ANALISA KEBUTUHAN UAP PADA MESIN AUTOCLAVE HOSE RADIATOR DI PT IRC INOAC INDONESIA

TUGAS AKHIR

ANALISA KEBUTUHAN UAP PADA MESIN AUTOCLAVE HOSE RADIATOR DI PT IRC INOAC INDONESIA Ditulis dan diajukan sebagai salah satu syarat Kelulusan untuk mencapai gelar

Sarjana Strata-1 ( S1 )

Disusun Oleh:

MUH ROKHIM 4130411-038

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA

JAKARTA 2007

ii JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNOLOGI INDUSTRI UNIVERSITAS MERCU BUANA

LEMBAR PENGESAHAN

Jakarta, Februari 2007

Mengetahui

Ir. Rully Nutranta, M. Eng Dr. Mardani Ali Sera Ketua Jurusan Teknik Mesin Pembimbing Tugas Akhir

iii

LEMBAR PERNYATAAN

Saya yang bertanda tangan di bawah ini :

Nama : Muh Rokhim

N I M : 4130411 – 038

Jurusan : Teknik Mesin

Fakultas : Teknologi Industri

Judul Tugas Akhir : Analisa Kebutuhan Uap pada Mesin Autoclave Hose Radiator di PT IRC INOAC INDONESIA

Dengan ini menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir ini ini adalah hasil karya saya sendiri, bukan salinan atau duplikat dari karya orang lain. Kecuali pada bagian yang telah disebutkan sumber dan referensinya.

Jakarta, Februari 2007 Penulis

Muh Rokhim

iv ABSTRAK

Proses pembuatan hose radiator melalui tahapan Extruder, Braiding, Covering, Oven, Cutting dan Finishing. Material produk yang diproses adalah rubber dengan ρ = 1506 kg/m³.

Pada tugas akhir ini akan dibahas masalah analisa kebutuhan uap panas pada proses oven. Proses ini dilakukan dalam mesin Autoclave yang termasuk dalam kategori mesin oven basah.

Hasil analisa didapat dari perhitungan beban kalor produk, beban kalor mandrel, beban kalor truck,beban kalor mesin sehingga didapat kebutuhan uap panas atau steam total dalam satu kali masak sebesar 15,82 kg/s atau 56952 kg/h.

v MOTTO

” Segala Sesuatu yang menimpa kita adalah sebuah pengalaman yang berharga.

Maka mari kita belajar dari pengalaman tersebut menuju kebaikan di dunia dan di Akhirat nanti ”.

vi

PERSEMBAHAN

Tugas Akhir ini saya persembahkan kepada :

™ Allah SWT, yang telah memberikan nikmat sehat dan iman sehingga Tugas akhir ini bisa terselesaikan.

™ Kedua Orang tua tercinta yang selalu memberikan doa dan semangat.

™ Bapak dan Ibu Dosen jurusan teknik Mesin Universitas Mercu Buana.

™ Reny Handayani yang telah memberi semangat dan dorongan untuk terus berkarya.

™ Almamater tercinta.

™ Para sahabat dan orang – orang tercinta yang telah mengisi hidupku

™ Para pembaca dan semua pihak yang berkepentingan dengan Karya ini.

vii

KATA PENGANTAR

Puji syukur saya panjatkan ke hadirat Allah SWT, atas segala rahmat dan hidayah-Nya sehingga Tugas akhir ini dapat terselesaikan.

Tugas akhir ini diberi judul ” Analisa Kebutuhan uap pada mesin Autoclave hose radiator di PT IRC Inoac Indonesia ”. Nantinya dimaksudkan untuk menghasilkan suatu output yang bisa dimanfaatkan oleh semua pihak yang terkait dan sebagai bahan acuan untuk analisa yang lain.

Pada kesempatan ini saya ingin mengucapkan terima kasih dan penghargaan atas segala bantuannya kepada :

™ Bapak Dr. Ir. H. Suharyadi, MS selaku Rektor Universitas Mercu Buana

™ Bapak Ir. Rully Nutranta, M.Eng selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

™ Bapak Dr. Mardani Ali Sera selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir ini

™ Semua Bapa Dan Ibu Dosen Jurusan teknik Mesin Universitas Mercu Buana

™ Semua Staff dan Karyawan Universitas Mercu Buana

™ PT IRC INOAC Indonesia yang telah memberikan segala kemudahan bagi terselesainya Tugas Akhir ini.

™ Orang Tua tercinta dan semua pihak yang telah membantu dalam penyelesaian Tugas akhir ini.

viii

Saya menyadari bahwa penulisan Tugas akhir ini masih banyak kekurangan dan kesalahan, oleh karenanya kami mengharapkan saran dan kritik demi perbaikan di masa yang akan datang.

Besar harapan saya semoga Tugas Akhir ini bisa bermanfaat bagi kita semua dan atas segala bantuan saya ucapkan bayak terima kasih.

Jakarta, Februari 2007

Penulis

ix

DAFTAR ISI

Halaman Judul ... i

Halaman Pengesahan ... ii

Halaman Pernyataan... iii

Halaman Abstrak... iv

Halaman Motto... v

Halaman Persembahan... vi

Kata Pengantar... vii

Daftar Isi... ix

Daftar Gambar... xii

Daftar Simbol... xiii

Daftar Lampiran... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah... 1

1.2 Alasan Pemilihan Judul... 2

1.3 Penjelasan Judul... 3

1.4 Tujuan dan manfaat Penulisan... 4

x

1.5 Rumusan dan batasan masalah... 4

1.6 Metodologi Penulisan... 5

1.7 Sistematika Penulisan... 6

BAB II LANDASAN TEORI ... 8

2.1 Perpindahan Panas... 9

2.1.1 Perpindahan kalor Induksi... 10

2.1.2 Perpindahan Kalor konveksi... 11

2.2 Kuantitas kalor... 15

2.3 Kuantitas Steam... 16

2.4 Valve... 17

2.4.1 Ball valve/Gate Valve... 17

2.4.2 Steam Trap... 17

2.4.3 Check Valve... 18

2.4.4 Control valve... 19

2.4.5 Strainer... 19

2.4.6 Pressure Gauge... 20

BAB III MESIN OVEN BASAH ( AUTOCLAVE )... 21

3.1 Gambaran Umum... 21

3.2 Proses Kerja Mesin... 22

3.3 Bagian – bagian Autoclave dan fungsinya... 23

3.3.1 Instalasi Perpipaan... 23

3.3.1.1 Proses Vent... 25

3.3.1.2 Proses Steam In... 25

xi

3.3.1.3 Proses Seal In... 26

3.3.1.4 Proses Drain... 27

3.3.1.5 Proses Seal out... 28

3.3.2 Retort... 28

3.3.3 Truck Up-Down... 30

3.3.4 Lorry Mandrel A dan B... 30

3.4 Macam – macam Pattern ... 31

3.4.1 Pattern 1... 31

3.4.2 Pattern 2... 32

BAB IV ANALISA KEBUTUHAN STEAM... 33

4.1 Perhitungan Beban kalor Autoclave ( oven )... 33

4.2 Perhitungan Beban kalor Produk... 38

4.3 Perhitungan Beban Kalor Mandrel... 39

4.4 Perhitungan beban kalor Truck... 40

4.5 Perhitungan kebutuhan Steam Total... 42

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 44

5.1 Kesimpulan... 44

5.1.1 Spesifikasi Autoclave... 44

5.1.2 Spesifikasi Lorry masak... 45

5.1.3 Spesifikasi Produk... 45

5.1.4 Proses Kerja Instalasi perpipaan... 45

5.1.5 Besar Kebutuhan Steam... 46

5.2 Saran – saran... 46

xii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Perpindahan Panas Konduksi... 9

Gambar 2.2 Perpindahan panas gabungan Konduksi dan Konveksi... 13

Gambar 2.3 Steam trap... 18

Gambar 2.4 Check Valve... 18

Gambar 2.5 Control Valve... 19

Gambar 2.6 Strainer... 20

Gambar 3.1 Mesin Autoclave... 21

Gambar 3.2 Set Valve... 24

Gambar 3.3 Proses Vent... 25

Gambar 3.4 Proses Steam In... 26

Gambar 3.5 Proses Seal In... 27

Gambar 3.6 Proses drain... 27

Gambar 3.7 Proses Seal Out... 28

Gambar 3.8 Retort... 29

Gambar 3.9 Pattern 1... 31

Gambar 3.10 Pattern 2... 32

Gambar 4.1 Perpindahan panas pada dinding... 34

xiii

DAFTAR SIMBOL

A = Luas penampang perpindahan panas ( m² ) Cp = Panas spesifik pada tekanan konstan ( J/kg.K )

Δh = Penurunan enthalpi spesifik ( J / kg ) h_c = Koefisien konveksi ( W/m²K ) hfg = Nilai enthalpi spesifik ( J / kg )

k = Konduktivitas thermal material (W / m.K ) m& = Laju aliran massa ( kg/s )

q = Beban kalor yang diserap ( J/s ) t = Waktu yang diperlukan ( s )

Δ = Penurunan temperatur ( K ) T tf = temperatur fluida ( K ) t_s = Temperatur Permukaan ( K ) T1 = Temperatur permukaan 1 ( K ) T2 = Temperatur permukaan 2 ( K ) X12 = Tebal material ( m )

xiv

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Proses Perpindahan panas secara Konveksi Lampiran 2 Tabel nilai koefisien Konveksi

Lampiran 3 Tabel thermal konduktivitas material Lampiran 4 Tabel Sifat material pada suhu tertentu Lampiran 5 Tabel sifat material pada suhu tertentu

Lampiran 6 tabel Thermal kondutivity ,density, Heat capacity dari metal Lampiran 7 Grafik thermal Konduktivitas Glasswool

Lampiran 8 Tabel sifat-sifat udara pada tekanan atmosfer Lampiran 9 Tabel Specific heat of materials

Lampiran 10 Tabel Specific heat of materials Lampiran 11 Tabel Specific heat of materials Lampiran 12 Tabel steam

Lampiran 13 Rumus kuantitas steam Lampiran 14 Interpolasi

Lampiran 15 Konstanta persamaan untuk permukaan isothermal

xv

DAFTAR PUSTAKA

1. Holmann, J.P. Perpindahan Kalor, Edisi ke-6. Erlangga.Jakarta. 1988

2. Incropera Frank.P, Dewitt, David.P. Third Edition. Fundamental of heat and mass transfer. John Wiley & Sons publishing. New York

3. Geankopolis, Christie J. Second Edition. Transport process and Unit Operation. Allyn and Bacon, Inc. Amerika. 1983

4. Bueche. J Frederick, Edisi ke-8. Fisika. Erlangga. Jakarta. 1996

5. Frank, Keith. Edisi Ke-3. Prinsip-prinsip Perpindahan panas. Erlangga.

Jakarta. 1986

6. Http: www.efunda.com. Steam engineering principals and heat trasnfer.2006

xvi

xvii

xviii

xix

xx

xxi

xxii

xxiii

xxiv

xxv

xxvi

xxvii

xxviii

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang Masalah

Seiring dengan semakin cepatnya perkembangan teknologi dan ilmu pengetahuan di berbagai bidang, manusia akan selalu terdorong untuk melakukan pengembangan – pengembangan baru untuk selalu terdepan dalam teknologi demi tercukupi kebutuhan – kebutuhan hidupnya. Demikian juga dalam bidang industri, kebutuhan akan teknologi baru cenderung sangat diperlukan demi tercapainya produktivitas kerja yang tinggi.

Dalam contoh kasus perusahaan yang bergerak dalam bidang industri spare parts auotomotive terutama produk – produk dari karet, kecenderungan pemakaian teknologi baru hampir pasti sangat diperlukan di sini. Contoh teknologi yang dipakai adalah mesin oven untuk radiator hose. Tentunya kita tahu semua radiator hose merupakan spare parts inti dari mesin – mesin automotive yang mana kualitas produk tersebut benar – benar harus terjamin.

Dalam Penggunaan mesin oven ini tentunya telah mengalami berbagai perubahan – perubahan baik dari prinsip kerjanya maupun komponen – komponen pendukungnya. Tapi ada satu hal yang harus diperhatikan dalam penggunaan mesin ini yaitu mengenai suplai steam. Steam merupakan Bahan bakar utama

2

mesin ini dimana digunakan untuk memasak radiator hose tersebut. Dalam perkembangannya mesin oven di bagi dalam dua macam yaitu:

1. Mesin Oven Basah

Dimana prinsip kerjanya, steam disemprotkan langsung kedalam oven tempat produk radiator hose dimasak.

2. Mesin Oven Kering

Dimana prinsip kerjanya, Steam dialirkan melalui pipa – pipa dari dalam oven dan dialirkan secara terus menerus sampai waktu yang ditentukan untuk memasak produk radiator hose jadi tidak ada kontak langsung steam dengan produknya.

Namun dalam perkembangannnya mesin oven basah lebih sering dipakai karena lebih efektif. Tentunya satu hal yang harus diperhatikan adalah steam.

Nantinya penulis akan menganalisa kebutuhan steam dalam satu kali masak dan dibandingkan dengan kebtuhan steam dalam satu hari, seminggu, dan sebulan.

Diharapkan dengan analisa ini akan didapatkan kesimpulan pemakaian steam untuk satu oven dan sebagai perbandingan dengan oven – oven yang lain.

Tentunya diharapkan dapat diketahui kapasitas boiler yang akan dipakai oleh mesin – mesin oven tersebut.

1.2. Alasan Pemilihan Judul

Sebagai produk utama dari PT IRC INOAC INDONESIA, produksi radiator hose sangat mendapat prioritas utama dalam ketersediaannya karena memakai sistem kanban dalam proses produksinya. Sehingga kesiapan mesin maupun

3

material pendukung sangat diperhatikan, sebagai contoh pada mesin oven dimana harus selalu siap operasi. Melihat hal itu bahwa sumber utama dari mesin oven ini adalah steam maka besar kebutuhan steam harus selalu terpantau. Saat kebutuhan steam dari oven terpantau, maka akan dapat diketahui kapasitas dari boiler yang harus dipakai karena steam dihasilkan oleh boiler.

Meninjau dan menimbang hal – hal diatas maka penulis akan mencoba menganalisa besar kebutuhan steam dari mesin tersebut sehinggga bisa dijadikan acuan untuk menghitung kebutuhan steam oven yang lain yang memiliki beda – beda kapasitas produksi.

1.3. Penjelasan Judul

Dalam hal ini akan dijelaskan mengenai judul penulisan skripsi ini yaitu:

• Analisa : Mengecek, menghitung, dan memastikan dengan berbagai data dan fakta.

• Kebutuhan uap : Jumlah atau besar dari steam ( uap panas )

• Mesin Autoclave : Alat / Mesin yang digunakan manusia memanaskan, memanggang sesuatu

• IRC INOAC INDONESIA : Perusahaan yang bergerak dalam industri spare parts automotive

4

Jadi judul skripsi di atas berarti “ menghitung jumlah dari kebutuhan uap panas yang dibutuhkan oleh mesin pemanggang yang berada di perusahaan PT IRC INOAC INDONESIA”.

1.4. Tujuan dan Manfaat Penulisan

Tujuan dari penulisan ini selain umtuk memenuhi persyaratan kurikulum sarjana strata satu ( S1 ), adalah untuk menganalisa kebutuihan steam dari mesin oven tersebut dan nantinya bisa sebagai data penentuan kapasitas boiler yang akan dipakai. Manfaat dari penulisan ini selain sebagai upaya mengaplikasikan ilmu yang telah didapat di bangku perkuliahan juga diharapkan dapat dijadikan bahan referensi dalam perancangan sebuah mesin oven dan referensi juga buat para akademisi dalam mempelajari mesin oven. Dan dalam hal ini Mesin Oven ini termasuk dalam kategori Autoclave.

1.5 Rumusan dan Batasan Masalah

Dalam penulisan tugas akhir ini dirumuskan pada analisa kebutuhan steam dengan dibatasi pada beberapa hal yaitu:

1. Waktu satu kali masak adalah 35 menit

2. Ukuran oven : Diameter dalam 1500 mm, panjang 4000 mm, tebal dinding 15 mm Material SS 400, insulation

Glasswool tebal 50 mm.

5

3. Sumber tenaga : Steam

Tekanan steam : 5 bar sampai 6 bar Suhu steam : (159 – 165)⁰ C.

Produk yang dimasak : Radiator hose dari karet ( rubber ) ρ = 1506 kg / m³

k

= 0.14 W. m^-1.K^-1 Σ produk yang dimasak = 110 kg

4. Adapun mengenai Heat loss karena Instalasi perpipaan pada Mesin Oven ( Autoclave ) tidak diperhitungkan atau kita anggap 0 ( Nol ).

1.6. Metodologi Penulisan

Dalam penulisan tugas akhir ini, penulis melakukan study comprehensive terhadap data – data aktual yang ada, melakukan perhitungan - perhitungan teknis yang ada, kemudian menganalisanya dengan merujuk pada teori dan standarisasi yang ada untuk kemudian didapat kesimpulan yang benar.

Secara garis besarnya, langkah – langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut:

• Pengumpulan data

• Analisa data

6

• Mempelajari cara operasi dari mesin oven autoclave

• Studi literatur

• Melakukan perhitungan beban kalor yang terjadi dan kebutuhan steam

• Penarikan kesimpulan

1.7. Sistematika Penulisan

Penulisan tugas akhir ini dibagi dalam lima bab yang masing – masing dibagi dalam beberapa sub bab, dengan sistematika pembahasan sebagai berikut:

• BAB I PENDAHULUAN

Meliputi latar belakang permasalahan, tujuan dan manfaat penulisan, rumusan dan batasan permasalahan, serta sistematika pembahasan.

• BAB II LANDASAN TEORI

Membahas secara singkat mengenai bagian – bagian dan cara kerja dari oven autoclave ini secara umum dan ilustrasi mengenai bagian – bagian secara keseluruhan. Dalam bab ini di bahas pula mengenai teori – teori dasar yang digunakan dalam perhitungan kebutuhan steam pada oven.

• BAB III SISTEM KERJA MESIN OVEN

Dalam bab ini dibahas mengenai bagian – bagian dari mesin oven dan bagaimana sistem kerjanya. Dibab ini akan dibahas juga mengenai patern yang ada pada mesin.

7

• BAB IV ANALISA KEBUTUHAN STEAM PADA OVEN

Dalam bab ini akan dibahas mengenai hasil perhitungan kebutuhan kalor yang terjadi dengan kebutuhan steam dalam satu kali masak.

• BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Membahas tentang kesimpulan dan saran – saran yang berhubungan dengan materi penulisan.

8

BAB II

LANDASAN TEORI

Sebelum memasuki bab analisa, di sini akan terlebih dahulu kami paparkan beberapa teori – teori dasar yang berhubungan dengan analisa mesin oven ini. Teori – teori ini dimaksudkan agar pembaca dapat lebih memahami tentang analisa kebutuhan steam pada mesin oven.

Adapun teori yang akan dipaparkan diambil dari beberapa mata kuliah yang mendasarinya. Mata kuliah tersebut antara lain:

Perpindahan Panas

Perpindahan panas atau kalor adalah perpindahan energi yang disebabkan karena adanya perbedaan temperatur.

Konduksi, Konveksi, dan Radiasi merupakan mekanisme perpindahan panas .Ketiga perpindahan panas tersebut kadang – kadang berlangsung bersamaan, tetapi sering kita mengabaikan salah satu dalam perbandinagn dengan yang lain, sebagai contoh:

• Perpindahan kalor dalam padatan adalah konduksi saja

• Konduksi diabaikan di dalam gas dan sering diabaikan juga dalam fluida cair.

9

• Radiasi yang disebabkan oleh gelombang elektromagnetik sering tidak dihitung dibawah temperatur 500⁰ C.

2.1.1 Perpindahan Kalor Konduksi

Konduksi adalah perpindahan kalor melalui bahan padat atau fluida yang stasioner. Persamaan laju perpindahan kalor konduksi secara umum dinyatakan dalam bentuk persamaan berikut:

q = -kA dX

dT ...¹)

Tanda negative (-) disebabkan karena perpindahan kalor berlawanan dengan besar gradien temperatur.

Konduksi mantap ( steady ), melalui satu lapisan dinding dasar ( satu dimensi ).

Gb 2.1 Perpindahan panas konduksi

1) Frank P.I & P Dewitt, Third Edition, Fundamentals of heat and Mass Transfer , New York, Hal.45

T1

X2

X₁ X

T

10

q =-kA

1 2

1 2

X X

T T

−

− = kA

12 2 1

X T T −

Keterangan :

A = Luas perpindahan kalor ( m² ) T2 = Temperatur permukaan 1 ( K ) T1 = Temperatur permukaan 1 ( K ) X12 = Tebal material ( X2 – X1 ) ( m )

k = Daya hantar ( konduktivitas ) thermal ( W/mK )

Persamaan di atas dapat ditulis seperti pada persamaan arus listrik :

I = R

V , sehingga q =

k X

T T A

/ ) (

12 2 1−

Dari persamaan listrik ini X12 / k disebut dengan tahanan thermal dinding ( R ), sehingga persamaan bisa ditulis :

q = R

T T A( ¹− ²)

...² )

2) Bueche. J Frederick, Edisi kedelapan, Fisika, Erlangga, Jakarta, 1996, Hal 156

11

2.1.2 Perpindahan Kalor Konveksi

Konveksi adalah perpindahan kalor yang terjadi antara permukaan benda padat dengan fluida yang bergerak di mana diantara keduanya terdapat perbedaan

temperatur. Persamaan laju perpindahan kalor secara konveksi yang telah dianjurkan oleh Newton adalah sebagai berikut :

q = hc . A . ( tf – ts ) dengan catatan tf 〉 ts ...³ )

Dimana :

h_c : Koefisien Konveksi ( W / m² K ) tf : Temperatur fluida ( K )

t_s : Temperatur permukaan ( K ) A : Luas permukaan ( m² )

Untuk nilai h_o udara pada konveksi bebas ( Free Convection ) dapat dicari dari persamaan rumus pada free convection yang akan dijelaskan pada Bab IV.

Hal ini berdasarkan pada literatur yang didapat yaitu buku perpindahan kalor J.P Hofman terbitan Erlangga.

3) Frank PI Dewitt, Third Edition, Fundamentals of Heat and mass transfer, New york, Hal . 313& P

12

Table typical value of the convection heat transfer coefficient...⁴ )

Process h ( W / m² K )

Free Convection

Gases 2 – 25

Liquid 50 - 1000

Forced convection

Gases 25 - 250

Liquid 50 - 20000

Convection with phase change

Boiling or condensation 2500 - 100000

Sedangkan untuk h₁ akan mengikuti keadaan steady state pada perpindahan panas yang terjadi, di mana batas – batasnya adalah di dalam konveksi paksa ( forced convection : 25 – 250 W / m² K )

4) Frank PI & P Dewitt, Third Edition, Fundamentals of Heat and mass Transfer , New york, Hal. 9

13

G.b. 2.2 Perpindahan panas gabungan konduksi dan konveksi

A h

I

i.

A k

X

A.

12 A k

X

B.

23 A k

X

C.

34 A ho.

1

Maka besarnya laju perpindahan kalor :

T1 - To

q = = Rtot

ΔT

A hi.

1 + A k

X

A.

12 + A k

X

B.

23 + A k

X

C.

34 + A ho.

1

Ri RA RB RC Ro

x₄ x₃

x₂ x₁

T₄ T₁

To

A B C

h_i h_o

Ti

14

Karena analisa perpindahan panas yang terjadi diasumsikan steady state maka :

q_i = q_a = q_b = q_c = q_o = q ...⁵)

Sehingga :

qi = q = hi.A ( Tdalam – T1 ) → Tdalam – T1 = A q h1.

1

q_A= q =

A q k T X T T T X A

k

st

st . ( ^{1 2}) ^{1 2 12}.

12

=

−

→

−

q_B = q =

A q k T X T T T X A k

gw

Gw. ( 2 3) 2 3 ²³.

23

=

−

→

−

qC= q =

A q k T X T T T X A

k

Pt

Pt . ( ^{3 4}) ^{3 4 34}.

34

=

−

→

−

q_o = q =

A q T h

T T

T A h

o luar luar

o 1 .

) (

. ⁴− → ⁴− =

Dari kelima persamaan di atas akan didapat hasil persamaan sebagai berikut :

⎥⎦⎤

⎢⎣⎡ + + + +

=

−

o Pt Gw St i luar

dalam

h k X k X k X h A T q

T 1 1

. ^{12 23 34} ...⁶)

5) Ir. M.J. Djokosetyardjo, edisi II, ketel uap, Jakarta, P.T Pradnya Paramita, hal. 31

6) Ibid

15

Dimana :

q_i = Panas yang dirambatkan pada dinding lapisan bagian dalam

qA = Panas yang dirambatkan pada lapisan SS 400 q_B = Panas yang dirambatkan pada lapisan glasswool qC = Panas yang dirambatkan pada lapisan plat SS 400 q_o = Panas yang dirambakan pada lapisan bagian luar T = Temperatur ( K )

A = Luas penampang ( m² ) X = Tebal lapisan ( m )

h = Koefisien konveksi ( W / m²K ) k = Koefisien konduksi ( W / m²K ) Untuk q dinyatakan dalam

Js atau Watt

Kuantitas Kalor

Jika suatu benda dikenakan suatu proses pemanasan , maka benda tersebut akan menyerap panas tersebut. Besarnya kalor yang diserap dicari dengan dengan rummus :

q = m . Δh Δh = c_p . Δ T

16

q = m . cp . TΔ ...^.7)

dimana :

q = Beban kalor yang diserap

( )

^J_s ^{( Watt )}

m = Laju aliran massa ⎜⎝⎛ ⎟⎠⎞ s kg

Δ h = Penurunan entalpi spesifik ⎟

⎠⎞

⎜⎝

⎛ Jkg Δ T = Penurunan temperatur

( )

K

C_p = Panas spesifik pada tekanan konstan ⎟

⎠⎞

⎜⎝

⎛

K Jkg

.

2.3. Kuantitas Steam

Untuk menghitung besar dari kebutuhan steam dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut:

q =m_s.h_fg ...⁸) dimana :

q = Besar kalor yang diserap

( )

^J_s

m_s = Massa steam ⎟

⎠⎞

⎜⎝

⎛ s kg

7) Bueche. J Frederick, Edisi Kedelapan, Fisika, Erlangga, Jakarta, 1996, Hal 149

8) Lampiran, www.efunda.com

17

hfg = Nilai enthalpy spesifik ⎜⎝⎛ ⎟⎠⎞ Jkg

2.4 Valve

Dalam setiap instalasi perpipaan, valve digunakan untuk mengatur jalannya fluida yang mengalir. Ada beberapa jenis valve antara lain :

2.4.1 Ball valve / Gate valve

Ball valve biasa digunakan untuk mengatur masuk dan keluar dari fluida yang mengalir pada pipa. Jenis ini dijalankan dengan

memutar secara manual handle yang ada pada valve.

2.4.2 Steam trap

Valve ini dipakai untuk memisahkan steam dari steam yang terkondensasi, udara yang bercampur dengan steam, material gas yang tidak bisa terkondensasi seperti CO2.

18

2.4.3 Check valve

Valve ini digunakan untuk mengatur laju fluida sesuai arah yang diinginkan sehingga tidak terjadi laju fluida balik.

19

2.4.4 Control valve

Control valve digunakan untuk mengatur besar tekanan fluida yang masuk atau keluar.

2.4.5 Strainer

Valve ini digunakan untuk memisahkan fuida yang mengalir dari kotoran – kotoran yang terbawa.

20

2.4.6 Pressure gauge

Pressure gauge digunakan untuk mengetahui besar tekanan fluida yang mengalir dalam pipa.

21

BAB III

MESIN OVEN BASAH ( AUTOCLAVE )

3.1. Gambaran umum

Keterangan :

1. Oven ( Retort / Autoclave ) 2. Truck up - down

01

05

02

04

03

22

3. Truck mandrel A 4. Truck mandrel B 5. Instalasi perpipaan

3.2. Proses Kerja Mesin

Secara garis besar proses memasak dengan mesin oven ini dapat dijelaskan sebagai berikut :

1. Pintu oven yang digerakkan dengan sistem hidrolik dibuka.

2. Truck UP – DOWN dinaikkan.

3. Truck mandrel A yang sudah memuat produk dimasukkan ke dalam oven.

4. Truck UP – DOWN diturunkan selanjutnya pintu oven Ditutup.

5. Proses memasak ( ± 25 menit )

6. Proses masak selesai pintu oven dibuka selanjutnya TRUCK UP – DOWN dinaikkan.

7. Truck mandrel A dikeluarkan.

8. Truck mandrel B dimasukkan ke dalam Oven dan seterusnya.

9. Selama proses memasak operator melakukan bongkar pasang produk yang sudah masak dan yang akan di masak.

23

3.3. Bagian – bagian Autoclave dan Fungsinya

Sebagian besar bagian – bagian dari satu set mesin ini dibagi dalam 4 bagian, yaitu:

3.3.1. Instalasi Perpipaan

Bagian ini berfungsi untuk mengatur dan menyuplai steam dari main pipe atau dari sumber steam yaitu Boiler. Untuk mengetahui sistem kerja instalasi perpipaan yang ada di mesin oven basah ini dapat dilihat dalam gambar instalasi berikut :

24

25

Dalam instalasi di atas dibagi dalam 5 proses, yaitu : 3.3.1.1. Proses Vent

Proses ini berlangsung saat pertama kali yang fungsinya untuk membuang sisa Steam yang ada di oven ( retort / Autoclave ). Proses vent

berlangsung selama ± 90 detik. Gambar berikut adalah instalasi pipa pada proses Vent, yaitu:

3.3.1.2. Proses Steam in

Proses ini adalah proses memasak loading ± 19 menit. Berikut instalasinya :

Steam out

From Oven

26

PS P1

P1 P1

3.3.1.3.Proses Seal In

Proses ini berfungsi untuk memasukkan steam kedalam seal pintu yang berfungsi menekan seal pintu agar tidak terjadi kebocoran pada pintu.

Berikut gambar instalasinya:

To Oven Steam

in

Steam in

27

P1

3.3.1.4 Proses Drain

Proses drain adalah proses buang steam setelah proses masak selesai.

Proses ini berlangsung ± 4.5 menit. Berikut gambar instalasinya:

Steam in

To Oven

From Oven Steam

out

Steam out

28

3.3.1.5 Proses Seal out

Proses seal out berfungsi membuang steam yang menekan seal pintu agar pintu bisa dibuka. Proses ini berlangsung berbarengan dengan proses drain.

Berikut gambar instalasinya:

3.3.2. Retort

Retort adalah bagian utama dari Mesin Oven ini. Didalam bagian ini produk dimasak. Adapun spesifikasinya adalah:

- Panjang : 4000 mm - Diameter dalam : 1500 mm - Tebal dinding : 15 mm Steam

out

From Oven

29

- Isolasi dinding : Glasswool - Tebal Isolasi dinding : 50 mm - Material Isolasi : SS 400 - Material dinding : SS 400 Berikut gambar dari retort :

30

3.3.3. Truck Up – Down

Bagian ini berfungsi sebagai track untuk membawa lorry mandrel yang berisi produk. Truck ini bergerak naik – turun yang digerakkan dengan sistem hidrolik. Adapun spesifikasinya adalah:

Panjang : 4500 mm Lebar : 1200 mm Tinggi : 200 mm

Material : UNP 75, Plat 10mm

Silinder Hidrolik : Φ 80 Stroke 300 mm ( 2 Pcs )

3.3.4. Lorry Mandrel A dan B

Lorry ini berfungsi untuk memuat produk yang akan di masak. Lorry ini di masukkan ke dalam retort melalui truck up – down secara bergantian.

Adapun spesifikasinya adalah : Panjang : 3500 mm

Lebar : 1200 mm

Tinggi : 800 mm

Material : UNP 75, Preporate plat 10 mm, Siku Stainless

SUS 304.

Roda : Φ 120 mm ( 8 Pcs )

31

3.4. Macam – macam Pattern yang ada pada Mesin Autoclave

Pada mesin Autoclave ini pada dasarnya terbagi dalam dua patern yang dibedakan untuk kegunaan masing – masing. Patten – pattern ini didapat dari Standard Operation Procedure ( SOP ) yang ditetapkan di PT. IRC Inoac Indonesia. Adapun patern-patern tersebut adalah:

3.4.1. Pattern 1

Pattern ini disebut juga pattern pemanasan, di mana sesuai namanya digunakan untuk memanaskan Autoclave sebelum dimulai proses produksi. Pada Pattern ini Autoclave bekerja tanpa loading ( material produk ) dan berlangsung selama 15 menit. Dalam patern ini retort dan truck dipanaskan dengan tujuan menjaga suhu retort dan truck pada suhu 100⁰C sampai 110⁰C saat akan mulai memasak produk. Berikut gambar grafik hubungan antara suhu dan waktu pada Pattern 1.

0 2 4 6 8 10

0 5 10 15

w aktu ( m enit )

tekanan ( bar )

32

3.4.2. Pattern 2

Pada pattern inilah proses masak produk dilaksanakan dimana proses ini berlangsung selama 35 menit. Perbedaan mendasar pattern 1 dari pattern 2 selain waktu juga suhu mulai masak dimana suhu mulai masak tidak dari 0⁰ C tetapi dari suhu 100⁰C sehingga waktu masak jadi lebih efisien. Untuk melihat lebih jelas proses pada pattern 2 dapat dilihat pada grafik berikut:

0 2 4 6 8 10

0 5 10 15 20 25 30 35 40

Waktu ( menit )

Tekanan ( bar )

33

BAB IV

ANALISA KEBUTUHAN STEAM

Sesuai dengan batasan masalah di Bab Pendahuluan maka yang akan di analisa adalah kebutuhan steam Autoclave ( Oven ) dalam satu kali masak yang berlangsung selama 25 menit dengan tekanan 6 bar . Adapun hal – hal yang harus diperhitungkan dalam menganalisa kebutuhan steam tersebut adalah:

1. Perhitungan Beban Kalor Autoclave ( Oven ).

2. Perhitungan Beban Kalor Produk.

3. Perhitungan Beban Kalor Mandrel.

4. Perhitungan Beban Kalor Truck.

5. Perhitungan Kebutuhan Steam total

Selanjutnya akan dibahas hal – hal tersebut di atas dengan menggunakan dasar – dasar teori yang ada, yaitu:

4.1. Perhitungan Beban Kalor Autoclave ( Oven )

Untuk menghitung beban kalor yang dibutuhkan oleh Autoclave diperkirakan memerlukan waktu dari 0 – 30 menit. maka digunakan rumus gabungan konveksi dan konduksi, yaitu:

34

G.b. 4.1 Perpindahan panas pada dinding

A h

I

i.

A k

X

A.

12 A k

X

B.

23 A k

X

C.

34 A h^o.

1

Maka besarnya laju perpindahan kalor :

tot o

pt gw

ss i

o i

R T A h A k

X A k

X A k

X A h

T

q T Δ

= +

+ +

+

= −

. 1 . .

. .

1 ^{12 23 34}

Ri Rss Rgw Rpt Ro

160 ⁰C

159,6⁰C

35 ⁰C S

S 4 0 0 Glass

wool S

S 4 0

h_i 0 h_o

0,015 m 0,05 m 0,003 m

35

Karena perpindahan panas yang terjadi diasumsikan steady state, maka : qhi = qss = qgw = qpt = qho = q

Adapun data – data yang diperlukan antara lain:

k _glasswool = 0,050

W mK + ⎥⎦

⎢ ⎤

⎣

⎡

−

− 15 , 423 15 , 473

15 , 423 15 ,

433 x ( 0,062 – 0,050 )

WmK

= 0,0524

W mK

k plat = 45

WmK + ⎥⎦⎤

⎢⎣⎡

−

− 15 , 373 15 , 573

15 , 373 15 ,

433 x ( 43 – 45 )

W mK

= 44,4

W mK

k_ss400 = k_plat = 44,4

WmK

Untuk dinding Autoclave adalah silinder horisontal : Asumsi steady state,

Tebal SS 400 : 0,015 m Tebal glasswool : 0,05 m Tebal plat : 0,003 m

Luas permukaan dinding : ( 3,14 x 1,53 x 4 ) m² + 2 ( 0,785 x 1,53² ) m² : 19,2168 m² + 3,675 m²

: 22,8918 m ² Untuk mendapatkan nilai ho didapat dari:

Tf = 2

35 160+

= 97,5 ⁰C = 370,65 K

Sifat udara pada 370,65 K adalah: ...⁸)

8) Daftar Lampiran

36

β = 1 / 370,65 = 0,002698 K v = 22,88 x 10^-6 m²/s

k = 0,03152506 W / m ⁰C Pr = 0,694

GrPr = ₂

). 3

.(

. v

X T T

gβ ω− ∞

. Pr ... ⁹)

= _{6 2}

3

) 10 88 , 22 (

802 , 4 ) 15 , 308 15 , 433 ( 002698 ,

0 81 , 9

−

− x x

x x 0,694

= ₁₀

10 234944 ,

5

24177 , 254

x −

= 48,67 x 10¹⁰

Nu¹² = 0,6 +

( )

827 916

10

694 , 0

559 , 1 0

10 67 , 48 387 , 0

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛ ⎟

⎠

⎜ ⎞

⎝ +⎛

x x

= 0,6 +

2067 , 1

10 883529 ,

1 x ¹¹

Nu^1/2 = 15,6 x 10¹⁰ Nu = 2,4336 x 10²² Jadi, ho =

802 , 4

03152506 ,

0 10 4336 ,

2 x ²²x

= 1,598 x 10²⁰ Wm² / ⁰K karena kondisi steady state, maka:

9) Holman, JP , Perpindahan kalor, hal.307

37

q_hi = q_ss400 = q_gw = q_plat = q

sehingga q = q_hi T A R h

T

i tot

Δ Δ =

. .

T A h A h A k

X A k

X A k

X A h

T

i

plat gw

ss i

. . .

1 .

. .

. 1

0 34 23

400 12

=

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡ + + + +

Δ

T A h A h k

X k

X k

X h

T

i

plat gw

ss i

. . .1 1 1

0 34 23

400 12

=

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡ + + + +

Δ

T A h h k

X k

X k

X h

T A

i

plat gw

ss i

. . 1

1

.

0 34 23

400 12

=

⎥⎥

⎦

⎤

⎢⎢

⎣

⎡ + + + +

Δ

( )

[ ] ^{( )}

ⁱ

i

h h

. 75 , 432 15 , 433 10

. 598 , 1

1 4

, 44

003 , 0 0524 , 0

05 , 0 4 , 44

015 , 0 1

15 , 308 15 , 433

20

−

= +

+ +

+

−

i

i

h h x

4 , 0 ) 10 258 , 6 ( 0000676 ,

0 954198 ,

0 000338 ,

1 0

125

21

= +

+ +

+ ⁻

i

i

h h

4 , 0 9546036 ,

1 0

125 =

+

(

0,9546036

)

4 , 0 1 .

4 , 0 .

125 _i

i

i h

h h ⎟⎟+

⎠

⎜⎜ ⎞

⎝

= ⎛

) ( 38184144 ,

0 4 , 0

125= + h_i

38184144 ,

0

4 , 0 125−

i = h

38

K m h_i =326,3134562W 2

Jadi, Koefisien konveksi pada dinding bagian dalam hi = 326,31

K m

W 2 maka

perpindahan panas pada oven yang berbentuk silinder horisontal adalah:

T A h q_hi = _i. .Δ

[

^W _{m K}

] ^{[ ]}

^m

^{[ ]}

^K

q_hi =326,31 ₂ .22,8918 ² .433,15−432,75 W

q_hi =2987,929303

Jadi, perpindahan panas pada oven sebesar 2,99 kW

4.2. Perhitungan Beban Kalor Produk

Dalam hal ini produk yang dimasak adalah Radiator hose di mana material mentahnya adalah karet ( rubber ). Untuk menghitung beban kalor produk diperkirakan dimulai dari 0 – 30 menit sehingga di gunakan rumus sebagai

berikut :

t

T T Cp

Q_produk m^produk. .( ₂ − ₁)

=

Dimana :

Massa produk = 110 kg ( Rubber ) Cp = 2,01

K kJkg

. ...¹⁰)

10) Daftar lampiran

39

T₂ = Temperatur akhir produk ( 160 ⁰C ) T1 = Temperatur awal produk ( 35 ⁰C ) t = Waktu masak ( 30 menit )

Jadi, beban kalor untuk memasak produk karet tersebut adalah sebagai berikut :

s K K kJkg kgx

Q 1800

) 15 , 308 15 , 433 . ( 01 , 2

110 −

=

=

s kJ 1800

5 , 27637

= 15,3542 kJs

Dengan demikian kebutuhan kalor untuk memanaskan produk tersebut adalah sebesar 15,35 kW.

4.3. Perhitungan Beban Kalor Mandrel

Untuk mandrel yang digunakan dalam proses masak produk terbuat dari bahan Aluminium, sehingga untuk menghitung beban kalor yang terjadi dihitung dengan rumus:

t

T T Cp

Q_mandrel m^mandrel. .( ₂ − ₁)

=

dimana :

mmandrel = ρ x V x n

40

= 2707 kg/m³ x ( 3,14/4 x 0,05² m² x 0,25m ) x 120 = 2707 kg/m³ x 0,000490625 m³ x 120

= 159,375 kg Cp = 0,896

K kJkg

. ...^.11) T1 = 100 ⁰C ( 373,15 K )

T2 = 160⁰C ( 433,15 K ) t = 30 menit ( 1800 s )

Jadi, beban untuk pemanasan mandrel adalah:

s

K K

Kx kJkg kgx

Q_mandrel

1800

) 15 , 373 15

, 433 . (

896 , 0 375 ,

159 −

=

=

s kJ 1800 8568

= 4,76 kJ s

Jadi , besar energi yang dibutuhkan untuk memanaskan mandrel adalah sebesar 4,76 kW.

4.4. Perhitungan Beban Kalor Truck

Seperti telah dijelaskan dalam bab sebelumnya bahwa truck berfungsi untuk mengangkut produk yang akan dimasak. Dalam hal ini truck dipakai sebagai

11) Daftar Lampiran

41

tempat dudukan mandrel dan produk. Untuk truck ini material yang akan digunakan adalah SS 400, sehingga untuk menghitung beban kalor akibat pamanasan pada truck digunakan rumus:

t T T Cp

Q_truck m^truck. .( ₂ − ₁)

=

dimana :

mtruck = 625 kg Cp = 0,473

K kJkg

. ...¹²) T1 = 100 ⁰C ( 373,15 K )

T₂ = 160 ⁰C ( 433,15 K ) t = 30 menit ( 1800 s )

Jadi, beban pemanasan untuk memanaskan truck adalah sebagai berikut :

s

K K

Kx kJkg kgx

Q 1800

) 15 , 373 15

, 433 . (

473 , 0

625 −

=

s Q kJ

1800 5 , 17737

=

kJs Q=9,854

12) Daftar Lampiran

42

Dengan demikian beban pemanasan kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan truck tersebut adalah 9,854 kW.

4.5. Perhitungan Kebutuhan Steam Total

Untuk menghitung kebutuhan steam total diperlukan data – data dari kebutuhan kalor total yang dipakai untuk memasak produk. Dalam hal ini kebutuhan kalor total didapat dari penjumlahan kebutuhan kalor retort ( oven ), Kebutuhan kalor produk, Kebutuhan kalor mandrel , dan Kebutuhan kalor truck.

Sehingga Kebutuhan kalor total dapat dirumuskan sebagai berikut:

truck mandrel

produk retort

total Q Q Q Q

Q = + + +

kW kW

kW kW

Q_total =2,99 +15,35 +4,76 +9,854

kW Q_total =32,954

Sehingga untuk mencari jumlah kebutuhan steam dalam satu kali masak didapat dengan rumus:

Q_total =m_s.h_fg Dimana:

Qtotal = Jumlah kebutuhan kalor total = 32,954 kW

m_s = Jumlah Kebutuhan steam ( kg/h )

hfg = Enthalpy spesifik dari steam = 2,083 kJ/kg ...¹³)

13) Daftar Lampiran

43

Sehingga:

fg s

total m h

Q = .

fg total

s h

m = Q

kJkg kJs m_s

083 , 2

954 ,

= 32

s m_s =15,82kg

h m_s=56952kg

Dari hasil di atas maka didapat kesimpulan bahwa besar kebutuhan steam untuk satu kali masak produk adalah 15,82

s

kg atau 56952 h

kg . Sehingga dari

data ini dapat digunakan untuk menghitung kebutuhan steam dalam 1 hari dengan catatan 1 hari terbagi dalam 3 shift dan 1 shift dapat memasak 7 kali, yaitu sebesar:

) ( 7 3 82 ,

15 s

x kg x m_s =

s

kg ms =332,22

44

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

Dari hasil Analisa yang telah dilakukan, didapat kesimpulan dan saran-saran sebagai berikut:

Kesimpulan

Kesimpulan yang bisa diambil dari penulisan tugas akhir ini adalah:

Spesifikasi Autoclave

Jenis Autoclave : Oven basah

Panjang : 4000 ( mm )

Diameter dalam : Φ 1500 ( mm ) Tebal dinding : 15 ( mm ) Material dinding : SS 400 Tebal isolasi : 50 ( mm ) Material isolasi : Glasswool Patern yang ada : 2 jenis Sistem Control : Automatic Tekanan kerja : 5 – 6 bar

45

Spesifikasi Lorry masak

Panjang : 3500 mm Lebar : 1200 mm

Tinggi : 800 mm

Material : UNP 75, Preporate plat 10 mm, Siku Stainless SUS 304.

Roda : Φ 120 mm ( 8 Pcs )

Kapasitas Produk : 110 kg

Spesifikasi Produk

Material : Rubber jenis EPDM ρ : 1506 kg / m³

k

: 0.14 W. m^-1.K^-1

Proses kerja dalam instalasi perpipaan

Proses kerja instalasi perpipaan pada Autoclave ini terbagi dalam 56 proses yaitu :

1. Proses Vent 2. Proses Seal In 3. Proses Steam In 4. Proses Drain 5. Proses Seal Out

46

Besar Kebutuhan Steam

Besar kebutuhan steam dalam satu kali masak produk adalah sebesar:

s m_s =15,82kg

h m_s=56952kg

Besar Kebutuhan steam dalam 1 hari yang terbagi dalam 3 shift, 1 shift dapat memasak produk sebanyak 7 kali, maka :

15,82 3 7( ) s x kg x m_s =

s

kg ms =332,22

Saran – Saran

Adapun saran – saran yang bisa penulis ungkapkan dalam penulisan Tugas akhir ini adalah sebagai berikut :

1. Adanya otomasisasi dalam proses kerja operator dalam hal menarik dan mendorong lorry ke dalam oven

2. Adanya kontrol terhadap hasil data grafis proses masak.

3. Adanya Autonomous Maintenance terhadap lorry tarik mandrel dan oven seperti : Kebersihan, pelumasan roda, visual kontrol.

4. Penyederhanaan instalasi perpipaan karena terlalu memakan banyak tempat

5. Mengurangi material pembuatan lorry tarik mandrel untuk mempercepat proses masak.

47

6. Adanya Pipa blowdown sendiri untuk satu mesin ini agar proses blowdown tidak banyak memakan waktu yang sekarang ± 5 menit.

7. Pemasangan flow meter untuk pipa masuk instalasi oven sehingga debit steam masuk ke oven dapat diketahui.