PERANCANGAN DAN KONSTRUKSI INSULATION MATERIAL PADA ELEMEN PEMANASMESIN MIXER KAPASITAS 6,9 LITER DAN PUTARAN 280 Rpm

PERANCANGAN DAN KONSTRUKSI INSULATION MATERIAL PADA ELEMEN PEMANASMESIN MIXER KAPASITAS 6,9 LITER DAN PUTARAN 280 Rpm

SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

ANDRI PARULIAN SIREGAR NIM. 100421031

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

Universitas Sumatera Utara








ABSTRACT

Proses pencampuran dimaksudkan untuk membuat suatu bentuk uniform dari beberapa konstituan bahan cair, pasta, dan padat. Dalam kehidupan nyata alat pencampur (mixer) dapat menghasilkan suatu produk dengan homogenitas yang lebih tinggi daripada pencampuran bahan yang dilakukan secara manual atau tanpa alat (dengan tangan saja). Dalam hal ini mesin mixer dengan menggunakan elemen pemanas merupakan penemuan terbaru yang belum ada dipasaran. Pada mesin ini variasi suhu dan putaran bisa diatur ketika proses pencampuran, dilengkapi dengan insulation material berbahan rockwool untuk menahan panas tidak keluar dari sistem. Kapasitas mesin ini 6,9 liter, effisiensi transmisi 93,24 %, dan effisiensi sistem bejana pemanas 67,30 %. Kunci : mixer, elemen pemanas, insulation, rockwool, effisiensi.


KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas segala karunia dan rahmat-Nya yang senantiasa diberikan kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Tugas Sarjana ini adalah salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara. Adapun judul Tugas Sarjana yang dipilih, diambil dari mata kuliah Elemen Mesin, yaitu“Perancangan Dan Konstruksi Insulation MaterialPada Elemen Pemanas Mesin Mixer Kapasitas 6,9 Liter Dan Putaran 280 Rpm”. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada : 1. Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc selaku dosen pembimbing Tugas Sarjana yang telah meluangkanwaktunya, membimbing dan memotivasi penulis untuk menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 2. Kedua orang tua tercinta, ayahanda Hendris Siregar dan ibunda Linda Rismaida Siahaan dan segenap keluarga terima kasih atas doa serta dukungannya kepada penulis. 3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 4. Seluruh Staf,Dosen dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara. 5. Mahasiswa Departemen Teknik Mesin khususnya rekan-rekan sesama stambuk 2010 jalur Ekstensi, (Siwan Ediamanta Perangin-angin,Willy Ahter Sirait)yang selalu memberikan motivasi dan kerja sama kepada penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini. Dalam penulisan ini, dari awal sampai akhir penulis telah mencoba sebaik mungkin guna tersusunnya Tugas Sarjana ini. Untuk itu saran-saran dari semua pihak yang bersifat membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan Tugas Skripsi ini.


Akhir kata, penulis mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang turut membantu dalam penyelesaian Tugas Sarjana ini, semoga Tugas Sarjana ini dapat bermanfaat untuk kita semua.

Medan, Juli 2013 Penulis,

Andri Parulian Siregar NIM.100421031


DAFTAR ISI

Halaman ABSTRAK ............................................................................................................... i KATA PENGANTAR ............................................................................................ iii DAFTAR ISI ............................................................................................................v DAFTAR TABEL .................................................................................................. ix DAFTAR GAMBAR ...............................................................................................x DAFTAR NOTASI .................................................................................................xii BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang ......................................................................................1 1.2 Tujuan Perancangan .............................................................................2 1.3. Batasan Masalah ...................................................................................2 1.4. Sistematika Penulisan ...........................................................................2 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sejarah Rockwoll .................................................................................4 2.1.1. Dampak Terhadap Lingkungan .................................................5 2.1.2. Manfaat Rockwoll......................................................................7 2.1.2.1. Fire Safety ....................................................................7 2.1.2.2. Daya Tahan Tinggi .......................................................8 2.1.2.3. Kemampuan yang tinggi untuk menyesuaikan ............8 2.1.2.4. Pengurangan kebisingan ...............................................9 2.1.2.5. Repellence air dan pertumbuhan jamur ........................9


2.1.2.6. Permeabilitas .................................................................9 2.1.2.7. Tahan Cuaca .................................................................10 2.1.3. Aspek Kesehatan dari Produk Rockwoll ..................................10 2.2. Aluminium ..........................................................................................11 2.2.1. Sifat-sifat Aluminium ...............................................................12 2.3. Isolasi ..................................................................................................14 2.3.1. Tipe-tipe Isolasi ........................................................................15 2.3.2. Alasan Untuk Isolasi .................................................................15 2.4. Perpindahan Panas ..............................................................................17 2.4.1. Konduksi ...................................................................................18 2.4.2. Konveksi ...................................................................................19 2.4.3. Persamaan Empirik Konveksi Natural permukaan Luar ..........20 2.4.3.1. Bidang Vertikal ......................................................................21 2.4.3.2. Bidang Miring ........................................................................23 2.4.3.3. Bidang Horizontal ..................................................................24 BAB III METODOLOGI 3.1 Objek ....................................................................................................28 3.2. Metode Perancangan ...........................................................................28 3.3.Lokasi dan Waktu Penelitian ...............................................................30 3.3.1. Lokasi Perancangan ..................................................................30 3.3.2.Waktu Perancangan ...................................................................30 3.4. Sumber Data........................................................................................30


3.4.1. Data Primer ...............................................................................30 3.4.2. Data Sekunder ...........................................................................30 3.5. Data yang Diambil ..............................................................................31 3.6. Perancangan Mesin Mixer ..................................................................31 3.6.1. Menentukan Kapasitas Maksimum ...........................................31 3.6.2. Menentukan Daya Pengaduk ....................................................32 3.6.3. Merencanakan Daya Motor Penggerak.....................................33 3.6.4. Merencanakan Ukuran Pasak dan Alur Pasak ..........................36 3.6.5. Merencanakan Sabuk Penggerak ..............................................38 3.6.6. Merencanakan Roda Gigi .........................................................43 3.6.7. Merencanakan Bantalan Pada Roda Gigi .................................53 3.6.8. Menentukan Putaran Pengaduk ................................................59 3.6.9. Merencanakan Poros Pengaduk ................................................60 3.6.10. Elemen Pemanas .....................................................................62 3.6.11. Thermostat ..............................................................................63 3.6.12. Rockwoll .................................................................................64 3.6.13. Plat Aluminium .......................................................................65 3.6.14. Termometer .............................................................................65 3.6.15. Speed Control .........................................................................66 3.6.16. Rangka Mesin Mixer ..............................................................67 3.6.17. Mesin Mixer dengan Pemanas ................................................68


BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN 4.1. Insulation Material pada Elemen Pemanas .........................................69 4.2. Pemilihan Bahan-bahan Isolasi ...........................................................69 4.3. Perancangan Elemen Pemanas ............................................................73 4.4. Perancangan Insulation Material.........................................................79 4.4.1. Fibertex 450 Rockwool .............................................................79 4.4.2. Perancangan Plat Aluminium ...................................................83 4.5. Mengurangi Heat Transfer melalui Permukaan Isolasi Termal ..........85 4.6. Menghitung Laju Perpindahan Panas pada Bejana Pengaduk ............87 4.7. Radius Kritis Isolasi ............................................................................88 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1.KESIMPULAN ....................................................................................93 5.2.SARAN ................................................................................................93 DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN


DAFTAR TABEL

Halaman 1. Tabel 2.1 Penghematan Energi dan Penghematan CO2 untuk 100 m2 insulasi loteng untuk bangunan di Denmark ...................................................................6 2. Tabel 3.1Faktor – Faktor Koreksi Daya yang Ditransmisikan .........................30 3. Tabel 4.1 Bahan-bahan Isolasi untuk Berbagai Penggunaan ........................... 70 4. Tabel.4.2. SKU Rockwool Fibertex 450 ...........................................................80 5. Tabel.4.3. Sifat Fisik Fleksibilitas Rockwool Fibertex 450.............................82 6. Tabel 4.4 Sifat Fisik Aluminium...........................................................................83 7. Tabel 4.6. Konduktifitas Termal Material .................................................... 86


DAFTAR GAMBAR

Halaman 1. Gambar2.1 Biaya energi (hilang) karena 5 % kinerja termal berkurang dibandingkan dengan biaya energi membuat isolasi..........................................8 2. Gambar 2.2 Konveksi natural pada bidang miring ...........................................23 3. Gambar 2.3. Konveksi natural pada bidang horizontal (type a) .......................25 4. Gambar 2.4. Konveksi natural pada bidang horizontal (type b) .......................25 5. Gambar 2.5. Konveksi natural pada ruang tertutup ..........................................26 6. Gambar 3.1. Bagan Proses Penulisan Skripsi ...................................................29 7. Gambar 3.2. Kapasitas Bejana Aduk ................................................................31 8. Gambar 3.3. Motor Listrik ................................................................................33 9. Gambar 3.4. Gaya Geser pada Pasak ................................................................36 10. Gambar 3.5. Permukaan Sabuk -V....................................................................39 11. Gambar 3.6. Panjang Keliling Sabuk ................................................................40 12. Gambar 3.7. Perancangan Poros Roda Gigi sebagai Pereduksi Putaran (a) Roda Gigi Besar (b) Roda Gigi Kecil ..............................................................44 13. Gambar 3.8. Bagian – bagian Roda Gigi ..........................................................46 14. Gambar 3.9. Batang Gigi Dasar ........................................................................48 15. Gambar 3.10. Gigi dipandang sebagai balok kantiliver dengan kekuatan seragam .............................................................................................................49 16. Gambar 3.11. Perbandingan Kontak (a) Garis Tekan (b) Titik Pembebanan (c) Jumlah Gigi yang Berkaitan ........................................................................50 17. Gambar 3.12. Gambar 3 Dimensi Roda Gigi ....................................................53 18. Gambar 3.13. Kontruksi Bantalan Gelinding....................................................54 19. Gambar 3.14. Elemen Pemanas ........................................................................63 20. Gambar 3.15. Termostat....................................................................................63 21. Gambar 3.16. Rockwoll ....................................................................................64 22. Gambar 3.17. Plat Aluminium ..........................................................................65 23. Gambar 3.18. Termometer ................................................................................66 24. Gambar 3.19. Speed Control .............................................................................67 25. Gambar 3.20. Kontruksi Besi Siku ...................................................................68


26. Gambar 3.21. Mixer dengan Elemen Pemanas ................................................68 27. Gambar 4.1 (a) Rockwoll dan (b) Plat Aluminium ...........................................69 28. Gambar 4.2 Permukaan Elemen Pemanas ........................................................ 73 29. Gambar 4.3 Keterpasangan Elemen Pemanas dengan Bejana aduk................ 75 30. Gambar.4.4. Biji Plastik LDPE (Low Density Polyethylene) ........................... 78 31. Gambar.4.5. Konstruksi Insulation Material pada Elemen Pemanas .............. 84 32. Gambar.4.6. Isolasi Termal pada Elemen Pemanas (a) Tampak Depan dan (b) Tampak Atas ....................................................................................................85 33. Gambar. 4.7. Analisa laju perpindahan panas pada bejana aduk dengan insulation material .............................................................................................89


DAFTAR NOTASI

𝑄𝑄̇

= Laju perpindahan panas (W)

k

= Konduktivitas Termal ( W / (m.K))

A

= Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2)

T2

= Temperatur akhir (°C)

T1

= Temperatur awal (°C)

L

= Tebal plat (m)

R

= Resistansi thermal ( °C/m)

Ts

= Temperatur plat ( K )

Tf

= Temperatur fluida ( K )

Nu

= Bilangan Nusselt

Re

= Bilangan Reynold

ρ

= Massa jenis fluida (kg/m3)

U

= Kecepatan aliran fluida (m/s)

μ

= Viskositas (Ns/m2)

RaL

= Bilangan Rayleigh

β

=1/ Tr

g

= Percepatan gravitasi (9,81 m/s2)

Ts

= Temperatur permukaan plat (K)

Tr

= Temperatur referensi (K)

α

= Difusivitas thermal

v

= Viskositas kinematik

P

= Daya nominal motor sebesar

Fc

= Faktor koreksi daya

Pd

= Daya perencanaan

n

= Putaran normal

𝐾𝐾𝑡𝑡

= Faktor koreksi yang dipilih adalah 3

𝑇𝑇

= Momen puntir

Cb

= Faktor koreksi yang dipilih adalah 2,3

ds

= Diameter poros motor


τa

= Tegangan geser yang diijinkan

𝜎𝜎𝑏𝑏

= Kekuatan tarik bahan poros

𝑆𝑆𝑆𝑆2

= Faktor keamanan yang diambil (3)

𝑆𝑆𝑆𝑆1

= Faktor keamanan yang diambil (6)

b

= Lebar pasak

t

= Tinggi pasak

τ

= Tegangan geser

l

= Panjang pasak

d1

= Diamter lingkar jarak roda gigi penggerak (mm)

d2

=Diamter lingkar jarak roda gigi penerus (mm)

ɑ

= Jarak sumbu poros (mm)

H

= Kedalaman puncak

m

= Modul

𝑐𝑐𝑘𝑘

= Kelonggaran puncak

Z

= Panjang lintasan kontak

te

= Jarak bagi normal

𝜀𝜀

= Perbandingan kontak

v

= Kecepatan keliling

Ft

= Gaya tangensial

Fr

= Beban radial

Fa

= Beban aksial = 0

x

= Faktor beban radial = 1

y

= Faktor beban aksial = 0

v

= Pembebanan pada cincin dalam yang berputar = 1

fn

= Faktor keamanan

fh

= Faktor umur

C

= Kapasitas nominal dinamis

Ln

= Umur nominal bantalan

a1

= Faktor keandalan 95% , = 0,62 (tabel 4.10 Lit 1 hal 137)

a2

= Faktor bahan = 1 (baja dicairkan secara terbuka)

a3

= Faktor kerja = 1 (kondisi kerja normal)

Lb

= Umur bantalan


Drg

= diameter roda gigi

z1

= Jumlah gigi Penggerak

z2

= Jumlah gigi yang digerakkan

n1

= Putaran Penggerak (rpm)

n2

= Putaran yang direncanakan (rpm)

ℎ𝑗𝑗

= koefisien perpindahan panas dari atau ke bejana berjaket

𝐷𝐷𝑗𝑗

= diameter bejana

k

= konduktivitas termal fluida cair

L

= panjang dayung (paddle)

B

= jarak antara dayung dengan dasar bejana

N

= kecepatan agitator

𝜌𝜌

= massa jenis fluida

𝜇𝜇

= viskositas fluida

C

= kapasitas panas

𝜇𝜇𝑤𝑤

= viskositas fluida pada jarak temperatur dinding 𝑇𝑇𝑤𝑤


PERANCANGAN DAN KONSTRUKSI INSULATION MATERIAL PADA ELEMEN PEMANASMESIN MIXER KAPASITAS 6,9 LITER DAN PUTARAN 280 Rpm

Recommend Documents