perancangan dan pembuatan mesin oven putar otomatis (bagian perpindahan panas)
TRANSCRIPT
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
1/109
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MESIN OVEN
PUTAR OTOMATIS
(BAGIAN PERPINDAHAN PANAS)
LAPORAN PROYEK AKHIR
Ol h
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
2/109
PERANCANGAN DAN PEMBUATAN MESIN OVEN
PUTAR OTOMATIS
(BAGIAN PERPINDAHAN PANAS)
LAPORAN PROYEK AKHIR
Diajukan guna memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Ahli Madya(A.Md.)Pada Program Program Studi Teknik Universitas Jember
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
3/109
PERSEM H N
Laporan proyek akhir ini buat sebagai perwujudan rasa terima kasih kepada :
1. Allah SWT atas segala rizki, rahmat dan hidayah-Nya dan junjunganku
Nabi Besar Muhammad SAW atas segala suri tauladan yang telah
diberikan kepada kita.
2. Ibunda Sarifah dan Ayahanda Afandi tercinta, yang telah mendoakan dan
memberi kasih sayang serta pengorbanan selama ini
3. Guru- guruku dari sejak TK sampai PT terhormat, yang telah memberikan
ilmu dan membimbing dengan penuh kesabaran.
4. Seluruh anggota keluargaku, adikku tercinta atas semua dorongan
semangat
5. Keluarga bapak Slamet yang telah memberiku tempat saat ku menuntut
ilmu di bumi Patrang ini.
6. Untuk yang selalu ada dalam hatiku, kamu telah memberi semangat dalam
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
4/109
tt
Tiada KebahagiaanMelainkan Menjadi Yang Terbaik
( Nil Satis Nisi Optimum)
Thinking Before you act.
Tliti, Tlaten, Temenan Temu(Pramuji Edy)
Nrimo Ing Pandum
Jangan mudah menyerah!!,
karena dibalik kesulitan pasti ada jalan,
dan hikmahnya
B i h
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
5/109
PERNYATAAN
Saya yang bertanda tangan di bawah ini :
Nama : Eko Slamet Riyadi
NIM : 031903101056
Menyatakan dengan sesungguhnya bahwa karya tulis ilmiah yang
berjudul Perancangan dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis ( Bagian
Perpindahan Panas ) adalah benar-benar hasil karya sendiri, kecuali jika
disebutkan sumber dan belum pernah diajukan pada institusi manapuin, serta
bukan karya jiplakan. Saya bertanggung jawab atas keabsahan dan kebenaran
isinya sesuai dengan sikap ilmiah yang harus dijunjung tinggi.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya, tanpa adanya
tekanan dan paksaan dari pihak manapun serta bersedia mendapat sanksi
akademik jika dikemudian hari pernyataan ini tidak benar.
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
6/109
PENGESAHAN
Laporan Proyek Akhir Berjudul :
PERANCANGAN dan PEMBUATAN MESIN OVEN PUTAR OTOMATIS
(BAGIAN PERPINDAHAN PANAS)
Nama : Eko Slamet Riyadi
Nim : 031903101056
Telah disetujui, disahkan dan diterima oleh
Program Program Studi Teknik pada :
Hari/Tanggal :
Tempat : Program Program Studi Teknik Universitas Jember
Menyetujui/Penguji :
Ketua (Pembimbing Utama) Sekretaris (Pembimbing Pendamping)
Nasrul Ilminafik, S.T., M.T. Ir. Digdo Listyadi S, M.Sc.
NIP 132 232 446 NIP 132 126 437
Penguji I, Penguji II, Penguji III,
i A i S A S i i i S
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
7/109
RINGKASAN
Perancangan dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian
Pemanas), Eko Slamet Riyadi, 031903101056, 2006, 82 Halaman
Peningkatan produksi kacang garing asin dapat dilakukan dengan cara
mengubah proses yang dilakukan secara manual menjadi proses yang dilakukan
secara mekanik,untuk mempermudah dalam mengendalikan suhu dan waktu
pengovenan, maka dalam perancangan oven putar ini sistem pengendalian suhu
dan waktu dilakukan secara otomatis, untuk mengendalikan suhu secara otomatis
maka digunakan logam bimetal untuk mengendalikannya,.Untuk
mengendalikan waktu digunakan timer dimana timer akan memutuskan arus padasistem pemanasan sesuai waktu yang ditentukan.
Proses pemanasan dilakukan oleh elemen pemanas listrik dengan daya
600 wartt sehingga memudahkan dalam kontrol otomatis, mesin oven putar yang
dibuat merupakan bentuk miniatur dengan capacitas pengovenan maksimal adalah
10 kg,tapi dalam percobaan kami menggunakan sample kacang seberat 5 kg.Sedangkan untuk skala produksi yang besar oven harus dibuat dengan ukuran
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
8/109
KATA PENGANTAR
Puji syukur panjatkan atas ke hadirat Allah SWT, karena hanya atas
karunia-Nya dapat menyelesaikan laporan proyek akhir yang berjudul
Perancangan dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis ( Bagian Perpindahan
Panas).
Proyek akhir ini merupakan mata kuliah wajib dan sebagai salah satu
syarat untuk mencapai gelar Ahli Madya pada Program Studi Teknik Mesin,
Program Program Diploma III Teknik Universitas Jember.
Penulisan proyek akhir ini tidak dapat terlepas dari bimbingan, arahan,
semangat dari pihak lain yang sangat membantu penyusun dalam menyelesaikan
penulisan laporan Proyek Akhir ini. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih
kepada semua pihak yang telah membantu menyelesaikan penulisan laporan
Proyek Akhir ini antara lain adalah:
1. Bapak Dr. Ir. R. Sudaryanto, DEA selaku ketua Program-Program Studi
Teknik Universitas Jember.
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
9/109
6. Saudara Fahmi Alfa Muslimu, Ahmad Ansori sebagai rekan kerja yang telah
banyak membantu dalam menyelesaikan proyek Akhir ini dalam perancangan
dan pembuatan mesin oven putar otomatis.
7. Semua teman teman D-III Teknik Mesin 03 yang telah meluangkan
waktunya untuk membantu dalam menyelesaikan penulisan laporan Proyek
Akhir ini.
8. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih banyak kekurangan. Dengan
kerendahan hati penyusun mengharapkan saran dan kritik yang bersifat
membangun guna sempurnanya laporan proyek akhir ini.
Semoga Allah SWT melimpahkan rahmat dan hidayah-Nya kepada kita
semua. Amien.
Jember, Mei 2006 Penyusun
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
10/109
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN JUDUL ..................................................................................... i
HALAMAN PERSEMBAHAN .................................................................... iiHALAMAN MOTTO ................................................................................... iii
HALAMAN PERNYATAAN ....................................................................... iv
HALAMAN PENGESAHAN ....................................................................... v
RINGKASAN................................................................................................ vi
KATA PENGANTAR................................................................................... vii
DAFTAR ISI ................................................................................................. ix
DAFTAR TABEL ......................................................................................... xii
DAFTAR GAMBAR..................................................................................... xiii
DAFTAR LAMPIRAN ................................................................................. xiv
DAFTAR SIMBOL....................................................................................... xv
BAB 1. PENDAHULUAN............................................................................. 1
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
11/109
2.5 Glass Whool................................................................................. 15
2.6 Bimetal (Dwi Logam) .................................................................. 15
2.7 Asbes............................................................................................ 16
2.8 Timer (Pewaktu)......................................................................... 16
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN ...................................................... 17
3.1 Metode Penelitian........................................................................ 17
3.1.1 Studi Lapangan .................................................................... 17
3.1.2 Studi Literatur ...................................................................... 17
3.1.3 Waktu .................................................................................. 17
3.1.4 Tempat................................................................................. 17
3.2 Metode Pelaksanaan................................................................... 17
3.2.1 Perancangan dan Perancangan.............................................. 18
3.2.2 Proses Manufacture.............................................................. 18
3.2.3 Pengujian Alat...................................................................... 24
3.2.4 Penyempurnaan Alat ............................................................ 24
3.2.5 Pembuatan Laporan.............................................................. 24
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
12/109
4.2.6 Menentukan Kadar Air pada Kacang .................................... 36
4.2.7 Menentukan Panas Jenis Bahan (Cp) .................................... 37
4.2.8 Panas Laten Penguapan (QL) ................................................ 37
4.2.9 Panas Sensibel (Qs).............................................................. 37
4.2.10 Menentukan q (panas total) ................................................ 38
4.2.11 Waktu Pengovenan (proses pengeringan)............................. 38
4.3 Analisa kegiatan dan Hasil Pengujian........................................ 38
4.3.1 Prosedur Pengovenan Kacang ........................................... 38
4.3.2 Hasil pengujian ................................................................... 39
4.3.3 Pembahasan ........................................................................ 41
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................... 43
5.1 Kesimpulan.................................................................................. 43
5.2 Saran............................................................................................ 44
DAFTAR PUSTAKA.................................................................................... 45
LAMPIRAN .................................................................................................. 46
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
13/109
DAFTAR TABEL
Halaman
4.1 Tabel Data Hasil Uji Coba Pengovenan Kacang ..................................... 40
B.1 Sifat-sifat Udara pada Tekanan Atmosfer ............................................. 76
B.2 Sifat-sifat Cairan dan Uap Air ............................................................... 77
B.3 Konstanta Persamaan Nuf = C (Grf . Pr) ................................................. 78
B.4 Nilai sifat-sifat Bukan Logam ............................................................... 79
B.5 Satuan dan Faktor Konversi .................................................................. 80
B.6 Nilai Sifat-sifat Logam.......................................................................... 82
B.7 Tabel Kadar Air Hasil Pangan ............................................................... 83
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
14/109
DAFTAR GAMBAR
Halaman
2.1 Proses Pembuatan Kacang Goreng dan kacang oven ......................... 6
2.2 Perpindahan Kalor pada Dinding ........................................................... 12
2.3 Rangkaian Bimetal ................................................................................ 16
3.1 Silinder Perancangan........................................................................... 19
3.2 Penempatan Elemen Pemanas pada Silinder ........................................ 20
3.3 Lapisan Glass whool dan Asbes .......................................................... 22
3.4 Diagram Alir Perancangan .................................................................. 27
3.5 Diagram Cara Kerja Mesin Oven Putar ............................................... 28
3.6 Rangkaian Kelistrikan ......................................................................... 29
4.1 Mesin Oven Putar Otomatis ................................................................ 30
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
15/109
DAFTAR LAMPIRAN
halaman
A. Perancangan dan perhitungan .................................................. 46
A.1 Besar Perpindahan Panas pada Dinding .................................. 46
A.2 Perpindahan Panas pada Dinding Atas dan Bawah .................. 51
A.3 Menentukan q Rugi karena Konveksi...................................... 55
A.4 Analisa Panas di dalam Ruang Oven disekitar Silinder ........... 58
A.5 Menentukan Berat Glass Whool yang Dibutuhkan .................. 60
A.6 Perancangan Kapasitas............................................................ 61
A.7 Menentukan Kadar Air pada Kacang ...................................... 64
A.8 Menentukan Panas Jenis van (Cp)........................................... 65
A.9 Menentukan Panas Laten Penguapan ...................................... 66
A10 Menentukan Panas Sensible (Qs) ........................................... 66
A.11 Menentukan q pada Silinder.................................................. 67
A.12 Menentukan q Udara............................................................. 67
A.13 Menentukan q total ............................................................... 68
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
16/109
DAFTAR SIMBOL
Ar : Luas bidang aliran kalor
B : Kapasitas Produksi pengeringan dari elemen, kg/jamB1 : Beart kacang sebelum dikeringkan (kg)B2 : Beart kacang setelah dikeringkan (kg)
Ba : Berat bahan yang dikeringkan (kg)Cp : Kalor jenis bahan pangan (kacang) kcal/kg.oC
dT : Beda suhu pada proses pengovenan,oC
Gr : Bilangan Grashof
g : Percepatan Gravitasi (m/s2)
h : Koefisien Perpindahan panas Konveksi (watt/m.oC)
k : Konduktivitas Termal bahan (watt/m.oC)
L : Kalor laten penguapan (entalpi), kJ/kg
Mo : Kadar air awal pada bahan (%)Mi : Kadar air akhir (%)Pr : BilanganPrandtl
Qs : Panas Sensibel (kJ)Qi : Panas Laten penguapan (kJ)Qin : Energi yang tersedia dari alat pengering (J)q : Perpindahan panas (watt)
t : Waktu pemanasan (jam)
T : Suhu (
o
C)Wu : Massa air yang diuapkan (kg)
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
17/109
BAB 1. PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Dengan berkembangnya ilmu pengetahuan tentunya otomatisasi
bukanlah hal yang baru. Hal ini dapat kita lihat pada berbagai aktifitas kehidupan
manusia yang saat ini semuanya dituntut serba otomatis. Teknologi ini
berkembang dengan sangat cepat dalam hitungan jam diseluruh dunia, sedangkan
disisi lain kita dituntut agar lebih terampil dan professional untuk menghadapi dan
menyikapi perkembangan ilmu pengetahuan tersebut.
Selama ini proses dari pemilihan kacang, pembersihan, pemasakan,
pengovenan dan pengepakan dilakukan secara manual. Penampilan kacang sangat
ditentukan pada waktu proses pegovenan karena jika kacang hangus atau tidak
matang akan mengakibatkan kacang tersebut tidak laku dijual. Selama ini mesin
oven yang sudah ada mempunyai beberapa kelemahan dan kekurangan
diantaranya : menggunakan kompor dengan bahan bakar minyak tanah dimana
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
18/109
2
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dalam pembuatan mesin oven putar otomatis ini adalah
a. Berapa besar daya listrik yang dibutuhkan untuk eleman pemanas.
b. Bagaimana cara mengontrol seluruh proses pemanasan secara
otomatis.
c. Bagaimana merancang indikator seluruh proses yang terjadi di
dalam mesin oven putar.
d. Bagaimana membuat rancangan mesin oven putar kacang dengan
menggunakan pemanas listrik untuk mendapatkan tingkat
kematangan yang merata sehingga jumlah kacang yang hangus
dapat dikurangi.
e. Berapa lama waktu yang dibutuhkan untuk proses pengovenan
kacang dengan batas suhu yang ditentukan.
1.3 Batasan Masalah
Batasan masalah yang diambil dalam pembuatan mesin oven putar
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
19/109
3
f. Hanya membahas posisi pemanas yang terletak pada bagian tengah
silinder tepatnya dibagian sisi bagian bawah, tidak membahas
variasi letak posisi elemen pemanas.
1.4 Tujuan
a. Membuat mesin oven putar yang kontrol panasnya dikontrol secara
otomatis
b. Membuat mesin oven putar kacang yang mempunyai tingkat kematangan
merata sehingga jumlah kacang yang hangus dapat dikurangi.
1.5 Manfaat
Adapun manfaat yang diharapkan dengan adanya mesin oven putar ini
berupa kacang yang dihasilkan dalam proses pengovenan ini mempunyai tingkat
kematangan yang merata sehingga jumlah kacang yang hangus dapat dikurangi.
Selain itu , proses pengovenan dilakukan secara otomatis sehingga alat ini dapat
dioperasikan dengan lebih mudah.
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
20/109
4
1.6 Sistematika Penulisan Laporan
Untuk mempermudah pemahaman akan isi dari laporan proyek akhir ini,
maka penyusun menggunakan sistematika penulisan yang terbagi menjadi (5 )
bab. Dengan demikian sistematikanya adalah sebagai berikut :
Bab 1. BAB PENDAHULUAN
Menguraikan latar belakang permasalahan, rumusan masalah, batasan
masalah, tujuan dan manfaat, metodologi serta sistematika penulisan
proyek akhir.
Bab 2. TINJAUAN PUSTAKA
Berisi tentang hal hal yang mendasari perancangan dan pembuatan
mesin oven putar otomatis dengan menggunakan energi pemanas listrk.
Bab 3. METODE PENELITIAN
Berisi tentang perancangan dan proses manufaktur mesin oven putar,
mulai dari alat dan bahan yang digunakan, proses yang mendasari
terbentuknya mesin oven putar dengan meggunakan pemanas listrik.
Bab 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
21/109
BAB 2. TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Kacang Garing Asin
Kacang garing sering juga disebut kacang oven, atau di pasaran misalnya
pada merk kacang garuda atau bisa disebut juga dengan kacang garing saja.
Penambahan kata asin di sini lebih menekankan rasa dari kacang garing tersebut.
Pembuatan kacang garing asin atau kacang oven dimulai dengan
melakukan penyortiran terhadap kacang, kemudian dilakukan pembersihan
dengan menggunakan air. Setelah dibersihkan, kacang tersebut kemudian
direndam di dalam air kapur, tujuannya adalah untuk membuat warna kulit pada
kacang menjadi lebih putih dan bersih. Lama perendaman kurang lebih 3 (tiga)
jam.
Untuk kacang kulit oven, mula-mula kacang kita rebus dalam air garam
hingga masak, setelah itu kacang tersebut kita jemur hingga benar-benar kering.
Sebelum dioven, kacang dicelupkan sebentar dalam air kemudian ditiriskan.
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
22/109
6
400 g Biji Kacang Tanah
Direndam dalam air Volume : 800 ml
Ditiriskan
Ditambahkan garam Kacang direbus dengan air
garam
sebanyak 3% 3% dan selama 5 menit
Goreng dengan minyak panas waktu 10 menit, Dipanggang dalam oven
volume Suhu minyak 160-180oC 800 ml Waktu : 8 jam
Suhu oven 80 5oC
Kacang Goreng Kacang Oven
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
23/109
7
motor listrk yang dibantu dengan transmisi ( roda gigi ). Kapasitas produksi dari
elemen panas (oven putar ) ini adalah ( Suharto, 1998 )
B = ( 0,85 .h. x ) / ( Cb . dT ) . ( 1 )
Dimana : B = Kapasitas produksi pengeringan dari elemen, kg/jam
dT = Beda suhu yang harus diciptakan untuk proses pengovenan,oC
x = Besarnya tenaga pemanas, watt
Cp = Kalor jenis bahan pangan, j/kg . oC
h= efisiensi elemen pemanas, 0,2 s/d 0,8
Dari rumus diatas maka dapat dicari besar tenaga pemanas ( x ), yang dalam hal
ini digunakan elemen pemanas.
2.3. Proses Pengeringan ( Pengovenan )
Pada mesin oven putar ini pada prinsipnya adalah melakukan pengeringan
terhadap kacang. Dimana proses pengeringan itu sendiri adalah suatu proses untuk
mengurangi kadar air yang yangterkandung dalam kacang setelah dilakukan
perebusan. Proses pengeringan kacang membutuhkan suatu sumber panas untuk
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
24/109
8
Untuk menentukan bobot kering suatu bahan, penimbangan dilakukan
setelah bobot bahan tersebut tidak berubah lagi selama pengeringan berlangsung.
Untuk ini biasanya dilakukan pengeringan dengan menggunakan suhu 120oC
minimal selama dua jam ( Taib,1987).
2.3.2 Panas Sensibel
Panas Sensibel (Qs) merupakan energi panas yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu bahan, dapat dihitung dengan persamaan (Suharyanto, 2000)
Qs = Ba x Cp x ( Tup Tb ) ( 3 )
Dimana : Ba = berat awal kacang yang akan dikeringkan ( kg )
Cp = panas jenis bahan yang dikeringkan ( J/kg.oC)
Tup = Suhu pengering (oC)
Tb = suhu tumpukan bahan ( kacang ) yang akan dikeringkan(oC)
Besarnya panas bahan dapat dihitung menggunakan pendekatan dengan
persamaan sebagai berikut :
Cp =100
0M + 0,2 x100
100 0M- ( 4 )
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
25/109
9
Wu = Masa air yang diuapkan (kg)
Mo = Kadar air awal
Mi = Kadar air akhir = 100 Mo
Ba = berat bahan yang dikeringkan di oven
2.3.4 Effisiensi Sistem Pemanasan pada Mesin Oven Putar
Merupakan hasil perbandingan antara energi yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu ( Qs ) dan penguapan air yang terdapat didalam bahan (Qi)
dengan jumlah energi yang tersedia dalam sistem pengering. Effisiensi dapat
dicari dengan persamaan sebagai berikut : ( Suharyanto, 2000 )
hsp =in
si
Q
QQ +x 100%( 7 )
dimana :
Qi = energi yang dibutuhkan untuk menguapkan air bahan ( J )
Qs = energi panas yang digunakan untuk menaikkan suhu bahan (J)
Qin = energi yang tersedia dari alat pengering ( J )
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
26/109
10
Perancangan kerugian kalor dilakukan untuk mengetahui besar kerugian
kalor yang terjadi pada saat proses pemanasan ( pengovenan ) bahan (kacang) dan
tempatnya serta waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu pemanasan yang
telah ditentukan. Rugi kalor juga merupakan panas yang terbuang percuma dalam
suatu proses yang membutuhkan kalor. Proses kerugian kalor tersebut melalui tiga
macam cara yaitu :
Konduksi, konveksi,radiasi.
2.4.1 Konduksi
Konduksi adalah mengalirnya panas dari daerah yang bersuhu lebih
tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam satu medium (padat, cair,
atau gas ) atau antara medium medium berlainan yang bersinggungan secara
langsung. Konduksi adalah satu-satunya mekanisme yang mana panas dapat
mengalir dalam zat perantara (Kreith, 1997)
Jika pada suatu benda terdapat gradien suhu ( temperatur gradient ),
maka menurut pengalaman akan terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
27/109
11
disini hukum Fourier kita gunakan lagi dengan menyisipkan rumus luas yang
sesuai. Luas bidang aliran kalor dalam sistem silinder adalah
Ar = 2pr L( 9 )
Dimana : r : jari jari sillinder
L : Panjang silinder
Sehingga hukum Fourier menjadi
qr = - kAdr
dT.( 10 )
dimana dr : tebal plat
Dengan kondisi batas T = Tipada r = ri
T = Topada r = ro
Jadi besar perpindahan kalor pada silinder adalah (J.P Holman 1993)
q =
-
i
i
r
rIn
TTL
0
0 )(2p ...( 11 )
P d di di t j di i d h di d t i i
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
28/109
12
Perpindahan kalor menyeluruh dihitung dengan jalan membagi beda
suhu menyeluruh dengan jumlah tahanan termal antara perpindahan panas secara
konveksi dan konduksi :
q =AhkAxAh
TT BA
21 /1//1 +D+
-( 13 )
dengan : TA : Suhu fluida di dalam ruangan oven
TB : Suhu fluida di sekitar permukaan plat bagian luar (diudara luar)
h : Koefisien perpindahan panas konveksi ( W/moC )
k : Konduktivitas termal bahan ( W/moC )
TA
T1 T2 T2
q
TB
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
29/109
13
2.4.2 Konveksi
Konveksi adalah proses transport energi dengan kerja gabungan dari
konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur. Konveksi sangat
penting sebagai mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat
dengan cairan atau gas (Kreith, 1997 ).
Adapun perpindahan kalor persatuan waktu dalam konveksi adalah sama
dengan kerugian kalor secara konveksi
(Holman, 1984) :
qkv = h . A . DT.( 16 )
Dimana :
h = Koefisien perpindahan kalor konveksi ( W/moC )
A = Luas permukaan ( m2 )
DT = Beda suhu fluida antara bagian dalam dan bagian luarselama proses
pemanasan berlangsung ( oC )
Konveksi yang terjadi pada mesin ini adalah perpindahan panas
konveksi alamiah, karena tidak ada udara yang sengaja dialirkan. Perpindahan
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
30/109
14
tinggi plat L, untuk silinder horisontal oleh diameter d, dan demikian seterusnya.
Nilai nilai konstanta C dan m berbeda untuk setiap kasus.
1). Konveksi Bebas
Menentukan nilai bilangan Gr (Grashof) pada bidang silinder horisontal
adalah (J.P Holman)
GrdPr = Prx
d.)T-T(..g2
3
o1
Dimana =T
1, dimana T : Temperatur mutlak (oK)
Jika sumber panas ditempatkan pada Silinder Horizontal (silinder pejal
maupun berongga), maka untuk menghitung besar panas yang dibangkitkan
di sekelilingnya adalah (J.P Holman.1988)
Nud = 0,53 (Grd . Pr)1/4
2). Konveksi bebas dalam ruang tertutup
Konveksi bebas dalam ruang tertutup merupakan perpindahan panas
konveksi alamiah, Dimana penyebabnya adalah gaya apung fluida .
1
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
31/109
15
Menentukan nilai h (koefisien perpindahan kalor konveksi) (J.P Holman)
h =L
kxNu
Dimana T1 dan T2 adalah suhu dinding dinding pada kedua sisi ruang tertutup
itu dan L adalah panjang silinder .
2.5 Glass Whool
Glass whool merupakan bahan isolasi termalyang berbentuk serat, glass
whool dibuat dari slag tanur tinggi dan dari batuan gunung berapi, bahan baku
dicairkan dalam tanur listrik dan dibuat menjadi serat halus. Glass whool
mempunyai sifat sifat sebagai berikut ( Surdia, 1984):
a. Tahan terhadap temperatur tinggi
b. Ringkas dan sangat baik untuk isolator
c. Dapat dibuat menjadi beberapa bentuk.
2.6 Bi-metal (dwi Logam)
S t li k d t di t d k d i l (bi
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
32/109
16
Isolasi
Kontak
Kabel
a
b
Gambar 2.3 Rangkaian Bimetal
2.7 Asbes
Asbes merupakan bahan isolasi termal yang berbentuk serat. Asbes dari slag tanur
tinggi dan dari batuan gunung berapi. Bahan baku dicairkan dalam tanur listrik
dan dibuat menjadi serat halus. Asbes mempunyai sifat sifat sebagai berikut :
a Tahan terhadap temperatur tinggi.
b Ringan dan sangat baik untuk isolator
c Dapat dibuat menjadi beberapa bentuk. (Tata Surdia, 1984)
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
33/109
BAB 3. METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian
3.1.1 Studi Lapangan
Dalam pembuatan Mesin oven putar otomatis ini, terlebih dahulu
dilakukan survey di lapangan mengenai sistem kerja pengovenan kacang asin.
3.1.2 Studi Literatur
Mencari literatur sebagai penunjang dan referensi dalam pembuatan
Mesin oven putar otomatis antara lain adalah:
- Mekanisme dan sistem perpindahan panas yang terjadi
- Besar energi yang digunakan selama pengovenan
- Sistem kontrol suhu otomatis
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
34/109
18
3.2.1 Perancangan dan Perancangan
Dari studi Lapangan dan Studi Pustaka tersebut dapat direncanakan
bahan yang akan diperlukan dalam pembuatan sistem pemanasan dan kontrol suhu
secara otomatis, adapun sistem yang direncanakan meliputi :
- Perancangan kapasitas pengovenan
- Letak elemen pemanas
Letak perancangan elemen pemanas adalah pada bagian bawah
silinder tepatnya dibagian tengah.
- Glass whool sebagai media peredam panas
Berapa tebal dan berat glass whool yang digunakan
- Sistem pengontrolan suhu secara otomatis
Otomatis dilakukan pada kontrol suhu dan timer yakni dengan
menggunakan bimetal dan timer.
- Besar tenaga listrik yang digunakan
Berapa daya listrik yang digunakan
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
35/109
19
A. Pembuatan silinder pengovenan
Bentuk silinder pengovenan yang direncanakan adalah seperti pada
gambar berikut gambar berikut :
4
321
Keterangan :
1. Pintu silinder
2 jalan keluarnya uap air
20
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
36/109
20
3). Cara pembuatan
- Memotong bagian atas dan bawah drum hingga kedua drum tersebut
menjadi berukuran dengan panjang masing masing 35 cm.
- Menyambungkan kedua drum itu dengan menggunakan las listrik.
- Setelah kedua drum tersebut tersambung maka pada sisi bagian
tengah drum diberi pintu berengsel.
- Kemudian melubangi setengah bagian pada bagian atas drum
sepanjang drum tersebut sebagai jalan keluarnya gas
B. Pemasangan elemen pemanas pada silinder pengovenan sesuai rancangan
Bentuk Elemen pemanas dan cara pemasangannya direncanakan seperti
gambar berikut:
21
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
37/109
21
- Logam bimetal (sebagai pengontrol suhu)
- Kabel
2). Alat yang digunakan
- Mesin las listrik dan las asetelin
- Gergaji
- Mesin bor
- Penggores
- Solder listrik
3). Cara pembuatan
- Membersihkan dahulu drum dari kotoran-kotoran yang menempel
- Mengebor bagian atas sampai setengah melingkar bagian drum
sepanjang drum
- Memasang elemen pemanas pada sisi bawah dari silinder tepat
pada posisi tengah. Pada proses pemasangan elemen pemanas,
elemen pemanas harus benar-benar berada pada dudukan yang
tepat. Hal ini dilakukan untuk menghindari berubahnya posisi
22
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
38/109
22
Asbes = 3 mmPlat = 1,5 mm
Glass whool = 100 mm
Gambar 3.3 Lapisan Glass whool dan Asbes
1). Bahan
- Glass Whool dan asbes
- Plat tebel 1mm sebagai penyekat luar
- Paku keling
23
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
39/109
23
sehingga, lapisan asbes dan glass whool berada didalam antara plat
dalam (pengikat) dan plat luar (plat pada rangka utama).
D. Perangkaian kelistrikan pada sistem pemanasan dan isolator panas pada oven
menjadi oven yang siap pakai
1).Bahan
Adapun bahan bahan yang digunakan antara lain :
- Kabel.
- Elemen pemanas listrik dengan daya 450 watt
- Bimetal (sebagai pengontrol suhu).
- Timer (pengontrolwaktu)
- cincin keramik
- Pelindung kabel dari panas
- Lampu indikator
2) Alat
- Gunting
24
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
40/109
24
- Menghubungkan salah satu kabel elemen pemanas dengan salah satu
kutub pada bimetal, kemudian pasang lampu indikator pada kabel
yang menghubungkan timer dengan arus listrik.
3.2.3 Pengujian Alat
Pengujian dilakukan untuk mengetahui unjuk kerja mesin oven putar
otomatis secara keseluruhan apakah sistem dari mesin oven putar otomatis telah
sesuai dengan spesifikasi yang dirancang yaitu menghasilkan suhu ruangan
pengovenan yang telah dirancang. Adapun pengujian yang dilakukan pada bagian
perpindahan panas ini meliputi :
- Uji Pemanasan (pengovenan)
Dilakukan untuk mengetahui apakah sistem dari pemanas ini telah
sesuai dengan spesifikasi yang dirancang yaitu menghasilkan suhu yang telah
direncanakan. Pengujian alat dlakukan dengan prosedur sebagai berikut:
- Pengaliran listrik pada elemen pemanas
- Pemasukan data input yang diharapkan.
25
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
41/109
25
3.3 Alat dan Bahan
3.3.1 Alat yang Digunakan
Alat yang digunakan dalam pembuatan mesin oven putar otomatis
dengan pemanas listrik sebagai sumber panas ini antara lain :
a. Motor AC HP 1400 rpm
b. Mesin bor
c. Gerinda
d. Milling
e. Gergaji
f. Tool Box
g. Kikir
h. Ragum
i. Unit Las listrik dan asetelin
j. Pengeling
3.3.2 Bahan yang Digunakan
26
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
42/109
26
3.4 Diagram Alir Perancangan
Diagram alir perancangan ini dibuat untuk mengetahui suatu sistem
pengerjaan sekaligus pemecahan permasalahan dalam perancangan dari mesin
oven putar. Adapun diagram alir dari perancangan pada pembuatan mesin oven
putar otomatis ini adalah :
27
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
43/109
7
Start
Studi lapangan
Studi pustaka
Design
Bagian
statis
Bagian pemanas
Bagian yang
ber erak
Glass whool
Pembuatan
frame
Elemen pemanas Kelistrikan
Bagian dinamis
Manufaktur
28
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
44/109
Sumber arus
Elemen Pemanas
Timer Bimetal
3.5 Perancangan Cara Kerja oven putar:
Perancangan diagram blok mesin oven putar merupakan diagram yang
menggambarkan aliran kerja mesin oven putar otomatis yang dimulai dari sumber
arus sampai dengan pengatur suhu secara otomatis. Perancangan cara kerja dari
mesin putar otomatis ini dapat dilihat pada gambar berikut ini :
29
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
45/109
Pada saat listrik dalam keadaan on (hidup) maka elemen pemanas akan
bekerja dan sensor suhu (bimetal) akan memberikan informasi berapa besar suhu
dalam ruang pemanas, jika besar suhu dalam ruang pemanas sudah sesuai dengan
yang dikehendaki maka Bimetal akan memutuskan arus listrik, sehingga proses
pemanasan akan berhenti untuk sementara, dan apabila suhu sudah dibawah suhu
yang dikehendaki maka bimetal akan menghubungkan kembali arus listrik
sehingga pemanasan akan mulai lagi, demikian seterusnya dengan tujuan untuk
menjaga suhu dalam oven agar tetap stabil sesuai yang dikehendaki. disini bimetal
berfungsi sebagai saklar sementara, proses pemanasan akan berhenti total apabila
sudah mencapai pada waktu pemanasan yang telah ditentukan (timer) dan kacang
sudah matang (dimana sebelumnya telah dilakukan pengujian tentang lama waktu
dan besar suhu yang diperlukan sampai kacang matang) , maka timer (kontaktor)
akan memutus arus listrik sehingga tidak ada arus listrik yang mengalir
(pemanasan berhenti total). Disini timer berfungsi sebagai kontaktor dan saklar
utama.
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
46/109
BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Perancangan
Bentuk perancangan mesin oven putar otomatis lebih jelasnya dapat
dilihat pada gambar dibawah ini (Gambar 4.1)
11 149876532
13 121
410
15 16
Gambar 4.1 Mesin Oven Putar Otomatis
K
31
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
47/109
Untuk kacang kulit oven asin (kacang asin), mula-mula kacang kita
rebus dalam air garam hingga masak, setelah itu kacang tersebut kita jemur hingga
benar-benar kering. Sebelum dioven, kacang dcelupkan sebentar dalam air
kemudian ditiriskan. Pengovenan dilakukan sampai kacang benar-benar kering
dan renyah. Perlu diperhatikan bahwa selama pengovenan, kacang harus sering
dibolak-balik agar warnanya merata. (Sugihardjo, 2005).
Prinsip kerja dari mesin oven putar otomatis ini adalah Pada saat listrik
dalam keadaan on (hidup) maka elemen pemanas akan bekerja dan sensor suhu
(bimetal) akan memberikan informasi berapa besar suhu dalam ruang pemanas,
jika besar suhu dalam ruang pemanas sudah sesuai dengan yang dikehendaki
maka Bimetal akan memutuskan arus listrik, sehingga proses pemanasan akan
berhenti untuk sementara, dan apabila suhu sudah dibawah suhu yang dikehendaki
maka bimetal akan menghubungkan kembali arus listrik sehingga pemanasan akan
mulai lagi, demikian seterusnya dengan tujuan untuk menjaga suhu dalam oven
agar tetap stabil sesuai yang dikehendaki. disini bimetal berfungsi sebagai saklar
sementara, proses pemanasan akan berhenti total apabila sudah mencapai pada
32
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
48/109
ruang oven adalah 80 oC, suhu awal kacang dan suhu sebelum dipanaskan adalah
30oC, kerugian panas yang terjadi pada dinding oven besarnya adalah sama
dengan perpindahan kalor yang keluar pada dinding oven, untuk
mengurangi/memperkecil perpindahan panas pada dinding digunakan bahan
isolasi glass whool setebal 0,1m dan asbes dengan tebal 0,003m, perpindahan
panas dalam dinding oven putar ini merupakan perpindahan panas gabungan
antara perpindahan panas konveksi dan perpindahan panas konduksi serta
perpindahan panas konveksi yang terjadi pada jalanya uap panas, yang terdapat
diatas dinding oven.
Kerugian energi panas persatuan waktu yang terjadi pada dinding oven
besarnya adalah minimal sama dengan besar perpindahan panas yang keluar
melalui dinding setiap persatuan waktu, perpindahan panas yang terjadi pada
dinding merupakan perpindahan panas gabungan antara perpindahan panas
konduksi dan perpindahan panas konveksi, jika pada dinding diberi lapisan glass
whool dan asbes dengan nilai k (konduktifitas termal) glass whool adalah k =
0,038 W/m. oC, dan nilai k (konduktifitas termal) Asbes adalah k = 0,069
33
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
49/109
b. Kerugian Panas pada Dinding Atas dan Bawah
Sama halnya dengan kerugian panas yang terjadi pada dinding oven
bagian samping sebelum menghitung besar kerugian panas maka kita harus
mencari nilai h (koefisien perpindahan panas konvenksi), nilai k (koefisien
perpindahan panas konduksi) yang di dapatkan dari tabel sesuai dengan jenis
bahan dinding dari oven, Setelah dilakukan perhitungan maka didapatkan besar
perpindahan atau kerugian panas pada dinding atas 10,45 watt dan bawah yaitu
10,75 watt maka total kerugian panas pada dinding atas dan bawah sesuai dengan
perhitungan pada lampiran A 2 .1 dan A2.2(halaman 51-55) adalah 10,45 watt +
10,75 watt = 21,2 watt
c. Kerugian Panas pada Jalannya Uap Air pada Dinding Atas
Pada dinding bagian atas terdapat lubang yang sengaja dibuat untuk
jalannya uap air dimana lubang tersebut memiliki dimensi Panjang = 0,2 m, Lebar
= 0,02 m pada jalannya uap air ini terjadi perpindahan panas secara konveksi yang
memilikir (masa jenis udara) = 0,8826 kg/m3, pada suhu 80 oC (353 oK), nilai k8
34
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
50/109
Jadi besar kerugian panas akibat perpindahan panas pada dinding lebih kecil jika
isolasi pada dinding diberi asbes
4.2.2 Analisa Panas di dalam Ruangan Oven di sekitar silinder
Panas yang ditimbulkan di sekitar silinder di ruang pemanas adalah
merupakan aliran panas yang terjadi secara konveksi bebas. Ruangan oven dijaga
pada suhu maksimal, yakni kurang lebih direncanakan sebesar 90oC dengan
sumber panas adalah elemen pemanas listrik yang ditempatkan pada silinder
pengovenan dengan posisi horisontal. Di dalam ruangan oven diasumsikan jika
suhu awal adalah sebesar 30oC, besar k (konduktifitas udara) setelah diinterpolasi
adalah k= 0,03459 w/m. oC Koefisien muai volumetrik () =Tf
1=
Ko
363
1.
setelah dilakukan interpolasi dan perhitungan maka nilai bilangan prandtl (Pr) =
0,69492. Besar angka Rayleight setelah dilakukan perhitungan (Ra) = Gr.Pr = 8,1
x 107. besar bilangan Nusselt = 48,3. Besar koefisien perpindahan kalor konveksi
(h) = 6,8 w/m2
.o
C
M k l h dil k k hi b li k l di ki
35
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
51/109
berukuran panjang 0,65m dan lebar 0,65m atau berbentuk persegi, untuk dinding
oven bagian atas dan bawah masing-masing berukuran panjang 0,9m dan lebar
0,65 m. (Dari perhitungan pada lampiran A.7 halaman 60-61) Jadi massa
keseluruhan glass whool yang dibutuhkan adalah 6 kg.
4.2.5 Perancangan Kapasitas Drum Pengovenan
a. Sebelum merencanakan kapasitas silinder pengovenan, maka langkah
pertama yang harus dilakukan adalah mencari massa jenis kacang, mencari
volume drum yang dirancang, mencari volume poros yang ada dalam drum
karena poros ini akan mengurangi temapt pengovenan kacang, menentukan
banyaknya kacang dalam drum, Dalam menentukan berat kacang, dilakukan
dengan menimbang secara bersama-sama 100 biji kacang yang diambil
secara acak. Berat 100 biji kacang adalah 180,5 gr. Maka massa perbiji
kacang adalah:
kgxgr3
10805,1805,1
100
5,180 -==
( hit d l i A h l 62)
36
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
52/109
didapatkan volume masing-masing bagian dari pengaduk dengan nilai sebagai
berikut Volume bagian pengaduk= 34.540 mm3,
Vtotal pada pengaduk = 34.540 mm3 + 7500 mm3 + 1875mm3 + 78000 mm3
= 121915mm3
(perhitungan padalampiran hal.63)
Volume drum yang dapat diisi kacang
=V - Vp Vtotal pada pengaduk V rumah pengaduk
= 30.746.880 mm3
- 333.625 mm3 121915mm
3- 34.540 mm
3
= 30.256800 mm3 (perhitungan pada lampiran A hal.63)
Banyaknya kacang dalam drum =perbuahkacangVolume
kacangdiisidapatyangdrumVolume
=3
3
667.2
30.256800
mm
mm
= 11344,88 biji kacangDrum tidak diisi penuh oleh kacang dengan tujuan untuk memudahkan
proses pengadukan yang dilakukan oleh pengaduk sehingga massa kacang pada
drum dirancang maksimal sebesar 10 kg4 2 6 Menentukan Kadar Air pada Kacang
37
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
53/109
4.2.7 Menentukan Panas Jenis Bahan (Cp)
Panas jenis bahan setelah dihitung (pada lampiran A halaman 65)
didapatkan besar panas jenis kacang (Cp) adalah 0,84 J/kg. oC, masa kacang yang
akan dikeringkan dengan oven ini adalah 10 kg, suhu awal di asumsikan sebesar
30oC, dan suhu pengovenan sebesar 90oC, maka q (energi panas) yang dibutuhkan
untuk memanaskan 5 kg bahan (kacang) adalah 264 J, kadar air awal Mo = 85% ,
jadi 0,85 berat air terikat pada 0,2 berat bahan (kacang) kering, dimana kadar air
akhir dikehendaki 2 % jadi 0,02 berat air terikat dengan 0,98 berat bahan kering.
Maka Masa air yang harus diuapkan / dihilangkan (Wu) untuk 1kg bahan asli
adalah 4,23 kg air.
4.2.8 Panas Laten Penguapan (QL)
Panas Laten penguapan diperoleh dari perkalian antara Kalor laten (Li)
dengan masa air yang harus diuapkan (Wu), dari perhitungan besar Wu adalah
4,23 kg air,.dan beasr Kalor laten (Li) adalah 284,512 Kj /kg, dari hasil(perkalian
pada perhitungan pada lampiran A hal. 66) didapatkan panas laten penguapan
38
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
54/109
4.2.10 Menentukan q (panas total)
q Total merupakan jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk proses
pengovenan q total adalah penjumlahan dari energi yang dibutuhkan untuk
memanaskan siliner dengan energi panas yang dibutuhkan untuk 5 kg kacang dan
q udara pada ruang pengovenan jika suhu yang direncanakan pada proses
pengovenan adalah 90oC, maka besar q total adalah 1405,569 Kj.
(perhitungan ada pada lampiran A hal.68)
4.2.11 Waktu Pengovenan (proses pengeringan)
Waktu pengovenan dicari dengan membagi antara q Total dengan hasil
pengurangan antara daya listrik dengan q rugi, maka diperoleh waktu pengovenan
selama 1 jam.(perhitungan ada pada lampiran A.14 hal. 68)
4.3 Analisa kegiatan dan Hasil Pengujian
4.3.1 Prosedur Pengovenan Kacang
Proses pembuatan kacang garing asin dimulai dengan pensortiran kacang
yang dilakukan dengan tangan, kemudian dilakukan pembersihan dengan
39
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
55/109
a). Mengatur beberapa suhu yang dikehendaki, pada posisi minimal,
setengah dan maximal dengan cara memutar bimetal sebagai
pengatur besar suhu.
b). Menyeting berapa waktu yang akan digunakan selama proses
pengovenan sesuai dengan besar suhu yang digunakan.
c). Membuka mesin oven, buka silinder pengovennya, masukkan kacang
sesuai yang dikehendaki, tapi jangan sampai melebihi kapasitas
mesin oven yaitu 10 kg.
d). menghidupkan motor, sehingga memutar penyangrai (pengaduk)
yang ada didalam silinder pengovenan
e). Menuggu sampai listrik berhenti sesuai dengan waktu dan suhu yang
telah kita setting, jika setelah itu kacang dilihat terasa belum matang
maka lakukan sekali lagi prosedur diatas dengan menyeting suhu dan
waktu yang lebih kecil dari yang sebelumnya.
f). Membuka mesin oven, buka silinder pengovennya, ambil kacang
garing yang sudah matang.
40
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
56/109
Percobaan dilakukan pada oven putar dengan menggunakan elemen pemanas
listrik,
Tabel 4.1 Data yang diperoleh dari hasil uji coba pengovenan kacang pada mesin
oven putar dengan sampel sebanyak 5 kg (5000 gram) adalah sebagai
berikut :
No Berat Kacang
(gram)
Waktu
(menit)
Berat Kandungan Air
(%)
1 5000 gram 0 85 %
2 4570 gram 30 menit 76,4 %
3 4140 gram 30 menit 67,8 %
4 3710 gram 30 menit 59,2 %
5 3270 gram 30 menit 50,4 %
6 2820 gram 30 menit 41,4 %
7 2350 gram 30 menit 32 %
8 1870 gram 30 menit 22,4 %
9 1350 gram 30 menit 12 %
Berat kandungan air yang dihitung pada kacang adalah kandungan air setelah
41
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
57/109
a Masa air yang harus diuapkan / dihilangkan (Wu) untuk 5 kg bahan kacang
adalah 4,23 kg air (hasil perhitungan pada lampiran A 9)
b. Panas laten penguapan ( Qi ) adalah energi panas yang dibutuhkan untuk
menguapkan air bahan adalah 1203,48576 Kj hasil perhitungan pada
lampiran A 10
c. Panas Sensibel (Qs) merupakan energi panas yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu bahan
Jadi kebutuhan energi panas untuk 10kg bahan (kacang) adalah :
Q = QL+ Qs
= 1071,104Kj + 0,252 Kj
= 1071,356 Kj
d. menentukan q total (energi panas yang dibutuhkan selama pengovenan)
q total = 1071,356 Kj + 193,2Kj + 8,62 Kj
= 1273,176 Kj
e Waktu pengovenan 4 jam
f. Banyak kacang yang hancur
42
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
58/109
4.3.3 Pembahasan
a. Kacang yang hancur setelah proses pengovenan diakibatkan karena
bentuk/ bahan pengaduk yang tidak presesi dengan dinding silinder
sehingga antara pengaduk dan dinding silinder terdapat ruang sisa yang
mengakibatkan kacang masuk kedalamnya dan tergencet sehingga kacang
akan hancur.
b. Waktu pengovenan aktual saat uji coba adalah 4 jam sedang berdasarkan
perhitungan adalah 1,5 jam. Perbedaan waktu ini disebabkan karena suhu
yang ada didalam ruang pengovenan selama proses pengovenan
berlangsung tidak stabil paad suhu 90oC.
c. Jumlah kacang yang hangus dan pematangan yang tidak merata
disebabkan karena proses pengadukan yang terlalu cepat dan posisi elemen
pemanas.
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
59/109
BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil dari perancangan dan perhitungan yang telah
diuraikan dalam bab-bab sebelumnya, maka dapat ditarik kesimpulan :
a. Waktu yang dibutuhkan selama pengovenan ternyata lebih lama
dibandingkan dengan hasil perancangan, Perbedaan waktu ini
disebabkan karena suhu yang ada didalam ruang pengovenan selama
proses pengovenan berlangsung tidak stabil paad suhu 90 oC.
b. Jumlah kacang yang hangus dan pematangan yang tidak merata
disebabkan karena proses pengadukan yang terlalu cepat dan posisi
elemen pemanas.
c. Pemerataan dan stabilnya suhu pemanasan sangat penting untuk
mendapatkan hasil pengovenan yang merata.
44
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
60/109
h. Hasil dari pengovenan masih jauh dari sempurna
5.2 Saran
Dalam perancangan dan pembuatan mesin oven putar ini (bagian
perpindahan panas) masih terdapat hal-hal yang perlu disempurnakan untuk
mendapatkan hasil yang lebih baik dan maksimal dalam redesain atau pembuatan
yang selanjutnya yang perlu diperhatikan adalah :
a. Untuk mengurangi kerugian panas, maka lapisan isolator panas harus
direncanakan dengan seefisien mungkin.
b. Untuk mendapatkan suhu yang benar-benar konstan maka pengatur
suhu harus meggunakan sistem otomatis.
c. Untuk hasil pengovenan yang lebih baik, sebaiknya diperhatikan posisi
pemasangan elemen pemanas, agar elemen pemanas tersebut tidak
berubah posisinya selama proses pemanasan.
d. Pembuatan pengaduk dalam silinder pada mesin oven putar ini masih
jauh dari sempurna, maka dalam redesain atau pembuatan selanjutnya
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
61/109
DAFTAR PUSTAKA
Aman wirakarta kusumah. Kamaruddin Abdullah. 1992.Sifat fisik Pangan.Bogor
Institut Pertanian Bogor.
Anwar, B, S. Ramelan, Soetrisno. 1984. Listrik Dalam Praktek. Jakarta. Pradnya
Paramita.
Atjeng. I Dewa subrata. M, Syarief. Susilo Sarwono.1992.Piranti ukur Elektronik
untuk industri Pangan.Bogor. Institut Pertanian Bogor.
Earle, R. L. 1969. Satuan Operasi Dalam Pengolahan Pangan.Bogor. SastraHudaya.
Holman, J. P. 1984.Perpindahan kalor.Jakarta , Erlangga.
Jerold W.Jones. Wilbert F.Stoecker. 1996.Refrigerasi Dan Pengkondisian Udara.
Jakarta, Erlangga
Kreith, F. 1997.Perpindahan panas,Jakarta, Erlangga.
Suharyanto, E. 2000.Analisa Pengeringan Biji Kakao dengan Variasi Pemerasan
Lendir dan Daya Motor Listrik Pada pengering Tenaga KolektorM i l J b F k l P i U i i J b
46
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
62/109
LAMPIRAN A. PERANCANGAN DAN PERHITUNGAN
A.1 Maka besar perpindahan panas pada dinding samping dengan tebal
glass whool yang direncanakan setebal 0,1m adalah :
0,1 m
Plat
Glasswhool
0,0015 m
Asbes
Plat
Gambar A.1 Penampang Dinding Oven
Jika diketahui k (konduktifitas termal asbes) = 0,069 W/m.oC
47
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
63/109
Perpindahan panas yang terjadi pada dinding oven putar ini adalah perpindahan
panas gabungan antara perpindahan panas konduksi dan perpindahan panas
konveksi
00.1
3
.2
2
11
1
1
01
.
1
....
1
T-
AhAk
x
Ak
x
Ak
x
k
x
Ah
Tq
Asbes
Asbes +D
+D
+D
+D
+=
dimana : k1 : konduktivitas termal plat = 54,5 w/m.oC
k2 : konduktivitas termal glasswhool = 0,038 w/m.oC
A0 : luas plat pada bagian luar dinding
A : Luas glass Whool
A1:
Luas plat pada bagian dalam
1) Perpindahan konveksi
a Sifat-sifat fluida dihitung pada temperatur film (Tf)Tf = (T1 + To)
= (80oC + 30
oC)
= 55 oC
L = 65cm
48
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
64/109
Sifat Sifat fluida dihitung pada temperatur film (Tf)
c Menentukan rudara
rudara pada suhu 55 oC (328 oK) dicari dengan interpolasi
rudara pada suhu 300oK = 1,1774 kg/m3
rudara pada suhu 350oK = 0,9980 kg/m3, maka interpolasinya
1,1774-9980,0
1,1774-
K300-K350
K300-K328oo
oo X=
1794,0
1,1774-
K50
K82o
o
-=
X
5,0232 = 50x 58,87
X =50
8932,63
= 1,2778
d. Menentukan nilai k pada suhu 328 oK (55 oC)
Pada suhu 300oK, nilai k = 0,02624 w /m.
oC
Pada suhu 350oK, nilai k = 0,03003 w /m. oC
49
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
65/109
Pada suhu 350o
K, nilai Pr= 0,697
f. Maka untuk menentukan nilai Prpada suhu 328oK dilakukan interpolasi
0,708-0,697
0,708-
K300-K350
K300-K328oo
oo X=
0,011-
0,708-
K50
K28o
o X=
-0,308 = 50x 35,4
35,092 = 50x
X = 0,70184
Jadi pada suhu 55 oC (328 oK), nilai Pr= 0,70184
g. Menentukan nilai Gr
Gr=2
3
o1
2
L.)T-T(..g.(Dimana : L = Tinggi dinding samping oven 65 cm)
Gr=25-
32
)108462,1(
)65,0()30-80(55
110)2778,1(
x
xCCxxx oo
3
50
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
66/109
=65,0
0352,006,681 x
= 9,1
- Sisi Dinding Samping
Besar hambatan termal konduksi pada asbes bagian sisi samping pada dinding
oven adalah
Ak
x
Asbes
Asbes
.
D=
( ) ( )2m035,1xw/m.oC0,069m003,0
= 0,042 oC/watt
Besar1
A.h1 = ( ) ( )
22 035,1../1,91
mCmw o
=418,9
1
= 0,106oC/watt
Besar 1Ak
x =( )( )20351/57
0015,0Co
51
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
67/109
= 0,000013o
C/watt
Besar0
A.h
1=
( ) ( )
22 015,2../1,9
1
mCmw o
=3,18
1
= 0,054o
C/watt
j Maka besar perpindahan panas pada sisi samping dinding oven secara
keseluruhan adalah
00.1
3
0.2
2
11
1
asbes
asbes
1
01
A.h
1
A.k
x
A.k
x
A.k
x
A.k
x
A.h
1
T-Tq
+++++
=
=( )
0,054000013,01,3000025,00,0420,106
30-08
=+++++
Co
= 33,28 watt
A 2 P i d h P d Di di At d B h
52
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
68/109
GrL = 2
3
o1
2
L.)T-T(..g.
=( ) ( )
( )2
32
5-10x2,075
775,0.)30-80(.60
1.10.1454,2 o C
= ( )( )10
2
3
10x2,075
775,0.35,38
= 1010x3,4
85,17
= 4,15 x 1010
GrL. Pr =4,15 x 1010 . 0,69492
= 2,8839x 1010
Karena sumber panas berada dibawah dinding (dinding atas) berarti sisi plat
yang dipanaskan berada di atas sumber panas maka
NuL = 0,58 (GrL. Pr)1/3
untuk 106< GrL. Pr< 10
11
Maka nilai NuL = 0,58 (GrL. Pr)1/5
= 0 58 (2 8839x 1010)1 /5
53
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
69/109
1.Akx
Asbes
AsbesD =( ) ( )2m585,0xw/m.oC0,069
m003,0
=( ) ( )2m315,0xw/m.oC0,069
m003,0
= 0,138 oC/watt (bagian atas dan bawah sama)
1A.h1 = 2o2 m0,315.C.W/m31,99
1
= 0,0992 oC/Watt
11
1
A.k
x=
2o2
m0,315.C.W/m57
0015,0
= 0,0000835oC/Watt (bagian atas dan bawah sama)
=D
Ak
x
.1
2
2o2 m0,585.C.W/m0,038
1,0
= 4,49 oC/Watt (bagian atas dan bawah sama)
=D 3x 2o2 003,0
54
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
70/109
= ( )( ) C/wat0534,0000167,049,40000835,0138,00,0992
30-80o+++++
Co
= 10,45 watt
A 2.2 Besar perpindahan panas gabungan akibat konveksi dan konduksi pada
dinding bagian bawah adalah :
sumber panas berada diatas dinding (dinding bawah) berarti sisi plat yang
dipanaskan berada dibawah sumber panas, jika
GrL. Pr =4,15 x 1010. 0,69492
= 2,88 x 1010
Untuk 2 x 108
< GrL.Pr
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
71/109
= 0,0078o
C/Wat
Jadi besar perpindahan panas gabungan akibat konveksi dan konduksi pada
dinding bagian bawah adalah :
00.1
3
0.2
2
11
1
asbes
asbes
1
01
A.h
1
A.k
x
A.k
x
A.k
x
A.k
x
A.h
1
T-Tq
+++++
=
=( )
( ) C/wat0,0078000167,049,40000835,00,1380,014530-80
o+++++
Co
= 10,75 watt
A.3 Menentukan q rugi karena konveksi pada jalannya uap airBesar kerugian kalor konveksi yang terjadi pada dinding atas oven, jika
pada dinding atas oven diberi lubang untuk jalan keluarnya uap air, dan besar
lubang ayng direncanakan adalah:
Panjang = 20 cm
Lebar = 2 cm
M k l (A) l
56
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
72/109
g = 10m /s2
m(dari tabel sifat-sifat udara) = 2,286 x 10-5 kg /m.s
A.3.1 Menentukan nilai k pada suhu 328 oK (55 oC)
Pada suhu 300oK, nilai k = 0,02624 w /m.
oC
Pada suhu 350o
K, nilai k = 0,03003 w /m.o
C
Maka untuk mencari nilai k pada suhu 423 oK adalah dengan cara interpolasi
0,02624-03003,0
0,02624-
K300-K350
K300-K328oo
oo X=
00379,0
0,02624-
K05
K28o
o X=
0,10612 = 50 (X 0,02624 )
X =50
418,1
= 0,02836 W /m.oC
Jadi pada suhu 55o
C (328o
K), nilai k = 0,02836 W /m.o
C
57
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
73/109
Jadi pada suhu 55o
C (328o
K), nilai Pr= 0,70184
A.3.3. Menentukan nilai Gr
Gr=2
3
o1
2
L.)T-T(..g.
Dimana : L = Panjang silinder yang diberi elemen pemanas adalah 70 cm
Gr=25
32
)10286,2(
)7,0()30-80(55
110)8826,0(
x
xCCxxx oo
= 102
3
10)286,2(
)7,0(08,7x
x
= 102
10)286,2(
428,2x
= 46,7 x 108
A.3.4. Menentukan Bilangan Nusselt (Nu)N 0 53 (G P )
1/4
58
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
74/109
A 3.5 Besar kerugian kalor (q rugi) total karena perpindahan kalor pada ovenqrugi l= 33,28 watt + 10,45 watt + 10,75watt +3,596 watt = 58,076watt
A.4 Analisa Panas di dalam Ruangan Oven di sekitar silinder
Ruangan oven dijaga pada suhu maksimal, jika suhu yang dihasilkan
elemen pemanas kurang lebih 90
o
C pada saat setelah 15 menit listrikdihidupkan dengan elemen pemanas listrik ditempatkan pada bagian tengah
bawah dari silinder pengovenan dengan posisi silinder horisontal. Pada saat
yang bersamaan pula suhu yang terdapat diruang sekitar silinder adalah 70 oC,
maka kalor yang dibangkitkan disekeliling silinder (pada ruangan oven) akibat
perpindahan kalor konveksi bebas adalah :k (konduktifitas udara) pada suhu 90 o C setelah diinterpolasi
= 0,03459 w/m.oC
Pr (setelah dilakukan interpolasi) = 0,69492
Diameter silinder (D) = 25 cm = 0,25 m
g (gravitasi ) =10 m/s
2
59
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
75/109
dilakukan interpolasi
6--6
-6
x1076,20-10x90,25
x1076,20-X
350-400
503-363=
-6
-6
1014,5
10x20,76-
50
13
x
X=
66,82 x 10-6
= 50X 1038 x 10-6
X = 22,09 x 10-6 m2/s
Maka besar () rata-rata =( ) ( )
2
/sm10x22,09/sm10x20,05 2-62-6 +
= 21,07 x 10
-6
m
2
/s
A 4.2 Menentukan angka Ryleight (Ra) = Gr.Pr
Grd.Pr =( )
PrT-
2
3
01 xv
dTgb
= ( ) ( )( )240,6949225,0200166,0.10
2
3
x
60
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
76/109
A.4.3 Menentukan besar bilangan Nusselt (Nu)Nud = C (Grd.Pr)
m
= 0,125 (8,1 x 107)1/3
= 54,08
A 4.4 Menentukan nilai h
h =d
Nuk d.
=( ) ( )
m
Cmw o
25,0
54,08../0,03459
= 7,483 w/m2.
oC
A.4.5 menentukan q (panas yang dibangkitkan silinder)
q = h (dL) . (T1-To)
= 7,483 w/m2.oC(3,14x0,25mx0,7m)(20oC)
= 82,238 watt.
A 4 6 M k l
61
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
77/109
= {(0,9m x 0,65m) x 0,1m= (0,585m
2) x 0,1m
= 0,0585 m3
Volume glass whool pada sisi samping
V= 2 x (Lalas x tebal glass whool)
= 2 x (0,65m x 0,65m x 0,1m)= 2 x (0,04225 m
3)
= 0,0845 m3
Volume glass whool pada bagian bawah dan sisi belakang
V = 2 x (Lalas x tebal)
= 2 {( 0,9m x 0,65m )x 0,1m}= 0,117 m3
Volume glass whool total = (0,0585 + 0,0845 + 0,117) m3
= 0,26 m3
Jadi massa keseluruhan glass whool yang dibutuhkan adalah
m =rglass whool
x V
3 3
62
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
78/109
volume air ditandai dan setelah biji kacang dimasukkan besarnya penambahanvolume air pada gelas ukur dicatat sebagai besarnya volume kacang.
Volume kenaikan air 266,7 ml = 266.700 mm3
Volume perbiji kacang adalah 2.667 mm3
d. Menentukan berat kacang
Dalam menentukan berat kacang, dilakukan dengan menimbang secarabersama-sama 100 biji kacang yang diambil secara acak. Berat 100 biji kacang
adalah 180,5 gr. Maka massa perbiji kacang adalah:
kgxgr3
10805,1805,1100
5,180 -==
Massa jenis biji kacang adalah:
37-
3
3
mmkg
6,77x10667.2
10805,1=
==
-
mm
kgx
kacangVolume
kacangMassar
A 6.2 Mencari kapasitas drum
Volume drum txrxV
2
p=
63
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
79/109
25 30
2
40
25
175220
40
25
175
670
100
Gambar 4.1 Konstruksi pengaduk
Volume rumah pengaduk = ( x(30 mm2) x 40 mm) ( x(25 mm
2)x 40 mm)
= 34.540 mm3
Volume penyangga pada poros
= (p x l x t)
64
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
80/109
Vtotal pada pengaduk = 34.540 mm
3
+ 7500 mm
3
+ 1875mm
3
+ 78000 mm
3
= 121915mm3
Volume drum yang dapat diisi kacang
=V - Vp Vtotal pada pengaduk V penyangga pengaduk
= 30.746.880 mm3 - 333.625 mm3 121915mm3 - 34.540 mm3
= 30.256800 mm
3
Banyaknya kacang dalam drum =perbuahkacangVolume
kacangdiisidapatyangdrumVolume
=3
3
667.2
30.256800
mm
mm
= 11344,88 biji kacangDrum tidak diisi penuh oleh kacang dengan tujuan untuk memudahkan
proses pengadukan yang dilakukan oleh pengaduk sehingga massa kacang pada
drum dirancang maksimal sebesar 10 kg
A.7 Menentukan Berat Kandungan Air pada Kacang
65
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
81/109
A 8 Menentukan Panas Jenis Bahan (Cp)
Cp =100
M-100.2,0
100
M oo+
=100
85-100.2,0
100
85+
= 0,88 J/kg.oC
q yang dibutuhkan untuk memanaskan bahan
q = m x Cp x DT
= 5kg kg x 0,88 J/kg.oC x (90
oC - 30
oC)
= 264 J
= 0,264kj
kandungan air awal Mo = 85 % , jadi 0,85 berat air terikat pada 0,15 berat bahan
(kacang) kering, dimana kandungan air akhir dikehendaki 2 % jadi 0,02 berat air
terikat dengan 0,98 berat bahan kering.
Masa air yang harus diuapkan / dihilangkan (Wu) untuk 5 kg bahan asli adalah
Wu =1
M-1
M-oM
x Ba
66
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
82/109
Energi udara pengering yang dihasilkan oleh pemanashf (entalpi) paad suhu 90
oC adalah 376 ,94
maka Li = hf
QL = Li x Wu
= 376,94 Kj /kg x 4,23 kg
= 1594,4562 Kj
A.10 Menentukan Panas Sensibel (Qs)
Panas Sensibel (Qs) merupakan energi panas yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu bahan
Qs = Ba x Cp x (T1 T2)
Dimana : Ba = Berat awal kacang yang akan di oven.
Cp = Panas Jenis bahan (kacang)
Qs = 5kg x 0,88 J/kg.oC x (90 oC - 30 oC)
= 264 J
= 0,264 Kj
67
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
83/109
A.11 Menentukan q pada Silinder Pengovenanq = m x Cp x DT
= 7 kg x 0,46 Kj /kg.oC x (90 oC - 30 oC)
= 193,2 kj
A.12 Menentukan q udara
q = m x Cp x DTmudara =r . V
digunakan rrata rata pada suhu 30 oC = 303 oK dan 90 oC = 363 oK,rudara
pada suhu 90 oC (363oK), untuk mengetahuinya dilakukan dengan interpolasi
tabel, jika pada suhu 350 oK nilair= 0,9980 kg/m3 dan pada suhu 400 oK nilai
r= 0,8826 kg/m3
,maka interpolasinya
0,9980-0,8826
0,9980-X
K350-K400
K350-K363oo
oo
=
0,1154-
0,9980-X
K50
K13o
o
=
-1 5 = 50 (X 0 9980)
68
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
84/109
Cp (digunakan Cp rata-rata pada suhu 30
o
C dan 90
o
C)Cp pada suhu 30
oC = 1,0057 kj /kg.
oC
Cp pada suhu 90 oC (363oK), didapatkan dengan menginterpolasi hasil pada table
sehingga:
1,009-1,014
1,009-
350-400
503-363 X=
0,065= 50 (X 1,009)
0,065 = 50X 50,45
X = 1,01 kj /kg.oC
Cp =2
C/kg.kj1,01C/kg.kj1,0057 oo +
= 1,007 kj /kg.oC
q = m . Cp . DT
= 0,1427 kg . 1,007 kj /kg. oC . (90 oC - 30 oC)
= 8,62 Kj
69
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
85/109
A.15 Menentukan Kapasitas Produksi Pengeringan (Pengovenan)
B =dTCp
x
.
..85,0 h
Dimana : B : Kapasitas Produksi pengovenan, kg/jam
dT : Beda suhu yang harus diciptakan untuk proses pengovenan,oC
x : Besarnya tenaga pemanas, watt
Cp : Kalor jenis bahan (kacang)
: Efisiensi elemen pemanas, 0,2 s/d 0,8
B =30)-90(../88,0
600.8,0.85,0
Ckgj
watto
= 7,27 kg/jam.
A.16 Menentukan Efisiensi sistem pengering
Merupakan hasil perbndingan antara energi yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu sebesar 1 oC (Qs) bahan dan energi yang dibutuhkan untuk
penguapan air bahan (QL) dengan jumlah energi yang tersedia dalam sistem
i
70
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
86/109
A.17 Analisa Debit Aliran UapA.17.1. Pada Silinder Pengovenan
Volume spesifik uap air pada t (suhu) 90 oC adalah 2,361 m3/kg .
Masa air yang harus diuapkan terhadap percobaan 5 kg kacang adalah 4 kg, lama
pengovenan adalah 4 jam maka :
a. volume air yang diuapkan adalah
Volume = 2,361 m3/kg x 4 kg
= 9,444 m3
b. Debit uap air yang dialirkan
Debit (Q) =jam
m
4
444,93
= 2,361 m3/jam
=s
m
3600
361,23
= 6,55 x 10-4 m3/sekon
Jika diketahui ukuran setiap lubang yang ada pada silinder pengovenan (diameter)
71
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
87/109
A.17.1. Analisa Pada Jalannya Uap Air pada Dinding Bagian Atas
Dengan dimensi p = 0,2 m, l = 0,02 m, maka :
Luas = p x l
= 0,2 m x 0,02 m
= 4 x 10-3 m2
a. Debit Aliran Uap (Q) adalah
Q = v x A
= (66 x10-3) m/det x (4x10-3 m2)
= 264 x 10-6m3/det
e. Kecepatan Aliran(v)
v = A
Q
=23
36
104
det/10264
mx
mx-
-
= 66 x 10-3
m/det
72
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
88/109
A.18 Perhitungan Data Hasil Pengujian
1. Pengujian
Percobaan dilakukan pada oven putar dengan menggunakan elemen pemanas
listrik
Tabel A.1 Data yang diperoleh dari hasil uji coba pengovenan kacang pada mesin
oven putar dengan sampel sebanyak 5 kg (5000 gram) adalah sebagai
berikut :
No Berat Kacang
(gram)
Waktu
(menit)
Kandungan air
(%)
1 5000 gram 0 85 %
2 4570 gram 30 menit 76,4 %
3 4140 gram 30 menit 67,8 %
4 3710 gram 30 menit 59,2 %
5 3270 gram 30 menit 50,4 %
6 2820 gram 30 menit 41,4 %
7 2350 gram 30 menit 32 %
73
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
89/109
=0,12kg-1
0,12kg-85,0 kgx 5kg
= 4 kg air
b.Panas laten penguapan ( Qi ) adalah enrgi panas yang dibutuhkan untuk
menguapkan air bahan
QL = Li x Wu
= 267,776 Kj /kg x 4 kg
= 1071,104 Kj
c. Panas Sensibel (Qs) merupakan energi panas yang dibutuhkan untuk
menaikkan suhu bahan
Qs = Ba x Cp x (T1 T2)
Dimana : Ba = Berat awal kacang yang akan di oven.
Cp = Panas Jenis
Qs = 5 kg x 0,88 J/kg.oC x (90 oC - 30 oC)
= 264 J
0 264 Kj
74
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
90/109
konduksi, adapun persamaan dari perpindahan panasnya adalah sebagai
berikut:
A = (2r).L
= (2 x 3,14 x 0,125) x 0,7 m
= 0,54 m2
q =
Ak
x
Ah
TT
..
101 D
+
-
=
)54,0()./57(
002,0
)54,0()./483,7(
1
)7585(
222 mCmwatt
m
mCmwatt
C
oo
o
+
-
=)/00006497,0()/2474,0(
10
WCWC
Coo
o
+
= 40,4 watt.
Jadi Perpindahan panas gabungan (konveksi dan konduksi) dari elemen
pemanas menuju kekacang yang ada pada silinder adalah sebesar 40,4 watt.
f Waktu pengovenan 4 jam
75
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
91/109
2). Pembahasan
d. Kacang yang hancur setelah proses pengovenan diakibatkan karena
bentuk/ bahan pengaduk yang tidak presesi dengan dinding silinder
sehingga antara pengaduk dan dinding silinder terdapat ruang sisa yang
mengakibatkan kacang masuk kedalamnya dan tergencet sehingga kacang
akan hancur.
e. Waktu pengovenan aktual saat uji coba adalah 4 jam sedang berdasarkan
perhitungan adalah 1,5 jam. Perbedaan waktu ini disebabkan karena suhu
yang ada didalam ruang pengovenan selama proses pengovenan
berlangsung tidak stabil paad suhu 90oC.
f. Jumlah kacang yang hangus dan pematangan yang tidak merata
disebabkan karena proses pengadukan yang terlalu cepat dan posisi elemen
pemanas.
g. Suhu yang dihasilkan oleh pemanas pada oven tidak stabil sesuai dengan
suhu yang direncanakan.
76
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
92/109
LAMPIRAN B
TABEL B.1
SIFAT-SIFAT UDARA pada TEKANAN ATMOSFER
T,oK
Kg/m3
Cp
Kj /kg.oC
kg /m.s x
10-5
m2/s x
10-6
k
W/m.oC
m2/s x 10
5Pr
100150200
250300350400
450500550600
3.60102.36751.7684
1.41251.774
0.99600.8826
0.78330.70480.64230.5879
1.02661.00991.0061
1.00531.00571.00901.0140
1.02071.02951.03921.0551
0.69241.02831.3249
1.55901.84622.0752.286
2.4842.6712.8483.018
1.9234.3437.490
11.3115.6920.7625.90
31.7137.9044.3451.34
0.0092460.013750.01809
0.22270.026240.030030.03365
0.037070.040380.043600.04659
0.025010.057450.10165
0.156750.221600.29830.3760
0.42220.55640.65320.7532
0.7700.7530.739
0.7220.7080.6970.689
0.6830.6800.6800.680
Sumber :Perpindahan kalor, J. P. Holman. 1993. hal. 589
77
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
93/109
TABEL B. 2 SIFAT-SIFAT CAIRAN dan UAP AIR
Volume spesifik EntalpikJ/kg
EntropikJ/kg . oK
T, oC Tekananjenuh
kPa Cairan gas Cairan gas Cairan Gas
04
10
1420
26304050
607080
90
0.61080.81291.2270
1.59732.337
3.3604.2417.375
12.335
19.92031.1647.36
70.11
0.0010002 206.30.0010000 157.30.0010003 106.4
0.0010007 82.900.0010017 57.84
0.000032 41.030.0010043 32.930.0010078 19.550.0010121 12.55
0.0010171 7.6790.0010228 5.0460.0010292 3.409
0.0010361 2.361
-0.04 2501.616.80 2508.941.99 2519.9
58.75 2527.283.86 2538.2
108.95 2549.1125.66 2556.4167.45 2574.4209.26 2592.2
251.09 2609.7292.97 2626.9334.92 2643.8
376.94 2660.1
-0.0002 9.15770.0611 9.05260.1510 8.9020
0.2098 8.80600.2963 8.6684
0.3810 8.53790.4365 8.45460.5721 8.25830.7035 8.0776
0.8310 7.81680.9548 7.75651.0753 7.6132
1.1925 7.4799
Adaptasi ke Satuan SI dari J.P Holman, Perpindahan Kalor Erlangga, Jakarta, 1984
78
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
94/109
TABEL. B.3
Konstanta persamaan Nuf = C (Grf.Prf)m
GeometriGrf . Prf C m
Bidang dan silinder
vertikal
10-1
- 104
104- 10
9
10
9
- 10
13
109- 1013
-0,59
0,0210,10
-1/4
2/51/3
Silinder horisontal
0 10-5
10-5
104
104 - 109
109
- 1012
102
- 104
104
- 107
107
- 1012
0,4-
0,53
0,130,850
0,4800,125
0-
1/4
1/30,188
1/3
Permukaan bawah plat
panas atau permukaanbawah plat dingin
105 10
110,27 1/4
79
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
95/109
TABEL. B.4 Nilai Sifat-Sifat Bukan Logam (Sebagai Bahan Isolasi)
Bahan SuhuoC
k,W/m.oC
,kg/m3
c,kj/kg. oC
,m2/sx10
7
Asbes:Ditetal longgar
Papan asbes semen
Lembaran
Lakan, 40 laminasi/in
20 Laminasi/in
KapukWol gelas 1,5 lb/ft3
Magnesia, 85 %
Wol batuan 10 lb/ ft3
-450100
20
51
38150260
38150
260
3023
3893150
204
32
0,1490,1540,161
0,74
0,166
0,0570,0690,083
0,0780,095
0,112
0,0350,038
0,0670,0710,074
0,080
0 040
470 - 570
24
270
160
0,816
0,7
3,3 - 4
22,6
80
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
96/109
TABEL.B. 5
SATUAN DAN FAKTOR KONVERSI
Konversi dariKe
Kalikan dengan
Btu (termokimia)
Calorie (Termokimia)Foot lbf
Foot PoundalKilowatt jam
Watt jam
EnergiJoule
JouleJoule
JouleJoule
Joule
1054,35026448
4.1841,3558179
0,042140113,60 x 106
3600
CelciusSuhuKelvin K = C + 273,15
Fahrenheit CelciusC = ( )32-F
9
5
Celcius FahrenheitF = ( )32
5
9+C
Kelvin Celcius C = K- 273
Celcius ReamurR = C
o
5
4
81
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
97/109
SATUAN DAN FAKTOR KONVERSI
Besaran fisis Simbol Konversi dari SI ke sistem inggris Konversi sistem inggris ke SI
PanjangLuas
VolumeKecepatanDensitasGaya
MassaTekananEnergi, kalorAliran kalorFluks kalor/LuasFluks kalor/Panjang
Pemb.kalor/volumEnergi/sat.massa.Kalor spesifik
Konduktifitas termalKoef.perpan.konveksiViskositas dinamik
LA
VvF
mpqqq/Aq/L
q/Vq/mc
kh
1 m = 3,2808 ft1 m2=10,7639 ft2
1m3=35,3134 ft
3
1 m/s = 3,2808 ft/s1kg/m3=0,06243 lbm/ft
3
1N = 0,2248 lbf
1kg = 2,20462 lbm1N/m
2= 1,45038x10
-4lbf/in
2
1kj = 0,94783 Btu1 W = 3,4121 Btu1W/m2=0,317 Btu/h.ft2
1W/m = 1,0403 Btu/h.ft
1W/m3= 0,096623 Btu/h.ft
3
1kj/kg = 0,4299Btu/lbm1kj/kg.oC = 0,23884 Btu/lbm.
oF
1W/m.
o
C = 0,5778 Btu/h.ft.
o
F1W/m2.
oC= 0,1761 Btu/h.ft
2.
oF
1kg/m.s = 0,672lbm/ft.s
1 ft = 0,3048 m1ft2=0,092903 m2
1 ft3=0,028317 m
3
1ft/s = 0,3048 m/s1 lbm/ft
3=16,0181kg/m3
1 lbf = 4,4482 N
1 lbm = 0,45359237 kg1 bf/in
2= 6894,76 N/m
2
1 Btu = 1,05504 kj1 Btu = 1,05504 kj1 Btu/h.ft2= 3,154 W/m2
1 Btu/h.ft = 0,9613 W/m
1 Btu/h.ft3= 10,35 W/m
3
1 Btu/lbm= 2,326 kj/kg1 Btu/lbm.
oF= 4,1869 kj/kg.oC
1 Btu/h.ft.
o
F=1,7307W/m.
o
C1 Btu/h.ft2.
oF=5,6782 W/m
2.
oC
1 lbm/ft.s = 1,4881 kg/m.s
Sumber : F. Kreith 1997
82
TABEL B. 6 NILAI SIFAT SIFAT LOGAM
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
98/109
Adaptasi kesatuan SI dari J.P Holman, Perpindahan Kalor Erlangga, Jakarta, 1948
Logam Sifat-sifat pada suhu 200C Konduktivitas termal C.m/W,k 0
kg/m3
cpkj/kg.
oC
kW/m.
0C m
2/s x
105
1000
C 00
C 1000
C 2000
C 3000
C 4000
C 6000
C 8000
C 10000
C 12000
C
-1480F 32
0F 212
0F 392
0F 572
0F 752
0F 1112
0F 1472
0F 1832
0F 2192
0F
Besi :MurniBesi Tempa 0,5 % CBajaC max = 1,5 %)
Baja KarbonC = 0,5 %
1,0 %
1,5 %Baja ChromeCr = 0 %
1 %5 %20 %
7.8977.849
7.8337.801
70753
7.8977.8657.8337.689
0.4520.473
0.4650.473
0.486
0.4520.460.460.46
7359
5443
36
73614022
2.0341.626
1.4741.172
0.970
2.0261.6651.1100.635
87
87
7359
5543
36
73624022
6757
5243
36
67553822
6252
4842
36
62523622
5548
4540
35
55473622
4845
4236
33
48423324
4036
3533
31
40362924
3633
3129
28
36332929
3533
2928
28
35332929
3633
3129
29
36
Seng, murni 7.144 0.3843 112.2 4.106 114 112 109 106 100 93
83
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
99/109
Tabel B.7 Kadar Air Hasil Pangan
Bahan Pangan Persen kadar air
Kacang tanahKolWortel
JagungErcis
TomatApelPisangAnggur
NanasSemangkaAsparagus
80 %92 %88 %
76 %74 %
55 %84 %75 %89 %
85 %92 %93 %
Sumber : Satuan Operasi Dalam Pengolahan Pangan, R.L Earle 1969
84
1 Kerangka
Glass Whool1615
PengunciEngsel
Baut dan mur14 14
18
109
4
11
1Timer12
13
Elemen pemanas
Indikator
Bantalan11
1
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
100/109
No.
031903101056Eko Slamet R
1615
Drum
Pengunci
Pengaduk
Poros
Asbes
104
1
KeteranganBahan Standar
31
JumlahNo Nama Bagian Mesin
Pulley
112132
3 5 6 7 8 91411
A4
Digambar :Nim :Diperiksa :
skala : bebas
satuan :tanggal :
TEKNIK MESINUNIVERSITAS JEMBER
MESIN OVEN PUTAR OTOMATIS
KeteranganBahanNo Jumlah Nama Bagian Mesin
23
1
23
54
1
1
1876
Sabuk - V
Motor listrik
Standar
85
1
2
1
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
101/109
3
4
No.
031903101056Eko Slamet R
KeteranganBahan Standar1
JumlahNo Nama Bagian MesinPlat
A4
Digambar :Nim :Diperiksa :
skala : bebassatuan :tanggal :
UNIVERSITAS JEMBERLAPISAN GLASS WHOOL DAN ASBES
Asbes
Glass Whool
Elemen Pemanas
2
3
4
TEKNIK MESIN
86
1
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
102/109
A.4 No.
Keterangan :
PulleyTanggal :03/4/06Satuan : mm
TEKNIK MESIN
UNIVERSITAS JEMBER
Dilihat :
Nim : 031903101056
Digambar : Eko Slamet RSkala : 1:1
400
391
376
364
86
25
7
R30
R5
R30
R5
200
191
176
164
3
86
20
7
24
15
,95
7
5,5
1
15
,95
87
2
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
103/109
NoA.4
Keterangan :Skala : 1:1 Digambar : Eko Slamet RNim : 031903101056
Dilihat :
TEKNIK MESINUNIVERSITAS JEMBER
Satuan : mmTanggal :03/4/06
Pulley
2
76
55
40
25
3,92
24
15
,94
88
4
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
104/109
A.4
680
No.
Keterangan :Skala : 1:1 Digambar : Eko Slamet RNim : 031903101056
Dilihat :
TEKNIK MESINUNIVERSITAS JEMBER
Satuan : mmTanggal :03/4/06
Silinder Pengovenan
89
53,5
-
5/19/2018 Perancangan Dan Pembuatan Mesin Oven Putar Otomatis (Bagian Perpindahan Panas)
105/109
A.4 No
Keterangan :
PorosTanggal :03/4/06Satuan : mm
TEKNIK MESINUNIVERSITAS JEMBER
Dilihat :
Nim : 031903101056
Digambar : Eko Slamet RSkala : 1:1
2
5
2
06
7
25
25