BAB II LANDASAN TEORI

7

BAB II LANDASAN TEORI

2.1

Pengertian Sistem Pendingin. Sistem pendinginan adalah suatu rangkaian untuk mengatasi terjadinya overheating pada mesin injection molding atau yang disebut panas yang berlebih agar mesin dapat bekerja secara stabil. Air pendingin adalah air yang berasal dari mesin pendingin air atau water chiller yang membentuk suatu sistem yang terintegrasi dari proses operasi pada industri untuk dapat berproduksi secara terusmenerus sistem pendingin air memerluakan perawatan dan pengolahan yang tepat kebanyakan proses produksi pada industri memerlukan air pendingin untuk efisiensi dan operasi yang baik air pendingin juga berfungsi mengontrol suhu dan tekanan dengan cara memindahkan panas dari fluida proses ke air pendingin yeng kemudian membawa panasnya. Total nilai dari proses produksi akan menjadi berarti jika sistem pendingin ini dapat menjaga suhu dan tekanan proses dengan baik memonitor dan mengatur korosi, deposisi pertumbuhan mikroba dan sistem operasi sangat penting untuk mencapai total cost of Operation ( TCO ) yang optimal. [2] Chiller atau mesin refrigerasi adalah peralatan yang biasanya menghasilkan media pendingin utama untuk mesin injection molding dan mesin-mesin

Laporan Tugas Akhir Progam Studi Teknik Mesin

http://digilib.mercubuana.ac.id/

8

manufaktur lainya dengan mengkonsumsi energi secara langsung berupa energi listrik termal atau mekanis untuk menghasilkan air dingin (chilled water) dan membuang kalor ke udara (atmosfir) melalui menara pendingin (cooling tower) atau kondensor. Komponen utama dari chiller adalah Kompresor dan jenis-jenis kompresor yang umumnya digunakan adalah : 1. Kompresor piston (reciproacating compresor). 2. Kompresor kisar (rotary compresor). 3. Kompresor ulir (screw compressor). 4. Kompresor sentrifugal (centrifugal compressor). Beberapa jenis chiller dari sistem pendinginan adalah : 1. Air cooled chiller. 2. Water cooled chiller. Perbedaan antara air chiller dan water cooled chiller sebagai berikut : 1. Air cooled chiller : Efisiensi rendah,waktu pemasangan cepat, biaya perawatan rendah. 2. Water cooled chiller : Efisiensi tinggi,waktu pemasangan lebih lama dan biaya perawatan tinggi. Air pendingin mempunyai pengaruh yang cukup besar terhadap efisiensi total mesin injection molding serta umur mesin apabila temperatur air pendingin masuk mesin terlau tinggi maka efisiensi mekanis mesin akan menurun dan dikawatirkan terjadi panas berlebih sedangkan bila temperatur air terlau rendah. Selain itu juga pada umumnya air yang di gunakan sebagai media pendingin sebagai berikut :



9

1. Jernih, maksudnya air harus bersih, tidak terdapat partikel-parlikel kasar yaitu batu, krikil atau partikel-partikel halus seperti pasir, tanah dan lumut yang dapat menyebabkan air kotor. 2. Tidak menyebabkan korosi. 3. Tidak menyebabkan fouling, fouling disebabkan oleh kotoran yang terikut saat air masuk unit pengolahan air seperti pasir, mikroba dan zat-zat organik. 2.2

Sistem Pendingin Air Cooled Chiller Air Cooled Chiller merupakan sistem pendingin yang berfungsi mendinginkan air pada sisi evaporatornya dengan media freon sebagai pendingin pada heat exchanger yang berguna mendinginkan air yang selanjutnya akan di pompa ke mesin sehingga terjadi sirkulasi dari chiller dipompakan ke mesin selanjutnya langsung dikembalikan lagi ke tangki air panas dari tangki air panas dialirkan kembali ke mesin media pendingin evaporator pada sister air cooled chiler adalah dengan memanfaatkan udara sekitar. Air cooled chiller sistem digunakan bilamana kebutuhan air pendingin sangat banyak, ketersediaan sumber air banyak dan murah serta memiliki fasilitas untuk menangani buangan air panas dari air pendinginyang sudah digunakan. Once through system dimana air pendingin akan melewati evaporator hanya sekali. Mineral-mineral dalam air akan relatif tetap jumlahnya tidak berubah. Polusi suhu yang disebabkan discharge dari sistem ini menjadi perhatian lingkungan.



10

Gambar 2.1 Mesin Pendingin Air (air cooled sistem). (Sumber : kawatapacific. Manual book. 2012) Keuntungan menggunakan Once through systems : 

Tidak diperlukan cooling tower.



Tidak diperlukan pengolan / treatment pendahuluan.

Kerugian menggunakan once through systems :

2.3



Korosi.



Fouling.



Sampah dan kotoran.



Polusi / pencemaran temperatur di badan air.

Sistem Pendingin water cooled chiller Adalah mesin refrigerasi yang berfungsi untuk mendinginkan yang akan di pompakan ke mesin injection molding dengan alur air dari bak masuk ke evaporator sebagai media pendingin dengan tingkat kedinginan air sesuai yang diharapkan selanjutnya air di pompakan ke mesin dan di sirkulasikan ke cooling tower atau menara pendingin sebagai media untuk mendiginkan evaporator agar tetap bekerja secara terus menerus. Dari 1 unit water chiller adalah 2 kompresor atau lebih dengan katup ekspansi pada evaporator berada dalam unit utama



11

termasuk kondensornya, evaporator mendinginkan air dan air dingin sirikulasikan. Air tawar yang akan digunkan berasal dari sungai atau danau dipompakan sebagai make-up cooling tower setelah sebelumnya dilakukan treatment (sedimentasi dan koagulasi) terlebih dahulu. Air tersebut digunakan untuk mendinginkan prosesproses didalam pabrik, air pendingin yang telah panas kemudian didinginkan di cooling tower untuk kemudian disirkulasikan kembali ke dalam pabrik untuk menjaga kualitas air misalnya agar tidak terdapat algae/bacteria dan pengendapan (scaling), maka perlu diinjeksikan beberapa jenis chemicals tertentu. Kualitas air juga dijaga melalui mekanisme make-up dan blow-down Sistem ini banyak digunakan oleh pabrik yang berada dekat dengan sumber air tawar atau jauh dari laut. Spesifikasi material untuk peralatan yang menggunakan air tawar tidak perlu sebagus peralatan yang menggunakan air laut, karena air tawar lebih tidak korosif dibandingkan dengan air laut. Water cooled system banyak digunakan dalam industri sistem ini terdiri dari pompa dan cooling tower. Pompa akan meresirkulasikan air melalui evaporator mengambil panasnya lalu membuangnya di cooling tower dimana panas tersebut akan dibuang dari air dengan cara evaporasi. Dalam sistem ini chemical akan lebih banyak digunakan karena komposisi air akan berubah saat evaporasi berlangsung dimana konstituen korosi dan scaling akan lebih pekat.[3] Air pendingin menguap sekitar 1% water. Kehilangan air akibat penguapan ini harus dikompensasi oleh make up air pendingin. Keungtungan menggunakan water cooled systems : 

Jumlah kebutuhan air sedikit (make up);



Memungkinkan untuk mengontrol korosi



12

Kerugian menggunakan water cooled systems : 

Investasi (capital cost) lebih tinggi daripada once through.



Memerlukan cooling tower yang cukup besar.



System purge dan blowdown kemungkinan dapat mengakibatkan pencemaran lingkungan.

2.4.

Komponen Sistem Air Pendingin Utama Water Chiller. Sistem air pendingin utama meliputi kondensor, pompa air pendingin utama, evaporator, cooling tower, kompresor dan sistem pemipaan yang digunakan komponen-komponen tersebut yang terdapat di mesin pendingin dan mempunyai fungsi dan cara kerja masing-masing, Berikut adalah penjelasan komponenkomponen mesin pendingin.

2.4.1

Kondensor. Fungsi Kondensor adalah untuk mendinginkan (mengkondensasikan) uap bekas dari turbin dengan cara menyemprotkan air pendingin utama melalui noozle-noozle langsung bersingggungan dengan uap bekas sehingga terjadi perubahan phase dari uap menjadi air. Parameter yang dipantau adalah tekanan condensor, level condensor, hot well temperatur dan ekhaust turbin. Pada kondensor terdapat vacuum breaker yang berfungsi untuk mengisolasi tekanan udara luar dengan tekanan dalam ruangan kondensor sehingga kevakuman kondensor dapat dipertahankan, alat ini akan terus dibuka selama kondensor belum vakum, dan akan ditutup ketika kondensor vakum. Vacuum breaker digunakan untuk membuat kevakuman kondensor sebelum dilakukan rolling turbin.



13

Gambar 2.2 Kondensor water chiller.

2.4.2 Maincooling water Pump. Main cooling water pump (MCWP) adalah pompa pendingin utama yang berfungsi untuk memompakan air kondensat dari kondensor ke hot water basin cooling tower untuk kemudian didinginkan. Parameter yang dipantau adalah tekanan masuk/keluar pompa, arus dan tegangan motor, temperatur bearing, vibrasi motor dan flow air condensat.

Gambar 2.3 Instalasi Pompa water chiller.



14

2.4.3 Cooling Tower Menara pendingin (Cooling tower) merupakan alat yang digunakan untuk mengembalikan panas ke atmosfer dengan cara mengekstraksi panas dari air dan mengemisikannya ke atmosfir. Menara pendingin menggunakan penguapan dimana sebagian air diuapkan ke aliran udara yang bergerak dan kemudian dibuang ke atmosfir. Fakta bahwa air membutuhkan biaya yang rendah, mudah didapatkan dan merupakan media yang efektif yang digunakan sebagai penukar panas. Air yang dipompakan dari kondensor didistribusikan kedalam bak (Hot Water Basin) yang terdapat di bagian atas cooling tower. Bak tesebut juga dilengkapi dengan noozle yang berfungsi utuk memancarkan air sehingga menjadi butiran butiran kecil dan didinginkan dengan cara kontak langsung dengan udara pendingin. Setelah terjadi proses pendinginan air menuju bak penampung (Cool Water Basin) dan seterusnya dialirkan ke kondensor yang sebelumnya melewati 4 buah screen untuk menyaring kotoran-kotoran yang terdapat dalam air.

Gambar 2.4 Cooling tower. (Sumber : kawatapacific. Manual book. 2012)



15

2.4.4 Evaporator. Evaporator merupakan suatu alat yang memiliki fungsi untuk mengubah keseluruhan sebuah pelarut dari sebuah larutan bentuk cair menjadi uap. Evaporator mempunyai dua prinsip dasar yaitu menukar panas dalam pengaplikasian untuk mesin pendingin atau chiller evaporator berfungsi untuk mendinginkan air yang masuk melalui pipa-pipa kecil dan didinginkan dengan freon atau yang disebut proses evaporasi.

Gambar 2.7 Evaporator water chiller.

Gambar 2.8 Pipa-pipa evaporator water chiller. Laporan Tugas Akhir Progam Studi Teknik Mesin


16

2.5.

Masalah dalam Air Pendingin . Permasalahan pada air pendingin apabila tidak dikontrol dengan baik akan menimbulkan efek negatif pada keseluruhan proses atau operasi. Contohnya meningkatkan biaya perawatan, perbaikan peralatan, frekuensi shutdown lebih sering (untuk cleaning), mengurangi efisiensi transfer panas, menimbulkan pemborosan bahan bakar untuk

power plant, dan lain-lain. Beberapa

permasalahan umum pada air pendingin, adalah sebagai berikut: 2.5.1. Korosi. Korosi adalah proses elektrokimia dimana logam kembali ke bentuk alaminya sebagai oksida. Beberapa tipe korosi yang sering terjadi antara lain general attack, pitting, dan galvanic attack. Kerugian yang ditimbulkan oleh korosi pada sistem air pendingin adalah penyumbatan dan kerusakan pada sistem pemipaan. Kontaminasi produk yang diinginkan karena adanya kebocorankebocoran, dan menurunnya efisiensi perpindahan panas. General attack terjadi apabila korosi yang muncul terdistribusi merata dan sama di semua permukaan logam. Sedangkan

pitting terjadi ketika hanya

sebagian kecil dari logam yang mengalami korosi. Walaupun begitu pitting sangat berbahaya karena hanya terpusat di sebagian area saja. Galvanic attack terjadi ketika dua logam yang berbeda berkontak. Logam yang lebih aktif akan terkorosi secara cepat. Faktor utama yang mempangaruhi terjadinya korosi adalah kondisi air pendingin itu sendiri. Beberapa kondisi tersebut antara lain : 

Oksigen atau dissolved gas yang lain.



Dissolved dan suspended solid.



17

2.5.2.



Alkalinitas (pH).



Suhu.



Aktifitas mikroba.

Scale. Scale adalah lapisan padat dari material inorgani yang terbentuk karena pengendapan. Beberapa scale yang sering terjadi berupa calcium carbonat, calcium phosphate, magnesium silicate, dan silica.

2.5.3. Fouling. Fouling adalah akumulasi dari material solid yang berbeda dari scale. Fouling dapat dikendalikan secara mekanikal atau dengan menggunakan pengolahan kimia. Pengendalian fouling pada cooling system melibatkan 3 hal : 1) Prevention – Pendekatan terbaik adalah mencegah foulant memasuki cooling system. Pendekatan ini juga termasuk perlakuan mekanik ataupun chemical untuk clarify make up water. 2) Reduction – Menghilangkan atau mengurangi jumlah foulant yang tidak dapat dicegah memasuki sistem. Pendekatan ini melibatkan sidestream filtering atau dapat juga melakukan pembersihan basin tower secara perodik. 3) Ongoing Control – Menambahkan chemical dispersants atau back flushing exchangers. 2.5.4. Biological Contamination. Biological contamination adalah pertumbuhan tidak terkontrol dari mikroba yang dapat menimbulkan pembentukan deposit, fouling, corrosion, dan scale. Menara pendingin (cooling tower) merupakan bagian dari sistem air



18

pendingin yang memberikan lingkungan yang baik untuk pertumbuhan dan perkembangan mikroorganisme. Algae dapat berkembang dengan baik pada bagian yang cukup mendapat sinar matahari, sedangkan "lendir" (slime) dapat berkembang pada hampir di seluruh bagian dari sistem air pendingin ini. Mikroorganisme yang tumbuh dan berkembang tersebut merupakan deposit (foul) yang dapat mengakibatkan korosi lokal, penyumbatan dan penurunan efisiensi perpindahan panas. Penggunaan air yang memenuhi persyaratan dapat mencegah timbulnya masalah-masalah dalam sistem air pendingin. Persyaratan bagi air yang dipergunakan sebagai air pendingin tidak seketat persyaratan untuk umpan ketel. Slime mikrobial, seperti fouling pada umumnya, mengurangi efisiensi transfer panas. Terlebih lagi, slime mikrobial lebih bersifat insulator dari deposit pada umumnya. Slime dapat menjerat deposit lain, membuat permasalahan menjadi lebih buruk. Mikroba dapat masuk melalui makeup water, atau bisa juga melalui udara yang masuk ke cooling tower. Faktor yang mendukung pertumbuhan mikroba antara lain : 1) Nutrien, hidrokarbon atau substansi organik lainnya sebagai makanan dari mikroba. 2) Atmosfir, pertumbuhan organisme bergantung pada ketersediaan oksigen atau karbondioksida. 3) Temperatur, organisme dapat membentuk slime dapat membentuk slime pada suhu 4,4 – 65,6 C.[2]



19

2.6

Sistem Pendingin Air di Sebuah Perusahaan Produsen Plastik. Sistem pendingin atau cooling yang ada di sebuah perusahaan produsen plastik adalah dengan sistem air cooled water chiller yaitu mengubah air panas menjadi dingin dengan kapasitas mesin pendingin yang sesuai dengan kebutuhan mesin, Mesin injection molding merupakan mesin pencetak plastik dengan metode menginjeksikan atau menekan plastik cair ke cetakan atau yang sering di sebut dengan molding bagian – bagian mesin injection sendiri ada beberapa bagian diantaranya bagian injection unit atau bagian dimana pompa oli mesin memberikan tekanan pada motor danfos untuk memutar as screw mesin, bagian ini merupakan bagian dimana material plastik di lebur hingga mencair, selanjutnya adalah bagian clamping unit yaitu bagian dimana molding dipasang sesuai dudukan di mesin, untuk mendapatkan produk maka core dan cavity harus di pertemukan dan kemudian di lakukan clamping atau tekan kemudian diisi plastik cair dengan tekanan yang dihasilkan oleh as screw, bagian selanjutnya adalah bagian control valve dimana bagian tersebut adalah bagian untuk mengatur semua gerakan hidrolik mesin dengan adanya control valve gerakan hidrolik menjadi berurutan sesuai dengan progam yang diperintahkan. Mesin injection merupakan mesin yang digerakan dengan hidrolik namun pada perkembangan jaman dan teknologi yang sudah maju mesin injection bnyak dirubah dengan motor servo, dengan motor servo tentu saja akan lebih efisiensi listrik, tidak menggunakan oli, dan perawatanya lebih mudah karena semua komponen di kontrol oleh satu sistem unit. Berikut skema diagram proses produksi plastik di mesin injection.



20

Gambar 2.8 Unit Mesin Injection Molding. (Sumber : kawatapacific. Manual book. 2012)



21

Berikut diagram skema proses produksi plastik di mesin injection : Biji platik masuk dari hopper / penampung bahan.

Biji plastik mencair

Biji Plastik di tekan keluar dengan screw

Melaui nozzle biji plastik di salurkan ke molding dan membentuk product sesuai dengan kontur cetakan sd

Product jadi Diagram 2.1 Skema proses produksi plastik di mesin injection Penjelasan : 1. Pertama bahan baku atau biji plastik masuk di hopper mesin atau yang disebut dengan penampungan bahan dan kemudian matrial turun ke barrel mesin untuk dipanaskan dengan suhu 200 0C – 300 0C, untuk mendapatkan suhu tersebut maka mesin injection di lengkapi dengan heater yang membungkus barrel sehingga barrel dapat panas dan mencairkan plastik.



22

2. Plastik dapat mencair dengan titik lebur yang berbeda-beda, titik lebur di bedakan berdasarkan material plastik yang digunakan jenis-jenis material plastik yang digunakan di antaranya sebagai contoh : PE (polyethilane), polistiren (PS) dan lain-lain. Berdasarkan data yang di ambil titik lebur material plastik di antara 200 0C – 300 0C. 3. Setelah biji plastik melebur pompa inject berputar dengan kecepatan yang di atur berdasarkan setting data mesin, dan memutarkan screw mesin sehingga material plastik terdorong keluar melalui lubang nozzle, karena lubang nozzle berdiameter kecil 3 mm maka dapat menghasilkan tekanan yang tinggi. 4. Setelah biji plastik keluar dari nozzle selanjutnya masuk ke cetakan atau molding biji plastik akan mengikuti kontur dari cavity molding tersebut dan melalui proses pendinginan atau cooling sistem sehingga akan membentuk sebuah product. Setelah semua proses produksi selesai maka akan menghasilkan sebuah produk yang dimana produk tersebut akan melalui proses pengecekan yang dilakukan oleh Quality control (QC) untuk menentukan apakah produk tersebut sudah memenuhi standart produk atau di daur ulang kembali, apabila produk sudah OK dan tidak adanya cacat produk maka produk-produk tersebut akan di kemas dalam kardus dalam jumlah yang sudah di tentukan oleh pihak produksi yang kemudian akan di distribusikan ke konsumen, apabila produk tidak OK atau NOT OK maka produk – produk tersebut akan di daur ulang kembali dengan proses penghancuran produk dengan mesin crusher untuk mendapatkan ukuran – ukuran sesuai ukuran biji plastik untuk mempermudah proses



23

peleburan didalam barrel mesin, setelah di hancurkan biji – biji plastik daur ulang di timbang dan di campur dengan biji plastik murni dengan komposisi 1 : 4 sebagai standar bahan baku yang kemudian diolah kembali dengan mesin injection.

Gambar 2.9 Contoh Produk Plastik Injection Molding. 2.6.1.

Faktor – Faktor yang mempengaruhi keberhasilan produk. Untuk mendapatkan produk dengan kualitas terbaik maka ada hal – hal yang

harus diperhatikan di dalamnya : a) Bahan material plastik yang digunakan harus sesuai dengan kebutuhan produk yang akan di gunakan. b) Peleburan biji plastik harus mencapai titik lebur yang maksimal tidak boleh kurang atau lebih karena jika material belum mencapai titik lebur maka akan sulit untuk di tekan oleh as screw sehingga berpotensi mengakibatkan kerusakan pada mesin, begitu juga sebaliknya apabila material di lebur dengan suhu yang terlalu tinggi akan menyebabkan material akan hangus yang akan menimbulkan



24

kerak di dalam barrel dan mengakibatkan produk menjadi kotor, hal ini juga berpotensi menimbulkan kerusakan pada screw mesin apabila sudah terjadi demikian maka langkah yang harus di ambil adalah membongkar as screw dan membersihkan maka dengan demikian akan menyebabkan downtime mesin atau mesin tidak dapat berproduksi sehingga akan menyebabkan kerugian karena mesin yang seharusnya dapat berproduksi dan menghasilkan produk menjadi tidak bisa berproduksi karena harus dilakukan perbaikan. c) Cooling system pada molding dan mesin, hal ini sangat berpengaruh pada produk karena untuk menghasilkan produk dengan cepat maka dibutuhkan pendinginan dengan cepat dan dengan suhu yang stabil dan memenuhi standar pada cetakan atau molding dan mesin injection sendiri. Pendinginan atau cooling system yang ada pada molding digunakan untuk mendinginkan cavity dan core pada saat cetakan tersebut diisi dengan leburan biji plastik karena suhu biji plastik sangat tinggi dan dapat menyebabkan kerusakan pada material molding sendiri maka cooling system dengan suhu tingkat kedinginan yang tepat dapat memperpanjang umur dari cetakan itu sendiri. Sedangkan cooling system pada mesin injection disini akan dibahas lebih lanjut sebagai materi Tugas Akhir. 2.6.2

Sistem pendinginan / cooling sistem di mesin injection. Mesin injection adalah mesin yang bekerja dengan putaran motor yang berfungsi untuk menggerakan pompa oli, pompa oli di mesin injection bervariasi yang digunakan diantaranya pompa dengan teknologi piston dan screw sistem yang fungsinya sama yaitu memompa oli ke valve dan diteruskan ke silinder – silinder hidrolik mesin, valve berfungsi untuk mengatur aliran oli sehingga silinder dapat bergerak secara bergantian karena oli terus bergerak dan saling



25

bergesekan maka akan menimbulkan panas, panas tersebut yang sebaiknya dikurangi oleh mesin karena apabila mesin terlalu panas akan menyebabkan overheat dalam artian suhu mesin dalam keadaan tidak normal dan efek yang ditimbulkan dari overheat adalah merusak komponen – komponen elektrik mesin, meruskan seal dan oring yang ada pada mesin, akan timbul kebocoran oli mesin sehinga mesin menjadi kotor dan berpotensi mengotori produk, selain itu juga akan merusak komponen mekanik mesin seperti : bearing, piston hidrolik, menyebabkan selang - selang hidrolik cepat pecah dan kerusakan pada valve mesin sehinggan akan menimbulkan downtime mesin yang merugikan perusahaan, proses pendinginan di mesin injection berada pada oil cooler mesin yang biasanya berada dibawah mesin oil cooler berbentuk silinder dan mempunyai lubang in dan out sebagi media untuk keluar masuk oli,

Gambar 2.10 Oil Cooler Mesin Injection Molding. (Sumber : kawatapacific. Manual book. 2012) Oil cooler berfungsi untuk mendinginkan oli mesin hidrolik pada mesin injection molding suhu oli yang diperbolehkan dalam mesin injection antara 40 0C – 60 0C dengan cara mengalirkan air dingin ke dalam oil cooler melalui pipa – pipa kecil dan air dingin tersebut berfungsi untuk mendinginkan oli yang masuk melalui tabung oil dan berotasi kemudian kembali ke mesin. Apabila terjadi over heat maka



26

akan menimbulkan kerusakan mesin sehingga menimbulkan downtime atau kondisi dimana mesin tidak dapat produksi untuk mengetahui berapa kerugian yang di timbulkan akibat overheat dapat dicari dengan rumus sebagai berikut : 

Rumus downtime rupiah = 1 pcs harga produk x waktu untuk satu kali produksi ( cycle time) x jam mesin mati.



Rumus downtime ( kwh) = 1 pcs harga produk x waktu satu kali produksi (cycle time) x jam mesin mati x harga rupiah per watt ( didapatkan dari informasi PLN)

Maka dari itu sistem cooling pada mesin sangatlah diperhatikan karena efek dari pendinginan / cooling tersebut yang apabila tidak diperhatikan akan menyebabkan kerusan mesin jangka panjang. 2.6.3 Efek Cooling Sistem yang Tidak Sempurna. Mesin injection molding mempunyai sistem hidrolik dan menggunakan media oli sebagai sarana penggeraknya dan oli tersebut harus di dinginkan dengan air untuk mendapatkan suhu yang stabil berikut satu data mesin apabila cooling sistemnya tidak sempurna. Saya ambil data yaitu mesin arburg buatan jerman menggunakan oil cooler dengan ketentuan suhu dari pabrikasi arburg jerman suhu yang di izinkan dari water chiller adalah minimal 20 0C. Efek dari ketidak sempurnaan water chiller tersebut adalah : a. Oil cooler temperatur di atas range > 580C sehingga mesin alarm, apabila kita paksakan untuk produksi harus terlebih dahulu melepaskan safety (termocouple) hal ini dapat membahayakan mesin karena suhu mesin tidak dapat dikontrol lgi. b. Induksi rambatan panas mempengaruhi umur seal dan oring mesin sehingga frekuensi mengganti seal dan oring menjadi lebih cepat ( 2 bulan ganti), untuk Laporan Tugas Akhir Progam Studi Teknik Mesin


27

penggantian seal dan oring butuh waktu indent ke jerman barang tersebut apabila diganti membutuhkan biaya : Seal unit injection 1 set Rp. 450.000,00. Seal unit inject 1 set Rp. 4.490.000,00. Seal unit clamping 1 set Rp. 946.000,00. c. Udara di area panel meningkat sehingga komponen elektrik sering error dan menyebabkan kerusakan pada komponen lainya seperti Pressure tranducer apabila diganti membutuhkan biaya : 1 pcs Rp 6.306.300,00. d. Motor hidrolik sering overload dikarenakan bearing lebih cepat kering pada pelumasnya dan apabila di ganti membutuhkan biaya sebesar : Seal hydrolic motor 1 set Rp. 1.402.000,00. Gulung ulang motor karena motor terbakar Rp 3.000.000,00. e. Hidrolik pump pada komponennya sering aus yang diakibatkan temparatur over load di pompa hidrolik apabila diganti membutuhkan biaya : Pompa hidrolik 1 unit Rp 32.000.000,00. Seal pompa dan bearing Rp 800.000,00. f. Cycle time atau waktus sekali produksi menjadi naik sehingga apabila untuk memproduksi produk x kerugian selama 24 jam sebesar Rp.1.900.000 g. Oli hidrolik menjadi cepat kotor dan live time pendek sehingga penggantian oli lebih cepat apabila menggunakan oli total 46 250 liter harganya Rp 5.400.000,00 per tahun.



28

Gambar 2.11. Layout Water chiller ke Mesin Injection.



29

Gambar 2.12. Layout Instalasi Cooling Sistem di Mesin Injection Molding.



30

Skema diagram proses pendinginan mesin atau cooling sistem pada mesin injection molding.

Air panas dari oil cooler mesin dengan suhu rata – rata 28 derajat celcius

Air panas masuk ke bak air panas

Di sedot dengan pompa tekanan 2 bar kecepatan 1500 rpm daya 5 HP, kecepatan aliran 120 galon permenit di alirkan ke evaporator chiller

Air panas tersebut didinginkan dengan sistem evaporsi dengan freon R 22

Suhu air menjadi 17,5 derajat celcius

Setelah suhu tecapai air berotasi ke bak penampungan air dingin



31

Air dingin dari tangki penampungan dengan suhu 18 – 19 derajat celcius dialirkan ke mesin dengan pompa bertekanan 2 bar,kecepatan putar 1500 rpm daya 7,5 HP dengan debit air 250 galon per menit

Sehingga oil cooler mesin dilewati air dingin yang disebut cooling sistem untuk mendinginkan oli mesin. Diagram 2.2 Proses pendinginan mesin atau cooling sistem pada mesin injection molding. Penjelasan skema diagram pendinginan atau cooling sistem pada mesin injection. 1. Air panas yang berasal dari oil cooler mesin injection berotasi ke bak penampungan air panas dengan kecepatan 70 galon per menit melalui instalasi pipa - pipa yang menghubungkan oil cooler ke bak air panas. 2. Air panas dari oli cooler dengan suhu 28 0C yang sudah di tampung di bak air panas di sedot dengan pompa ebara dengan tekanan 2 Bar, kecepatan putaran pompa 1500 Rpm dengan daya 5 Hp masuk ke pipa - pipa kecil evaporator water chiller disini terjadi proses perpindahan panas atau yang disebut proses evaporasi, air panas didinginkan dengan freon R 22 yang bertekan rendah



32

sehingga air lebih cepat didinginkan dari evaporator keluaran air dapat mencapai suhu 17 0C. 3. Setelah melewati evaporator air akan berotasi ke bak penampungan air dingin selanjutnya air akan di pompa ke oil cooler mesin dengan pompa ebara dengan tekanan 2 bar , putaran motor 1500 rpm dan daya 7,5 Hp melalui 2 jalur yaitu jalur 1 , jalur 2 dan jalur 3.

Gambar 2.13 Detail proses pendinginan dari bak pendinginan ke water chiller.



33

2.7

Proses pendinginan air di water chiller. Water chiller merupakan mesin pendingin air dengan sistem rotasi dan di dinginkan dengan freon R 22 freon berfungsi sebagai media utama dalam pendinginan dalam water chiller.

Gambar 2.14 Detail proses pendinginan water chiller.



34

Diagram pendinginan atau refrigeran di dalam water chiller.

Kompresor memompa udara bertekanan ke kondensor dan menekan freon

Kondesor mendinginkan freon untuk merendahkan tekanan Proses pendinginan freon R 22

Freon masuk filter untuk menyaring kotoran

Freon masuk ke katup expansi untuk menurunkan tekanan Tekenan rendah pada freon akan menghasilkan suhu dingin yang maksimaal Freon masuk ke pipa-pipa kecil evaporator suhu dievaporator sekitar – 3 0 celcius

Air panas masuk ke evaporator secara sirkulasi Terjadi proses refrigran

Diagram 2.3 Siklus Pendinginan atau refrigeran di dalam water chiller.



35

2.7.1 Pendinginan dari Pipa T1 dan pipa T2 Pendinginan dari pipa T1 dan T2 ialah proses masuk dan keluarnya aliran air dari mesin ke evaporator water chiller dengan aliran yang kosntan maka dapat diambil suhu airnya karena proses tersebut terjadi secara terus menerus maka tidak dapat diambil suhu airnya hanya dapat diambil suhu dipermukaan pipanya setelah permukaan pipa diperoleh maka dapat dihitung suhu air di dalam pipa dengan langkah-langkah sebgai berikut :

Gambar 2.15 Urutan perhitungan suhu air dalam pipa. 1.

Menentukan besarnya suhu air di T A1 dan T A2 dengan nilai laju perpipindahan energi panas konveksi (Qw ) dari udara (Tu1)

ke permukaan pipa (T1L)

perhitungan ini bertujuan untuk mengetahui berapa besar laju perpindahan energi panas dari udara sekitar ke pipa instalasi yang menyebabkan naiknya temperatur air dingin di dalam pipa silindrik maka dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut : Qu

= h .Ap (Tu1 – T1L).



(2-1)

36

Dimana, h.

: Koefisien perpindahan panas konveksi udara. (W/mK)

Ap

: Luas bidang perpindahan panas konveksi. (m2)

Tu1

: Suhu udara sekitar.( 0K)

T1L

: Suhu pada permukaan pipa. (0K)

a) Sebelum menghitung nilai laju perpindahan panas konveksi di pipa T1 dan T2 dicari terlebih dahulu

nilai dari angka Rayleigh (Grd Pr) dengan

persamaan sebgai berikut :

Grd Pr =

g .β . ( Tա − T∞ ) 𝑑 2 𝑣2

𝑥 Pr

(2-2)

Dimana, g.

: gravitasi.

Tա

: Suhu di permukaan pipa. ( 0C)

T∞

: Suhu udara sekitar.( 0C )

Tf

= Tա + T∞ / 2 (0K)

β.

= Bilangan konstanta yang nilainya ( β.=

-3

Pr

k – 1) = 0,00331 k – 1 : Bilangan prond



1 𝑇𝑓

1

= 302 ,2 = 3,310 𝑥 10

37

D

: diameter pipa. (m)

V

: Percepatan. (m2/s.)

b) Setelah nilai konveksi bebas perpindahan kalor silindrik (Nud) diperoleh dari perhitungan, maka nilai (h) Koefisien perpindahan panas konveksi udara. (W/mK) dapat di hitung dengan persamaan sebagai berikut : kNud

h.udara =

𝑑

(2-3)

dimana, h.udara : konduktifitsas termal pipa galvanis dengan nilai (w/m.k). Nud

: konveksi bebas perpindahan kalor silindrik

d.

: diameter luar pipa (m)

c) Setelah nilai dari laju perpindahan panas konveksi (Qw) diperoleh maka selanjutnya adalah nilai dari laju perpindahan panas konveksi (Qw) digunakan untuk mencari suhu permukaan pipa pada diameter dalam (T1D). Maka nilai T1D adalah :

Gambar 2.16 Mencari suhu di T1D(suhu diameter dalam pipa)



38

Maka temperatur pada permukaan dalam pipa silindrik (T1D) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : T1L – T1D = ( B x Qu)

(2-4)

Dimana, B

= Ln ( d0 / di ) / 2.π.k.L (J/s)

T1L

: suhu di permukaan pipa. (0C)

T1D

: Suhu di diamter dalam pipa (0C)

Qu

: laju perpindahan panas konveksi (J/s)

d) Selanjutnya nilai dari TA1 (suhu air sebenarnya) dengan metode laju perpindahan energi panas konduski (Qair) dapat dicari dengan rumus perhitungan sebagai berikut : Qair = h x Ap ( T1D – TA1 ).

(2-5)

Dimana,

e)

h.air

: koefisien perpindahan panas konduksi aliran air dalam pipa (J/s)

Ap

: luas pipa yang digunakan. (m2)

Qair

: kalor jenis air

TID

: Suhu udara pada diameter dalam pipa.(0C)

TA1

: Suhu air dalam pipa yang sebenarnya.(0C)

Sebelum menghitung nilai laju perpindahan energi panas konduski (Qair) dihitung terlebih dahulu bilangan nusselt dan bilangan reynold dengan persamaan sebgai berikut :



39

Re = 4 Mair / μ. π Dimana,

Re

(2-6) : Reynold number.

μ.

: Viskositas dinamik (kg/m.s )

π.

: 3,14

Nu = 0,023 x (Re)0,8 x (Pr)0,4 Dimana, Nu

f)

: Bilangan nusselt

Re

: bilangan reynold yang didapat dari perhitungan

Pr

: Bilangan pround 6,78

Setelah diperoleh bilangan nusselt dari perhitungan sebelumnya maka nilai hair dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut : Nu = h x d1/ λ maka h = Nu x λ / d1 Dimana Nu

(2-7)

: Bilangan nusselt

h.

: koefisien perpindahan panas konduksi pada air.

λ.

: konduktifitas termal air yang nilainya. (W/m. 0C)

d1

: Diameter dalam pipa yang nilainya ( m)

g) Maka nilai suhu air sebenarnya (TA1) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut: TD1 - TA1 = ( B x Qair) Dimana, TD1 TA1

: Suhu permukaan pipa(0C) : Suhu air di dalam sebenarnya(0C)



(2-8)

40

Qair B

: kalor jenis air(j/s) = Ln ( d0 / di ) / 2.π.k.L

3.1.2 Beban Mesin Pendigin. Kapasitas pendingin yang sesuai standar dihitung berdasarkan kebutuhan mesin yang sebenarnya, dihitung dari data pengukuran yang telah di ambil dari pengukuran langsung di lapangan. Dari hasil pengambilan data diperoleh suhu dari diameter luar pipa instalasi dan suhu udara sekitar serta dibutuhkan data laju aliran air, untuk menghitung berapa kapasitas mesin pendingin atau water chiller yang dibutuhkan untuk mensuplay kebutuhan cooling sistem untuk 39 mesin injection molding maka Kebutuhan water chiller ( Qtotal) dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut,

Qtotal = Mair . Cpair . ( T1 - T2 ). Dimana.

Mair

: Massa air (kg/s)

Cpair

: Panas jenis air.( J/kg)

T1

: Suhu air di dalam pipa pada titik T 1.( 0C)

T2

: Suhu air di dalam pipa pada titik T2.( 0C)



(2.9)

BAB II LANDASAN TEORI

Recommend Documents