## ANALISIS ALIRAN FLUIDA POLYPROPILENA
(PP) DARI SAMPAH

## KHUSUS KEMASAN MIE INSTAN PADA MESIN PELEBUR PLASTIK
Umar Mahruf 1 , Deni Shidqi K 2
Program studi Teknik Mesin,  Fakultas Teknik,  Universitas Mercu Buana Jakarta
Email: umahruf@gmail.com
Abstrak ~  Aliran  fluida  pada  mesin  pelebur  plastik  dipengaruhi  temperatur  dan  luas  permukaan rambatan. Penelitian bertujuan untuk menganalisis perpindahan panas terhadap waktu dan kecepatan alir  fluida polypropilena berdasarkan  metode  simulasi  dan  eksperimen.  Hasil  penelitian  pada  kondisi tertutup  menurut  simulasi Solidworks 2018  mengalami  kenaikan heating  rate 29  °C  dengan  asumsi ruang  27  °C  didapatkan  temperatur  lebur  PP  pada  menit  keenam  203  °C.  Berdasarkan  eksperimen ukuran:  4
,  utuh  dan  remas  didapatkan  waktu  tercepat  pada  luas  area  4 dengan  waktu  9  detik.  Hasil  penelitian  kecepatan  alir  pada reactor  chamber posisi  55  cm  berbasis simulasi Solidworks 2018 didapatkan kecepatan akhir sebesar 0,004 m/s dan eksperimen didapatkan kecepatan  akhir  sebesar  0,001  m/s.  Simulasi  dan  eksperimen  berbeda  karena  kondisi  simulasi  tidak dipengaruhi lingkungan sekitar seperti, tekanan, temperatur, gaya gesek dan titik awal fluida alir.
Kata Kunci: Polypropilena, reactor chamber , Solidworks 2018, mesin pelebur plastik, pengolah
sampah plastik.
Abstract ~ Fluid  flow  in  a  plastic  smelter  is  affected  by  the  temperature  and  surface  area  of  the propagation. The study aims to analyze the heat transfer to the time and velocity of the polypropylene fluid flow based on simulation and experimental methods. The results of the study in closed conditions according  to  the  Solidworks  2018  simulation  experienced  an  increase  in  heating  rate  of  29  °  C assuming a space of 27 ° C obtained PP melting temperature  in the sixth minute 203 ° C. Based on the  experiment  size:  4,  16,36,64,100  cm  ^  2,  intact  and  squeeze  the  fastest  time  is  obtained  in  the area  of  4  cm  ^  2  with  a  time  of  9  seconds.  The  results  of  the  flow  velocity  at  the  55  cm  reactor chamber  based  on  the  Solidworks  2018  simulation  obtained  a  final  speed  of  0.004  m  /  s  and experiments obtained a final speed of 0.001 m / s. Simulation and experiments are different because the  simulation  conditions  are  not  influenced  by  the  surrounding  environment  such  as  pressure, temperature, friction and the starting point of the flow fluid.
Keyword: Polypropilena, Reactor Chamber, Solidworks 2018, Plastic Melting Machine, Plastic Waste Processing.

## 1.  PENDAHULUAN
Sejak  plastik  ditemukan  pada  tahun  1907, penggunaan  plastik  dan  barang  -  barang berbahan  dasar  plastik  semakin  meningkat.  Di Indonesia,  kebutuhan  plastik  terus  meningkat hingga mengalami kenaikan rata-rata 200 ton per tahun.  Akibat  dari  peningkatan  penggunaan plastik ini adalah bertambah pula sampah plastik. Berdasarkan  asumsi    Kementerian  Lingkungan Hidup  (KLH),  setiap  hari  penduduk  Indonesia menghasilkan  0,8  kg  sampah    per  orang  atau secara  total  sebanyak  189  ribu  ton  sampah/hari. Dari jumlah tersebut 15% berupa sampah plastik atau  sejumlah  28,4  ribu  ton  sampah  plastik/hari. (Surono, 2014)
Membuat  mesin  peleburan  sampah  plastik untuk  dijadikan paving  block sehingga  dapat mengurangi  pencemaran  lingkungan.  Pada  jalan yang menggunakan paving block air hujan masih dapat  meresap  ke  dalam  tanah  sehinnga penurunan permukaan dapat dikurangi.
Mesin  pelebur  plastik  merupakan  salah  satu mesin  yang  berguna  untuk  meleburkan  bahan baku  plastik  yang  difokuskan  pada  penelitian  ini yaitu plastik sampah khusus kemasan mie instan, karena  dianggap  merupakan  sumber  makanan ke dua setelah nasi di Indonesia.
Gambar 1. Mesin pelebur plastik
Adapun
penelitian yang dilakukan menganalisis  perpindahan  panas  pada  PP berdasarkan  waktu  titik  lebur , dan  analisis  alir kecepatan  fluida  yang  terjadi  pada reacator chamber .

## 2.  METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian  ini  menjelaskan  mengenai  analisis aliran  fluida polypropilena (PP)  dari  sampah khusus kemasan mie  instan  pada  mesin  pelebur plastik.

## 2.1  Diagram Alir
Metode penelitian yang dilakukan dalam penelitian tugas akhir ini adalah metode  numerik dan  studi  eksperimental  untuk  melengkapi  dan memfokuskan data – data dalam penelitian dapat dilihat pada Gambar 2 .
Gambar 2 . Diagram alir

## 2.1.1  Studi Literatur
Studi  literatur  digunakan  untuk memahami  dasar –  dasar  teori  yang  berhubungan  dengan  proses pelebur plastik.

## 2.1.2  Menentukan Temperatur Titik Lebur PP
Dilakukan perhitungan temperatur agar didapatkan hasil yang maksimal terhadap proses
peleburan plastik kemasan mie instan ( polypropilena), pada  temperatur  200  °C  objek plastik mengalami titik lebur.
2.1.3  Analisa  Perpindahan  Panas  Terhadap Waktu  Dari  Peleburan Reactor  Chamber ke Plastik PP Menganalisa perpindahan  panas terhadap  waktu dari reactor  chamber terhadap  plastik PP sehingga    plastik  PP  dapat  melebur  dengan efektif menggunakan software Solidworks 2018 2.1.4  Analisis Kegagalan
Tidak  selamanya  percobaan  peleburan  plastik dapat langsung mendapatkan hasil yang memuaskan.  Oleh  karena  itu  apabila  ditemukan hasil  yang  tidak  sesuai  maka  proses  peleburan harus  dilakukan  berulangkali  untuk  hasil  yang diinginkan.

## 2.1.5  Analisis Kecepatan Alir Fluida
Setelah  melakuakan  analisa  perpindahan  panas dari reactor chamber terhadap plastik polypropilena (PP)  dan  penyesuaian  temperatur terhadap  proses  peleburan  sehingga  didapatkan fluida  plastik,  langkah  selanjutnya  melakukan analisa kecepatan alir fluida dengan metode : 1.  Menggunakan softwear  Solidworks 2018
dengan fitur flow simulation.
2.  Observasi dengan cara pengamatan langsung dengan sampel obyek yang diteliti.

## 2.1.6  Kesimpulan
Didapatkan hasil dari beberapa analisa data yang telah  dilakukan  percobaan  dan  perhitungan  dari mesin pelebur plastik.

## 2.2  Peralatan Pengujian
Dalam analisa ini alat dan bahan yang digunakan saat  pengukuran  dan  percobaan  adalah  sebagai berikut:
Alat Kerja:
1.  Mistar 2.  Jangka sorong 3. Stopwatch 4.  Kalkulator 5.  Alat tulis 6.  Perkakas Tangan
7. Pyrometer 8. Hotplate max 550 °C
9.  Laptop ASUS A 456 UR
Bahan:
1. Reactor Chamber
Material reactor  chamber yang  digunakan dalam penelitian ini adalah tembaga ( Copper ).  Berikut  ini  adalah  spesifikasi  dari reactor chamber material tembaga.
Gambar 3. Reactor Chamber
Tabel 1 . Spesifikasi material reactor chamber Karakteristik Material Nilai Satuan Modulus Elastisitas 110.000  N/mm² Konstanta Elastisitas 0,37 N/A Modulus Geser 40000 N/mm² Massa Jenis 8900 kg/m³ Kekuatan Tarik 394,38 N/mm² Kekuatan Bahan N/mm² Tegangan luluh 258,646  N/mm² Koefisien Termal 240.000 K Konduktivitas Termal 390 W/mK Kalor Jenis 390 J/kgK Rasio Redaman N/A Kekuatan Panas 425 W
2.  Sampah  bungkus  plastik  mie  instan  yang sudah tercacah 2 kg
3. Thermoelectric
Konversi  dari  perbedaan  temperatur  menjadi energi, listrik atau sebaliknya
4.  Software Solidworks 2018

## 3.  HASIL DAN PEMBAHASAN
3.1  Perhitungan Parameter Input Solidwork 2018
Pada  pembahasan  analisa  aliran  fluida  PP  dari sampah khusus kemasan mie instan pada mesin pelebur plastik didapatkan  beberapa hasil antara lain.

## 3.1.1 Kalor Pada Plastik PP
Pada perhitungan kalor untuk menentukan kalor PP bermassa 2 Kg didapatkan hasil sebagi berikut.
Q
= m x c x ∆T Q = 2 kg x 1670 J/Kg °C x (200 °C - 27 °C) = 577820 J
3.1.2  Volume PP Dengan Massa 2 Kg Untuk  menentukan  volume  plastik  PP  dengan massa 2 Kg didapatkan hasil sebagai berikut.
V = V =
⁄
= 2128

## 3.1.3  Konveksi
Untuk  menentukan  koefisien  perpindahan  panas konveksi  yang  terjadi  maka  didapatkan  hasil sebagai berikut.
h
=
 Koefisien  perpindahan  panas  konveksi  pada plastik PP
h = = 3340 ⁄  Koefisien perpindahan panas konveksi pada
reactor chamber
h = = 1107 ⁄

## 3.1.4  Laju Aliran Massa
Untuk menentukan  laju  aliran  massa  pada  aliran fluida PP maka didapatkan hasil sebagai berikut. ṁ = 𝝆 x A x v ṁ
= 0,94 g/ x 18,08 x 0,2 cm/s
= 3,40 g/s = 0,0034 kg/s

## 3.2 Perpindahan Panas Dan Waktu Peleburan Pada Plastik Pp
Pada proses perpindahan panas terhadap waktu peleburan  pada  plastik  PP  ini  maka  didapatkan beberapa  hasil  perbandingan  simulasi  berbasis Solidworks 2018 dan eksperimen.
3.2.1  Simulasi Perpindahan Panas Berbasis Solidworks 2018
Gambar 4. Simulasi perpindahan panas tampak atas pada plastik PP
Gambar 5. Hasil simulasi perpindahan panas kondisi tertutup pada plastik PP Gambar 5. Hasil
perpindahan
panas menggunakan simulasi dengan asusmsi temperatur  ruang  27  °C  mengalami  kenaikan temperatur  pada  menit  pertama  sebesar    61  °C, menit kedua sebesar 92 °C, menit ketiga sebesar 122  °C,  menit  keempat  sebesar  150  °C,  menit kelima sebesar 177 °C dan diperoleh temperatur puncak  pada  menit  keenam  sebesar  203  °C dengan heating  rate sekitar  29  °C  maka  PP sudah  melebur  pada  menit  keenam  karena  titik lebur  PP  pada  temperatur  168  -        190  °C (Mujiarto, 2015).

## 3.2.2  Perhitungan Perpindahan Panas Secara Eksperimen
Pada  eksperimen  ini  dilakukan  pengambilan beberapa variasi ukuran luas permukaan sampel (seperti  ditunjukkan  pada  Tabel  2)  untuk mengkonfirmasi  proses  perpindahan  panas  dan waktu peleburan pada plastik PP . Tabel 2 Sampel pengukuran perpindahan
panas PP
Hasil  eksperimen  perpindahan  panas  terhadap waktu peleburan plastik PP juga disajikan berupa grafik seperti dapat dilihat pada Gambar 5.
Gambar 6. Perbandingan perpindahan panas berdasarkan variasi (a) luas permukaan (b) bentuk sampel pada plastik PP secara
eksperimen
Gambar  6(a)  eksperimen  perpindahan  panas menggunakan sampel untuk mengubah polypropilena menjadi  fluida  pada  luas  area  4 memerlukan waktu 9 detik, luas area 16 memerlukan  waktu  20  detik,  luas  area  36 memerlukan  waktu  37  detik,  luas  area  64 memerlukan  waktu    47  detik,  dan  luas  area  100 memerlukan  waktu  73  detik.  Pada  Gambar 4.3(b)  untuk  mengubah  PP  menjadi  fluida  pada kondisi  plastik  PP  remas  memerlukan  waktu 1488  detik,  sedangkan  pada  kondisi  plastik  PP utuh  memerlukan  waktu  300  detik.  Oleh  karena itu,  berdasarkan  hasil  eksperimen  dua  kondisi diatas,  luas  permukaan  dan  besar  kontak  area terhadap hantaran panas mempengaruhi lamanya  waktu  peleburan  plastik  PP  menjadi fluida.
3.3 Kecepatan  Alir Plastik PP Pada Reactor Chamber
Untuk  kecepatan  alir  PP pada reactor  chamber mesin pelebur plastik maka didapatkan beberapa hasil dari perbandigan simulasi berbasis
Solidworks 2018 dan eksperimen.
3.3.1  Simulasi Kecepatan Alir Berbasis
Solidworks 2018 No. Ukuran (cm) Waktu Peleburan (detik) 1 4 9 2 16 20 3 36 37 4 48 47
5 100 73
(a)
(b)
Gambar 7. Simulasi distribusi kecepatan alir PP pada reactor chamber
Gambar 8. Hasil simulasi kecepatan alir PP untuk setiap posisi ( stage ) pada chamber reactor
Gambar  8.  kecepatan  alir  berbasis  simulasi didapatkan kecepatan minimal pada posisi 0 – 40 cm  sebesar  0,0004  m/s  dengan  input  fluida berdiameter  20  cm  pada reactor  chamber .  Pada posisi  45  cm  sebesar  0,0009  m/s,  posisi  50  cm sebesar  0,002  m/s  dan  posisi  55  cm  didapatkan kecepatan  maksimal  sebesar  0,004  m/s  dengan ukuran output fluida  berdiameter  5  cm  pada reactor  chamber .  Maka  menurut  hasil  simulasi tersebut,  tinggi  dan  tekanan  pada reactor chamber mempengaruhi kecepatan alir.
3.3.2  Validasi Simulasi Berbasis Solidworks 2018 terhadap Eksperimen
Untuk validasi simulasi berbasis Solidworks 2018
dilakukan secara eksperimen dengan menggunakan  mesin  pelebur  plastik  yang  dibuat secara  langsung  untuk  mengetahui  perbedaan nilai  kecepatan  alir  PP  pada reactor  chamber , seperti ditunjukkan pada Gambar 8.
Gambar 9. Perbandingan niali kecepatan alir simulasi (berbasis Solidworks 2018) terhadap eksperimen untuk material PP pada reactor chamber
Gambar  9.  menunjukkan  perbandingan  simulasi dan  eksperimen  kecepatan  alir  pada reactor chamber pada  temperatur  200  °C.  Hasil kecepatan  alir  berdasarkan  simulasi  didapatkan sebesar  0,004  m/s  dan  secara  eksperimen didapatkan  0,001  m/s.  Maka  dapat  disimpulkan kecepatan  simulasi  dan  eksperimen  berbeda karena  pada  kondisi  simulasi  tidak  dipengaruhi lingkungan  sekitar  seperti,  tekanan,  temperatur, gaya gesek dan titik awal fluida alir.

## 4.  KESIMPULAN
Berdasarkan  hasil  simulasi  termal  dan  analisis yang  telah  dilakukan  pada  BAB  3,  kesimpulan yang  diperoleh  dari  pembahasan,  sebagai berikut:
1.  (a) Perpindahan panas pada kondisi tertutup yang  disimulasikan  diperoleh  data  bahwa waktu berpengaruh terhadap kenaikan temperatur dengan asumsi temperatur ruang 27  °C.  Kenaikan  temperatur  pada  menit pertama sebesar 61 °C, menit kedua sebesar 92  °C,  menit  ketiga  sebesar  122  °C,  menit keempat  sebesar  150  °C,  menit  kelima sebesar  177  °C  dan  pada  menit  keenam sebesar 203 °C. Temperatur puncak diperoleh  pada  saat  menit  keenam  dengan heating  rate sekitar  29  °C,  sehingga polypropilena sudah  melebur  pada  menit keenam  karena  titik  lebur polypropilena
adalah 168 - 190 °C.
(b) Secara eksperimen luas area berpengaruh  terhadap  besarnya  kontak langsung dan nilai hantaran panas, sehingga mempengaruhi interval waktu  peleburan plastik polypropilena menjadi  fluida,  antara lain: (i) luas area 4 memerlukan waktu 9 detik,  (ii)  luas  area  16 memerlukan waktu  20  detik,  (iii)  luas  area  36 memerlukan waktu 37 detik, (iv) luas area 64 memerlukan  waktu    47  detik,  (v)  luas area  100 memerlukan  waktu  73  detik,
(vi)  percobaan  remas  memerlukan  waktu 1488  detik,  dan  (vii)  percobaan  utuh memerlukan waktu 300 detik.
2.  (a) Kecepatan alir berbasis simulasi didapatkan  kecepatan  minimal  pada  posisi 0 – 40 cm sebesar 0,0004 m/s dengan input fluida  berdiameter  20  cm  pada reactor chamber . Pada posisi 45 cm sebesar 0,0009 m/s,  posisi  50  cm  sebesar  0,002  m/s  dan posisi  55  cm  kecepatan  maksimal  sebesar 0,004  m/s  dengan  ukuran output fluida berdiameter  5  cm.  Menurut  hasil  simulasi, tinggi dan tekanan mempengaruhi kecepatan alir.
(b)  Perbandingan  simulasi  dan  eksperimen kecepatan  alir  pada reactor  chamber pada temperatur  200  °C.  Hasil  kecepatan  alir berdasarkan  simulasi  didapatkan  sebesar 0,004 m/s dan secara eksperimen didapatkan  0,001  m/s.  Maka  kecepatan simulasi  dan  eksperimen  berbeda,  pada kondisi  simulasi  dikatakan  ideal  karena  tidak dipengaruhi lingkungan sekitar seperti, tekanan,  temperature,  gaya  gesek  dan  titik awal fluida alir.

## Daftar Pustaka
Arifin, A. S., Sahupala, P., & Parenden, D. (2014). Analisis Instalasi Pompa Pemadam Kebakaran Pada Kompleks Terminal Bahan Bakar Minyak Merauke . Jurnal Ilmiah Mustek Anim Ha , 267 - 284.
Asmara, Y. P. (2008). Efek Kecepatan Aliran Minyak terhadap Kecepatan Korosi dalam Pipa di Lingkungan Minyak dan Gas Bumi. 61 - 68.
Bahruddin, Sumarno, Wibawa, G., & Soewarno, N. (2007). Morfologi Dan Properti Campuran Karet Alam / Polypropilene Yang Divulkanisasi Dinamik Dalam Internal Mixer. ITS Keputih , 71 - 77.
Bejan, A., & Kraus, A. D. (2003). Heat Transfer. Canada: JOHNWILEY & SONS,INC. Derby, N. L., & Philadelphia. (1940). Heater And Thermocontrol Therefor. United States Patent Office , 3 - 10.
Etal, J. A. (1967). Electro Magnetic Contactor. 9 - 12.
Handoyo, E. A. (2000). Pengaruh Kecepatan Aliran Terhadap Efektivitas Shell-and- Tube Heat Exchanger. JURNAL TEKNIK MESIN , 86 - 90.
Hendrawan, M. A., Purboputro, P. I., Saputro, M. A., & Ssetiyadi, W. (2018). Perancangan Chassis Mobil Listrik Prototype Ababil dan Simulasi Pembebanan Statik Dengan Menggunakan Solidworks Premium 2016. URECOL , 96 - 104.
Higgins, H. B. (1955). Heat Concentrator. 1 - 3. Kumar, S., Panda, A. K., & Singh, R. K. (2011). A Review On Tertiary Recycling Of High Density Polyethylene To Fuel. www.elsevier.com/locate/resconrec , 895
- 909.
Mahmudi, A., & Londa, P. (2017). Optimasi Penerapan Teknologi Ekstrusi pada Prototipe Mesin Daur Ulang Limbah Styrofoam. http://ejournal.undip.ac.id/index.php/rotas i , 92 - 96.
Mujiarto, I. (2005). Sifat Dan Karakteristik Material Plastik Dan Bahan Aditif. AMNI Semarang , 65.
Nurminah, M. (2002). Penelitian Sifat Berbagai Bahan Kemasan Plastik Dan Kertas Serta Pengaruhnya Terhadap Bahan Yang Dikemas. USU digital library , 1 - 13. Prabowo, S. A. (2009). Easy to Use Solidworks 2019. Yogyakarta: C.V ANDI OFFSET. Rosadi, H. Y. (2000). Pemodelan Continuous
Stirred Tank Reactor. KOMMIT2000 , 108
- 115.
Sahwan, F. L., Martono, D. H., Wahyono, S., & Wisoyodharmo, L. A. (2005). Sistem Pengolahan Limbah Plastik di Indonesia.
BPPT , 311 - 318.
Sari, D. M., Prasetyo, Y., & Kurniawan, A. (2017).
Metode Konversi Sampah Plastik Berupa Botol Plastik Bekas Melalui Budidaya
Toga Dengan Sistem Vertikultural Yang Ramah Lingkungan. Gontor AGROTECH Science Journal , 85 - 96.
Seizaria, S. (2017). Eksplorai Limbah Gelas Plastik Untuk Diterapkan Pada Produk Fesyen. GoogleScholar , 941 - 943. SNI. (1996). Bata Beton (Paving Block). Jakarta: BSN.
Surono, U. B. (2013). Berbagai Metode Konversi Sampah Plastik Menjadi Bahan Bakar Minyak. Jurnal Teknik , 32 - 39.
Susilawati, Mustafa, I., & Maulina, D. (2011). Biodegradabel Plastic From A Mixture Of Low Density Polythelene (LDPE) And Cassava Starch With The Addition Of Acrilyc Acid. Jurnal Natural , 69 - 73. Ukrainczyk, N., Kurajica, S., & Sipusie, J. (2010).
Thermophysical Comparisonof Five Commercial Paraffin Waxes as Latent Heat Storage Materials. Chem. Biochem.
Eng , 129 - 137.
Verma, R., Vinoda, K. S., & Papireddy, M. (2016). Toxic Pollutants from Plastic Waste. ScienceDirect , 701 - 708.