bab i mekflu

Author: fero-fyrouzabadi

Post on 07-Jul-2018

243 views

Category:

Documents


0 download

Embed Size (px)

TRANSCRIPT

  • 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 

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    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

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    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.

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    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)

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    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

    Equivalent Length : 10,86 ft

    c.  Globe Valve

    Fungsi : Untuk mengatur aliran fluida

    Jenis : Conventional, fully open

    Bahan Konstruksi : Commercial steel

    ID : 10,020 in

    Equivalent Length : 283,90 ft

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    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

    Equivalent Length : 25,05 ft

    f.  Exit (Masuk tangki)

    Fungsi : Pemasukan fluida dari pipa ke tangki

    Jenis : Sudden enlargement, sharp edged exit

    Bahan Konstruksi : Commercial steel

    ID : 10,020 in

    K : 1,0

    Equivalent Length : 50,10 ft

    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 

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    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

      ∑  

     

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    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%

     

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    9/23

       

     

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    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.

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    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.

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    12/23

     

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    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.

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    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

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    15/23

    Lampiran 1

    Tabel 1. Dimensi Pipa Standar

    (sumber : Brown, 1978)

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    16/23

     

    Lampiran 2

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

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    17/23

     

    Lampiran 3

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

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    18/23

     

    Lampiran 4.

    Tabel 2. Tabel panjang Ekivalen

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    19/23

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    20/23

     

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

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    21/23

    Lampiran 5

    Gambar 3. Nomogram panjang ekivalen dan harga K

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    22/23

    Lampiran 6

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

  • 8/18/2019 BAB I Mekflu

    23/23

    Lampiran 7

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