TUGAS MEKANIKA FLUIDAPengosongan Mixer Batch Larutan Cat Densitas 1,66Viskositas 110 Cp Volume 20.000 Liter ke Hopper Pengalengan Selama 20 MenitKELOMPOK 4Dila Meiza Lulianti 21030113120028Faishal Miftahul Huda 21030113130184Putri Rousan Nabila 21030113130182Randy Kurniawan 21030113130185Reisa Novita Marpaung21030113120014Xena callista 21030113140187TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIKUNIVERSITAS DIPONEGOROSEMARANG2015BAB IPENDAHULUANTransportasi 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). Fluida tak mampat (incompressible), apabila mengalami perubahan tekanan tidak terjadi perubahan sifat fisis terutama kerapatan massa (density), atau sifat fisisnya relative tetap. Contohnya : fluida yang non volatile ( air, minyak berat, air raksa). Fluida mampat (compressible), apabila mengalami perubahan tekanan, juga akan terjadi perubahan sifat fisis terutama kecepatan massanya. Contoh : fluida yang volatile, gas, steam. Pada suatu suhu dan tekanan tertentu, setiap fluida mempunyai densitas tertentu. Pada fluida cair, viskositasnya dibagi menjadi dua jenis, yaitu Newtonian fluid dan non Newtonian fluid.Aliran fluida terdiri dari dua macam yaitu aliran secara 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. Sistem perpipaan berfungsi untuk mengantarkan atau mengalirkan suatu fluida dari tempat yang lebih rendah ke tujuan yang diinginkan dengan bantuan mesin atau pompa. Misalnya pipa yang dipakai untuk memindahkan minyak dari tangki ke mesin, memindahkan minyak pada bantalan-bantalan dan juga mentransfer air untuk keperluan pendinginan mesin ataupun untuk kebutuhan sehari-hari diatas kapal serta masih banyak lagi fungsi lainnya. Sistem perpipaan harus dilaksanakan sepraktis mungkin dengan minimum bengkokan dan sambungan las atau brazing, sedapat mungkin dengan flens atau sambungan yang dapat dilepaskan dan dipisahkan bila perlu. Semua pipa harus dilindungi dari kerusakan mekanis. Sistem perpipaan ini harus ditumpu atau dijepit sedemikian rupa untuk menghindari getaran. Sambungan pipa melalui sekat yang diisolasi harus merupakan sambungan flens yang diijinkan dengan panjang yang cukup tanpa merusak isolasi. Pada perancangan sistem instalasi diharapkan menghasilkan suatu jaringan instalasi pipa yang efisien dimana aplikasinya baik dari segi peletakan maupun segi keamanan dalam pengoperasian harus diperhatikan sesuai peraturan-peraturan klasifikasi maupun dari spesifikasi installation guide dari sistem pendukung permesinan.BAB IIISIA. Deskripsi ProgramPengosongan mixer batch larutan cat densitas 1,66 viskositas 110 cp volume 20.000 liter ke hopper pengalengan selama 20 menit.B. Spesifikasi BahanCat 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:ResinResin bertidak sebagai bahan pengikat yang berfungsi agar cat dapat membentuk lapisan film tipis dan merekat pada benda yang dilapisi.Zat Pewarna Atau PigmenZat Pewarna atau pigmen biasanya berupa partikel padat yang mudah terdispersi dalam cat dan memberikan karakteristik tertentu berupa memberikan warna, daya tahan, daya tutup dan sebagai pelindung pada cat tersebut.PelarutPelarut berfungsi untuk melarutkan zat pengikat dan mengencerkan cat sehingga kekentalan cat dapat diatur sesuai dengan standar.Pelarut cat tembok biasanya digunakan air.Zat AditifZat Aditif berfungsi untuk meningkatkan performansi, dan biasanya digunakan dalam jumlah yang sangat kecil.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 batchMixer 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 Mixer batch:Fungsi: Untuk mencampurkanbahan-bahan menjadi homogenyJumlah: 1Kondisi operasi : Temperatur 25oC (suhu kamar) ; Tekanan 1 atmDimensi Mixer : Diameter: 3mTinggi: 3mVolume: 21.205,75 L2. Hopper Fungsi: Untuk menampung cat yang sudah homogen dari mixer batchJumlah: 1Kondisi Operasi:Temperatur 25o C (suhu kamar) Tekanan 1 atm3. PipaFungsi: Mentransportasikan cat dari mixer batch ke hopperJenis: Straight pipeBahan Konstruksi: Commercial steel/Wrought IronNominal size pipe: 1,5 inchSchedule number: 40ID: 4,026 inLuas penampang pipa : 0,0844 ft24. Fittingsa. ElbowFungsi : membelokkan aliran dari pipaJenis: 90 degrees standard elbowBahan Konstruksi: Commercial steelJumlah: 3b. Gate valveFungsi: Membuka dan menghentikan aliran fluidaJenis: Fully OpenBahan Konstruksi: Commercial steelJumlah: 2c. Globe ValveFungsi: Untuk mengatur aliran fluida pada pipaJenis: Conventional, fully openBahan Konstruksi: Commercial steelJumlah: 1d. Keluaran tangkiFungsi: Pengeluaran fluida dari tangki ke pipa.Jenis: Ordinary entrance, Sharp edged entranceBahan Konstruksi: Commercial steelK: 0,5Equivalent Length : 4,026 ft 5. PompaJenis: Rotary GearHead or Discharge Pressure : Intermediate up to 600 psiCappacity: Low (1 gallon per menit - 500 gallon per menit)Liquid Handle: Up to high viscosity, non abrasiveDalam 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 OPERASIPemompaan 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 BATCHHopper Mixer batchF. Perhitungan Tenaga Pompa dan MotorMenghitung densitas larutan cat = 1,66 gr/cm3= 1,66 gr/m3 x 62,4 lb/ft3= 103,584 lb/ft3Menghitung viskositas larutancat = 110 cp x 0,000672 lb ft-1 s-1/ cp = 0,07392 lb/ ft sMenghitung laju aliran fluida Kapasitas debit pemompaan, Qf= 20000 Liter/20 menit=1000 liter/menit= 16,67 liter/detik=0,588 cuft/sMenghitung Diameter Inside Optimal Pipa > 100 cp maka termasuk cairan kental, perkiraan Di 1 in , sehingga:Di opt= 3 x Qf 0,36 x 0,18 = 3 x (0,588)0,45 x (103,584)0,13= 4,32 inDengan pipa commersial steel, D nominal : 4 in Schedule Number : 40ID: 4,026 in = 0,3355 ftOD: 4,5 inA: 0,0844 ft2Menghitung Kecepatan Linier Fluida (v)v = v = = 6,97 ft/sMenghitung bilangan Reynold (NRe)NRe = Dalam hubungan tersebut: = densitas fluida, lb/ft3D = diameter dalam, ftv = laju alir fluida, ft/det = viskositas fluida, lb/ft.detNRe = = 3276,84Menghitung kehilangan energi karena faktor friksi ()Menentukan Faktor Friksi (f)Berdasarkan Buku Diktat Operasi Teknik Kimia I hal 31, untuk pipa Comersial Steel dan ID 4,026 in, diperoleh harga Beradasarkan Buku Diktat Operasi Teknik Kimia I hal 32, untuk NRe = 3276,84 dan , diperoleh harga Faktor Friksi (f) = 0,044Menghitung Panjang Ekivalen (Le)Direncanakan sistem pemipaan terdiri dari:Pipa lurus: 30 m x 3,28 ft/m= 98,4 ft Flange return bend: 3 x 23 x 0,3355 ft= 23,15 ft3 elbow 90o : 3 x 30 x 0,3355 ft= 30,195 ft1 gate valve fully open: 1 x 13 x 0,3355 ft= 4,3615 ft1 globe valve fully open: 1 x 340 x 0,3355 ft= 114,07 ft1 check valve fully: 1 x 135 x 0,3355 ft= 45,23 ftKeluaran (K=0,5): 30 x 4,026 ft= 120,78 ftSehingga Le = 436,25 ftMenghitung Energi yang hilang karena gesekanTotal friksi yang terjadi dalam pipa diperkirakan dengan persamaan Darcy: Dalam hubungan ini:f = faktor friksiv = laju alir linier, ft/sLe= panjang ekuivalen pemipaanD= inside diameter pipe, ft= faktor tenaga kinetis = 43,16 ft lbf/ lbmMenghitung dimensi hopper (L/D =1)V = d2 L20 m3= d3d= 2,94 m 3 meterBeda tinggi mixer dan hopperAsumsi beda ketinggian antara mixer dan hopper adalah 12 meter, maka:Z = 12 m x 3,28084 ft/m = 39,36 ftMenghitung Velocity HeadKarena kecepatan linier cairan dari titik 1 dan titik 2 relatif sama, maka:V1 = V2Menghitung Pressure HeadP = P2 P1Dikarenakan P pada mixer batch (P1) dan P pada hopper (P2) sama maka P = 0Tenaga mekanis pompa dihitung dengan persamaan Bernoulli :(-Wf) = Dikarenakan fluida incompressible maka adiabatis (Q=0) dan isothermal (E=0).(-Wf) = 0 + 39,36 + 0 + 43,16(-Wf) = 82,52 ft.lbf/lbmKapasitas massa :q = Qf x = 0,588 cuft/s x 103,584 lbm/ft = 60,91 ft2 lb/sb.Menghitung Power Pompa dan Power MotorDengan perhitungan Persamaan Bernoulli diperoleh tenaga yang ditambahkan persatuan massa (-Wf), maka tenaga pompa secara teoritis :P = q (-Wf) = 60,91 x 82,52 = 5029,02 ft lbf/ sP = 2628,763 lbf/s x 1 Hp/550 ft lbf/s = 9,47 HPDibaca dari grafik pompa: 0,5 = = 18,94 HP = = 12,74 HP 18,83 kWc. Menentukan tipe pompaDalam 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. Mekanisme kerja :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 lagiBAB IIIPENUTUPKesimpulanPemindahan fluida ini menggunkan jenis pompa tipe rotary pump (external gear pump) karena zat yang dipindahkan adalah cat, cat termasuk fluida kental dengan viskositas 110cp. Pada perancangan digunakan pipa lurus jenis commercial steel pipe, rotary gear pump, elbow standart 90o, entrance, globe valve, gate valve, dan check valve. Operasi pemindahan cat dari mixer batch ke hopper berjalan dalam kondisi isothermal dan adiabatic. Tenaga yang dibutuhkan pompa untuk memindahkan fluida cat dari mixer batch ke hopper sebesar Preal = 18,94 HP sedangkan pada motor sebesar Pmotor = 18,83 kW DAFTAR PUSTAKABrown, G.G. 1978. Unit Operations. John Wiley & Sons, Inc. New York.Handayani, Sri Utami. Bahan Ajar Pompa dan Kompresor. Universitas DiponegoroHolman, J.P.(Ed). 2010. Heat Transfer 10th Ed. McGraw-Hill Book Company, New yorkIkhsan, D., Suherman. 2002. Operasi Teknik Kimia I. Diktat Mata Kuliah Jurusan Teknik Kimia. Fakultas Teknik. Universitas DiponegoroPerry. R.H, Jhon H.(Ed).2008.Perrys 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