PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MIXER KAPASITAS 6,9 LITER PUTARAN 280 rpm

Transkripsi

1 PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MIXER KAPASITAS 6,9 LITER PUTARAN 280 rpm SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik SIWAN EDIAMANTA PERANGIN-ANGIN NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2

3

4

5

6

7

8 KATA PENGANTAR Segala 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 yang merupakan salah satu syarat untuk dapat lulus menjadi Sarjana Teknik di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik,. Adapun judul Tugas Sarjana yang dipilih, diambil dari mata kuliah Elemen Mesin, yaitu PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MIXER KAPASITAS 6,9 LITER PUTARAN 280 rpm. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Kedua orang tua tercinta, ayahanda Idiaman Perangin-angin dan ibunda Seriulina.br Sembiring dan segenap keluarga terima kasih atas doa serta dukungannya kepada penulis. 2. Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc selaku dosen pembimbing Tugas Sarjana yang telah meluangkan waktunya, membimbing dan memotivasi penulis untuk menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir.Syahrul Abda, Msc selaku Ketua Dan Kordinator Mahasiswa Ekstensi departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik. 4. Seluruh Staf, Dosen dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik Mesin. 5. Mahasiswa Departemen Teknik Mesin khususnya rekan-rekan sesama stambuk 2010 jalur Ekstensi, (Willy Ahter Sirait dan Andri Parulian Siregar) 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.

9 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, Oktober 2013 Penulis, Siwan Ediamanta P NIM

10 ABSTRAK Pengadukan (mixing) merupakan suatu aktivitas operasi pencampuran dua atau lebih zat agar diperoleh hasil campuran yang homogen. Pada media fase cair, pengadukan ditujukan untuk memperoleh keadaan yang turbulen (bergolak). Perancangan Mesin mixer dengan menggunakan eleman pemanas ditujukan untuk pengadukan jenis bahan Thernoplastik antara campuran LDPE dan Remafin Blue. Pererencanan Mixer ini meliputi perencanaan motor penggerak, perencaan sabuk, roda gigi, elemen pengaduk, elemen pemanas, sistem inlusin pada bejana aduk dan kelistrikan. daya pengaduk ¼ Hp putaran 2800 rpm dan perbandingan transmisi roda gigi 1;10 menjadikan putaran maksimal 280 rpm. Elemen pemanas yang dipakai jenis stripe Heater dengan daya 2400 watt menghasilkan temperatur maksimal 300 o C. LDPE adalah sejenis bahan thermoplast dengan suhu didih sekitar o C. bahan ini akan diaduk/ dicampurkan dengan remafin blue sebagai pewarna bahan plastik. Pengadukan dilakukan ketika bahan telah dicairakan terlebih dahulu. Dengan kapasitas dari mixer 6,9 liter. Keyword ; Mixer, Komponen-komponen Mixer, Stipe Heater

11 ABSTRAC Stirring ( mixing ) is an operating activity mixing two or more substances in order to obtain a homogeneous mixture results. In the liquid phase medium, stirring aimed to obtain the turbulent state ( turbulent ). Mechanical design using a mixer with heating elements relevant to the type of materials aimed at stirring the mixture of LDPE and Thernoplastik Remafin Blue. Pererencanan This mixer includes motor planning, planning belts, gears, element stirrer, a heating element, the system inlusin the stirring vessel and electricity. power stirrer ¼ Hp 2800 rpm rotation and gear transmission ratio 1 ; rpm to make maximum rotation. Type of heating element used stripe Heater with 2400 watts of power generating maximum temperature 300o C. LDPE is a kind of material THERMOPLAST the boiling temperature around o C. This material will be stirred / mixed with a blue dye remafin plastic material. Stirring is carried out when the material has dicairakan first. With a capacity of 6.9 liter mixer. Keyword ; Mixer, Mixer components, Stipe Heater

12 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i DAFTAR ISI... iii DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR NOTASI... x BAB I PENDAHULUAN Latar belakang Tujuan penelitian Batasan masalah Sistematika penelitian... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pengertian pencampuran Alat Pencampur Bahan Cair/liquid Alat Pencampur Bahan Padat Alat Pencampur Bahan Pasta/Viscous Jenis-jenis peralatan pencampur Pengaduk Jenis-jenis pengaduk Kecepatan Pengaduk Kecepatan putaran rendah Kecepatan putaran sedang Kecepatan putaran tinggi Jumlah Pengaduk Pemilihan Jenis Pengaduk Elemen Pemanas jenis utama pada elemen pemanas listrik jenis-jenis elemen pemanas Perpindahan Panas konduksi konveksi... 31

13 BAB III PERHITUNGAN KOMPONEN-KOMPONEN Objek metode perancanganan lokasi dan waktu perancangan lokasi perancangan waktu perancangan sumber data data primer data sekunder data yang diambil perancangan mesin mixer merencanakan daya motor penggerak merencanakan ukuran pasak dan alur pasak merencanakan sabuk penggerak roda gigi merencanakan bantalan pada roda gigi menentukan putaran pengaduk poros pengaduk menetukan kapasitas pengaduk termostat rockwool plat aluminium termometer speed control rangka mesin mixer mesin mixer dengan pemanas BAB IV ANALIS DATA DAN PEBAHASAN elemen pemanas mixer perencanaan elemen pemanas pemilihan jenis elemen pemanas Analisa Perencanaan Elemen Pemana kelistrikan untuk elemen pemanas dengan thermostat... 88

14 4.3.1 rangkaian listrik insuline material pada elemen pemanas menghitung laju perpindahan panas pada bejana aduk Uji Prototype Mesin Mixer Bahan Pengujian Proses Melakukan Pengujian Pengujian Hasil Dari Pengujian 106 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran Daftar Pustaka... Lampiran..

15 DAFTAR TABEL Halaman 1. Tabel 2.1 Kondisi Untuk Pemilihan Pengaduk Tabel 2.2 Daerah Kerja Pengaduk Berdasarkan Viskositas Cairan Tabel 3.1 Faktor-faktor Daya Yang Ditransmisikan Table 4.1 Thermal Conductivities Of Materialsvary With Temperature Table 4.2 The Thermal Conductivities Of Somematerials At Room Temperaturtur Table 4.3 Parameter Dari LDPE Table 4.4 Spesification of Refalin Table 4.5 Perbandingan Campuran Material

16 DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Gambar 2.1 Aliran Yang Terjadi Dalam Bahan Gambar 2.2 Planetary Mixer Gambar 2.3 Ribbon Blender Gambar 2.4 Double Cone Mixer Gambar 2.5 Vertical Double Rotary Mixer Gambar 2.6 Alexanderwerk Gambar 2.7 Pengaduk Jenis Baling-Baling Gambar 2.8 Pengaduk Jenis Dayung Gambar 2.9 Pengaduk Turbin Pada Bagian Variasi Gambar 2.10 Pengaduk Turbin Baling-Baling Gambar 2.11 Pengaduk Jenis Helical Dan Semi Spiral Gambar 2.12 Pola Aliran Yang Dihasilkan Oleh Jenis-Jens Pengaduk Gambar 2.13 Elemen Pemanas Gambar 2.14 Coil Heater Gambar 2.15 Turbular Heater Gambar 2.16 Bagian-Bagian Koil Pemanas Gambar 2.17 Firined Heater Gambar 2.18 Catridge Heater Band Gambar 2.19 Hubungan Antara Daya, Tegangan Dan Resistansi Gambar 3.1 Bagian Proses Penulisan Skripsi... 36

17 21. Gambar 3.2 Motor Listrik Gambar 3.3 Gaya Geser Pada Pasak Gambar 3.4 Permukaan Sabuk V Gambar 3.5 Perhitungan Panjang Keliling Sabuk Gambar 3.6 Perancangan Poros Roda Gigi Gambar 3.7 Nama-Nama Bagian Roda Gigi Gambar 3.8 Batang Gigi Dasar Gambar 3.9 Gigi Dipandang Sebagi Balok Kantiliver Gambar 3.10 Perbandingan Kontak Gambar 3.11 Gambar 3 Dimensi Roda Gigi Gambar 3.12 Kontruksi Bantalan Gelinding Gambar 3.13 Ukuran Blade Pengaduk Gambar 3.14 Pengaduk Mesin Mixer Gambar 3.15 Kapasitas Bejana Aduk Gambar 3.16 Thermostat Gambar 3.17 Rockwool Gambar 3.18 Plat Allumenium Gambar 3.19 Thermometer Gambar 3.20 Speed Control Gambar 3.21 Kontruksi Besi Siku Gambar 3.22 Mixer Dengan Elemen Pemanas Gambar 4.1 Wadah/Bejana Aduk Untuk Mixer Gambar 4.2 Elemen Pemanas Jenis Stripe Heater Gambar 4.3 Keterpasangan Elemen Pemanas Dengan Bejana Aduk... 84

18 45. Gambar 4.4 Permukaan Elemen Pemanas Gambar 4.5 Biji Plastic LDPE Gambar 4.6 Rangkaian Listrik Elemen Pemanas Gambar 4.7 Rockwool Gambar 4.8 Analisa Laju Perpindahan Panas Gambar 4.9 Biji plastik LDPE (Low Density Polyethylene) Gambar 4.10 Refalin - Blue Gambar 4.11 LDPE (Low Density Polyethylene) Gambar 4.12 Refalin Blue Gambar 4.13 Proses Pesiapan Alat Pengujian Gambar 4.14 Pencapain Suhu110 0 C Gambar 4.15 Proses Perubahan Fasa Gambar 4.16 Proses Pengadukan Gambar 4.17 Pengeluaran Hasil Gambar 4.18 Material sebelum pengadukan Gambar 4.19 hasil pengujian pertama Gambar 4.20 Hasil Pengujian Kedua

19 DAFTAR NOTASI = Laju perpindahan panas (W) k = Konduktivitas Termal ( W / (m.k)) A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m 2 ) T 2 T 1 L R = Temperatur akhir ( C) = Temperatur awal ( C) = Tebal plat (m) = Resistansi thermal ( C/m) T s = Temperatur plat ( K ) T f = Temperatur fluida ( K ) N u R e = Bilangan Nusselt = Bilangan Reynold ρ = Massa jenis fluida (kg/m 3 ) U = Kecepatan aliran fluida (m/s) μ = Viskositas (Ns/m 2 ) Ra L = Bilangan Rayleigh β =1/ T r g = Percepatan gravitasi (9,81 m/s 2 ) T s T r α v P Fc P d n = Temperatur permukaan plat (K) = Temperatur referensi (K) = Difusivitas thermal = Viskositas kinematik = Daya nominal motor sebesar = Faktor koreksi daya = Daya perencanaan = Putaran normal = Faktor koreksi yang dipilih adalah 3 = Faktor koreksi yang dipilih adalah 2,3 = Momen puntir d s τ a = Diameter poros motor = Tegangan geser yang diijinkan

20 = Kekuatan tarik bahan poros = Faktor keamanan yang diambil (6) = Faktor keamanan yang diambil (3) b t τ l d 1 d 2 ɑ H m Z t e = Lebar pasak = Tinggi pasak = Tegangan geser = Panjang pasak = Diamter lingkar jarak roda gigi penggerak (mm) = Diamter lingkar jarak roda gigi penerus (mm) = Jarak sumbu poros (mm) = Kedalaman puncak = Modul = Kelonggaran puncak = Panjang lintasan kontak = Jarak bagi normal = Perbandingan kontak v = Kecepatan keliling F t F r = Gaya tangensial = Beban radial F a = Beban aksial = 0 x = Faktor beban radial = 1 y = Faktor beban aksial = 0 v = Pembebanan pada cincin dalam yang berputar = 1 f n f h C L n = Faktor keamanan = Faktor umur = Kapasitas nominal dinamis = Umur nominal bantalan a 1 = Faktor keandalan 95%, = 0,62 (tabel 4.10 Lit 1 hal 137) a 2 a 3 L b D rg = Faktor bahan = 1 (baja dicairkan secara terbuka) = Faktor kerja = 1 (kondisi kerja normal) = Umur bantalan = diameter roda gigi

21 z 1 z 2 n 1 n 2 = Jumlah gigi Penggerak = Jumlah gigi yang digerakkan = Putaran Penggerak (rpm) = Putaran yang direncanakan (rpm) = koefisien perpindahan panas dari atau ke bejana berjaket = diameter bejana k L B N = konduktivitas termal fluida cair = panjang dayung (paddle) = jarak antara dayung dengan dasar bejana = kecepatan agitator = massa jenis fluida = viskositas fluida C = kapasitas panas = viskositas fluida pada jarak temperatur dinding