TUGAS MEKANIKA FLUIDA

(1)

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

(2)

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.

(3)

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

(4)

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

(5)

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

(6)

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

(7)

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 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.

(8)

Mekanika Fluida | Pengosongan Mixer Batch Larutan Cat ke Hopper Pengalengan E. Gambar Rangkaian Perancangan Alat

(9)

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

𝜌 = 1,66_𝑐𝑚𝑔𝑟₃× 2,20462 × 10−3 𝑙𝑏

𝑔𝑟× 28316,85 𝑐𝑚3

𝑓𝑡3

𝜌 = 103,6338 _𝑓𝑡𝑙𝑏₃

 Viskositas Larutan Cat 𝜇 = 110 𝑐𝑝 × 6,72 × 10−4 𝑙𝑏 𝑓𝑡 .𝑠 . 1 𝑐𝑝 𝜇 = 0,07392 _{𝑓𝑡 .𝑠}𝑙𝑏  Debit 𝑄 =_{20 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡}20000 𝐿 ×3,351×10_𝐿 −3𝑓𝑡3×1 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡_{60 𝑠} 𝑄 = 0,5885 𝑓𝑡_𝑠3

 Diameter Optimal Pipa

µ > 100 cp maka termasuk cairan kental perkiraan Di ≥ 1 inch

𝐷𝑖 𝑜𝑝𝑡 = 3,0 × 𝑄0,36 × 𝜇0,18

𝐷_{𝑖 𝑜𝑝𝑡} = 3,0 × 0,58850,36_{× 0,07392}0,18

𝐷_{𝑖 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 pipaberdasarkan table dimensi standar pipa baja: 𝐷 = 1,610 𝑖𝑛𝑐𝑕 × 2,54 × 10−2_{𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 ×} 1 𝑓𝑡

0,3048 𝑚𝑒𝑡𝑒𝑟 𝐷 = 0,1342 𝑓𝑡

(10)

 Laju alir 𝑣 =𝑄_𝐴 𝑣 = 0,5885 𝑓𝑡 3 𝑠 0,01414 𝑓𝑡2 𝑣 = 41,6195𝑓𝑡 𝑠

 Laju Alir Masa (q) 𝑞 = 𝜌 × 𝑣 × 𝐴

𝑞 = 103,6338 _𝑓𝑡𝑙𝑏₃× 41,6195𝑓𝑡_𝑠 × 0,01414 ft2

𝑞 = 60,9885 𝑙𝑏_𝑠

 Menghitung bilangan Reynold 𝑅𝑒 = 𝜌 × 𝐷 × 𝑣 𝜇 𝑅𝑒 = 103,6338 𝑙𝑏_𝑓𝑡₃× 0,1342 𝑓𝑡 × 41,6195𝑓𝑡_𝑠 0,07392 𝑙𝑏_{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

(11)

 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×𝑣_2×𝑔 2 𝑐×𝐷 𝐹 =0,034 ×153,8762 𝑓𝑡 ×(41,6195 𝑓𝑡 𝑠)2 2×32,174 𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑚_{𝑙𝑏𝑓 .𝑠2}×0,1342 𝑓𝑡 𝐹 = 25,215 𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓 𝑙𝑏𝑚

 Mengitung energi potensial: 𝐸_𝑝 = ∆𝑧. 𝑔 𝑔𝑐 𝐸_𝑝 = 5𝑚 × 3,2808𝑓𝑡 𝑚 × 9,8𝑚 𝑠2×3,2808 𝑓𝑡 𝑚 32,174 𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑚_{𝑙𝑏𝑓 .𝑠2} 𝐸_𝑝 = 16,3927𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓_𝑙𝑏𝑚

(12)

 Menghitung kerja pompa:

Berdasarkan persamaan Bernouli 𝐸₁+ 𝑧₁._𝑔𝑔 𝑐 + 𝑣12 2.𝛼.𝑔𝑐+ 𝑃1 𝜌 + 𝑄 − 𝐹 − 𝑊𝑓 = 𝐸2+ 𝑧2. 𝑔 𝑔𝑐+ 𝑣22 2.𝛼.𝑔𝑐 + 𝑃2 𝜌 Sehingga ∆𝐸 + ∆𝑧._𝑔𝑐𝑔 +_{2.𝛼.𝑔𝑐}∆𝑣2 +∆𝑃_𝜌 = 𝑄 − 𝐹 − 𝑊_𝑓

Untuk fluida incompressible pada kondisi operasi adiabatis ( Q=0 ) dan isothermal (∆𝐸 = 0 ) sehingga persamaan Bernouli menjadi:

−𝑊_𝑓 = ∆𝑧._𝑔𝑔 𝑐+ ∆𝑣2 2.𝛼.𝑔𝑐+ ∆𝑃 𝜌 + 𝐹 −𝑊_𝑓 = 16,3927𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓_𝑙𝑏𝑚 + 0 + 0 + 25,215 𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓_𝑙𝑏𝑚 −𝑊𝑓 = 41,6077𝑓𝑡 .𝑙𝑏𝑓_𝑙𝑏𝑚

 Menghitung tenaga pompa teoritis 𝑃 = 𝑞 × (−𝑊_𝑓)

𝑃 = 60,9885𝑙𝑏𝑚_𝑠 × 41,6077𝑓𝑡 .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%. 𝑃_{𝑟𝑒𝑎𝑙} =𝑃𝑡𝑒𝑜𝑟𝑖𝑡𝑖𝑠 𝜂 𝑃_{𝑟𝑒𝑎𝑙} =4,6135 𝐻𝑃 0,85 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 = 5,4276 𝐻𝑃

(13)

 Perhitungan daya motor. Efisiensi motor adalah 75% 𝑃_{𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟} = 𝑃𝑟𝑒𝑎𝑙 𝜂_{𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟} 𝑃_{𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟} =5,4276 𝐻𝑃 0,75 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 7,2368 𝐻𝑃 𝑃_{𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟} = 7,2368 𝐻𝑃 ×_{1,34102 𝐻𝑃}1 𝑘𝑊 𝑃_{𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟} = 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

(14)

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 𝑃_{𝑟𝑒𝑎𝑙} = 5,4276 𝐻𝑃 sedangkan pada motor sebesar 𝑃𝑚𝑜𝑡𝑜𝑟 = 7,2368 𝐻𝑃

(15)

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