Ekstrussion tugas alat industri kimia

Ekstrussion
Ekstrusi adalah proses untuk membuat benda dengan penampang tetap. Keuntungan dari proses ekstrusi adalah bisa membuat benda dengan penampang yang rumit, bisa memproses bahan yang rapuh karena pada proses ekstrusi hanya bekerja tegangan tekan, sedangkan tegangan tarik tidak ada sama sekali. Aluminium, tembaga, kuningan, baja dan plastik adalah contoh bahan yang paling banyak diproses dengan ekstrusi. Contoh barang dari baja yang dibuat dengan proses ekstrusi adalah rel kereta api.
Teknologi ekstrusi memungkinkan kita untuk melakukan serangkaian proses pengolahan seperti mencampur, menggiling, memasak, mendinginkan, mengeringkan dan mencetak dalam satu rangkaian proses saja.


Sejarah
Teknologi ekstrusi merupakan teknologi yang cukup tua. Pada tahun 1797 di Inggris, Joseph Bramah menciptakan mesin untuk membuat pipa tanpa sambungan yang diperkirakan sebagai mesin ekstrusi pertama. Tidak lama kemudian produk-produk lain seperti sabun, macaroni, dan bahan-bahan bangunan diproses menggunakan mesin yang sama. Pada mesin ini untuk menggiling dan mencampur bahan digunakan piston yang dioperasikan oleh tangan. Karena keterbatasan proses yang dilakukan ekstruder terdahulu maka ekstruder yang menggunakan ulir (screw) diciptakan untuk kebutuhan industri kabel. Konsep awal yang diketahui mengenai ekstruder ulir tunggal ditemukan di tahun 1873 pada suatu gambar rancangan milik Phoenix Gummiwerke A.G. Sementara ekstruder ulir ganda yang pertama dikembangkan pada tahun 1869 oleh Follows dan Bates di Inggris untuk keperluan industri sosis. Sejak saat itu penggunaan ekstruder bagi pengolahan semakin meningkat (Janssen, 1978).
Proses ini tidak dikembangkan sampai 1820 ketika Thomas Burr membuat hidrolik powered press pertama. Pada saat ini proses itu disebut penyemprotan. Pada tahun 1894, Alexander Dick memperluas proses ekstrusi dengan paduan tembaga dan logam.

a. Proses

Pada Logam - Bahan baku dipanaskan terlebih dahulu agar menjadi lunak. Setelah itu dimasukkan dalam container. Sebuah ram (stempel) menekan bahan tersebut melalui sebuah die (cetakan). Akibatnya bahan menjadi mulur dan terbentuk sesuai dengan penampang die.
Pada Plastik - Khusus untuk ekstrusi plastik proses pemanasan dan pelunakan bahan baku terjadi di dalam barrel akibat adaya pemanas dan gesekan antar material akibat putaran screw
b. Jenis ekstrusi

1. Ekstrusi Panas
Hot ekstrusi adalah suatu proses kerja panas , yang berarti hal itu dilakukan pada suhu rekristalisasi material tersebut, hal ini dilakukan untuk menjaga material dari pengerasan saat kerja dilakukan dan untuk membuatnya lebih mudah mendorong material. Kebanyakan ekstrusi panas dilakukan pada tekanan hidrolik horizontal yang berkisar dari 230 hingga 11.000 metrik ton (250 sampai 12.000 ton). Tekanan berkisar 3-70 MPa (4.400 hingga 100.000 psi), sehingga pelumasan diperlukan, dapat dihasilkan minyak atau grafit untuk ekstrusi suhu yang lebih rendah, atau serbuk kaca untuk ekstrusi suhu tinggi. Kerugian terbesar dari proses ini adalah biaya untuk mesin dan pemeliharaannya.
Ekstrusi panas suhu untuk berbagai macam logam
Material Temperatur [° C (° F)]
Magnesium 350-450 (650-850)
Aluminium 350-500 (650-900)
Tembaga 600-1100 (1200-2000)
Baja 1200-1300 (2200-2400)
Titanium 700-1200 (1300-2100)
Nikel 1000-1200 (1900-2200)
Refractory paduan sampai dengan 2000 (4000)
Proses ekstrusi umumnya ekonomis, ketika memproduksi antara beberapa kilogram (kg) hingga beberapa ton, tergantung pada materi yang sedang diekstrusi. Ada titik crossover dimana roll forming menjadi lebih ekonomis. Misalnya, beberapa baja menjadi lebih ekonomis jika diproduksi lebih dari 20.000 kg (50.000 lb).

2. Ekstrusi Dingin
Ekstrusi dingin dilakukan pada suhu kamar. Keuntungannya jika dibandingkan dengan ekstrusi panas adalah kurangnya oksidasi, kekuatan yang lebih tinggi karena pengerjaan dilakukan pada suhu dingin , permukaan akhir yang dihasilkan baik, dan kecepatan ekstrusi cepat jika bahan dikenakan tekanan panas (hot shortness).
Bahan yang umumnya digunakan pada ekstrusi dingin meliputi: timbal, timah, aluminium, tembaga, zirkonium, titanium, molybdenum, berilium, vanadium, niobium, dan baja.
Contoh produk yang dihasilkan oleh proses ini adalah: alat pada proses pemadaman kebakaran, shock absorber silinder, dan piston otomotif.

3. Ekstrusi Hangat
Ekstrusi Hangat dilakukan di atas suhu kamar, tetapi di bawah suhu rekristalisasi dari bahan, rentang suhu 800-1800 ° F (424-975 ° C). Hal ini biasanya digunakan untuk mencapai keseimbangan kekuatan yang diperlukan, daktilitas dan sifat ekstrusi final.

c. Peralatan

Mesin ekstrusi atau biasa disebut ekstruder merupakan alat yang cukup sederhana namun memiliki keunikan tersendiri. Prinsip dasar kerja alat ini ialah memasukkan bahan-bahan mentah yang akan diolah kemudian didorong keluar melalui suatu lubang cetakan (die) dalam bentuk yang diinginkan. Bila kita dahulu mengenal alat ekstrusi sistem ulir yang disebut ekstruder berulir tunggal (Single Screw Extruder/SSE) maka akhir-akhir ini telah dikembangkan ekstruder dengan ulir ganda (Twin Screw Extruder/TSE) yang memiliki banyak keunggulan dibandingkan dengan pendahulunya.


Kelemahan Extrusion
• Permukaan retak - Bila permukaan ekstrusi pecah, hal ini sering disebabkan oleh gesekan suhu ekstrusi, atau kecepatan terlalu tinggi. Hal ini juga bisa terjadi pada suhu yang lebih rendah jika produk yang diekstrusi hanya sementara.
• Pipa - Sebuah pola aliran yang menarik oksida dari permukaan dan kotoran ke pusat produk. Pola seperti ini sering disebabkan oleh gesekan yang tinggi atau pendinginan pada daerah luar billet tersebut.
• Bagian internal yang pecah - Bila titik ekstrusi menghasilkan keretakkan atau void. Retak ini yang dikaitkan dengan keadaan tegangan tarik hidrostatik di tengah zona deformasi die. (Situasi yang sama dengan necked region dalam spesimen tegangan tarik)
• Garis Permukaan - Bila ada garis yang terlihat pada permukaan profil materi yang diekstrusi. Hal ini sangat bergantung pada kualitas die production dan seberapa baik die dipertahankan, karena beberapa residu bahan diekstrusi dapat menempel ke permukaan die dan menghasilkan garis timbul.

Bahan
a. Logam
• Aluminium adalah bahan yang paling umum diekstrusi. Aluminium bisa menjadi ekstrusi panas atau ekstrusi dingin . Jika ekstrusi panas, dipanaskan sampai 575-1100 °F (300 sampai 600 °C). Contoh produk termasuk profil untuk trek, frame, rel, mullions , dan heat sink .
• Tembaga (1100-1825 °F (6-100 °C)) pipa, kawat, batang kecil, batang, tabung, dan elektroda las. Seringkali lebih dari 100 ksi (690 MPa) diperlukan untuk menghilangkan tembaga.
• Timbal dan timah (maksimum 575 °F (300 °C)) pipa, kawat, tabung, dan selubung kabel. Molten timbal juga dapat digunakan pada billet di penekanan ekstrusi vertikal.
• Magnesium (575-1100 °F (300 sampai 600 °C)) suku cadang pesawat dan bagian industri nuklir. Magnesium adalah sebagai extrudable atau aluminium.
• Seng (400-650 °F (200 sampai 350 °C)) batang kecil, batang, tabung, komponen perangkat keras, fitting, dan handrails.
• Baja (1825-2375 °F (1000-1300 °C)) batang dan trek. Biasanya baja karbon polos diekstrusi, tapi paduan baja dan stainless steel juga bisa diekstrusi.
• Titanium (1100-1825 °F (6-100 °C)) komponen pesawat, termasuk trek kursi, cincin mesin, dan bagian struktural lainnya.
Magnesium dan paduan aluminium biasanya memiliki 0,75 µm (30 μin) RMS atau menyelesaikan permukaan yang lebih baik. Titanium dan baja dapat mencapai 3 mikrometer (120 μin) RMS.
Pada tahun 1950, Ugine Séjournet, dari Perancis , menemukan sebuah proses yang menggunakan kaca sebagai pelumas untuk mengekstrusi baja. The Ugine-Sejournet, atau Sejournet, proses ini sekarang digunakan untuk bahan lain yang memiliki temperatur lebur yang lebih tinggi daripada baja atau yang membutuhkan kisaran sempit temperatur menonjol. Proses dimulai dengan memanaskan bahan dengan suhu ekstrusi dan kemudian menggulungnya dalam bentuk bubuk kaca. kaca yang mencair dan membentuk film tipis, 20 sampai 30 mils (0,5 hingga 0,75 mm), dalam rangka untuk memisahkan dari dinding ruang dan memungkinkan untuk bertindak sebagai pelumas. Segelas cincin tebal padat yang 0,25-0,75 dalam (6 sampai 18 mm) tebal ditempatkan di ruangan pada mati untuk melumasi ekstrusi seperti yang terpaksa melalui die. Keuntungan kedua cincin ini kaca adalah kemampuan untuk mengisolasi panas bilet dari mati. ekstrusi akan memiliki lapisan tebal juta 1 dari kaca, yang dapat dengan mudah dihapus setelah mendingin.
Terobosan lain dalam pelumasan adalah penggunaan lapisan fosfat. Dengan proses ini, dalam hubungannya dengan pelumasan kaca, baja bisa dingin diekstrusi. Mantel fosfat kaca menyerap cairan pelumas untuk menawarkan properti yang lebih baik bahkan.

b. Plastik


Sectional melihat dari ekstruder plastik menunjukkan komponen
Plastik ekstrusi biasanya menggunakan chip plastik atau pelet, yang biasanya dikeringkan dalam gerbong sebelum menuju ke feed sekrup. Resin polimer dipanaskan sampai cair dengan kombinasi elemen pemanas dan pemanasan geser dari sekrup ekstrusi. sekrup kumpulan resin melalui die, membentuk resin ke dalam bentuk yang diinginkan. ekstrudat ini didinginkan dan dipadatkan kemudian ditarik melalui tangki die atau tangki air. Dalam beberapa kasus ekstrudat ditarik melalui die sangat panjang, dalam proses yang disebut pultrusion.
Sejumlah besar polimer yang digunakan dalam produksi tabung plastik, pipa, batang, rel, segel, dan lembaran atau film.
c. Keramik
Keramik juga dapat dibentuk menjadi bentuk melalui ekstrusi. Terracotta ekstrusi digunakan untuk memproduksi pipa. bata modern Banyak juga diproduksi menggunakan proses ekstrusi bata.


d. Makanan


Macaroni adalah pasta berongga diekstrusi.
Ekstrusi telah menemukan aplikasi besar dalam pengolahan makanan. Produk seperti pasta ,sereal , adonan kue , kentang goreng , makanan bayi , kering makanan kering hewan peliharaan dan makanan ringan sebagian besar diproduksi oleh ekstrusi. Dalam proses ekstrusi, bahan baku tanah pertama ukuran partikel yang besar (biasanya konsistensi tepung kasar). Campuran kering dilewatkan melalui pra-kondisioner, dimana bahan-bahan lain yang ditambahkan (gula cair , lemak , pewarna , daging dan air tergantung pada produk yang dibuat), uap juga ditambahkan untuk memulai proses memasak. Campuran bahan kemudian dilewatkan melalui ekstruder, dan kemudian dipaksa melalui die dimana dipotong sesuai panjang yang diinginkan. Proses memasak berlangsung dalam extruder dimana produk menghasilkan panas dan gesekan sendiri karena tekanan yang dihasilkan (10-20 bar). Proses memasak menggunakan proses yang dikenal sebagai gelatinisasi pati . Pengekstrusi menggunakan proses ini memiliki kapasitas 1-25 ton per jam tergantung pada desain.
Penggunaan proses pemasakan ekstrusi memberikan manfaat makanan berikut:
 Pati gelatinisasi
 Denaturasi protein
 Makanan mentah inaktivasi enzim
 Pemusnahan alami racun
 Berkurangnya dari mikroorganisme dalam produk akhir
Ekstrusi juga digunakan untuk memodifikasi pati dan pelet pakan ternak .
Briket Biomassa
Produksi ekstrusi teknologi briket bahan bakar adalah proses limbah sekrup ekstrusi (jerami, sekam bunga matahari, soba, dll) atau halus limbah kayu diparut (serbuk gergaji) di bawah tekanan tinggi bila dipanaskan dengan suhu 160-350 ° C. Bahan bakar yang dihasilkan briket tidak termasuk salah satu pengikat, tetapi satu alam - lignin yang terkandung dalam sel limbah tanaman. Suhu selama kompresi, penyebab mencairnya permukaan batu bata, sehingga lebih padat, yang penting untuk transportasi briket.
Desain
Rancangan profil ekstrusi memiliki dampak besar bagaimana suatu bahan dapat diekstrusi. Ukuran maksimum untuk sebuah ekstrusi ditentukan dengan mencari lingkaran terkecil yang sesuai sekitar bagian-silang, ini disebut lingkaran circumscribing. diameter ini, pada gilirannya, mengontrol ukuran mati yang diperlukan, yang pada akhirnya menentukan apakah bagian yang akan cocok di pers diberikan. Misalnya, tekan yang lebih besar dapat menangani 60 cm (24 in) diameter lingkaran circumscribing untuk aluminium dan 55 cm (22 in). diameter lingkaran untuk baja dan titanium. Kompleksitas profil diekstrusi secara kasar dapat diukur dengan menghitung faktor bentuk, yang merupakan jumlah luas permukaan yang dihasilkan per unit massa ekstrusi. Hal ini mempengaruhi biaya perkakas serta tingkat produksi.
bagian tebal umumnya membutuhkan ukuran bagian meningkat. Agar bahan untuk aliran benar kaki sebaiknya tidak lebih dari sepuluh kali lebih lama daripada ketebalannya. Jika bagian-silang asimetris, bagian-bagian yang berdekatan harus sedekat mungkin dengan ukuran yang sama mungkin. sudut tajam harus dihindari, karena aluminium dan magnesium radius minimum harus 0,4 mm (1 / 64) dan untuk sudut baja harus 0,75 mm (0,030 in) dan fillet harus 3 mm (0,12 in). Tabel berikut berisi silang minimum-bagian dan ketebalan untuk berbagai material.
Material Minimum penampang [cm ² (persegi masuk)] Minimum ketebalan [mm (masuk)]
Baja karbon 2.5 (0.40) 3.00 (0.120)
Baja tak berkarat 3.0-4.5 (0.45-0.70) 3.00-4.75 (0.120-0.187)
Titanium 3.0 (0.50) 3,80 (0,150)
Aluminium <2,5 (0,40) 1.00 (0.040)
Magnesium <2,5 (0,40) 1.00 (0.040)