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

Mekanika Fluida | Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan

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.

http://id.wikipedia.org/wiki/Fluida

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Tegangan&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Regangan&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Linier&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Air

http://id.wikipedia.org/wiki/Fluida

http://id.wikipedia.org/wiki/Viskositas


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


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 : 3 m

Tinggi : 3 m

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


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



Jumlah : 2

c. Globe Valve

Fungsi : Untuk mengatur aliran fluida pada pipa

Jenis : Conventional, fully open



Jumlah : 1


d. Keluaran tangki

Fungsi : Pengeluaran fluida dari tangki ke pipa.

Jenis : Ordinary entrance, Sharp edged entrance


K : 0,5


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 bahan-

bahan 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.


E. Gambar Rangkaian Perancangan Alat


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

𝜌 = 1,66𝑔𝑟

𝑐𝑚 3 × 2,20462 × 10−3 𝑙𝑏

𝑔𝑟× 28316,85

𝑐𝑚 3

𝑓𝑡 3

𝜌 = 103,6338 𝑙𝑏

𝑓𝑡 3

Viskositas Larutan Cat

𝜇 = 110 𝑐𝑝× 6,72 × 10−4 𝑙𝑏

𝑓𝑡 .𝑠 .

1

𝑐𝑝

𝜇 = 0,07392 𝑙𝑏

𝑓𝑡 .𝑠

Debit

𝑄 =20000 𝐿

20 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡×

3,351×10−3𝑓𝑡 3

𝐿×

1 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡

60 𝑠

𝑄 = 0,5885 𝑓𝑡 3

𝑠

Diameter Optimal Pipa

µ > 100 cp maka termasuk cairan kental

perkiraan Di ≥ 1 inch

𝐷𝑖 𝑜𝑝𝑡 = 3,0 × 𝑄0,36 × 𝜇0,18

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 ft2

Menghitung diameter pipa berdasarkan table dimensi standar pipa baja:

𝐷 = 1,610 𝑖𝑛𝑐𝑕 × 2,54 × 10−2𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 ×1 𝑓𝑡

0,3048 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟

𝐷 = 0,1342 𝑓𝑡


Laju alir

𝑣 =𝑄

𝐴

𝑣 =0,5885

𝑓𝑡3

𝑠

0,01414 𝑓𝑡 2

𝑣 = 41,6195𝑓𝑡

𝑠

Laju Alir Masa (q)

𝑞 = 𝜌 × 𝑣 × 𝐴

𝑞 = 103,6338 𝑙𝑏

𝑓𝑡 3 × 41,6195𝑓𝑡

𝑠× 0,01414 ft2

𝑞 = 60,9885 𝑙𝑏

𝑠

Menghitung bilangan Reynold

𝑅𝑒 =𝜌 ×𝐷 × 𝑣

𝜇

𝑅𝑒 =103,6338

𝑙𝑏𝑓𝑡3 × 0,1342 𝑓𝑡 × 41,6195

𝑓𝑡𝑠

0,07392 𝑙𝑏𝑓𝑡 . 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


Dari Grafik hubungan friksi dengan bilangan Reynold dan relative roughtness

didapatkan :

𝑓 = 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 1 340 45,628 45,628

Check valve

(convensional swing

0,5 B)

1 135 18,117 18,117

𝑛. 𝐿𝑒 = 153,8762 ft

𝐹 =𝑓× 𝑛 .𝐿𝑒×𝑣2

2×𝑔𝑐×𝐷

𝐹 =0,034 ×153,8762𝑓𝑡×(41,6195

𝑓𝑡

𝑠)2

2×32,174 𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑚

𝑙𝑏𝑓 .𝑠2 ×0,1342𝑓𝑡

𝐹 = 25,215 𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓

𝑙𝑏𝑚

Mengitung energi potensial:

𝐸𝑝 = ∆𝑧.𝑔

𝑔𝑐

𝐸𝑝 = 5𝑚 × 3,2808𝑓𝑡

𝑚×

9,8𝑚

𝑠2×3,2808𝑓𝑡

𝑚

32,174 𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑚

𝑙𝑏𝑓 .𝑠2

𝐸𝑝 = 16,3927𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓

𝑙𝑏𝑚


Menghitung kerja pompa:

Berdasarkan persamaan Bernouli

𝐸1 + 𝑧1 .𝑔

𝑔𝑐+

𝑣12

2.𝛼 .𝑔𝑐+𝑃1

𝜌+ 𝑄 − 𝐹 −𝑊𝑓 = 𝐸2 + 𝑧2 .

𝑔

𝑔𝑐+

𝑣22

2.𝛼 .𝑔𝑐+𝑃2

𝜌

Sehingga

∆𝐸 + ∆𝑧.𝑔

𝑔𝑐+

∆𝑣2

2.𝛼 .𝑔𝑐+∆𝑃

𝜌= 𝑄 − 𝐹 −𝑊𝑓

Untuk fluida incompressible pada kondisi operasi adiabatis ( Q=0 ) dan

isothermal (∆𝐸 = 0 ) sehingga persamaan Bernouli menjadi:

−𝑊𝑓 = ∆𝑧.𝑔

𝑔𝑐+

∆𝑣2

2.𝛼 .𝑔𝑐+∆𝑃

𝜌+ 𝐹

−𝑊𝑓 = 16,3927𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓

𝑙𝑏𝑚+ 0 + 0 + 25,215

𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓

𝑙𝑏𝑚

−𝑊𝑓 = 41,6077𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓

𝑙𝑏𝑚

Menghitung tenaga pompa teoritis

𝑃 = 𝑞 × (−𝑊𝑓)

𝑃 = 60,9885𝑙𝑏𝑚

𝑠× 41,6077

𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓

𝑙𝑏𝑚

𝑃 = 2537,5897𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓

𝑠×

1,341 ×10−3 𝐻𝑃

0,7376𝑙𝑏 𝑓𝑓𝑡

𝑠

𝑃 = 4,6135 𝐻𝑃

Tenaga pompa sesungguhnya

Pompa yang digunakan adalah Rotary Gear Pump yang mempunyai efisiensi

sebesar 85%.

𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 =𝑃𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠𝜂

𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 =4,6135 𝐻𝑃

0,85

𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 5,4276 𝐻𝑃


Perhitungan daya motor.

Efisiensi motor adalah 75%

𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 =𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙𝜂𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟

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


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


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

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%20BESARAN%20FLUIDA-Syer.pdf

http://www.unhas.ac.id/lkpp/teknik/BAB%20II.%20KONSEP%20DAN%20BESARAN%20FLUIDA-Syer.pdf

TUGAS MEKANIKA FLUIDA -...

Documents

Transcript of TUGAS MEKANIKA FLUIDA -...