perhitungkan, namun T-junction boleh diabaikan. (gunakan tabel 6.-3 dan kurva Fig. 6.16). Asumsikan : 1. Diameter tangki jauh lebih besar dari diameter pipa. 2. Pada orifice juga terjadi sudden contraction/enlargement.

    c) Hitung Pump Head dalam feet pada sistim diatas. d) Hitung besar dan arah gaya penahan (Support) yang bekerja pada Elbow 1 agar tidak

    gerak (gunakan neraca momentum).

  • 5

    Jawab :

    Diketahui :

    Pipa 3 in #80, panjang 600 ft Efisiensi pompa = 70 %

    Specific gravity cairan 0.8-0.85 Kinematik viscocity (/) = 5 cSt - 8

    cSt

    By pass valve V2 ditutup

    D orifice = D pipa

    D tangki >>>>D pipa

    P orifice = 10 cm HG

    Keterangan tambahan :

    1 cSt = 1.076 x 10-5 ft2 s-1

    1cmHG = 8.9587 x 102 lbm ft-1s-2

    1 psia = 4.663 x103 lbm ft-1s-2 SG cairan = 0.825 cairan = 0.825 kg/L = 51.5 lb ft-3 kinematik viscosity (/) = 6.5 cSt = 6.99 x 10-5 ft2 s-1

    a) Untuk mengetahui nilai flow rate, maka sistem yang kita tinjau adalah orificemeter, dengan asumsi :

    Fluida adalah incompressible ( = konstan) Orifice dianggap ideal (Cv = 1) Sistem adalah steady state (berlaku hukum kontinuitas, Q = konstan) dengan menggunakan Hukum Bernoulli :

  • 6

    28.95871051.51 12 19.26"#. $

    % & . ' &. ' Maka diperoleh nilai flow ratenya...

    % &. ' ()*+,-./.01*. 2* 3. *45/647) V2 = Q/A2 = 4.81 ft/s

    b) Friction losses pada elbow dan gate valve dicari dengan langkah - langkah : 1. cari panjang ekuivalen (x) dari elbow dan valve (tabel 6-3, Noel De Nevers) 2. cari nilai Re number, gunakan hasil perhitungan bagian a (nilai kecepatan aliran pada

    pipa). 3. kemudian cari nilai " 89, ; 0.254.816.9910@ 17195.12 =/D = 0.0006 diperoleh nilai f sekitar 0.007

    Fdm

    dWVgzP other =++ )2

    (2

    02

    )( 212212=

    + VVPP

    21

    21

    22

    122 1

    )(2

    =

    AAPPV

    24

    2VDxfF =

    DVRe =

  • 7

    x = equivalent length . D untuk :

    gate valve : x = 13 . 0.25 = 3.25 ft F = 4.21 ft2.s-2 elbow : x = 30 . 0.25 = 7.5 ft F = 9.715 ft2.s-2

    Friction losses akibat sudden contraction/enlargement dari/ke tangki dan pada orifice

    Dari/ke tangki

    pada soal dikatakan D tangki >>>> D pipa, sehingga Dpipa/Dtangki 0 , maka dari figure 6.16 kita dapat memperoleh nilai K untuk menghiitung nilai F.

    BC D E2 Dimana : nilai V merupakan nilai kecepatan yang terbesar dari dua kecepatan yang terlibat. Dari figure 6.16 kita dapat nilai K enlargement = 1 dan nilai K contraction = 0.5 sehingga nilai :

    D 1 F 0.5. 2 1.5 4.812 17.35"#$ Pada orifice

    Pengerjaannya sama pada perhitungan dari/ke tangki, D orifice = D pipa. figure 6.16 didapat nilai K enlargement = 0.58 dan nilai K contraction = 0.33

    sehingga nilai : D 0.58 F 0.33. HI 0.91 J.KI 168.78"#$

    c) Untuk menghitung Pump Head maka sistem yang kita tinjau adalah pompa saja. Asumsi :

    Z, v dianggap nol dan besar F diabaikan.

    Yang menjadi permasalahan sekarang adalah nilai kerja pada pompa yang tidak diketahui. Oleh karena itu untuk mendapatkan nilai LMN , maka kita tinjau sistem secara

    Fdm

    dWVgzP other =++ )2

    (2

  • 8

    keseluruhan (titik satu dan dua, lihat gambar). Hal ini juga dikerenakan kerja hanya terdapat pada pompa.

    Berdasarkan Hukum Bernoulli pada titik satu dan dua, maka diperoleh :

    OPOQ R. ST F SBC F 4. ". SU . '2 F #V#WX"YZ[#ZV\XV$$9$]W\ROZZ#_\R`WOWaWRZW\a X = Panjang total pipa Untuk nilai P dan Z pilih salah satu dari keadaan max atau min.

    nilai P pada masing-masing titik merupakan jumlah dari tekanan tangki. Dengan menyelesaikan persamaan diatas maka akan kita peroleh nilai Pump head.

    F pipa = 2.f.X.v2 /D = 777.37 ft2.s-2 OPOQ 32.174150 20 F 4.66310@ 4.6631051.5 F 977.425 13356.73"#$

    B BC. R 13356.73. 132.174 415.14"# d) Berdasarkan neraca momentum :

    Asumsi elbow adalah jenis 90o standard elbow OQbO# Z\Qc Z\ V_#Qc V_# FdD 0 efQc ef ghiQc ghi FdD kita bagi bagi bersadarkan komponen arah x dan y. Qc %. 3. *45j51.5 12.15lb. s Dn Qc ghi ef Qc 0 ef 12.154.81 58.46Xa. "#. $ Db Qc ghi ef Qc ghi 0 12.154.81 58.46Xa. "#. $

    Dhoogpi qDn F Db 82.68Xa. "#. $

    2a,odW P Vgz

    dm 2

    = + + + F

  • 9

    arah gaya diilustrasikan pada gambar dibawah : Gaya yang bekerja pada elbow oleh fluida.

    Maka gaya supportnya harus berlawanan arah dengan gaya diatas

    Soal II : Suatu dekanter kontinu di rancang untuk memisahkan minyak dari campuran minyak-air dengan kapasitas 1000 barrel oil per day. Diasumsikan waktu pemisahan air mengikuti rumus

    empisis.

    # 6,24oilCtW#9Y CWZY jam oil = 1,5 cp oil = 54 lb / ft3

    a. Hitung ukuran bejana, jika isi cairan minyak-air di dalam tangki 90 % dan panjang tangki = 5x diameter

    b. Hitung tinggi limpahan, jika letak interface minyak-air ada 1/3 tinggi permukaan minyak dan komposisi campuran adalah 70 % minyak.

    Jawab : Asumsi:

    Panjang dekanter 5x diameter sesuai kenyataan Diketahui : feed = 1000 barrel/day

  • 10

    oil = 54 lb / ft3

    water = 62,43 lb / ft3

    oil = 1,5 cp

    # 6,24oilCtW#9Y CWZY jam Ditanya : jika volume minyak 90 % maka tentukan ukuran tangki !!

    Untuk minyak 70 % dan interface 1/3 dari permukaan maka tentukan tinggi limpahan !!

    Jawab :

    a. # K, ,@K,@ 1,11jam 66,6menit Q = 1000 barrel/day = 29,167 gal/min V = 29,167 gal/min . 66,6 min = 1942,522 gal 90 % tangki = V = 1942,522 gal V tangki = 2158,36 gal = 288,5308 ft3 Vtangki ~.I L @ . D D = q @ = 4,2 ft L = 5D = 20,94 ft

    b. Jika diameter tangki 4,2 ft maka tinggi permukaan minyak-oil adalah 90 % Diameter yaitu 3,77 ft, maka

    Z = 3,77 ft Z1 = 1/3 Z = 1,26 ft

    Zn= gei>p z + 1 gei>p z1 = 3,43 ft Jadi, ukuran pompa dengan diameter 4,2 ft dan panjang 21 ft memiliki tinggi limpahan 3,43 ft.

    Soal III : Air dipompa melalui pipa 2 inch dengan laju alir 100 gallon/min. Panjang pipa dan equivalent lenght dari seluruh fittings adalah 2500 ft. (lihat gambar)

    a. Hitung perbedaan tekanan discharge dan suction pompa b. Jika kehilangan energi pada pompa, motor dan kopling 30 %. Hitung watt yang

    dibutuhkan pompa c. Hitung berapa persen kehilangan pada sudden contaction / expansion dengan asumsi

    D tangki >> D pipa

    Jawab :

  • 11

    Diketahui : Laju alir = 100 gal/min Beda tinggi = 20 ft

    Diameter = 2 inch

    Total pipa = 2500 ft Ditanyakan: Beda discharge and suction ! Daya pompa jika efisiensi 70% atau heat