Pemilihan Jenis Elemen pemanas. Analisa Perencanaan Elemen Pemanas

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