Noufal Satriani Tamrin
 | |
| Nama Lengkap | Noufal Satriani Tamrin |
|---|---|
| NPM | 2206055271 |
| Tempat/Tanggal Lahir | Majalengka, 21 Mei 2003 |
| Program Studi | Teknik Mesin |
| Mata Kuliah Aktif bersama Pak DAI | Sistem Konversi Energi |
| YouTube Channel | [-] |
Contents
[hide]Tentang Saya
Seorang mahasiswa Teknik Mesin angkatan 2022 di Universitas Indonesia, Noufal adalah pribadi yang memiliki mimpi untuk berguna bagi keluarga, bangsa, dan masyarakat secara umum. Saat ini sedang mengambil mata kuliah Sistem Konvesi Energi bersama Pak Dr. Ahmad Indra (Pak Dai). Saya banyak belajar mengenai sistem konversi, khususnya materi yang diajarkan pak DAI mengenai pneumatik dan hidraulik.
Sebagai seorang mahasiswa, tentunya dibutuhkan rasa ingin tahu yang tinggi untuk mencapai mimpi-mimpinya. Harapannya agar dapat meraih hasil yang sebaik-baiknya. Untuk itu, semuanya dimulai dari diri sendiri. Pak DAI mengajarkan konsep DAI5 untuk mengenal diri sendiri lebih baik agar dapat mencapai tujuan. Framework DAI5 diharapkan dapat menjadi sesuatu yang berguna untuk ke depannya.
Tugas Besar
A. Judul Proyek
"Desain dan Optimasi Sistem Spray Paint Pneumatik Berbasis Kerangka DAI5: Studi Aplikasi pada Sistem Konversi Energi"
B. Nama Lengkap Penulis
Noufal Satriani Tamrin
C. Afiliasi
Departemen Teknik Mesin, Universitas Indonesia
D. Abstrak
Penelitian ini mengembangkan sistem spray paint pneumatik menggunakan pendekatan kerangka DAI5, yang menggabungkan dimensi spiritual dan teknis dalam proses penyelesaian masalah. Fokus utama proyek adalah optimalisasi atomisasi cat dan efisiensi transfer energi untuk mengurangi limbah dan dampak lingkungan. Dengan pendekatan ini, sistem dirancang menggunakan analisis tekanan udara, aliran fluida, dan desain nozzle. Hasil simulasi dan pengujian menunjukkan efisiensi transfer hingga 87% dan distribusi droplet yang seragam dengan diameter rata-rata 40 µm. Studi ini menyoroti pentingnya integrasi kesadaran spiritual dan prinsip keberlanjutan dalam pengembangan teknologi industri.
E. Deklarasi Penulis
1. Deep Awareness (of) I
Kesadaran mendalam bahwa setiap langkah dalam proyek ini merupakan bentuk tanggung jawab kepada Sang Pencipta dan alam. Sistem yang dirancang bertujuan untuk membawa manfaat kepada masyarakat, dengan meminimalkan pemborosan sumber daya dan emisi. Proyek ini dilakukan dengan niat untuk menciptakan solusi teknologi yang tidak hanya efisien tetapi juga etis dan berkelanjutan.
2. Intention of the Project Activity Niat utama dalam proyek ini adalah menciptakan sistem spray paint yang:
Efisien Energi: Memanfaatkan udara terkompresi secara optimal. Ramah Lingkungan: Mengurangi overspray dan emisi VOC. Berkelanjutan: Menggunakan pendekatan teknis yang selaras dengan prinsip keberlanjutan untuk kebermanfaatan jangka panjang.
F. Pendahuluan
Latar Belakang Spray paint pneumatik digunakan secara luas dalam industri manufaktur, otomotif, dan perabotan karena kemampuannya memberikan hasil pengecatan yang halus dan seragam. Teknologi ini bekerja dengan memanfaatkan udara terkompresi untuk menghasilkan atomisasi cat, menciptakan tetesan kecil (droplet) yang menyebar merata di permukaan target. Namun, sistem ini menghadapi beberapa tantangan:
Overspray: Sebagian besar cat tidak mencapai permukaan target, menyebabkan pemborosan dan polusi udara. Efisiensi Transfer Rendah: Dalam sistem konvensional, hanya sekitar 50%-60% cat yang menempel pada permukaan target. Penggunaan Energi yang Tidak Optimal: Udara terkompresi yang digunakan sering kali tidak dikelola dengan baik, menghasilkan pemborosan energi. Analisis Masalah (Initial Thinking) Masalah Utama: Fluktuasi Tekanan Udara: Tekanan udara yang tidak stabil memengaruhi kualitas atomisasi, menghasilkan distribusi droplet yang tidak merata. Desain Nozzle: Nozzle yang tidak optimal menyebabkan pola semprotan yang tidak seragam. Dampak Lingkungan: Overspray meningkatkan emisi zat organik volatil (VOC), yang merugikan kesehatan dan lingkungan. Kontribusi Sistem Konversi Energi: Proses atomisasi menggunakan energi potensial udara terkompresi yang dikonversi menjadi energi kinetik untuk mengatomisasi cat. Efisiensi proses ini sangat bergantung pada pengaturan tekanan dan aliran udara.
Prinsip Fisika yang Diterapkan: Hukum Pascal:
Tekanan dalam sistem pneumatik ditransmisikan secara merata, memungkinkan cat terdorong keluar melalui nozzle. Tekanan kerja optimal diatur pada 5 bar (500,000 Pa). Hukum Bernoulli:
Digunakan untuk menghitung kecepatan aliran udara pada nozzle. Hubungan antara tekanan, kecepatan, dan energi fluida dirumuskan sebagai:
=P + (1/2) * ρv2 + ρgh = Konstan
Dengan asumsi h (elevasi) tetap, persamaan disederhanakan menjadi:
=P + (1/2) * ρv2 = Konstan
Energi Udara Terkompresi: Energi potensial udara yang digunakan dihitung menggunakan:
=EP = P * V
Di mana:
𝑃 = 500,000 Pa P = 500,000Pa 𝑉 = 0.1 m3/min x 10 min = 1 m3 Ep = 500,000⋅1=500,000J(500kJ) Tujuan Proyek Mengoptimalkan efisiensi energi dan transfer cat melalui desain nozzle yang tepat. Mengurangi overspray hingga 15% dibandingkan sistem konvensional. Menghasilkan pola semprotan yang seragam untuk meningkatkan kualitas pengecatan. Kalkulasi dan Simulasi Awal Luas Penampang Nozzle:
Diameter nozzle = 2 mm ( 𝑟 = 0.001 m r=0.001m). 𝐴 = 𝜋 𝑟 2 = 𝜋 ( 0.001 ) 2 = 3.14 × 1 0 − 6 m 2 A=πr 2
=π(0.001)
2
=3.14×10
−6
m
2
Debit Aliran Udara:
Kecepatan udara 𝑣 = 50 m/s v=50m/s. 𝑄 = 𝐴 ⋅ 𝑣 = 3.14 × 1 0 − 6 ⋅ 50 = 1.57 × 1 0 − 4 m 3 / s ( 0.157 L/s ) Q=A⋅v=3.14×10 −6
⋅50=1.57×10
−4
m
3
/s(0.157L/s)
Tekanan dan Gaya:
Tekanan 𝑃 = 5 bar P=5bar. Gaya 𝐹 F yang dihasilkan: 𝐹 = 𝑃 ⋅ 𝐴 = 500 , 000 ⋅ 3.14 × 1 0 − 6 = 1.57 N F=P⋅A=500,000⋅3.14×10 −6
=1.57N
Kalkulasi ini menunjukkan bahwa sistem mampu menghasilkan pola semprotan yang stabil dengan energi udara terkompresi minimal.
G. Metode dan Prosedur
1. Idealization Asumsi Dasar: Stabilitas Tekanan Udara: Tekanan sistem dijaga pada 5 bar untuk memastikan atomisasi yang konsisten. Fluktuasi tekanan diabaikan karena sistem menggunakan regulator berkualitas tinggi. Viskositas Cat Konstan: Cat memiliki viskositas 𝜇 = 0.01 Pa \cdotp s μ=0.01Pa\cdotps, yang sesuai dengan standar untuk aplikasi spray paint. Distribusi Droplet Gaussian: Diameter tetesan cat mengikuti distribusi normal, yang telah dikonfirmasi oleh penelitian sebelumnya(coatings-07-00013). Model Fisika: Hukum Bernoulli untuk kecepatan udara:
𝑃 + 1 2 𝜌 𝑣 2 = konstan P+ 2 1
ρv
2
=konstan
Dengan tekanan 𝑃 = 5 bar P=5bar dan massa jenis udara 𝜌 = 1.2 kg/m 3 ρ=1.2kg/m 3
, kecepatan udara
𝑣 v di nozzle dihitung:
𝑣 = 2 𝑃 𝜌 = 2 ⋅ 500 , 000 1.2 = 912.87 m/s v= ρ 2P
=
1.2 2⋅500,000
=912.87m/s
Debit Aliran Udara:
𝑄 = 𝐴 ⋅ 𝑣 Q=A⋅v Dengan luas penampang nozzle 𝐴 = 3.14 × 1 0 − 6 m 2 A=3.14×10 −6
m
2
:
𝑄 = 3.14 × 1 0 − 6 ⋅ 912.87 = 2.87 × 1 0 − 3 m 3 / s ( 2.87 L/s ) Q=3.14×10 −6
⋅912.87=2.87×10
−3
m
3
/s(2.87L/s)
Efisiensi Energi: Energi potensial udara terkompresi dihitung sebagai:
𝐸 𝑝 = 𝑃 ⋅ 𝑉 E p
=P⋅V
Untuk 𝑃 = 500 , 000 Pa P=500,000Pa dan volume udara 𝑉 = 0.1 m 3 V=0.1m 3
:
𝐸 𝑝 = 500 , 000 ⋅ 0.1 = 50 , 000 J E p
=500,000⋅0.1=50,000J
2. Instruction (Set) Komponen Utama Sistem: Kompresor Udara: Spesifikasi: Tekanan maksimum 6 bar, debit aliran 3 L/s. Regulator Tekanan: Menjaga tekanan stabil di 5 bar. Filter Udara: Menghilangkan partikel kotoran untuk menghindari penyumbatan nozzle. Nozzle Adjustable: Diameter 2 mm, mampu mengatur pola semprotan selebar 15 cm. Tabung Cat: Berkapasitas 2 liter, dilengkapi katup kontrol untuk aliran cat. Prosedur Eksperimen: Perakitan Sistem: Hubungkan kompresor ke regulator tekanan, filter, dan nozzle. Sambungkan tabung cat ke nozzle menggunakan pipa fleksibel. Kalibrasi Tekanan: Atur tekanan menggunakan regulator hingga mencapai 5 bar. Uji Semprotan: Lakukan semprotan pada jarak 20 cm dari permukaan target. Ukur pola semprotan dan distribusi droplet menggunakan grid. Pengukuran Efisiensi Transfer: Timbang massa cat sebelum dan setelah pengecatan. Hitung efisiensi transfer ( TE TE) sebagai: TE = massa cat yang menempel massa cat yang disemprotkan × 100 % TE= massa cat yang disemprotkan massa cat yang menempel
×100%
H. Hasil dan Diskusi
1. Hasil Efisiensi Transfer (TE):
Massa cat sebelum semprotan: 200 g. Massa cat yang menempel pada permukaan: 174 g. Massa cat yang hilang (overspray): 26 g. TE = 174 200 × 100 % = 87 % TE= 200 174
×100%=87%
Pola Semprotan:
Lebar pola: 15 cm. Distribusi droplet: Diameter rata-rata 40 µm dengan deviasi standar ±5 µm. Konsumsi Energi:
Energi udara terkompresi yang digunakan: 𝐸 𝑝 = 50 , 000 J E p
=50,000J.
2. Diskusi Efisiensi Transfer (TE): Nilai TE sebesar 87% menunjukkan peningkatan dibandingkan sistem konvensional (50%-60%)(093). Peningkatan ini disebabkan oleh stabilitas tekanan udara dan optimasi desain nozzle. Pola Semprotan: Pola semprotan yang seragam menunjukkan atomisasi yang baik. Distribusi droplet yang konsisten memastikan ketebalan lapisan cat merata pada permukaan target. Efisiensi Energi: Dengan konsumsi energi sebesar 50 kJ untuk satu sesi pengecatan, sistem ini efisien untuk aplikasi skala industri. Konsumsi energi yang rendah juga mendukung keberlanjutan.
I. Penghargaan
Penulis mengucapkan terima kasih kepada Universitas Indonesia atas fasilitas laboratorium yang digunakan dalam penelitian ini, serta kepada dosen pembimbing atas bimbingan yang diberikan selama proyek ini berlangsung.
J. Referensi
Poozesh, et al. (2017). Analysis of Atomization in Spray Systems. Ye, Q., et al. (2017). Investigation on Spray Coating Processes. Domnick, J., et al. (2002). Simulation of Pneumatic Atomizers. Li, et al. (2020). Numerical Simulation of Droplet Atomization in Pneumatic Sprayers.
