BAB II LANDASAN TEORI. 2.1 Pengertian Menggoreng dan Alat Menggoreng

Transkripsi

1 BAB II LANDASAN TEORI Dalam perancangan dan pembuatan mesin penggoreng otomatis ini akan dibahas mengenai teori-teori yang berkaitan. 2.1 Pengertian Menggoreng dan Alat Menggoreng (Wikipedia) Menggoreng adalah cara memasak makanan dengan menggunakan minyak, atau lemak (margarin, shortening, mentega) sebagai media penghantar panas. Berbagai macam alat dapat digunakan sebagai alat menggoreng seperti wajan, teflon serta alat penunjang lain dalam menggoreng seperti spatula, penyaring (serok) dan kompor sebagai penghasil api / panas. Peralatan tersebut adalah peralatan memasak yang dimiliki oleh masyarakat umum. Semakin berkembangnya teknologi, alat memasak yang serba modernpun ikut bermunculan. Perkembangannya terdapat dalam berbagai aspek, seperti bentuk yang portable, sistem bahan bakar / perolehan panas, media penghantar panas, sistem kontrol, dan lain lain. Mesin penggoreng otomatis adalah salah satu alat memasak modern dengan menggunakan LPG sebagai bahan bakarnya yang dilengkapi dengan thermostat sebagai sensor pembaca temperatur pada minyak goreng, serta membuat minyak goreng tersebut dalam temperatur panas yang tetap, sesuai dengan yang diinginkan. Hal tersebut merupakan salah satu keuntungan dalam menggunakan mesin penggoreng otomatis. Berbeda dengan penggoreng konvensional, pada saat menggoreng, temperatur minyak goreng akan semakin panas bila waktu menggorengnya semakin lama pula. Hal ini dapat menyebabkan ketidakmerataan kematangan atau bahkan terjadi panas yang berlebih sehingga menyebabkan hangus pada masakan. II- 1

2 2.2 Pengertian Umum Sistem Pengendalian (Distefano, dkk. 1996) Sistem pengendali adalah susunan komponen komponen fisik yang dihubungkan sedemikian rupa sehingga memerintah, mengarahkan, atau mengatur diri sendiri atau sistem lain. Sistem pengendalian adalah menetapkan atau mendefinisikan keluaran dan masukan. Jika keluaran dan masukan telah ditentukan, adalah mungkin untuk menetapkan atau mendefinisikan sifat dari komponen-komponen tersebut. Pada mesin penggoreng yang terkendali secara termostatis yang mengatur temperatur panas pada minyak goreng secara otomatis adalah suatu sistem pengendali. Masukan ke sistem tersebut adalah temperatur panas pada minyak goreng yang dapat disetel secara tepat dengan menggunakan thermostat. Keluarannya adalah temperatur panas pada minyak goreng yang sebenarnya. Bila thermostat mendeteksi bahwa keluaran lebih kecil dari masukan, burner akan memberikan panas sampai temperatur menjadi sama dengan acuannya. Kemudian secara otomatis burner mati bila mengalami kelebihan panas. Untuk menjaga atau mengatur agar temperatur minyak goreng tetap konstan maka variabel yang dikontrol adalah keadaan yang diukur. Apabila minyak goreng dipanaskan maka temperaturnya akan naik sampai mencapai batas maksimum n C, sedangkan kita menginginkan agar suhunya sesuai dengan yang diperlukan yakni dibawah temperatur maksimum. Maka variabel yang dimanipulasi adalah keadaan yang diubah oleh pengendali untuk mengubah atau mempengaruhi nilai variabel yang dikendalikan. Setelah itu terjadi pengukuran nilai ke sistem untuk mengoreksi atau membatasi pengukuran sehingga hasilnya dapat sesuai dengan yang diharapkan. Dalam proses tersebut terjadi nilai penyimpangan antara nilai yang sebenaranya dan yang diinginkan dan nilai penyimpangan ini dapat memberikan pengaruh yang dapat merugikan pada keluaran sistem. A. Penggolongan Sistem Pengendalian (Distefano, 1996) Terdapat banyak sistem kontrol otomatis yang digunakan di industri pada saat ini baik kontrol analog maupun digital. Salah satu penggunaan kontrol otomatis yaitu pengontrol termperatur panas minyak goreng yang II- 2

3 dihubungkan dengan sensor pembaca sebagai tranduser lalu diteruskan ke sistem control. Sistem pengendalian digolongkan ke dalam dua katagori umum yaitu: sistem rangkaian terbuka dan sistem rangkaian tertutup. Perbedaannya ditentukan oleh tindakan pengendalian, dimana besaran ini bertanggungjawab menggerakkan sistem untuk menghasilkan keluarannya. Sistem pengendalian rangkaian tertutup adalah suatu sistem yang tindakan pengendaliannya bebas dari keluarannya. Sedangkan pengendalian rangkaian terbuka adalah suatu sistem yang tindakan pengendaliannya tergantung pada keluarannya. Sistem pengendalian rangkaian tertutup lebih umum disebut sebagai sistem pengendalian umpan balik. Di bawah ini merupakan gambar sistem pengendalian rangkaian terbuka dan tertutup. Masukan Kontroler Plant atau Proses Keluaran Gambar 2.1 Pengendali Rangkaian Terbuka Gambar 2.2 Pengendali Rangkaian Tertutup Huruf r merupakan singkatan dari masukan referensi, yang menentukan suatu nilai yang diharapkan bagi sistem yang dikendalikan tersebut. Lingkaran silang didepan r adalah titik penjumlahan di dalam diagram di atas. Di dalam diagram di atas tampak terdapat dua sinyal yang masuk ke titik penjumlahan : r dan sinyal b (umpan balik dari keluaran ). Keluaran dari titik penjumlahan adalah sinyal kesalahan (e), yang nilainya adalah selisih dari r dan b. Dengan kata lain sinyal kesalahan e II- 3

4 adalah perbedaan antara apa yang diinginkan dengan apa yang dihasilkan. Bergerak lebih jauh lagi, kotak berlabel pengendali menerima sinyal kesalahan dan menghasilkan sinyal kontrol (m). Kotak berlabel sistem kendali adalah piranti yang sedang dikendalikan, contoh motor listrik dalam sistem robot. Sistem kendali menjadi lengkap setelah sinyal keluaran c diumpankan kembali ke titik penjumlahan. Sebelum masuk ke titik penjumlahan, sinyal c pada umumnya (melalui kotak yang label umpan balik), yang berfungsi untuk mengalihkan sinyal c ke dalam bentuk yang dapat diterima ke titik penjumlahan. Sebagai contoh, c adalah posisi motor dan b adalah tegangan listrik dalam hal ini, fungsi dari element umpan balik adalah mengalihkan posisi mekanis menjadi volt. Kelebihan dan kekurangan dari masingmasing system dapat dilihat pada tabel di bawah. Tabel 2.1 Kelebihan dan Kekurangan Rangkaian Terbuka dan Tertutup Jenis Rangkaian Kelebihan Kekurangan Rangkaian Terbuka Konstruksinya sederhana dan perawatannya mudah Membutuhkan komponenkomponen dengan ketelitian tinggi dan relatif mahal Rangkaian Tertutup Lebih mudah dibuat dan lebih murah Kestabilan bukan merupakan persoalan utama Untuk sistem dengan masukan yang telah diketahui sebelumnya dan tidak ada gangguan, maka disarankan untuk menggunakan kontrol loop terbuka Penggunaan umpan-balik membuat respon sistem relatif kurang peka terhadap gangguan eksternal dan perubahan internal pada parameter sistem Dapat digunakan komponenkomponen dengan ketelitian lebih rendah dan murah untuk Jika terdapat gangguan atau perubahan yang tidak dapat diramal maka tidak dapat digunakan sistem loop terbuka Kestabilan merupakan persoalan utama karena cenderung terjadi kesalahan akibat koreksi berlebihan yang dapat menimbulkan osilasi Sistem kontrol loop tertutup mempunyai kelebihan hanya jika terdapat II- 4

5 mendapat pengendali plant dengan teliti yang tidak mungkin diperoleh pada sistem loop terbuka gangguan/perubahan yang tidak dapat diramal pada komponen sistem 2.2 Mekanisme Perpindahan Panas (Haryadi, 2010) Pada dasarnya perpindahan panas terjadi akibat adanya ketidakseimbangan (adanya perbedaan temperatur) termal. Proses perpindahan panas yang sebenarnya terjadi adalah sangat rumit dan memerlukan pengkajian yang cukup sulit, oleh karena itu dilakukan penyederhanan dalam peninjauan proses tersebut yaitu dengan jalan memperhatikan yang kurang berpengaruh terhadap proses keseluruhan. Dengan dasar penyederhanaan tersebut, maka mekanisme perpindahan panas dapat dibedakan atas tiga jenis yaitu : konveksi, konduksi dan radiasi Perpindahan Panas Secara Konveksi (Haryadi, 2010) Perpindahan panas konveksi, dimana perpindahan panas terjadi diantara permukaan sebuah benda padat dengan fluida (cairan atau gas) yang mengalir menyentuh permukaan tadi bisa dilihat seperti pada Gambar 2.3. Fluida Dinding T f q c T w Gambar 2.3 Konveksi q c = h c. A. T.... (1) q c = h c. A (T w T f ) (2) Dimana : q c = Laju perpindahan panas konveksi (W) A = Luas penampang bidang (m 2 ) L = Tebal dinding (m) II- 5

6 h c = Koefisien konveksi (W/m 2 C) T w = Temper tur permu n d nd ng ( C) T f = Temper tur flu d ( C) Perpindahan Panas Secara Konduksi (Haryadi, 2010) Perpindahan panas konduksi,dimana proses perpindahan panas terjadi antara benda partikel-partikel yang berkontak langsung, melekat satu dengan yang lainnya, tidak ada pergerakan relatif diantara benda-benda tersebut.... (1) ( ). (2) Dimana; q k = laju konduksi panas yang berpindah (W/m 2 ) A = Luas penampang bidang (m 2 ) L = Tebal dinding (m) K = Konduktifitas termal bahan (W/m.K) T = Temper tur ( C) Perpindahan Panas Secara Radiasi (Haryadi, 2010) Perpindahan panas radiasi adalah proses perpindahan panas terjadi di antara dua permukaan yang terjadi tanpa adanya media perantara. Laju aliran panas radiasi, q r : q r = ɛ σ A T 4 (1) = ɛ σ A (T1 4 - T2 4 ).. (2) Dimana : q r = Laju perpindahan panas kalor radiasi (W) A = Luas penampang bidang (m 2 ) σ = Koefisien Stefan-Bolzman (W/m 2 K 4 ) II- 6

7 ɛ = emisivitas bahan ( ɛ 1) ɛ = 0 (benda putih), ɛ = 1 (benda hitam) 2.4 Katup (Festo, hal. 136) Katup dapat dibagi dalam beberapa grup berdasarkan fungsinya yang berkaitan dengan jenis sinyal, cara mengaktifkan, dan konstruksinya. Fungsi utama dari katup adalah untuk merubah, membangkitkan atau membatalkan sinyal untuk tujuan penyensoran, pemrosesan, dan pengontrolan. Sebagai tambahan, katup dipakai juga sebagai daya untuk menyuplai udara bertekanan ke aktuator. Maka katagorinya sebagai berikut : 1. Katup kontrol arah 2. Katup satu arah 3. Katup kontrol aliran 4. Katup kontrol tekanan 5. Katup kombinasi Pada pembuatan mesin penggoreng otomatis ini digunakan katup kontrol arah. Katup kontrol arah mengontrol sinyal udara lewat dengan cara membangkitkan, mengubah atau mengalihkan sinyal. 2.5 Sensor (Mushbikin, 2011) Sensor adalah jenis tranduser yang digunakan untuk mengubah besaran mekanis, magnetis, panas, sinar, dan kimia menjadi tegangan dan arus listrik. Sensor sering digunakan untuk pendeteksian pada saat melakukan pengukuran atau pengendalian. Secara umum berdasarkan fungsi dan penggunaannya sensor dapat dikelompokan menjadi 3 bagian yaitu: a. sensor thermal (panas) b. sensor mekanis c. sensor optik (cahaya) II- 7

8 Sensor thermal adalah sensor yang digunakan untuk mendeteksi gejala perubahan panas/temperature/suhu pada suatu dimensi benda atau dimensi ruang tertentu. Contohnya : bimetal, termistor, termokopel, RTD, photo transistor, photo dioda, photo multiplier, photovoltaik, infrared pyrometer, hygrometer, dsb. Sensor mekanis adalah sensor yang mendeteksi perubahan gerak mekanis, seperti perpindahan atau pergeseran atau posisi, gerak lurus dan melingkar, tekanan, aliran, level dsb. Contoh : strain gage, linear variable deferential transformer (LVDT), proximity, potensiometer, load cell, bourdon tube, dsb. Sensor optic atau cahaya adalah sensor yang mendeteksi perubahan cahaya dari sumber cahaya, pantulan cahaya ataupun bias cahaya yang mengenai benda atau ruangan. Contoh ; photo cell, photo transistor, photo diode, photo voltaic, photo multiplier, pyrometer optic, dsb. 2.6 Thermostat Thermostat adalah alat untuk mengatur suhu agar selalu tetap bentuk dapat dilihat seperti pada gambar di bawah. Prinsip alat ini adalah (pengatur). Gambar 2.4 Thermostat Thermostat yang tersusun dari bahan bimetal yaitu lempengan dua logam yang berbeda koefisien muai panjangnya, disatukan menjadi satu lempengan. Apabila lempengan logam ini terkena panas, maka salah satu jenisnya akan memuai lebih dahulu, sehingga lempengan tadi membengkok, yang arah bengkoknya ini kemudian dimanfaatkan untuk melepas/menghubungkan kontak, jadi bila panas berlebihan kontak memutus sehingga elemen pemanas tidak lagi dialiri arus listrik, tapi bila panasnya mulai rendah lagi kontak akan menghubung kembali dan arus listrik kembali mengali melalui elemen pemanas. Dengan demikian kondisi panas dapat II- 8

9 dipertahankan pada panas tertentu sesuai dengan yang diinginkan melalui pengaturan tombol pengatur panas. 2.7 Pengelasan Stainless Steel (Nofriadi, 1998) Las adalah ikatan metalurgi pada sambungan logam atau logam paduan yang dilaksanakan dalam keadaan lumer atau cair. Proses pengelasan material stainless steel bisa dilakukan dengan berbagai jenis proses pengelasan, namun untuk mendapatkan hasil yang lebih optimal maka dilakukan perbandingan antara las busur listrik dan pengelasan gas mulia tungsten atau TIG seperti pada tabel di bawah ini. Tabel 2.2 Kelebihan dan Kekurangan Proses Las Busur Listrik Dan TIG Jenis Pengelasan Kelebihan Kekurangan Las Busur Listrik Sifatnya sebaguna Deposit logam las yang dihasilkan relatif lebih sedikit Mesin dan peralatannya tidak terlalu mahal TIG Mobilitas tinggi Bisa digunakan pada berbagai posisi pengelasan Dapat mengelas pada posisi jauh dengan memperpanjang kabel las dan menyambung selang air pendingin Mutu sambungan las dan kekuatannya dapat diandalkan Kualitas tinggi dan persisi Kontrol titik yang baik Dapat menimbulkan percikan bunga api yang cukup besar Menimbulkan terak yang menutupi logam las, sehingga butuh waktu lama untuk membersihkannya Sulit untuk memulai bagi pemula Sering menempelnya elektroda pada benda pengelasan karena jaraknya yang terlalu dekat Mudah sekali terjadinya cacat las Memerlukan elektroda Menimbulkan asap Kecepatan pengelasan relatif lebih lama dibanding proses yang lain Rata-rata pengendapan logam pengisi relatif rendah II- 9

10 Manik-manik pengelasan yang estetis Tidak ada percikan las-an, karena tidak ada logam pengisi yang ditransfer melewati busur Tidak ada fluks ataupun terak Tidak berasap ataupun beruap Bisa menggunakan logam pengisi maupun tanpa logam pengisi Sumber : Modul Pelatihan Las, hal. 12 Dibutuhkan keahlian kordinasi mata dan tangan Harga peralatannya pun relatif mahal Sinar UV lebih terang dari proses pengelasan yang lain Gas pelindung dapat menyebabkan gatal pada kulit Memerlukan gas pelindung yang cukup mahal Berikut ini merupakan jenis polaritas yang biasa digunakan dalam mengelas beberapa jenis logam. Tabel 2.3 Pemakaian Jenis Polaritas Dalam Pengelasan Beberapa Macam Logam Logam Listrik AC Frekuensi tinggi Listrik DC Polaritas lurus Listrik DC polaritas balik Baja Terbatas Sesuai - Baja Tahan Karat Terbatas Sesuai - Besi Cor Terbatas Sesuai - Alumunium dan paduannya Sesuai - Dapat untuk plat tipis Magnesium dan paduannya Sesuai - Dapat untuk plat tipis Tembaga dan Terbatas Sesuai - paduannya Alumunium Brons Sesuai Terbatas - Sumber : Modul Pelatihan Las, hal. 12 Tabel berikut ini merupakan komposisi dari elektroda klasifikasi AWS. Komposisi Kimia dan Identitas Elektoda Tungsten Klasifikasi Tungsten % Thoria % Zirkonia % Unsur lain Warna AWS Min % EWP 99, ,5 Hijau EWTh-1 98,5 0,8-1,2-0,5 Kuning EWTh-2 97,5 1,7-2,2-0,5 Merah EWTh-3 98,95 0,13-0,55-0,5 Biru EWZm 99,2-0,15-0,40 0,5 Coklat Sumber : Modul Pelatihan Las, hal. 8 II- 10

11 2.8 Dasar Perhitungan Penekukan Plat Perhitungan penekukan plat diperlukan untuk menentukan luas bentangan plat yang diperlukan untuk membentuk suatu benda kerja mengenai penekukan seperti pada gambar di bawah. Gambar 2.5 Perhitungan Penekukan s S = Panjang benda kerja = Sudut benda kerja T = Tebal plat a. Radius penekukkan R > d n sudut pene u n α = 90 A = (R + x).. (1) b. Radius penekukkan R > d n sudut pene u n α > 90 atau α < 90 A = (R + x).. (2) Dengan nilai x: Jika R < 2T... x = 0,33T Jika R = 2T 4T.. x = 0,4T Jika R > T... x = 0,5 Untuk radius penekukan R = 0 dan sudut penekukan α < 90 atau α > 90 A =. (3) II- 11

12 Dengan nilai N: Jika T < 1,5. N = 0,4T Jika T = 1,5 3. N = 0,45T Jika T > 3. N = 0,5T II- 12