Perancangan Dan Pembuatan Mixer Kapasitas 6,9 Liter Putaran 280 Rpm

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MIXER KAPASITAS
6,9 LITER PUTARAN 280 rpm

SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

SIWAN EDIAMANTA PERANGIN-ANGIN
NIM.10421043

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2013

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara


Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR
Segala 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 yang
merupakan 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 PEMBUATAN MIXER KAPASITAS 6,9 LITER
PUTARAN 280 rpm”. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada :
1. Kedua orang tua tercinta, ayahanda Idiaman Perangin-angin dan ibunda

Seriulina.br Sembiring dan segenap keluarga terima kasih atas doa serta
dukungannya kepada penulis.
2. Bapak Ir. Alfian Hamsi, M.Sc selaku dosen pembimbing Tugas Sarjana
yang telah meluangkan waktunya, membimbing dan memotivasi penulis
untuk menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
3. Bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri dan Bapak Ir.Syahrul Abda, Msc
selaku Ketua Dan Kordinator Mahasiswa Ekstensi 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, (Willy Ahter Sirait dan Andri Parulian
Siregar) 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.


Universitas Sumatera Utara

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,

Oktober 2013

Penulis,

Siwan Ediamanta P
NIM.100421043

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAK
Pengadukan (mixing) merupakan suatu aktivitas operasi pencampuran dua
atau lebih zat agar diperoleh hasil campuran yang homogen. Pada media fase cair,

pengadukan

ditujukan

untuk

memperoleh

keadaan

yang

turbulen

(bergolak). Perancangan Mesin mixer dengan menggunakan eleman pemanas
ditujukan untuk pengadukan jenis bahan Thernoplastik antara campuran LDPE
dan Remafin Blue. Pererencanan Mixer ini meliputi perencanaan motor
penggerak, perencaan sabuk, roda gigi, elemen pengaduk, elemen pemanas,
sistem inlusin pada bejana aduk dan kelistrikan. daya pengaduk ¼ Hp putaran
2800 rpm dan perbandingan transmisi roda gigi 1;10 menjadikan putaran

maksimal 280 rpm. Elemen pemanas yang dipakai jenis stripe Heater dengan
daya 2400 watt menghasilkan temperatur maksimal 300o C. LDPE adalah sejenis
bahan thermoplast dengan suhu didih sekitar 115 -120 o C. bahan ini akan diaduk/
dicampurkan dengan remafin blue sebagai pewarna bahan plastik. Pengadukan
dilakukan ketika bahan telah dicairakan terlebih dahulu. Dengan kapasitas dari
mixer 6,9 liter.
Keyword ; Mixer, Komponen-komponen Mixer, Stipe Heater

Universitas Sumatera Utara

ABSTRAC
Stirring ( mixing ) is an operating activity mixing two or more substances
in order to obtain a homogeneous mixture results . In the liquid phase medium ,
stirring aimed to obtain the turbulent state ( turbulent ) . Mechanical design using
a mixer with heating elements relevant to the type of materials aimed at stirring
the mixture of LDPE and Thernoplastik Remafin Blue . Pererencanan This mixer
includes motor planning , planning belts , gears , element stirrer , a heating
element , the system inlusin the stirring vessel and electricity . power stirrer ¼ Hp
2800 rpm rotation and gear transmission ratio 1 ; 10 280 rpm to make maximum
rotation . Type of heating element used stripe Heater with 2400 watts of power

generating maximum temperature 300o C. LDPE is a kind of material
THERMOPLAST the boiling temperature around 115 -120 o C. This material will
be stirred / mixed with a blue dye remafin plastic material . Stirring is carried out
when the material has dicairakan first. With a capacity of 6.9 liter mixer .
Keyword ; Mixer , Mixer components , Stipe Heater

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ............................................................................... i
DAFTAR ISI .............................................................................................. iii
DAFTAR TABEL ..................................................................................... vi
DAFTAR GAMBAR ................................................................................. vii
DAFTAR NOTASI .................................................................................... x
BAB I

PENDAHULUAN ..................................................................... 1

1.1 Latar belakang ................................................................................. 1
1.2 Tujuan penelitian ............................................................................. 2

1.3 Batasan masalah .............................................................................. 2
1.4 Sistematika penelitian ..................................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................ 4
2.1 Pengertian pencampuran .................................................................. 4
2.1.1 Alat Pencampur Bahan Cair/liquid ........................................ 5
2.1.2 Alat Pencampur Bahan Padat ................................................. 6
2.1.3 Alat Pencampur Bahan Pasta/Viscous ................................... 7
2.2 Jenis-jenis peralatan pencampur ....................................................... 11
2.3 Pengaduk .......................................................................................... 16
2.3.1 Jenis-jenis pengaduk .............................................................. 16
2.4 Kecepatan Pengaduk ........................................................................ 20
2.4.1 Kecepatan putaran rendah ...................................................... 20
2.4.2 Kecepatan putaran sedang ...................................................... 20
2.4.3 Kecepatan putaran tinggi ........................................................ 20
2.5 Jumlah Pengaduk .............................................................................. 21
2.5.1 Pemilihan Jenis Pengaduk ...................................................... 21
2.6 Elemen Pemanas............................................................................... 23
2.6.1 jenis utama pada elemen pemanas listrik ............................... 24
2.6.2 jenis-jenis elemen pemanas .................................................... 25
2.7 Perpindahan Panas ............................................................................ 29

2.7.1 konduksi ................................................................................. 30
2.7.2 konveksi ................................................................................. 31

Universitas Sumatera Utara

BAB III PERHITUNGAN KOMPONEN-KOMPONEN..................... 33
3.1 Objek ............................................................................................... 33
3.2 metode perancanganan .................................................................... 33
3.3 lokasi dan waktu perancangan .......................................................... 36
3.3.1 lokasi perancangan ................................................................. 36
3.3.2 waktu perancangan ................................................................. 36
3.4 sumber data ..................................................................................... 36
3.4.1 data primer.............................................................................. 36
3.4.2 data sekunder .......................................................................... 36
3.5 data yang diambil ............................................................................. 37
3.6 perancangan mesin mixer ................................................................. 37
3.6.1 merencanakan daya motor penggerak .................................... 37
3.6.2 merencanakan ukuran pasak dan alur pasak .......................... 41
3.6.3 merencanakan sabuk penggerak ............................................. 43
3.6.4 roda gigi.................................................................................. 49

3.6.5 merencanakan bantalan pada roda gigi .................................. 59
3.6.6 menentukan putaran pengaduk ............................................... 67
3.6.7 poros pengaduk ...................................................................... 68
3.6.8 menetukan kapasitas pengaduk .............................................. 74
3.6.9 termostat ................................................................................. 76
3.6.10 rockwool ............................................................................... 76
3.6.11 plat aluminium...................................................................... 77
3.6.12 termometer ........................................................................... 77
3.6.13 speed control ........................................................................ 78
3.6.14 rangka mesin mixer .............................................................. 80
3.6.15 mesin mixer dengan pemanas .............................................. 81
BAB IV ANALIS DATA DAN PEBAHASAN .................................... 79
4.1 elemen pemanas mixer ................................................................... 79
4.2 perencanaan elemen pemanas ........................................................ 80
4.2.1 pemilihan jenis elemen pemanas ............................................ 80
4.2.2 Analisa Perencanaan Elemen Pemana..................................... 81
4.3 kelistrikan untuk elemen pemanas dengan thermostat ................... 88

Universitas Sumatera Utara


4.3.1 rangkaian listrik ...................................................................... 89
4.4 insuline material pada elemen pemanas ......................................... 89
4.5 menghitung laju perpindahan panas pada bejana aduk .................. 91
4.6 Uji Prototype Mesin Mixer.............................................................. 97
4.6.1 Bahan Pengujian…………………………………………….. 97
4.6.2 Proses Melakukan Pengujian……………………………….. 10
4.6.3 Pengujian …………………………………………………… 102
4.6.4 Hasil Dari Pengujian ………………………………………… 106
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ................................................... 107
5.1 Kesimpulan .................................................................................... 107
5.2 Saran............................................................................................... 107
Daftar Pustaka...........................................................................................
Lampiran…………………………………………………………………..

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL

Halaman
1. Tabel 2.1 Kondisi Untuk Pemilihan Pengaduk...................................................


22

2. Tabel 2.2 Daerah Kerja Pengaduk Berdasarkan Viskositas Cairan.................

23

3. Tabel 3.1 Faktor-faktor Daya Yang Ditransmisikan.........................................

39

4. Table 4.1 Thermal Conductivities Of Materialsvary With Temperature..........

90

5. Table 4.2 The Thermal Conductivities Of Somematerials At Room
Temperaturtur…………………………………………………………………………

90

6. Table 4.3 Parameter Dari LDPE.......................................................................

100

7. Table 4.4 Spesification of Refalin......................................................................

100

8. Table 4.5 Perbandingan Campuran Material...................................................

102

Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR

Halaman
1. Gambar 2.1 Aliran Yang Terjadi Dalam Bahan.......................................... 10
2. Gambar 2.2 Planetary Mixer....................................................................

13

3. Gambar 2.3 Ribbon Blender.....................................................................

14

4. Gambar 2.4 Double Cone Mixer..............................................................

15

5. Gambar 2.5 Vertical Double Rotary Mixer..............................................

16

6. Gambar 2.6 Alexanderwerk.......................................................................

16

7. Gambar 2.7 Pengaduk Jenis Baling-Baling................................................. 17
8. Gambar 2.8 Pengaduk Jenis Dayung..........................................................

18

9. Gambar 2.9 Pengaduk Turbin Pada Bagian Variasi..................................

19

10. Gambar 2.10 Pengaduk Turbin Baling-Baling...........................................

20

11. Gambar 2.11 Pengaduk Jenis Helical Dan Semi Spiral.............................. 20
12. Gambar 2.12 Pola Aliran Yang Dihasilkan Oleh Jenis-Jens Pengaduk........ 23
13. Gambar 2.13 Elemen Pemanas...................................................................

24

14. Gambar 2.14 Coil Heater............................................................................... 26
15. Gambar 2.15 Turbular Heater....................................................................... 26
16. Gambar 2.16 Bagian-Bagian Koil Pemanas...................................................27
17. Gambar 2.17 Firined Heater...........................................................................28
18. Gambar 2.18 Catridge Heater Band.............................................................. 29
19. Gambar 2.19 Hubungan Antara Daya, Tegangan Dan Resistansi................ 30
20. Gambar 3.1 Bagian Proses Penulisan Skripsi................................................ 36

Universitas Sumatera Utara

21. Gambar 3.2 Motor Listrik............................................................................... 38
22. Gambar 3.3 Gaya Geser Pada Pasak............................................................. 42
23. Gambar 3.4 Permukaan Sabuk V................................................................... 45
24. Gambar 3.5 Perhitungan Panjang Keliling Sabuk..........................................47
25. Gambar 3.6 Perancangan Poros Roda Gigi.................................................. 51
26. Gambar 3.7 Nama-Nama Bagian Roda Gigi................................................. 54
27. Gambar 3.8 Batang Gigi Dasar...................................................................... 56
28. Gambar 3.9 Gigi Dipandang Sebagi Balok Kantiliver................................... 57
29. Gambar 3.10 Perbandingan Kontak............................................................... 58
30. Gambar 3.11 Gambar 3 Dimensi Roda Gigi.................................................. 62
31. Gambar 3.12 Kontruksi Bantalan Gelinding................................................. 63
32. Gambar 3.13 Ukuran Blade Pengaduk......................................................... 73
33. Gambar 3.14 Pengaduk Mesin Mixer.......................................................... 74
34. Gambar 3.15 Kapasitas Bejana Aduk........................................................... 76
35. Gambar 3.16 Thermostat................................................................................ 77
36. Gambar 3.17 Rockwool...................................................................................77
37. Gambar 3.18 Plat Allumenium....................................................................... 78
38. Gambar 3.19 Thermometer........................................................................... 79
39. Gambar 3.20 Speed Control........................................................................... 80
40. Gambar 3.21 Kontruksi Besi Siku................................................................. 81
41. Gambar 3.22 Mixer Dengan Elemen Pemanas...............................................81
42. Gambar 4.1 Wadah/Bejana Aduk Untuk Mixer............................................. 83
43. Gambar 4.2 Elemen Pemanas Jenis Stripe Heater......................................... 83
44. Gambar 4.3 Keterpasangan Elemen Pemanas Dengan Bejana Aduk............ 84

Universitas Sumatera Utara

45. Gambar 4.4 Permukaan Elemen Pemanas..................................................... 87
46. Gambar 4.5 Biji Plastic LDPE....................................................................... 89
47. Gambar 4.6 Rangkaian Listrik Elemen Pemanas......................................... 91
48. Gambar 4.7 Rockwool.................................................................................

93

49. Gambar 4.8 Analisa Laju Perpindahan Panas.............................................. 96
50. Gambar 4.9 Biji plastik LDPE (Low Density Polyethylene)........................ 100
51. Gambar 4.10 Refalin - Blue......................................................................... 101
52. Gambar 4.11 LDPE (Low Density Polyethylene)......................................... 101
53. Gambar 4.12 Refalin – Blue......................................................................... 103
54. Gambar 4.13 Proses Pesiapan Alat Pengujian............................................ 102
55. Gambar 4.14 Pencapain Suhu1100C........................................................... 102
56. Gambar 4.15 Proses Perubahan Fasa......................................................... 103
57. Gambar 4.16 Proses Pengadukan............................................................... 103
58. Gambar 4.17 Pengeluaran Hasil................................................................. 104
59. Gambar 4.18 Material sebelum pengadukan............................................... 105
60. Gambar 4.19 hasil pengujian pertama......................................................... 105
61. Gambar 4.20 Hasil Pengujian Kedua........................................................... 106

Universitas Sumatera Utara

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
= Faktor koreksi yang dipilih adalah 2,3
= Momen puntir

ds

= Diameter poros motor

τa

= Tegangan geser yang diijinkan

Universitas Sumatera Utara

= Kekuatan tarik bahan poros
= Faktor keamanan yang diambil (6)
= 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

Universitas Sumatera Utara

z1

= Jumlah gigi Penggerak

z2

= Jumlah gigi yang digerakkan

n1

= Putaran Penggerak (rpm)

n2

= Putaran yang direncanakan (rpm)
= 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

Universitas Sumatera Utara