BAB IV ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1. Elemen Pemanas pada mixer
Elemen pemanas merupakan piranti yang mengubah energi listrik menjadi energi panas melalui proses Joule Heating. Prinsip kerja elemen panas adalah arus
listrik yang mengalir pada elemen menjumpai resistansinya, sehingga menghasilkan panas pada elemen. Dalam hal ini Elemen Pemanas digunakan pada
mesin Mixer.
4.2. Perencanaan Elemen Pemanas
dalam merencanakan Elemen Pemanas banyak factor yang harus dilihat dari pemilihan jenis Elemen Pemanas, Perencanaan daya maksimal yang akan
digunakan, temperature perencanaan pada elemen pemanas sesuai dengan kebutuhan atau spesifikasi mesin yang akan dibuat, dan salah satu factor yang
paling penting kelistrikan dari rangkaian elemen pemanas, kelistrikan adalah salah satu factor yang harus diperhatikan sebaik mungkin, karna listrik ada
sumber energi yang apabila salah penggunaannya atau salah perangkaiannya akan menyebabkan kerugian pada pemakai alat tersebut.
Maka dibawah ini adalah garis besar dari tahap perencanaan suatu elemen pemanas dari suatu mesin Mixer.
4.2.1. Pemilihan Jenis Elemen pemanas.
Pada perencanaan Elemen Pemanas pada mesin Mixer ini kita harus melihat factor dari kontruksi Mesin Mixer. Dalam hal ini kegunaan dari elemen
pemanas adalah memanaskan suatu bahan yang ada didalam wadah. Wadah yang digunakan berbentuk Silinder.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.1 Wadahbejana aduk untuk mesin Mixer maka dari itu, elemen Pemanas yang digunakan adalah jenis Stripe
Heater. Bentuk Stripe ini kemudian di bulatkan dengan mesin rol sehingga menjadi bentuk sabuk yang diameternya disesuaikan dengan wadahbejana aduk.
Bejana aduk pada mesin mixer ini mempunyai diameter sebesar d= 280 mm.
Gambar 4.2 Elemen Pemanas jenis Stripe Heater Elemen pemanas jenis Stripe ini yang nantinya akan ditempel ke bagian
dinding bejana aduk yang nantinya akan memanaskan dinding dinding bejana aduk yang nantinya panas ini akan digunakan untuk memanaskan bahan yang ada
di dalam bejana aduk. Dalam hal ini terjadi perpindahkan Panas secara konveksi
dan konduksi.
Universitas Sumatera Utara
4.2.2. Analisa Perencanaan Elemen Pemanas
Elemen pemanas ini berfungsi untuk mengkondisikan temperatur ruang sesuai dengan kebutuhan. Perencanaan beban dilakukan agar beban listrik dari alat
tersebut tidak terlalu besar, daya yang di rencanakan 2400 watt – 220 volt. Dalam setiap tahap awal perencanaan beban alat pemanas terlebih dahulu yang
harus di hitung adalah:
Daya perencanaan
Besar arus perencanaan
Rugi daya
Tahanan, hambatan RESISTOR
Gambar 4.3 Keterpasangan Elemen Pemanas dengan Bejana aduk Berdasarkan di atas dapat di ketahui berapa besar beban yang akan di
rencanakan dengan menggunakan rumus perpindahan panas dan termodinamika, sehingga untuk mencari daya digunakan rumus:
P = I .V Dimana:
P = Daya Watt
Universitas Sumatera Utara
I = Besarnya Arus Amper V = Beda PotensialTegangan Volt
2400 = I x 220 I =
I = 10,9 A = 11 A Untuk mengaetahui Rugi daya
P = I .V. cos p P = 2400 . 0,9
P = 2160 Watt Untuk mengetahui besarnya Tahanan
R = Dimana:
R = Besarnya Hambatan Ohm V = Beda potensialTegangan Volt
I = Kuat Arus A R =
R = 20 Ω
Pada perancangan alat pemanas temperatur maksimum yang direncanakan adalah sebesar 50-300
C Elemen Pemanas menggunakan Jenis Mika adalah kawat baja tahan – karat . Kawat tersebut di bentuk seperti pada gambar berikut:
Menurut hukum termodinamika untuk menganalisa suhu perencanaan dapat diketahui setelah melalui beberapa tahap dalam menganalisa temperatur
suhu. Adapun tahap-tahap menganalisa temperatur suhu adalah sebagai berikut:
Menganalisa besar daya yang di bangkitkan dalam kawat harus
Universitas Sumatera Utara
dilepas melalui konveksi kedalam cairan: P = I
2
R = q = h A
e
Tmax – Tmin Dimana:
P = daya Watt I = Kuat arus A
R = Besarya Hambatan q = Kalor yang dibangkitkan persatuan volume Wm
o
C h = Koefesian Konfeksi Elemen pemanas
Tmax = Temperatur Maksimum Elemen Pemanas
o
C Tmin
= Temperatur Minimum Elemen Pemanas
o
C A
e
= Volume Elemen Pemanas m
3
Sebelumnya terlebih dahulu kita cari Ketetapan relatifitas Elememen Pemanas. Elemen Pemanas ini pada dasarnya berbentuk 4 persegi panjang dengan tebal
yang disesuaikan, nantinya Elemen panas ini akan dibentuk sesuai dengan Bejana atau, wadah yang akan dilekatkan nantinya.
R = Dimana:
R = Besarnya Hambatan Ohm ρ = Ketetapan Relatifias elemen Pemanas Ω m
L = Panjang Elemen Pemanas m A = Luas Permukaan Elemen Pemanas m
2
Gambar 4.4 Permukaan Elemen Pemanas
Universitas Sumatera Utara
Merencanakan ukuran dimensi Elemen Pemanas
Dalam perancangan ini harus diketaui dimensi dari elemen pemanas agar nantinya dapat berguna untuk perhitugnan selanjutnya.
• Menghitung Panjang elemen pemanas.
Dikarenakan Bentuk dari bejana tempat melekatnya Elemen Pemanas berbentuk silinder atau lingkaran maka panajng elemen Pemanas dapat dihitung
dengan menghitung keliling sebuah lingkan, di mana diameter d tabung yang diketaui adalah 280 mm makan:
L= 2 π R Dimana:
L = Panjang elemen Pemanas r = Jari-jari Bejana 0,140 m
L = 2 π 0,280
L = 0,87 m •
Menentukan Luas permukaan Elemen pemanas Untuk tebal elemen pemanas disimbolkan dengan t = 3mm dan tinggi
Elemen Pemanas disimbolkan dengan H = 100 mm A = H x t
A = 0,01 . 0.003 A = 0,00003 m
2
Dengan demikian kita dapat menentukan nilai ketetapan relatifitas Elemen Pemanas
20 = ρ =
ρ = 0,000689 Ω m = 0,69 Ω mm Menghitung besarnya Koefesien Konfeksi dari Elemen pemanas jenis Mika
2400 = h 0,00003 0,87 300 – 50
Universitas Sumatera Utara
2400 = h 0,006525 h =
h = 367816,092 wattm
3
C menghitung besarnya Kalor yang dihasilkan persatuan volume q dapat digitung
dari. ρ = q . v
dimana: ρ = Ketetapan Relatifitas elemen Pemanas
v = volume dari elemen Pemanas A x L
q = Kalor yang diperlukan persatuan volume
0,0000689 = q 0,00003 0,87 0,000689 = q 0,00002610
q = q = 26,39
Ωm Menghitung banyaknya kalor yang dibutuhkan untuk mencapai suhu 115
C untuk jenis bahan Termoplastik LDPE Low Density Polyethylene dengan kata lain kita dapat mengetahui kenaikan suhu yang dipengaruhi oleh massa dan jenis
jat. Maka banyaknya kalor Q dapat dicari dengan rumus Q = m . c
p
. ΔT
Dimana: Q = Banyaknya kalor yang diperlukan J
m = Massa Jat LDPE kg c
p
= Kalor Jenis Jat J kg
-1 o
C
-1
ΔT = Kenaikan Suhu
o
C Dalam hal ini kita harus menentukan besarnya massa jat LDPE. kita
dapat mencarinya dari besarnya kapasitas maksimum dari bejana aduk, dimana besanya kapasistas maksimum adalah sebesar 0.0069 m
3
dan besarnya massa jenis
Universitas Sumatera Utara
jat LDPE sebesar 915 kgm
3
dengan demikian dapat diketaui besarnya massa jat dengan rumus.
Gambar 4.5 Biji Plastik LDPE Low Density Polyethylene
m = 6,9135 kg dengan ini kita dapat mencari kalor yang dibutukan dimana c
p
= 2,1 kJ kg
-1 o
C
-1
dan ΔT = T
2
-T
1
, T
2
=115
o
C dan T
1
=30
o
C maka: Q = 6,9135 x 2100 x 115-30
Q = 1234059,75 Joule Jika 1KJ = 3600 KWH maka,
Q = 1234,05975 KJ Maka:
Q = Q = 0,342 kwh
Kalor yang dibutuhan untuk mencapai suhu 115
o
C dalam satuan watt
adalah 0,342 kwh, dari percancangan elemen pemanas yang ada di atas dapat kita lihat, Elemen pemanas sangat memungkinkan untuk mengkondisikan energi yang
Universitas Sumatera Utara
dibutuhkan karena daya maksimum elemen pemanas adalah 2500 watt atau 2,4 kw.
4.3. Kelistrikan untuk Elemen pemanas dengan Thermostat
Karna dibutuhkan rangkaian listik untuk menghububungkan antara Terminal 1 dengan Terminal yang lain, dalam hal ini Kabel Listrik sebagai
Penghubung antar peralatan listrik juga harus dipertimbangkan atau direnanakan dengan baik, agar nantinya tidak terjadi gangguan atau kesalahan yang berakibat
buruk dikemudian hari. Dengan itu untuk menentukan kabel listik yang akan digunakan dapat dilihat dari penggunaan daya maksimum dan pengaruhnya
terhadap jumlah arus suatu peralatan listik, dimana Elemen Pemanas mempunyai Daya maksimum2400 watt.
P = V.I I =
I = 10,9 A Dengan ini kita dapat mengetahui kapasitas arus maksimum dari rangan
elemen pemanas sebesar 10,9 A, untuk keamanan sebaikanya penggunaan kabel listrik diatas dari Arus maksimum rangkaian, agar apabila terjadi Arus yang
melebihi dari 10,9 A, kabel dapat dapat menahan atau tidak terbakar. Dengan ini diambil Kabel listik 12 A.
4.3.1. Rangkaian listrik
Rangkaian Listrik adalah suatu kumpulan komponen elektronika yang saling di hubungkan atau di rangkai dengan sumber tegangan menjadi satu
kesatuan yang memiliki fungsi dan kegunaan tertentu. Rangkaian Listrik hanya terdapat arus listrik yang dapat mengalir jika listrik tersebut berada dalam keadaan
terbuka.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.6 Rangkaian Listrik Elemen Pemanas Ket:
I = Elemen Pemanas Jenis Strip
II = Thermostat 1
= Terminal 1 Thermostat Pada Terminal ini dapat juga digunakan indikator seperti
lampu, sirine atau lain-lain untuk menunjukkan pencapaian suhu yang diiinginkan
2 = Terminal 2 Thermostat
3 = Terminal 3 Thermostat
III = Rockwoll IV = Thermocouple
Universitas Sumatera Utara
Gambar di atas adalah rangakaian Listrik untuk Elemen Pemanas yang dihubungkan dengan Thermostat. Prinsip kerja rangakaian ini adalah
menggunakan system Umpan balik dimana Apabila suhu yang diindera tidak tepat sama dengan suhu acuan, elemen pengindera pada termostat akan bekerja dan
kemudian mengirim isyrat biasanya berupa isyarat listrik untuk menurunkan atau menaikkan suhu sesuai kebutuhan.
4.4. Insuline Material pada Elemen Pemanas
Pada system Pemanasan pada mesin ini digunakan Insuline yang bertujan untuk menahan panas keluar system agar tidak banyak energy yang terbuang,
dalam hal ini energy berupa energy Panas Kalor. Apabila tidak diberikan insulin pada elemen pemanas, makan bebanresistansi yang terjadi akan semakin besar
yang berbanding lurus dengan meningkatnya nilai kuat arus listrik I. Jika jumlah yang mengalir melebih dari kepasitasdaya maksimum, maka akan menyebabkan
jebolnya atau kerusakan pada elemen pemanas dan elemen-elemen kelistrikan yang lain. Maka diperlukan insulin material untuk mengurangi kerugian energy
yang terbuang. Untuk insulin material digunakan Rockwool.
a b
Gambar 4.7 Rockwool a Rockwoll sebagai insulin material
4.5. Menghitung Laju Perpindahan pada bejana aduk
Dari system yang sudah dibuat, kita dapat menghitung laju perpinndahan panas melalui bejana Aduk dan insulin material. Untuk menghitung koefisien
perpindahan panas pada bejana atau berjaketinsuline dengan menggunakan rumus :
Universitas Sumatera Utara
= 0,36 Perpindahan panas,Ir.Sri Wuryani, Hal 151
dimana, = 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
= viskositas fluida pada jarak temperatur dinding Dari data yang diperoleh diketahui bahwa harga dari :
= koefisien perpindahan panas dari atau ke bejana berjaket = 0,280 m
k = 0,32 .K
L = 0,120 m N = 280 Rpm = 4,66 Rps
= 915 =
C = 2,1 .K = 2100
.K =
Universitas Sumatera Utara
sehingga, = 0,36
= 0,36
= 0,36
= 0,36 0,020086 518,95 1 = 3,7525 x 0,32
= 1,2008 =
= 4,28858 .K
Tabel 4.1 Thermal conductivities of materialsvary with temperature
T, K Copper
Aluminum 100
482 302
200 413
237
300 401
237
400 393
240
600 379
231
800 366
218
Table 4.2 The thermal conductivities of somematerials at room temperature
Material k, Wm • °C
Diamond 2300
Silver 429
Copper 401
Universitas Sumatera Utara
Gold 317
Aluminum 237
Iron 80.2
Mercury l 8.54
Glass 0.78
Brick
0.72
Water l 0.613
Human skin 0.37
Wood oak
0.17
Helium g 0.152
Soft rubber 0.13
Glass fiber 0.043
Air g 0.026
Urethane, rigid foam 0.026
Multiply by 0.5778 to convert to Btuh • ft • °F. Untuk menghitung laju perpindahan panas pada sistem bejana alir adalah :
Gambar 4.8 Analisa Laju perpindahan panas pada Bejana Aduk dengan insulin material
Diketahui : = 115 ºC
Universitas Sumatera Utara
= 4,28858 .K
= 30 ºC = 25
.K k
= 15,1 .K
Stainless Steel = 0,042
.K Rockwoll
= 237 .K
Aluminium = 140 mm
= 140,5 mm = 140,5 + 40 = 180,5 mm
= 180,5 + 0,2 = 180,7 mm sehingga,
Q
Q
Q = 51,51 Watt
Untuk menghitung suhu persinggungan terhadap Bejana Aduk stenlis Steel, Rockwoll dan Aluminium, maka dapat dilakukan dengan cara :
Universitas Sumatera Utara
Q
= =
= = 58 ºC
• Pada Rockwool
Q
=
= =
= 57,992 ºC •
Pada Aluminium Q
Universitas Sumatera Utara
=
= = 57,992
= 37,6 ºC •
Pada dinding luar aluminium Q
=
= = 37,6
= 37,5998 ºC
4.6. Uji Prototype Mesin Mixer
Kategori