Disusun oleh :

I. LATAR BELAKANG

Dalam laporan Tugas Akhir ini, permasalahan yang akan dipelajari adalah pemilihan sifat-sifat ini, sifatmaterial dan analisa thermal dalam pembuatan vacuum frying agar aman dan efisien. efisien.

Pada laporan Tugas Akhir ini akan diberikan batasan masalah, agar tidak menyimpang dari masalah, permasalahan yang akan dibahas. Batasan masalah yang akan dibahas hanya menyangkut pada dibahas. thermal tabung vacuum.

perancangan vacuum frying dan analisa

III.

.

6.1 CATIADari masa ke masa perkembangan teknologi semakin pesat dan maju. Demikian juga dengan perkembangan software dalam bidang teknik yang salah satunya adalah Program Catia. Catia merupakan software dalam bidang gambar teknik yang dapat dipergunakan untuk mendisain suatu rancangan. Keberadaan software Catia ini sangat membantu bidang teknik karena perancangan yang dihasilkan dilakukan secara komputerisasi. Program CATIA (Computer Aided Three-Dimensional Interactive Application) juga merupakan program komputer yang dibuat dengan mendasarkan pada teori yang terdapat dalam perumusan metode elemen hingga. Dengan program ini, peneliti hanya membuat model tiga dimensinya dan analisa dapat dilakukan dengan hasil yang langsung dapat diketahui. Pemodelan disini meliputi diskritisasi benda kerja, pemilihan dan penerapan elemen, pendevinisian tumpuan, serta beban yang bekerja.

6.2 Sifat Mekanik Bahan1. Elastisitas Dalam memilih material logam untuk pembuatan tabung vacuum pada mesin vacuum frying, yang harus diperhatikan adalah sifat-sifat material, antara lain kekuatan (strength), keliatan (ductility), kekerasan (hardness), dan kekuatan lelah (fatique strength).

2. Deformasi Deformasi terjadi bila bahan mengalami gaya. Selama deformasi, bahan menyerap energi sebagai akibat adanya gaya yang bekerja sepanjang deformasi. Sekecil apapun gaya yang bekerja, maka benda akan mengalami perubahan bentuk dan ukuran. Perubahan ukuran secara fisik ini disebut sebagai deformasi. Deformasi ada dua macam, yaitu deformasi elastis dan deformasi plastis.

3. Kekuatan Tarik Kekuatan tarik adalah kemampuan beban menahan atau menerima beban atau tegangan tarik sampai putus. Kekuatan tarik suatu bahan dapat ditetapkan dengan membagi gaya maksimal dengan luas penampang mula.

4. Kekuatan luluh Kekuatan luluh yaitu harga tegangan terendah dimana material mengalami deformasi plastis.

5. Keuletan Menyatakan energi yang di-absorbsi (diserap) oleh suatu bahan sampai titik patah.

6. Kekerasan Yaitu adanya daya tahan suatu bahan (permukaan bahan) terhadap penetrasi / identasi (pemasukan dan penusukan) bahan lain yang lebih keras dengan bentuk tertentu dibawah pengaruh gaya tertentu.

6.3 Stainless SteelBaja steinless merupakan baja paduan yang mengandung minimal 10,5 % Cr. Sedikit baja steinless mengandung lebih dari 30% Cr atau kurang dari 50% Fe. Daya tahan Steinless Steel terhadap oksidasi yang tinggi diudara ataupun dalam suhu lingkungan biasanya dicapai karena adanya tambahan minimal 13% (dari berat) krom. Lapisan ini terlalu tipis untuk dilihat sehingga logamnya akan tetap berkilau. Lapisan ini tahan air dan udara sehingga melindungi logam yang ada dibawah lapisan tersebut. Pada dasarnya untuk membuat besi yang tahan karat krom merupakan salah satu bahan paduan yang paling penting. Penambahan kromium (Cr) bertujuan untuk meningkatkan ketahanan korosi dan membentuk lapisan oksida (Cr2O3) dan ketahanan terhadap oksidasi tempertur tinggi. Penambahan Nikel (Ni) bertujuan untuk meningkatkan ketahanan terhadap korosi tegangan dalam media pengkorosi netral atau lemah, serta meningkatkan keuletan atau mampu bentuk logam. Sedangkan unsur aluminium (Al) meningkatkan pembentukan lapisan oksida pada temperatur tinggi.

6.4 Kondensor

Kondensor merupakan alat yang berfungsi untuk mengkondensasikan uap menjadi air dan berubah fasanya dari uap menjadi cair. Panas dari uap tersebut keluar melalui dinding-dinding kondensor. Menurut media system pendinginnya, kondensor dibagi menjadi 3 jenis, yaitu: 1. Aircooled Condensor yaitu kondensor yang didinginkan oleh udara dibantu fan. 2. Watercooled Condensor yaitu kondensor yang diinginkan oleh air dibantu pompa. 3. Evaporator Condensor yaitu kondensor yang didinginkan oleh air dan udara. Panas yang dibuang oleh uap yang berkondensasi akan meningkatkan temperatur media pendingin kondensor yaitu air pada watercooled condenser dan udara pada aircooled condenser.

6.5 Konsep Tekanan dan Temprature

Tekanan ( Pressure )Tekanan dan volume merupakan hal yang saling berkaitan dimana tekanan merupakan hasil dari tumbukan molekulmolekul terhadap dinding kontainer (wadah) atau pada permukaan liquid. Meningkatnya volume cenderung mereduksi tekanan karena hal ini berarti memperlebar jarak antar molekul-molekul dan juga jarak molekul untuk dapat menumbuk dinding kontainer. Udara terdiri dari macam-macam gas (Nitrogen,Oksigen,Karbondioksida,dll.). Gas-gas tersebut terdiri dari molekul-molekul dan atom-atom. Jadi tekanan udara pada suatu ketinggian tertentu adalah gaya persatuan luas yang diusahakan oleh udara - udara pada ketinggian tersebut, maka :Tekanan (P) ! Gaya berat (m.g) ! Luas (A)p

Udara x konstanta Luas

grafitasi

TemperatureDalam fisika suhu adalah properti fisik dari sebuah sistem yang mendasari pengertian umum dari pana dan dingin. Sesuatu yang terasa lebih panas umumnya memiliki temperatur yang tinggi. Suhu merupakan salah satu parameter utama termodinamika. Jika tidak ada aliran panas bersih terjadi antara dua benda, objek memiliki suhu yang sama; jika panas mengalir dari benda panas ke benda dingin. Ini adalah isi dari hukum termodinamika zeroth.

6.6 Tekanan Vakum

Merupakan tekanan yang dibawah tekanan atmosfir atau di kenal dengan tekanan negatif.

6.7 Silinder Dinding Tipis

Suatu tangki silinder berisi gas atau fluida dengan tekanan P (N/m2) mengalami gaya tarik yang menahan gaya pecah yang terjadi sepanjang penampang logitudinal dan melintang. Hal ini dapat terlihat pada penampang longitudinal silinder A-A yang dibebani tekanan dalam serta diagram benda bebas setengah silinder dengan arah penampang A-A. Dari gambar dapat dilihat bahwa total gaya pecah F, bekerja normal pada bidang potong A-A, ditahan oleh gaya P yang bekerja pada setiap permukaan potong dinding silinder. Dari kesimpulan tersebut didapatkan persamaan :

F = pDL = 2P

6.7 Silinder Dinding Tipis

Kondisi silinder yang diisi dengan fluida sebanyak setengah volume akan mengalami tekanan. Hal ini karena fluida memindahkan tekanan yang sama kesemua arah, maka distribusi tekanan pada silinder sama yang bekerja diatas permukaan benda. Sedangkan tegangan di penampang longitudinal yang menahan gaya pecah F diperoleh dengan membaginya dengan luas kedua potong permukaan. Tegangan ini biasanya disebut dengan tegangan tangensial karena bekerja menyinggung permukaan silinder. Nama umum lainnya adalah tegangan keliling, tegangan simpul dan tegangan lilitan. Tegangan yang dihitung dengan persamaan diatas adalah tegangan rata-rata, untuk silinder yang memiliki ketebalan dinding sama dengan 1/10 atau kurang dari jari-jari dalamnya, prinsipnya sama dengan tegangan maksimum pada permukaan dalam.

Goreng vakum (vacuum drying), yakni menggoreng pada kondisi di bawah normal tekanan atmosfer (1 atm) dengan cara menyedot / mengeluarkan udara dari dalam penggoreng yang tertutup. Pada sistem vakum menyebabkan beberapa kondisi sebagai berikut: suhu didih/uap minyak goreng dan air menjadi turun, seiring dengan derajat kevakuman. Untuk prinsip kerja vacuum frying adalah menghisap kadar air dalam sayuran dan buah dengan kecepatan tinggi agar pori-pori daging buahsayur tidak cepat menutup, sehingga kadar air dalam buah dapat diserap dengan sempurna. Prinsip kerja ini didapat dengan mengatur keseimbangan suhu dan tekanan vakum.

y

Pompa; merupakan komponen terpenting yang berfungsi setiap menurunitan tekanan udare di dalarn tabung penggoreng. Pompa menggunakan sistern water jet sehingga mudah cara mengoperasikan dan pameliharaannya, serta rendah biayanya.

y

Tabung ponggoreng; berfungsi setiap mengkondisikan bahan yang diproses agar sesuai dengan kondisi tekanan yang diinginkan. Di dalamnya berisi minyak sebagal media pindah panas yang dilengkapi dengan pengaduk dan keranlang angkat celup tempat bahan yang digoreng.

y

Kondensor; berfungsi setiap mengembunitan uap air panas yang dikeluarkan selama penggorenganan dengan menggunakan media air sebagai pendingin yang disirkulasikan di dalarn bak air.

y

Unit pemanas, sumber panas menggunakan elpiji (LPG) karena mudah didapat dan mudah dalarn pengaturan suhu yang diinginkan.

y

Unit pengendali operasi (Controller; suatu alat pengendali suhu di dalem tabung penggoreng berdasarkan suhu yang dikehendaki, karena suhu dikandalikan di bawah 1000 C.

Tabung vacuum pada mesin vacuum frying merupakan bagian vital karena dalam tabung tersebut proses pengolahan bahan makanan dilakuakan dengan sistem vacuum. Oleh karena itu besaran dimensi tabung menentukan kapasitas produksi dari mesin serta hasil yang dihasilkan oleh mesin. Material yang digunakan untuk tabung vacuum pada mesin vacuum frying adalah Stainless Steel AISI Type 304.

Dalam Tugas Akhir ini, peneliti melakukan analisa kekuatan struktur serta tegangan luluh maksimal dari bagian utama pada mesin vacuum frying yaitu tabung vacuum pada mesin vacuum frying dengan menggunakan bahan dasar Plate Stainless Steel dengan ketebalan 2mm. Analisis difokuskan pada tekanan yang dialami tabung pada keadaan temperatur 27 C, 60 C, dan 95 C.

Adapun kondisi-kondisi batas yang telah dilakukan adalah sebagai berikut : 1. Input Material : Input material adalah penentuan jenis bahan atau meterial yang digunakan pada pembuatan produk. Hal ini sangat berpengaruh pada nilai besaran hasil analisis yang dilakukan pada produk. Untuk material yang digunakan pada mesin vacuum frying khususnya tabung vacuum adalah Stainless Steel AISI Type 304.

2. Restraint : Clamp Restraint adalah suatu restraint yang diaplikasikan pada suatu permukaan dimana semua titik nodal dipermukaan tersebut diblokir pada analisis yang dilakukan. Clamp diberikan agar permukaan tidak bergerak sesuai kondisi batas yang sesuai dengan kondisi batas sesungguhnya pada sistem yang dianalisis. 3. Beban (load) Beban yang bekerja pada sistem ini berupa beban tetap. Beban tetap yaitu beban dengan besar yang konstan dan dengan kedudukan yang tetap. Beban dari tekanan (pressure) dan temperatur yang dihasilkan oleh akibat proses pembakaran saat mesin atau sistem vacuum beroperasi.

Definisi PompaPompa merupakan mesin yang menambahkan energi atau mengambil energi dari fluida karena adanya sistem yang berotasi dalam mesin tersebut.

Fungsi Utama PompaMemindahkan cairan dari satu tempat ke tempat lainnya. Mensirkulasikan cairan sekitar sistem.

Parameter kinerja pompa (debit alir,

head, daya) akan berubah dengan bervariasinya kecepatan putaran. Untuk

mengendalikan kecepatan yang aman pada kecepatan yang berbeda-beda maka penting untuk mengerti hubungan antara keduanya. Persamaan yang menjelaskan hubungan tersebut dikenal denganHukum Afinitas : Debit aliran berbanding lurus dengan kecepatan putaran Head berbanding lurus dengan kuadrat kecepatan putaran Daya berbanding lurus dengan kubik kecepatan putaran

Suatu analisis statis selalu terdapat bagian yang dianggap kaku (fix), bagian tersebut menjadi pemegang (clamp) dari struktur. Bagian yang dianggap fix dapat berupapermukaan yang rata atau terikat dengan komponen lain. Penempatan posisi clamp sangat menentukan hasil analisa. Apabila salah dalam menentukan posisi clamp, dapat berakibat fatal bagi keamanan dari komponen yang digunakan setelah proses analisa. Untuk itu penentuan posisi clamp perlu diperhatikan lebih baik.

Gbr. Penentuan Clamp

Langkah berikutnya adalah memberikan tekanan (pressure) disesuaikan dengan tekanan yang diterima komponen pada saat aplikasi komponen tersebut. Jenis tekanan yaitu tekanan terdistribusi rata.

Gbr. Pemberian Tekanan (Pressure)

Temperatur field adalah suatu kondisi dimana benda tersebut dikenai oleh temperatur. Jadi asumsinya adalah tabung vacuum dikenai temperatur secara homogen dengan posisi burner tepat dibawah tabung. Temperaturnya adalah 27C, 60C, dan 95C. Besar temperatur ini diambil dari temperatur minimum, pertengahan dan maksimal dari proses kerja mesin vacuum frying.

Gbr. Pemberian Temperature