Seminar Nasional TREnD Technology of Renewable Energy and Development FTI Universitas Jayabaya Juni 2023 Model Matematika Proses Pelelehan Flux Pada Mesin Ekstruder (Proses Pelelehan Flu.
Ayu Lintang *).
Lukmanul Hakim dan Doddy Guntama Teknik Kimia Universitas Jayabaya Jalan Raya Bogor km 28,8.
Cimanggis Jakarta Timur *)Corresponding author : alintangcahyani@gmail.
Abstract Indonesia is the largest tin manufacturer in the world.
One of the uses of tin is as a soldering component.
The tin used to solder components is tin in the form of wire with flux filling .
ored flu.
One of the stages in the manufacture of tin wire is the extrusion process using an extruder with a flux melting tank.
The problem that often occurs in the production process of wire cored flux is the presence of empty cored sections that reduce product quality.
To overcome this problem, a study was carried out to determine the physical properties of the flux and the quality of heat transfer in the tank and pestle jacket.
Temperature data collection was carried out at start-up flux melting for 25-30 minutes with intervals every 2 minutes.
Data is processed using Matlab application simulations and manual calculations using data tools.
Based on the research data, the Hf data obtained on the SD-61.
SD-82, and NS-31 flux were 125.
4589 Kkal Kg1, 203.
0107 Kkal Kg-1, and 469.
7262 Kkal Kg-1, respectively.
The Cp data for SD-61.
SD-82, and NS-31 fluxes were 1.
9755 Kkal/KgK, 1.
9001 Kkal/KgK, and 1.
9790 Kkal/KgK, respectively.
The simulation data shows that the quality of heat transfer in the heater and alu jacket is still in good condition with an average heat transfer difference of 0.
475 Kcal or 0.
Abstrak Indonesia merupakan produsen timah terbesar di dunia.
Timah memiliki kegunaan salah satunya sebagai soldering komponen.
Timah yang digunakan untuk menyolder komponen adalah timah dalam bentuk wire dengan pengisi flux .
ored flu.
Salah satu tahapan proses dalam pembuatan tin wire adalah proses ekstrusi menggunakan ekstruder dengan tangki pelelehan flux.
Masalah yang sering terjadi pada proses produksi wire cored flux adalah adanya penampang cored yang kosong sehingga menurunkan kualits produk.
Untuk mengatasi masalah tersebut maka dilakukan penelitian untuk mengetahui sifat fisik flux dan kualitas transfer panas pada tangki serta alu jacket.
Pengambilan data suhu dilakukan pada saat start up pelelehan flux selama 25-30 menit dengn interval waktu per 2 menit sekali.
Data diolah dengan mengunakan simulasi aplikasi Matlab dan perhitungan manual dengan menggunakan data alat.
Berdasarkan data penelitian, didapatkan data Hf pada flux SD-61.
SD-82, dan NS-31 berturut-turut sebesar 125,4589 kkal kg-1, 203,0107 kkal kg-1, dan 469,7262 kkal kg-1.
Data Cp pada flux SD-61.
SD-82, dan NS-31 berturut-turut sebesar 1,9755 kkal/kgK, 1,9001 kkal/kgK, dan 1,9790 kkal/kgK.
Data hasil simulasi menunjukkan bahwa kualitas transfer panas pada heater dan alu jacket masih dalam keadaan baik dengan selisih rata-rata panas transfer sebesar 0.
475 Kkal atau 0.
Kata kunci : Timah.
Ekstruder.
Flux.
Panas transfer TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Ayu Lintang et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 85 Ae 95
PENDAHULUAN
Timah merupakan logam dengan komposisi terkecil yang dihasilkan setiap tahun, yaitu kurang dari 300.
000 ton pertahun .
Timah dapat digunakan sebagai pelat timah untuk keperluan kemasan dan tabung serta pipa timah, timah solder, tinrod yang nantinya akan dibentuk menjadi kawat timah, tin profile, tin powder, produk casting dan die casting, sambungan pipa atau pipe fitting, dan yang paling utama adalah sebagai komponen elektronik serta automotif .
Pertumbuhan kebutuhan akan otomotif terus meningkat .
Trend kebutuhan sepeda motor dari tahun 2010 sampai dengan 2019 terus meningkat, walaupun terjadi penurunan pada tahun 2020 tetapi potensial pertumbuhannya lebih tinggi .
Berdasarkan data BPS tahun 2019, disebutkan bahwa kebutuhan telepon seluler meningkat 88.
4% sejak 2015 .
Peningkatan tersebut menjadi sebuah potensi bisnis bagi perusahaan timah soldering.
Potensi tersebut dikarenakan kebutuhan komponen pada industri automotif dan elektronik yang semakin berkembang.
Salah satu kegunaan utama timah pada industri tersebut adalah sebagai perekat komponen atau perekat antar komponen satu dengan yang lain dengan metode soldering.
Pada proses penyolderan komponen digunakan timah soldering dengan cored flux untuk mendapatkan hasil solderan yang baik.
Flux pada wire bertujuan untuk mengurangi oksidasi permukaan agar timah dapat menempel sempurna pada permukaan PCB .
Pada proses produksi timah soldering, terdapat sebuah proses yang disebut proses ekstrusi.
Proses ekstrusi adalah proses pereduksian penampang bilet agar dapat diteruskan ke proses Proses ekstrusi dibutuhkan sebuah alat yang disebut ekstruder .
Pada ekstruder untuk aplikasi cored wire digunakan extruder khusus agar dapat mengisi cored dengan flux yang dialirkan pada saat proses ekstrusi .
Pada anatomi mesin, terdapat beberapa bagian penting yang harus diperhatikan, salah satunya adalah bagian yang berhubungan langsung dengan kualitas Energi panas yang berkerja pada mesin ekstrusi merupakan bagian penting pada saat proses tersebut .
Salah satu bagian penting yang harus diperhatikan adalah tangki flux .
yang berfungsi sebagai media pelelehan flux sebelum ditransfer pada pengisi cored.
Monitoring preventif dan korektif harus dilakukan untuk mengetahui efektivitas proses pelelehan.
Dengan mengetahui jumlah panas yang terbuang, maka dapat diketahui kualitas panas yang dialirkan oleh heater menuju alujacket untuk proses pelelehan dan menjaga kualitas flux tetap liquid agar dapat dialirkan.
Pemantauan kualitas panas pada saat proses ekstrusi di PT Solder Indonesia terus Tujuan penelitian ini adalah untuk mengetahui sifat fisik flux dan kualitas transfer panas pada tangki serta alu jacket pada mesin ekstruder.
Metode simulasi numerik pada saat proses perpindahan panas diharapkan dapat menjadi solusi untuk mengetahui kualitas alat secara METODE PENELITIAN Alat dan Bahan Alat dan dan bahan yang digunakan pada percobaan ini mencakup Mesin Extruder Hydron Unipress.
PC merek Hp, aplikasi Hydron Unipress, dan Matlab.
Bahan yang digunakan pada percobaan ini adalah Timah putih (S.
, cored flux (SD-61.
SD-82, dan NS-.
, dan Isopropyl Metode Penelitian Penelitian ini terdiri atas 3 tahapan yaitu persiapan yang mencakup proses pembersihn alat dan setting mesin, proses sampling temperatur yang diambil per dua detik selam proses startup TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Ayu Lintang et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 85 Ae 95 selama 25 sampai dengan 30 menit, dan proses pengolahan data dengan simulasi metode curve fitting menggunakan software Matlab.
Diagram penelitian tersaji pada Gambar 1 berikut ini :
Mulai Mesin extrude hydron Isopropyl alcohol Proses start up (Dilakukan sampling suhu pada panel dan layar monitor setiap 2 menit sekal.
Tidak Tidak Kondisi mesin (Bersi.
Sesuai? Dies dipasang dan mesin dinyalakan Dilakukan simulsi dengan matlab Cored flux dimasukkan ke dalam tangki kemudian disetting suhu dan Selesai Gambar 1.
Diagram Alir Penelitian Setelah didapatkan data, selanjutnya data tersebut dilakukan pemodelan matematika hubungan antara jumlah massa flux dan jenis flux dibentuk dapat dilihat pada persamaan berikut .
yaycuycyycyc Oe ycCycycycyycyc A ycIyceycaycoycycn = yaycoycycoycycoycaycycn yccycN ycOya.
cNyc Oe ycN) Oe yayceyco = ycoyaycy yccyc yccycN yccyc yccycN yccyc ycOya yayce = ycoyaycy .
cNyc Oe ycN) Oe ( yaycy ) ycE yayce = ycoyaycy Oe ( yaycy ) .
Dimana T adalah temperatur (K) , t adalah waktu .
, m adalah massa flux (K.
Cp adalah kapasitas panas zat (Kkal/Kg K).
Hf adalah panas penguapa zat (Kkal/K.
Q adalah panas yang ditransfer (Kka.
Persamaan diferensial di atas dapat diselesaikan secara numeris dengan metode Runge Kutta Orde 4 dengan memasukkan kondisi awal saat t=0 maka T=Tempertur Lingkungan.
Nilai Q.
Cp.
Hf, dan temperatur dapat dicari dengan cara minimasi dari Sum Square of Error (SEE) pada persamaan di bawah ini:
SSE = Oc.
cNyccycaycyca Oe ycNEaycnycycycuyc.
2 TREnD - Technology of Renewable Energy and Development .
Ayu Lintang et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 85 Ae 95 Algoritma perhitungan penyelesaian persamaan di atas dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Diagram Alir Pemrograman HASIL DAN PEMBAHASAN Pada penelitian ini diambil sampling suhu selama waktu startup pada 3 jenis flux yang Data temperatur startup masing-masing dapat dilihat pada Tabel 1 hingga Tabel 3.
Pada Tabel 1 hingga Tabel 3 tampak bahwa suhu akan terus meningkat sesuai dengan bertambahnya waktu.
Panas yang terus merambat dari heater menuju tangki pada proses pelelehan flux terjadi karena perbedaan suhu antara dua objek .
Panas akan bertransisi dari suhu tinggi ke suhu yang lebih rendah .
Pada saat suhu chamber telah tercapai, maka flux akan dilanjutkan dengan proses pelelehan flux.
Proses ekstrusi akan berjalan setelah suhu working chamber serta suhu tangki flux .
lu jacke.
telah tercapai .
Sesuai dengan data trial yang telah dilakukan, setelah suhu tercapai maka flux akan optimum membentuk lelehan yang dapat dialirkan melalui pipa untuk masuk ke dalam cored pada saat proses ekstrusi.
Pengkondisian suhu pada pipa sangat berpengaruh pada proses transfer flux yang mengisi cored, jika dalam proses terdapat ketidaksesuaian suhu, maka akan terjadi sebuah konsekuensi flux tidak meleleh sempurna dan tidak mengisi inti cored.
Wire yang tidak terisi oleh flux akan menyebabkan penurunan kualitas produk dan akan menyebabkan wire mudah putus.
Berikut ini adalah grafik kenaikan suhu dari masing-masing flux.
TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Ayu Lintang et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 85 Ae 95 Tabel 1.
Data suhu proses startup pelelehan flux SD-61 (Meni.
Suhu Pipe Vertical (K) Suhu Pipe Horizontal (K) (Meni.
Suhu Pipe
Vertical (K) Suhu Pipe
Horizontal (K) Rata-Rata Suhu Pipe
(K)
328,05
340,25
348,65
362,85
379,45
385,95
Rata-Rata Suhu Pipe
(K)
445,65
449,15
Alujacket
(K)
Alujacket
(K)
Tabel 2.
Data suhu proses startup pelelehan flux SD-82 (Meni.
Suhu Pipe
Vertical (K) Suhu Pipe
Horizontal (K) TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Rata-Rata Suhu Pipe
(K)
323,25
333,55
341,45
361,85
370,15
381,25
386,55
404,35
419,45
435,45
Alujacket
(K)
Ayu Lintang et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 85 Ae 95 Tabel 3.
Data suhu proses startup pelelehan flux NS-31 (Meni.
Suhu Pipe
Vertical (K) Suhu Pipe
Horizontal (K) Rata-Rata Suhu Pipe
(K)
Alujacket
(K)
(Meni.
Suhu Pipe
Horizontal (K) 340,45 355,25 372,25 397,05 416,05 Rata-Rata Suhu Pipe
(K)
424,45
436,15
444,55
450,05
Alujacket
(K)
Suhu Pipe Vertical (K) Suhu rata-rata Pipa Vertikal dan Horizontal Waktu Gambar 1.
Startup suhu flux SD-61 TREnD - Technology of Renewable Energy and Development rata-rata suhu pipa vertikal dan Ayu Lintang et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 85 Ae 95 Waktu Suhu Rata-Rata Pipa Vertikal dan Horizontal Gambar 2.
Startup suhu flux SD-82 Waktu Gambar 3.
Startup suhu flux NS-31 Dari data suhu yang telah didapat, maka jumlah panas yang ditrasfer selama proses startup dapat dicari menggunakan simulasi dengan Matlab.
Perhitungan didasarkan pada neraca energi proses yang dijabarkan sebagai berikut .
Tabel 4 Hasil Simulasi Matlab
Flux
NS-31
SD-61
SD-61
SD-61
SD-82
Quantity .
kal kg-.
kal/kg K) Temperatur
(K)
SSE
713,0000
859,0000
132,4820
687,3125
716,7797
203,0107
125,5579
111,4971
125,3617
469,7262
1,9001
1,9798
1,9712
1,9754
1,9790
422,000
432,000
377,000
400,000
375,000
251,6859
874,5095
326,1354
210,9087
398,4120
Dengan menggunakan persamaan tersebut, jumlah panas yang ditransfer dapat diketahui.
Dengan mengetahui jumlah panas yang ditransfer dari program simulasi dan perhitungan sesuai spesifikasi heater, maka dapat diketahui jumlah panas yang hilang selama proses startup Tabel 4 merupakan rekapitulasi hasil simulasi dengan menggunakan Matlab.
Jumlah TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Ayu Lintang et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 85 Ae 95 panas yang diketahui dapat digunakan untuk mengetahui estimasi biaya proses saat startup sehingga biaya yang terbuang dapat dicari.
Berikut ini adalah diagram perbandingan besarnya panas yang ditransfer selama proses Q (Kka.
Data Simulasi
Data Perhitungan NS-31
SD-82
Jenis Flux
SD-61
Gambar 4.
Perbandingan panas yang ditransfer dengan simulasi dan perhitungan spek alat Pada Gambar 5 di atas tampak bahwa nilai kalor yang ditransfer pada saat proses start up antara perhitungan dengan menggunakan spek heater dan perhitungan dengan simulasi aplikasi Matlab tidak berbeda jauh.
Heat loss yang terjadi saat proses start up adalah sebesar 0.
475 kkal atau sebesar 0.
135% dari total panas yang ditransfer.
Heat loss yang terjadi pada alujacket dapat terbilang kecil.
Heat loss pada sebuah alat dapat dipengaruhi oleh suhu lingkungan .
Suhu lingkungan yang semakin rendah akan menyebabkan panas yang ditranfer ke lingkungan akan semakin tinggi, sehingga temperatur yang dihasilkan akan semakin besar dan energi akan semakin besar pula .
Hal ini dapat dilihat pada temperature lingkungan pada proses pelelehan SD-82.
Proses pelelehan SD-82 dilakukan pada suhu 36.
6 oC.
Berikut adalah Gambar yang menyajikan perbedaan suhu pada saat start up pelelehan.
Suhu oC
SD-61
SD-82
Jenis Flux
NS-31
Gambar 5.
Suhu lingkungan saat proses startup pelelehan flux Pada Gambar tampak temperatur yang lebih kecil akan menjadikan panas keluar dari sistem menuju lingkungan .
Apabila jumlah panas yang ditransfer ke lingkungan semakin besar maka perlu adanya sebuah tindakan yang diambil untuk mengontrol besarnya panas yang terbuang.
Tindakan prefentif seperti kontrol suhu lingkungan dapat dilakukan dan dibakukan sebagai standar proses untuk menghindari heat loss maupun panas yang terakumulasi berlebihan.
Berdasarkan data TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Ayu Lintang et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 85 Ae 95 heat loss yang didapat dari simulsi Matlab, dapat disimpulan bahwa alujacket dan heater masih dalam keadaan baik.
Heat loss yang terjadi pada proses tidak hanya menyebabkan adanya indikasi kinerja heater dan kualitas alujacket yang menurun, tetapi juga dapat menaikkan biaya proses jika tidak segera dilakukan perbaikan.
Adanya proses produksi yang hemat energi dengan produk yang optimal akan dapat mengurangi biaya produksi sehingga menaikkan laba perusahaan .
Berikut adalah Gambar yang menyajikan jumlah biaya yang terbuang akibat heat loss pada saat proses pelelehan Biaya start up (R.
NS-31
SD-81
Jenis flux
SD-61
Gambar 6.
Biaya yang terbuang selama proses startup Berdasarkan Gambar 7 tersaji bahwa biaya yang terbuang pada saat start up terbesar ada pada flux SD-82 yaitu sebesar Rp 1.
Besarnya biaya yang terbuang dipengaruh oleh jumlah kalor yang terbuang.
Tampak pada flux SD-82 suhu ruang saat start up yaitu 36.
6 oC dimana suhu tersebut lebih kecil dibandingkan flux SD-61 dan NS-31 secara berturut-turut sebesar 36.
8 oC dan 37 oC.
Sesuai dengan penelitian sebelumnya mengenai heat loss, salah satu faktor yang mendukung adanya energi yang terbuang ke lingkungan adalah adanya cuaca buruk yaitu suhu lingkungan lebih rendah .
Jika dirata-ratakan, maka jumlah biaya yang terbuang selama proses start up yaitu sebesar Rp 350.
KESIMPULAN
Berdasarkan data penelitian yang telah dilakukan, didapatkan kesimpulan data Hf pada flux SD-61.
SD-82, dan NS-31 berturut-turut sebesar 125,4589 kkal kg-1, 203,0107 kkal kg-1, dan 469,7262 kkal kg-1.
Data Cp pada flux SD-61.
SD-82, dan NS-31 berturut-turut sebesar 1,9755 kkal/kgK, 1,9001 kkal/kgK, dan 1,9790 kkal/kgK.
Berdasarkan data hasil simulasi menunjukkan bahwa kualitas transfer panas pada heater dan alu jacket masih dalam keadaan baik dengan selisih rata-rata panas transfer sebesar 0.
475 kkal atau 0.
UCAPAN TERIMAKASIH
Penulis mengucapkan terima kasih kepada PT Solder Indonesia atas fasilitas yang diberikan dalam proses pengambilan data pada penelitian ini.
DAFTAR NOTASI
= Laju Perpindahan Kalor (Kka.
= Konduktivitas Thermal (W/M.
TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Ayu Lintang et al / Seminar Nasional TREnD .
2023 85 Ae 95 Eayca ycoN = Luas penampang .
= koefisien Perpindahan Panas Konveksi .
cO/yco2.
= Suhu (Kelvi.
= konstanta Stefan boltzman .
,669 ycu10-8 ycO/yco2 .
= Masa flux (K.
= Panas Jenis (Kkal Kg-1 K-.
= Panas pelelehan flux (Kkal Kg-.
DAFTAR PUSTAKA