Rencana Pembelajaran Semester (RPS) mata kuliah Alat Industri Kimia (AIK) dirancang untuk membekali mahasiswa S1 Teknik Kimia dengan pemahaman mendalam tentang prinsip kerja, kriteria pemilihan (design & selection), serta operasi alat-alat proses kimia.
Prasyarat: Azas Teknik Kimia, Termodinamika Teknik Kimia, Peristiwa Perpindahan (Transport Phenomena)
Capaian Pembelajaran Mata Kuliah (CPMK)
- Mampu mengidentifikasi dan mengklasifikasikan berbagai jenis peralatan industri kimia.
Mampu menganalisis prinsip kerja dan persamaan dasar transfer massa, panas, serta momentum pada alat proses.
Mampu melakukan perhitungan dimensi dasar dan menentukan spesifikasi teknis peralatan industri kimia.
Mampu memilih jenis peralatan yang tepat berdasarkan karakteristik bahan dan kondisi proses.
Perkuliahan :
Pertemuan 1 : (Bintang)
Pengantar & Klasifikasi AIK
Peran AIK dalam flowsheet industri kimia, kriteria pemilihan bahan konstruksi (material of construction).
Pertemuan 2 : (Dhimas)
Alat Transportasi Fluida : Pompa (sentrifugal, positive displacement), dan perhitungannya.
Pertemuan 3 : (Fani, Levi)
Alat Transportasi Fluida : Kompresor, blower, fan, dan perhitungannya.
Pertemuan 4 : (Dinda, Ice)
Alat Penyimpanan & Penanganan Padatan : Tangki penyimpanan fluida (tekanan atmosferik & bertekanan), silo, hopper.
Pertemuan 5 : (Bya)
Alat Penyimpanan & Penanganan Padatan : Conveyor (belt, screw, bucket elevator)
Pertemuan 6 : (Marsa)
Alat Pengurangan Ukuran (Size Reduction) : Crusher, mill, grinder, serta kriteria seleksi berdasarkan sifat mekanik bahan.
Pertemuan 7 : (Ananda, Vicky)
Alat Pemisahan Mekaniks : Screen, cyclone, bag filter, centrifuge, dan pemisah gravitasi (settling tank).
Pertemuan 8 :
Alat Penukar Panas (Heat Exchangers) : Shell & tube, plate heat exchanger
Pertemuan 9 :
Alat Penukar Panas (Heat Exchangers) : Reboiler, kondensor, dan pendingin (coolers).
Pertemuan 10 :
Alat Evaporasi : Single/multiple effect evaporator, crystallizer jenis batch dan kontinu.
Pertemuan 11 :
Kristalisasi : Crystallizer jenis batch dan kontinu.
Pertemuan 12 :
Alat Pemisahan Kontak Fasa : Kolom distilasi, kolom absorpsi/stripping, dan pemilih penyeleksi tray vs packing.
Pertemuan 13 :
Alat Pengeringan (Dryers) : Spray dryer, rotary dryer, tray dryer, dan kesetimbangan kelembapan.
Pertemuan 14 :
Integrasi Alat & Keselamatan Operasi : Aspek keselamatan (HAZOP dasar), piping and instrumentation diagram (P&ID).
Pengumpulan Tugas PPT
Daftar Pustaka :
Buku Teks Utama (Buku Wajib)
Coulson, J. M., & Richardson, J. F. (2019). Coulson and Richardson's Chemical Engineering: Volume 6 - Chemical Engineering Design (6th ed.). Butterworth-Heinemann.
(Buku rujukan utama untuk perancangan, pemilihan, dan spesifikasi teknis berbagai peralatan industri kimia).
Sinnott, R., & Towler, G. (2020). Chemical Engineering Design: Principles, Practice and Economics to Plant and Process Design (6th ed.). Butterworth-Heinemann.
(Buku acuan standar internasional untuk analisis dan kriteria pemilihan alat industri).
McCabe, W. L., Smith, J. C., & Harriott, P. (2005). Unit Operations of Chemical Engineering (7th ed.). McGraw-Hill Education.
(Sangat baik untuk memahami prinsip kerja operasional unit pemisahan, pengeringan, dan perpindahan bahan).
Buku Pendukung Spesifik Alat & Operasi
Kern, D. Q. (1965). Process Heat Transfer. McGraw-Hill Education.
(Rujukan klasik yang sangat detail khusus untuk evaluasi dan perancangan alat penukar panas / Heat Exchanger).
Perry, R. H., & Green, D. W. (2019). Perry's Chemical Engineers' Handbook (9th ed.). McGraw-Hill Education.
(Handbbook wajib untuk melihat data properti bahan, konstanta fisik, serta grafik performa peralatan).
Walas, S. M. (1990). Chemical Process Equipment: Selection and Design. Butterworth-Heinemann.
(Sangat praktis untuk menentukan dimensi dasar, pemilihan tipe alat, dan kriteria komersial).
Geankoplis, C. J. (2003). Transport Processes and Separation Process Principles (4th ed.). Prentice Hall.
(Membahas prinsip fenomena perpindahan yang melandasi operasi pompa, kolom absorpsi, distilasi, dan membran).
https://docs.google.com/presentation/d/1c9YTnrHwVtpsFQAAVqwpyqOzBD1YTGoe/edit?usp=drivesdk&ouid=115164317136479851468&rtpof=true&sd=true
=====================================================================
Peran Alat Industri Kimia dalam Flowsheet (Process Flow Diagram - PFD)
Fungsi Alat Utama:
Persiapan & Penanganan Bahan (Material Handling): Mengatur laju alir, tekanan, dan fase bahan (Pompa, Kompresor, Conveyor, Tangki Penyimpan).
Pemisahan Termo-Mekanis (Unit Operations): Memisahkan campuran berdasarkan sifat fisika (Kolom Distilasi, Absorber, Ekstraktor, Kristalisator, Filter).
Reaksi Kimia (Unit Processes): Tempat terjadinya transformasi molekul (Reaktor Tangki Berpengaduk/CSTR, Reaktor Pipa/PFR, Reaktor Katalitik).
Penukar Panas (Heat Exchangers): Mengatur energi/suhu sistem (Heater, Cooler, Boiler, Condenser).
Kriteria Pemilihan Bahan Konstruksi (Material of Construction / MOC)
Pemilihan material yang tepat bertujuan menjamin keselamatan proses, memperpanjang umur alat, dan mengoptimalkan biaya.
Jenis Material yang Sering Digunakan
| Jenis Material | Karakteristik Utama | Contoh Pengaplikasian |
| Carbon Steel (Baja Karbon) | Murah, kuat, mudah difabrikasi, korosif terhadap asam. | Tangki minyak, pipa air, reaktor non-korosif. |
| Stainless Steel (304, 316) | Tahan korosi (karena lapisan oksida kromium), lebih mahal. | Reaktor organik, peralatan makanan/farmasi, asam lemah. |
| Logam Khusus (Titanium, Nickel/Haselloy) | Sangat tahan korosi & suhu sangat tinggi, sangat mahal. | Penanganan zat asam kuat (HCl, HNO3), fluida bersuhu tinggi. |
| Non-Logam (Polimer, FRP, Keramik) | Ringan, tahan zat kimia tertentu, batas suhu rendah. | Pipa asam/basa, pelapis (lining) tangki penyimpanan.
|
Soal 1
Analisis Hirarki dan Fungsi Alat dalam Flowsheet
Dalam sebuah Process Flow Diagram (PFD) pabrik pembuatan Etil Asetat dari Asam Asetat dan Etanol, terdapat berbagai jenis unit peralatan utama.
Kelompokkan alat-alat utama yang ada dalam pabrik tersebut ke dalam 4 kategori fungsi utama dalam unit operasi (Fluids Handling, Heat Transfer, Mass Transfer/Separation, Chemical Reaction).
Jelaskan bagaimana kegagalan operasional pada salah satu alat pemisahan (Distillation Column) dapat mengganggu neraca massa dan energi pada unit alat di hilir (downstream) maupun hulu (upstream).
Soal 2
Evaluasi Kriteria Pemilihan Material Konstruksi
Dalam memilih Material of Construction (MoC) untuk reaktor kimia bernilai tinggi, seorang Chemical Process Engineer harus mempertimbangkan 3 aspek utama: Ketahanan Kimia, Sifat Mekanis/Termal, dan Ekonomi/Fabrikasi.
Jelaskan perbedaan fenomena korosi lokal Pitting Corrosion dan Stress Corrosion Cracking (SCC). Mengapa kedua fenomena ini sangat berbahaya jika terjadi pada reaktor bertekanan tinggi?
Mengapa pertimbangan Capital Cost (biaya investasi awal material) tidak boleh menjadi satu-satunya parameter tunggal dalam menentukan material reaktor? Hubungkan penjelasan Anda dengan konsep Lifetime Cost / Total Cost of Ownership.
Soal 3
Transisi dari PFD ke P&ID dan Pemilihan Material Pipaan
Pada tahap perancangan Piping & Instrumentation Diagram (P&ID), pemilihan material perpipaan (Piping Class/Specification) dilakukan secara terperinci.
Sebutkan 3 informasi krusial terkait sifat fluida dan kondisi operasi yang wajib ada pada Equipment Spec Sheet sebelum seorang Piping Engineer memilih MoC pipa!
Mengapa fluida cryogenic seperti Nitrogen Cair ($-196^\circ\text{C}$) dilarang keras dialirkan menggunakan pipa berbahan dasar Carbon Steel, dan material apa yang seharusnya digunakan? Jelaskan ditinjau dari perubahan sifat mekanis material tersebut!
===============================================================================
Pompa
Soal 1
Dalam kondisi operasi seperti apa Anda akan memilih menggunakan pompa positive displacement dibandingkan pompa sentrifugal?
Soal 2
Apa yang dimaksud dengan Net Positive Suction Head Available (NPSH_A) dan mengapa parameter ini sangat penting diperhatikan dalam perancangan sistem pemompaan?
Soal 3
Fenomena apakah yang akan terjadi jika NPSH A lebih kecil daripada NPSH R (Required), dan sebutkan dampak negatifnya terhadap pompa!
Soal 4
Air dipompa dari tangki penampung terbuka di bawah menuju tangki bertekanan di atas melalui pipa besi sepanjang 50 meter dengan diameter konstan 0.05 meter
- Ketinggian permukaan tangki atas adalah 10 meter di atas tangki bawah.
- Laju alir massa air adalah 10 kg/s
- Total kerugian gesek (friction losses, hf) di dalam pipa dan komponen fitting diperkirakan sebesar 3.5 J/kg
- Tekanan di permukaan tangki bawah adalah 1 atm dan di tangki atas adalah 2 atm, di mana 1 atm sebanding 101,325 Pa
Gunakan Persamaan Bernouli yang dimodifikasi (Neraca Energi Mekanik) untuk menghitung Total Head Pompa (H) dalam satuan meter fluida ( J/kg atau m).
===============================================================================================
Pertemuan ke-3
1.) Jelaskan perbedaan mendasar antara fan, blower, dan kompresor berdasarkan batasan rasio tekanan (pressure ratio) dan kenaikan tekanan (pressure rise) yang dihasilkan. Berikan masing-masing satu contoh aplikasinya di industri proses kimia!
2.) Bandingkan prinsip kerja antara kompresor sentrifugal dan kompresor aksial. Pada kondisi operasi seperti apa sebuah pabrik kimia harus memilih kompresor aksial dibandingkan kompresor sentrifugal? Jelaskan kelebihan dan kekurangan utamanya
3.) Apa yang dimaksud dengan fenomena surging dan choking pada operasional kompresor? Jelaskan apa penyebab utama terjadinya kedua fenomena tersebut dan bagaimana dampaknya terhadap keandalan mekanis alat serta sistem perpipaan di sekitarnya.
4.) Definisikan apa yang dimaksud dengan efisiensi adiabatik (isentropik) dan efisiensi mekanis pada sebuah kompresor. Bagaimana kedua efisiensi ini mempengaruhi total daya listrik yang harus disuplai ke motor penggerak (driver)?
5.) Udara (M = 28,97 g/mol, kapasitas panas spesifik k = 1,4) masuk ke dalam sebuah kompresor pada suhu 25 derajad Celsius dan tekanan 100 kPa dengan laju alir massa kg/s. Gas dikompresi secara politropik dengan indeks n = 1,25 hingga tekanan akhir 800 kPa
- Tentukan suhu gas keluar kompresor (T2).
- Hitung daya poros (shaft power) yang diperlukan jika efisiensi politropik keseluruhan dianggap 82%.
==========================================================================================
Pertemuan 4
1.) Jelaskan perbedaan mendasar antara silo dan hopper dari segi fungsi utama, kapasitas, dan durasi penyimpanan materialnya!
2.) Mengapa karakteristik fisik material (seperti ukuran partikel, kelembapan, dan sudut reputasi/angle of repose) sangat krusial dalam menentukan desain sebuah hopper? Jelaskan dampaknya jika karakteristik tersebut diabaikan!
3.) Dalam teknik penanganan material padat, dikenal dua jenis pola aliran saat pengosongan isi tangki, yaitu Mass Flow dan Funnel Flow. Jelaskan karakteristik masing-masing pola aliran tersebut dan sebutkan jenis pola yang ideal untuk material yang mudah rusak/membusuk!
4.) Bandingkan kelebihan dan kekurangan antara silo dasar datar (flat-bottom silo) dengan silo dasar kerucut (hopper-bottom silo) dari aspek mekanisme pengosongan dan biaya konstruksinya!
5.) Sebuah pabrik semen mengalami kendala operasional di mana semen bubuk di dalam hopper sering kali mengalami fenomena Bridging (membentuk lengkungan kokoh di atas lubang pengeluaran sehingga aliran terhenti) dan Ratholing (material berlubang di tengah seperti pipa, sementara bagian sampingnya mengeras menempel di dinding).
Sebagai seorang teknisi proses, analisis dua solusi mekanis yang dapat dipasang pada hopper tersebut untuk mengatasi masalah aliran tersebut!
=================================================
pertemuan ke 5
Pertanyaan:
1.) Sebuah pabrik pupuk mengangkut pelet urea density rho = 750 kg/m^3 dari unit pembentukan pelet (prilling tower) menuju gudang penyimpanan sejauh 150 meter dengan sudut kemiringan 12 derajad
a.Analisis faktor-faktor teknis yang menyebabkan belt conveyor menjadi pilihan paling tepat untuk pengangkutan pelet urea dibanding jenis konveyor lainnya pada kondisi ini.
b. Jelaskan pengaruh bentuk troughing angle (sudut cekungan idler) terhadap kapasitas angkut belt conveyor dan risiko korosi/kikis pada pelet.
c. Jika lebar belt yang digunakan adalah 0,8 m, kecepatan belt 1,5 m/s, dan luas penampang melintang bahan pada belt didefinisikan sebagai A = 0,07 m^2, hitung kapasitas pengangkutan belt conveyor tersebut dalam satuan ton/jam.
2. Bucket Elevator (Klasifikasi Mekanisme Pembongkaran & Kriteria Proses)
Pertanyaan:
a. Dalam unit pengolahan semen, tepung batu kapur (limestone powder) halus dan gumpalan batu kapur (crushed limestone) berukuran besar perlu dipindahkan secara vertikal menuju silo.
Bandingkan dua jenis bucket elevator berdasarkan metode pembongkarannya: Centrifugal Discharge vs Continuous Discharge.
b. Tentukan jenis bucket elevator mana yang cocok untuk tepung batu kapur halus dan mana yang cocok untuk gumpalan batu kapur kasar. Berikan alasan teknis berbasis karakteristik material dan risiko debu/kerusakan material.
c. Sebutkan dan jelaskan 2 (dua) parameter desain kritis pada bucket elevator yang harus diperhitungkan agar tidak terjadi penumpukan material (material clogging) di bagian dasar (boot section).
3. Screw Conveyor (Desain Operasional Teknik Kimia & Efisiensi Volumetrik)
Pertanyaan:
Screw conveyor sering digunakan dalam industri proses kimia tidak hanya sebagai alat transportasi padatan, tetapi juga sebagai alat proses (unit operation).
a. Jelaskan bagaimana screw conveyor dapat difungsikan sekaligus sebagai drier (pengering) atau reactor dalam industri kimia. Sebutkan modifikasi desain yang diperlukan pada flight atau casing-nya.
b. Mengapa trough loading (tingkat pengisian penampang trough) pada screw conveyor biasanya dibatasi maksimal 15%–45% dari total luas penampang, dan tidak pernah diisi 100%? Hubungkan dengan sifat abrasi material dan daya tahan motor penggerak.
c. Sebuah screw conveyor dengan diameter pitch sama dengan diameter flight D = 0,3 m berputar pada kecepatan N = 60 rpm. Jika trough loading adalah 30% dan efisiensi pemindahan volumetrik adalah 85%, hitung laju alir volumetrik (m^3/jam) material yang dipindahkan.
4. Studi Kasus Integrasi Sistem & Perbandingan Alat
Pertanyaan:
Suatu pabrik pengolahan briket batubara membutuhkan sistem pengangkutan material padat kontinu dengan alur sebagai berikut:
Mengambil padatan batubara terintegrasi dari unit crusher di lantai dasar horizontal sejauh 20 meter.
Mengangkat material tersebut secara tegak lurus (vertikal) setinggi 18 meter menuju hopper pembakaran.
a. Susunlah urutan konfigurasi kombinasi dari ketiga jenis konveyor (Belt Conveyor, Bucket Elevator, dan Screw Conveyor) yang paling efektif dan efisien untuk alur pengangkutan di atas.
b. Berikan argumen mengapa screw conveyor kurang tepat jika digunakan sebagai pengangkat utama pada ketinggian vertikal 18 meter dibanding bucket elevator.
Nama: Bya pararasti
BalasHapusNPM: 252110007
Prodi: Teknik kimia
Jawaban: Soal untuk pengantar & klasifikasi AIK
Soal 1
1. Pengelompokan alat utama pabrik dalam 4 kategori fungsi utama pada unit operasi :
• Fluids Handling: pompa, kompresor, pipa → bertugas untuk memindahkan fluida.
• Heat Transfer: heater, cooler, heat exchanger, condenser, reboiler → bertugas untuk mengatur suhu.
• Mass Transfer/Separation: distillation column → bertugas untuk memisahkan komponen.
• Chemical Reaction: reaktor → bertugas untum tempat terjadinya reaksi asam asetat dan etanol menjadi etil asetat.
2. Jika distillation column gagal, proses pemisahan menjadi tidak optimal sehingga komposisi dan laju alir produk berubah. Faktor ini yang dapat mengganggu unit upstream maupun downstream, sehingga neraca massa, suhu, tekanan, dan kebutuhan energi ikut berubah.
Soal 2
1.Pitting corrosion adalah korosi lokal yang membentuk lubang kecil tetapi dalam. Sedangkan SCC adalah retak pada material akibat gabungan tegangan dan lingkungan korosif. Keduanya berbahaya pada reaktor bertekanan tinggi karena dapat menyebabkan kebocoran atau pecahnya reaktor secara tiba-tiba.
2. Capital Cost tidak boleh menjadi satu-satunya pertimbangan karena material murah belum tentu ekonomis dalam jangka panjang. Material yang murah tetapi mudah korosi dapat membutuhkan biaya perawatan dan penggantian yang besar. Karena itu perlu mempertimbangkan Lifetime Cost/TCO.
Soal 3
1. 3 informasi terkait sifat fluida dan kondisi operasi pada equipment spec sheet
• Sifat dan jenis fluida serta korosivitasnya.
• Suhu operasi.
• Tekanan operasi.
2. Carbon Steel tidak cocok untuk nitrogen cair (-196°C) karena pada suhu sangat rendah material menjadi getas dan mudah mengalami patah. Material yang lebih sesuai adalah stainless steel austenitik seperti SS 304 atau SS 316, karena tetap memiliki ketangguhan yang baik pada suhu cryogenic.
Nama : Ice Lemba Patang
BalasHapusNpm : 252110012
Prodi : Teknik kimia
Note : jawaban No 1-3
1a. Pengelompokan Alat utama
* Kategori :Fluida habdling ,Heat transfer , mass transfer /separation dan chemical reaction.
*Alat
Pompa, tangki, pipa, valve
* Fungsi
Mengalirkan, menampung, dan mengatur aliran fluida.
Heat exchanger, reboiler, condenser
Memanaskan atau mendinginkan aliran proses.
Mass Transfer/Separation
Distillation column, separator
Memisahkan komponen dalam campuran.
* Chemical Reaction
Reactor
Tempat reaksi asam asetat dan etanol menghasilkan etil asetat dan air.
1b. Dampak Kegagalan Distillation Column
Jika distillation column gagal beroperasi, proses pemisahan menjadi tidak optimal sehingga jumlah dan komposisi aliran berubah.
- Upstream: aliran bahan menuju kolom dapat terganggu dan menyebabkan penumpukan bahan.
- Downstream: produk yang keluar tidak sesuai spesifikasi dan mengganggu alat berikutnya.
- Neraca massa dan energi: perubahan aliran, temperatur, dan tekanan menyebabkan neraca massa dan energi tidak lagi sesuai kondisi normal.
2a.
• Pitting corrosion adalah korosi lokal yang membentuk lubang-lubang kecil pada permukaan material. Walaupun ukurannya kecil, lubang tersebut bisa semakin dalam dan menyebabkan kebocoran.
• Stress Corrosion Cracking (SCC) adalah retakan pada material akibat gabungan antara tegangan (stress) dan lingkungan yang korosif. Retakan dapat berkembang secara perlahan sampai material mengalami kegagalan.
Keduanya berbahaya pada reaktor bertekanan tinggi karena dapat menyebabkan kebocoran atau pecahnya dinding reaktor secara tiba-tiba, sehingga berisiko terhadap keselamatan dan proses produksi.
2b.
karena material murah belum tentu tahan korosi, kuat, dan awet. Material yang lebih mahal dapat mengurangi biaya perawatan, perbaikan, penggantian, dan downtime. Oleh karena itu, pemilihan material harus mempertimbangkan total biaya selama umur operasi dan keamanan proses.
3a . ada 3 yaitu:
• Jenis dan sifat fluida, seperti korosif atau tidak, pH, dan komposisinya.
• Temperatur operasi, karena suhu dapat memengaruhi ketahanan material.
• Tekanan operasi, karena pipa harus memiliki kekuatan yang sesuai dengan tekan
3b.
Carbon Steel tidak cocok digunakan untuk Nitrogen Cair (-196°C) karena pada suhu sangat rendah material dapat menjadi getas (brittle) dan kehilangan sifat uletnya. Akibatnya, pipa lebih mudah mengalami retak atau patah ketika mendapat tekanan.
Material yang lebih sesuai adalah stainless steel austenitik, seperti SS 304 atau SS 316, karena tetap memiliki sifat ulet dan kuat pada suhu cryogenic.
Nama: Marsa Nur Azizah
BalasHapusNPM: 252110009
Soal 1
1. Alat-alat utama pada pabrik etil asetat dapat dikelompokkan menjadi 4 kategori. Fluids handling meliputi pompa dan tangki yang berfungsi untuk memindahkan serta menyimpan bahan. Heat transfer meliputi heat exchanger, heater, condenser, dan reboiler yang berfungsi untuk memanaskan atau mendinginkan aliran. Mass transfer/separation meliputi distillation column dan separator yang berfungsi untuk memisahkan komponen dalam campuran. Sedangkan chemical reaction adalah reaktor yang digunakan sebagai tempat berlangsungnya reaksi antara asam asetat dan etanol untuk menghasilkan etil asetat.
2. Kegagalan pada distillation column dapat mengganggu unit upstream maupun downstream. Pada bagian upstream, gangguan kolom dapat menyebabkan aliran dari unit sebelumnya tidak dapat diproses dengan normal sehingga dapat terjadi penumpukan bahan atau perubahan tekanan dan level. Pada bagian downstream, hasil pemisahan yang tidak sesuai dapat menyebabkan komposisi produk tidak memenuhi spesifikasi dan mengganggu proses berikutnya. Kegagalan kolom juga dapat mengubah kebutuhan energi pada reboiler dan condenser sehingga neraca massa dan energi keseluruhan proses ikut terganggu.
Soal 2
1. Pitting corrosion merupakan korosi lokal yang menyebabkan terbentuknya lubang-lubang kecil dan dalam pada permukaan logam, biasanya terjadi pada bagian tertentu yang mengalami kerusakan lapisan pelindung. Sedangkan Stress Corrosion Cracking (SCC) adalah keretakan material akibat adanya tegangan pada material yang bekerja bersama lingkungan korosif. Keduanya berbahaya pada reaktor bertekanan tinggi karena dapat menyebabkan dinding reaktor menjadi lemah, mengalami kebocoran, bahkan mengalami kegagalan secara tiba-tiba. Pitting juga dapat menjadi titik awal terjadinya keretakan.
2. Capital cost tidak boleh menjadi satu-satunya pertimbangan karena material yang murah saat pembelian belum tentu murah selama digunakan. Material juga perlu dipertimbangkan dari segi umur pakai, biaya perawatan, inspeksi, perbaikan, dan penggantian. Hal ini berkaitan dengan konsep Lifetime Cost atau Total Cost of Ownership, yaitu seluruh biaya yang dikeluarkan selama material digunakan. Jadi, material yang lebih mahal di awal tetapi lebih tahan korosi dan memiliki umur pakai lebih panjang bisa lebih ekonomis dalam jangka panjang.
Soal 3
1. Tiga informasi penting yang diperlukan sebelum memilih material pipa adalah sifat fluida, kondisi operasi, dan kondisi mekanis atau desain. Sifat fluida meliputi jenis, komposisi, konsentrasi, dan sifat korosif fluida. Kondisi operasi meliputi tekanan dan temperatur, termasuk kondisi maksimum dan minimum. Sedangkan kondisi mekanis atau desain meliputi tekanan dan temperatur desain serta kemampuan material dalam menahan beban selama operasi.
2. Nitrogen cair memiliki temperatur sekitar −196°C, sehingga tidak cocok dialirkan menggunakan Carbon Steel. Pada temperatur yang sangat rendah, Carbon Steel dapat kehilangan keuletannya dan menjadi lebih getas sehingga lebih mudah mengalami brittle fracture atau patah getas. Material yang lebih sesuai adalah stainless steel austenitik seperti 304L atau 316L, karena tetap memiliki ketangguhan dan keuletan yang baik pada temperatur cryogenic.
Nama : VICKY AMELIA ZAVIRA AZ ZAHRA
BalasHapusNPM : 252110006
Prodi : Teknik Kimia
Jawaban Soal 1
1. a. Fluids Handling (Penanganan Aliran Fluida) Kelompok ini berfungsi untuk memindahkan dan mengatur aliran bahan dari satu alat ke alat lainnya. Contohnya adalah pompa, tangki, pipa, dan valve. Pompa digunakan untuk mengalirkan bahan baku seperti asam asetat dan etanol menuju proses berikutnya.
b. Heat Transfer (Perpindahan Panas)
Kelompok ini berfungsi untuk memanaskan atau mendinginkan bahan. Contohnya adalah heat exchanger, heater/preheater, condenser, dan reboiler. Reboiler memberikan panas pada kolom distilasi, sedangkan condenser mendinginkan uap menjadi cairan.
c. Mass Transfer/Separation (Pemisahan)
Kelompok ini berfungsi untuk memisahkan campuran menjadi beberapa komponen. Alat utamanya adalah distillation column (kolom distilasi). Pada proses etil asetat, kolom distilasi digunakan untuk membantu memisahkan etil asetat dari komponen lain seperti etanol, air, dan asam asetat berdasarkan perbedaan volatilitas atau titik didih.
d. Chemical Reaction (Reaksi Kimia)
Kelompok ini berfungsi untuk mengubah bahan baku menjadi produk melalui reaksi kimia. Alat utamanya adalah reaktor. Di dalam reaktor terjadi reaksi antara asam asetat dan etanol menghasilkan etil asetat dan air.
2. Jika distillation column mengalami kegagalan, proses pemisahan bahan menjadi tidak sempurna. Akibatnya, jumlah dan komposisi bahan yang keluar berubah sehingga neraca massa terganggu. Hal ini juga dapat mengubah kebutuhan panas dan pendinginan sehingga neraca energi ikut terganggu. Perubahan tersebut dapat memengaruhi alat sebelum (upstream) dan sesudah (downstream) kolom distilasi.
Jawaban Soal 2
1. Pitting corrosion adalah korosi yang terjadi pada titik atau bagian kecil tertentu pada permukaan logam sehingga membentuk lubang kecil (pit). Walaupun terlihat kecil, lubang ini bisa semakin dalam dan menembus dinding reaktor. Stress Corrosion Cracking (SCC) adalah kondisi ketika material mengalami retak akibat gabungan antara lingkungan yang korosif dan tegangan (stress) pada material. Retakan dapat terus berkembang hingga menyebabkan material patah.
2. Capital Cost adalah biaya yang dikeluarkan di awal untuk membeli dan memasang material/peralatan. Material yang murah memang dapat mengurangi biaya investasi awal, tetapi belum tentu paling menguntungkan dalam jangka panjang. Material yang lebih murah mungkin lebih mudah mengalami korosi, membutuhkan perawatan lebih sering, atau harus diganti lebih cepat. Akibatnya, biaya perawatan, perbaikan, penggantian material, dan kerugian akibat berhentinya produksi bisa menjadi besar.
Soal 3.
1. Sebelum menentukan material pipa, Piping Engineer perlu mengetahui: Jenis dan sifat fluida misalnya apakah fluida bersifat korosif, mudah terbakar, beracun, atau reaktif.Suhu operasi - Suhu fluida penting karena suhu yang terlalu tinggi atau terlalu rendah dapat memengaruhi kekuatan material. Tekanan operasi - Tekanan menentukan seberapa kuat pipa harus menahan tekanan dari fluida agar tidak bocor atau pecah.
2. Nitrogen cair memiliki suhu sekitar −196°C, sehingga sangat dingin. Carbon Steel tidak cocok digunakan pada suhu cryogenic karena ketika suhunya sangat rendah, sifat mekanisnya berubah. Material yang biasanya cukup kuat dan ulet pada suhu normal dapat menjadi lebih getas (brittle) pada suhu sangat rendah. Akibatnya, pipa Carbon Steel dapat mudah retak atau patah ketika digunakan untuk mengalirkan nitrogen cair. Hal ini sangat berbahaya karena dapat menyebabkan kebocoran atau kegagalan pipa. Material yang lebih sesuai adalah stainless steel austenitik, misalnya SS 304 atau SS 316, karena tetap memiliki ketangguhan dan keuletan yang baik pada suhu cryogenic.
JAWABAN SOAL PERTEMUAN 1
BalasHapusNama : Ananda Aprilya
NPM : 252110010
Prodi : Teknik Kimia
1. a. Pengelompokan Alat pada PFD Pabrik Etil Asetat
Etil asetat dibuat melalui reaksi esterifikasi reversibel: CH3COOH + C2H5OH -> CH3COOC2H5 + H2O, dengan katalis H2SO4. Karena reaksinya berkesetimbangan, desain pabrik menggabungkan unit reaksi dan pemisahan agar konversi terdorong ke produk.
1. Fluids Handling: pompa umpan (mengalirkan asam asetat dan etanol ke reaktor), tangki penyimpanan bahan baku dan produk, pompa reflux dan pompa produk.
2. Heat Transfer: preheater umpan, reboiler kolom distilasi, condenser kolom distilasi, cooler produk sebelum masuk tangki.
3. Mass Transfer/Separation: kolom distilasi (memisahkan etil asetat dari sisa reaktan dan air; karena membentuk azeotrop, sering perlu distilasi azeotropik), dekanter (memisahkan fase organik dan fase air dari azeotrop heterogen).
4. Chemical Reaction: reaktor esterifikasi, berupa CSTR untuk reaksi fase cair homogen, atau kolom distilasi reaktif yang menggabungkan reaksi dan pemisahan untuk melewati batas kesetimbangan.
b. Dampak Kegagalan Kolom Distilasi
Kolom distilasi menghubungkan langsung unit reaksi (hulu) dengan penyimpanan produk (hilir), sehingga kegagalannya (flooding, weeping, atau reboiler/condenser gagal) menjalar dua arah:
>>Ke hilir: flooding menurunkan efisiensi tahap (tray efficiency) kolom, sehingga fraksi produk atas (x_D) turun dan etil asetat yang keluar masih bercampur etanol/air — tangki produk menerima aliran off-spec. Beban cooler ikut berubah karena laju alir dan komposisi yang tidak stabil membuat duty pendinginan tidak lagi sesuai desain (neraca energi pendingin terganggu).
>>Ke hulu: etanol dan asam asetat sisa yang seharusnya dipisahkan gagal terecovery untuk di-recycle ke reaktor. Ini secara langsung mengubah rasio umpan etanol:asam asetat di reaktor, bila recycle etanol berkurang, rasio umpan mendekati stoikiometri sehingga konversi kesetimbangan justru bisa turun (sesuai prinsip Le Chatelier, kelebihan salah satu reaktan mendorong konversi reaktan lain). Perubahan laju reaksi ini mengubah neraca massa sekaligus neraca energi reaktor, karena beban preheater dan sistem pendingin reaktor ikut bergeser mengikuti panas reaksi yang dilepas/diserap. Jika reflux terganggu (misalnya condenser gagal), laju umpan balik ke kolom berubah mengikuti hubungan reflux ratio pada analisis McCabe-Thiele, memengaruhi beban reboiler dan tekanan kolom, yang berpotensi memicu trip pada unit hulu sebagai mekanisme keselamatan (interlock).
Karena PFD adalah sistem yang saling terhubung lewat aliran massa dan energi, gangguan di satu unit pemisahan akan merambat ke seluruh rangkaian proses - bukan sekadar berhenti di kolom itu sendiri.
LANJUTAN JAWABAN SOAL PERTEMUAN 1
BalasHapusNama : Ananda Aprilya
NPM : 252110010
Prodi : Teknik Kimia
2. a. Pitting Corrosion versus Stress Corrosion Cracking (SCC)
Pitting Corrosion adalah korosi lokal akibat rusaknya lapisan pasif (oxide film) di titik tertentu, biasanya dipicu ion agresif seperti klorida yang menembus lapisan pasif dan membentuk sel elektrokimia lokal. Titik yang rusak berperan sebagai anoda di mana logam terus larut, sementara area sekitarnya yang masih terlindungi berperan sebagai katoda. Karena luas anoda jauh lebih kecil dari katoda, kerapatan arus korosi di titik pit sangat tinggi sehingga penetrasinya cepat meski area sekitarnya tetap utuh dan sulit terdeteksi visual. Contoh umum adalah pitting pada stainless steel austenitik (SS 304 dan 316) di lingkungan yang mengandung klorida, misalnya air laut atau proses dengan sisa HCl.
Stress Corrosion Cracking (SCC) adalah kegagalan akibat kombinasi tiga faktor sekaligus, yaitu tegangan tarik dari tekanan operasi atau tegangan sisa pengelasan, lingkungan korosif spesifik, dan material yang rentan. Mekanismenya umumnya salah satu dari dua jalur. Pertama, anodic dissolution, di mana ujung retak melarut secara elektrokimia lebih cepat dari sekitarnya sehingga retak merambat. Kedua, hydrogen embrittlement, di mana atom hidrogen hasil reaksi korosi berdifusi masuk ke kisi logam dan menurunkan kohesi antaratom sehingga material menjadi getas lokal di ujung retak. Contoh umum adalah chloride SCC pada stainless steel austenitik (SS 304 dan 316) yang terpapar klorida pada suhu tinggi. Ini penting dicatat karena material yang sama pada Soal 3b direkomendasikan untuk aplikasi kriogenik, sehingga pemilihannya tetap harus mempertimbangkan kandungan klorida di lingkungan operasi, bukan hanya suhu.
Perbedaan inti keduanya, pitting adalah pelarutan logam lokal murni elektrokimia yang membentuk rongga tanpa perlu tegangan mekanis, sedangkan SCC memerlukan tegangan mekanis sebagai syarat tambahan untuk memicu dan merambatkan retak. Pit yang terbentuk sering menjadi titik konsentrasi tegangan (stress raiser) yang menjadi lokasi awal terjadinya SCC, sehingga keduanya bisa saling terkait dalam satu rangkaian kegagalan.
Mengapa berbahaya pada reaktor bertekanan tinggi. Keduanya bersifat lokal sehingga sulit terdeteksi lewat inspeksi visual atau pengukuran ketebalan rata rata. Pengurangan ketebalan atau retak lokal dapat melampaui batas kekuatan dinding bejana jauh sebelum kerusakan menyeluruh terlihat. SCC khususnya berbahaya karena kegagalannya mendadak tanpa deformasi yang terlihat lebih dulu, sehingga dapat memicu rupture yang melepas energi besar sekaligus fluida proses berbahaya. Risikonya bukan hanya kerugian material tapi juga keselamatan jiwa dan lingkungan.
b. Mengapa Capital Cost Tidak Boleh Jadi Satu Satunya Parameter
Capital cost hanya mencerminkan biaya investasi awal, sementara umur pakai dan keandalan alat baru terlihat dampaknya setelah bertahun tahun beroperasi. Material murah yang tidak tahan korosi akan berakibat umur pakai lebih pendek, frekuensi inspeksi perawatan dan penggantian meningkat, downtime produksi yang menimbulkan opportunity cost sering lebih besar dari selisih harga material, risiko kegagalan mendadak yang mengancam keselamatan, dan kontaminasi produk oleh hasil korosi.
Konsep Lifetime Cost atau Total Cost of Ownership (TCO) mengakomodasi seluruh biaya ini sepanjang siklus hidup alat, meliputi capital cost, biaya operasional dan perawatan, biaya downtime, biaya inspeksi berkala, hingga biaya decommissioning. Dengan pendekatan TCO, material dengan capital cost lebih tinggi seperti stainless steel atau titanium bisa lebih ekonomis jangka panjang karena umur pakainya lebih panjang dan risiko kegagalannya lebih kecil. Karena itu, pemilihan material wajib mempertimbangkan total biaya sepanjang umur operasi, bukan hanya harga beli.
LANJUTAN JAWABAN SOAL PERTEMUAN 1
BalasHapusNama : Ananda Aprilya
NPM : 252110010
Prodi : Teknik Kimia
3. a. Tiga Informasi Krusial pada Equipment Spec Sheet
1. sifat kimia dan korosifitas fluida, yaitu identitas fluida, konsentrasi, pH, dan kandungan pengotor korosif seperti klorida, sulfur, atau gas asam H2S dan CO2. Data ini menentukan ketahanan kimia material yang diperlukan.
2. kondisi operasi berupa tekanan dan suhu, yaitu tekanan operasi dan desain, suhu operasi dan rentang suhu desain termasuk kondisi minimum dan maksimum saat upset. Data ini menentukan ketebalan pipa dan risiko masalah ketangguhan pada suhu ekstrem.
3. fasa dan karakteristik fisik aliran, yaitu fasa gas cair atau slurry, densitas, viskositas, dan laju alir. Data ini menentukan potensi erosi dan ukuran atau kelas ketebalan pipa.
Ketiga data ini menjadi dasar perhitungan ketebalan pipa minimum menurut standar perpipaan seperti ASME B31.3 (Process Piping), di mana tekanan desain dan tegangan izin material dipakai dalam persamaan ketebalan, ditambah corrosion allowance yaitu margin ketebalan ekstra yang besarnya ditentukan dari tingkat korosifitas fluida dan target umur pakai pipa.
b. Mengapa Nitrogen Cair Tidak Boleh Dialirkan dengan Pipa Carbon Steel
Nitrogen cair pada suhu sekitar minus 196 derajat Celsius adalah fluida kriogenik. Carbon steel memiliki struktur kristal Body Centered Cubic (BCC), yang mengalami fenomena Ductile to Brittle Transition Temperature (DBTT). Pada suhu ruang material bersifat ductile, tapi di bawah titik DBTT nya material berubah getas secara drastis. DBTT carbon steel jauh di atas minus 196 derajat Celsius, sehingga pada suhu nitrogen cair material ini sudah sangat getas. Material bisa retak dan patah mendadak (brittle fracture) tanpa deformasi plastis terlebih dahulu, bahkan pada tegangan jauh di bawah yield strength nya di suhu ruang. Kontraksi termal akibat pendinginan mendadak memperparah risiko ini.
Material yang seharusnya digunakan adalah logam struktur Face Centered Cubic (FCC), seperti Stainless Steel austenitik (SS 304 atau 316), paduan aluminium, atau 9 persen Nickel Steel. Struktur FCC tidak mengalami transisi ductile ke brittle setajam BCC, sehingga tetap ductile dan mampu menyerap energi impak hingga suhu kriogenik, tanpa risiko patah getas mendadak.
JAWABAN LANJUTAN SOAL PERTEMUAN 1
BalasHapusNama : Fani Priyo Kurniawan
NPM : 252110004
Prodi : Teknik Kimia
Soal 1: Analisis Hirarki dan Fungsi Alat dalam Flowsheet
Kategori Alat Utama dalam Pabrik Etil Asetat:
Fluids Handling: Pompa (untuk mengalirkan asam asetat, etanol, dan produk cair) serta Kompresor/Blower (jika ada aliran gas).
Heat Transfer: Heater (pemanas reaktan), Cooler (pendingin produk), Kondensor (mengembunkan uap distilasi), dan Reboiler (menguapkan kembali dasar kolom distilasi).
Mass Transfer/Separation: Kolom Distilasi (memisahkan etil asetat dari air/sisa reaktan), Dekanter (memisahkan fase organik dan air).
Chemical Reaction: Reaktor Esterifikasi (tempat bertemunya asam asetat dan etanol dengan bantuan katalis).
Dampak Kegagalan Operasional Kolom Distilasi:
Dampak ke Hilir (Downstream): Jika pemisahan gagal (misalnya efisiensi turun), kemurnian etil asetat akan drop karena tercampur air atau etanol sisa. Hal ini mengacaukan neraca massa hilir dengan membawa beban impuritas tinggi. Di sisi energi, unit penukar panas di hilir harus bekerja ekstra (beban termal melonjak) untuk mendinginkan atau memproses volume fluida yang tidak sesuai spesifikasi.
Dampak ke Hulu (Upstream): Jika terjadi sumbatan atau tekanan berlebih pada kolom, akan terjadi aliran balik (backpressure) yang menghambat laju alir keluar dari reaktor. Secara neraca massa, akumulasi produk di reaktor akan menggeser kesetimbangan reaksi kimia kembali ke arah reaktan (menurunkan konversi). Secara neraca energi, panas di dalam reaktor bisa terperangkap dan memicu lonjakan suhu yang berbahaya.
Soal 2: Evaluasi Kriteria Pemilihan Material Konstruksi
Perbedaan Pitting Corrosion dan Stress Corrosion Cracking (SCC):
Pitting Corrosion: Korosi lokal yang menyerang satu titik kecil di permukaan logam hingga membentuk lubang jarum yang dalam, sementara area sekitarnya terlihat utuh.
Stress Corrosion Cracking (SCC): Kegagalan material berupa pembentukan retakan halus akibat kombinasi antara lingkungan yang korosif dan adanya tegangan mekanis (tarikan).
Mengapa Sangat Berbahaya pada Reaktor Bertekanan Tinggi: Kedua korosi ini bersifat tidak terdeteksi secara kasat mata (tersembunyi). Pada tekanan tinggi, lubang kecil akibat pitting atau retakan mikro akibat SCC akan menjadi titik konsentrasi tegangan (stress concentration point). Hal ini bisa memicu robekan material secara mendadak yang berujung pada ledakan dahsyat (catastrophic failure) tanpa ada peringatan deformasi sebelumnya.
Pentingnya Konsep Lifetime Cost / Total Cost of Ownership (TCO):
Capital Cost hanya menghitung harga beli awal material. Jika memilih material murah (misalnya Carbon Steel biasa untuk zat korosif), biaya awalnya memang rendah.Namun berdasarkan TCO, material murah tersebut akan cepat rusak, membutuhkan perawatan intensif, penggantian suku cadang yang sering, dan menyebabkan downtime (pabrik berhenti beroperasi) yang mahal.Sebaliknya, memilih material mahal seperti Stainless Steel khusus atau Titanium memiliki Capital Cost tinggi, namun Lifetime Cost-nya jauh lebih murah karena tahan puluhan tahun tanpa perlu sering diganti dan meminimalkan risiko kecelakaan kerja.
JAWABAN LANJUTAN SOAL PERTEMUAN 1
BalasHapusNama : Fani Priyo Kurniawan
NPM : 252110004
Prodi : Teknik Kimia
Soal 3: Transisi dari PFD ke P&ID dan Pemilihan Material Pipaan
3 Informasi Krusial pada Equipment Spec Sheet:
Komposisi Kimia Fluida: Sifat keasaman (pH), kadar korosifitas, keaktifan kimia, dan fase fluida (cair/gas).
Tekanan Operasi dan Tekanan Desain: Rentang tekanan kerja normal hingga tekanan maksimum yang bisa diterima sistem.
Suhu Operasi dan Suhu Desain: Titik suhu terendah (minimum) hingga tertinggi (maksimum) selama proses berlangsung.
Larangan Carbon Steel untuk Fluida Cryogenic (-196 derajat Celcius): Alasan Dilarang: Carbon steel mengalami fenomena Ductile-to-Brittle Transition (DBTT) pada suhu ekstrem dingin. Logam yang tadinya bersifat ulet (bisa melar/fleksibel) akan berubah menjadi sangat rapuh seperti kaca atau keramik. Jika terkena getaran atau tekanan sedikit saja, pipa akan langsung pecah berkeping-keping.Material Pengganti yang Seharusnya: Stainless Steel tipe Austenitik (seperti SS 304 atau SS 316) atau paduan Nikel/Aluminium. Ditinjau dari Sifat Mekanis: Material pengganti ini memiliki struktur kristal yang stabil (Face-Centered Cubic) pada suhu rendah, sehingga tetap mempertahankan sifat keuletannya (toughness) dan tidak menjadi rapuh meskipun terpapar suhu cryogenic.
Nama : Dinda Cantika Baktyariza
BalasHapusProdi : Teknik Kimia
NPM : 252110005
SOAL PERAN AIK DALAM FLOWSHEET INDUSTRI KIMIA, KRITERIA PEMILIHAN BAHAN KONTRUKSI (material of construction).
JAWABAN SOAL 1-2
SOAL 1.
1). Pengelompokan Alat Utama
1. Fluids Handling (Penanganan Fluida)
- Pompa: memindahkan fluida dari satu alat ke alat lain.
- Kompresor: menaikkan tekanan gas.
- Tangki penyimpanan: menyimpan bahan baku dan produk.
2. Heat Transfer (Perpindahan Panas)
- Heater: memanaskan fluida.
- Heat exchanger: memindahkan panas dari satu fluida ke fluida lain.
- Condenser: mengubah uap menjadi cairan.
- Reboiler: memberikan panas pada bagian bawah distillation column.
3. Mass Transfer / Separation (Pemisahan)
- Distillation column: memisahkan campuran berdasarkan perbedaan titik didih.
- Decanter: memisahkan dua cairan yang tidak saling larut.
- Separator: memisahkan komponen berdasarkan perbedaan sifat fisik.
4. Chemical Reaction (Reaksi Kimia)
- Reaktor esterifikasi: tempat berlangsungnya reaksi antara asam asetat dan etanol untuk menghasilkan etil asetat dan air.
Reaksi:
CH₃COOH + C₂H₅OH ⇌ CH₃COOC₂H₅ + H₂O
2). Dampak kerusakan Distillation Column
Jika distillation column mengalami kerusakan, proses pemisahan menjadi tidak maksimal.
a). Dampak ke alat hulu (upstream):
- Aliran dari reaktor bisa menumpuk.
- Reaktor atau tangki sebelum kolom dapat mengalami kenaikan level.
- Produksi harus dikurangi atau dihentikan.
b). Dampak ke alat hilir (downstream):
- Kemurnian etil asetat bisa tidak sesuai.
- Aliran produk dan recycle berubah.
- Beban condenser dan alat berikutnya ikut berubah.
c). Dampak energi: kebutuhan panas reboiler dan pendinginan condenser bisa berubah sehingga penggunaan energi tidak sesuai desain.
SOAL 2.
Pemilihan Material Konstruksi
1. Perbedaan Pitting Corrosion dan SCC
Pitting Corrosion adalah korosi yang membentuk lubang kecil pada permukaan logam. Lubang ini bisa semakin dalam dan menyebabkan kebocoran. Stress Corrosion Cracking (SCC) adalah retakan pada logam akibat gabungan tegangan tarik dan lingkungan korosif.
Perbedaannya:
- Pitting berbentuk lubang.
- SCC berbentuk retakan.
Keduanya berbahaya pada reaktor bertekanan tinggi karena dapat mengurangi kekuatan dinding reaktor. Jika kerusakan parah, reaktor bisa bocor atau pecah.
2. Mengapa Capital Cost bukan satu-satunya pertimbangan?
Capital Cost adalah biaya pembelian material di awal.
Material yang murah belum tentu paling baik. Jika material mudah korosi, biaya perawatan dan penggantian bisa menjadi mahal.
Contohnya:
- Material A murah, tetapi sering rusak.
- Material B lebih mahal, tetapi tahan lama.
Dalam jangka panjang, Material B bisa lebih hemat.
Lifetime Cost = biaya awal + biaya operasi + biaya perawatan + biaya penggantian.
Jadi, pemilihan material harus mempertimbangkan harga, keamanan, ketahanan, dan umur pakai.
Nama : Dinda Cantika Baktyariza
BalasHapusProdi : Teknik Kimia
NPM : 252110005
SOAL PERAN AIK DALAM FLOWSHEET INDUSTRI KIMIA, KRITERIA PEMILIHAN BAHAN KONTRUKSI (material of construction).
JAWABAN SOAL 3
SOAL 3.
PFD ke P&ID dan Pemilihan Material Pipa
1. Tiga informasi penting pada Equipment Spec Sheet
- Sifat fluida: jenis fluida, konsentrasi, dan sifat korosifnya.
- Kondisi operasi: suhu, tekanan, dan laju alir fluida.
- Kebutuhan material: kekuatan material, ketahanan korosi, serta standar pipa yang digunakan.
Informasi ini diperlukan agar material pipa sesuai dengan fluida dan kondisi proses.
Kesimpulan: ketiga kelompok informasi tersebut diperlukan agar material pipa tidak salah pilih dan dapat bekerja dengan aman selama proses berlangsung.
2. Mengapa Nitrogen Cair tidak boleh menggunakan Carbon Steel?
Nitrogen cair memiliki suhu sekitar −196°C pada tekanan atmosfer. Pada suhu yang sangat rendah, carbon steel dapat mengalami perubahan sifat mekanis yang berbahaya menjadi getas.
a. Perubahan sifat mekanis
Carbon steel pada suhu rendah dapat mengalami:
- Penurunan ketangguhan (toughness).
- Peningkatan sifat getas (brittleness).
- Penurunan kemampuan menahan beban kejut.
- Risiko patah getas (brittle fracture) yang lebih besar.
Material yang awalnya cukup ulet pada suhu normal bisa menjadi getas ketika digunakan pada suhu cryogenic.
b. Mengapa berbahaya?
Jika pipa carbon steel digunakan untuk nitrogen cair:
1). Nitrogen cair bersuhu sangat rendah mengalir di dalam pipa.
2). Dinding pipa mengalami pendinginan ekstrem.
3). Ketangguhan material menurun.
4). Jika terdapat tegangan, cacat las, atau retakan kecil, material dapat mengalami patah getas.
5). Pipa bisa bocor atau pecah secara tiba-tiba.
Jadi, masalah utamanya bukan hanya korosi, tetapi perubahan sifat mekanis material akibat suhu yang sangat rendah.
c. Material yang seharusnya digunakan
Material yang umum digunakan untuk perpipaan cryogenic adalah:
Stainless steel austenitik, contohnya:
- SS 304 / 304L.
- SS 316 / 316L.
Material ini memiliki ketangguhan yang baik pada suhu rendah dan lebih sesuai untuk aplikasi cryogenic dibandingkan carbon steel biasa.
Selain itu, sistem nitrogen cair juga membutuhkan desain khusus, seperti isolasi termal dan pengaturan tekanan yang sesuai.
Kesimpulan: carbon steel tidak cocok untuk nitrogen cair karena dapat menjadi getas pada suhu cryogenic. Stainless steel austenitik lebih sesuai karena tetap memiliki ketangguhan yang baik pada suhu rendah.
SOAL PENGANTAR AIK
BalasHapus1.) 1. Pengelompokan alat:
-Fluids Handling: pompa, compressor, dan valve. Fungsinya untuk memindahkan serta mengatur aliran fluida.
-Heat Transfer: heat exchanger, condenser, dan reboiler. Fungsinya untuk memindahkan panas.
-Mass Transfer/Separation: distillation column dan separator. Fungsinya memisahkan komponen berdasarkan perbedaan sifat fisiknya.
-Chemical Reaction: reactor. Fungsinya mengubah bahan baku menjadi produk melalui reaksi kimia.
2. Dampak kegagalan Distillation Column:
Jika kolom distilasi gagal, komposisi dan laju aliran produk akan berubah. Pada downstream, unit berikutnya menerima feed dengan kondisi yang tidak sesuai sehingga proses dan kualitas produk terganggu. Pada upstream, aliran dapat tertahan dan menyebabkan penumpukan material. Selain itu, beban reboiler dan condenser ikut berubah sehingga neraca energi juga terganggu. Jadi, kegagalan satu alat dapat memengaruhi seluruh rangkaian proses.
2.) 1. Perbedaan Pitting Corrosion dan SCC:
Pitting corrosion adalah korosi lokal yang membentuk lubang kecil tetapi dalam pada permukaan material, biasanya akibat lingkungan agresif seperti ion klorida.
Stress Corrosion Cracking (SCC) adalah retakan pada material akibat kombinasi tegangan tarik dan lingkungan korosif.
Keduanya berbahaya pada reaktor bertekanan tinggi karena kerusakan dapat berkembang tanpa terlihat jelas dan menyebabkan kebocoran hingga pecahnya reaktor.
2. Mengapa Capital Cost bukan satu-satunya pertimbangan?
Material yang murah di awal belum tentu murah dalam jangka panjang. Material tersebut mungkin membutuhkan maintenance lebih sering, lebih cepat mengalami korosi, atau harus lebih cepat diganti.
Karena itu perlu mempertimbangkan Lifetime Cost/Total Cost of Ownership, yaitu biaya awal ditambah biaya maintenance, inspeksi, perbaikan, downtime, dan replacement.
Jadi, material yang lebih mahal di awal bisa lebih ekonomis jika umur pakainya lebih panjang dan biaya perawatannya rendah.
3.) 1. Tiga informasi penting sebelum memilih MoC pipa:
Komposisi dan sifat fluida, misalnya korosif atau tidak, pH, kadar klorida, dan toxicity.
Temperatur operasi, termasuk temperatur minimum dan maksimum.
Tekanan operasi, termasuk tekanan normal dan design pressure.
Informasi tersebut diperlukan untuk menentukan ketahanan kimia serta kemampuan mekanis material terhadap kondisi operasi.
2. Mengapa Carbon Steel tidak cocok untuk Liquid Nitrogen (-196°C)?
Pada temperatur cryogenic seperti -196°C, Carbon Steel dapat mengalami brittle fracture, yaitu menjadi getas sehingga ductility dan toughness-nya turun drastis. Akibatnya, pipa dapat retak atau patah secara tiba-tiba.
Material yang lebih sesuai adalah stainless steel austenitik, seperti SS 304/304L atau SS 316/316L, karena tetap memiliki toughness dan ductility yang baik pada temperatur sangat rendah.
Intinya: Carbon Steel → mudah getas pada -196°C, sedangkan Austenitic Stainless Steel → tetap ulet dan lebih aman untuk kondisi cryogenic.
Jawaban Soal AIK
BalasHapusSoal 1:
1. Kategorisasi Peralatan Utama (PFD Etil Asetat):
-Chemical Reaction: Reaktor esterifikasi.
-Mass Transfer / Separation: Kolom distilasi dan decanter.
-Heat Transfer: Heat exchanger, condenser, dan reboiler.
-Fluids Handling: Pompa sentrifugal dan katup kendali.
2. Gangguan Operasional Kolom Distilasi:
-Hulu (Upstream): Tekanan balik (backpressure) menghambat aliran produk keluar reaktor, menyebabkan akumulasi massa, perubahan waktu tinggal (residence time), dan kekacauan neraca panas.
-Hilir (Downstream): Laju alir produk tidak stabil, spesifikasi produk keluar dari standar (off-spec), serta membebani unit pemurnian lanjutan.
Soal 2:
1. Pitting Corrosion vs. Stress Corrosion Cracking (SCC):
-Pitting: Korosi lokal berupa lubang mikro akibat rusaknya lapisan pasif.
-SCC: Retakan akibat kombinasi tegangan tarik mekanis dan lingkungan korosif spesifik.
-Bahaya pada Reaktor Bertekanan Tinggi: Keduanya bersifat tersembunyi (insidious) dan dapat memicu kegagalan katastrofik atau ledakan mendadak tanpa penipisan dinding wadah yang terdeteksi secara kasar.
2. Capital Cost vs. Total Cost of Ownership (TCO):
-Memilih material berdasarkan harga awal termurah (capital cost) memicu tingginya risiko korosi, biaya perawatan, dan kerugian shutdown.
-Konsep TCO memperhitungkan siklus hidup total alat (investasi awal, maintenance, dan downtime), di mana material berkualitas tinggi jauh lebih ekonomis dalam jangka panjang.
Soal 3:
1. Tiga Informasi Krusial pada Line Spec Sheet:
-Temperatur Operasi dan Desain.
-Tekanan Operasi dan Desain.
-Karakteristik Korosif dan Komposisi Kimia Fluida.
2. Larangan Carbon Steel untuk Kriogenik (-196°C):
Perubahan Sifat Mekanis: Carbon steel memiliki Ductile-to-Brittle Transition Temperature (DBTT). Pada suhu ekstrem seperti Nitrogen cair, baja karbon kehilangan keuletannya dan berubah menjadi sangat getas, sehingga mudah pecah seperti kaca akibat benturan.
Material Alternatif: Menggunakan Austenitic Stainless Steel (misalnya AISI 304 atau 316) yang memperthankan struktur kristal Face-Centered Cubic (FCC) dan tetap tangguh pada suhu kriogenik.
SOAL POMPA
BalasHapusNama: Marsa Nur Azizah
NPM: 252110009
Soal 1
Pompa positive displacement lebih dipilih dibandingkan pompa sentrifugal jika sistem membutuhkan tekanan tinggi, laju alir relatif kecil atau konstan, serta fluida yang memiliki viskositas tinggi. Pompa positive displacement juga cocok untuk fluida yang membutuhkan pengaliran dengan debit yang lebih presisi. Sedangkan pompa sentrifugal lebih umum digunakan untuk debit besar dengan tekanan sedang.
Soal 2
NPSH Available (NPSHₐ) adalah tinggi energi tekan bersih yang tersedia pada sisi hisap pompa untuk menjaga agar tekanan fluida tetap di atas tekanan uapnya. Parameter ini penting karena digunakan untuk memastikan pompa tidak mengalami kavitasi. Dalam perancangan, NPSHₐ harus dibuat lebih besar daripada NPSH Required (NPSHᵣ) yang dibutuhkan pompa agar operasi pompa tetap aman dan stabil.
Soal 3
Jika NPSHₐ < NPSHᵣ, maka dapat terjadi kavitasi, yaitu terbentuknya gelembung-gelembung uap akibat tekanan lokal fluida turun di bawah tekanan uapnya. Gelembung tersebut kemudian pecah saat masuk ke daerah bertekanan lebih tinggi. Dampaknya adalah suara dan getaran pada pompa, penurunan kapasitas dan efisiensi, kerusakan/erosi pada impeller, serta dapat memperpendek umur pompa.
Soal 4
Diketahui:
ṁ = 10 kg/s
Δz = 10 m
hf = 3,5 J/kg
P₁ = 1 atm = 101.325 Pa
P₂ = 2 atm = 202.650 Pa
ρ air ≈ 1000 kg/m³
g = 9,81 m/s²
Persamaan neraca energi mekanik:
H = (P₂ − P₁)/(ρg) + (v₂² − v₁²)/(2g) + (z₂ − z₁) + hf/g
Karena diameter pipa konstan, maka v₁ = v₂, sehingga perubahan energi kinetik = 0.
Perbedaan tekanan:
ΔP = 202.650 − 101.325 = 101.325 Pa
Head akibat tekanan:
ΔP/(ρg) = 101.325/(1000 × 9,81) = 10,33 m
Head akibat perbedaan ketinggian:
Δz = 10 m
Kerugian head:
hf/g = 3,5/9,81 = 0,357 m
Jadi:
H = 10,33 + 10 + 0,357
H ≈ 20,69 m
Jadi, Total Head Pompa yang dibutuhkan adalah sekitar 20,69 m fluida (J/kg).
Nama : Vicky Amelia Zavira Az Zahra
BalasHapusNPM : 252110006
Prodi : Teknik Kimia
Jawaban Soal AIK Pompa
1. Pompa positive displacement (PD) dipilih ketika sistem membutuhkan tekanan tinggi, laju alir relatif kecil, dan aliran yang lebih terkontrol atau konstan. Pompa ini juga cocok untuk fluida yang viskos, karena mampu mempertahankan aliran meskipun tekanan sistem meningkat. Sedangkan pompa sentrifugal lebih sesuai untuk laju alir besar, tekanan relatif rendah hingga sedang, dan fluida dengan viskositas rendah seperti air. Jadi, pompa positive displacement dipilih terutama pada kondisi: Membutuhkan tekanan/head tinggi, Flow rate kecil sampai sedang, Fluida memiliki viskositas tinggi, Membutuhkan debit yang relatif konstan/terukur, Sistem membutuhkan kemampuan pompa untuk bekerja melawan tekanan discharge yang tinggi.
2. Net Positive Suction Head Available (NPSHₐ) adalah head tekanan absolut yang tersedia pada sisi suction pompa di atas tekanan uap (vapor pressure) fluida, yang menunjukkan seberapa besar tekanan yang tersedia agar fluida tetap berada dalam fase cair ketika memasuki pompa. NPSHₐ penting karena digunakan untuk memastikan bahwa tekanan pada sisi suction pompa tidak turun hingga mencapai tekanan uap fluida. Jika tekanan terlalu rendah, fluida dapat mengalami penguapan lokal yang menyebabkan kavitasi.
3. Jika NPSHₐ < NPSHᵣ maka pompa berisiko mengalami kavitasi. Kavitasi terjadi ketika tekanan fluida di sisi suction pompa turun hingga mendekati atau di bawah tekanan uap fluida, sehingga terbentuk gelembung-gelembung uap. Ketika gelembung tersebut masuk ke daerah bertekanan lebih tinggi, gelembung akan pecah atau mengalami implosi. Dampak negatif kavitasi terhadap pompa: Menimbulkan suara dan getaran, Menyebabkan erosi/pitting pada impeller, Menurunkan head dan kapasitas pompa, Menurunkan efisiensi pompa, Dapat menyebabkan kerusakan komponen pompa jika berlangsung terus-menerus.
4. Neraca energi mekanik:
H= Hp + Hz + Hf
H= 10,33 + 10 + 0,357
H= 20,678m
atau setara dengan 20,69 m Fluida
Nama: Bya Pararasti
BalasHapusNPM: 252110007
Jawaban: Soal Pompa
1. Pompa positive displacement dipilih jika membutuhkan tekanan tinggi dan laju alir yang relatif kecil atau konstan, misalnya untuk fluida yang kental seperti oli. Sedangkan pompa sentrifugal lebih cocok untuk laju alir besar dengan tekanan sedang dan fluida yang tidak terlalu kental.
2. NPSHₐ (Net Positive Suction Head Available) adalah tinggi tekan yang tersedia pada sisi hisap pompa untuk menjaga fluida tetap dalam kondisi cair dan tidak menguap.
Parameter ini penting karena digunakan untuk mencegah terjadinya kavitasi pada pompa. Dalam perancangan, NPSHₐ harus lebih besar dari NPSHᵣ agar pompa dapat bekerja dengan aman.
3. NPSHₐ < NPSHᵣ, maka akan terjadi kavitasi.
Kavitasi terjadi karena tekanan fluida di sisi hisap terlalu rendah sehingga terbentuk gelembung uap. Dampaknya yaitu pompa bergetar, menimbulkan suara berisik, performa menurun, dan impeller dapat mengalami kerusakan/erosi.
4. Diketahui:
ṁ = 10 kg/s
Δz = 10 m
hf = 3,5 J/kg
P₁ = 1 atm = 101.325 Pa
P₂ = 2 atm = 202.650 Pa
ρ air ≈ 1000 kg/m³
g = 9,81 m/s²
Persamaan neraca energi mekanik:
H = (P₂ − P₁)/(ρg) + (v₂² − v₁²)/(2g) + (z₂ − z₁) + hf/g
Karena diameter pipa konstan, maka v₁ = v₂, sehingga perubahan energi kinetik = 0.
Perbedaan tekanan:
ΔP = 202.650 − 101.325 = 101.325 Pa
Head akibat tekanan:
ΔP/(ρg) = 101.325/(1000 × 9,81) = 10,33 m
Head akibat perbedaan ketinggian:
Δz = 10 m
Kerugian head:
hf/g = 3,5/9,81 = 0,357 m
Jadi:
H = 10,33 + 10 + 0,357
H ≈ 20,69 m
Jadi, Total Head Pompa yang dibutuhkan adalah sekitar 20,69 m fluida (J/kg).
JAWABAN SOAL POMPA
BalasHapusNama : Ananda Aprilya
NPM : 252110010
Prodi : Teknik Kimia
1. Pompa PD dipilih dibanding sentrifugal pada kondisi:
> Fluida berviskositas tinggi (oli berat, sirup, slurry) - sentrifugal kehilangan efisiensi drastis, PD tetap stabil karena kerjanya berbasis volume, bukan gaya sentrifugal.
> Butuh flow rate konstan meski tekanan discharge berubah - kapasitas PD relatif tetap, sedangkan sentrifugal kapasitasnya turun jika head naik (mengikuti kurva H-Q).
> Head tinggi, flow rendah - misalnya dosing pump atau boiler feed water bertekanan tinggi.
> Butuh akurasi metering/dosis - volume per siklus konstan, cocok untuk dosing chemical presisi.
> Butuh self-priming - banyak pompa PD bisa menghisap udara sendiri, sentrifugal umumnya perlu priming manual.
>>Tetapi sentrifugal tetap lebih unggul untuk fluida encer, flow besar, dan biaya/perawatan yang lebih murah.
2. NPSH_A adalah margin tekanan yang tersedia di sisi suction pompa di atas tekanan uap jenuh fluida, dalam satuan tinggi kolom fluida (m).
Rumus (dihitung dari tangki sumber ke flange suction):
NPSH_A = Patm/(ρg) ± hs − hf,suction − Pvapor/(ρg)
> hs: beda elevasi tangki sumber ke pompa (+ jika flooded suction, − jika suction lift)
> hf,suction: friction loss di pipa suction
> Pvapor: tekanan uap jenuh fluida pada suhu operasi
Catatan: jika tekanan sudah diukur langsung di flange suction, hf,suction tidak dikurangkan lagi (sudah terhitung di dalamnya) - mengurangkannya lagi adalah double counting.
>> Kenapa penting: NPSH_A menentukan apakah pompa akan kavitasi atau tidak. Perancangan sistem suction (elevasi, panjang pipa, suhu fluida) harus memastikan NPSH_A > NPSH_R sejak tahap desain, bukan setelah pompa terpasang.
3. Terjadi kavitasi. Tekanan di mata impeller turun di bawah tekanan uap jenuh fluida → cairan mendidih lokal membentuk gelembung uap → gelembung terbawa ke zona bertekanan tinggi di sisi discharge → pecah (collapse) mendadak.
Dampak negatif:
> Erosi/pitting pada impeller dan casing akibat jet cairan berkecepatan tinggi
> Performa pompa turun (head, kapasitas, efisiensi anjlok)
> Getaran dan kebisingan tinggi (suara seperti kerikil terpompa)
> Bearing dan seal cepat rusak
> Jika berkepanjangan: kegagalan total impeller/shaft
4. Data:
L = 50 m, d = 0,05 m, Δz = 10 m, ṁ = 10 kg/s, hf = 3,5 J/kg
P1 = 1 atm = 101.325 Pa, P2 = 2 atm = 202.650 Pa, ρ = 1000 kg/m³, g = 9,81 m/s²
Persamaan energi mekanik:
P1/ρ + v1²/2 + gz1 + Ws = P2/ρ + v2²/2 + gz2 + hf
Asumsi: v1 ≈ v2 ≈ 0 (luas permukaan tangki ≫ luas pipa). z1 = 0, z2 = 10 m.
(ṁ dan d tidak dipakai langsung di sini karena hf sudah diberikan — berguna untuk soal lanjutan seperti hitung Reynolds number atau verifikasi hf via Darcy-Weisbach.)
Ws = (P2 − P1)/ρ + g·z2 + hf
Ws = ((202.650 − 101.325)/1000) + (9,81 × 10) + (3,5)
Ws = (101,325 J/kg) + (98,1 J/kg) + (3,5 J/kg)
Ws = 202,925 J/kg
H = Ws/g = 202,925 / 9,81 ≈ 20,69 m
Hasil: Total Head Pompa ≈ 20,7 m (setara 202,9 J/kg), terdiri dari kontribusi tekanan (10,3 m), elevasi (10 m), dan friksi (0,36 m).
SOAL POMPA
BalasHapus1. Pompa positive displacement lebih dipilih dibandingkan pompa sentrifugal pada kondisi yang membutuhkan tekanan atau head tinggi dengan laju alir relatif kecil, terutama jika fluida yang dipompa memiliki viskositas tinggi seperti oli atau minyak. Pompa positive displacement juga cocok ketika dibutuhkan laju alir yang lebih konstan dan terkontrol. Sedangkan pompa sentrifugal lebih umum digunakan untuk debit besar dan fluida dengan viskositas rendah seperti air.
2. NPSH_A (Net Positive Suction Head Available) adalah besarnya head tekanan absolut yang tersedia pada sisi suction pompa di atas tekanan uap jenuh fluida. Parameter ini penting karena digunakan untuk memastikan tekanan pada sisi suction pompa tetap cukup sehingga fluida tidak mengalami penguapan dan pompa terhindar dari kavitasi. Oleh karena itu, dalam perancangan sistem pemompaan harus dipastikan bahwa NPSH_A lebih besar daripada NPSH_R.
3. NPSH_A lebih kecil daripada NPSH_R, maka pompa dapat mengalami fenomena kavitasi. Kavitasi terjadi ketika tekanan lokal fluida turun hingga mendekati atau di bawah tekanan uapnya sehingga terbentuk gelembung uap yang kemudian pecah saat berada di daerah bertekanan lebih tinggi. Dampaknya adalah timbul suara dan getaran, penurunan debit dan head pompa, serta kerusakan atau erosi pada impeller. Jika berlangsung terus-menerus, kavitasi dapat menyebabkan kerusakan serius pada pompa.
Soal 4
Diketahui:
P1 = 1 atm = 101.325 Pa
P2 = 2 atm = 202.650 Pa
ρ air = 1000 kg/m³
Δz = 10 m
hf = 3,5 J/kg
g = 9,81 m/s²
Menggunakan persamaan Bernoulli yang dimodifikasi:
H = (P2 - P1)/ρ + g(z2 - z1) + hf
H = (202650 - 101325)/1000 + 9,81(10) + 3,5
H = 101,325 + 98,1 + 3,5
H = 202,925 J/kg
Untuk mengubahnya menjadi meter fluida:
H = 202,925/9,81 = 20,68 m
Jadi, Total Head Pompa adalah sekitar 20,68 meter fluida atau 202,93 J/kg.
JAWABAN SOAL POMPA
BalasHapusNama : Fani Priyo Kurniawan
NPM : 252110004
Prodi : Teknik Kimia
Soal 1
Pompa positive displacement dipilih saat:Fluida memiliki viskositas/kekentalan tinggi (oli berat, sirup).Membutuhkan tekanan (head) sangat tinggi dengan debit (flow rate) rendah.Memerlukan akurasi takaran (metering) yang konstan.Fluida sensitif terhadap geseran (shear-sensitive).
Soal 2
NPSHA (Net Positive Suction Head Available): Total tekanan absolut yang tersedia di sisi isap pompa dikurangi tekanan uap jenuh fluida.Pentingnya: Untuk memastikan cairan tidak mendidih/menguap sebelum masuk pompa, sehingga menjaga sistem tetap aman dan bekerja optimal.
Soal 3
Fenomena yang terjadi adalah Kavitasi.Dampak negatifnya:Kerusakan fisik: Pengikisan (pitting) pada impeller dan rumah pompa akibat ledakan gelembung uap.Penurunan performa: Penurunan drastis pada debit, tekanan, dan efisiensi pompa.Mekanis: Timbul getaran kuat dan suara bising yang bisa merusak poros serta bantalan (bearing).
Soal 4
Diketahui Data Sistem:Perbedaan ketinggian (Delta z) = 10 meter
Laju alir massa = 10 kg/s
Kerugian gesek pipa (hf) = 3.5 J/kg
Tekanan tangki bawah (P1) = 101,325 PaTekanan tangki atas (P2) = 2 x 101,325 Pa = 202,650 Pa
Massa jenis air (rho) = 1000 kg/m3
Percepatan gravitasi (g) = 9.81 m/s2
Karena diameter pipa konstan, perubahan energi kinetik fluida dapat diabaikan (kecepatan awal dan akhir dianggap sama).
Langkah Perhitungan dengan Persamaan Neraca Energi Mekanik:
1. Menghitung Kerja Pompa per Satuan Massa (Wp) dalam satuan J/kg:
Rumus: Wp = ((P2 - P1) / rho) + (g x Delta z) + hf
Wp = ((202,650 - 101,325) / 1000) + (9.81 x 10) + 3.5Wp = 101.325 + 98.1 + 3.5
Wp = 202.93 J/kg
2. Mengonversi Kerja Pompa menjadi Total Head Pompa (H) dalam Satuan Meter
Rumus: H = Wp / g
H = 202.93 / 9.81
H = 20.69 meter
1. Pompa positive displacement dipilih jika:
BalasHapus• Viskositas fluida sangat tinggi (kental).
• Tekanan/head sangat tinggi dengan laju alir kecil.
• Membutuhkan aliran konstan/presisi atau fitur self-priming.
2. Definisi: Energi total cairan di sisi isap (suction) di atas tekanan uap jenuhnya.
Fungsi: Memastikan cairan tidak mendidih atau menguap sebelum masuk ke impeler pompa.
3. Fenomena: Terjadi kavitasi (pembentukan dan pecahnya gelembung uap di dalam pompa).
Dampak: Getaran dan bising hebat, erosi/pitting pada impeler, penurunan efisiensi/head, serta kerusakan segel dan bantalan (bearing).
4. Persamaan Energi: ws = (P2 - P1)/ρ + g(z2 - z1) + Σhf
Penyelesaian:
ΔP / ρ = (202.650 - 101.325) / 1000 = 101,325 J/kg
gΔz = 9,81 x 10 = 98,1 J/kg
ws = 101,325 + 98,1 + 3,5 = 202,925 J/kg
Total Head (H): H = ws / g = 202,925 / 9,81 = 20,69 meter
Soal pertemuan ke-3
BalasHapusNama: Marsa Nur A
NPM: 252110009
1. Fan, blower, dan kompresor dibedakan berdasarkan kemampuan menaikkan tekanan gas. Fan menghasilkan kenaikan tekanan paling kecil, umumnya pressure ratio ≤ 1,1. Contohnya fan untuk sirkulasi udara. Blower menghasilkan tekanan lebih besar, sekitar pressure ratio 1,1–2. Contohnya blower untuk memasok udara ke proses pembakaran. Kompresor menghasilkan tekanan paling besar, umumnya pressure ratio > 2. Contohnya kompresor untuk menaikkan tekanan gas proses di industri petrokimia.
2. Kompresor sentrifugal bekerja dengan mempercepat gas menggunakan impeller, kemudian energi kecepatannya diubah menjadi tekanan. Kompresor aksial mengalirkan gas sejajar dengan poros melalui susunan rotor dan stator. Kompresor aksial dipilih jika membutuhkan laju alir gas yang sangat besar dan alirannya relatif stabil. Kelebihannya yaitu mampu menangani debit sangat besar dan bentuknya relatif kompak. Kekurangannya yaitu lebih sensitif terhadap perubahan kondisi operasi dan lebih mudah mengalami surging atau choking dibandingkan kompresor sentrifugal.
3. Surging adalah kondisi ketika aliran gas menjadi tidak stabil dan dapat terjadi aliran balik karena laju alir terlalu rendah. Choking adalah kondisi ketika laju alir terlalu tinggi sehingga gas mencapai kecepatan maksimum dan aliran tidak dapat meningkat lagi. Surging dapat menyebabkan getaran, fluktuasi tekanan, kerusakan bearing dan seal, serta membebani sistem perpipaan. Choking dapat menyebabkan penurunan efisiensi, performa kompresor menurun, dan peningkatan beban serta getaran.
4. Efisiensi adiabatik atau isentropik adalah perbandingan kerja kompresi ideal dengan kerja kompresi aktual. Semakin tinggi efisiensinya, semakin kecil daya yang dibutuhkan untuk mengompresi gas. Efisiensi mekanis adalah perbandingan daya yang sampai ke poros kompresor dengan daya dari motor. Jika efisiensi adiabatik dan mekanis rendah, maka daya listrik yang harus disuplai motor menjadi lebih besar karena semakin banyak energi yang hilang.
5.) Diketahui:
M = 28,97 g/mol
k = 1,4
T1 = 25°C = 298,15 K
P1 = 100 kPa
P2 = 800 kPa
n = 1,25
η = 82% = 0,82
a. Menentukan suhu keluar kompresor (T2)
Rumus:
T2/T1 = (P2/P1)^((n−1)/n)
T2 = 298,15 × (800/100)^((1,25−1)/1,25)
T2 = 298,15 × 8^0,2
T2 = 451,91 K
T2 = 451,91 − 273,15
T2 = 178,76°C
Jadi, suhu gas keluar kompresor adalah 451,91 K atau 178,76°C.
b. Menentukan daya poros
R = 8,314/28,97
R = 0,287 kJ/kg.K
Cp = kR/(k−1)
Cp = (1,4 × 0,287)/(1,4−1)
Cp = 1,005 kJ/kg.K
Rumus daya:
W = ṁ × Cp × (T2−T1) / η
W = ṁ × 1,005 × (451,91−298,15) / 0,82
W = 188,4 ṁ kW
Karena nilai laju alir massa (ṁ) pada soal tidak tercantum, maka daya poros belum bisa ditentukan sebagai angka pasti. Jika ṁ = 1 kg/s, maka daya poros = 188,4 kW.
JAWABAN SOAL PERTEMUAN 3
BalasHapusNama : Ananda Aprilya
NPM : 252110010
Prodi : Teknik Kimia
SOAL 1
Perbedaan mendasar terletak pada rasio tekanan (P2/P1) dan kenaikan tekanan yang dihasilkan:
>>Fan - pressure ratio < 1,11; pressure rise < 10–15 kPa. Contoh: forced draft fan untuk udara pembakaran boiler/furnace.
>>Blower - pressure ratio 1,11–1,20; pressure rise ~15–40 kPa. Contoh: blower aerasi wastewater treatment, pneumatic conveying.
>>Kompresor - pressure ratio > 1,20 (bisa puluhan-ratusan); pressure rise > 40 kPa. Contoh: kompresi syngas/H2 di unit hydrocracking.
Semakin tinggi rasio tekanan, semakin signifikan perubahan densitas gas - fan/blower menganggap gas incompressible, kompresor harus memperhitungkan kompresibilitas penuh.
SOAL 2
Prinsip kerja:
>>Sentrifugal: gas masuk aksial → dilempar radial oleh impeller → energi kinetik dikonversi jadi tekanan di diffuser.
>>Aksial: gas mengalir searah sumbu lewat rotor-stator bertingkat, tiap tingkat menambah tekanan sedikit.
Pilih aksial ketika: laju alir volumetrik sangat besar dengan rasio tekanan per tingkat moderat - misal air separation plant skala besar atau kompresor udara gas turbine.
#Sentrifugal:
Kelebihan: turndown luas, toleran gas kotor/basah, konstruksi & maintenance sederhana
Kekurangan: efisiensi turun di flow sangat besar, ukuran besar untuk kapasitas tinggi
#Aksial:
Kelebihan: efisiensi tinggi di flow besar, lebih kompak
Kekurangan: range operasi sempit (rawan surge), sensitif fouling/erosi blade, mahal
SOAL 3
#Surging:
>>Terjadi saat flow turun di bawah batas minimum stabil; tekanan discharge melebihi head kompresor → aliran gas berbalik arah periodik
>>Penyebab: flow rendah (demand turun, valve discharge menutup, start-up/shutdown salah prosedur)
>>Dampak: getaran hebat, thrust bearing terbalik berulang, seal & bearing rusak, fatigue blade, pressure pulsation merambat ke perpipaan
#Choking (stonewall):
>>Terjadi saat flow sangat tinggi mendekati kapasitas maksimum; kecepatan gas lokal mencapai Mach 1, flow tidak bisa naik lagi
>>Penyebab: flow mendekati batas desain, atau densitas gas lebih rendah dari desain
>>Dampak: efisiensi anjlok, suhu lokal naik, vibrasi frekuensi tinggi, noise tinggi
Keduanya menurunkan keandalan mekanis jangka panjang -- anti-surge control dan choke limit wajib ada.
SOAL 4
>>η_ad (adiabatik/isentropik) = W_isentropik / W_aktual,gas
>>η_mech (mekanis) = W_gas / W_shaft
>>Pengaruh ke daya driver: W_shaft = W_isentropik / (η_ad × η_mech)
Semakin rendah kedua efisiensi, semakin besar daya poros yang harus disuplai motor - kerugian termodinamika dan mekanis sama-sama menambah beban listrik driver.
SOAL 5
Data: M = 28,97 g/mol, k = 1,4, T1 = 298,15 K, P1 = 100 kPa, P2 = 800 kPa, n = 1,25, η_poly = 82%. (Nilai ṁ tidak tercantum di soal — hasil akhir dihitung per kg.)
#Catatan: n dan η_poly seharusnya saling terkait lewat (n−1)/n = (k−1)/(k·η_poly). Cek: 0,3484 (dari k, η_poly) vs 0,2 (dari n) — tidak konsisten secara rigorous, tapi keduanya tetap dipakai sebagai parameter independen sesuai konvensi GPSA/Perry's yang lazim di level ini.
a) Suhu keluar (T2):
T2/T1 = (P2/P1)^[(n−1)/n] = 8^0,2 ≈ 1,5157
T2 = 298,15 × 1,5157 ≈ 451,9 K ≈ 178,8°C
b) Daya poros (shaft power):
W_poly = [n/(n−1)] × R × T1 × [(P2/P1)^((n−1)/n) − 1], dengan R = 8314/28,97 ≈ 287,0 J/kg·K
W_poly = 5 × 287,0 × 298,15 × 0,5157 ≈ 220,6 kJ/kg
W_shaft = 220,6 / 0,82 ≈ 269,1 kJ/kg
Hasil akhir: T2 ≈ 178,8°C, dan daya poros ≈ 269,1 kJ per kg udara terkompresi. Untuk daya total dalam kW, kalikan nilai ini dengan ṁ (kg/s).
SOAL 1-3
BalasHapus1. Fan: Memiliki rasio tekanan (pressure ratio) sangat rendah (<1,1) dengan kenaikan tekanan (pressure rise) yang sangat kecil. Contoh aplikasi: Cooling tower fan atau sistem ventilasi ruang reaktor.
Blower: Memiliki rasio tekanan menengah (berkisar 1,1 hingga 1,2) dengan kenaikan tekanan sedang. Contoh aplikasi: Aeration blower pada unit pengolahan limbah cair (WWTP) pabrik kimia.
Kompresor: Memiliki rasio tekanan tinggi (> 1,2) dengan kenaikan tekanan yang sangat besar. Contoh aplikasi: Kompresor gas sintesis (syngas) pada pabrik amonia atau kompresor gas alam.
2. Prinsip Kerja: Kompresor sentrifugal mempercepat gas secara radial menggunakan gaya sentrifugal dari putaran impeller, kemudian diffuser mengubah energi kinetik tersebut menjadi tekanan. Sebaliknya, kompresor aksial mengalirkan gas secara paralel (searah sumbu putar) melewati sudu berputar (rotor) dan sudu tetap (stator) secara bertahap untuk menaikkan tekanan.
Kondisi Pemilihan: Pabrik kimia akan memilih kompresor aksial dibandingkan sentrifugal ketika proses membutuhkan laju alir volume gas yang sangat masif namun tidak menuntut rasio tekanan yang terlalu tinggi per stage desainnya.
Kelebihan & Kekurangan: Kelebihan utama kompresor aksial adalah kapasitas alirannya yang sangat besar dan efisiensi puncak yang lebih tinggi. Kekurangannya, rentang operasi (operating range) aksial lebih sempit (mudah surge), perawatannya lebih rumit, dan sangat rentan terhadap partikel kotoran/erosi dibandingkan kompresor sentrifugal yang lebih tangguh.
3. Fenomena Surging dan Choking
Surging: Adalah kondisi pembalikan arah aliran gas secara fluktuatif di dalam kompresor. Penyebab utamanya adalah laju alir sistem turun jauh di bawah batas minimum desain kompresor sehingga tekanan yang dihasilkan tidak mampu melawan tekanan buang (discharge pressure) sistem.
Choking (Stonewalling): Adalah kondisi saat laju alir gas mencapai batas maksimum absolutnya (kecepatan sonik/Mach 1) pada area penampang terkecil kompresor. Penyebabnya adalah penurunan drastis pada tekanan downstream atau permintaan laju alir yang melebihi kapasitas desain alat.
Dampak Mekanis: Kedua fenomena ini memicu vibrasi yang ekstrem. Getaran ini akan merusak bearing, menghancurkan seal mechanical, dan mematahkan sudu-sudu (blades/impeller). Pada sistem perpipaan di sekitarnya, getaran ini dapat merusak pipe support, melonggarkan baut sambungan flange, dan memicu kebocoran gas yang berbahaya.
SOAL 4-5
BalasHapus4. Efisiensi Adiabatik dan Efisiensi Mekanis
Efisiensi Adiabatik (Isentropik): Adalah rasio antara kerja kompresi ideal (proses tanpa perpindahan panas dan tanpa kerugian gesekan internal gas) dibandingkan dengan kerja termodinamika aktual yang dialami oleh gas.
Efisiensi Mekanis: Adalah rasio antara daya yang secara efektif ditransfer ke fluida gas dibandingkan dengan total daya poros (shaft power) yang diinput dari penggerak. Ini memperhitungkan kerugian mekanis murni seperti gesekan pada bearing, seal, dan sistem transmisi (gearbox).
Pengaruh ke Daya Listrik: Total daya listrik yang dibutuhkan berbanding terbalik dengan kedua efisiensi ini. Semakin rendah nilai efisiensi adiabatik maupun mekanis, maka semakin besar total daya listrik yang harus disuplai ke motor penggerak (driver) untuk menghasilkan tekanan akhir yang sama, karena banyak energi yang terbuang menjadi panas dan mengatasi gesekan.
5. Perhitungan Performa Kompresor
Diketahui parameter awal:
M = 28,97g/mol
k = 1,4
n = 1,25
η = 82% = 0,82
P1 = 100kPa
P2 = 800kPa
T1 = 25°C = 298,15K
a. Suhu Gas Keluar Kompresor (T2)
Rumus:
T2/T1 = (P2/P1)^((n-1)/n)
T2 = 298,15 x (800/100)^((1,25 - 1)/1,25)
T2 = 298,15 x 8^0,2
T2 = 451,91K
T2 = 451,91 - 273,15
T2 = 178,76°C
Jadi,suhu gas keluar kompresor adalah 451,91 K atau 178,76°C.
b. Menentukan daya poros
R = 8,314/28,97
R = 0,287 kJ/kg.K
Cp = kR/(k - 1)
Cp = (1,4 x 0,287)/(1,4-1)
Cp = 1,005kJ/kg.K
Rumus daya:
W = m x Cp x (T2-T1)/η
W = m x 1005(451,91 - 298,15)/0,82
W = 188,4mkW
Karena nilai laju alir massa (m) pada soal tidak tercantum, maka daya poros belum bisa ditentukan sebagai angka pasti. Jika m = 1 kg/s, maka daya poros = 188,4 kW.
JAWABAN SOAL PERTEMUAN 3
BalasHapusNama : Fani Priyo Kurniawan
NPM : 252110004
Prodi : Teknik Kimia
1. Perbedaan Fan, Blower, dan Kompresor
Klasifikasi ketiganya didasarkan pada rasio tekanan (perbandingan tekanan keluar terhadap tekanan masuk):
-. Fan: Rasio tekanan kurang dari 1,11 dan kenaikan tekanan sangat rendah (di bawah 11,36 kPa). Contoh aplikasi: Induced draft fan pada cooling tower.
-. Blower: Rasio tekanan menengah antara 1,11 hingga 1,20 dengan kenaikan tekanan sedang (11,36 kPa - 200 kPa). Contoh aplikasi: Aeration blower pada unit pengolahan limbah cair (WWTP).
3. Kompresor: Rasio tekanan tinggi di atas 1,20 dengan kenaikan tekanan tinggi (di atas 200 kPa). Contoh aplikasi: Kompresi gas sintesis (syngas) bertekanan tinggi pada reaktor pabrik amonia.
2. Kompresor Sentrifugal vs. Kompresor Aksial
Prinsip Kerja:
-. Kompresor Sentrifugal: Gas masuk searah poros menuju pusat impeller, lalu dilempar ke arah luar oleh gaya sentrifugal. Energi kinetik ini diubah menjadi tekanan saat melewati diffuser.
-. Kompresor Aksial: Gas mengalir sejajar dengan poros rotasi melewati barisan sudu-sudu berputar dan diam. Gas ditekan secara bertahap tanpa mengubah arah aliran.
Kondisi Pemilihan:
Pabrik kimia akan memilih kompresor aksial ketika membutuhkan kapasitas laju alir gas yang sangat besar (masif) secara konstan dengan rasio tekanan menengah, contohnya pada unit pemisahan udara (ASU) berskala besar.
Kelebihan dan Kekurangan:
-. Kompresor Aksial: Kelebihannya adalah efisiensi lebih tinggi dan kapasitas jauh lebih besar untuk ukuran fisik yang sama. Kekurangannya adalah rentang operasi sempit (rentan surging), sudu rapuh terhadap kotoran, dan biaya mahal.
-. Kompresor Sentrifugal: Kelebihannya adalah rentang operasi jauh lebih luas/fleksibel, lebih tangguh terhadap kotoran, dan tekanan per tahap (stage) lebih tinggi. Kekurangannya adalah efisiensi sedikit lebih rendah pada kapasitas raksasa.
3. Fenomena Surging dan Choking
-. Surging: Kondisi tidak stabil di mana aliran gas terlalu rendah untuk melawan tekanan keluar (discharge) yang tinggi, sehingga gas mengalir balik ke dalam kompresor secara berulang-ulang. Penyebab utamanya adalah penurunan permintaan laju alir secara tiba-tiba atau ada sumbatan. Dampaknya sangat merusak, menyebabkan getaran ekstrem yang bisa menghancurkan bantalan (bearing), seal, hingga membuat pipa retak.
-. Choking (Stonewalling): Kondisi saat laju alir gas mencapai batas maksimum fisik karena kecepatan gas mencapai kecepatan suara (Mach 1) pada bagian tersempit kompresor. Penyebab utamanya adalah tekanan sistem turun drastis (misal pipa bocor). Dampaknya kapasitas kompresor mentok tidak bisa naik lagi dan efisiensi anjlok drastis, memicu panas berlebih.
JAWABAN SOAL PERTEMUAN 3
BalasHapusNama : Fani Priyo Kurniawan
NPM : 252110004
Prodi : Teknik Kimia
4. Efisiensi Adiabatik dan Mekanis
-. Efisiensi Adiabatik (Isentropik): Perbandingan antara kerja ideal secara teoretis (tanpa rugi gesekan/panas) dengan kerja aktual yang ditransfer ke gas. Ini memperhitungkan kerugian akibat turbulensi dan gesekan fluida.
-. Efisiensi Mekanis: Perbandingan antara daya yang diterima gas di dalam kompresor dengan daya mekanik dari motor penggerak. Ini memperhitungkan kerugian gesekan logam pada bearing atau girboks.
-. Pengaruh pada daya listrik: Semakin rendah kedua efisiensi ini, semakin besar total daya listrik yang harus disuplai ke motor penggerak untuk mencapai tekanan akhir yang sama.
5. Perhitungan Termodinamika Kompresor
(Karena angka laju alir massa terpotong pada soal, perhitungan daya dibuat spesifik per 1 kg/s aliran)
a. Menentukan suhu gas keluar kompresor (T2)
T1 = 25 C + 273,15 = 298,15 K
P1 = 100 kPa
P2 = 800 kPa
n = 1,25
Rumus: T2 = T1 * (P2/P1)^((n-1)/n)
T2 = 298,15 * (800/100)^((1,25 - 1) / 1,25)
T2 = 298,15 * (8)^0,2
T2 = 298,15 * 1,5157 = 451,9 K
Suhu keluar kompresor adalah 451,9 K (atau 178,75 derajat Celcius).
b. Menghitung daya poros (Shaft Power)
Konstanta gas (R) = 8,314 / 0,02897 = 286,98 J/kg.K = 0,287 kJ/kg.K
Kerja politropik spesifik (Wp):
Wp = [n / (n-1)] * R * T1 * [ (P2/P1)^((n-1)/n) - 1 ]
Wp = [1,25 / 0,25] * 0,287 * 298,15 * [ 1,5157 - 1 ]
Wp = 5 * 0,287 * 298,15 * 0,5157 = 220,64 kJ/kg
Kerja poros dengan efisiensi 82% (0,82):
W_shaft = Wp / 0,82
W_shaft = 220,64 / 0,82 = 269,07 kJ/kg
Daya poros total = Laju alir massa (dalam kg/s) dikalikan dengan 269,07 kW.
1. PERBEDAAN FAN, BLOWER, DAN KOMPRESOR
BalasHapusPerbedaan mendasar antara fan, blower, dan kompresor terletak pada rasio tekanan (P_out / P_in) dan kenaikan tekanan (ΔP) yang dihasilkan:
Fan (Kipas):
* Rasio Tekanan: ≤ 1,11
* Kenaikan Tekanan: Sangat rendah (< 1 kPa)
* Contoh Aplikasi: Sirkulasi udara pada Cooling Tower atau sistem ventilasi gedung/pabrik.
Blower:
* Rasio Tekanan: 1,11 sampai 1,20
* Kenaikan Tekanan: Sedang (1 kPa - 10 kPa)
* Contoh Aplikasi: Suplai udara pembakaran ke boiler/furnace atau sistem pengangkutan pneumatik (pneumatic conveying).
Kompresor:
* Rasio Tekanan: > 1,20
* Kenaikan Tekanan: Tinggi (> 10 kPa hingga ratusan bar)
* Contoh Aplikasi: Kompresi gas sintetis pada unit pembuatan amonia atau unit Hydrodesulfurization (HDS) di kilang minyak.
2. KOMPRESOR SENTRIFUGAL VS. KOMPRESOR AKSIAL
Perbandingan Prinsip Kerja:
Kompresor Sentrifugal: Gas masuk secara aksial (sejajar poros) ke impeller yang berputar, lalu dilempar secara radial ke luar oleh gaya sentrifugal. Energi kinetik ditingkatkan oleh impeller, kemudian diubah menjadi tekanan di dalam diffuser dan volute casing.
Kompresor Aksial: Gas mengalir secara paralel/sejajar dengan poros melintasi serangkaian sudu bergerak (rotor) dan sudu diam (stator). Rotor mempercepat aliran gas secara aksial, dan stator mengubah energi kinetik tersebut menjadi energi tekanan.
Kondisi Pemilihan Kompresor Aksial:
Pabrik kimia memilih kompresor aksial ketika membutuhkan laju alir volumetrik yang sangat besar (high capacity/volume) dengan kebutuhan rasio tekanan sedang, seperti pada unit Fluid Catalytic Cracking (FCC) kapasitas raksasa atau Air Separation Unit (ASU) skala besar.
Kelebihan dan Kekurangan Utama:
#Kompresor Aksial:
* Kelebihan: Efisiensi puncak (peak efficiency) lebih tinggi dan kapasitas alir jauh lebih besar untuk dimensi ukuran mesin yang sama.
* Kekurangan: Rentang operasi stabil lebih sempit (sangat rentan mengalami surge) serta biaya investasi dan perawatan lebih mahal.
#Kompresor Sentrifugal:
* Kelebihan: Operasi lebih fleksibel/stabil terhadap variasi debit, konstruksi lebih kokoh, dan biaya operasi/perawatan lebih ekonomis.
* Kekurangan: Efisiensi puncak sedikit lebih rendah dibanding tipe aksial pada kapasitas debit ultra-besar.
3. FENOMENA SURGING DAN CHOKING
A. Fenomena Surging
Pengertian: Kondisi ketidakstabilan aliran berupa aliran balik (reversal flow) gas secara berulang/periodik dari pipa discharge kembali ke dalam kompresor.
Penyebab Utama: Laju alir massa gas turun di bawah batas minimum (surge limit) akibat penurunan beban proses atau penutupan katup keluaran, sehingga tekanan yang dihasilkan kompresor tidak mampu melawan backpressure perpipaan.
Dampak: Menimbulkan getaran tinggi (high vibration), lonjakan suhu berlebih, serta risiko kerusakan mekanis berat seperti benturan sudu (impeller/blade failure) dan kerusakan bantalan (bearing).
B. Fenomena Choking (Stonewall)
Pengertian: Kondisi ketika laju alir massa gas mencapai nilai maksimum absolutnya dan tidak dapat bertambah lagi meskipun tekanan keluaran diturunkan.
Penyebab Utama: Kecepatan aliran gas pada area penyempitan terluas (throat/impeller eye) telah mencapai Kecepatan Suara (Mach = 1).
Dampak: Efisiensi kompresor jatuh mendadak hingga mendekati nol, terjadi pressure drop drastis, serta timbul gelombang kejut (shockwave) dan kebisingan tinggi pada pipa.
4. EFISIENSI ADIABATIK DAN EFISIENSI MEKANIS
BalasHapusDefinisi:
Efisiensi Adiabatik (Isentropik) [η_is]: Perbandingan antara kerja kompresi teoritis/ideal (tanpa friksi dan perpindahan panas) terhadap kerja termodinamika aktual yang diterima oleh gas.
Efisiensi Mekanis [η_m]:Perbandingan antara kerja termodinamika aktual yang diterima gas terhadap daya poros (shaft power) yang disuplai driver, yang memperhitungkan rugi-rugi gesekan mekanis pada bearing, gearbox, dan seal.
Pengaruh terhadap Total Daya Listrik Driver:
Total daya listrik yang dibutuhkan motor penggerak dirumuskan sebagai:
Daya Listrik = Kerja Isentropik Ideal / (η_is × η_m × η_motor)
Semakin rendah nilai efisiensi isentropik maupun efisiensi mekanis, maka total daya listrik yang harus disuplai ke motor penggerak akan semakin besar, yang meningkatkan konsumsi energi dan biaya operasional.
5. PERHITUNGAN KOMPRESOR POLITROPIK
Diketahui:
* M = 28,97 g/mol = 28,97 kg/kmol
* k = 1,4
* T1 = 25 °C = 298,15 K
* P1 = 100 kPa
* P2 = 800 kPa
* n = 1,25
* Efisiensi Politropik (η_p) = 82% = 0,82
* Asumsi laju alir massa (ṁ) = 1 kg/s (silakan kalikan dengan angka ṁ pada soal jika ada).
A. Suhu Gas Keluar Kompresor (T2)
Rumus:
T2 / T1 = (P2 / P1)^((n - 1) / n)
Perhitungan:
T2 / 298,15 = (800 / 100)^((1,25 - 1) / 1,25)
T2 / 298,15 = (8)^(0,25 / 1,25)
T2 / 298,15 = (8)^0,2
T2 / 298,15 = 1,5157
T2 = 298,15 × 1,5157 = 451,91 K (atau 178,76 °C)
B. Daya Poros (Shaft Power) yang Diperlukan
1. Konstanta Gas Spesifik (R):
R = 8314 / 28,97 = 286,98 J/(kg·K)
2. Kerja Politropik Spesifik (w_p):
w_p = (n / (n - 1)) × R × T1 × [ (P2 / P1)^((n - 1) / n) - 1 ]
w_p = (1,25 / 0,25) × 286,98 × 298,15 × [ 1,5157 - 1 ]
w_p = 5 × 286,98 × 298,15 × 0,5157
w_p = 220.612 J/kg = 220,61 kJ/kg
3. Daya Poros (P_shaft):
P_shaft = (ṁ × w_p) / η_p
Untuk ṁ = 1 kg/s:
P_shaft = (1 kg/s × 220,61 kJ/kg) / 0,82 = 269,04 kW
AIK SOAL MINGGU KE-4
BalasHapusNama: Marsa Nur A
NPM: 252110009
1. Silo dan hopper sama-sama digunakan untuk menyimpan material padat, tetapi fungsi utamanya berbeda. Silo umumnya digunakan untuk penyimpanan material dalam jumlah besar dan waktu yang relatif lama. Kapasitasnya biasanya lebih besar. Sedangkan hopper lebih berfungsi sebagai tempat penampungan sementara sebelum material dialirkan ke proses berikutnya, sehingga kapasitas dan waktu penyimpanannya cenderung lebih kecil.
2. Karakteristik fisik material sangat penting karena menentukan bagaimana material akan mengalir dan keluar dari hopper. Ukuran partikel memengaruhi kemampuan material untuk mengalir, kelembapan dapat menyebabkan material menggumpal dan menempel pada dinding, sedangkan angle of repose menunjukkan kecenderungan material untuk membentuk tumpukan. Jika karakteristik tersebut diabaikan, dapat terjadi penyumbatan, bridging, rat-holing, aliran tidak merata, bahkan hopper tidak dapat mengeluarkan material dengan baik.
3. Mass Flow adalah pola aliran ketika hampir seluruh material di dalam hopper bergerak saat pengosongan. Pola ini menghasilkan aliran yang lebih seragam dan mengurangi material yang tertinggal. Funnel Flow terjadi ketika material di bagian tengah mengalir terlebih dahulu, sedangkan material di dekat dinding cenderung diam. Untuk material yang mudah rusak atau membusuk, Mass Flow lebih ideal karena dapat mengurangi material yang terlalu lama tertahan di dalam hopper.
4. Flat-bottom silo memiliki konstruksi yang relatif sederhana dan biaya pembangunan lebih rendah, tetapi pengosongan material biasanya kurang sempurna sehingga dapat menyisakan material di bagian dasar. Hopper-bottom silo memiliki dasar berbentuk kerucut sehingga material lebih mudah mengalir keluar dan pengosongannya lebih baik, tetapi konstruksinya lebih kompleks dan biaya pembuatannya lebih tinggi.
5. Dua solusi mekanis yang dapat digunakan adalah:
- Vibrator atau pneumatic vibrator: dipasang pada dinding hopper untuk memberikan getaran sehingga material yang menggumpal atau menempel dapat terlepas dan aliran kembali berjalan.
- Agitator atau mechanical discharger: menggunakan alat mekanis seperti screw/rotary discharger pada bagian outlet untuk membantu memecah bridging dan menarik material yang berada di sekitar dinding menuju lubang pengeluaran. Solusi ini juga membantu mengurangi terjadinya rat-holing.
JAWABAN SOAL PERTEMUAN 4
BalasHapusNama : Ananda Aprilya
NPM : 252110010
Prodi : Teknik Kimia
SOAL 1
Istilah "hopper" punya dua konteks: (1) alat mandiri untuk buffer jangka pendek, dan (2) bagian konvergen/corong di dasar silo "hopper-bottom silo"
#Silo:
>>Fungsi utama: penyimpanan material curah dalam jumlah besar untuk jangka menengah-panjang, berbentuk silinder tegak dengan rasio tinggi-diameter besar.
>>Kapasitas: besar, ratusan hingga ribuan ton, sebagai buffer stock produksi utama.
>>Durasi penyimpanan: panjang (harian-bulanan), berperan sebagai storage utama.
#Hopper:
>>Fungsi utama (alat mandiri): wadah sementara menampung dan mengarahkan aliran material ke alat berikutnya (conveyor, mixer, mesin pengisian).
>>Fungsi utama (struktural): bagian menyempit (converging section) di dasar silo/bin, mengarahkan material secara gravitasi ke outlet.
>>Kapasitas: bukan pembeda yang tepat — bisa kecil (feeding mesin) atau sangat besar (fasilitas tambang). Pembeda yang tepat adalah geometri dan fungsi: hopper selalu konvergen untuk mengarahkan aliran, silo silindris untuk menyimpan.
>>Durasi penyimpanan: singkat (menit-jam) sebagai alat mandiri, atau tanpa waktu tinggal sama sekali sebagai corong di dasar silo.
Perbedaan mendasar: silo dirancang untuk menyimpan, hopper dirancang untuk mengalirkan/mengarahkan — baik sebagai alat mandiri maupun bagian dasar silo.
SOAL 2
Karakteristik fisik material krusial karena menentukan bagaimana material akan mengalir di dalam hopper:
1. Ukuran partikel — menentukan kemungkinan segregasi (partikel kasar dan halus terpisah saat mengalir) dan risiko penyumbatan di outlet jika ukuran lubang keluar tidak memadai.
2. Kelembapan — material berkadar air tinggi cenderung lebih kohesif, mudah menggumpal, dan menempel di dinding hopper, meningkatkan risiko bridging.
3. Sudut repose (angle of repose) — menentukan kemiringan minimum dinding hopper agar material bisa mengalir secara gravitasi tanpa macet; sudut dinding hopper harus lebih besar dari sudut gesek material terhadap dinding (wall friction angle).
Dampak jika diabaikan:
- Material tersangkut membentuk bridging atau ratholing
- Aliran tidak merata, menyebabkan segregasi ukuran partikel yang merusak konsistensi produk
- Keausan dinding hopper lebih cepat akibat gesekan berlebih jika sudut desain salah
- Downtime produksi meningkat karena harus sering dibersihkan atau diberi bantuan manual
SOAL 3
#Mass Flow:
- Seluruh material bergerak serempak (tengah maupun dekat dinding) begitu outlet dibuka
- Tidak ada zona material diam (dead zone/stagnant zone)
- First-in-first-out (FIFO)
- Membutuhkan sudut dinding hopper yang cukup tajam (curam) dan permukaan dinding licin
#Funnel Flow:
- Hanya material di tengah (kolom di atas outlet) yang bergerak, material dekat dinding tetap diam
- Terbentuk zona mati di sudut-sudut hopper
- First-in-last-out (FILO) — material pertama justru keluar paling akhir
Lebih murah dan sederhana secara konstruksi (sudut dinding bisa lebih landai)
Pola ideal untuk material mudah rusak/membusuk: Mass Flow, karena FIFO memastikan tidak ada material tertahan terlalu lama di zona mati, sehingga risiko pembusukan atau degradasi kualitas akibat residence time berlebih dapat dihindari.
LANJUTAN JAWABAN SOAL PERTEMUAN 4
BalasHapusNama : Ananda Aprilya
NPM : 252110010
Prodi : Teknik Kimia
SOAL 4
# Flat-bottom silo:
>> Kelebihan: biaya konstruksi lebih murah, struktur lebih sederhana, menampung volume besar dengan tinggi lebih rendah, lebih stabil secara struktural untuk silo sangat besar
>> Kekurangan: mekanisme pengosongan buruk (hampir selalu funnel flow), butuh alat bantu tambahan (sweep auger, reclaim system), residu material sering tertinggal di sudut dasar
#Hopper-bottom silo:
>> Kelebihan: mekanisme pengosongan lebih baik, bisa didesain untuk mass flow, pengosongan lebih tuntas tanpa alat bantu tambahan, cocok untuk material mudah rusak
>> Kekurangan: biaya konstruksi lebih mahal (butuh struktur penyangga/kaki tambahan), membutuhkan ketinggian total lebih besar, instalasi lebih kompleks
SOAL 5
Solusi 1: Vibrator atau Vibrating Bin Activator
- Dipasang pada dinding luar hopper atau tepat di atas outlet, memberikan getaran berfrekuensi tinggi untuk memecah lengkungan (bridge) dan melepaskan material yang menempel di dinding.
- Efektif untuk bridging karena getaran mengganggu gaya kohesi antar partikel semen yang membentuk lengkungan kokoh.
- Perlu dikontrol intensitas dan durasinya — pemasangan vibrator berlebihan atau lebih dari satu titik vibrasi sekaligus justru berisiko menyebabkan pemadatan (over-vibration compaction) pada material di bawahnya, yang memperparah masalah.
Solusi 2: Air Cannon (Blaster) atau Aerasi Udara Bertekanan (Air Pad/Fluidization Pad)
- Air cannon menembakkan udara bertekanan tinggi secara tiba-tiba untuk memecah ratholing atau bridging secara mekanis-pneumatik.
- Air pad/fluidization pad menginjeksikan udara bertekanan rendah secara kontinu di dinding, membuat material dekat dinding sedikit mengembang (fluidized) sehingga mengurangi gesekan dan mencegah ratholing.
- Efektif khusus untuk ratholing karena menargetkan material yang mengeras di sisi dinding, bukan hanya di tengah kolom.
Solusi yang saya pilih adalah mengkombinasikan keduanya.
karena Vibrator dan air cannon/aerasi menargetkan mekanisme kegagalan aliran yang berbeda — vibrator efektif untuk bridging di area outlet, sedangkan air cannon/aerasi efektif untuk ratholing di sepanjang dinding. Mengandalkan vibrator saja (apalagi intensitas tinggi atau banyak titik) berisiko memadatkan material dan justru memicu ratholing baru, karena getaran yang melepas bridging di tengah tidak menjamin material dekat dinding ikut terlepas. Sebaliknya, aerasi saja kurang efektif memecah lengkungan kokoh yang sudah mengeras padat. Kombinasi keduanya bukan sekadar redundansi, melainkan saling melengkapi: vibrator menangani kegagalan di pusat aliran, air cannon/aerasi menangani kegagalan di sisi dinding — sehingga kedua fenomena diatasi tanpa efek samping dari solusi tunggal.
Nama : M. BINTANG FAUZI
BalasHapusNPM : 252110002
Prodi : Teknik Kimia
Berikut Jawaban untuk tugas Alat Industri Kimia Soal Pertemuan Ke 1, saya lampirkan :
Soal 1
Alat-alat utama dapat dikelompokkan berdasarkan fungsi unit operasinya sebagai berikut:
Fluids Handling: pompa, kompresor, valve, dan pipa.
Heat Transfer: heat exchanger, heater, condenser, dan reboiler.
Mass Transfer/Separation: distillation column, separator, decanter, dan absorber.
Chemical Reaction: reaktor esterifikasi, tempat Asam Asetat dan Etanol bereaksi membentuk Etil Asetat dan air.
Kegagalan pada distillation column dapat mengganggu neraca massa dan energi seluruh proses. Jika kolom mengalami flooding, kehilangan tekanan, atau pemisahan tidak sempurna, komposisi dan laju aliran produk overhead maupun bottom menjadi tidak sesuai. Hal ini menyebabkan unit downstream menerima umpan dengan laju atau komposisi yang berbeda sehingga beban pemisahan atau pendingin dapat berubah. Pada sisi upstream, perubahan kebutuhan umpan dan kondisi operasi kolom juga dapat memengaruhi beban reboiler dan condenser serta menyebabkan perubahan laju aliran dan temperatur dari unit sebelumnya.
Soal 2
Pitting corrosion adalah korosi lokal yang membentuk lubang atau pit kecil dan dalam pada permukaan logam. Sementara itu, Stress Corrosion Cracking (SCC) adalah retak pada material akibat kombinasi tegangan tarik dan lingkungan korosif. Keduanya berbahaya pada reaktor bertekanan tinggi karena kerusakan dapat terjadi secara lokal dan sulit dideteksi dari luar. Pitting dapat berkembang menjadi titik lemah atau kebocoran, sedangkan SCC dapat menyebabkan retakan hingga terjadi kegagalan atau pecahnya reaktor secara tiba-tiba.
Capital Cost tidak boleh menjadi satu-satunya pertimbangan karena material yang murah belum tentu memiliki biaya keseluruhan yang rendah. Material yang lebih mahal tetapi tahan korosi dan memiliki umur pakai lebih panjang dapat mengurangi biaya maintenance, inspeksi, penggantian komponen, downtime, dan risiko kegagalan. Oleh karena itu, pemilihan MoC harus mempertimbangkan Lifetime Cost/Total Cost of Ownership, yaitu total biaya yang dikeluarkan selama seluruh umur operasi peralatan.
Soal 3
Tiga informasi krusial yang harus tersedia pada Equipment Spec Sheet adalah:
1. Sifat fluida, seperti jenis fluida, komposisi, konsentrasi, korosivitas, dan fase.
2. Kondisi operasi, terutama temperatur dan tekanan operasi serta kondisi desain.
3. Karakteristik aliran, seperti laju alir dan kemungkinan adanya padatan, partikel, atau kontaminan yang dapat memengaruhi pemilihan material.
Carbon Steel tidak cocok digunakan untuk Nitrogen Cair pada −196°C karena pada temperatur cryogenic sifat mekanisnya berubah. Carbon steel dapat mengalami ductile-to-brittle transition, sehingga menjadi sangat getas dan kehilangan kemampuan menahan deformasi serta beban kejut. Akibatnya, pipa dapat mengalami brittle fracture secara tiba-tiba.
Untuk Nitrogen Cair digunakan material yang tetap memiliki ketangguhan dan keuletan pada temperatur cryogenic, terutama stainless steel austenitik, seperti SS 304/304L atau SS 316/316L.
Nama : M. BINTANG FAUZI
BalasHapusNPM : 252110002
Prodi : Teknik Kimia
Berikut Jawaban untuk tugas Alat Industri Kimia Soal Pertemuan Ke 2, saya lampirkan :
Soal 1
Pompa positive displacement (PD) dipilih ketika dibutuhkan tekanan tinggi, laju alir relatif kecil, dan aliran yang konstan. Pompa ini juga cocok untuk fluida yang viskos atau kental, seperti minyak.
Pompa sentrifugal lebih sesuai untuk laju alir besar, tekanan rendah hingga sedang, dan fluida dengan viskositas rendah seperti air.
Soal 2
NPSHₐ (Net Positive Suction Head Available) adalah tinggi tekan bersih yang tersedia pada sisi suction pompa, di atas tekanan uap fluida. Parameter ini menunjukkan tekanan yang tersedia untuk mencegah fluida menguap di dalam pompa.
NPSHₐ penting karena harus cukup besar untuk mencegah kavitasi. Kondisi yang harus dipenuhi:
NPSHₐ > NPSHᵣ
Soal 3
Jika NPSHₐ < NPSHᵣ, akan terjadi kavitasi (cavitation).
Dampaknya:
Terbentuk gelembung uap pada sisi suction pompa.
Menimbulkan suara dan getaran.
Menurunkan kapasitas dan head pompa.
Menyebabkan kerusakan/erosi pada impeller.
Menurunkan efisiensi dan umur pompa.
Soal 4
Diketahui:
ρ = 1000 kg/m³
g = 9,81 m/s²
P₁ = 1 atm = 101.325 Pa
P₂ = 2 atm = 202.650 Pa
z₂ - z₁ = 10 m
hf = 3,5 J/kg
Persamaan Bernoulli yang dimodifikasi:
H = (P₂ - P₁)/(ρg) + (z₂ - z₁) + hf/g
Selisih tekanan:
P₂ - P₁ = 202.650 - 101.325
P₂ - P₁ = 101.325 Pa
Head akibat tekanan:
(P₂ - P₁)/(ρg)
= 101.325/(1000 × 9,81)
= 0,0103 m
Head akibat friction loss:
hf/g = 3,5/9,81
= 0,3568 m
Maka:
H = 0,0103 + 10 + 0,3568
H = 10,3671 m
Jadi:
H ≈ 10,37 m fluida
Dalam satuan energi:
H = 10,37 × 9,81
H ≈ 101,7 J/kg
Jawaban akhir: Total Head Pompa = 10,37 m atau 101,7 J/kg.
Nama : M. BINTANG FAUZI
BalasHapusNPM : 252110002
Prodi : Teknik Kimia
Berikut Jawaban untuk tugas Alat Industri Kimia Soal Pertemuan Ke 3, saya lampirkan :
1.) Perbedaan fan, blower, dan kompresor
Fan menghasilkan kenaikan tekanan paling kecil, dengan pressure ratio umumnya ≤ 1,1. Contohnya digunakan untuk ventilasi udara di pabrik kimia.
Blower menghasilkan tekanan lebih besar daripada fan, dengan pressure ratio sekitar 1,1–1,2. Contohnya digunakan untuk suplai udara pada proses aerasi.
Kompresor menghasilkan kenaikan tekanan yang jauh lebih tinggi, dengan pressure ratio umumnya > 1,2. Contohnya digunakan untuk menaikkan tekanan gas proses sebelum masuk ke unit produksi.
2.) Kompresor sentrifugal dan aksial
Kompresor sentrifugal bekerja dengan mengalirkan gas dari pusat impeller menuju arah radial keluar. Kompresor aksial mengalirkan gas sejajar dengan poros melalui rotor dan stator secara bertingkat.
Kompresor aksial dipilih jika dibutuhkan laju alir gas yang sangat besar dengan kenaikan tekanan per tingkat relatif kecil.
Kelebihan aksial: mampu menangani debit sangat besar dan efisien pada kondisi desain.
Kekurangan aksial: konstruksinya lebih kompleks, biaya tinggi, serta lebih sensitif terhadap surging dan choking.
3.) Surging dan choking
Surging adalah kondisi aliran gas yang tidak stabil dan dapat menyebabkan aliran balik karena laju alir terlalu rendah dan tekanan discharge terlalu tinggi. Dampaknya dapat berupa getaran, kerusakan bearing dan impeller, serta gangguan pada perpipaan.
Choking adalah kondisi ketika laju alir terlalu tinggi sehingga kecepatan gas mencapai kecepatan suara. Dampaknya adalah efisiensi menurun, tekanan sulit meningkat, dan beban mekanis bertambah.
4.) Efisiensi kompresor
Efisiensi adiabatik/isentropik adalah perbandingan antara kerja kompresi ideal dengan kerja kompresi aktual.
η_is = W_isentropik / W_aktual
Efisiensi mekanis adalah perbandingan daya yang digunakan untuk kompresi dengan daya yang diberikan oleh poros.
η_m = P_gas / P_shaft
Semakin rendah kedua efisiensi tersebut, semakin besar daya poros dan daya listrik yang dibutuhkan motor.
5.) Perhitungan
Diketahui:
M = 28,97 kg/kmol
T1 = 25°C = 298,15 K
P1 = 100 kPa
P2 = 800 kPa
n = 1,25
η = 82% = 0,82
a. Menentukan suhu keluar kompresor
Rumus:
T2/T1 = (P2/P1)^((n-1)/n)
T2 = 298,15 × (800/100)^((1,25-1)/1,25)
T2 = 298,15 × 8^0,2
T2 ≈ 450,6 K
T2 = 450,6 - 273,15
T2 ≈ 177,5°C
Jadi, suhu gas keluar kompresor adalah 177,5°C.
b. Menghitung daya poros
Konstanta gas:
R = 8,314/28,97
R ≈ 0,287 kJ/(kg·K)
Kerja politropik:
Wp = [n/(n-1)] × R × T1 × [(P2/P1)^((n-1)/n) - 1]
Wp = [1,25/(1,25-1)] × 0,287 × 298,15 × [8^0,2 - 1]
Wp ≈ 151,9 kJ/kg
Dengan efisiensi 82%:
Wshaft = Wp/η
Wshaft = 151,9/0,82
Wshaft ≈ 185,2 kJ/kg
Karena nilai laju alir massa pada soal tidak tercantum, maka:
Pshaft = ṁ × Wshaft
Pshaft = 185,2 × ṁ kW
Jadi hasil akhirnya:
T2 ≈ 177,5°C
Pshaft = 185,2 × ṁ kW
Jika laju alir massa = 1 kg/s, maka Pshaft ≈ 185,2 kW.
Nama : M. BINTANG FAUZI
BalasHapusNPM : 252110002
Prodi : Teknik Kimia
Berikut Jawaban untuk tugas Alat Industri Kimia Soal Pertemuan Ke 4, saya lampirkan :
1.) Silo dan hopper sama-sama digunakan untuk menyimpan material padat, tetapi fungsi utamanya berbeda. Silo digunakan untuk penyimpanan material dalam jumlah besar dan biasanya untuk jangka waktu lebih lama, sehingga kapasitasnya relatif besar. Hopper lebih berfungsi sebagai tempat penampungan sementara sebelum material masuk ke proses berikutnya, sehingga kapasitasnya lebih kecil dan waktu penyimpanannya lebih singkat.
2.) Karakteristik fisik material sangat penting karena menentukan bentuk, ukuran, dan kemiringan hopper agar material dapat mengalir dengan baik. Ukuran partikel memengaruhi kemudahan material mengalir, kelembapan dapat menyebabkan material menggumpal dan menempel pada dinding, sedangkan angle of repose menentukan kemiringan dinding hopper yang diperlukan. Jika karakteristik ini diabaikan, dapat terjadi penyumbatan, bridging, rat-holing, aliran tidak lancar, bahkan kerusakan peralatan.
3.)
Mass Flow: seluruh material bergerak saat pengosongan, termasuk material yang berada di dekat dinding. Alirannya lebih seragam dan mengurangi material yang tertinggal.
Funnel Flow: material di bagian tengah mengalir lebih dahulu, sedangkan material di dekat dinding relatif diam sehingga dapat terbentuk zona material yang tertinggal.
Pola yang ideal untuk material yang mudah rusak atau membusuk adalah Mass Flow, karena waktu tinggal material lebih seragam sehingga mengurangi risiko material terlalu lama tersimpan dan mengalami kerusakan.
4.)
Flat-bottom silo:
Kelebihan: konstruksi lebih sederhana dan biaya pembangunan relatif lebih murah untuk kapasitas besar.
Kekurangan: pengosongan tidak sempurna sehingga dapat meninggalkan material di dasar dan biasanya membutuhkan alat tambahan untuk membantu pengeluaran.
Hopper-bottom silo:
Kelebihan: material lebih mudah keluar karena bentuk dasar mengarahkan material menuju outlet dan pengosongan lebih efektif.
Kekurangan: konstruksinya lebih kompleks, membutuhkan struktur pendukung yang kuat, sehingga biaya konstruksinya lebih mahal.
5.) Dua solusi mekanis yang dapat digunakan adalah:
a. Vibrator atau pneumatic vibrator
Vibrator dipasang pada dinding hopper untuk memberikan getaran sehingga material yang menempel atau menggumpal dapat terlepas. Cara ini efektif untuk mengurangi bridging dan membantu material yang menempel pada dinding agar kembali bergerak.
b. Mechanical agitator/agitator screw
Agitator dipasang di dalam hopper untuk mengaduk dan memecah material yang membentuk lengkungan atau jalur aliran sempit. Alat ini membantu menghancurkan bridging serta mencegah terbentuknya rathole, sehingga aliran material menuju outlet menjadi lebih merata.
Alat Penyimpanan & Penanganan Padatan (pertemuan 4)
BalasHapus1. Perbedaan Mendasar Antara Silo dan Hopper
Fungsi Utama:
Silo: Berfungsi sebagai wadah penyimpanan utama berskala besar untuk menimbun material curah (bulk solids) dalam jumlah masif.
Hopper: Berfungsi sebagai wadah penampung berbentuk corong di bagian bawah silo atau unit terpisah yang mengarahkan material untuk proses pengumpanan (feeding) atau pemindahan ke tahap proses selanjutnya.
Kapasitas:
Silo: Memiliki kapasitas yang sangat besar (bisa mencapai ribuan ton).
Hopper: Memiliki kapasitas yang jauh lebih kecil dan terbatas, dirancang hanya sebagai transisi aliran.
Durasi Penyimpanan Material:
Silo: Digunakan untuk penyimpanan jangka panjang (bisa berhari-hari, berminggu-minggu, hingga berbulan-bulan).
Hopper: Digunakan untuk penyimpanan jangka pendek atau aliran kontinu (short-term hold-up).
2. Peran Karakteristik Fisik Material dalam Desain Hopper
Karakteristik fisik seperti ukuran partikel, kandungan kelembapan (moisture content), dan sudut reputasi (angle of repose) sangat krusial karena menentukan sifat alir (flowability) material saat gravitasi bekerja.
Ukuran Partikel & Kelembapan: Partikel halus yang lembap cenderung memiliki kohesi tinggi dan mudah menggumpal.
Sudut Reputasi: Menentukan kemiringan minimum dinding hopper agar material dapat meluncur turun dengan lancar.
Dampak Jika Diabaikan: Jika karakteristik ini diabaikan, desain sudut kemiringan hopper bisa terlalu landai, menyebabkan material macet, membentuk lengkungan mandiri (bridging), atau mengalami keausan dinding akibat gesekan abrasif yang tidak diperhitungkan.
3. Pola Aliran Mass Flow dan Funnel Flow
Mass Flow (Aliran Massa):
Karakteristik: Seluruh material di dalam wadah bergerak turun secara bersamaan. Material yang pertama kali masuk akan menjadi yang pertama keluar (prinsip First-In, First-Out / FIFO). Dinding hopper harus sangat licin dan memiliki kemiringan yang curam.
Funnel Flow (Aliran Corong):
Karakteristik: Material hanya mengalir di bagian tengah membentuk saluran seperti corong (rathole), sementara material di bagian pinggir dekat dinding diam atau stagnan (Last-In, First-Out / LIFO).
Pola Ideal untuk Material Mudah Rusak: Mass Flow adalah pola yang ideal karena tidak ada material yang tertinggal atau stagnan di sudut-sudut wadah, sehingga mencegah pembusukan akibat pengendapan terlalu lama.
Lanjutan Alat Penyimpanan dan penanganan padatan
BalasHapus4. Perbandingan Flat-Bottom Silo vs. Hopper-Bottom Silo
Flat-Bottom Silo (Silo Dasar Rata):
Mekanisme Pengosongan: Memerlukan alat mekanis tambahan di bagian dasar (seperti sweep auger, reclaimer, atau sistem sekrup) untuk menyapu dan mendorong material menuju lubang keluar karena gravitasi tidak dapat mengosongkannya secara total.
Biaya Konstruksi: Lebih ekonomis untuk kapasitas yang sangat besar karena fondasinya langsung berada di atas tanah (slab on grade).
Hopper-Bottom Silo (Silo Dasar Kerucut):
Mekanisme Pengosongan: Mengandalkan gaya gravitasi sepenuhnya tanpa bantuan alat mekanis internal karena bagian bawahnya berbentuk kerucut miring.
Biaya Konstruksi: Lebih mahal karena membutuhkan struktur penyangga baja atau beton (skirt/legs) yang tinggi dan kokoh untuk menopang beban berat di atasnya.
5. Analisis Solusi Mekanis untuk Mengatasi Bridging dan Ratholing pada Hopper Semen
Untuk mengatasi masalah bridging (lengkungan kokoh penahan aliran) dan ratholing (saluran berlubang di tengah), dua solusi mekanis yang efektif dipasang pada hopper adalah:
Air Cannons (Pneumatic Blasters):
Cara Kerja: Menembakkan ledakan udara bertekanan tinggi secara mendadak ke dalam dinding hopper melalui nosel khusus yang diarahkan ke titik-titik rawan macet.
Keunggulan: Mampu meruntuhkan gumpalan keras akibat bridging dan merontokkan semen yang menempel di dinding (ratholing) tanpa merusak struktur fisik hopper.
Mechanical Agitator / Hopper Stirrer:
Cara Kerja: Menggunakan poros berbaling-baling atau lengan pengaduk yang digerakkan oleh motor di bagian dalam hopper untuk secara kontinu memecah ikatan kohesif semen dan mendorongnya ke arah lubang pengeluaran.
Keunggulan: Sangat efektif menjaga kestabilan aliran material kontinu, terutama untuk serbuk halus yang mudah kompak seperti semen.
JAWABAN SOAL PERTEMUAN 4
BalasHapusNama : Fani Priyo Kurniawan
NPM : 252110004
Prodi : Teknik Kimia
1. Silo vs Hopper
• Silo: Penyimpanan massal jangka panjang (hari-bulan), kapasitas sangat besar (puluhan-ribuan ton).
• Hopper: Penampung sementara (menit-jam) untuk proses kontinu, kapasitas kecil-sedang (kg-puluhan ton).
2. Desain Hopper & Karakteristik Material
• Ukuran, kelembapan, & sudut reposisi material menentukan kemiringan dinding dan diameter lubang hopper agar tidak macet.
• Dampak diabaikan: Terjadi penyumbatan total (flow failure), material menempel permanen, dan produksi terhenti.
3. Pola Aliran (Mass Flow vs Funnel Flow)
• Mass Flow: Semua material bergerak serempak (First-In, First-Out / FIFO).
• Funnel Flow: Hanya bagian tengah yang mengalir, pinggirnya diam (Last-In, First-Out / LIFO).
• Ideal untuk material mudah busuk: Mass Flow (FIFO), karena mencegah material lama terjebak dan membusuk di dinding.
4. Silo Dasar Datar vs Kerucut
• Dasar Datar: Konstruksi lebih murah, kapasitas maksimal, tapi pengosongan sulit (butuh alat sweep auger).
• Dasar Kerucut: Pengosongan otomatis lewat gravitasi (tanpa alat tambahan), tapi biaya konstruksi mahal karena butuh struktur penyangga gantung.
5. Solusi Mekanis Semen Macet (Bridging & Ratholing)
• Air Cannon (Meriam Udara): Menembakkan udara bertekanan tinggi untuk meruntuhkan semen yang mengeras/melengkung.
• Bin Activator / Vibrator: Menggetarkan dinding hopper untuk menghilangkan gaya gesek sehingga semen runtuh dan mengalir lancar.
JAWABAN SOAL PERTEMUAN 5
BalasHapusNama : Ananda Aprilya
NPM : 252110010
Prodi : Teknik Kimia
SOAL 1
a) Mengapa belt conveyor paling tepat untuk mengangkat urea
- Jarak dan tinggi angkat. Dengan asumsi 150 m adalah panjang belt, pada 12° material naik 150 × sin 12° ≈ 31 m dengan jarak horizontal 150 × cos 12° ≈ 147 m. Belt menangani angkat dan angkut horizontal dalam satu alat. Bucket elevator hanya efisien untuk angkat vertikal dan butuh unit tambahan untuk jarak horizontal. Screw conveyor tidak realistis untuk 150 m karena batas panjang praktis, torsi, dan hanger bearing.
- Kemiringan aman. Batas kemiringan untuk pupuk granular sekitar 12–15°, sehingga 12° masih aman dari pelet menggelinding balik.
- Pelet rapuh. Material diam relatif terhadap belt, sehingga degradasi dan debu urea minimal. Screw dan pneumatic conveying lebih merusak.
- Kapasitas besar, kontinu, daya per ton rendah.
- Urea higroskopis. Belt perlu ditutup (covered) untuk melindungi pelet dari kelembapan dan hujan.
- Perawatan sederhana. Belt dan idler mudah diganti.
b) Pengaruh troughing angle
- Terhadap kapasitas: sudut cekungan idler yang lebih besar (umumnya 20°, 35°, 45°) memperbesar luas penampang material, sehingga kapasitas naik pada lebar belt yang sama.
Terhadap kikis dan tumpahan: trough lebih dalam memusatkan material di tengah, sehingga tumpahan dan gesekan di tepi belt berkurang. Namun sudut yang terlalu besar membuat belt kurang fleksibel. Belt bisa terangkat dari idler samping, tegangan tepi naik, dan belt lebih cepat aus, terutama di zona transisi dekat pulley.
- Terhadap korosi: tumpahan yang berkurang berarti debu urea (higroskopis, menyerap lembap, memicu korosi baja karbon) yang menumpuk di frame dan idler juga berkurang, sehingga risiko korosi turun. Tetap disarankan idler berlapis atau stainless, bearing tertutup rapat, dan belt cleaner.
- Pilihan praktis: 20°–35° memberi kapasitas cukup tanpa ada masalah pada fleksibilitas belt.
c) Kapasitas pengangkutan
Q = A × v × ρ
Q = 0,07 m² × 1,5 m/s × 750 kg/m³ = 78,75 kg/s
Q = 78,75 × 3600 = 283.500 kg/jam
Kapasitas ≈ 283,5 ton/jam
#NOTES: Lebar belt 0,8 m tidak dipakai langsung karena A sudah diberikan. Pengaruh kemiringan sudah terwakili dalam nilai A.
SOAL 2
a) Centrifugal vs Continuous Discharge
>>Centrifugal discharge:
- Bucket berjarak (tidak rapat), kecepatan tinggi (sekitar 1,3–3,5 m/s).
- Material digali dari boot.
- Di puncak, gaya sentrifugal melempar material keluar lewat head chute.
>>Continuous discharge:
- Bucket rapat berurutan, kecepatan jauh lebih rendah (sekitar 0,5–1 m/s).
- Material dimuat langsung dari chute pengumpan, tidak digali.
- Di puncak, material mengalir lepas karena gravitasi dengan punggung bucket sebelumnya sebagai talang.
b) Pemilihan jenis
>> Tepung batu kapur halus: centrifugal discharge.
Alasan: material halus free-flowing mudah digali dari boot dan dilempar bersih tanpa perlu bucket rapat.
Risiko debu, aerasi (fluidized), dan back-legging dikendalikan dengan casing tertutup rapat, dust collector, dan kecepatan di batas bawah rentang centrifugal.
Catatan: untuk serbuk yang sangat teraerasi, sebagian vendor menyarankan continuous atau positive discharge. Untuk soal ini, tepung kapur dianggap free-flowing.
>>Gumpalan batu kapur kasar: continuous discharge.
Alasan: Kecepatan rendah mengurangi benturan, keausan, dan pecahnya gumpalan.
Bucket dimuat langsung dari chute, sehingga tidak perlu menggali gumpalan besar yang berat dan abrasif.
c) Dua parameter kritis untuk mencegah clogging di boot:
1. Kecepatan dan jarak antar bucket (spacing). Keduanya harus sesuai dengan laju umpan agar tiap bucket terisi dan terbongkar tuntas. Jika tidak sesuai, material menumpuk di boot.
2. Laju umpan dan metode pemuatan. Laju umpan tidak boleh melebihi kapasitas elevator. Pada centrifugal, material digali dari boot. Pada continuous, material dimuat langsung lewat chute. Pendukungnya adalah desain boot tanpa sudut mati dan pintu pembersih.
LANJUTAN JAWABAN SOAL PERTEMUAN 5
BalasHapusNama : Ananda Aprilya
NPM : 252110010
Prodi : Teknik Kimia
SOAL 3
a) Screw Conveyor sebagai drier atau reaktor
Waktu tinggal (residence time) diatur lewat kecepatan putar dan pitch, sehingga screw dapat berfungsi sebagai alat proses. Modifikasi desain:
- Jacketed trough dialiri steam, hot oil, atau air pendingin.
- Hollow flight / hollow shaft berisi media pemanas untuk menambah luas perpindahan panas.
- Flight pengaduk (cut flight, cut-and-folded, paddle). Untuk drier, flight ini memperbarui permukaan kontak material dengan dinding panas. Untuk reaktor, ia menjaga kontak reaktan merata.
- Ventilasi casing untuk membuang uap air (drier) atau gas hasil reaksi, dan penyekatan rapat bila butuh atmosfer terkontrol.
- Bahan tahan korosi (stainless atau lining khusus) untuk reaktor.
#Contoh: pengeringan sludge, kalsinasi ringan, reaksi padat-gas.
b) Mengapa trough loading dibatasi 15%–45%
- Pada 100%, material terkompresi dan ikut berputar bersama flight, bukan bergerak maju. Aliran macet dan gesekan melonjak.
- Hanger bearing: pengisian berlebih membuat material menumpuk di sekitar hanger bearing dan menyumbat aliran. Overload juga dapat memutus baut kopling dan merusak hanger bearing.
- Abrasi: gesekan berlebih mempercepat keausan flight, casing, dan bearing, serta menaikkan panas dan degradasi material. Praktik standar: 15% untuk material abrasif atau sluggish, 30% untuk material rata-rata, 45% untuk material ringan dan free-flowing.
- Motor: torsi dan daya melonjak, sehingga motor mudah overload dan trip.
- Ruang cadangan diperlukan untuk menyerap fluktuasi umpan.
c) Laju alir volumetrik
Diketahui: D = 0,3 m, pitch = 0,3 m, N = 60 rpm, loading 30%, efisiensi 85%.
#Asumsi: volume poros diabaikan karena diameter poros tidak diberikan. Rumus umumnya (π/4)(D² − d²) × pitch × N.
Luas penampang flight = (π/4) × 0,3² = 0,0707 m²
Volume per putaran (100% terisi) = 0,0707 × 0,3 = 0,02121 m³
Kapasitas teoretis = 0,02121 × 60 × 60 = 76,34 m³/jam
Q = 76,34 × 0,30 × 0,85 = 19,47 m³/jam
Laju alir volumetrik ≈ 19,5 m³/jam
Efisiensi 85% mewakili kehilangan akibat slip (material tergelincir mundur terhadap flight) dan pengisian tidak sempurna.
SOAL 4
a) Urutan konfigurasi Integrasi Sistem Briket Batubara
Crusher → Belt Conveyor → Bucket Elevator → Screw Conveyor → Hopper pembakaran
- Belt conveyor: mengangkut horizontal 20 m. Keluaran crusher berupa bongkahan dan batubara bersifat abrasif, sehingga belt lebih tahan dibanding screw yang cepat aus dan bisa macet. Kapasitas besar, daya rendah.
- Bucket elevator: mengangkat vertikal 18 m.
- Screw conveyor: mengumpankan material ke hopper pembakaran. Screw cocok untuk metering (laju umpan ke pembakaran diatur lewat rpm). Bentuknya tertutup, sehingga menekan debu dan risiko ledakan debu batubara.
b) Mengapa screw conveyor kurang tepat untuk angkat vertikal 18 m
- Batas ketinggian. Screw vertikal umumnya dipakai untuk tinggi angkat pendek (vendor berbasis CEMA menyebut sekitar 9 m, banyak unit komersial 5–7 m). 18 m jauh di atas rentang itu.
- Sifat material. Batubara abrasif dan rapuh (friable), padahal screw vertikal cocok untuk material non-abrasif hingga sedikit abrasif dan tidak rapuh. Bongkahan juga rawan macet.
- Gesekan dan daya besar. Material bergesekan dengan flight dan casing sepanjang 18 m, sehingga torsi dan daya sangat besar. Pada bucket elevator, daya jauh lebih kecil karena gesekan material terhadap casing minimal.
- Keausan dan degradasi. Flight dan casing cepat aus, ukuran material ikut terdegradasi.
- Masalah mekanis. Poros panjang butuh bearing penyangga di tengah yang sulit dipasang dan rawan macet, serta berisiko defleksi dan getaran.
JAWABAN SOAL PERTEMUAN 5
BalasHapusNama : Fani Priyo Kurniawan
NPM : 252110004
Prodi : Teknik Kimia
1. Belt Conveyor (Pelet Urea)
• a. Faktor Teknis: Paling hemat energi untuk jarak menengah-jauh (150 m), sudut 12° masih di bawah batas aman luncur material (<15°), dan menjaga pelet urea tetap utuh karena dipindahkan secara statis (minim gesekan/degradasi).
• b. Troughing Angle: Makin besar sudut cekungan, kapasitas angkut makin naik. Namun, sudut terlalu curam meningkatkan gesekan partikel yang memicu hancurnya pelet menjadi debu. Debu urea bersifat higroskopis dan mempercepat korosi pada idler/logam conveyor.
• c. Hitungan Kapasitas:
• Q = A × v × ρ × 3600
• Q = 0,07 m² × 1,5 m/s × 750 kg/m³ × 3600 s/jam = 283.500 kg/jam = 283,5 ton/jam
2. Bucket Elevator (Semen/Batu Kapur)
• a. Perbandingan: Centrifugal memakai gaya sentrifugal kecepatan tinggi (1,2-2 m/s) dan bucket renggang. Continuous memakai gaya gravitasi kecepatan rendah (0,5-1 m/s) dan bucket rapat berdempetan.
• b. Kesesuaian Material: Tepung halus cocok dengan Centrifugal Discharge karena free-flowing dan tidak rusak dibentur. Gumpalan kasar wajib memakai Continuous Discharge agar batu tidak terlempar menghantam casing, meminimalkan aus mekanis dan debu.
• c. 2 Parameter Clogging:
1. Take-Up Pulley Tension (jika belt kendur, bucket slip dan mengeruk dasar terlalu dalam).
2. Feed Rate & Inlet Position (laju masuk tidak boleh melebihi daya tampung bucket).
3. Screw Conveyor (Teknik Kimia)
• a. Drier/Reaktor: Dapat memindahkan panas saat mentransfer material secara kontinu. Modifikasinya berupa jacketed casing (jaket pemanas luar) dan hollow/paddle flight (pipa bilah berlubang untuk aliran media pemanas sekaligus pengaduk).
• b. Batasan Trough Loading (15%-45%): Jika diisi 100%, material abrasif akan menggesek seluruh dinding dan memicu macet (jamming). Hal ini menaikkan torsi awal secara ekstrem sehingga motor penggerak rentan terbakar (overload).
• c. Hitungan Laju Alir:
• A_total = π / 4 × 0,3² = 0,0707 m²
• Q_teoretis = 0,0707 × 0,3 × 3600 = 76,356 m³/jam
• Q_nyata = 76,356 × 0,30 × 0,85 = 19,47 m³/jam
4. Studi Kasus Integrasi Sistem
• a. Konfigurasi Efektif: Unit Crusher → Belt Conveyor (horizontal 20 m untuk meredam beban kejut) → Bucket Elevator Tipe Continuous (vertikal 18 m menuju hopper).
• b. Kelemahan Screw Vertikal: Efisiensi volumetrik turun drastis (<30%) akibat kebocoran balik material ke bawah (back-slip), butuh daya motor raksasa untuk melawan gravitasi, dan friksi vertikal batubara yang abrasif merusak bilah screw dengan cepat.
Nama: VICKY AMELIA ZAVIRA AZ ZAHRA
BalasHapusNpm: 252110006
PRODI : TEKNIK KIMIA
1. a. Faktor teknis pemilihan belt conveyor. Belt conveyor cocok digunakan untuk mengangkut pelet urea sejauh 150 meter dengan kemiringan 12° karena dapat mengangkut material secara kontinu, memiliki kapasitas besar, hemat energi, dan relatif mudah dirawat. Selain itu, pengangkutan menggunakan belt dapat mengurangi benturan yang berpotensi merusak pelet.
b. Pengaruh troughing angle. Troughing angle adalah sudut cekungan idler yang membentuk penampang belt. Semakin besar sudut cekungan dalam rentang desain yang sesuai, semakin besar kapasitas material yang dapat ditampung. Sudut yang tepat juga mengurangi risiko material tumpah dan mengalami abrasi. Namun, troughing angle tidak secara langsung mencegah korosi.
c. Menghitung kapasitas belt conveyor
Diketahui:
ρ = 750 kg/m³
v = 1,5 m/s
A = 0,07 m²
Ditanya: Kapasitas (ton/jam)?
Jawab:1. Laju alir volumetrik:
Qv = A × v
Qv = 0,07 × 1,5
Qv = 0,105 m³/s
2. Laju alir massa:
ṁ = ρ × Qv
ṁ = 750 × 0,105
ṁ = 78,75 kg/s
3. Konversi ke ton/jam:
Q = 78,75 × 3.600 / 1.000
Q = 283,5 ton/jam
Jadi, kapasitas belt conveyor adalah 283,5 ton/jam.
2. Bucket Elevator
a. Perbandingan centrifugal discharge dan continuous discharge
Centrifugal discharge menggunakan gaya sentrifugal untuk melepaskan material dari bucket dan umumnya beroperasi pada kecepatan tinggi. Continuous discharge melepaskan material secara lebih terkendali dengan bantuan gravitasi dan umumnya beroperasi pada kecepatan lebih rendah.
b. Pemilihan jenis bucket elevator
Tepung batu kapur halus: Centrifugal discharge dapat digunakan karena material mudah mengalir. Namun, diperlukan pengendalian debu karena kecepatan tinggi dapat menyebabkan partikel beterbangan.
Gumpalan batu kapur kasar: Continuous discharge lebih cocok untuk mengurangi benturan dan risiko pecahnya material. Ukuran bucket harus disesuaikan agar gumpalan tidak menyumbat alat.
c. Dua parameter desain untuk mencegah clogging
1. Kecepatan bucket dan jarak antarbucket: Harus sesuai agar material dapat masuk dengan lancar dan tidak terjepit.
2. Bukaan masuk dan laju umpan:Bukaan harus cukup besar dan laju umpan tidak boleh melebihi kapasitas elevator agar material tidak menumpuk di bagian dasar (boot section).
Nama: VICKY AMELIA ZAVIRA AZ ZAHRA
BalasHapusNpm: 252110006
PRODI : TEKNIK KIMIA
3. Screw Conveyor
a. Screw conveyor sebagai drier dan reactor
Screw conveyor dapat berfungsi sebagai pengering dengan menambahkan casing berpemanas (jacketed casing), screw berongga untuk mengalirkan fluida pemanas, dan saluran pembuangan uap air. Sebagai reaktor, screw conveyor dapat dilengkapi casing tertutup, sistem pemanas atau pendingin, serta pengaturan kecepatan putaran untuk mengendalikan waktu tinggal material selama reaksi.
b. Alasan trough loading dibatasi 15%–45%
Trough loading dibatasi agar material dapat bergerak dengan lancar. Pengisian terlalu penuh meningkatkan gesekan dan abrasi, memperbesar beban motor, serta meningkatkan risiko penyumbatan. Oleh karena itu, ruang kosong diperlukan untuk menjaga kelancaran pengangkutan dan efisiensi operasional.
c. Menghitung laju alir volumetrik screw conveyor
Diketahui:
D = 0,3 m
P = 0,3 m
N = 60 rpm
Trough loading = 30% = 0,30
Efisiensi volumetrik = 85% = 0,85
Ditanya: Q = ... m³/jam?
Jawab:
1. Menghitung luas penampang:
A = π/4 × D²
A = 3,14/4 × (0,3)²
A = 0,07069 m²
2. Menghitung kapasitas teoritis:
Qt = A × P × N × 60
Qt = 0,07069 × 0,3 × 60 × 60
Qt = 76,34 m³/jam
3. Menghitung kapasitas aktual:
Q = Qt × trough loading × efisiensi
Q = 76,34 × 0,30 × 0,85
Q = 19,47 m³/jam
Jadi, laju alir volumetrik screw conveyor adalah 19,47 m³/jam.
4. Integrasi Sistem Conveyor
a. Urutan konfigurasi conveyor
Urutan sistem yang disarankan adalah:
Crusher → Belt Conveyor → Bucket Elevator → Screw Conveyor → Hopper Pembakaran
Penjelasan:
1. Belt conveyor: Mengangkut batubara secara horizontal sejauh 20 meter.
2. Bucket elevator: Mengangkat batubara secara vertikal setinggi 18 meter.
3. Screw conveyor: Mengatur dan menyalurkan umpan batubara menuju hopper pembakaran secara kontinu.
Screw conveyor dapat dihilangkan jika bucket elevator sudah dapat menyalurkan material langsung ke hopper.
b. Alasan screw conveyor kurang tepat untuk pengangkatan vertikal
Screw conveyor konvensional kurang cocok untuk pengangkatan vertikal setinggi 18 meter karena material cenderung jatuh kembali akibat gravitasi. Kondisi tersebut dapat meningkatkan kebutuhan daya motor, risiko penyumbatan, dan keausan alat. Sebaliknya, bucket elevator dirancang khusus untuk pengangkutan vertikal menggunakan bucket yang membawa material ke atas secara kontinu. Oleh karena itu, bucket elevator lebih sesuai untuk kebutuhan tersebut.
AIK Pertemuan 5
BalasHapusNama: Marsa Nur A
NPM: 252110009
1. Belt Conveyor
a. Belt conveyor cocok untuk mengangkut pelet urea sejauh 150 meter dengan kemiringan 12° karena mampu mengangkut material secara kontinu dengan kapasitas besar dan energi relatif efisien. Dibandingkan screw conveyor, belt conveyor lebih sesuai untuk jarak jauh, sedangkan bucket elevator cocok untuk pengangkutan vertikal dan pneumatic conveyor membutuhkan energi untuk mengalirkan material menggunakan udara.
b. Troughing angle adalah sudut cekungan pada idler yang membentuk penampang belt conveyor. Semakin besar sudutnya, semakin besar kapasitas material yang dapat ditampung dan semakin kecil risiko material tumpah. Namun, sudut harus disesuaikan dengan desain belt untuk mencegah keausan berlebihan. Kerusakan pelet lebih dipengaruhi gesekan dan benturan, sedangkan korosi terjadi pada komponen logam akibat kondisi lingkungan.
c. Diketahui:
ρ = 750 kg/m³; A = 0,07 m²; v = 1,5 m/s
Kapasitas pengangkutan:
Q = ρ × A × v
Q = 750 × 0,07 × 1,5 = 78,75 kg/s
Konversi ke ton/jam:
Q = 78,75 × 3.600 / 1.000
Q = 283,5 ton/jam
Jadi, kapasitas teoritis belt conveyor adalah 283,5 ton/jam.
2. Bucket Elevator
a. Centrifugal discharge bucket elevator menggunakan kecepatan tinggi dan gaya sentrifugal untuk mengeluarkan material, sehingga cocok untuk material kering, kecil, dan mudah mengalir. Continuous discharge bucket elevator menggunakan kecepatan lebih rendah dan gravitasi sehingga mengurangi benturan dan cocok untuk material yang mudah pecah.
b. Tepung batu kapur cocok menggunakan centrifugal discharge bucket elevator karena partikelnya kecil, kering, dan mudah mengalir. Sementara itu, gumpalan batu kapur kasar lebih cocok menggunakan continuous discharge bucket elevator karena pembongkarannya mengurangi benturan dan risiko pecahnya material.
c. Dua parameter desain kritis untuk mencegah penumpukan material adalah:
- Laju umpan: harus sesuai dengan kapasitas alat agar material tidak masuk secara berlebihan dan menumpuk di bagian dasar.
- Geometri boot section dan jarak bebas bucket: harus dirancang sesuai spesifikasi agar material tidak tertahan dan bucket tidak bergesekan dengan dinding alat.
AIK Pertemuan 5
BalasHapusNama: Marsa Nur A
NPM: 252110009
3. Screw Conveyor
a. Screw conveyor dapat digunakan sebagai pengering dengan menambahkan casing berjaket atau flight berongga yang dialiri fluida pemanas. Putaran screw membantu memindahkan dan mencampur material agar pengeringan lebih merata. Sebagai reaktor, alat dapat dilengkapi sistem pemanas atau pendingin, pengatur kecepatan putaran, serta saluran masuk dan keluar untuk mengendalikan waktu tinggal dan kondisi proses.
b. Trough loading screw conveyor umumnya dibatasi sekitar 15–45% agar material tetap memiliki ruang untuk bergerak. Pengisian berlebihan dapat meningkatkan gesekan, pemadatan material, kebutuhan daya motor, dan keausan komponen. Pada material abrasif, kondisi ini juga dapat mempercepat kerusakan flight dan casing sehingga tingkat pengisian harus disesuaikan dengan karakteristik material dan kapasitas alat.
c. Diketahui:
D = 0,3 m; P = 0,3 m; N = 60 rpm; Trough loading = 0,30; Efisiensi volumetrik = 0,85
Kapasitas teoritis:
Q = (π/4) × D² × P × N × 60
Q = (3,14/4) × (0,3)² × 0,3 × 60 × 60
Q = 76,34 m³/jam
Kapasitas aktual:
Q = 76,34 × 0,30 × 0,85
Q = 19,47 m³/jam
Jadi, kapasitas aktual screw conveyor adalah 19,47 m³/jam, dengan asumsi diameter poros tengah diabaikan.
4. Studi Kasus Integrasi Sistem
a. Urutan alat yang digunakan adalah crusher → belt conveyor → screw conveyor → bucket elevator → hopper pembakaran. Belt conveyor mengangkut batubara secara horizontal sejauh 20 meter, sedangkan screw conveyor mengatur aliran material menuju bucket elevator. Selanjutnya, bucket elevator mengangkut batubara secara vertikal setinggi 18 meter menuju hopper pembakaran. Penggunaan setiap alat harus disesuaikan dengan ukuran material dan kapasitasnya agar tidak terjadi penyumbatan atau kelebihan beban.
b. Screw conveyor konvensional kurang cocok untuk pengangkutan vertikal setinggi 18 meter karena material dapat jatuh kembali akibat gravitasi dan gesekan dapat meningkatkan kebutuhan daya serta keausan. Pengangkutan vertikal juga memerlukan desain khusus agar material dapat bergerak dengan lancar. Bucket elevator lebih tepat karena menggunakan bucket untuk membawa material dari bawah ke atas secara kontinu. Oleh karena itu, bucket elevator lebih sesuai untuk mengangkut batubara menuju hopper pembakaran.