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
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 %.
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
sebesar-besarnya 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
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
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
2.1.2.6. 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
3.4.1. 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
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 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
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
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
DAFTAR NOTASI
�̇ = Laju perpindahan panas (W)
k = Konduktivitas Termal ( W / (m.K))
A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2)
T2 = Temperatur akhir (°C)
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
�� = Faktor koreksi yang dipilih adalah 3
Cb = Faktor koreksi yang dipilih adalah 2,3
� = Momen puntir
τa = Tegangan geser yang diijinkan
�� = Kekuatan tarik bahan poros ��1 = Faktor keamanan yang diambil (6)
��2 = Faktor keamanan yang diambil (3)
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)
� = Perbandingan kontak
v = Kecepatan keliling
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)
Drg = diameter roda gigi z1 = Jumlah gigi Penggerak z2 = Jumlah gigi yang digerakkan n1 = Putaran Penggerak (rpm)
n2 = Putaran yang direncanakan (rpm)
ℎ� = koefisien perpindahan panas dari atau ke bejana berjaket
�� = diameter bejana
k = konduktivitas termal fluida cair
L = panjang dayung (paddle)
B = jarak antara dayung dengan dasar bejana
N = kecepatan agitator
� = massa jenis fluida
� = viskositas fluida C = kapasitas panas
