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 4
Citra Nuramelia 21030112130079
Danu Purnawan 21030112130144
Destia Nur Fathana 21030112110056
Egananta Santoso 21030112130046
Nadia Hapsari Renaningtyas 21030112130097
Rizky Ardias D. 21030112140170
Syarief Basyarahil 21030112130150 Yonathan Nusaputra Handoyo 21030112130066
TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS DIPONEGORO
SEMARANG 2014
BAB I PENDAHULUAN
Transportasi fluida merupakan hal yang penting dalam suatu proses di industri, misalnya dalam industri cat. Dalam menangani bahan-bahan proses di industri cat, dapat digunakan berbagai macam cara perpindahan, untuk bahan yang berupa fluida atau yang dapat diperlakukan seperti fluida cara yang sering digunakan adalah mengalirkan bahan yang bersangkutan melalui saluran tertutup (pipa). Dalam perancangan pengaliran secara tertutup, perlu diperhatikan sifat dari fluidanya.
Sifat fisis dari suatu fluida dapat didefinisikan dengan berdasarkan pada tekanan, temperatur, densitas, dan viskositas. . Ditinjau dari pengaruh perubahan tekanan, fluida dibagi menjadi dua jenis yaitu fluida tak mampat (incompressible) dan fluida mampat (compressible). Pada suatu suhu dan tekanan tertentu, setiap fluida mempunyai densitas tertentu. Pada fluida tak mampat (compressible), zat akan mengalami perubahan sifat fisis terutama kerapatan massanya (densitas) apabila mengalami perubahan tekanan, contohnya pada fluida yang volatil. Pada fluida cair, viskositasnya dibagi menjadi dua jenis, yaitu
Newtonian fluid dan non Newtonian fluid.
Aliran fluida terdiri dari dua macam yaitu aliran secar terbuka atau berhubungan dengan udara luar dan aliran tertutup. Pada sebagian besar industry menggunakan aliran tertutup yang dilakukan dalam pipa, terutama digunakan pada fluida cair. Aliran fluida cair dalam pipa, bila ditinjau dari kestabilan kapasitasnya dibagi menjadi dua, yaitu aliran dalam keadaan steady state dan aliran unsteady state. Sedangkan jenis aliran fluida jika ditinjau dari arah lintasan partikel fluida yang mengalir terdiri dari dua jenis yaitu aliran laminar dan aliran turbulen.
Pada makalah ini akan dibahas tentang pompa dan spesifikasinya, tenaga pompa dan pemilihan pompa yang cocok untuk proses pengosongan mixer batch larutan cat densitas 1,66; viskositas 110 cp; volume 20000 liter ke gopper pengalengan selama 20 menit.
BAB II 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
Spesifikasi cat :
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.
Spesifikasi Mixerbatch :
Fungsi : Untuk mencampurkan bahan-bahan menjadi homogeny Jumlah : 1
Kondisi operasi : Temperatur 25oC (suhu kamar) ; Tekanan 1 atm Dimensi Mixer : Diameter : 3m
Tinggi : 3m
Volumer : 21.205,75 L
2. Hopper
Fungsi : Untuk menampung cat yang sudah homogen dari mixer batch
Jumlah : 1
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
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
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
Cappacity : Low (1 gallon per menit - 500 gallon per menit) Liquid Handle : Up to high viscosity, non abrasive
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.
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.
E. DIAGRAM ALIR PROSES PENGOSONGAN MIXER BATCH
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
Viskositas Larutan Cat
Debit
Diameter Optimal Pipa
µ > 100 cp maka termasuk cairan kental perkiraan Di ≥ 1 inch
= 3,0 × 0,36 0,18
= 3,0 × 0,58850,36 × ,073920,18
= 1,551 h
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:
= 0,1342
Laju alir
Laju Alir Masa (q)
Menghitung bilangan Reynold
= 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 :
= 0,9
Dari grafik hubungan relative roughness dengan diameter dan jenis material pipa didapatkan:
Dari Grafik hubungan friksi dengan bilangan Reynold dan relative roughtness didapatkan :
= 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
Globel valve fully open 1 340 45,628 45,628 Check valve (convensional
swing 0,5 B) 1 135 18,117 18,117
Total Le 153,8762
Mengitung energi potensial:
Menghitung kerja pompa:
Berdasarkan persamaan Bernouli
Sehingga
Untuk fluida incompressible pada kondisi operasi adiabatis ( Q=0 ) dan isothermal (∆ = 0 ) sehingga persamaan Bernouli menjadi:
Menghitung tenaga pompa teoritis
= 4,6135
Tenaga pompa sesungguhnya
Pompa yang digunakan adalah Rotary Gear Pump yang mempunyai efisiensi sebesar 85%.
Perhitungan daya motor. Efisiensi motor adalah 75%
BAB III PENUTUP Kesimpulan
1. Pemindahan fluida ini menggunkan jenis pompa tipe rotary pump (external gear pump) karena zat yang dipindahkan adalah cat, cat termasuk fluida kental dengan viskositas 110cp.
2. Pada perancangan digunakan pipa lurus jenis commercial steel pipe, rotary gear pump, elbow standart 90o, entrance, globe valve, gate valve, dan check valve.
3. Operasi pemindahan cat dari mixer batch ke hopper berjalan dalam kondisi isothermal dan adiabatic.
4. Tenaga yang dibutuhkan pompa untuk memindahkan fluida cat dari mixer batch ke hopper sebesar Preal = 5,4276 HP sedangkan pada motor sebesar Pmotor = 5,3965 kW
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
