Perancangan Dan Konstruksi Insulation MaterialPada Elemen Pemanas Mesin Mixer Kapasitas 6,9 Liter Dan Putaran 280 Rpm

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 Tugas Skripsi ini.

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 NIM.100421031

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 PUSTAKA LAMPIRAN

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

33.Gambar. 4.7. Analisa laju perpindahan panas pada bejana aduk dengan insulation material ... 89

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)

T1 = Temperatur awal (°C)

L = Tebal plat (m)

R = Resistansi thermal ( °C/m) Ts = Temperatur plat ( K )

Tf = Temperatur fluida ( K )

Nu = Bilangan Nusselt

Re = Bilangan Reynold

ρ = Massa jenis fluida (kg/m3) 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) H = Kedalaman puncak m = Modul

�� = Kelonggaran puncak

Z = Panjang lintasan kontak te = Jarak bagi normal

� = Perbandingan kontak v = Kecepatan keliling Ft = Gaya tangensial

Fr = Beban radial Fa = Beban aksial = 0

x = Faktor beban radial = 1 y = Faktor beban aksial = 0

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)

a3 = Faktor kerja = 1 (kondisi kerja normal) Lb = Umur bantalan

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

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 %.

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam sebuah industri, mesin dan alat merupakan sarana penunjang yang paling penting bagi kelancaran produksi. Untuk dapat bersaing dengan yang lain suatu industri harus bekerja secara efekif dan efisien. Cara kerja yang demikian dapat dicapai bila industri tersebut didukung oleh sistem manajemen yang baik dan juga bantuan mesin dan alat penunjang produksi yang tepat.

Proses pencampuran merupakan salah satu proses yang penting dan sering dijumpai pada sebuah industri. Pada proses pencampuran ini sebagian besar produk dihasilkan. Bahan baku dapat diolah dan dicampurkan dengan bahan – bahan lainnya. Mesin yang biasa digunakan unuk proses pencampuran ini disebut mixer. Bila dilihat dari segi fungsinya, mixer dapat digolongkan sebagai mesin pengolah. Mesin pengolah merupakan mesin yang digunakan untuk menyelenggarakan proses pengolahan.

Prinsip pencampuran bahan banyak diturunkan dari prinsip mekanika fluida dan perpindahan bahan akan ada bila terjadi gerakan atau perpindahan bahan yang akan dicampur baik secara horizontal ataupun vertical. Prinsip pencampuran didasarkan pada peningkatan pengacakan dan distribusi- distribusi atau lebih komponen yang mempunya sifat yang berbeda. Derajat pencampuran dapat dikarakterisasi dari waktu yang dibutuhkan, keadaan produk atau bahkan jumlah tenaga yang dibutuhkan untuk melakukan pencampuran. Derajat keseragaman pencampuran, dalam diukur dari sample yang diambil selama pencampuran, dalam hal ini jika komponen yang dicampur telah terdistribusi mealui komponen lain secara random (acak), maka dikatakan pencampuran telah berlangsung dengan baik. Proses pencampuran dimaksudkan untuk membuat suatu bentuk uniform dari beberapa konstituan baik liquid/ solid (pasta) atau solid/ solid dan kadang liquid-gas.

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). Pencampuran dapat dikelompokkan menjadi tiga, yaitu: pengadukan pada bahan cair termasuk suspensi di dalamnya, pencampuran bahan bersifat viscous dan pencampuran bahan partikel padat.

Untuk itu penulis membuat skripsi perancangan dan pembuatan mesin mixer dengan inovasi terbaru yang belum ada di pasaran. Mesin mixer dengan menggunakan pemanas yang digunakan untuk pencampuran bahan-bahan komposit dan thermoplastic yang membutuhkan panas dalam proses pencampuran.

1.2 Tujuan Perancangan

Adapun tujuan dari rancangan mesin Mixer dengan sistem pemanas ini antara lain:

1. Mengetahui fungsi insulation material pada koil pemanas. 2. Mengetahui performance insulation.

1.3 Batasan Masalah

Dalam penulisan ini penulis hanya membahas tentang perancangan dan pengaruh insulation material pemanas pada mesin mixer.

1.4 Sistematika Penulisan

Untuk mempermudah mengetahui isi tugas sarjana ini, maka uraian dari masing-masing bab dapat diringkas secara garis besar sebagai berikut :

BAB I : PENDAHULUAN

Merupakan Pendahuluan yang berisi latar belakang dibuatnya tugas sarjana dan pertimbangan-pertimbangan yang dipakai kenapa judul ini yang diangkat menjadi tugas sarjana yang bertujuan untuk mengetahui seberapa besar pengaruh mesin mixer dengan menggunakan pemanas dalam pencampuran bahan-bahan dan seberapa besar perbandingan dengan mesin mixer yang ada dipasaran sebelumnya untuk dapat menghitung efisiensi pemakaian mesin. Agar fokus tulisan sesuai dengan hal-hal yang akan

dibahas maka dibuat batasan masalah yaitu tentang perancangan insulation material pada mesin mixer dengan menggunakan pemanas.

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA

Merupakan Tinjauan Pustaka yang berisikan tentang rockwool, aluminium sebagai insulation material, dan perpindahan panas.

BAB III : METODOLOGI

Merupakan Metodologi Penelitian yang berisikan tentang tempat dimana dilakukan penelitian, waktu penelitian, dan mekanisme pengumpulan data tentang spesifikasi mesin mixer yang ada hubungannya dengan judul skripsi. Dilanjutkan dengan perhitungan dari data yang diperoleh untuk perancangan mesin mixer.

BAB IV : ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN

Merupakan data dari BAB II dan BAB III yang dianalisa di BAB ini dan dibahas untuk mengetahui perpindahan panas yang terjadi antara elemen pemanas dengan insulation material dan panas yang hilang.

BAB V : KESIMPULAN DAN SARAN

Merupakan Kesimpulan dari tugas sarjana ini berupa daya kerja mesin, panas yang hilang dan menghasilkan saran atau rekomendasi pemakaian mesin.

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Sejarah Rockwoll

Pada tahun 1987, Komisi Brundtland mendefinisikan keberlanjutan sebagai pembangunan yang memenuhi dengan kebutuhan saat ini tanpa mengorbankan kemampuan generasi mendatang untuk memenuhi kebutuhannya sendiri (Brundtland, 1987). Untuk bahan isolasi, ini berarti bahwa mereka harus diproduksi dan digunakan dengan cara yang menghemat sumber daya yang paling dengan dampak sekecil mungkin pada sumber daya, manusia dan alam selama siklus hidup penuh produk. Energi yang paling berkelanjutan disimpan energi. Rockwool produk insulasi mungkin solusi yang paling berkelanjutan untuk daftar panjang, alasannya:

1. Penggunaan bahan baku alami dan terbaru yang melimpah diproduksi insulasi rockwool Sifat tahan api yang unik.

2. Rockwool isolasi yang dikombinasikan dengan kinerja thermal jangka panjang, dimensi stabilitas, penyerapan suara / isolasi dan air repellence. 3. Fitur unik dari daya tahan eksternal (dalam isolasi, fasad eksternal dan atap)

dan bio-kelarutan dalam tubuh. 4. Tidak ada klasifikasi berbahaya (s).

5. Fakta bahwa rockwool tidak menggunakan bahan baku atau mengandung zat yang bersifat karsinogenik, mutagenik atau beracun untuk reproduksi (CMR bahan lainnya) atau kepedulian sangat tinggi atau BPO.

6. Bahkan ketika tidak lagi digunakan, isolasi rockwool dapat didaur ulang ketika sebuah bangunan didekonstruksi pada akhirnya hidup. Produk insulasi Rockwool mungkin yang paling solusi yang berkelanjutan.

Salah satu fenomena alam yang paling spektakuler adalah letusan gunung berapi yang mana ditiru setiap hari ketika pabrik Rockwool Group di Eropa, Amerika Utara dan Asia menghasilkan wol batu. Di alam, wol batu terbentuk ketika lava cair adalah dilemparkan ke udara dan resolidifies sebagai serat kaca. Di pabrik rockwool, wol batu dibuat dengan pelelehan baku bahan pada 1.500 º C yang dihasilkan batu kental meleleh yang dipintal menjadi serat. Binder dan

minyak mineral murni adalah kemudian ditambahkan untuk membuat material yang stabildan anti air. Diperlakukan wol batu kemudian dipanaskan sampai 200-250 º C untuk menyembuhkan pengikat.

Bahan baku utama batu wol adalah basalt, anorthosite, dan briket disemen dapat diakses cadangan bahan ini cukup besar untuk memasok permintaan manusia saat selama jutaan tahun yang pada dasarnya tak ada habis-habisnya (Dahl et al.). Batu proses manufaktur wol sangat baik cocok untuk produk daur ulang limbah tertentu di pabrik Rockwool Group, mendaur ulang sampah kita, wol batu bangunan-situs sampah, dan bahan baku sekunder industri lain menjadi batu produk wol isolasi baru (Dahl et al.). Setiap tahun, sekitar 400.000 ton anorganik atau bahan mudah terbakar residu dari industri lain digunakan dalam pembuatan produk rockwool. Seleksi yang ketat dan prosedur pengurangan yang dipelihara untuk memastikan kontrol emisi mudah terbakar limbah dan coke yang dibakar dalam cungkup untuk mencairkan baku bahan kokas sendiri terbuat dari batubara, yang merupakan bahan bakar fosil yang paling melimpah di dunia (International Energy Outlook).

2.1.1 Dampak Terhadap Lingkungan

Percaya bahwa energi yang paling berkelanjutan disimpan energi, Grup Rockwool juga berkomitmen untuk proses yang berkesinambungan untuk mengurangi dampak negatif dari kegiatan produksinya. Hal ini dicapai dengan melakukan investasi pada teknologi mutakhir (misalnya, efisiensi tinggi sistem filter dan tanaman after-burner) untuk meminimalkan penggunaan sumber daya dan untuk mengurangi emisi polutan ke udara, air dan tanah. Dengan memenuhi Uni Eropa Clean Air batas directive, itu dipastikan bahwa emisi dari pabrik tidak akan menimbulkan resiko terhadap kesehatan penduduk setempat.

Rockwool Group telah didefinisikan minimum persyaratan untuk pencegah lingkungan peralatan pada semua pabriknya. Persyaratan untuk teknologi pengurangan mengikuti indikasi Uni Eropa IPPC BREF untuk Best Available Technology. Produksi dan distribusi produk rockwool adalah

terencana dan terkoordinasi dengan hati-hati, menggunakan kolaboratif sistem perencanaan dengan perusahaan operator profesional untuk memaksimalkan efisiensi dan meminimalkan dampak lingkungan. Dimanapun memungkinkan, modus transportasi yang paling berkelanjutan (kereta atau perahu, misalnya) digunakan. Rockwool juga di balik upaya untuk mempromosikan Sistem Modular Eropa (EMS), yang menggunakan hemat energi truk besar volume dan saat ini menjalani pengujian di Uni Eropa.

Tabel 2.1. Penghematan energi dan penghematan CO2 untuk 100 m2 insulasi loteng untuk bangunan di Denmark.

Konstruksi U-nilai * W / m² K

Kehilangan panas 50 years/100 m² loteng dalam liter

pemanasan * minyak

Energi disimpan dalam liter minyak pemanas /100 m² loteng insulation/50 tahun.

Ton CO2 yang disimpan untuk 100 m² loteng di 50 tahun. 1.54 0.42 0.14 0.10 0.072 55,400 15,100 5,200 3,700 2,600 0 40,400 50,300 51,700 52,800 0 108 135 139 142 Ket:

* Di sini U-nilai mengacu pada konstruksi loteng, diukur dalam W/m2 K.

** 1 liter minyak pemanas = 36 MJ = 10 kWh.

Produk insulasi termal menghemat energi dan mengurangi emisi berbahaya terkait dengan produksi energi untuk pemanasan dan pendinginan. Pada memeriksa biaya lingkungan rockwool, itu menjadi sangat jelas bahwa jumlah energi yang dihabiskan dalam memproduksi rockwool isolasi lebih dari diimbangi oleh jauh lebih besar jumlah energi yang disimpan dengan menggunakan isolasi rockwool selama siklus hidup keseluruhannya.

Tabel 2.1 menunjukkan bagaimana menggunakan rockwool untuk melindungi loteng dirumah Denmark dapat menyimpan sejumlah besar energi lebih dari 50 tahun. Kolom 1 memberikan 'U-value' (panas Nilai transmisi komponen bangunan) menurut untuk setiap tingkat (atau tidak) isolasi. Baris 1 menunjukkan apa terjadi jika loteng tidak terisolasi sama sekali, di sini, panas kerugian selama periode 50-tahun datang ke 55.440 besar liter minyak pemanas, dan tidak ada energi atau CO2 yang disimpan sepanjang waktu itu. Baris 3 menunjukkan bahwa jika 250 mm insulasi rockwool diinstal, kehilangan panas ini berkurang sepuluh kali, menghasilkan penghematan 50.300 liter pemanasan minyak, dibandingkan dengan loteng uninsulated investasi ini menghasilkan penghematan 135 ton CO2 untuk 100 m2 loteng lebih dari 50 tahun.

2.1.2. Manfaat Rockwoll 2.1.2.1. Fire Safety

Sebuah fitur unik dari rockwool produk wol batu sifat tahan api mereka. insulasi rockwool terdiri dari setidaknya 95% wol batu dan memiliki titik leleh di atas 1.000 º C. Karena non combustibility-nya, tidak ada kontribusi terhadap beban api dalam bangunan. Akibatnya, menggunakan insulasi rockwool produk dalam bangunan memungkinkan untuk meningkatkan keselamatan kebakaran. Karena karakteristik tahan api, lebar berbagai produk rockwool digunakan untuk penanggulangan kebakaran pada, misalnya, instalasi industri dan kelautan atau lepas pantai konstruksi.

Gambar 2.1. Biaya energi (hilang) karena 5% kinerja termal berkurang dibandingkan dengan biaya energi membuat isolasi.

2.1.2.2. Daya Tahan Tinggi

Produk insulasi rockwool dahulu sangat tahan lama karena mempertahankan mekanik mereka properti, memiliki stabilitas dan dimensi tinggi kekakuan, yang tidak terpengaruh oleh perubahan suhu atau kelembaban. Akibatnya, baik digunakan secara internal atau eksternal, insulasi rockwool mempertahankan aslinya ketebalan sepanjang masa bangunan. ini benar bahkan di bawah beban berkelanjutan dan berat jutaan - m² lantai beton telah diletakkan di atas rockwool isolasi di seluruh dunia, dengan tidak ada bukti jangka panjang merayap.

2.1.2.3. Kemampuan yang tinggi untuk menyesuaikan

Untuk penggunaan dalam ruangan, produk rockwool ringan adalah diproduksi dengan tepi yang sedikit fleksibel. Hal ini memungkinkan mereka untuk merajut bersama di sendi dan cocok erat dalam struktur bangunan internal tanpa meninggalkan kesenjangan dan void. Stabilitas dimensi jangka panjang mereka berarti bahwa mereka tinggal di tempat, dan menjaga bentuk mereka saat diinstal secara internal. Bahkan setelah 50 tahun, rockwool produk insulasi mempertahankan kinerja yang sama tingkat.

2.1.2.4. Pengurangan Kebisingan

Produk rockwool dapat memberikan tingkat yang sangat tinggi penyerapan suara (Laboratoire du Trois), properti yang digunakan secara efisien di akustik langit-langit. Isolasi rockwool di dinding, atap dan di bawah lantai mencegah kebisingan dari luar atau dari yang berdekatan kamar menembus bangunan. Sebuah konstruksi dinding baik menggunakan insulasi rockwool akan membantu mengurangi transmisi kebisingan lebih dari 50 desibel (dB), sekitar 20 dB lebih dari konstruksi tanpa isolasi. Untuk menempatkan ini dalam konteks, bagi manusia, suatu 10 Perbedaan dB terdengar sebagai penggandaan (atau mengurangi separuh) dari suara terdengar (Iklim & Environment).

2.1.2.5. Repellence Air dan Pertumbuhan Jamur

Produk insulasi rockwool keduanya anti air dan tahan kelembaban. Hambatan difusi bahan isolasi rockwool sesuai dengan yang masih udara. Karena itu, insulasi rockwool tidak menjebak kelembaban, tetapi membantu melepaskannya. Kelembaban dan nutrisi adalah kondisi yang diperlukan untuk pertumbuhan jamur. Sejak lebih dari 95% dari rockwool produk insulasi terbuat dari serat anorganik, ada sedikit sumber nutrisi untuk memungkinkan pertumbuhan jamur. karena ini dan repellence air produk, tidak ada perlu menambahkan fungisida (Klamer et al.).

2.1.2.6. Permeabilitas

Pengeringan dari dinding baru mengambil separuh waktu ketika rockwool permeabel isolasi digunakan daripada produk insulasi tertutup. Ini berarti bahwa ada risiko jauh lebih sedikit dari pengembangan mikro-organisme atau faktor memburuk lainnya. Isolasi termal eksternal sistem komposit (ETICS) manfaat terutama dari isolasi rockwool karena kecenderungan rendah menuju kondensasi. Inilah sebabnya mengapa wol batu dianjurkan terutama untuk insulasi dinding luar.

2.1.2.7. Tahan Cuaca

Rockpanel bahan papan yang digunakan dalam hujan layar cladding konstruksi dan menggambarkan sifat resistansi udara dari serat wol batu.

2.1.3. Aspek Kesehatan Dari Produk Rockwoll

Rockwool telah mengembangkan sebuah alumina tinggi, silika rendah wol batu untuk menggantikan wol batu tradisional (Guldberg et al.; IARC Monografi). Ketika diuji pada hewan, jenis wol batu ditemukan menjadi non-karsinogenik (IARC Monografi; IARC Siaran Pers, Kamstrup dkk):, komposisi kimia meningkatkan biosolubility dan hasil dalam penghapusan cepat dari serat dari paru-paru. Tinggi alumina, silika rendah wol menghilang sekitar 10 kali lebih cepat dari paru-paru dibandingkan wol batu tradisional (Guldberg et al;. IARC Monografi).

Dua contoh dari Swiss menggambarkan lebih jauh penurunan permintaan energi. Contoh pertama dari Basel menunjukkan bagaimana rumah keluarga beberapa direnovasi sehingga membutuhkan energi nol untuk pemanas, air panas dan sistem ventilasi udara dengan pemulihan panas. Renovasi ini melibatkan isolasi tambahan, batu wol fasad eksternal (tebal 20 cm), dan wol batu ekstra di loteng (U-value <0,10 W / m² K). Kolektor panas, 40 besar penyimpanan air m³, pompa panas dan fotovoltaik sel juga diinstal.

Contoh kedua adalah ganda rumah keluarga yang baru dibangun di Riehen, dekat Basel. Ini energi plus atau aktif rumah menghasilkan lebih banyak energi daripada yang dibutuhkan. Rumah itu terisolasi dengan wol batu, dan panas matahari air pompa dan fotovoltaik sel juga dipasang. The Unvalue untuk atap adalah 0,109 W / m² K, rockwool batu wol isolasi terhadap panas yang digunakan pada fasad eksternal dan atap di Energi Malaysia Gedung pusat di Bangi, Malaysia. Langkah-langkah lain seperti sebagai jendela kaca ganda, lampu hemat energi, pendinginan dan sistem ventilasi, dan sel-sel fotovoltaik Guldberg et al, menemukan bahwa

bio-kelarutan high alumina, serat silika rendah hanya terjadi di dalam tubuh (karena kehadiran asam karboksilat polivalen).

Jadi, meskipun serat hilang dengan cepat dari paru-paru, mereka tetap sangat tahan lama di luar tubuh. Selain itu, selama pengujian laboratorium, rockwool isolasi produk telah ditandai sebagai non-berdebu ketika dibandingkan dengan bahan isolasi lain (National Institut Kesehatan Kerja). Dalam beberapa keadaan, serat kasar dapat menyebabkan gatal sementara pada kulit. Dalam rangka meminimalkan paparan debu, praktek kerja yang direkomendasikan, termasuk piktogram, disediakan pada kemasan semua produk insulasi rockwool.

2.2. Aluminium

Aluminium adalah logam yang paling banyak terdapat di kerak bumi, dan unsur ketiga terbanyak setelah oksigen dan silikon. Aluminium terdapat di kerak bumi sebanyak kira-kira 8,07% hingga 8,23% dari seluruh massa padat dari kerak bumi, dengan produksi tahunan dunia sekitar 30 juta ton pertahun dalam bentuk bauksit dan bebatuan lain (corrundum, gibbsite, boehmite, diaspore, dan lain-lain) (USGS). Sulit menemukan aluminium murni di alam karena aluminium merupakan logam yang cukup reaktif.

Selama 50 tahun terakhir, aluminium telah menjadi logam yang luas penggunaannya setelah baja. Perkembangan ini didasarkan pada sifat-sifatnya yang ringan, tahan korosi, kekuatan dan ductility yang cukup baik (aluminium paduan), mudah diproduksi dan cukup ekonomis. Yang paling terkenal adalah penggunaan aluminium sebagai bahan pembuat pesawat terbang, yang memanfaatkan sifat ringan dan kuatnya.

Aluminium murni adalah logam yang lunak, tahan lama, ringan, dan dapat ditempa dengan penampilan luar bervariasi antara keperakan hingga abu-abu, tergantung kekasaran permukaannya. Kekuatan tensil aluminium murni adalah 90 MPa, sedangkan aluminium paduan memiliki kekuatan tensil berkisar 200-600 MPa. Aluminium memiliki berat sekitar satu pertiga baja.

Resistansi terhadap korosi terjadi akibat fenomena pasivasi, yaitu terbentuknya lapisan aluminium oksida ketika aluminium terpapar dengan udara bebas. Lapisan aluminium oksida ini mencegah terjadinya oksidasi lebih jauh. Aluminium paduan dengan tembaga kurang tahan terhadap korosi akibat reaksi galvanik dengan paduan tembaga.

Aluminium juga merupakan konduktor panas dan elektrik yang baik. Jika dibandingkan dengan massanya, aluminium memiliki keunggulan dibandingkan dengan tembaga, yang saat ini merupakan logam konduktor panas dan listrik yang cukup baik, namun cukup berat.Aluminium murni 100% tidak memiliki kandungan unsur apapun selain aluminium itu sendiri, namun aluminium murni yang dijual di pasaran tidak pernah mengandung 100% aluminium, melainkan selalu ada pengotor yang terkandung di dalamnya. Pengotor yang mungkin berada di dalam aluminium murni biasanya adalah gelembung gas di dalam yang masuk akibat proses peleburan dan pendinginan/pengecoran yang tidak sempurna, material cetakan akibat kualitas cetakan yang tidak baik, atau pengotor lainnya akibat kualitas bahan baku yang tidak baik (misalnya pada proses daur ulang aluminium). Umumnya, aluminium murni yang dijual di pasaran adalah aluminium murni 99%, misalnya aluminium foil.

Pada aluminium paduan, kandungan unsur yang berada di dalamnya dapat bervariasi tergantung jenis paduannya. Pada paduan 7075, yang merupakan bahan baku pembuatan pesawat terbang, memiliki kandungan sebesar 5,5% Zn, 2,5% Mg, 1,5% Cu, dan 0,3% Cr. Aluminium 2014, yang umum digunakan dalam penempaan, memiliki kandungan 4,5% Cu, 0,8% Si, 0,8% Mn, dan 1,5% Mg. Aluminium 5086 yang umum digunakan sebagai bahan pembuat badan kapal pesiar, memiliki kandungan 4,5% Mg, 0,7% Mn, 0,4% Si, 0,25% Cr, 0,25% Zn, dan 0,1% Cu.

2.2.1. Sifat-sifat Aluminium

Semua sifat-sifat dasar aluminium, tentu saja, dipengaruhi oleh efek dari berbagai elemen aluminium paduan.Unsur-unsur paduan utama dalam pengecoran aluminium paduan dasar adalah tembaga, silikon, magnesium,

seng, kromium, mangan, timah dan titanium.Besi adalah elemen biasanya hadir dan biasanya dianggap sebagai pengotor.

Aluminium-dasar paduan mungkin secara umum akan ditandai sebagai sistem eutektik, mengandung bahan intermetalik atau unsur-unsur sebagai fase berlebih. Karena kelarutan relatif rendah sebagian besar elemen paduan dalam aluminium dan paduan kompleksitas yang dihasilkan, salah satu paduan dasar aluminium dapat berisi beberapa fase logam. Fase ini biasanya lebih larut lumayan dekat suhu eutektik dari pada suhu kamar, sehingga memungkinkan untuk panas mengobati beberapa dari paduan oleh solusi dan penuaan panas perawatan.

Dalam pengertian kimia aluminium merupakan logam yang reaktif. Apabila di udara terbuka akan bereaksi dengan oksigen, jika reaksi berlangsung terus maka aluminium akan rusak dan sangat rapuh. Permukaan aluminium sebenarnya bereaksi bahkan lebih cepat daripada besi.Namun lapisan luar aluminium oksida yang terbentuk pada permukaan logam itu merekat kuat sekali pada logam dibawahnya, dan membentuk lapisan yang kedap.Oleh karena itu dapat dipergunakan untuk keperluan kontruksi tanpa takut pada sifat kimia yang sangat reaktif. Tapi jika logam bertemu dengan alkali lapisan oksidanya akan mudah larut. Lapisan oksidanya akan bereaksi secara aktif dan akhirnya akan mudah larut pada cairan sekali. Sebaliknya berbagai asam termasuk asam nitrat pekat tidak berpengaruh terhadap aluminium karena lapisan aluminium kedap terhadap asam.

Aluminium merupakan logam ringan yang mempunyai ketahan korosi yang sangat baik karena pada permukaannya terhadap suatu lapisan oksida yang melindungi logam dari korosi dan hantaran listriknya cukup baik sekitar 3,2 kali daya hantar listrik besi. Berat jenis aluminium 2,643 kg/m3 cukup ringan dibandingkan logam lain.

Kekuatan aluminium yang berkisar 83-310 MPa dapat dilipatkan melalui pengerjaan dingin atau pengerjaan panas.Dengan menambah unsur

pangerjaan panas maka dapat diperoleh paduannya dengan kekuatan melebihi 700 MPa paduannya.

Aluminium dapat ditempa, diekstruksi, dilengkungkan, direnggangkan, diputar, dispons, dirol dan ditarik untuk menghasilkan kawat. Dengan proses pemanasan dapat diperoleh aluminium dengan bentuk kawat foil, lembaran pelat dan profil. Semua paduan aluminium ini dapat dimampu bentuk (wrought alloys) dapat dimesin, dilas dan dipatri.

2.3. Isolasi

Isolasi panas ditandai dengan konduktivitas panasnya yang rendah dan oleh karena itu mampu menjaga panas tertahan didalam atau diluar sistim dengan mencegah perpindahan panas ke atau dari lingkungan luar. Bahan- bahan isolasinya berpori dan mengandung sejumlah besar sel-sel udara yang tidak aktif. Sejumlah besar energi bisa hilang tanpa menggunakan isolasi atau jika isolasinya tidak efisien atau pemasangannya tidak benar.

Ada berbagai macam bahan isolasi yang tersedia di pasar, tetapi kebanyakan terutama terbuat dari fiberglass, wol mineral, polietilen, busa, atau kalsium silikat. Seperti Ethafoam Polyethylene Foam terpal, Solimide Polimide Foam Lembar, FPC Fiberglass Reinforced Silicone Foam terpal, Silicone Sponge Karet Lembar, fiberglass / wol mineral isolasi selimut, mineral kawat-diperkuat isolasi wol, Reflect-Semua Isolasi, pasir curah minera isolasi wol, gabus lembaran isolasi, foil berwajah isolasi fiberglass, dicampur spons lembaran karet, dan banyak lainnya.

Isolasi panas dapat menurunkan kehilangan panas, memberikan keuntungan sebagai berikut:

1. Penurunan pemakaian bahan bakar.

2. Pengendalian proses yang lebih baik dengan mencapai suhu proses pada tingkatan yang konstan.

3. Pencegahan korosi dengan menjaga permukaan terbuka sistim pendinginan diatas titik embun.

5. Peredaman terhadap getaran

Disamping itu kondisi kerja para karyawan menjadi lebih baik karena isolasi melindungi mereka dari kotak langsung dengan permukaan panas dan panas radian dan sebab isolasi dapat mengurangi tingkat kebisingan.

2.3.1. Tipe-tipe isolasi

Isolasi dapat diklasifikasikan berdasarkan pada tiga kisaran suhu yang digunakan masing – masing :

1. Isolasi Suhu Rendah (sampai 90oC), yang digunakan untuk lemari es, sistim air panas dan dingin, tangki penyimpanan, dll. Bahan yang paling banyak digunakan adalah gabus, kayu, magnesia 85 persen, serat mineral, polyurethane dan gabus putih EPS /expanded polystyrene

2. Isolasi Suhu Menengah (90 – 325oC), yang digunakan dalam pemanasan suhu rendah dan peralatan pembangkit steam, jalur steam, saluran cerobong, dll. Bahan yang paling banyak digunakan adalah magnesia 85 persen, asbes, kalsium silikat dan serat mineral.

3. Isolasi Suhu Tinggi (325oC dan diatasnya), yang biasanya digunakan untuk boiler, sistim steam lewat jenuh, pemanggang oven, pengering dan tungku. Bahan yang paling banyak digunakan adalah asbes, kalsium silikat, serat mineral, mika, vermiculite, semen tahan api, silika dan serat keramik.

2.3.2.Alasan Untuk Isolasi

Berbagai alasan untuk menggunakan isolasi dapat diringkas sebagai berikut:

a) Konservasi Energi Konservasi energi dengan mengurangi tingkat panas aliran adalah alasan utama untuk permukaan isolasi. Bahan isolasi yang akan menunjukkan hasil yang memuaskan dalam kisaran suhu 268 ° C sampai 1000 ° C ( 450 ° F sampai 1800 ° F) banyak tersedia.

b) Perlindungan Personil dan kenyamanan Permukaan yang terlalu panas menimbulkan bahaya bagi orang-orang yang bekerja di daerah

itu dari sengaja menyentuh permukaan panas dan membakar diri (Gambar 7-33). Untuk mencegah bahaya ini dan untuk mematuhi Keselamatan OSHA (dan Kesehatan Kerja Administrasi) standar, suhu permukaan panas harus dikurangi menjadi di bawah 60 ° C (140 ° F) oleh isolasi. Juga, berlebihan panas datang dari permukaan yang panas menciptakan lingkungan tidak menyenangkan pekerja, yang merugikan mempengaruhi kinerja atau produktivitas para pekerja, terutama di musim panas.

c) Mempertahankan Suhu Proses Beberapa proses dalam kimia industri adalah suhu-sensitif, dan mungkin menjadi perlu untuk mengisolasi tangki proses dan bagian aliran besar-besaran untuk mempertahankan yang sama suhu di seluruh.

d) Mengurangi Suhu Variasi dan Fluktuasi Suhu di sebuah kandang dapat bervariasi antara bagian tengah dan tepi jika kandang tidak terisolasi. Sebagai contoh, suhu di dekat dinding rumah buruk terisolasi jauh lebih rendah dari suhu di midsections. Juga, suhu dalam kandang yang tidak diisolasi akan mengikuti perubahan suhu di lingkungan erat dan berfluktuasi. Isolasi meminimalkan suhu nonuniformity dalam kandang dan memperlambat fluktuasi.

e) Kondensasi dan Pencegahan Korosi uap air di udara mengembun pada permukaan yang suhunya di bawah titik embun, dan permukaan luar dari tangki atau pipa yang berisi fluida dingin sering jatuh di bawah suhu titik embun kecuali mereka memiliki isolasi yang memadai. Cairan air di permukaan terbuka dari tangki logam atau pipa dapat mempromosikan korosi serta pertumbuhan alga. f) Perlindungan Kerusakan Api saat kebakaran dapat diminimalkan

dengan mempertahankan mudah terbakar berharga dalam kotak pengaman yang terisolasi dengan baik. Isolasi dapat menurunkan laju aliran panas ke tingkat sedemikian rupa sehingga suhu di kotak tak pernah naik ke tingkat yang tidak aman saat kebakaran.

g) Pembekuan Perlindungan Lama paparan suhu subfreezing dapat menyebabkan air dalam pipa atau kapal penyimpanan untuk

membekukan dan meledak sebagai hasilnya perpindahan panas dari air ke lingkungan dingin. Pecahnya pipa sebagai akibat dari pembekuan dapat menyebabkan kerusakan besar. Memadai isolasi akan memperlambat hilangnya panas dari air dan mencegah pembekuan selama paparan terbatas pada suhu subfreezing. Sebagai contoh, meliputi sayuran selama malam yang dingin akan melindungi mereka dari pembekuan, dan mengubur pipa air di dalam tanah pada kedalaman yang cukup akan menjaga mereka dari pembekuan selama seluruh musim dingin. Mengenakan sarung tangan tebal akan melindungi jari dari kemungkinan radang dingin. Juga, logam cair atau plastik dalam wadah akan memperkuat pada permukaan bagian dalam jika wadah tidak benar terisolasi.

h) Mengurangi Kebisingan dan Getaran Manfaat tambahan dari isolasi termal adalah kemampuannya untuk meredam kebisingan dan getaran (Gambar 7-34). Itu bahan isolasi berbeda dalam kemampuan mereka untuk mengurangi kebisingan dan getaran, dan jenis yang tepat dapat dipilih jika pengurangan kebisingan adalah penting pertimbangan.

2.4. Perpindahan Panas

Panas dapat berpindah dari suatu tempat atau benda ketempat atau ke benda lain. Panas dapat berpindah dari suatu zat yang lebih panas ke zat yang lebih dingin. Dengan kata lain, panas hanya akan berpindah dari satu benda ke benda lainnya bila terdapat perbedaan temperatur diantara dua benda tersebut. Atau panas akan berpindah dari benda yang bertemperatur lebih tinggi ke benda yang temperatur lebih rendah. Karena itu dapat disimpulkan bahwa perbedaan

temperatur (Δt) adalah merupakan potensial pendorong bagi proses perpindahan

panas. Dalam proses perpindahan panas, dikenal 3 macam metode perpindahan panas, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi.

2.4.1. Konduksi

Konduksi adalah perpindahan panas suatu benda yang partikel-partikel dalam benda tersebut menstransfer energi melalui tumbukan. Konduksi Panas hanya terjadi apabila terdapat perbedaan temperatur.

Panas yang mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah. Laju perpindahan panas konduksi dapat dinyatakan dengan Hukum Fourrier .

�̇ = −�� ��2−�_� 1� Dimana, �̇ = Laju perpindahan panas (W)

k = Konduktivitas Termal ( W / (m.K))

A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2) T2 = Temperatur akhir (°C)

T1 = Temperatur awal (°C)

L = Tebal plat (m)

Persamaan (2.1) dapat disederhanakan menjadi persamaan yang dikenal dengan konsep resistansi thermal yang dianalogikan dengan resistansi listrik. Hal ini karena laju aliran kalor dianggap sebagai sebuah aliran listrik yang mengalir dari potensial tinggi ke potensial rendah (perbedaan temperatur). Konsep resistansi thermal juga berlaku untuk kedua jenis perpindahan panas yang lain. Dengan demikian, persamaan (2.3) menjadi:

�̇ = − ��2−�1

� �

� = ��

���

Dimana, �̇ = Laju perpindahan panas (W) k = Konduktivitas Termal ( W / (m.K))

A = Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2) T2 = Temperatur akhir (°C)

T1 = Temperatur awal (°C)

R = Resistansi thermal ( °C/m)

2.4.2. Konveksi

Perpindahan panas konveksi terjadi di antara permukaan benda dan suatu fluida. Dengan kata lain, perpindahan panas konveksi adalah perpaduan perpindahan panas konduksi dengan suatu aliran fluida. Perpindahan panas konveksi terdiri dari tiga jenis, yaitu konveksi paksa aliran dalam, aliran luar, dan alamiah. Apabila aliran fluida disebabkan oleh blower/fan maka disebut konveksi paksa dan apabila disebabkan oleh gradien massa jenis maka disebut konveksi alamiah. Pada umumnya laju perpindahan panas dapat dinyatakan dengan hukum persamaan pendinginan Newton,yaitu sebagai berikut:

�̇ =ℎ���_� − �_�� Dimana, �̇ = Laju perpindahan panas (Watt)

h = Koefisien konveksi ( W / m2. K ) A = Luas permukaan kolektor surya m2 Ts = Temperatur plat ( K )

Tf = Temperatur fluida ( K )

Nilai koefisien konveksi dapat dihitung berdasarkan persamaan berikut ini:

ℎ= ��� � Dimana, h = koefisien konveksi ( W / m2. K )

Nu = Bilangan Nusselt

k = konduktivitas termal (W/m.K) L = panjang plat (m)

Secara umum, pola aliran terbagi menjadi tiga jenis, yaitu aliran laminar, transisi, dan turbulen. Aliran laminar adalah aliran yang molekul-molekul fluidanya masih tersusun rapi atau tidak acak, sedangkan aliran turbulen adalah aliran yang molekul-molekul fluidanya acak atau radial.

Aliran transisi merupakan pola aliran yang berada diantara aliran laminar dan turbulen.

Persamaan yang digunakan untuk menghitung bilangan Reynold adalah sebagai berikut:

�� = ���_�

Dimana, Re = bilangan Reynold

ρ = massa jenis fluida (kg/m3) U = kecepatan aliran fluida (m/s) L = Panjang pipa (m)

μ = viskositas (Ns/m2)

2.4.3. Persamaan Empirik Konveksi Natural permukaan Luar

Persamaan mencari bilangan Nu yang diturunkan secara analitik dan menghasilkan persamaan: 25 , 0 25 , 0 Pr 952 , 0 Pr 678 , 0 Nu       +

= RaL

Di dapat dengan asumsi bahwa aliran adalah laminar. Validasi yang dilakukan dengan cara eksperimen membuktikan adanya penyimpangan dari persaman tersebut dengan hasil eksperimen. Hal ini, salah satunya diakibatkan adanya efek turbulensi. Penentuan kondisi aliran pada kasus konveksi natural adalah menggunakan bilangan Ra yang telah didefenisikan pada persamaan:

να β_{( )} 3

L T T g

Ra s r

L

− =

Pada penyelesaian analitik yang telah telah ditampilkan di atas, Karena diturunkan dengan asumsi untuk aliran laminar maka hanya pada bilangan Ra yang rendah sebaiknya persamaan itu dipakai. Sementara untuk bilangan Ra yang lebih besar persamaan tersebut tidak disarankan. Meskipun demikian, bentuk dasar persamaan tersebut memberikan

informasi bahwa bilangan Nu dari suatu masalah konveksi natural dapat dirumuskan sebagai berikut:

m L

CRa

=

Nu

Dimana C dan m adalah konstanta yang tergantung pada permukaan, jenis fluida dan besar bilangan Rayleigh.

Permasalahannya sekarang adalah mencari konstanta C dan m yang sesuai untuk suatu kasus konveksi natural. Kedua konstanta ini dihitung dengan menggunakan data eksperimen. Dengan menggunakan data-data eksperimen yang baik maka seorang peneliti dapat mengajukan konstanta yang sesuai, cara inilah yang dikenal dengan cara membangun persamaan empirik. Beberapa peneliti telah mengajukan persamaan untuk beberapa kasus yang akan ditampilkan pada bagian berikut. Persamaan akan dibagi berdasarkan bentuk permukaan dan kondisi permukaan apakah untuk temperatur konstan atau untuk flux konstan.

2.4.3.1. Bidang vertikal

Arah aliran fluida akibat konveksi natural pada bidang vertikal mempunyai dua kemungkinan. Pertama temperatur bidang lebih tinggi dari temperatur fluida sehingga fluidanya mengalir ke atas atau sebaliknya temperatur bidang lebih rendah dari temperatur fluida, sehingga arah aliran ke bawah. Secara kuantitatif persamaan mencari nilai bilangan Nu adalah sama, hanya arahnya saja yang berbeda.

a. Untuk bidang vertikal dengan Ts konstan

Parameter bilangan Rayleigh dihitung dengan menggunakan panjang bidang L dan dinyatakan dengan RaL. Untuk kasus ini ada beberala alternatif yang dapat digunakan. Persamaan yang paling sederhana dapat dijumpai pada McAdams (1954), Warner dan Arpaci (1968), dan Bayley (1955), yaitu:

25 , 0 59 , 0

Nu= RaL untuk

9 4

10

10 ≤RaL≤

Nu=0,1Ra1L3 untuk

13 9

10 10 <RaL≤

Kedua persamaan benar-benar sangat mirip dengan persamaan. Keunggulan dari persamaan ini adalah bentuknya yang sangat sederhana sehingga mudah untuk digunakan. Tetapi kedua persamaan ini kurang teliti. Untuk meningkatkan ketelitiannya persamaan yang direkomendasikan Churchill dan Chu (1975) dapat digunakan.

2 27 8 16 9 6 1 ] ) Pr 492 , 0 ( 1 [ 387 , 0 825 , 0 Nu       + +

= RaL

Persamaan ini diklaim berlaku untuk semua rentang bilangan RaRLR. Dan jika ingin lebih teliti lagi, untuk bilangan Rayleigh yang

lebih rendah 9

10

≤ L

Ra , Churchill dan Chu (1975) menyarankan persamaan berikut: 9 4 16 9 4 1 ] ) Pr 492 , 0 ( 1 [ 67 , 0 68 , 0 Nu + +

= RaL

Meskipun kedua persamaan ini mempunyai bentuk yang sangat berbeda dengan hasil analitik pada persamaan (2.17), tetapi pada kasus tertentu dapat memberikan hasil yang sama. Telah disebutkan bahwa penyelesaiaan analitik didapatkan dengan asumsi bahwa aliran yang terjadi adalah laminar dimana bilangan RaRLR

kecil. Jika bilangan ini kecil, bagian kanan dari persamaan (2.12) dan persamaan (2.13) akan bisa diabaikan. Sebagai hasilnya bilangan Nu untuk kedua persamaan akan mendekati 0,68 dan 0,825P2P ≈0,68. Demikian juga hasil analitik pada persamaan (2.17) akan mendekati 0,678. Kesimpulannya memberikan angka yang sama. Tetapi sebaliknya jika bilangan Ra RL R besar masing-masing persamaan ini

akan menyimpang dan disarankan menggunakan yang sesuai rekomendasi.

b. Bidang vertikal dengan flux q′′ konstan

Plat vertikal yang dipanasi dengan flux panas q′′ [W/mP2P] sangat cocok memodelkan plat vertikal yang disinari dengan cahaya yang tetap. Pada plat seperti ini, temperatur plat tidak diketahui.

Karena memang temperatur tidak diketahui, maka temperatur yang digunakan pada persamaan adalah temperatur rata-rata, dan dirumuskan dengan persamaan:

(

)

h q T T_s− _r = ′′

Dengan menggunakan persaman ini bilangan RaRLR dapat

dihitung. Kemudian, bilangan Nu dapat dihitung dengan menggunakan persaman yang diajukan oleh Churchill dan Chu (1975). 2 27 8 16 9 6 1 ] ) Pr 437 , 0 ( 1 [ 387 , 0 825 , 0 Nu       + +

= RaL

Meskipun semua parameter dapat dihitung tetapi permasalahannya tidak sederhana untuk diselesaikan. Perhatikan persamaan (2.14) untuk menghitung beda temperatur harus diketahui koefisien konveksi rata-rata h. Sementara ini masih harus dihitung pada persamaan (2.15). Oleh karena itu masalah ini harus diselesaikan dengan trial and error dengan menebak dulu nilai h, kemudian dilanjutkan dengan menghitung beda temperatur. Beda temperatur ini akan digunakan menghitung RaRLR, dan akhirnya Nu dapat dihitung.

Nilai h hasil tebakan harus dicek lagi dengan menggunakan nilai Nu yang baru didapat. Jika tidak berbeda jauh atau bedanya dapat diterima, maka perhitungan bisa dihentikan. Tetapi jika tidak maka perhitungan harus diulang lagi sampai hasilnya sama atau perbedaannya dapat diterima.

2.4.3.2. Bidang miring

Bidang vertikal dapat dianggap sebagai bidang miring dengan kemiringan 90PoP. Dengan kata lain bidang miring adalah bidang vertikal yang sudut kemiringannya kurang dari 90PoP. Jika fakta ini dibawa ke kasus konveksi natural, maka semua persamaan pada bidang vertikal dengan satu catatan kemiringannya harus diperhitungkan. Untuk lebih

jelasnya sebuah plat yang panas dimiringkan dengan sudut kemiringan terhadap vertikal ditampilkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.2 Konveksi natural pada bidang miring

Pada gambar dapat dilihat bahwa pada bidang miring dengan sudut kemiringan terhadap vertikal, percepatan gravitasi dapat diproyeksikan menjadi yang sejajar dengan bidang. Ini berarti bidang miring dapat dianggap sebagai plat vertikal tetapi percepatan gravitasinya menjadi

. Maka untuk bidang miring semua persamaan pada kasus bidang vertikal dengan dan konstan dapat digunakan. Tetapi gravitasi harus diganti menjadi saat menghitung bilangan Ra.

Setelah menghitung bilangan Ra, maka semua persamaan untuk plat vertikal, persamaan (2.10) sampai dengan persamaan (2.15) dapat digunakan. Kita tinggal memilih persamaan mana yang sesuai untuk kasus yang sedang dibahas.

2.4.3.3. Bidang horizontal

Meskipun sampai bagian ini yang sudah dijelaskan adalah konveksi natural pada bidang vertikal dan bidang miring, bukan berarti pada bidang horizontal tidak terjadi konveksi natural. Yang menjadi pertanyaan di sini

adalah bagaimana mendefenisikan panjang perpindahan panas. Hal ini perlu dijelaskan karena percepatan gravitasi adalah tegak lurus terhadap bidang horizontal. Pada kasus konveksi natural pada bidang horizontal panjang yang digunakan menghitung bilangan RaRLR adalah panjang

karakteristik yang didefenisikan dengan persamaan:

Dimana menyatakan luas bidang horizontal dan adalah kelilingya. Dengan menggunakan panjang karakteristik ini bilngan RaRLR

dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.8). Pola konveksi natural pada permukaan horizontal dapat dibagi dua. Masing-masing dijelaskan pada bagian berikut:

1. Permukaan atas yang panas atau permukan bawah yang dingin.

Pola ini ditunjukkan pada Gambar 2.2 Pada bagian kiri gambar tersebut bidang horizontal yang panas berada pada fluida yang lebih dingin. Sebagai akibatnya fluida yang bersentuhan dengan permukaan akan lebih ringan karena lebih panas dan akan mengalir naik. Pada bagian kiri digambarkan sebaliknya bidang horizontal yang dingin berada pada fluida yang lebih panas. Fluida yang bersentuhan dengan bidang akan lebih dingin. Karena lebih dingin akan menjadi lebih berat dan akan mengalir turun.

Gambar 2.3 Konveksi natural pada bidang horizontal (type a)

Persamaan bilangan Nu untuk kedua bagian gambar ini adalah sama. Hanya arah alirannya saja yang berbeda. Persamaan menghitung

bilangan Nu dapat digunakan persamaan yang diajukan oleh Llyod dan Moran (1974):

Untuk :

Untuk

2. Permukaan atas yang dingin atau permukaan bawah yang panas

Pola ditunjukkan pada Gambar 2.3 Pada bagian kiri gambar ditunjukkan bahwa fluida yang panas akan terdesak dari permukaan yang panas dan mengalir ke sebelah luar. Untuk mengisi kekosongan akibat aliran ini maka fluida dibawahnya akan mengalir ke atas. Hal yang sama tetapi dengan arah yang berbeda ditampilkan pada bagian kanan gambar tersebut.

Gambar 2.4 Konveksi natural pada bidang horizontal (type b)

Persamaan menghitung bilangan Nu untuk kasus ini dapat digunakan persamaan yang dituliskan pada buku Incropera (2006).

Persamaan ini berlaku untuk .

3. Konveksi natural pada ruang tertutup yang dipanasi dari sisi bawah. Solar kolektor plat datar umumnya mempunyai penutup kaca yang fungsinya meneruskan sinar matahari tetapi mengurangi panas terbuang ke lingkungan. Susunan absorber dengan penutup kaca ini akan

membentuk ruang tertutup persegi yang miring dan didalamnya terjadi konveksi natural. Bilangan Nusselt (Nu) untuk kasus ini dapat dihitung berdasarkan persamaan diajukan oleh Holland dkk (1976) dengan RaL <

105, yaitu [23]:

��= 1 + 1,44�1−1708_��

��

+

+ ����

1/3

18 −1� +

Dimana, NuL = Bilangan Nusselt

RaL = Bilangan Rayleigh

BAB III METODOLOGI

3.1.Objek

Dalam skripsi ini yang menjadi objek perancangan adalah Insulation Material pada elemen pemanas dari mixer, dimana penulis menggunakan Rockwoll dan pelat aluminiumsebagai insulation materialnya. Pengaruh rockwool terhadap panas yang diserapnya dari elemen pemanas, kehilangan panas, keuntungan dan kerugian rockwool dapat di lihat dalam skripsi ini.

3.2.Metode Perancangan

Dalam karyanyaDiscourse On Methoda, Descartes, A. Rene. (2007) dikemukakanprinsip metodologi yaitu menjelaskan kaidah-kaidah pokok tentang metode yang akan dipergunakan dalam aktivitas ilmiah maupun penelitian. Menurut Julesayer, B. Alred. (2007) dalam karyanya yang berjudul Language, Truth and Logic yang terkait dengan prinsip metodologi adalah prinsip verifikasi.

Adapun metode perancangan yang dilakukan penulis adalah metode studi kasus berdasarkan survey di lapangan.Survey dilakukan untuk mengetahui bagaimana mesin mixer beroperasi dan pengumpulan data survey, kemudian dianalisa dan dihitung setiap bagian-bagian alat mesin mixer, serta dilakukan pengujian langsung dengan menggunakan bahan thermoplastic. Selanjutnya dilakukan studi literatur agar perancangan yang dilakukan memiliki pedoman yang kuat.

Di bawah ini dapat dilihat bagan proses perancangan yang dilakukan penulis untuk menulis skripsi.

Gambar 3.1 Bagan proses penulisan skripsi

Pengamatan di lapangan Studi Kasus

melalui Internet & Surat Kabar

Studi pustaka

Data diolah Pengujian

Mesin

Hasil

Kesimpulan Perancangan

Apabila Pengujian

3.3. Lokasi dan Waktu Perancangan 3.3.1. Lokasi Perancangan

Lokasi penelitian dan perancangan yang dilakukan oleh penulis adalah di Jalan Ngumban Surbakti, GG. Bunga Sedap Malam VIII-B dan Lab Bengkel Teknik Mesin USU.

3.3.2. Waktu Perancangan

Penulis melakukan perancangan selama 4 bulan, mulai dari tanggal 11Februari – 11Juni 2013.

3.4.Sumber Data

Adapun Sumber data yang diperoleh penulis dalam perancangan ini berasal dari:

3.4.1. Data Primer

Data primer yaitu data yang diperoleh dengan peninjauan secara langsung ke toko-toko penjualan mesin. Data primer tersebut adalah hal-hal yang berkenaan dengan mesin mixer seperti :

1. Sepesifikasi komponen alat-alat dan bahan yang digunakan untuk rancangan mesin.

2. Harga setiap komponen alat-alat dan bahan dari mesin mixer, serta harga mesin mixer yang sudah beredar dipasaran.

3. Studi banding antara mesin mixer yang penulis rancang dengan mesin mixer yang beredar dipasaran.

3.4.2.Data Sekunder

Data sekunder diperoleh melalui journal dan skripsi yang sudah ada serta situs internet tentang mixer, kemudian penulis melakukan studi kepustakaan dengan mempelajari buku-buku atau hal-hal yang berhubungan dengan mixer, khususnya tentang elemen pemanas dan insulation material, kemudian data diolah untuk bahan membuat tugas sarjana.

3.5.Data yang Diambil

Data yang diambil berupa spesifikasi alat-alat yang akan dirancang, serta fungsi dan rumus perhitungan setiap bagian-bagian alat pada mesin mixer. Kemudian data yang sudah ada dibandingkan dengan data yang akan penulis rancang. Selanjutnya ke tahap pembuatan mesin dan diakhiri dengan pengujian mesin mixer untuk mendapatkan kapasitas dari mesin.

3.6.Perancangan Mesin Mixer

Pada perencangaan mesin mixer ini ada beberapa tahapan yang dilakukan dari perencaan kapasitas, penentuan daya penggerak, perencaan daya motor dan perencanaan komponen-komponen pendukung dari mesin mixer.

3.6.1. Menentukan Kapasitas Maksimum

Pada perencanaan kapasitas bejana aduk, bejana yang direncanan berbentuk silinder dengan diameter yang ditentukan dan bahan bejana aduk adalah stainless steel.

Gambar 3.2 Kapasitas bejana aduk Jadi kapasitas maksimum bejana adalah :

V = �_�4. �_�2 . Z = ��₄. (280)2. (112) = 6892928 ��3

= 6,9 x 10−3�3 V = 6,9 Liter

3.6.2. Menentukan Daya Pengaduk

Dalam menentukan daya pengaduk factor yang harus diperhatikan adalah diameter bejana aduk, panjang pengaduk, putaran pengaduk, tinggi dasar bejana aduk ke pengaduk, level kapasitas maksimum, viskositas dan densitas bahan yang akan diaduk. Dari beberapa komponen inilah kita dapat menentukan daya pengaduk. Dari rumus daya pengaduk dapat dihitung dengan cara :

hp= (1,29 � 10−4)(�_�1,1)(�2,72_)(�2,86_)(�0,3_)(�0,6_)(��_)(�0,86_{) ...(Ir.Sri} Wuryani, Hal 152)

Dimana :

Dj = Diameter bejana aduk (meter)

L = Panjang pengaduk (meter)

N = Putaran pengaduk (Rad/s)

Y = Tinggi dasar bejana aduk ke pengaduk (meter) Z =Level kapasitas maksimum (meter) �� _{= Visikositas bahan yang diaduk (N.s/m}2 )

ρ

= Densitas bahan yang diaduk (kg/m3) Sehingga,

Hp= (1,29 � 10−4)(�_�1,1)(�2,72)(�2,86)(�0,3)(�0,6)(��)(�0,86) Hp=(1,29 � 10−4)(0,2801,1)(0,1202,72)(4,662,86)(0,0530,3)(�0,6)

(217 � 102)1,33₍₉₁₅0,86₎

Hp=(1,29 � 10−4)(0,2465323)(0,00313)(81,58)(0,41427)(0,1120,6) (585452,205)(352,2266)

Hp= 174,256 Watt Hp= 0,174 KW

3.6.3. Merencanakan Daya Motor Penggerak

Dalam menentukan daya motor, harus diketahui daya yang dibebani oleh sistem. dalam hal ini perlu dipertimbangkan data mesin pada waktu dibebani atau sedang beroperasi. Jika p adalah daya rata-rata yang diperlukan, maka harus dibagi dengan efesiensi mekanis dari sistem transmisi untuk mendapatkan daya penggerak mula yang diperlukan. Daya yang besar diperlukan untuk start, atau beban yang besar terus bekerja setelah start. dengan demikian sering diperlakukan faktor koreksi pada daya rata-rata yang diperlukan dengan menggunakan faktor koreksi pada perencanaan.

Gambar3.3 Motor listrik

Jika p daya nominal output dari motor penggerak, maka berbagai macam faktor keamanan biasanya dapat diambil dalam perencanaan,sehingga koreksi pertama dapat diambil yang terkecil.

Tabel 3.1. Faktor-faktor Koreksi Daya yang Ditransmisikan No. Daya yang akan ditransmisikan Fc 1.

2. 3.

Daya rata-rata yang diperlukan Daya maksimum yang diperlukan Daya normal

1.2 – 2.0 0.8 – 1.2 1.0 – 1.5

Daya perencanaan dihitung dengan rumus :

Dimana :

P = Daya nominal motor = 0,174 KW fc = Faktor koreksi daya = 1,07

maka :

Pd = 0,174 KW x 1,07

Pd = 0,1865 KW

Momen puntir yang direncanakan pada poros motor dapat dihitung dengan rumus :

Pd =

�₁₀₀₀� �(2��1

60)

102 (Sularso, hal 7) Dimana :

T = momen puntir rencana ( kg . mm) Pd= daya perencanaan = 0,1865kW

n1= putaran normal = 2800rpm

Jadi :

0,1865 = �

�

1000�(2�3.14 2800

60 )

102

0,1865 =�

�

1000�(293,066)

102

186,5 =� ( 293,066) 102 19023 = T(293,066)

T = 19023 293,066

T = 90,8744 kg.mm

Diameterporos motor yang direncanakan (ds) adalah 14 mm, sehingga

untuk mencari tegangan geser yang diijinkan τa (kg/mm2) untuk pemakaian

umum pada poros dapat dihitung dengan cara : ds = �

5,1

�� ��Cb��

1/3

... (Sularso, hal 7) dimana : �_� = Faktor koreksi yang dipilih adalah 3

Cb = Faktor koreksi yang dipilih adalah 2,3 � = momen puntir

ds = diameter poros motor

τa = tegangan geser yang diijinkan

sehingga, 14 (mm) = �5,1

�� . 3 . 2,3 . 90,8744�

1/3

τa =

3197,87 143

τa = 1,1654 kg/mm2

maka, ds = �

5,1

�� ��Cb ��

1/3

ds = �

5,1

1,1654 . 3 . 2,3 . 90,8744� 1/3

ds =[2744,010757]1/3

ds = 13,963 mm

Jadi poros yang direncanakan sangat aman digunakan karena lebih kecil dari yang dirancang.

Sehingga kita dapat menghitung tegangan geser τ(kg/mm2

) dari bahan poros motor yang direncanakan adalah :

τ = �

�.��3/16 = 5,1(�)

��3

= 5,1(90,8744) 13,9633

τ = 0,17 kg/mm2

Menghitung besarnya �_�(kekuatan tarik bahan poros) untuk pemakaian umur pada poros dapat diperoleh dengan cara:

τa =_���� 1���2

dimana : τa = tegangan geser yang diijinkan

�_� = kekuatan tarik bahan poros

��₁ = faktor keamanan yang diambil (6) ��2 = faktor keamanan yang diambil (3)

jadi, τa =_���� 1���2

��= 1,1654 kg/mm2 x (6 x 3)

�� = 20,977

�� = 21 kg/mm2

Maka bahan poros yang dirancang adalah FC 20, dengan kekuatan tarik�_�= 21 kg/mm2.

3.6.4. Merencanakan Ukuran Pasak Dan Alur Pasak

Pasak adalah suatu elemen mesin yang dipakai untuk menetapkan bagian-bagian mesin seperti: roda gigi, pulli, kopling, dan lain sebagainya pada poros. Pasak pada umumnya dapat digolongkan atas beberapa macam seperti: pelenaa, pasak rata, pasak singgung dan pasak benam yang umumnya berpenampang segi empat.

Gaya geser terjadi pada penampang mendatar b x 1 ( mm2 ) oleh gaya F ( Kg ) dengan demikian tegangan geser �k ( Kg/mm2 ) yang dihasilkan adalah:

�k = �

� . � ...( Sularso, Elemen Mesin, 1983; hal 25 ) Dari tegangan geser yang diijinkan, �ka ( Kg/mm2 ) panjang pasak h ( mm ) yang diperlukan dapat diperoleh :

�ka = �

� . � ...( Sularso, Elemen Mesin, 1983; hal 25 )

Harga �ka adalah harga yang diperoleh dengan membagi kekuatan tarik �H dengan faktor keamanan Sfk1 x Sfk2, harga Sfk1 umumnya diambil 6, dan Sfk2 dipilih 1 – 1,5 jika beban dikenakan secara perlahan-lahan , antara1,5 – 3 jika dikenakan dengan tumbukan ringan, antara 2 – 5 jika dikenakan secara tiba-tiba dan dengan tumbukan berat. Selanjutnya perhitungan untuk menghindari kerusakan permukaan samping pasak karena tekanan bidang.

Dimana :

b = lebar pasak t = tinggi pasak b = ��

4 = 14

4 = 3,5 mm t =��

8 = 14

8 = 1,75 mm

Mencari gaya tangensial (kg) yang terjadi f =_���

2

�

= 90,8744kg /mm2 14 2⁄ f = 12,982 kg maka ;

τ = �

�.� dimana:

τ = Tegangan geser b = Lebar pasak l = Panjang pasak 0,59114 = 12,982

�.� b.l = 12,982

0,59114

= 21,960

Jika b = 3,5 mm maka : 3,5 mm l = 21,960

l = 21,960 3,5 �� l = 6,27 mm jadi ukuran pasak = b .h .l

= 3,5 � 1,7 � 6,27 vp = 148,128 mm3

3.6.5. Merencanakan Sabuk penggerak

Sabuk merupakan salah satu elemen mesin yang berfungsi untuk memindahkan daya dan putaran pada jarak sumbu poros yang relatif panjang yang ditempatkan pada sebuah pulli. Penggunaan sabuk memiliki beberapa keuntungan seperti :

a. Dapat memindahkan daya pada jarak yang relatif panjang b. Dapat menyerap beban kejut atau getaran

c. Biaya relatif murah dibandingkan dengan sistem transmisi roda gigi. a. Sabuk Datar

Sabuk ini biasanya terbuat dari kulit yang dimasak atau kain yang diresapi dengan karet. Sabuk datar yang modern terdiri dari inti elastis yang kuat, seperti benang baja atau nilon, untuk menerima beban tarik dan memindahkan daya, yang digabung dengan selubung yang lugas untuk memberi gesekan antara sabuk dengan pulli. Sabuk datar sangat efisien untuk kecepatan tinggi, tidak bising, tidak memerlukan pulli yang besar, dan dapat memindahkan daya antara pulli pada posisi yang tegak lurus satu sama lain. Sabuk datar khususnya sangat berguna untuk instalasi penggerak dalam kelompok, karena aksi klos yang disapat tersebut.

b. Sabuk V (V-belt)

Sabuk ini terbuat dari kain dan benang, biasanya katun, rayon, nilon dan diresapi dengan karet. Berbeda dengan sabuk datar, sabuk V ini dipakai dengan ikatan yang lebih kecil dan pada jarak sumbu yang lebih pendek. Sabuk V kurang sedikit efisien bila dibandingkan dengan sabuk datar, tetapi beberapa diantaranya dapat dipakai pada ikatan tunggal, sehingga membuat suatu kelipatan penggerakan.

c. Sabuk V yang bermata rantai ( Link V Belt)

Sabuk ini terbuat dari sejumlah kain berkaret yang bermata, yang digabungkan dengan alat pengikat logam yang sesuai. Jenis sabuk ini bisa dilepas pada setiap mata rantai dan panjangnya bisa diatur dengan melepas beberapa mata rantai. Hal ini untuk menghindarkan kebutuhan akan penyetelan sumber putaran dan penyederhanaan pemasangan. Hal ini memungkinkan untuk merubah tegangan dan mendapatkan efisiensi yang maksimum.

Gambar 3.5 Permukaan Sabuk V

 Type Sabuk Yang dipakai adala type A

Dimana:

2β = 400

β = 200

tg β = �

9 � = tg 200

= 3,275 mm b = 12,5 – 2 � = 12,5 – 2(3,275) = 5,95 rpm

 Mecari Luas sabuk

A = 9.b + (2x 0,5 � 3,275 � 9) = (9 � 5,95)( 2 � 0,5 � 3,275 � 9) = 83,025 mm2

Transmisi dari motor penggerak ke poros reduksi oleh sabuk Jika diketahui:

Daya perencanaan = 0,1865 KW Putaran puli penggerak (n1) = 2800 rpm Diameter puli penggerak (dp) = 6 mm

Putaran puli yang diinginkan (n2) = 1680 rpm Jadi,

�1

�2

= i = ��

�� =

1

�;u =

1

�

2800 1680 =

��

6 5

3 =

��

6 30 = 3 �_� �� = 10 mm

Mencari kecepatan linier sabuk- V (m/s) adalah: v = ����1

60 � 1000 = (3,14)�6�2800

60 � 1000 v = 0,879 m/s

 Menentukan tegangan sabuk

Bila diketahui:

Fc = suduk kemiringan daya = 1 P = 0,1865 KW

n1 = 2800 rpm n2 = 1680 rpm pd = P � fc pd = 0,1865 � 1

= 0,1865 KW

T1 = 9,74 � 105 (0,1865/2800) = 9,74 � 105� 6,6607 � 10-5

T1 = 64,87 kg.mm

T2 = 9,74 � 105 (0,1865/1680) = 9,74 � 105� 1,110 � 10-4

T2 = 108,4914 kg.mm

 Menentukan Panjang Sabuk

L = 2C + �

2 (dp + Dp) + 1

2 (Dp – dp) 2

– 1

4� (Dp – dp) 2

= 2C + �

2 (dp + Dp) + 1

4� (Dp – dp) 2

= 2(33) + �

2 (6 + 10) + 1

4(33) (10 – 6) 2

= 91,24 cm = 912,4 mm

Berdasarkan sabuk “V” standard dengan nomor nominal 36 inch atau 914 mm (tabel sularso,1987 hal 168). Maka;L = 914 mm.

Dalam perdangangan terdapat bermacam – macam ukuran sabuk. Namun, mendapatkan sabuk yangpanjangnya sama dengan hasil perhitungan umurnya sukar.

Jarak sumbu poros C dapat dinyatakan sebagai berikut : C = �

+ ��2−8(�_�−�_�)2 8

Dimana:

b = 2L – 3,14(Dp – dp)2 = 2(914) – 3,14(100 – 60 ) b = 1702,4 mm

C = 1702,4+ �(1702,4)2− 8 (100−60)2 8

C = 1702,4 √2885365 ,76 8

C = 3401,036 8 C = 425 mm

 Menghitung besarnya sudut α Di mana :

Sin α = �1−�2 50−30 425

r1 = jari – jari puli yang digerakkan (mm) r2 = jari – jari puli penggerak (mm)

Sin α = 0,047

α = 2,690

Menghitung daya yang di transmisikan pada sabuk (po) dengan jumlah

sabuk yang digunakan adalah 1sabuk (N=1). Dimana:

N = ��

����

N = jumlah sabuk Pd = Daya motor (KW)

P0 = Daya yang ditransmisikan pada sabuk (KW) = Faktor Koreksi Sabuk (0,9858)

 Mencari Faktor koreksi sabuk (Kθ)

Untuk menentukan faktor koreksi diambil dari Tabel 5.7 Sularso 1987 hal.174.

��−��

� =

10−6 33

Dik:x = 0,121 y = ...? x1= 0,1 y1= 0,99

y2= 0,97

Sehingga: �−�1

�2−�1 =

�−�1

�2−�1

0,121−0,1

0,2−0,1 =

�−0,99 0,97−0,99 0,021

0,1 =

�−0,99

−0,02 -0,02 x 0,21 = y - 0,99

y = 0,99 – 0,0042 y = 0,9858 Kθ = 0,9858 Sehingga,

N = ��

����

1 = 0,1865

��� 0,9858 Po = 0,1865

0,9858 Po = 0,1892 kW

Jadi, kapasitas daya yang ditransmikan (Po) = 0,1892 kW

3.6.6. Merencanakan Roda Gigi

Sebelum perancangan Roda Gigi, lebih awal kita rancangan poros roda gigi agar sesuai dengan kekkuatan dan kondisi yang kita inginkan. Perancangan poros roda gigi ini juga berguna untuk perancangan bantalan yang akan dipakai untuk media untuk mengurangi gaya gesek yang terjadi pada poros, agar poros dapat tahan lama dan dapat bekerja secara optimal.

a b

Gambar 3.7Perancangan Poros Roda Gigi sebagai Pereduksi Putaran (a) Roda gigi besar (b) Roda gigi Kecil

Momen puntir yang direncanakan pada poros roda gigi dapat dihitung dengan rumus :

Pd =

�₁₀₀₀� �(2��1

60)

102 ... (Sularso, hal 7) Dimana :

T = momen puntir rencana ( kg . mm) Pd= daya perencanaan = 0,1892KW

n1 = putaran normal = 1680rpm

Jadi :

0,1892 = �

�

1000�(2�3.14 1680

60 )

102

0,1892 = �

�

1000�(175,84)

102

189,2 = � (175,84) 102

19297 = T(175,84) T = 19297

175,84

Diameter poros motor yang direncanakan (ds) adalah 9 mm, sehingga

untuk mencari tegangan geser yang diijinkan τa (kg/mm2) untuk pemakaian

umum pada poros dapat dihitung dengan cara : ds = �

5,1

�� ��Cb��

1/3

... (Sularso, hal 7) dimana : �_� = Faktor koreksi yang dipilih adalah 3

C_b = Faktor koreksi yang dipilih adalah 2,3 � = momen puntir

ds = diameter poros motor

τa = tegangan geser yang diijinkan

sehingga, 9 (mm) = �5,1

�� . 3 . 2,3 . 153,14�

1/3

τa =

5388,9966 93 τa = 7,3923 kg/mm2

maka, ds = �

5,1

�� ��Cb ��

1/3

ds = �

5,1

7,3923 . 3 . 2,3 . 153,14� 1/3

ds =[729]1/3

ds = 8,8 mm

Jadi poros yang direncanakan sangat aman digunakan karena lebih kecil dari yang dirancang.

Sehingga kita dapat menghitung tegangan geser τ(kg/mm2) dari bahan poros motor yang direncanakan adalah :

τ = �

�.��3_/16 =

5,1(�)

��3

= 5,1(153,14)

8,83

τ = 1,146 kg/mm2

Menghitung besarnya �_�(kekuatan tarik bahan poros) untuk pemakaian umur pada poros dapat diperoleh dengan cara:

τa =_���� 1���2

dimana :τa = tegangan geser yang diijinkan

�_� = kekuatan tarik bahan poros

��₁ = faktor keamanan yang diambil (5,6) ��₂ = faktor keamanan yang diambil (1,3)

jadi, τa =_���� 1���2

�� = 7,3923 kg/mm2 x (5,6 x 1,3)

�� = 53,816

�� = 54 kg/mm2

Maka bahan poros yang dirancang adalah SF 50, dengan kekuatan tarik�_�= 54 kg/mm2.

Gambar 3.8 Bagian – bagian Roda Gigi

Untuk menentukan diameter lingkaran jarak roda gigi :

Di mana d1 = Diamter lingkar jarak roda gigi penggerak (mm)

d2 =Diamter lingkar jarak roda gigi penerus (mm)

ɑ = Jarak sumbu poros (mm) ɑ = �1+�2

2 =m

(�₁+�₂) 2

d1 = 2ɑ (1+�) d2 =2ɑ.�

Mencari d1(mm)

d1 = 2ɑ (1+�) = 2(26) (1+6)

= 56 7

d1 = 7,42 mm

Mencari d2(mm)

d2 = 2ɑ.� (1+�)

= 2.(26).6

(1+6)

= 312

7

d2 = 44,57 mm

Untuk menentukan jarak bagi lingkar t(mm) maka diameter lingkaran jarak:

� =�� 2 � =3,14(7,42)

9

� = 2,5887 mm

Untuk menentukan jarak bagi normal te (mm) dan jarak bagi diameter

lingkaran t adalah :

dg= d cos α

dimana,

dg= diameter lingkaran dasar

d = diameter lingkaran jarak bagi α = sudut PO1I1 = sudut PO2I2

nilai α = 20º untuk batang gigi dasar untuk gigi berkedalaman penuh jadi, dg= d cos α

dg= 7,42 cos 20º

Dengan mendapatkan nilai dg, kita dapat menghitung nilai dari jarak

bagi normal te (mm)

dimana, te = �_��cos α

te = �_�dg

te =

3,14

9 (6,972) te = 2,4324 mm

Untuk menentukan diameter luar : dimana, dk1 = (z + 2) m

dk1 = (9 + 2) 0,8 dk2 = (54 + 2) 0,8

dk1 = 8,8 mm dk2 = 44,8 mm

dk1 = 9 mm dk2 = 45 mm

Gambar 3.9 Batang Gigi Dasar

Untuk menentukan kedalaman pemotong puncak gigi H dapat dihitung sebagai berikut :

dimana,

H = kedalaman puncak m = modul

��= kelonggaran puncak

Agar profil pahat dapat memotong kelonggaran puncak, harus dipertinggi dengan �_�= 0,25 m.

sehingga, �_�= 0,25 m ��= 0,25 (0,8)

��= 0,2 mm

jadi, H = 2 m + �_� H = 2 (0,8) + 0,2 H = 1,8 mm

Gambar 3.10 Gigi dipandang sebagai balok kantiliver dengan kekuatan seragam

Dari analisa gambar (6.12 Sularso 1987, Hal 223), kita dapat menentukan nilai dari “ perbandingan kontak ”.

� = �

��

dimana,

Z = panjang lintasan kontak te = jarak bagi normal

Dimana jarak Z adalah panjang lintasan dari K2 K1, dapat ditulis dengan cara:

Z = ( K2 M2 ) + ( M2 M1 ) + ( M1 K1 )

Z = (0,4 . te) + (0,6 . te) + (0,4 . te)

Z = (0,4 . 2,4324) + (0,6 . 2,4324) + (0,4 . 2,4324) Z = 0,9729 + 1,45944 + 0,972

Z = 3,4057 mm

Gambar 3.11 Perbandingan Kontak (a) Garis tekan (b) titik Pembebanan (c) Jumlah Gigi yang berkaitan

sehingga, � = �

��

� = 3,4057 2,4324 � = 1,399 � = 1,4

Untuk menentukan harga gaya tangensial dapat dihitung dengan cara : Ft =

102 . �_�

�

dimana,

Pd= daya rencana

v = kecepatan keliling Ft = gaya tangensial

Untuk menentukan kecepatan keliling, v = � . ��1. �1

60 � 1000 v = 3,14 (8,8) � (1680)

60 � 1000 v = 0,7736 � �⁄ jadi, Ft =

102 . �_�

�

Ft =

102 . (0,2640 0,7736

Ft =

2,692 0,7736 Ft = 34,80 kg

Untuk menentukan nilai lemis Y, kita dapat menghitungnya dengan cara : Y = ℎ2

6 �� dimana, h = 1,6 mm

l = 1,7 mm m = 0,8

sehingga ; Y = 1,62 6 (1,7) (0,8)

Y = 2,58 8,16 Y = 0,313

Untuk menentukan tegangan lentur pada roda gigi dapat dihitung dengan cara:

Ft = �_� . b . m . Y

Ft = ��. (7) . (0,8) . (0,313)

34,80 = �_� . 1,7518 �� = _1,751834,80

Untuk menetukan Effisiensi total roda gigi dapat dihitung dengan tahapan sebagai berikut :

- Effisiensi Transmisi

ɳ

R

=

1−1₇�_��1+�2

1��2�

dimana:

ɳR = effisiensi transmisi roda gigi (%) z1= zumlah roda gigi penggerak z2= zumlah roda gigi yang digerakkan

ɳR = 1− 1 7�

9 + 54 9 � 54� =1−1

7� 63 468� = 1−1

7[ 0,129 ]

= 1−0,018

= 0,981 = 98,1 % - Effisiensi Mekanis

ɳ

Max

=

ɳ

R x

ɳ

bantalan

dimana:

ɳMax = Effisiensi Mekanis

ɳR = Effisiensi Transmisi

ɳbantalan = Effisisensi Bantalan (95%)

ɳR = 98,1 % x 95% = 0,981 x 0,95 = 0,93195

ɳMax = 93,195 % - Kerugian Daya

Dimana:

Pg = Kerugian Daya

Pmax = Daya Maksimum (0,1865 kw)

ɳMax = Effisiensi Mekanis

Pg = 0,1865 (1 – 0,93195) = 0,1865 (0,06805) = 0,0126 kw - Effisiensi Total

ɳ

total

=

����� −��_���� �100 %

= �0,1865−0,0126

0,1865 �100 % = �0,1739

0,1865�100% = 93,24 %

Gambar 3.12 Gambar 3 dimensi Roda Gigi

3.6.7. Merencanakan Bantalanpada Roda Gigi

Bantalan adalah elemen mesin yang menumpu poros berbeban sehingga putaran atau gerakan bolak-balik bekerja secara halus dan aman. Bentalan harus cukup kokoh untuk memungkinkan poros dan bagian-bagian lainnya bekerja dengan baik.Pada perencanaan ini dipakai bantalan pada ujung poros. Bantalan tersebut diharapkan dapat menahan dan menjaga beban radial dan sedikit beban aksial.Berdasarkan besarnya diameter poros yaitu 10 mm, maka pada perencanaan bantalan dipilih standar JIS 6000 untuk bantalan bola glinding.

Kapasitas nominal bantalan dinamis (C) = 360 kg Kapasitas nominal statis (CO) = 196 kg Diameter lubang (d) = 10 mm

Diameter luar (D) = 26 mm

Lebar cincin (B) = 14 mm

Jari-jari t (r) = 8 mm

Putaran transmisi = 1680 rpm

Daya pada bantalan = 4,21 KW

Gambar3.13 Kontruksi Bantalan Gelinding

 Perhitungan beban bantalan a) Kecepatan keliling roda gigi :

V = 60

. .D_rg n₁

π

=

60 1680 ). 0088 , 0 .( π

= 0,773 m/det dimana :

= 8,8 mm = 0,0088 m

n1 = putaran transmisi = 1680 rpm b) Besarnya beban radial yang bekerja :

Fr =

V P

. 102

= 42,942 kg dimana :

P : daya yang bekerja = 4,21 KW c) Besarnya beban ekivalen dinamis :

Pr = x . v . Fr + y . Fa =

= 42,942 kg dimana :

Fr = beban radial = 42,92 kg Fa = beban aksial = 0

x = faktor beban radial= 1 v = pembebanan pada cincin dalam yang berputar = 1

 Perhitungan umur bantalan a) untuk bantalan gelinding.

• faktor keamanan : fn = (33,3/n)1/3 = (33,3/1680)1/3 = (0,0198)1/3 fn= 0,2705 dimana :

n = putaran transmisi = 1680 rpm

• faktor umur : fh = fn . C/P

= (0,2705) 360 / 42,942 fh= 2,2677

dimana :

C = kapasitas nominal dinamis = 360 kg b) Umur nominal bantalan :

Ln = 500 fh3 = 500. (2,1677)3 Ln= 5092,92 jam

c) Keandalan umur bantalan, jika mengambil 95 % :

Ln = a1 . a2 . a3 . Lh =

= 3157,61 jam dimana :

a1 = faktor keandalan 95%

= 0,62 (tabel 4.10 Lit 1 hal 137) a2 = faktor bahan

= 1 (baja dicairkan secara terbuka) a3 = faktor kerja = 1 (kondisi kerja normal)

d) Jika dalam satu hari bekerja selama 8 jam, maka umur bantalan tersebut Lb =

365 8

61 , 3157

×

= 1,08 tahun

Jadi bantalan dapat diganti sekitar 1 tahun sekali.

Untuk bantalan pada poros ke-2 di Roda Gigi dengan standar JIS 6001jika diameter poros d = 12.

Data bantalan :

kapasitas normal dinamis (C) = 400 kg kapasitas normal statis (CO) = 229 kg diameter lubang (d) = 12 mm diameter luar (D) = 28 mm lebar cincin (B) = 9 mm jari-jari fillet (l) = 0,5 mm Putaran transmisi = 280 rpm

Daya pada bantalan = 4,5 KW

 Perhitungan beban bantalan a) Kecepatan keliling roda gigi :

V = 60

. .D_rg n₁

π

= π = 0,644 m/det

dimana :

Drg = diameter roda gigi = 44,8 mm = 0,0448 m n1 = putaran transmisi = 280 rpm b) Besarnya beban radial yang bekerja :

Fr =

V P . 102 = 644 , 0 ) 5 , 4 .( 102

= 42,942 kg dimana :

P : daya yang bekerja = 4,5 KW c) Besarnya beban ekivalen dinamis :

Pr = x . v . Fr + y . Fa = 1 . 1 . (71,27) + 0 = 71,27 kg

dimana :

Fr = beban radial = 71,27 kg Fa = beban aksial = 0

x = faktor beban radial = 1 y = faktor beban aksial = 0

 Perhitungan umur bantalan a. untuk bantalan gelinding.

• faktor keamanan : fn = (33,3/n)1/3 = (33,3/280)1/3 = (0,1189)1/3 = 0,491 dimana :

n = putaran transmisi = 280 rpm

• faktor umur : fh = fn . C/P

= (0,491) 400 / 71,27 = 2,7557

dimana :

C = kapasitas nominal dinamis = 400 kg b. umur nominal bantalan :

Ln = 500 fh3

= 10463,23 jam

c. Keandalan umur bantalan, jika mengambil 95 % :

Ln = a1 . a2 . a3 . Lh =

= 6487,203 jam dimana :

a1 = faktor keandalan 95%

= 0,62 (tabel 4.10 Lit 1 hal 137) a2 = faktor bahan

= 1 (baja dicairkan secara terbuka) a3 = faktor kerja = 1 (kondisi kerja normal)

d. Jika dalam satu hari bekerja selama 8 jam, maka umur bantalan tersebut:

Lampiran 2

Lampiran 3

Lampiran 4

Lampiran 5

Lampiran 6

Lampiran 7