Diameter dispersing disc merupakan salah satu parameter utama dalam desain High Speed Disperser (HSD Mixer). Ukuran disc memengaruhi kecepatan linear pada tepi disc (tip speed), pola aliran material, kemampuan pembasahan powder, dan beban yang harus ditanggung motor serta sistem transmisi.

Dalam proses pembuatan cat, tinta, coating, adhesive, dan bahan kimia, pemilihan diameter disc yang tepat membantu proses dispersi berjalan lebih efektif.

Namun, diameter disc tidak dapat ditentukan hanya dari kapasitas motor atau volume tangki.

Tim Engineering perlu mengevaluasi beberapa parameter secara bersamaan, terutama diameter dalam tangki, volume kerja, karakteristik rheology material, RPM, target tip speed, jenis dispersing disc, dan kebutuhan proses.

Artikel ini menjelaskan pendekatan awal untuk menentukan diameter dispersing disc HSD Mixer serta parameter yang perlu diverifikasi sebelum desain difinalisasi.

1. Apa Fungsi Dispersing Disc pada HSD Mixer?

Dispersing disc adalah komponen berbentuk cakram yang dipasang pada ujung shaft dan berputar di dalam material. Pada HSD konvensional, disc umumnya memiliki gigi di bagian tepinya.

Putaran disc menghasilkan aliran dan gaya geser lokal yang membantu:

• Membasahi powder ketika dimasukkan ke dalam cairan (powder wetting).

• Membantu memecah aglomerasi pigmen dan partikel.

• Mengedarkan material melalui zona kerja disc.

• Mendukung keseragaman dispersi selama proses.

• Membantu mencapai kualitas produk sesuai target formulasi.

Diameter disc memengaruhi karakteristik kerja tersebut, tetapi bukan satu-satunya penentu kualitas dispersi. Desain disc, RPM, rheology material, geometri tangki, posisi disc, dan prosedur operasi juga berpengaruh.

2. Rasio Diameter Disc terhadap Diameter Tangki

Parameter geometris awal yang umum digunakan adalah rasio diameter disc terhadap diameter dalam tangki.

Rumus:

R = Dd / Dt

Keterangan:

• R = rasio diameter disc terhadap diameter tangki.

• Dd = diameter dispersing disc (mm).

• Dt = diameter dalam tangki (mm).

Sebagai pendekatan awal, rasio disc terhadap tangki dapat dievaluasi di sekitar 1:3. Namun, rasio ini bukan standar universal. Rasio aktual perlu dipilih berdasarkan desain disc dan karakteristik proses.

Contoh Perhitungan Diameter Disc

Misalnya:

• Diameter dalam tangki = 900 mm.

• Rasio awal disc terhadap tangki = 1:3.

Maka:

Dd = 900 / 3 = 300 mm

Diameter disc awal yang dapat dievaluasi adalah 300 mm.

Ukuran ini belum otomatis menjadi ukuran final. Perlu diperiksa kembali terhadap RPM, tip speed, daya motor, volume kerja, dan pola sirkulasi.

Tabel Estimasi Awal Diameter Disc

Tabel berikut menggunakan rasio geometris 1:3 sebagai titik awal perhitungan.

Catatan: Tabel ini hanya menunjukkan hubungan geometris. Tabel bukan tabel kapasitas produksi dan tidak dapat digunakan sebagai rekomendasi final tanpa data proses.

3. Apakah Diameter Disc Harus Selalu Sepertiga Diameter Tangki?

Tidak. Rasio 1:3 sebaiknya diperlakukan sebagai titik awal untuk estimasi desain, bukan ketentuan mutlak untuk semua produk.

Beberapa faktor yang dapat mengubah pemilihan rasio antara lain:

A. Karakteristik Rheology dan Viskositas

Viskositas perlu dipahami pada temperatur dan kondisi pengukuran yang relevan.

Untuk material non-Newtonian, satu angka viskositas saja mungkin belum cukup untuk menggambarkan perilaku material selama proses.

Material yang lebih kental dapat meningkatkan beban pengadukan dan mengubah pola sirkulasi.

Namun, tidak tepat menyimpulkan bahwa semua material dengan viskositas tinggi harus menggunakan disc lebih besar. Keputusan perlu mempertimbangkan jenis aliran, kebutuhan shear, kemampuan sirkulasi, dan batas mekanis mesin.

B. Target Proses Dispersi

Jika target utama adalah membantu memecah aglomerasi pigmen, kebutuhan gaya geser dan tip speed perlu dievaluasi.

Jika target lebih berfokus pada pembasahan powder dan sirkulasi, kemampuan sistem membawa material menuju zona kerja disc juga penting.

C. Volume Kerja Minimum dan Maksimum

Diameter tangki saja belum cukup. Tinggi cairan, volume batch minimum dan maksimum, serta kedalaman pencelupan disc harus diperiksa.

Posisi disc yang sesuai ketika tangki terisi penuh belum tentu optimal ketika mesin beroperasi pada batch minimum.

D. Daya Motor dan Kemampuan Mekanis

Disc yang lebih besar pada RPM yang sama menghasilkan tip speed lebih tinggi.

Beban daya juga dapat berubah dan harus dihitung atau diverifikasi berdasarkan karakteristik material serta desain impeller.

Perubahan diameter disc perlu diperiksa bersama motor, torsi, shaft, bearing, coupling, gearbox (jika digunakan), dan sistem lifting.

4. Hubungan Diameter Disc, RPM, dan Tip Speed

Diameter disc harus dievaluasi bersama kecepatan putaran shaft.

Parameter yang penting adalah tip speed, yaitu kecepatan linear pada tepi luar disc.

Rumus:

v = (π × Dd × N) / 60

Keterangan:

• v = tip speed (m/s).

• Dd = diameter disc (meter).

• N = kecepatan putaran shaft (RPM).

Contoh Perhitungan Tip Speed HSD

Misalnya:

• Diameter disc = 300 mm = 0,3 m.

• Kecepatan shaft = 1.500 RPM.

Maka:

v = (π × 0,3 × 1.500) / 60

v ≈ 23,6 m/s

Dengan demikian, tip speed pada kondisi tersebut sekitar 23,6 m/s.

Nilai ini adalah hasil perhitungan, bukan rekomendasi universal.

Tip speed yang sesuai harus ditentukan berdasarkan jenis produk, formulasi, desain disc, kebutuhan dispersi, dan hasil uji proses.

Apa yang Terjadi Jika Diameter Disc Diperbesar?

Pada RPM yang sama, diameter disc yang lebih besar akan meningkatkan tip speed.

Perubahan ini juga dapat meningkatkan kebutuhan daya dan beban mekanis, bergantung pada kondisi operasi.

Sebaliknya, disc yang lebih kecil menghasilkan tip speed lebih rendah pada RPM yang sama.

Untuk memperoleh tip speed yang setara, RPM perlu dinaikkan. Namun, kenaikan RPM hanya boleh dilakukan jika motor, shaft, bearing, disc, dan sistem transmisi memenuhi batas kecepatan serta beban yang dirancang.

Karena itu, mengganti diameter disc tanpa mengevaluasi RPM dan kebutuhan daya dapat mengubah performa HSD secara signifikan.

5. Posisi Dispersing Disc di Dalam Tangki

Selain diameter, posisi disc turut memengaruhi sirkulasi dan hasil dispersi.

Parameter yang perlu diperiksa meliputi:

• Jarak bagian bawah disc terhadap dasar tangki.

• Kedalaman material di atas disc.

• Posisi shaft terhadap pusat tangki.

• Tinggi permukaan material pada volume minimum dan maksimum.

• Kedalaman vortex selama operasi.

• Potensi udara masuk ke dalam material.

Jarak disc dari dasar tangki dan kedalaman pencelupan tidak sebaiknya ditetapkan hanya dengan satu angka untuk semua aplikasi.

Nilainya perlu disesuaikan dengan diameter disc, geometri tangki, level cairan, desain disc, dan kondisi operasi.

Posisi yang kurang tepat dapat menyebabkan sirkulasi tidak merata, area aliran rendah, vortex berlebihan, atau udara terperangkap dalam produk.

Jika HSD menggunakan sistem hydraulic lifting, posisi kerja disc harus dapat diatur dan dikunci dengan aman sesuai prosedur operasi.

6. Pengaruh Geometri Tangki terhadap Diameter Disc

Diameter tangki bukan satu-satunya parameter geometri.

Bentuk dasar tangki, tinggi cairan, baffle, nozzle internal, dan komponen lain dapat memengaruhi pola aliran.

Tangki Silinder dengan Dasar Datar

Desain ini dapat digunakan pada berbagai aplikasi.

Engineering perlu mengevaluasi potensi area dengan sirkulasi rendah di sekitar dasar dan dinding tangki.

Tangki dengan Dasar Dished atau Bowl-Shaped

Dasar melengkung dapat membantu mengurangi area tempat material tertahan di sudut, bergantung pada bentuk dasar dan desain outlet.

Tangki dengan Komponen Internal

Baffle, pipa, nozzle, coil, atau komponen internal lainnya dapat mengubah aliran material.

Karena itu, diameter disc dan posisi shaft perlu dievaluasi bersama konfigurasi internal tangki.

7. Kesalahan Umum dalam Menentukan Diameter Dispersing Disc

Beberapa kesalahan yang perlu dihindari saat mendesain HSD Mixer:

1. Menggunakan rasio 1:3 sebagai aturan mutlak.

Rasio tersebut hanya titik awal dan tetap perlu diverifikasi.

2. Memilih disc terbesar yang dapat dipasang.

Disc lebih besar tidak otomatis menghasilkan dispersi lebih baik.

3. Mengabaikan tip speed.

Diameter dan RPM secara bersama-sama menentukan tip speed.

4. Tidak mengevaluasi volume batch minimum.

Posisi disc untuk batch penuh dapat berbeda efektivitasnya pada batch kecil.

5. Tidak memeriksa batas mekanis.

Shaft, bearing, coupling, dan sistem transmisi harus sesuai dengan beban dan RPM operasi.

6. Menganggap diameter disc sebagai satu-satunya penentu kualitas.

Formulasi, powder wetting, waktu proses, temperatur, jenis disc, dan prosedur operasi juga berpengaruh.

8. Checklist Engineering Sebelum Menentukan Diameter Disc HSD

Sebelum menetapkan ukuran disc, pastikan data berikut tersedia:

• Diameter dalam tangki dan tinggi tangki.

• Volume kerja minimum dan maksimum.

• Tinggi material pada setiap kondisi batch.

• Jenis produk dan karakteristik rheology.

• Viskositas serta temperatur operasi.

• Specific gravity atau densitas material.

• Target dispersi dan waktu proses.

• Jenis dan geometri dispersing disc.

• Rentang RPM operasi.

• Target tip speed, jika sudah ditentukan.

• Kapasitas motor dan kebutuhan torsi.

• Data shaft, bearing, coupling, dan sistem transmisi.

• Jarak disc dari dasar tangki dan kedalaman pencelupan.

• Potensi vortex, entrainment udara, dan area sirkulasi rendah.

• Persyaratan keselamatan serta batas mekanis mesin.

Jika data proses belum lengkap, diameter disc dapat dihitung sebagai estimasi awal. Namun, ukuran final harus ditetapkan setelah evaluasi engineering dan, bila diperlukan, uji proses.

9. FAQ: Diameter Dispersing Disc HSD Mixer

Berapa rasio diameter disc terhadap diameter tangki HSD?

Rasio sekitar 1:3 dapat digunakan sebagai pendekatan awal pada banyak desain HSD konvensional. Namun, rasio final dapat berbeda sesuai jenis disc, geometri tangki, rheology material, RPM, dan target proses.

Bagaimana menghitung diameter dispersing disc?

Sebagai estimasi awal, diameter disc dapat dihitung dengan membagi diameter dalam tangki dengan rasio yang dipilih.

Contohnya, tangki berdiameter dalam 900 mm dengan rasio 1:3 menghasilkan diameter disc awal 300 mm.

Apakah disc yang lebih besar selalu menghasilkan dispersi lebih baik?

Tidak. Disc yang lebih besar dapat meningkatkan tip speed pada RPM yang sama, tetapi juga dapat meningkatkan beban daya dan mekanis.

Kualitas dispersi bergantung pada keseluruhan desain dan kondisi proses.

Apa hubungan diameter disc dengan tip speed?

Tip speed adalah kecepatan linear pada tepi disc.

Nilainya dipengaruhi oleh diameter disc dan RPM shaft. Semakin besar diameter disc pada RPM tetap, semakin tinggi tip speed.

Apakah viskositas menentukan diameter disc?

Viskositas merupakan salah satu parameter penting, tetapi tidak dapat digunakan sendirian.

Rheology, densitas, volume kerja, target dispersi, RPM, dan kebutuhan daya juga perlu dievaluasi.

Apakah diameter disc bisa ditentukan hanya dari kapasitas tangki?

Belum cukup.

Diameter tangki dapat digunakan untuk estimasi geometris awal, tetapi tinggi cairan, volume kerja, karakteristik material, posisi disc, RPM, dan kebutuhan proses juga harus diperiksa.

10. Konsultasi Desain High Speed Disperser dengan PT Rho Sigma Trijaya

PT Rho Sigma Trijaya (RST) menyediakan solusi custom industrial mixing equipment dan stainless steel tank untuk kebutuhan industri cat, tinta, coating, adhesive, dan bahan kimia.

Dalam desain High Speed Disperser, tim Engineering RST mengevaluasi diameter dispersing disc bersama parameter lain seperti diameter tangki, volume batch, karakteristik material, RPM, tip speed, kapasitas motor, dan konfigurasi mekanis.

Jika perusahaan Anda sedang merancang HSD Mixer baru atau mengevaluasi mesin existing, diskusikan kebutuhan aplikasi dan data proses bersama tim RST.

Konsultasikan kebutuhan High Speed Disperser Anda bersama PT Rho Sigma Trijaya.

Website: https://www.rhosigmatrijaya.co.id/

Email: sales1@rhosigmatrijaya.co.id

Hubungi tim RST untuk mendiskusikan ukuran dispersing disc, kapasitas motor, volume batch, dan konfigurasi HSD Mixer yang sesuai.