Fisika dasar 1, kinematika

Silahkan diunduh dan pelajari materi kinematika dalam fisika. Selanjutnya silahkan resume dan kirimkan hasil resumenya seperti biasa.


Kinematika dalam fisika dasar

Selamat belajar.

Kompresor pada industri kimia

Dasar Termodinamika Kompresi

Fluida dibedakan menjadi dua yaitu fluida tak mampu mampat dan fluida mampu mampat. Contoh fluida yang tak mampu mampat adalah zat cair, sedangkan yang mampu mampat adalah gas. Udara adalah gas sebagai fluida kerja pada kompresor yang akan dikompresi, sehingga diperoleh udara mampat yang mempunyai energi potensial. Dengan kata lain udara adalah fluida yang dapat dimampatkan atau fluida mampu mampat. Perubahan tekanan dan temperatur pada udara mengakibatkan perubahan massa jenis udara. Proses pemampatan akan menaikkan tekanan dan temperatur, berbarengan dengan itu, terjadi perubahan volume sehingga kerapatan pun berubah.

Penggunaan pada sektor industri, penggunaan untuk mengkompresi gas pada peralatan pneumatik, sistem pengereman kendaraan, servo-mechanisms, metalurgi dan proses industri kimia serta pentransportasian gas natural.



Cara kerja kompresor torak

Pemasukan udara diatur oleh katup masuk dan dihisap oleh torak yang gerakannya menjauhi katup. Pada saat terjadi pengisapan, tekanan udara di dalam silinder mengecil, sehingga udara luar akan masuk ke dalam silinder secara alami. Pada saat gerak kompressi torak bergerak ke titik mati bawah ke titik mati atas, sehingga udara di atas torak bertekanan tinggi, selanjutnya di masukkan ke dalam tabung penyimpan udara. Tabung penyimpanan dilengkapi dengan katup satu arah, sehingga udara yang ada dalam tangki tidak akan kembali ke silinder. Proses tersebut berlangsung terus-menerus hingga diperoleh tekanan udara yang diperlukan. Gerakan mengisap dan mengkompressi ke tabung penampung ini berlangsung secara terus menerus, pada umumnya bila tekanan dalam tabung telah melebihi kapasitas, maka katup pengaman akan terbuka, atau mesin penggerak akan mati secara otomatis.


Latihan soal

Konduksi, konveksi dan radiasi

Selesaikan untuk problem berikut ini :
1. Jika diketahui Qkonduksi sebesar 4,07 Btu/h dan kondisi lainnya seperti terlihat pada gambar berikut :

2. Berapakah Wcycle serta efisiensi cyclenya untuk sistem berikut :

3. Berapakah Qin dan Wcycle untuk sistem berikut :

Date line tanggal 15 Juli 2013

Expansion works

Date line : 15 Juli 2013

Gerak Satu Dimensi

Selesaikan dan jelaskan contoh soal berikut ini :

 

Selamat belajar!

Date line 15 Juli 2013, pukul 08:00

Statistik sementara :

Mobil dan polisi (kautsar gatra)

Landasan pesawat (kautsar gatra)

Thermodinamika

Dari buku Moran, Michael J., Saphiro, Howard N., 1995., Fundamentals of engineering thermodynamics., Wiley., USA
Selesaikan latihan soal berikut ini

Penyelesaian

Untuk yang posting terlambat, lebih dari jam 09:00 WIB tanggal 11 Juli 2013, nilai anda 0 (nol). Sementara posting yang saya terima hanya dari ramdhan, faisal,  nugraha dan hermawan.
Demikian dan terima kasih.

Alat Industri Kimia, Pompa

Pompa digunakan pada industri kimia untuk memindahkan fluida cair dari suatu sistem ke sistem lainnya.
Pada bagian singkat ini akan diulas sedikit tentang pompa, pompa sentrifugal. Jenis pompa ini paling banyak digunakan pada industri kimia. Objektif yang akan dicapai pada ulasan ini diantaranya, konsep dasar yang terdapat pada pompa (pressure, friction and flow).

Tugas sistem pompa sentrifugal, menyediakan tekanan yang sesuai untuk menggerakan fluida cair pada suatu sistem dengan flow rate yang dibutuhkan.

Pressure, friction and flow.
Pressure ; gaya penggerak yang berperan sebagai pemindah fluida (psi, kPa)
Friction ; gaya perlambatan fluida terhadap bidang kontak bidang yang dilaluinya.
Flow rate ; Jumlah volume fluida yang dipindahkan perunit waktu (gpm, L/s, m3/h)

Friction.

Saat pada bidang datar, gesekan terjadi diantara objek dan permukaan. Begitu halnya ketika roda dipasangkan pada objek tersebut, disana akan tetap terjadi gesekan. Pada kasus fluida seperti air, gesekan tetap terjadi walaupun kecil dan akan menjadi besar nilainya ketika fluida tersebut bergerak pada pipa yang panjang. Contoh lainnya pada jarum suntik, gesekan akan bernilai besar ketika terjadi pada diameter yang kecil dengan flow rate yang besar.
Pada fluida, gesekan terjadi pada layer fluida yang bergerak pada kecepatan yang berbeda pada pipa. Hal ini sesuai dengan prinsip alamiah, kecepatan fluida akan lebih tinggi nilainya pada center dari pipe dibanding kecepatan pada didinding pipa.

Hal lainnya, gesekan terjadi antara fluida dengan dinding pipa, bergantung pada nilai kekasaran permukaan dinding pipa.
Gesekan bergantung pada ; kecepatan rata-rata fluida terhadap pipa, viskositas dan nilai kekasaran permukaan dinding pipa.
Penambahan pada salah satu faktor penyebab gesekan akan meningkatkan nilai gesek.

Energy dan head pada pump systems
energi menggambarkan perpindahan fluida pada sistem pemompaan. Energi pada sistem pompa berbentuk ; pressure, elevasi, gesekan dan kecepatan.

Gambar diatas akan mengispirasi untuk pemahaman pressure, elevasi, gesekan dan kecepatan.
Pada gambar di atas tanki terisi penuh oleh air, pipa terisi penuh fluida air dan simbol pesepeda berada pada puncak bukit. Hal ini dinamakan kondisi statis (diam).
Tanki menghasilkan tekanan pada dasar tanki dan begitu juga yang terjadi pada ujung pipa. Pesepeda saat berada pada posisi diam, memiliki energi elevasi yang siap digunakan saat pesepeda tersebut siap untuk bergerak.
Untuk kondisi dinamik, saat valve dibuka pada dasar tanki, fluida bergerak keluar dengan kecepatan tertentu, pada kondisi ini energi pressure berubah menjadi energi kecepatan. Hal yang sama juga terjadi pada pipa. Pada contoh kasus pesepeda, energi elevasi secara langsung dikonversi menjadi energi kecepatan.

Now what about head?
Head merupakan kebutuhan dalam penggunaan energi. Untuk menggunakan energi, hal yang utama mengetahui beban yang harus dipindahkan.

Contoh soal menghitung salah satu head, headloss major.
Hitunglah sistem berikut  :

1. Berapa kecepatan keluar pada  sistem tersebut dengan debit keluaran 1,20 ft3/s.
2. Hitung headloss major jika koefisien gesekan pada pipa 0,024

Penyelesaian,
Diketahui Q = 1.20 ft3/s, diameter pipa 3 inch = 0.25 feet, ditanyakan kecepatan keluarRumus dasar luas penampang pipa




Maka luas penampang pipa (A) = (3.14*(0.25²)/4
Luas penampang pipa = 0.049 feet²
Maka, kecepatan keluar pada sistem dapat kita hitung sebagai berikut :
v = Q/A;
kecepatan alirnya (v) = (1.20 ft3/s)/0.049 feet²
kecepatan alirnya (v) = 24.459 ft/s

Untuk menghitung headloss major :

Diketahui koefisien gesek (f) = 0.024, L terpanjang diambil 25 ft = 7.62 m, kecepatan alir 0.245 ft/s, gaya gravitasi 10 m/s²Maka untuk headloss major dihitung sebagai berikut :
hL = ((0.024)* (7.62 m)*(24.459 m/s)²)/(0.25 m)(2*10 m/s²)
hL = 110.213 m3/s² / 5 m²/s²
hL = 22.04 m


Untuk pemilihan pompa pada industri kimia perlu diperhatikan hal-hal sebagai berikut,
NPSHa > NPSHr

Alat Industri Kimia

Alat industri kimia, sebuah engine yang mendukung proses produksi pada industri kimia.
Pada tulisan ini, tujuan utama yang ingin disampaikan diantaranya sedikit informasi untuk para pencari ilmu dalam mempelajari sesuatu sistem industri kimia sederhana.
Alat-alat tersebut diaantaranya :

1. Piping facilities
2. Pump system
3. Compressor
4. Evaporator
5. Destilator
6. Motor bakar
7. Mixer

 Untuk lebih jelasnya akan sedikit dikupas berikut ini :

1. Piping Facilities

Dalam proses industry, fluida biasanya dialirkan dalam kanal/saluran tertutup dengan bentuk penampang  segi empat maupun persegi dan lebih sering dalam bentuk lingkaran yang dikenal sebagai pipa.

Standar ukuran pipa baja berada pada range diameter : 1/8 – 30 in. Untuk pipa berukuran besar dengan diameter diatas 12 in nilai diameter menyatakan diameter luar pipa. Sedangkan untuk diameter berukuran 3 – 12 in nilai nominal diameter mengacu pada diameter dalam pipa. Dimensi standar pipa  diperlihatkan pada Tabel 1.1 berikut :

(Tabel 1.1 Dimensi standar pipa berdasarkan ANSI B36.10-1959 (Warren L Mc.Cabe - Apendix-5))
  
Istilah-istilah :

• Ukuran standar pipa baja dikenal sebagai IPS (Iron Pipe Size) atau NPS (Normal Pipe Size)

• Outside diameter; diameter pipa luar

• Pipe schedule; Istilah schedule (SCH) ini ditemukan untuk menentukan ketebalan pipa nominal serta menunjukkan keseragaman/ standardiasi dimensi tebal pipa ketika akan membelinya.

Pressure drop pada pipa :

Bila suatu fluida mengalir dari satu titik ke titik lainnya maka aliran fluida tersebut akan menimbulkan energi mekanik yang dapat diekspresikan dengan persamaan Bernoulli [Daniel Bernoulli, 1738] sebagai berikut :

Pada aliran fluida yang mempunyai kekentalan (viscous) maka efek dari gesekan akan menimbulkan adanya perubahan energi dalam (internal energy) pada fluida tersebut, sehingga akan menimbulkan adanya perubahan energi mekanik dari fluida tersebut. Perubahan energi mekanik ini dapat diekspresikan dengan persamaan sebagai berikut :

dimana hLT merupakan headloss total yang terjadi pada saluran aliran fluida. Headloss total ini didapat dari penjumlahan headloss karena gesekan (mayor losses) dan headloss karena adanya belokan, katup, pembesaran penampang dan lain sebagainya (minor losses).

Headloss major

Dari analisa dimensi, headloss major merupakan fungsi dari bilangan Reynold, perbandingan panjang dan diameter dalam (L/d) dan perbandingan tingkat kekasaran pipa terhadap diameter (ε/d). Kemudian bilangan Reynold dan kekasaran pipa didefinisikan sebagai faktor gesekan (f) yang besarnya ditentukan dari eksperimen L.F Moody yang dipublikasikan dalam bentuk grafik. Sehingga besarnya headloss major dapat dirumuskan sebagi berikut :

Headloss minor

Aliran fluida dalam suatu saluran mungkin melewati beberapa sambungan, percabangan, saluran masuk, belokan dan kelengkapan sistem saluran lainnya. Pada saat melewati keadaan seperti diatas maka aliran tersebut akan mengalami kerugian – kerugian (losses). Secara umum besarnya headloss minor dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut :

dimana harga koefisien kerugian (k) dapat ditentukan dari table / grafik sesuai dengan jenis kelengkapan sistem saluran yang dilewati oleh aliran fluida.

Kemudian jika rumus headloss mayor dan headloss minor dimasukan kedalam persamaan bernoulli, maka akan menjadi sebagai berikut:

Contoh soal sederhana :
Tabung setinggi 30 cm diisi penuh dengan fluida. Tentukanlah tekanan hidrostatis pada dasar tabung, jika g = 10 m/s² dan tabung berisi:
a. air,
b. raksa, dan
c. gliserin.

Penyelesaian soal :
Diketahui h = 30 cm = 0.3 m , g=10 m/s² , maka :
a. Untuk tekanan hidrostatik fluida air dapat diselesaikan dengan ;
Phidrostatik air = massa jenis air * gravitasi * ketinggian fluida air
Phidrostatik air = 1000 (kg/m3) * 10 (m/s²) * 0.3 m
Phidrostatik air = 3000 kg/m.s² = 3000 Pa

b. Untuk tekanan hidrostatik fluida raksa dapat diselesaikan dengan ;
Phidrostatik raksa = massa jenis raksa * gravitasi * ketinggian fluida raksa
Phidrostatik raksa = 13600 (kg/m3) * 10 (m/s²) * 0.3 m
Phidrostatik raksa = 40800 kg/m.s² = 40800 Pa

c. Untuk tekanan hidrostatik fluida gliserin dapat diselesaikan dengan ;
Phidrostatik gliserin = massa jenis gliserin * gravitasi * ketinggian fluida gliserin
Phidrostatik gliserin = 1260 (kg/m3) * 10 (m/s²) * 0.3 m
Phidrostatik gliserin = 3780 kg/m.s² = 3780 Pa

Soal berikutnya :

Jika diketahui tekanan udara luar 1 atm dan g = 10 m/s², tentukanlah tekanan total di bawah permukaan danau pada kedalaman:
a. 10 cm,
b. 20 cm, dan
c. 30 cm.

Penyelesaian :
Diketahui tekanan atmosferik 1 atm =  101325 Pa , g = 10 m/s², maka :
a. Untuk tekanan total pada kedalaman 0.1 m sebagai berikut :
Tekanan total dibawah permukaan danau = Tekanan atmosferik + Tekanan hidrostatik
Tekanan total dibawah permukaan danau =101325 kg/ms² + (1000 kg/m3*10 m/s²*0.1 m)
Tekanan total dibawah permukaan danau = 102325 kg/m.s² = 102325 Pa
b. Untuk tekanan total pada kedalaman 0.2 m sebagai berikut :
Tekanan total dibawah permukaan danau = Tekanan atmosferik + Tekanan hidrostatik
Tekanan total dibawah permukaan danau =101325 kg/ms² + (1000 kg/m3*10 m/s²*0.2 m)
Tekanan total dibawah permukaan danau = 103325 kg/m.s² = 102325 Pa
c. Untuk tekanan total pada kedalaman 0.3 m sebagai berikut :
Tekanan total dibawah permukaan danau = Tekanan atmosferik + Tekanan hidrostatik
Tekanan total dibawah permukaan danau =101325 kg/ms² + (1000 kg/m3*10 m/s²*0.3 m)
Tekanan total dibawah permukaan danau = 104325 kg/m.s² = 104325 Pa

Bagi yang ingin berlatih untuk soal selanjutnya silahkan, berikut salah satu diantaranya :

 
 Selamat belajar :)