ANALISA TEGANGAN GESER BAHAN PADA PROSES PENGADUKAN DALAM PEMBUATAN PLASTIK BIODEGRADABEL BERBAHAN DASAR JARAK PAGAR

Abstract

Ekstrusi merupakan salah satu tahapan proses yang banyak digunakan dalam industri. Proses ekstrusi dapat dilakukan dengan menggunakan single screw ataupun double screw. Dalam penelitian ini dikembangkan single screw karena geometrinya yang lebih sederhana dan lebih banyak diaplikasikan. Pada proses ekstrusi dihasilkan tegangan geser yang akan merubah bentuk adonan/bahan sehingga tegangan geser merupakan parameter penting pada proses ekstrusi. Selain itu kecepatan aliran akan menentukan besarnya gradien tekanan, profil suhu, tegangan geser (shear stress) dan residence time. Pendekatan analitis pada desain ekstruder mempunyai beberapa keterbatasan karena sangat sulit untuk menganalisa aliran pada bentuk ekstruder yang rumit. Pendekatan yang lebih baik untuk menganalisa pengaduk yang rumit tersebut adalah dengan menggunakan model matematis dan simulasi komputer. FLUENT adalah salah satu jenis program CFD yang menggunakan metode volume hingga. Semua fungsi yang dibutuhkan untuk menghitung suatu solusi dan menampilkan hasilnya dapat diakses pada FLUENT melalui menu yang interaktif. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk mencari tegangan geser partikel bahan pada beberapa kondisi proses ektrusi dan juga untuk mengetahui distribusi tegangan, tekanan dan kecepatan di sepanjang ulir. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dimanfaatkan sebagai bahan pertimbangan untuk mendapatkan perhitungan tegangan geser yang optimum dalam proses ekstrusi, juga untuk memberikan informasi kepada pihak-pihak yang akan mendesain ulir ekstruder sebagai alat pengadukan. Penelitian ini dilakukan dengan menggunakan perangkat lunak (software) GAMBIT 2.2.30 dan ANSYS FLUENT 6.3.26. Penelitian ini dilakukan dengan membandingkan hasil tegangan geser, tekanan dan kecepatan aliran pada proses ekstrusi yang dihasilkan oleh ekstruder yang menggunakan screw dengan variasi kemiringan sudut ulir yaitu 2,50, 50, dan 7,50. Kecepatan putar dari screw yang digunakan pada penelitian ini adalah 180 rpm. Dari hasil simulasi menggunakan software FLUENT didapatkan nilai kecepatan aliran fluida rata-rata yang terbesar terjadi pada screw dengan sudut 2,50 yaitu sebesar 0,26417857 m/s sedangkan untuk sudut 50 dan 7,50 sebesar 0,2649498 m/s dan 0,2649498 m/s. Sedangkan untuk tekanan total terbesar dihasilkan pada ekstruder dengan screw sudut 2,50 yaitu sebesar 1,2219334 x 1017 Pa, sedangkan untuk screw sudut 50 dan sudut 7,50 sebesar 1,2038339 x 1017 Pa dan 1,2038339 x 1017 Pa. Untuk nilai tegangan geser pada partikel bahan, Semakin kecil sudut kemiringan pada ulir ekstruder maka tegangan geser yang dihasilkan pada partikel bahan akan semakin besar. Hal ini terjadi karena kenaikan dari viskositas bahan mempunyai presentasi yang paling besar pada screw dengan sudut kemiringan ulir yang semakin kecil.