Rancang Bangun Resevoir Pendingin Menggunakan Chiller dan Pengujian Pada Hasil Pemotongan Plastic Composite Kapasitas 5 kg/jam
Alfan Ekajati Latief, M. Pramuda Nugraha S, Naufal Dwi Febriyanto, Sobari Akbar, M. Rezki  Pratama
Teknik Mesin Institut Teknologi Nasional Bandung, Indonesia J1. PHH. Mustafa No.23 Bandung 40124
e-mail : alfan@itenas.ac.id
Received 17 November 2023 | Revisied 22 Desember 2023 | Accepted 20 Januari 2024

## ABSTRAK
Untuk memperoleh bentuk pellet composite tersebut diperlukan proses pendinginan, material komposit dari mesin extruder sebelum dilakukan pemotongan. Proses pendinginan material komposit mempengaruhi proses pemotongan menjadi bentuk pellet, oleh karena itu pada penelitian ditentukan resevoir pendingin yang digunakan agar suhu air yang ada didalam reservoir tetap stabil. Metode penelitian ini berupa rancang bangun sebagai reservoir pendinginan menggunakan chiller dan menguji pemotongan plastic composite . Hasil perancangan di peroleh resevoir dengan dimensi 150 cm x 20 cm x 30 cm dan mesin pendingin dengan kapasitas 1 Pk. Tempratur material di mesin extruder sebesar 195 ℃ didinginkan oleh air dengan tempratur 10 ℃ dan 27 ℃ , sehingga material plastic composite menjadi kaku akibat pendinginan cepat. Hasil uji keras bahwa material komposit yang telah didinginkan dengan tempratur 10 ℃ memiliki kekerasan rata – rata 11,82 VHN. Dimana kekerasan material ini lebih keras di bandingkan pada suhu 27 ℃ yang sebesar 7,82 VHN. Produk hasil pendinginan, kemudian dipotong menjadi bentuk pellet dengan ukuran mesh 4, hasil pemotongan di peroleh kapasitas pemotongan 4,30 kg selama 60 menit dengan hasil pemotongan yang seragam sebanyak 90%.
Kata Kunci : Water Chiller, PPHI , Serat nanas, mesin pemotong

## ABSTRACT
To obtained the composite pellet form is required cooling process, composite material from extruder machine before cutting. The cooling process of the composite material affects the cutting process into pellet form, therefore the research determined the cooling reservoir used so that the water temperature in the reservoir remains stable. This research method is in the form of design as a cooling reservoir using a chiller and testing the cutting of plastic composite. The results of the design obtained a reservoir with dimensions of 150 cm x 20 cm x 30 cm and a cooling machine with a capacity of 1 Pk. The material temperature in the extruder machine is 195 ℃ cooled by water with a temperature of 10 ℃ and 27 ℃ , so that the plastic composite material becomes stiff due to rapid cooling. The results of the hard test that the composite material that has been cooled with a temperature of 10 ℃ has an average hardness of 11.82 VHN. Where the hardness of this material is harder than at 27 ℃ which amounted to 7.82 VHN. The result of the cooling, then cut into a pellet size of mesh 4. And the result of cutting obtained a cutting capacity of 4,3  kg for 60 minutes with a uniform cutting result of 90%.
K eywords : water chiller, PPHI, Fiber Nanas, Cutting Machine .

## 1. Pendahuluan
Sistem refrigerasi, mempunyai empat macam komponen utama yaitu kompresor , kondensor , evaporator, dan alat ekspansi. Kompresor merupakan alat inti dalam sistem kompresi uap. Pada sebuah sistem pendingin, selama dalam proses kerja yang teratur, dengan  beban refrigerasi yang berat, maka temperatur evaporator akan naik, sehingga dapat mempengaruhi karakteristik dari sistem kompresi uap misalnya pada kapasitas refrigerasi, daya kompresor, laju pelepasan kondensor, coefisien of performance dan yang lainnya. Polipropilena high impac t (PPHI) merupakan bahan yang paling umum digunakan dalam industri otomotif Indonesia. Karena memiliki ketahanan terhadap beban impak yang tinggi (PPHI) dimanfaatkan sebagai bahan pengikat pada komposit polimer serat alam. Salah satu komponen sparepart yang dapat dibuat dari bahan ini adalah Slide piece CVT [9] . Mesin Extruder Peletzing merupakan suatu proses perubahan plastik yang diesxtrusi (perubahan bentuk padat menjadi cair) proses perubahan ini melalui berbagai tahapan antara lain material yang sudah berada di hopper jatuh ke dalam, tepatnya jatuh kedalam feeding zone ( barrell ). Daerah feeding zone ini mempunyai daerah yang dalam.  Didalam daerah ini memiliki temperatur 165º dan 180º, dan putaran screw konstan pada 15 rpm. Dengan harapan kedua bahan tercampur dengan rata [2] . Serat merupakan  zat yang panjang, tipis, dan lentur. Ciri yang dimiliki oleh semua serat adalah ukuran panjang     yang relatif lebih besar dari pada lebarnya. Sifat karakteristiknya ditentukan oleh perbandingan  yang besar antara panjang dan lebar, dan tidak ditentukan oleh zat pembentuknya. Biji pelet komposit merupakan suatu material yang terbentuk akibat campuran atau kombinasi dua atau lebih material pembentuknya melalui campuran yang tidak homogen, dikarenakan sifat mekanik dari material pembentuknya berbeda dalam jurnal.

## 1.1. Serat Nanas
Serat daun nanas ( pineapple–leaf fibres ) adalah salah satu jenis serat yang berasal dari tumbuhan ( vegetable fibre ) yang diperoleh dari daun-daun tanaman nanas. Tanaman nanas yang juga mempunyai nama lain, yaitu Ananas cosmosus (termasuk dalam family Bromeliaceae ), pada umumnya termasuk jenis tanaman semusim. Di Indonesia tanaman tersebut sudah banyak dibudidayakan, terutama di Pulau Jawa dan Sumatera yang antara lain terdapat di daerah Subang, Majalengka, Purwakarta, Purbalingga, Bengkulu, Lampung dan Palembang yang merupakan salah satu sumber daya alam yang cukup berpotensi. Intensitas sinar matahari yang tidak terlalu banyak (Sebagian terlindung) pada umumnya akan menghasilkan serat yang kuat, halus, dan mirip sutera ( strong, fine and silky fibre ). Terdapat lebih dari 50 varietas tanaman nanas di dunia, beberapa varietas tanaman  nanas  yang telah dibudidayakan di Indonesia antara lain Cayenne, Spanish/Spanyol, Abacaxi dan Queen.
Gambar 2 . Komposit Serat Nanas
Gambar 3 . Sifat Mekanik Serat Nanas.
1.2. Polipropilena High Impact (PPHI)
Polipropilena high impact (PPHI) merupakan salah satu polimer yang umum digunakan dalam industri otomotif Indonesia. Ketahanan terhadap beban impak yang tinggi menjadikan PPHI sangat menjanjikan untuk dimanfaatkan sebagai bahan pengikat pada komposit polimer berpenguat serat hayati. Studi mengenai pemanfaatan PPHI sebagai bahan pengikat pada komposit polimer berpenguat serat hayati masih belum banyak dipelajari. Pada penelitian umunya telah dilakukan studi sifat tarik dan sifat impak dari komposit PPHI berpenguat serat rami, dimana PPHI dimanfaatkan sebagai bahan pengikat dan serat rami berfungsi sebagai bahan penguat dengan berbagai fraksi volume, dan fraksi volume 10 % PPHI dan penambahan serat rami meshing dibawah 1200 dapat meningkatkan kekuatan tarik PPHI sebesar 21% dan meningkatkan harga impak PPHI sebesar 15.5%.
Gambar 4 . Karakteristik PPHI.

## 1.3. Metode Pemotongan
Memotong ( Cutting ) bahan hasil pertanian merupakan salah satu kegiatan yang paling umum dilakukan, contohnya pada memanen ( harvesting ), menyortir ( separation ) dan juga proses pencacahan ( comminution ) ukuran bahan. Memotongan (sesuai dengan kebutuhan signifikan) juga berperan dalam pemisahan kandungan makanan ternak. Dalam proses operasi lainnya, kebanyakan melibatkan proses pemotongan [7] . Pada saat pemotongan, mata pisau akan menembus dan melewati kekuatan bahan sehingga bahan menjadi terpotong. Pada proses
pemotongan berlangsung, perbedaan deformasi terjadi pada bahan, yang  bergantung pada bentuk mata pisau dan proses kinematik pemotongan [7] .

## 2. Metodologi
Gambar 5 . Diagram Alir
3. Hasil dan Pembahasan
Perancangan dan pemilihan mekanisme mesin pendingin biji plastik berbahan komposit. Merupakan proses membuat struktur teknik atau bentuk teknis sistem berdasarkan evaluasi yang telah dilakukan dalam beberapa tahap, yaitu pembuatan desain morfologi, deskripsi konsep.
1. Penentuan Mesin pendingin.
Mesin pendingin tipe split berdaya 1 pk yang di modifikasi. Seperti pada table di bawah ini.
Tabel 1 . skema mesin pendingin
1 Ac 1 pk
2 Evaporator koil
3 Panel box
4 Frame
5 Reservoir
6 Pompa DC
Gambar 6 . Skema
Dari hasil pengujian mesin pendingin 1 pk yang di lengkapi dengan sensor tekanan tempratur seperti gambar diatas. Dari hasil pengujian di peroleh data tempratur dan tekanan seperti pada tabel di bawah ini.
Tabel 2. Hasil Eentalpi No Tekanan (bar)  Tempratur ℃ Entalpi 𝑘𝑗 𝑘𝑔 1 2,05 2,52  250,82 2 17,28 43 261,21 3 8,27 12,5  254,14 4 4,83 -3  207,25
Berdasarkan hasil perhitungan dengan formula:
a. Mencari 𝑚 ̇ air
m = ρ x debit (1)
= 0,083
b. Setelah mencari 𝑚 ̇ maka mencari Qair yang dimana akan menjadi Qevap. Qair = 𝑚 ̇ x cpair x ∆ 𝑡 (2)
= 4,162 c. Mencari 𝑚 ̇ ref Qevap = 𝑚 ̇ 𝑟𝑒𝑓 (h2-h1) (3)
𝑚 ̇ ref = = 4,162 d. Mencari daya kompresor Wkomp = 𝑚 ̇ 𝑟𝑒𝑓 (h3-h2) (4)
= 17.60 kw
e. Harga Coefficient Of Performace untuk refrigeran R-22, pada kondisi diatas adalah sebesar :
𝑚 ̇ 𝑟𝑒𝑓 (h2-h1) (5) cop =
2. Simulasi pada frame
Untuk rangka mesin ini diperlukan karakter yang kuat dan kokoh maka dipilih besi siku dengan ukuran 30 x 30. Fungsi rangka ini yaitu digunakan sebagai pondasi mesin yang menahan beban reservoir dan air sebesar 215 N simulasi dari tegangan pada rangka yang disimulaskan menggunakan bahan ASTM A36 memiliki tegangan maksimal 45 MPa,
terdapat yield strength adalah 250 MPa.
Gambar 7 . Rangka Mesin.
Dari hasil simulasi dibawah ini, perubahan bentuk (displacement) yang terjadi pada Rangka akan mengalami perubahan bentuk rangka maksimu sebesar 3.964.000 mm. Hal ini dikarenakan tegangan maksimal yang terjadi cukup jauh mendekati kekuatan tariknya ( yield strength ) dari bahan ASTM A36 yaitu sebesar 250 MPa.
Gambar 8 . Displacement Rangka Mesin.

## 3. Hasil Pendinginan dan Pemotongan
Dari pengujian mesin Extruder biji plastik didapat hasil campuran dari PPHI dan serat daun nanas. Dari hasil campuran 80% PPHI dan 20% serat daun nanas pada suhu 215 ℃ menghasilkan warna coklat tua dan saat proses pendinginan menggunakan chiller temperatur turun sangat signifikan dari 195 ℃ sampai dengan 25 ℃ dengan temperatur air 10 ℃ dalam waktu 60 menit proses pemotongan dapat menghasilkan bji plastik komposit sebesar 4,3 kg dengan tingkat keseragaman mengunakah mesh 4 ( gambar 9.a ) sekitar  90
%  ( gambar 9.b ) dan yang tidak lolos sekitar 10 % ( gambar 9.c ).
(b)                                   (c)
Gambar 9 . Hasil Pemotongan, (a) Proses pengayakan mesh 4, (b) Lolos Mesh 4, (c) Tidak lolos mesh 4 .
4. Uji keras
Pengujian di lakukan dengan alat uji Vickers. Berdasarkan dari nilai kekerasan yang telah di uji perbanding hasil pengujian pendingin di suhu 10 o C (mengunakan chiller )  dan pendingin pada suhu 27 o C (tanpa mengunakan chiller ) dapat dilihat padal tabel 3.
Tabel 3. Hasil Pengujian Kekerasan HV No Proses Spesimen Titik 1 (VHN) Titik 2 (VHN) Titik 3 (VHN) Titik 4 (VHN) Titik 5 (VHN) Rata-rata 1 Melalui pendingin 10 ℃ 1 11,8 12,9 11,2 11,5 11,7 11,82 2 Tanpa pendingin 27 ℃ 2 9,8 10,0 9,1 10,7 10,2 7,82
Hasil pengujian didapat  nilai rata-rata kekerasan pendinginan  dengan suhu 10 o C sebesar 11,82 VHN. Sedangkan nilai rata-rata kekerasan suhu 27 o C  sebesar 7,82 VHN. Hal ini disebabkan terjadi pengerasan pada material karena proses pendingian pda suhu yang rendah.

## 4. Kesimpulan dan Saran
Hasil perancangan mesin pendingin biji plastik dapat disimpulkan sebagai berikut:
1) Mesin pendingin menggunaka  AC 1 pk, sehingga air pada reservoir stabil pada tempratur 10 ℃ dengan nilai COP 4,22
2) Tegangan yang terjadi pada rangka masih dibawah tegangan yield, sehingga rangka dengan bahan reservoir ASTM A36.
3) Setelah dilakukan proses pengujian selama 60 menit  di dapat PPHI 4.3 kg, dengan tingkat keseragaman mencapai 90 % untuk mesh 4.
4) Nilai kekerasan meningkat ketika material biji plastik komposit didinginkan mengunakan chiller sebesar 11,82 VHN jika di bandingka tanpa menggunakan chiller sebesar 7,82 VHN
4. Daftar Pustaka
[1] Anggraeni, N. D. (2020). Seminar Nasional – XIX. Analisis Bending pada Komposit PPHI (Polypropylene High Impact) Berpenguat Serat Nanasdengan Fraksi Volume 20% yang Dibuat Menggunakan Injection Molding.
[2] Cahyadi Suheri. (2023). Pembuatan Mesin Biji pellet plastik Komposit kapasitas 2.5
Kg/jam. Bandung:  Institut  Teknologi  Nasional.
[3] Hairiyah, N. (2020). PEMBUATAN KOMPOSIT DARI LIMBAHPLASTIK POLYETHYLENE TEREPHTHALATE (PET) BERBASIS SERAT ALAM . argo industri .
[4] Hendriawan. F., & Herry. (2011) Pengaruh Orientasi Serat pada komposir Resin Polyester/Serat Daun Nanas Terhadap kekuatan Tarik. Jurnal Teknik Mesin Vol.1. 1-7.
[5] Imam Faozan. (2015). ANALISIS PERBANDINGAN EVAPORATOR KULKAS (LEMARI ES) DENGAN. Jurnal Teknik Mesin , 1-5.
[6] j.moran, michael;. (2004). termodinamika teknik. jakarta : penerbit erlangga.
[7] Junaidi, A. E. (2019). Jurnal Ilmiah Poli Rekayasa. Modifikasi Unit Pemotong Mesin Pencacah Serat Tkks Menggunakan Silinder Pemotong Tipe Reel ,56-64
[8] Kemas., R. (2019). PENGARUH MEDIA PENDINGIN AIR PADA KONDENSOR TERHADAP KEMAMPUAN KERJA MESIN PENDINGIN. Universitas Muhammadiyah Metro , 3-6.
[9] Latief, A. H. (2019). Jurnal Rekayasa Hijau . Karakterisasi Mekanik KompositMatriks Polipropilena High Impact Dengan Serat Alam Acak Dengan MetodeHand Lay Up Untuk Komponen Automotive .
[10] Nina ,  H. (n.d.). P,  I. (2020).  “PEMILIHAN FLUIDA PENDINGIN PADA MESIN PENDINGIN IKAN (FREEZER) KAPASITAS 1 TON. universitas muhammadiyah , 2-6.
[11] Setiawan1, R. (2019). ANALISA BEBAN PENDINGIN TERHADAP UNJUK KERJA. Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XV .
[12] Sularso, & Suga, K. (2002). Dasar Perencanaan Dan Pemilihan Elemen Mesin. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.
[13] Suryadimal. (2020). Analisa Performance Sistem Pendingin Mini Chiller Kapasitas1,5 PK. Universitas Bung Hatta , 3-6