MESIN PENGERING HANDUK DENGAN SIKLUS KOMPRESI UAP DIBANTU DUA BUAH PENUKAR KALOR DAN SEPULUH LAMPU 25 WATT SKRIPSI

Transkripsi

1 MESIN PENGERING HANDUK DENGAN SIKLUS KOMPRESI UAP DIBANTU DUA BUAH PENUKAR KALOR DAN SEPULUH LAMPU 25 WATT SKRIPSI Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin Disusun oleh CHRISTIANTO OKTAVIAN PARIKESIT NIM : PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2016 i

2 TOWEL DRYER MACHINE WITH REFRIGERATION COMPRESSION CYCLE ASSISTED TWO HEAT EXCHANGER AND TEN 25 WATT LAMP FINAL PROJECT As partical fulfillment of the requrement to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering By : CHRISTIANTO OKTAVIAN PARIKESIT Student Number : MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2016 ii

3 iii

4 iv

5 v

6 vi

7 ABSTRAK Sekarang ini mesin pengering handuk yang ramah lingkungan, aman dan praktis tanpa menggunakan energi matahari. Tujuan dari penelitian ini adalah: (a) merancang dan merakit mesin pengering handuk tanpa menggunakan energi matahari. (b) mengetahui waktu yang diperlukan untuk mengeringkan handuk dengan kondisi awal perasan tangan dan perasan mesin cuci. (c) mengetahui laju pengeringan handuk dengan kondisi awal handuk perasan tangan dan perasan mesin cuci. Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Mesin pengering handuk yang dibuat bekerja dengan siklus kompresi uap dibantu dua penukar kalor dan sepuluh lampu berdaya 25 watt. Variasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah kondisi awal handuk perasan tangan dan perasan mesin cuci. Ukuran lemari pengering yang digunakan dalam penelitian ini adalah panjang 150 cm, lebar 90 cm dan tinggi 156 cm. Penelitian ini dipergunakan handuk sebanyak 20 dengan berat total 1,8 kg. Daya kompresor sebesar 1/2 HP, ukuran komponen yang lain menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor. Mesin bekerja dengan sistem terbuka. Refrijeran dalam siklus kompresi uap mempergunakan R-134a. Mesin pengering handuk telah berhasil dirakit dan bekerja dengan baik sesuai dengan fungsinya. Dengan kondisi rata rata udara yang masuk dalam lemari pengering udara bola kering: 64,9 o C, udara bola basah: 30,4 o C, kelembaban relatif: 8,8% dan kelembabab spesifik: 0,01625 kguap air/kgudara kering. Hasil dari penelitian yang telah dilakukan, waktu yang diperlukan untuk mengeringkan 20 handuk dengan kondisi awal perasan tangan: 120 menit, dari berat awal 4,794 kg sampai dengan berat akhir handuk 1,8 kg. Waktu yang dibutuhkan untuk perasan mesin cuci: 30 menit, dari berat awal 2,555 kg sampai dengan berat akhir 1,8 kg. Laju pengeringan rata rata dengan kondisi awal perasan tangan: 1,506 kguap air/jam dan untuk kondisi awal perasan mesin cuci: 1,560 kguap air/jam. Kata kunci: Mesin pengering handuk, sistem kompresi uap. vii

8 ABSTRAC Now towels drying machine environmentally friendly, safe and practical without using solar energy. The purpose of this research is: (a) design and assemble towels drying machine. (b) know the time to dry towels with the initial conditions hands squeeze and washing machine squeeze. (c) know the drying towels rate with the initial conditions hands squeeze and washing machine squeeze. The reseach was done in engineering laboratory Sanata Dharma University Yogyakarta. Towels drying machine work with refrigeration compression cycle assited two heat exchanger and ten lamp 25 watt. Varying used in this research is the initial conditions towels hands squeeze and washing machine squeeze. Size of dryer case used in this research is a long 150 cm, wide 90 cm and high 156 cm. This research be used 20 towels with total weight 1,8 kg. Power of compressor ½ HP, size another component accordance with power of compressor. Machine work with open system. Refrigerant in the refrigerant compression system be used R-134a. Drying towels machine has succesfully assemble and work well in accordance with its function. With the average entering air in dryer case the dry bulb air: 64,9 o C, the wet bulb air: 30,4 o C, the relative humidity 8,8% and specific humidity: 0,01625 kgvapor/kgdry air. The result of the test has been done, the time needed to drain 20 towels with the initial conditions hands squeeze 120 minutes, of their weight early 4,794 kg until their weight end of towels 1,8 kg. The time needed with the initial conditions washing machine squeeze 30 minutes, of their weight early 2,555 kg until their weight end of towels 1,8 kg. The average drying rate with initial conditions hans squeeze: 1,506 kgvapor/kgdry air and initial conditions washing machine squeeze: 1,560 kgvapor/kgdry air. Key words: dryer towel machine, refrigerantion system. viii

9 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas berkat dan anugerah-nya sehingga penyusunan Skripsi ini dapat terselesaikan dengan baik dan lancar. Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Prodi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian penelitian dan penyusunan skripsi ini melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Sudi Mungkasi, Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan Dosen Pembimbing Skripsi. 3. A. Prasetyadi, S.Si, M.Si., selaku Dosen Pembimbing Akademik. 4. Doddy Purwadianto S.T., M.T., selaku kepala Laboratorium Konversi Energi Sanata Dharma Yogyakarta yang mengijinkan dan memfasilitasi dalam mengambil data. 5. Seluruh Staf dan Pengajar Prodi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mendidik dan memberikan berbagai ilmu pengetahuan yang sangat membantu dalam penyusunan skripsi ini. 6. Kedua orang tua saya, Y. Sudarmanto dan Esti Sediyati yang telah memberi motivasi dan dukungan kepada penulis, baik secara materi maupun spiritual. 7. Kurniandy Wijaya, Rudi Riyanto dan Dino Aprian selaku teman seperjuangan dalam merakit mesin dan penelitian. 8. Rekan-rekan mahasiswa Jurusan Teknik Mesin dan semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu persatu yang telah memberikan dorongan dan bantuan dalam wujud apapun selama penyusunan skripsi ini. ix

10 Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian dan penyusunan skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, untuk itu penulis mengharapkan masukan, kritik, dan saran yang membangun dari berbagai pihak untuk dapat menyempurnakannya. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat, baik bagi penulis maupun pembaca. Terima kasih. Yogyakarta, 15 Juni 2016 Christianto Oktavian Parikesit x

11 DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... TITLE PAGE... HALAMAN PERSETUJUAN... HALAMAN PENGESAHAN... i ii iii iv HALAMAN PERNYATAAN... v HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI... vi ABSTRAK... vii ABSTRAC... viii KATA PENGANTAR... ix DAFTAR ISI... xi DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR GAMBAR... xiv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Batasan Masalah... 3 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA Dasar Teori Metode Pengering Handuk Dehumidifier Parameter Proses Pengeringan Psychometric chart Siklus Kompresi Uap Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger) xi

12 2.1.7 Proses Yang Terjadi Pada Mesin Pengering Handuk Tinjauan Pustaka BAB III METODOLOGI PENELITIAN Obyek Penelitian Variasi Penelitian Alat dan Bahan Pembuatan Mesin Pengering Handuk Alat Bahan Alat Bantu Penelitian Tata Cara Penelitian Alur Pelaksanaan Penelitian Pembuatan Mesin Pengering Handuk Proses Pengisian Refrijeran 134a Skematik Pengambilan Data Cara Pengambilan Data Cara Menganalisis dan Menampilkan Hasil Cara Mendapatkan Kesimpulan BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN Hasil Penelitian Hasil Perhitungan Pembahasan BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN xii

13 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Komposisi udara Tabel 3.1 Tabel yang diperlukan dalam pengambilan data Tabel 4.1 Hasil rata-rata pengeringan handuk perasan tangan Tabel 4.2 Hasil rata-rata pengeringan handuk perasan mesin cuci Tabel 4.3 Hasil pengeringan handuk dengan panas matahari Tabel 4.4 Massa air yang menguap dari handuk (M1) Tabel 4.5 Hasil perhitungan tekanan kerja dan suhu kerja evaporator dan kondensor untuk variasi perasan tangan Tabel 4.6 Hasil perhitungan tekanan kerja dan suhu kerja evaporator dan kondensor untuk variasi perasan mesin cuci Tabel 4.7 Hasil perhitungan pengeringan handuk dengan perasan tangan Tabel 4.8 Hasil perhitungan pengeringan handuk dengan perasan mesin cuci xiii

14 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Siklus refrigerant dehumidifier... 8 Gambar 2.2 Siklus desiccant dehumidifier... 9 Gambar 2.3 Termometer bola basah dan bola kering yang Digunakan dalam penelitian Gambar 2.4 Skema Psychrometric Chart Gambar 2.5 Psychrometric Chart Gambar 2.6 Proses-proses yang terjadi dalam psychrometric chart Gambar 2.7 Proses pemanasan (heating) Gambar 2.8 Proses pendinginan (cooling) Gambar 2.9 Proses pelembaban (humidifying) Gambar 2.10 Proses penurunan pelembaban (dehumidifiying) Gambar 2.11 Proses pemanasan dan pelembaban (heating and humidifiying) Gambar 2.12 Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidifiying) Gambar 2.13 Proses pendinginan dan pelembaban (cooling and humidifiying) Gambar 2.14 Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifiying) Gambar 2.15 Skematik siklus kompresi uap Gambar 2.16 P-h diagram siklus kompresi uap Gambar 2.17 T-s diagram siklus kompresi uap Gambar 2.18 Penukar Kalor Gambar 2.19 Proses udara yang terjadi di mesin pengering Gambar 2.20 Proses pengeringan handuk pada psychromatric chart Gambar 3.1 Skematik mesin pengering xiv

15 Gambar 3.2 Handuk Gambar 3.3 Balok kayu dan besi siku yang dirangkai sebagai gantungan Gambar 3.4 Triplek Gambar 3.5 Sterofoam Gambar 3.6 Busa Gambar 3.7 Rangkaian lampu pemanas Gambar 3.8 Pompa sentrifugal Gambar 3.9 Kompor gas tekanan tinggi Gambar 3.10 Pemanas air Gambar 3.11 Kondensor yang difungsikan sebagai heat exchanger Gambar 3.12 Kompresor rotari Gambar 3.13 Kondensor Gambar 3.14 Pipa kapiler Gambar 3.15 Evaporator Gambar 3.16 Filter Gambar 3.17 Tabung gas refrijeran 134a Gambar 3.18 Kipas Gambar 3.19 Pengukur suhu digital dan termokopel Gambar 3.20 Timbangan digital Gambar 3.21 Diagram alir penelitian Gambar 3.22 Pembuatan rangka mesin pengering handuk Gambar 3.23 Pemasangan komponen utama siklus kompresi uap Gambar 3.24 Katup pengisian refrijeran Gambar 3.25 Skematik pengambilan data Gambar 4.1 Suhu kerja evaporator (Tevap) dan suhu kerja kondensor (Tkond) Gambar 4.2 Psychrometric chart perasan tangan pada menit ke Gambar 4.3 Penurunan massa air pada proses pengeringan xv

16 handuk Gambar A.1 Mesin pengering handuk sistem terbuka Gambar A.2 Komponen siklus kompresi uap dalam mesin pengering Gambar B.1 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke Gambar B.2 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke Gambar B.3 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke Gambar B.4 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke Gambar B.5 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke Gambar B.6 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke Gambar B.7 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke Gambar B.8 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke Gambar B.9 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke Gambar B.10 P-h diagram variasi perasan tangan rata-rata Gambar B.11 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke Gambar B.12 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke Gambar B.13 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke Gambar B.14 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke Gambar B.15 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke Gambar B.16 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke Gambar B.17 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke Gambar B.18 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke Gambar B.19 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit xvi

17 ke Gambar B.20 Psychrometric chart variasi perasan tangan rata-rata Gambar C.1 P-h diagram variasi perasan mesin cuci menit ke Gambar C.2 P-h diagram variasi perasan mesin cuci menit ke Gambar C.3 P-h diagram variasi perasan mesin cuci menit ke Gambar C.4 P-h diagram variasi perasan mesin cuci rata-rata Gambar C.5 Psychrometric chart variasi perasan mesin cuci menit ke Gambar C.6 Psychrometric chart variasi perasan mesin cuci menit ke Gambar C.7 Psychrometric chart variasi perasan mesin cuci menit ke Gambar C.8 Psychrometric chart variasi perasan mesin cuci rata-rata xvii

18 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Di jaman sekarang ini cuaca sering tidak menentu, kadang kala terjadi hujan di saat musim kemarau. Hal itu menyebabkan permasalahan bagi masyarakat yang sangat membutuhkan energi matahari untuk mengeringkan handuk. Pada saat musim hujan, sinar matahari lebih sulit didapat, sehingga lebih menyulitkan masyarakat untuk mengeringkan handuk. Handuk yang basah dan lembab jika tidak segera dikeringkan akan mengakibatkan tumbuhnya jamur, sehingga akan menyebabkan penyakit bagi penggunanya. Pengeringan handuk selama ini dilakukan secara konvensional yaitu dengan menjemur secara langsung di luar ruangan dengan memanfaatkan panas matahari, serta hembusan angin. Seiring dengan kemajuan dan perkembangan teknologi serta tuntutan kebutuhan maka proses pengeringan handuk harus dilakukan dengan cara lain misalnya mempergunakan mesin yang dapat menghasilkan panas sebagai pengganti sinar matahari. Sumber energi mesin pengering dapat berasal dari energi listrik atau dari gas LPG. Pengeringan dengan menggunakan energi matahari selain murah juga ramah lingkungan. Energi matahari tersedia melimpah di alam dan gratis, tetapi pengeringan dengan cara ini mempunyai kekurangan. Kekurangannya adalah jika musim hujan, matahari sering tertutup awan. Akibatnya handuk sulit kering, kondisi handuk tetap basah dan handuk akan berbau apek serta berjamur. Pada malam hari 1

19 proses pengeringan juga tidak dapat dilakukan. Bagi masyarakat penggunaan energi matahari hanya membantu saat matahari bersinar cerah saja. Keuntungan pengeringan menggunakan mesin yaitu penggunaannya tidak tergantung cuaca. Dapat dipergunakan kapan saja, baik siang maupun malam hari, baik musim kemarau atau musim hujan. Keuntungan lainnya proses pengeringannya cepat. Kerugiannya membutuhkan energi tambahan seperti energi gas LPG ataupun energi listrik. Jika mempergunakan gas LPG, temperatur udara pengeringan cukup tinggi, yang dapat merusak pakaian. Berangkat dari persoalan ini penulis tertantang untuk merancang mesin pengering handuk yang ramah lingkungan, aman, praktis dan dapat digunakan kapan saja tanpa melibatkan energi matahari. 1.2 Rumusan Masalah Di pasaran, mesin khusus untuk pengering handuk sulit ditemukan. Dimusim hujan mesin pengering handuk sangat dibutuhkan untuk mengeringkan. Untuk mengejar target, handuk dikeringkan pada malam hari. Diperlukan suatu inovasi mesin pengering handuk dengan kapasitas cukup besar yang dapat bekerja tanpa melibatkan energi matahari. 1.3 Tujuan Penelitian Penelitian ini bertujuan untuk: a. Merancang dan merakit mesin pengering handuk yang tidak menggunakan energi matahari, tetapi menggunakan energi listrik. 2

20 b. Mengetahui waktu yang diperlukan untuk mengeringkan handuk dengan variasi kondisi awal perasan tangan dan perasan mesin cuci. c. Mengetahui laju pengeringan handuk dari mesin yang telah dibuat, dengan variasi handuk diperas tangan dan handuk diperas mesin cuci. 1.4 Manfaat Penelitian Manfaat yang didapat dari hasil penelitian ini adalah: a. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi bagi peneliti lain yang berminat pada penelitian pengering handuk. b. Dapat menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang mesin pengering yang dapat ditempatkan di perpustakaan. c. Mesin pengering handuk yang dihasilkan dapat dipergunakan sebagaimana mestinya. d. Diperolehnya teknologi tepat guna berupa mesin pengering handuk. 1.5 Batasan Masalah Batasan yang dipergunakan di dalam penelitian skripsi ini adalah: a. Mesin bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap. b. Komponen mesin siklus kompresi uap meliputi: kompresor, evaporator, kondensor dan pipa kapiler. c. Siklus kompresi uap mempergunakan refrijeran R-134a. d. Pengeringan handuk, dibantu dengan menggunakan dua penukar kalor yang disusun seri dan sepuluh lampu bolam berdaya masing-masing 25 watt. 3

21 e. Kompresor yang dipergunakan berdaya 1/2 HP, komponen utama lainnya dari siklus kompresi uap menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor, dan mempergunakan komponen standar yang ada di pasaran. f. Mesin pengering ini bekerja dengan sistem terbuka, artinya udara yang telah digunakan untuk proses pengeringan dibuang keluar dari lemari pengering. 4

22 BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori Prinsip kerja mesin pengering ini dengan cara melewatkan udara kering dan panas ke dalam ruang pengering. Udara sekitar dihisap kipas melewati evaporator, kandungan uap air dalam udara luar diteteskan, sehingga udara yang telah melewati evaporator menjadi kering. Kemudian udara dilewatkan kompresor yang bersuhu tinggi, sehingga terjadi peningkatan suhu pada udara kering tersebut. Setelah melewati kompresor udara dihembuskan oleh kipas melewati kondensor yang bersuhu panas sehingga suhu udara panas akan naik menjadi lebih panas lagi. Setelah itu udara panas yang melewati kondensor dihembuskan kembali oleh kipas masuk ke almari pengering. Sebelum digunakan untuk mengeringkan dilewatkan dua penukar kalor sehingga tercapai suhu panas yang diinginkan. Udara kering bersuhu tinggi ini digunakan untuk mengeringkan handuk yang berada didalam ruang pengering yang memeiliki kelembaban tinggi menjadi kering akibat udara kering bersuhu tinggi yang melewatinya. Saat udara melewati handuk yang memiliki kelembaban tinggi tersebut, kelembaban pada handuk berpindah ke udara kering yang bersuhu tinggi tersebut dan udara tersebut akhirnya dihembuskan keluar ruangan pengering. 5

23 2.1.1 Metode Pengering Handuk Metode pengeringan handuk yang banyak ditemukan di pasaran saat ini terdapat empat jenis, diantaranya (a) Pengeringan handuk dengan menggunakan sentrifugal dan heater (b) pengeringan handuk dengan gas LPG dan kipas angin, (c) pengeringan handuk dengan menggunakan mesin dehumidifier (d) pengeringan handuk dengan cara dijemur di bawah sinar matahari. Beberapa penjelasan dari pernyataan yang ada di atas: o Pengering handuk dengan menggunakan sentrifugal dan heater. Pengering handuk jenis ini merupakan metode yang paling sering ditemui di pasaran. Cara kerja mesin pengering ini adalah memanfaatkan gaya sentrifugal untuk memisahkan air dari handuk dan menggunakan pemanas, biasanya panas yang digunakan seperti heater atau gas LPG sebagai pemanas ruangan. Handuk diputar dalam drum dalam kecepatan tertentu oleh motor listrik dan bersamaan dengan itu heater menambahkan udara panas yang disirkulasikan ke drum. Udara yang bersuhu tinggi membuat air di handuk menguap. Putaran yang tinggi tersebut menimbulkan gaya sentrifugal yang mengakibatkan uap air terlempar keluar dari drum dan tertampung di dalam drum luar, kemudian air yang terkumpul dari proses tadi langsung dibuang keluar melalui pipa pembuangan. o Pengeringan handuk dengan pemanas dan kipas. Pengeringan jenis ini merupakan pengeringan handuk hasil pengembangan dari beberapa mesin pengering yang sudah ada. Prinsip kerja mesin pengeringan handuk yaitu memanfaatkan panas yang dihasilkan dari heater atau gas LPG yang 6

24 disirkulasikan ke lemari pengering. Pemanasan ini bertujuan untuk menekan suhu udara serta menurunkan kelembaban. Akibat dari udara kering yang bersuhu tinggi pada ruangan menyebabkan air dalam pakaian menguap. Selanjutnya udara lembab ini dibuang keluar lemari menggunakan kipas angin, mesin jenis ini biasanya disebut sistem terbuka. o Pengering handuk dengan mesin dehumidifier Pengering handuk jenis ini menggunakan metode mesin dehumidifier. Pengering handuk jenis ini sangat jarang ditemui di pasaran. Mesin pengering handuk bekerja dengan memanfaatkan proses dehumidifikasi dan pemanasan udara yang disirkulasikan ke lemari. Udara diturunkan kelembabannya dan dipanaskan, kemudian disirkulasikan kelemari. Akibat dari udara kering dan bersuhu tinggi pada ruangan menimbulkan air dalam handuk menguap selanjutnya udara lembab disirkulasikan kembali ke alat penurun kelembaban. o Pengering handuk dengan penjemuran dibawah sinar matahari Metode pengeringan handuk dengan dijemur di bawah sinar matahari langsung merupakan metode paling umum dilakukan oleh masyarakat. Panas dihasilkan matahari dapat menguapkan air yang ada pada handuk basah hingga handuk benar-benar kering dan siap untuk disetrika. Tetapi seiring perkembangan jaman dan teknologi, banyak orang berlomba-lomba untuk menciptakan mesin pengering handuk. Hal ini bukan dikarenakan metode pengeringan ini sangat tergantung pada cuaca. Namun metode ini masih tetap digunakan, karena dirasa lebih mudah dan murah. 7

25 2.1.2 Dehumidifier Dehumidifier adalah alat pengering udara yang berfungsi mengurangi tingkat kelembaban pada udara melalui proses dehumidifikasi. Proses dehumidifikasi merupakan proses penurunan kadar air dalam udara menjadi udara kering. Dehumidifikasi udara dapat dilakukan dengan dua metode. Pertama, menggunakan metode pendinginan di bawah titik embun dan mengurangi tingkat kelembaban dengan cara kondensasi yang disebut refrigerant dehumidifier. Kedua, menggunakan metode bahan pengering sebagai penyerap kelembaban yang disebut desiccant dehumidifier. Refrigerant dehumidifier merupakan pengering udara dehumidifier yang paling umum ditemui di pasaran. Dehumidifier ini paling banyak dipilih karena biaya produksinya yang relatif lebih murah, mudah dalam pengoperasiannya dan efektif jika diaplikasikan dalam domestik maupun komersial. Dehumidifier ini akan bekerja sangat baik jika ditempatkan pada ruangan berkelembaban tinggi. Gambar 2.1 Siklus refrigerant dehumidifier (sumber: 8

26 Prinsip kerja dari refrigerant dehumidifier yaitu menggunakan sistem kompresi uap. Evaporator akan menyerap uap air didalam udara sehingga udara menjadi kering, kemudian udara dilewatkan kondensor agar menjadi panas. Evaporator memiliki tugas menyerap uap air sehingga menjadi udara kering. Sedangkan kondensor memiliki peran untuk menaikan suhu udara. Desiccant dehumidifier mempunyai cara penurunan kelembaban yang berbedsa jenis dengan refrigerant dehumidifier. Dehumidifier ini menggunakan bahan penyerap kelembaban berupa liquid atau solid, seperti silica gel atau batu zeloit. Dehumidifier ini akan bekerja dengan sangat baik bila digunakan di daerah beriklim dingin atau ketika diperlukan temperature titik embun yang rendah. Karena tidak ada air yang diproduksi selama proses tersebut, maka unit-unit ini dapat bekerja secara efektif pada suhu sub nol. Gambar 2.2 Siklus desiccant dehumidifier (sumber: 9

27 Prinsip kerja desiccant dehumidifier yaitu melewatakan udara lembab ke bagian proses pada disc. Disc dibuat seperti sarang lebah dan berisi bahan pengering (silica gel atau batu zeloid). Disc umumnya dibagi menjadi dua saluran udara yang dipisahkan oleh sekat. Pertama bagian proses (75% dari lingkaran) dan kedua bagian reaktivasi (25% dari lingkaran). Disc diputar perlahan-lahan menggunakan motor kecil. Selanjutnya uap air pada udara akan diserap oleh disc bahan pengering. Kemudian udara meninggalkan sistem adalah udara kering. Pemanasan pada bagian reaktivasi bertujuan meregenerasikan disc bahan pengering (bagian proses). Kemudian air yang ada di disc bagian reaktivasi terlepas karena proses pemanasan dari udara yang dilewatkan heat exchanger. Air yang berada di bahan pengering akan menguap dan terbawa udara panas kemudian dibuang keluar Parameter Proses Pengeringan Untuk mendapatkan proses pengeringan ada beberapa parameter yang harus dipenuhi, diantaranya (a) Kelembaban (b) Suhu udara (c) Laju aliran udara. a. Kelembaban Kelembaban bisa diartikan sebagai jumlah kandungan air dalam udara. Udara dikatakan mempunyai kelembaban yang tinggi apabila uap air yang dikandungnya tinggi, begitu juga sebaliknya. Udara terdiri dari berbagai macam komponen antara lain udara kering, uap air, polutan, debu dan partikel lainya. Udara yang kurang mengandung uap air dikatakan udara kering sedangkan udara yang 10

28 mengandung banyak uap air dikatakan udara lembab. Komposisi dari udara terdiri dari berbagai jenis gas yang relative konstan. Komposisi campuran udara kering dapat dilihat pada Tabel 2.1 Tabel 2.1 Komposisi Udara (sumber: Alat yang digunakan untuk mengetahui tingkat kelembaban biasanya menggunakan termometer bola basah dan termometer bola kering. Termometer pertama digunakan untuk mengukur suhu udara kering dan termometer kedua digunakan untuk mengukur suhu udara basah. Pada termometer bola kering, tabung air raksa pada termometer dibiarkan kering sehingga akan mengukur suhu udara aktual. Sedangkan pada termometer bola basah tabung air raksa diberi kain yang dibasahi agar suhu yang diukur adalah suhu saturasi atau titik jenuh. Untuk mengetahui kelembaban udara pertama kita harus mengetahui temperatur udara kering dan temperatur udara basah. Kemudian kita putar higrometer manual yang terdapat pada termometer udara basah dan kering. Garis yang menunjukkan nilai udara kering dan nilai udara basah berhimpitan. Maka garis akan menunjukan 11

29 besarnya kelembaban relatif di skala kelembaban relatif. Cara lain untuk mendapatkan nilai kelembaban relatif dengan menggunakan psychrometric chart. Gambar 2.3 Termometer bola basah dan bola kering yang digunakan dalam penelitian. Kelembaban udara dapat dinyatakan sebagai kelembaban udara mutlak, kelembaban relatif dan kelembaban spesifik. Kelembaban mutlak adalah massa uap air yang terkandung dalam 1 m 3 udara kering. Kelembaban relatif merupakan perbandingan massa air yang berada pada udara dibandingkan dengan massa air maksimal yang dapat dikandung udara pada suhu itu. Kelembaban relatif menentukan kemampuan udara pengering untuk menampung kadar air handuk yang telah diuapkan. Semakin rendah kelembaban relatif maka semakin banyak uap air yang dapat diserap. Kelembaban spesifik atau ratio (w) adalah jumlah kandungan uap air di udara dalam setiap kilogram udara kering atau perbandingan antara massa uap air dengan massa udara kering. Kelembaban spesifik umumnya dinyatakan dalam satu gram uap air per kilogram udara kering (gr/kg) atau (kg/kg). Dalam 12

30 sistem dehumidifier semakin besar perbandingan kelembaban spesifik udara setelah keluar dari ruang pengering (wh) dengan kelembaban spesifik udara masuk ruang pengering (wf), semakin banyak massa air yang berhasil diuapkan. Massa air yang diuapkan (Δw) dapat dihitung dengan persamaan : Δw = (wh wf) (2.1) Δw wh wf : Massa air yang berhasil diuapkan : Kelembaban spesifik udara keluar dari ruang pengering : Kelembaban spesifik udara masuk ruang pengering b. Suhu Udara Suhu udara adalah keadaan panas atau dinginnya udara di suatu tempat. Suhu udara dinyatakan panas jika suhu udara pada tempat dan waktu tertentu melebihi suhu lingkungan disekitarnya dan begitu sebaliknya untuk suhu udara dingin. Suhu udara rata-rata untuk daerah tropis, khususnya Indonesia yaitu 28 o C. Suhu udara sangat mempengaruhi laju pengeringan. Semakin besar perbedaan antara suhu udara pengering dan suhu handuk maka kemampuan perpindahan kalor semakin besar, maka proses penguapan air juga semakin besar. Agar bahan yang dikeringkan tidak sampai rusak, suhu udara harus diatur untuk dikontrol terus menerus. Terdapat tiga temperatur udara yaitu: temperatur bola kering, temperatur bola basah dan temperatur titik embun. Temperatur bola kering adalah temperatur udara bebas yang terbaca pada termometer bola kering atau termokopel dan termometer digital. Temperatur bola basah adalah temperatur yang terbaca pada 13

31 termometer dengan sensor yang dibalut dengan kain basah. Temperatur yang terbaca oleh termometer lebih rendah dari seharusnya karena kalor yang terbaca sebagian telah digunakan untuk menguapkan air yang ada di kain basah. Temperatur titik embun adalah temperatur dimana udara mulai menunjukkan aksi pengembunan ketika didinginkan. Pada saat udara mengalami saturasi (jenuh) maka besarnya temperatur titik embun sama dengan besarnya temperatur bola basah (Twb) demikian pula temperatur bola kering (Tdb). c. Laju pengeringan dan laju aliran massa udara Laju pengeringan adalah massa air yang diuapkan per satuan waktu. Atau laju pengeringan adalah perbedaan massa air (Δm) dibagi perbedaan waktu (Δt). Laju pengeringan dapat dihitung dengan persamaan : M 2 m t (2.2) M2 : Laju pengeringan Δm Δt : Perbedaan massa air : Perbedaan waktu Laju aliran massa udara pada proses pengeringan berfungsi membawa udara panas untuk menguapkan air dalam handuk serta mengeluarkan uap air hasil penguapan tersebut. Uap air hasil penguapan harus segera dikeluarkan agar tidak membuat jenuh udara pada ruangan, yang dapat menggangu proses pengeringan. Semakin besar debit aliran udara panas yang mengalir maka semakin besar kemampuan menguapkan air dalam handuk, namun berbanding terbalik dengan suhu udara yang turun. Untuk memperbesar debit aliran udara dapat dengan 14

32 memperbesar luasan penampang ataupun kecepatan aliran udara, dengan persamaan :. mudara M 2 w (2.3) ṁudara M2 Δw : Laju aliran massa udara : Laju pengeringan : Massa air yang berhasil diuapkan Psychrometric chart Psychrometric chart adalah grafik yang digunakan untuk menentukan karakteristik dari udara di lingkungan tersebut. Skematik psychrometric chart dapat dilihat pada Gambar 2.4 dimana masing-masing kurva atau garis akan menunjukkan nilai yang konstan. Ada beberapa istilah yang digunakan dalam Psychrometric chart yaitu : 15

33 Gambar 2.4 Skema Psychrometric Chart a. Temperatur bola kering (Tdb) Temperatur bola kering adalah temperatur udara bebas yang diperoleh melalui pengukuran termometer dengan bola kering atau termokopel dan termometer digital. Temperatur bola kering dapat dilihat dari garis dry bulb line dengan satuan ( o C). b. Temperatur bola basah (Twb) Temperatur bola basah adalah temperatur yang terbaca pada termometer dengan sensor yang dibalut dengan kain basah. Temperatur bola basah dapat dilihat dari garis wet bulb line dengan satuan ( o C). 16

34 c. Temperatur titik embun (Dew Point) Temperatur titik embun adalah temperatur dimana udara mulai menunjukkan aksi pengembunan ketika didinginkan. Pada saat udara mengalami saturasi (jenuh) maka besarnya temperatur titik embun sama dengan besarnya temperatur bola basah (Twb) demikian pula temperatur bola kering (Tdb). Temperatur titik embun dapat dilihat dari garis dew point line dengan satuan ( o C). d. Kelembaban spesifik (w) Kelembaban spesifik adalah berat uap air di udara dalam setiap kilogram udara kering (kg/kg). Kelembaban spesifik dapat dilihat dari garis humidity ratio. e. Volume spesifik (v) Volume spesifik adalah volume udara per satuan massa (m 3 /kg). Volume spesifik dapat dilihat dari garis specific volume line. f. Entalpi (h) Entalpi adalah jumlah energy dari suatu sistem per satuan massa (kj/kg). g. Kelembaban relatif (RH) Kelembban relatif adalah perbandingan massa air yang berada pada udara dibandingkan dengan massa air maksimal yang dapat dikandung udara pada suhu itu. Kelembaban relatif dapat dilihat dari garis relative humidity line. 17

35 Gambar 2.5 Psychrometric chart 18

36 Proses-proses yang terjadi dalam psychrometric chart, diantarannya (a) proses pemanasan (heating), (b) proses pendinginan (cooling), (c) proses pelembaban (humidifying), (d) proses penurunan kelembaban (dehumidifying), (e) proses pemanasan dan pelembaban (heating and humidifying), (f) proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidifying), (g) proses pendingingan dan pelembaban (cooling and humidifying), (h) proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying). Berikut ini penjelasannya: Gambar 2.6 Proses-proses yang terjadi dalam psychrometric chart 19

37 a. Proses pemanasan (heating) Proses ini berfungsi menaikkan temperatur udara kering(dry bulb) tanpa mengurangi kandungan uap air. Jadi proses ini berlangsung pada kondisi moisture content yang konstan sehingga titik embun (dew point) juga berada dalam kondisi konstan. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak dari kiri horizontal ke kanan (ke arah Timur). Beberapa kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: naiknya entalpi, naiknya temperatur udara basah (wet bulb), turunnya densitas udara karena terjadi kenaikan volume spesifik, dan turunnya kelembaban relatif udara. Gambar 2.7 Proses pemanasan (heating) b. Proses pendinginan (cooling) Proses ini berfungsi menurunkan temperatur udara kering (dry bulb) udara tanpa mengurangi kandungan uap air. Jadi proses ini berlangsung pada kondisi moisture content yang konstan sehingga titik embun (dew point) juga berada dalam kondisi konstan. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses 20

38 ini membuat kondisi udara bergerak dari kanan horizontal ke kiri (ke arah Barat). Beberapa kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: turunnya entalpi, turunnya temperatur udara basah (wet bulb), naiknya densitas udara karena terjadi penurunan volume spesifik, dan naiknya kelembaban relatif udara. Gambar 2.8 Proses pendinginan (cooling) c. Proses pelembaban (humidifying) Proses ini berfungsi menambahkan kandungan uap air ke udara tanpa merubah temperatur udara kering (dry bulb). Jadi proses ini berlangsung pada kondisi temperature udara kering yang konstan. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak dari bawah vertikal ke atas (ke arah Utara). Beberapa kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: naiknya entalpi, naiknya temperatur udara basah (wet bulb), naiknya titik embun (dew point), turunnya densitas udara karena terjadi kenaikan volume spesifik, dan naiknya kelembaban relatif udara. 21

39 Gambar 2.9 Proses pelembaban (humidifying) d. Proses penurunan kelembaban (dehumidifying) Proses ini berfungsi menurunkan kandungan uap air di udara tanpa merubah temperatur udara kering (dry bulb). Jadi proses ini berlangsung pada kondisi temperatur udara kering yang konstan. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak dari atas vertikal ke bawah (ke arah Selatan). Beberapa kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: turunnya entalpi, turunnya temperatur udara basah (wet bulb), turunnya titik embun (dew point), naiknya densitas udara karena terjadi penurunan volume spesifik, dan turunnya kelembaban relatif udara. 22

40 Gambar 2.10 Proses penurunan kelembaban (dehumidifying) e. Proses pemanasan dan pelembaban (heating and humidifying) Proses ini berfungsi menaikkan temperatur udara kering (dry bulb) dan menaikkan kandungan uap air di udara. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak menuju arah kanan atas (ke arah Timur Laut). Kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: naiknya entalpi, naiknya temperatur udara basah (wet bulb), naiknya titik embun (dew point), turunnya densitas udara karena terjadi kenaikan volume spesifik, dan bisa terjadi kenaikan atau penurunan kelembaban relatif udara (tergantung proses heating & humidifying yang diinginkan). Jadi dalam proses ini penambahan uap air bukan berarti akan menaikkan kelembaban relatif. 23

41 Gambar 2.11 Proses pemanasan dan pelembaban (heating and humidifying) f. Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidifying) Proses ini berfungsi menaikkan temperatur udara kering (dry bulb) dan menurunkan kandungan uap air di udara. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak menuju arah kanan bawah (ke arah Tenggara). Kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: turun atau naiknya entalpi atau bisa juga terjadi dalam kondisi entalpi yang konstan, turun atau naiknya temperature udara basah (wet bulb) atau bisa juga terjadi dalam kondisi temperatur udara basah yang konstan, turunnya titik embun (dew point), turun atau naiknya densitas udara, turun atau naiknya volume spesifik, dan turunnya kelembaban relatif udara. 24

42 Gambar 2.12 Proses pemanasan dan penurunan kelembaban (heating and dehumidifying) g. Proses pendingingan dan pelembaban (cooling and humidifying) Proses ini berfungsi menurunkan temperature udara kering (dry bulb) dan menaikkan kandungan uap air di udara. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak menuju arah kiri atas (ke arah Barat Laut). Kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: naik atau turunnya entalpi atau bisa juga terjadi dalam entalpi yang konstan, naik atau turunnya temperatur udara basah (wet bulb) atau bisa juga terjadi dalam kondisi temperatur udara basah yang konstan, naiknya titik embun (dew point), naik atau turunnya densitas udara atau bisa juga terjadi dalam kondisi densitas yang konstan, naik atau turunnya volume spesifik atau bisa juga terjadi dalam kondisi volume spesifik yang konstan, dan kenaikan kelembaban relatif udara. 25

43 Gambar 2.13 Proses pendingingan dan pelembaban (cooling and humidifying) h. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying) Proses ini berfungsi menurunkan temperatur udara kering (dry bulb) dan menurunkan kandungan uap air di udara. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak menuju arah kiri bawah (ke arah Barat Daya). Kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: turunnya entalpi, turunnya temperatur udara basah (wet bulb), turunnya titik embun (dew point), naiknya densitas udara, turunnya volume spesifik, dan bisa terjadi kenaikan atau penurunan kelembaban relatif udara (tergantung proses cooling & dehumidifying yang diinginkan). 26

44 Gambar 2.14 Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling and dehumidifying) Siklus Kompresi Uap Salah satu penerapan yang banyak digunakan dari termodinamika adalah refrijerasi (refrigeration) yang berfungsi untuk memindahkan kalor dari tempat bersuhu rendah ke tempat bersuhu tinggi. Pada mesin ini siklus refrijerasi yang digunakan adalah siklus kompresi uap. Mesin siklus kompresi uap merupakan jenis mesin refrijerasi yang dipergunakan dalam dehumidifier. Terdapat berbagai jenis refrijeran yang digunakan dalam sistem kompresi uap. Refrijeran yang umum digunakan adalah yang termasuk ke dalam keluarga chlorinated fluorocarbons (CFC s disebut juga freon): R-11, R-12, R-21, R-22, R-502, R-134a, dan Musicool. Mesin kompresi uap memiliki 4 komponen utama yaitu evaporator, kompresor, kondensor dan pipa kapiler. 27

45 Gambar 2.15 Skematik siklus kompresi uap Dalam siklus kompresi uap refrijeran bertekanan rendah akan dikompresikan oleh kompresor sehingga menjadi uap refrijeran bertekanan tinggi. Kemudian uap refrijeran bertekanan tinggi diembunkan menjadi cairan refrijeran bertekanan tinggi dalam kondensor. Setelah itu cairan refrijeran yang bertekanan tinggi tersebut diturunkan tekanannya oleh pipa kapiler agar cairan refrijeran bertekanan rendah dapat menguap kembali dalam evaporator menjadi uap refrijeran tekanan rendah. 28

46 Gambar 2.16 P-h diagram siklus kompresi uap Gambar 2.17 T-s diagram siklus kompresi uap 29

47 Dalam siklus kompresi uap, refrijeran mengalami beberapa proses yaitu: a. Proses (1A-2) merupakan proses kompresi. Proses ini dilakukan oleh kompresor, dimana refrijeran yang berupa gas bertekanan rendah mengalami kompresi yang mengakibatkan refrijeran menjadi gas bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka suhu yang keluar dari kompresor juga meningkat menjadi gas panas lanjut. b. Proses (2-2A) merupakan proses penurunan suhu. Proses ini berlangsung sebelum memasuki kondensor. Gas refrijeran panas lanjut yang bertemperatur tinggi diturunkan sampai titik gas jenuh. c. Proses (2A-3) adalah proses kondensasi. Merupakan proses pembuangan kalor ke udara lingkungan sekitar kondensor pada suhu konstan. Pada proses ini terjadi perubahan fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh. Perubahan fase ini terjadi karena temperatur refrijeran lebih tinggi daripada suhu udara lingkungan sekitar kondensor. Proses (2A-3) berlangsung pada tekanan dan suhu yang konstan. d. Proses (3-3A) merupakan proses pendinginan lanjut. Pada proses ini terjadi pelepasan kalor, sehingga temperatur refrijeran yang keluar dari kondensor menjadi lebih rendah dan berada pada fase cair. Hal tersebut membuat refrijeran menjadi mudah mengalir dalam pipa kapiler. e. Proses (3A-4) penurunan tekanan. Merupakan proses penurunan tekanan secara drastis dan berlangsung pada enthalphy yang tetap. Proses tersebut terjadi di dalam pipa kapiler. Pada 30

48 proses tersebut refrijeran yang awalnya dari fase cair berubah menjadi fase cair gas. Akibat penurunan tekanan, temperatur refrijeran juga mengalami penurunan. f. Proses (4-1) merupakan proses evaporasi. Pada proses ini terjadi perubahan fase dari cair menjadi gas jenuh. Perubahan fase ini terjadi karena temperatur refrijeran lebih rendah dari pada suhu udara lingkungan sekitar evaporator. Proses (4-1) berlangsung pada tekanan tetap dan suhu konstan. g. Proses (1-1A) merupakan proses pemanasan lanjut. Proses ini yang terjadi karena penyerapan kalor terus menerus pada proses (4-1), maka refrijeran yang masuk ke kompresor berubah fase dari gas jenuh ke gas panas laju. Kemudian mengakibatkan kenaikan tekanan dan temperatur refrijeran akibat dari proses ini kompresor dapat bekerja lebih ringan Alat Penukar Kalor (Heat Exchanger) Alat penukar kalor (heat exchanger) adalah alat yang dapat menghasilkan perpindahan panas dari suatu fluida yang memiliki temperatur tinggi ke temperatur rendah. Heat exchanger berfungsi sebagai pemanas maupun pendingin sesuai kebutuhan. Dalam penelitian ini heat exchanger digunakan sebagai pemanas udara. Proses perpindahan panas secara langsung dan tidak langsung. Proses perpindahan secara langsung yang dimaksud yaitu fluida panas akan bercampur secara langsung dengan fluida dingin tanpa adanya pemisah, contohnya ejector. Sedangkan 31

49 perpindahan panas secara langsung yaitu bila diantara fluida panas dan fluida dingin tidak terjadi kontak secara langsung melainkan dipisahkan oleh sekat-sekat pemisah, contohnya kondensor. Dalam penelitian ini heat exchenger digunakan untuk meningkatkan temperatur udara kering sebelum masuk ruang pengering. Heat exchanger menggunakan fluida air yang dipanaskan dengan menggunakan pemanas air berbahan bakar gas (gas water heater). Gas water heater merupakan water heater yang menggunakan gas LPG sebagai sumber energi pemanas airnya. Prinsip kerja gas water heater adalah pembakaran gas LPG digunakan untuk memanaskan air di dalam pipa-pipa tembaga, sehingga temperatur air dalam pipa-pipa naik dalam waktu yang relatif singkat. Air yang telah dipanaskan tersebut disalurkan menuju kondensor dengan menggunakan selang sehingga kondensor memiliki temperatur yang tinggi. Panas dari kondensor ini digunakan untuk meningkatkan panas udara ketika udara melewati kondensor. Gambar 2.18 Penukar kalor 32

50 2.1.7 Proses Yang Terjadi Pada Mesin Pengering Handuk Pada Gambar 2.19 merupakan proses yang terjadi pada mesin pengering handuk. Udara luar yang mengandung uap air dilewatkan evaporator yang bertemperatur rendah sehingga uap air yang ada di udara mengalami kondensasi, setelah melewati evaporator temperatur udara dan kandungan uap air mengalami penurunan (cooling and dehumity). Udara bertemperatur rendah tersebut kemudian dilewatkan kompresor yang bertemperatur tinggi sehingga terjadi perpindahan panas dari kompresor ke udara. Udara mengalami kenaikan temperatur udara kering. Temperatur udara dinaikkan lagi dengan cara melewatkan ke kondensor. Untuk mencapai temperatur panas yang lebih tinggi udara panas dilewatkan heat exchanger dan lampu. Proses udara melewati kompresor, kondensor, heat exchenger dan lampu disebut proses pemanasan (heating). Gambar 2.19 Proses udara yang terjadi di mesin pengering 33

51 Udara kering bertemperatur tinggi masuk dalam ruang pengering untuk mengeringkan handuk yang basah. Saat udara kering bertemperatur tinggi melewati handuk basah, terjadilah perpindahan kalor. Air yang ada di handuk menguap karena temperatur yang tinggi dari udara dan berubah menjadi uap air. Uap air terbawa udara keluar ruang pengering. Sehingga udara yang keluar dari ruang pengering temperaturnya turun dan kandungan airnya meningkat. Proses ini disebut proses pendinginan dan pelembaban (cooling and dehumidifying). Gambar 2.20 Proses pengeringan handuk pada psychromatric chart 34

52 Pada Gambar 2.20 dapat kita lihat perubahan suhu setelah melewati komponen-komponen pada mesin pengering handuk. (A) suhu udara luar saat itu. (B) titik embun udara saat itu. (C) suhu udara dan kandungan uap air turun setelah melewati evaporator (cooling and dehumity). (D) suhu udara kering naik setelah melewati kompresor (heating). (E) suhu udara kering naik setelah melewati kondensor (heating). (F) suhu udara kering naik setelah melewati heat exchanger (heating). (G) suhu udara kering turun dan suhu udara basah naik setelah dipakai untuk mengeringkan handuk basah yang ada di dalam lemari pengering (cooling and dehumidifying). 2.2 Tinjauan Pustaka Colombera, Giovanni (2002) menggambarkan mesin pengering pakaian sentrifugal dengan pompa pemanas. Pakaian basah dimasukkan dalam drum dan diputar oleh motor listrik. Motor tersebut juga terhubung dengan 2 kipas angin yang pertama mensirkulasi udara pengeringan ke dalam drum yang kedua untuk mendinginkan kompresor. Udara luar yang masuk terhisap melewati evaporator sehingga menjadi kering. Kemudian dipanaskan oleh kondensor untuk mengeringkan pakaian yang diputar dalam drum. Selain itu udara panas juga didapat dari hembusan udara yang digunakan untuk mendinginkan kompresor. Pillot, Sergio (2013) menjelaskan tentang mesin cuci yang sekaligus digunakan sebagai pengering terdiri dari: bak penampung pakaian, kompresor, evaporator, katup expansi dan kondensor. Pakaian dimasukkan ke bak penampung 35

53 kemudian diputar oleh motor listrik untuk dicuci atau dikeringkan. Saat pengeringan udara dalam bak masuk ke saluran udara dan melewati evaporator, di evaporator udara menjadi dingin dan kering. Tetesan air dari evaporator dibuang melalui saluran pembuangan yang sama dengan saluran pembuangan mesincuci. Kemudian udara melewati kondensor dipanaskan. Dari kondensor udara panas dan kering dihembuskan ke bak yang berputar menggunakan fan untuk mengeringkan pakaian. Dan seterusnya masuk kembali ke evaporator untuk menjalani siklus yang sama. Evaporator diatur sedemikian rupa sehingga selama siklus mencuci, cairan dan kotoran di dalam bak tidak masuk. Driussi, Diego (2009), menjelaskan tentang mesin pengering pakaian yang menggunakan 2 pompa pemanas. Khususnya pengaturan pompa pemanas untuk pengeringan. Terdiri dari 2 jumlah sirkuit loop tertutup pompa pemanas yang terpisah dipasang seri. Masing-masing dari bagian sirkuit loop tertutup yang terpisah terdiri dari satu kompresor, satu evaporator, satu katup ekspansi dan satu kondensor. Udara luar masuk melewati evaporator 1 dan 2 untuk agar berkurang kelembabannya. Kemudian dilewatkan ke kompresor 1 dan 2 untuk dinaikan temperatur udaranya. Kemudian udara kering dan panas dihembuskan ke ruang pengering yang diputar motor listrik dengan fan. Ameen, Ahmadul dan Bari, Saiful (2003), menjelaskan tentang kemungkinan mengering baju menggunakan panas buang kondensor AC split yang digunakan dalam apartemen di sebuah kota. Penelitian ini mengeringkan setumpuk pakian. Waktu yang diperlukan untuk mengeringkan sampai kering 36

54 memerlukan waktu sekitar 2 sampai 2,5 jam, sedangkan mengeringkan secara alami di dalam ruangan membutuhkan waktu lebih dari 6 jam. Laju pengeringan dalam penelitian ini yaitu sebesar: 0,319 kg/jam sampai 0,424 kg/jam untuk pengeringan baju dengan sisa panas kondensor AC split dan 0,139 kg/jam untuk pengeringan di dalam ruangan secara alami. Energi yang dikomsumsi sebesar 1,909 kwh/kg untuk menghilangkan kelembaban dan pengeringan. Hasil dari percobaan menunjukkan bahwa pengembangan tersebut cocok untuk daerah yang beriklim tropis lembab. Mancini, Ferdinando; Minetto, Silvia dan Fornasieri, Ezio (2010), mengemukakan tentang karbon dioksida dianggap bekerja lebih optimal sebagai fluida kerja pompa panas. Proses pengeringan sistem tertutup sesuai dengan transcritical siklus yang membutuhkan dehumidifikasi dan pemanasan kembali sesuai ketinggian suhu aliran udara. Di tulisan ini, CO2 transcritical siklus dibandingkan dengan sub-critical R134a siklus. Analitis teoritis berdasarkan pada suhu tetap yang mendekati heat exchanger. Penelitian menganggap tekanan tinggi untuk transcritical siklus dan pendinginan refrigeran untuk sub critical siklus optimal. Teoritis analisis yang digunakan untuk menyelidiki kinerja energi dari siklus termodinamika mengguakan fungsi suhu dan laju aliran massa pengeringan. Untuk mengoptimalkan condisi kerja dari CO2 melibatkan temperatur udara yang lebih rendah dari dalam R134a, kondisi ini dapat dipenuhi dengan desain alat yang cocok, keseimbangan termal yang tercapai ketika panas yang dikeluarkan besarnya sesuai dengan kerja yang dilakukan kompresor dan kipas, variabel aliran suhu udara nilainya disesuaikan keseimbangan termal. Hasil penelitian, dilakukan pada prototipe, memberikan nilai positif untuk CO2 sebagai fluda kerja pengering pompa 37

55 panas: penurunan konsumsi daya listrik, dengan peningkatan batas waktu siklus (+9%), ditunjukan dibandingkan dengan referensi pengering pompa panas dengan refrigeran R134a. 38

56 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Obyek Penelitian Obyek penelitian adalah hasil mesin pengering handuk yang dirancang dan dirakit sendiri. Lemari mesin pengering berbentuk balok dengan panjang 176 cm, lebar 31 cm dan tinggi 60 cm. Lemari pengering berbentuk balok dengan panjang 150 cm, lebar 90 cm dan tinggi 156 cm. Gambar dari alat yang dipergunakan dalam penelitian disajikan pada Gambar 3.1. Gambar 3.1 Skematik mesin pengering handuk 39

57 Keterangan dari Gambar 3.1: a. Evaporator f. Heat exchanger k. Gas LPG b. Kompresor g. Lampu l. Tangki air c. Pipa kapiler h. Handuk m. Pompa d. Kipas i. Pemanas air e. Kondensor j. Kompor 3.2 Variasi Penelitian Variasi penelitian dilakukan terhadap kondisi awal handuk: (a) diperas menggunakan tangan (b) diperas menggunakan mesin cuci. Penelitian dilakukan sebanyak 4 kali percobaan untuk mendapatkan hasil karakteristik mesin pengering handuk yang baik. Banyaknya handuk yang dipergunakan : 20 handuk berukuran panjang 75 cm, lebar 30 cm dan tebal 1,4 mm berbahan katun. Gambar 3.2 menunjukkan handuk yang digunakan dalam percobaan : Gambar 3.2 Handuk 40

58 3.3 Alat dan Bahan Pembuatan Mesin Pengering Handuk Dalam pembuatanmesin pengering handuk ini diperlukan beberapa alat dan bahan sebagai berikut : Alat Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan mesin pengering handuk, antara lain : a. Gergaji kayu dan gergaji besi Gergaji kayu digunakan untuk memotong balok kayu rangka lemari mesin pengering handuk dan papan kayu untuk memasang fiting lampu. Gergaji besi digunakan untuk memotong besi siku yang difungsikan sebagai gantungan handuk dalam lemari pengering. b. Palu Palu digunakan untuk menancapkan paku sebai pengikat rangka dan memasang triplek chasing mesin pengering. c. Bor listrik Bor listrik digunakan untuk membuat lubang awalan pada kayu yang nantinya akan dipaku atau dibaut. d. Obeng dan kunci pas Obeng berfungsi untuk memasang dan mengencangkan baut. Obeng yang digunakan yaitu obeng plus (+) dan minus (-). Kunci pas digunakan untuk memasang dan mengencangkan mur dan baut. 41

59 e. Mistar dan meteran Mistar dan meteran berfungsi untuk mengukur panjang suatu benda. Mistar memiliki ketelitian 1 mm dengan satuan centi meter (cm), digunakan untuk mengukur panjang sterofoam dan busa. Meteran memiliki ketelitian 1 cm dengan satuan meter (m), digunakan untuk mengukur kayu, besi siku, seng dan triplek. f. Pisau cutter dan gunting plat Pisau cutter digunakan untuk menyayat atau memotong triplek, kabel listrik, sterofoam dan busa. Gunting plat digunakan untuk memotong plat seng. g. Tang kombinasi Tang kombinasi digunakan untuk memotong, menarik dan mengikat kawat agar kencang. h. Tube cutter Tube cutter merupakan alat pemotong pipa tembaga. Tube cutter digunakan agar hasil potongan pada pipa tembaga rapi dan tidak kasar sehingga dapat mempermudah proses pengelasan. i. Tube expander Tube expander atau pelebar pipa digunakan untuk melebarkan diameter unjung pipa tembaga yang akan disambungkan agar antar pipa dapat tersambung dengan baik. 42

60 j. Las gas Hi cook Peralatan las digunakan untuk menyambung pipa kapiler dan sambungan pipa pipa tembaga pada komponen mesin pengering dengan sumber panas dari Hi cook. k. Bahan las Bahan las yang digunakan dalam penyambungan pipa kapiler menggunakan perak, kawat las kuningan dan borak. Borak berfungsi untuk menyambung antara tembaga dan besi. Penggunaan borak sebagai bahan tabahan bertujuan agar sambungan pengelasan lebih merekat. l. Metil Metil adalah cairan yang berfungsi untuk membersihkan saluran saluran pipa kapiler. Dosis pemakaian yaitu sebanyak satu tutup botol metil. m. Pompa vakum Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan gas gas yang terjebak di sistem mesin pengering pakaian, seperti udara dan uap air. Hal ini dimaksudkan agar tidak mengganggu atau menyumbat refrijeran. Karena uap air yang berlebihan pada sistem pendinginan dapat membeku dan menyumbat filter atau pipa kapiler. Pompa ini juga digunakan untuk memasukkan refrijeran ke dalam rankaian sistem mesin kompresi uap. 43

61 3.3.2 Bahan Bahan atau komponen yang digunakan untuk merakit mesin pengering handuk, antara lain : a. Balok kayu dan besi siku Baok kayu digunakan sebagai rangka lemari mesin pengering handuk. Dipilih kayu balok karena kayu ini kuat dan bukan penghantar panas yang baik sehingga kalor tidak mudah keluar dari lemari mesin pengering (Gambar 3.3 sebelah kiri). Besi siku digunakan untuk membuat tempat penggantung hanger (Gambar 3.3 sebelah kanan). Gambar 3.3 Balok kayu dan besi siku yang dirangkai sebagai gantungan b. Triplek Triplek digunakan sebagai casing luar mesin pengering handuk dengan tebal 3 mm. Pemilihan triplek sebagai casing luar dikarenakan triplek merupakan isolator dengan konduktivitas termal sebesar k = 0,12 W/m. o C (Moran, Michael J., 2004). 44

62 Gambar 3.4 Triplek c. Sterofoam Sterofoam digunakan sebagai casing pada bagian dalam dengan tebal 20 mm, agar panas di dalam mesin tidak keluar kelingkungan. Sterofoam memiliki konduktivitas termal sebesar k = 0,033 W/m. o C, berarti material tersebut memiliki kemampuan penghantar panas yang rendah. Gambar 3.5 Sterofoam d. Busa Busa digunakan untuk menutup bagian yang berlubang agar udara tidak keluar. Busa ini ditempelkan pada pintu lemari ruang pengering, pintu lemari mesin pengering dan sambungan antara lemari ruang pengering dan lemari mesin pengering. 45

63 Gambar 3.6 Busa e. Plat seng Plat seng digunakan untuk alas evaporator yang selalu menghasilkan air akibat proses kondensasi. Plat seng dipilih karena mudah dibentuk dan tidak mudah berkarat. f. Lem dan lakban Lem digunakan untuk menempelkan sterofoam pada seng dan triplek serta menempelkan busa pada pinggir pintu lemari agar tidak ada celah udara. Lakban digunakan untuk menutup celah pada sambungan casing lemari dan menempelkan alat ukur serta rangkaian lampu di dalam lemari. g. Paku, mur dan baut Paku digunakan untuk menyatukan balok kayu sehingga membentuk sebuah rangka lemari. Paku juga digunakan untuk menyatukan casing lemari (triplek) dengan rangka (balok kayu). Mur dan baut digunakan untuk menyatukan besi siku yang dirangkai menjadi gantungan hanger. 46

64 h. Kawat Kawat digunakan untuk mengikat rangka besi siku yang dirangkai sebagai gantungan hanger. Selain itu juga dipaki untuk menggantungkan pressure gauge dan sebagai pengunci pintu lemari. i. Roda Roda digunakan agar mudah untuk memindahkan mesin pengering. Roda berjumlah 6 buah dipasang di bawah lemari sebagai kaki. j. Papan kayu Papan kayu dugunakan sebagai tempat dudukan fiting lampu. Papan kayu yang digunakan ada 2 buah, tiap buah untuk 5 fiting lampu. k. Fiting lampu, kabel dan lampu Fiting lampu berjumlah 10 digunakan untuk menempatkan lampu. Kabel listrik sepanjang 4 m untuk mengalirkan listrik ke semua lampu agar menyala. Lampu berjumlah 10 buah dengan daya 25 watt. Gambar 3.7 Rangkaian lampu pemanas l. Pompa Pompa digunakan untuk menyirkulasikan air dari bak penampungan ke pemanas air kemudian ke 2 buah heat exchanger dan dikembalikan lagi ke 47

65 bak penampungan. Jenis pompa sentrifugal, daya pompa 125 watt, voltase 220 V, frekuensi 50 Hz, maksimal kapasitas 37 ltr/m, kecepatan putar 2850 RPM dan total head pompa 24 m. Gambar 3.8 Pompa sentrifugal m. Selang Selang digunakan untuk mengalirkan air. Air dari bak penampungan lalu dihisap pompa, kemudian dialirkan masuk ke pemanas air, setelah itu masuk ke heat exchanger 1 dan 2, kemudian kembali ke bak penampungan lagi. n. Kompor gas tekanan tinggi Kompor gas tekanan tinggi digunakan untuk memanaskan pemanas air yang difungsikan sebagai heat exchanger. 48

66 Gambar 3.9 Kompor gas tekanan tinggi o. Gas LPG Gas LPG digunakan sebagai sumber energi kompor gas. Tabung gas yang digunakan adalah tabung gas 12 kg dan mampu digunakan dalam 4 kali percobaan. p. Clam dan karet Clam dan karet bekas ban dalam sepeda digunakan untuk menyambungkan selang dengan pipa logam agar air di dalamnya tidak bocor. q. Pemanas air Pemanas air adalah sebuah alat yang terdiri dari pipa tembaga yang dilingkarkan. Alat ini berfungsi untuk memanaskan air yang disirkulasikan ke heat exchanger. 49

67 Gambar 3.10 Pemanas air r. Alat penukar kalor (heat exchanger) Alat penukar kalor (heat exchanger) adalah alat yang dapat menghasilkan perpindahan panas dari suatu fluida yang memiliki temperatur tinggi ke temperatur rendah. Disini yang digunakan sebagai penukar kalor adalah 2 buah kondensor yang dialiri air bersuhu tinggi. Gambar 3.11 Kondensor yang difungsikan sebagai heat exchanger 50

68 s. Kompresor Kompresor merupakan alat yang berfungsi untuk mensirkulasikan refrijeran ke komponen sistem kompresi uap yang lainnya melalui pipa pipa dengan cara menghisap dan memompa refrijeran. Jenis kompresor yang digunakan adalah kompresor rotari. Daya kompresor ½ HP dengan voltase 220V. Gambar 3.12 Kompresor rotari t. Kondensor Merupakan suatu alat penukar kalor yang berfungsi mengkondisikan refrijeran dari fase uap menjadi fase cair. Agar dapat mengubah fase dari uap menjadi cair diperlukan suhu lingkungan yang lebih rendah dari suhu refrijeran sehingga dapat terjadi pelepasan kalor ke lingkungan kondensor. Panjang kondensor 675 mm, tinggi 500 mm, lebar 20 mm, jumlah lintasan 9 dan diameter luar pipa kondensor 10 mm. 51

69 Gambar 3.13 Kondensor u. Pipa kapiler Pipa kapiler adalah alat yang berfungsi untuk menurunkan tekanan refrijeran dari tekanan tinggi ke tekanan rendah sebelum masuk evaporator. Ketika refrijeran mengalami penurunan tekanan temperatur refrijeran juga mengalai penurunan. Panjang pipa kapiler 600 mm, dengan diameter luar pipa 3 mm. Gambar 3.14 Pipa kapiler v. Evaporator Evaporator merupakan unit yang berfungsi untuk menguapkan refijeran dari fase cair menjadi gas sebelum refrijeran masuk kompresor. Evaporator yang digunakan adalah kondensor AC yang difungsikan sebagai evaporator. 52

70 Panjang evaporator 620 mm, tinggi 450 mm, lebar 13 mm, jumlah lintasan 11 dan diameter luar pipa 7 mm. Gambar 3.15 Evaporator w. Filter Filter berfungsi untuk menyaring kotoran sebelum refrijeran masuk pipa kapiler agar tidak terjadi penyumbatan dari serbuk serbuk sisa pemotongan pipa tembaga, korosi, kotoran kotoran pengelasan dan lain lain. Panjang filter 70 mm dan diameter filter 19 mm. Gamabar 3.16 Filter 53

71 x. Refrijeran Refrijeran merupakan fluida kerja mesin siklus kompresi uap. Refrijeran berfungsi untuk menyerap atau melepas kalor dari lingkungan sekitar. Jenis refrijeran yang digunakan adalah R134a. Gambar 3.17 Tabung gas refrijeran 134a y. Kipas Kipas digunakan untuk menghisap uadar lingkungan dan mensirkulasi udara kering hasil dehumidifikasi menuju ruang pengering. Diameter kipas 380 mm, daya 19 watt, arus 0,22 A dan dapat bekerja pada tegangan antara V. Gambar 3.18 Kipas 54

72 3.3.3 Alat Bantu Penelitian Dalam proses pengambilan data diperlukan alat ukur untuk mendapatkan data yang dicari, alat ukur yang digunakan sebagai berikut : a. Termokopel dan pengukur suhu digital Termokopel berfungsi mengukur temperatur pada saat penelitian (Gambar 3.19 sebelah kanan). Cara kerjanya adalah ujung termokopel diletakkan (ditempelkan atau digantung) pada bagian yang akan diukur temperaturnya, maka temperatur akan tertampil pada layar penampil suhu digital (Gambar 3.19 sebelah kiri). Sebelum digunakan penelitian diperlukan kalibrasi agar lebih akurat. Gambar 3.19 Pengukur suhu digital dan termokopel b. Stopwatch Stopwatch digunakan untuk mengukur lama waktu penelitian. Pengambilan data dilakukan setiap 15 menit sekali. 55

73 c. Timbangan digital Timbangan digital digunakan untuk mengukur berat handuk saat basah hingga kering dalam penelitian. Satuan yang dipakai gram (g), maksimal berat yang mampu diukur timbangan gram (30 kg). Gambar 3.20 Timbangan digital d. Termometer bola kering dan termometer bola basah Termometer bola kering digunakan untuk mengukur suhu udara kering yang melewati termometer. Sedangkan termometer bola basah digunakan untuk mengukur suhu udara basah yang melewati termometer. e. Alat ukur tekanan (pressure gauge) Pressure gauge digunakan dalam penelitian untuk mengukur tekanan refrijeran dalam sistem kompresi uap. Terdapat dua alat ukur tekanan, yaitu tekanan hisap kompresor dan tekanan keluar kompresor. f. Tang amper Tang amper digunakan untuk mengukur arus listrik yang bekerja pada mesin pengering handuk selama penelitian. 56

74 3.4 Tata Cara Penelitian Alur Pelaksanaan Penelitian Alur pelaksanaan penelitian mengikuti alur penelitian seperti diagram alir pada Gambar 3.21 sebagai berikut : Gambar 3.21 Diagram alir untuk penelitian 57

75 3.4.2 Pembuatan Mesin Pengering Handuk Langkah langkah yang dilakukan dalam pembuatan dan perakitan mesin pengering handuk : a. Merancang bentuk dan ukuran mesin pengering handuk. b. Membuat rangka mesin pengering handuk dengan menggunakan balok kayu dan paku sebagai pengikat. c. Pemasangan triplek pada rangka mesin dan menutup sela sela ruang pengering antara balok kayu dengan triplek dengan lakban. Gambar 3.22 Pembuatan rangka mesin pengering handuk d. Pembuatan alas komponen evaporator dengan plat seng. e. Pemasangan pintu agar memudahkan dalam pemasangan komponen utama siklus kompresi uap dan pemasangan kipas. f. Pemasangan sterofoam pada bagian casing dalam mesin pengering handuk. g. Pemasangan komponen utama dari siklus kompresi uap yaitu kompresor, kondensor, filter, pipa kapiler dan evaporator. 58

76 Gambar 3.23 Pemasangan komponen utama siklus kompresi uap h. Pemasangan pipa pipa tembaga dan pengelasan sambungan antar pipa. i. Pemasangan set pressure gauge. j. Pemasangan komponen kelistrikan mesin pengering handuk. k. Pembuatan dan pemasangn rangka tempat penggantungan hanger. l. Perakitan dan pemasangan rangkaian lampu pemanas. m. Perakitan dan pemasangan alat penukar panas Proses Pengisian Refrijeran 134a Sebelum melakukan pengisian refrijeran diperlukan beberapa proses yaitu pemetilan dan pemvakuman agar siklus kompresi uap dapat bekerja dengan baik. Proses pemvakuman berarti mengosongkan atau menghampakan sistem kompresi uap dari udara dan gangguan karena udara tidak dapat diembunkan pada suhu dan tekanan pengembunan dari refrijeran (Sumanto, 1989). Proses pemetilan berguna 59

77 untuk membersihkan saluran dalam sistem kompresi uap dari kotoran kotoran yang menempel pada saluran agar sistem dapat berjalan dengan baik. Untuk melakukan pengisian refrijeran pada mesin pengering handuk diperlukan beberapa prosedur sebagai berikut : 1. Pasang salah satu ujung selang pressure gauge pada katup pengisian (katup tengah) pressure gauge, kemudian ujung lainnya dihubungkan pada katup tabung refrijeran 134a. Gambar 3.24 Katup pengisian refrijeran 2. Hidupkan kompresor dan buka keran pada katup tabung refrijeran secara perlahan lahan hingga tekanan pada high pressure gauge mencapai tekanan yang diinginkan, kemudian tutup keran pada katup tabung refrijeran. 3. Setelah refrijeran terisi ke dalam sistem siklus kompresi uap, lepaskan selang yang tertancap pada pressure gauge. Pemeriksaan kebocoran pada sistem dilakukan dengan bantuan busa sabun, pemeriksaan dilakukan pada lubang katup pengisian dan sambungan pipa pipa. 60

78 3.4.4 Skematik Pengambilan data Pemasangan alat ukur pada mesin pengering handuk dan alur udara ditampilkan dalam Gambar 3.25 Gambar 3.25 Skematik pengambilan data Keterangan Gambar 3.25 Skematik mesin pengering handuk : a. Termokopel (Tdb in) Suhu udara kering sebelum masuk mesin pengering. b. Termometer bola basah (Twb in) Suhu udara basah sebelum masuk mesin pengering. c. Termokopel (T1) Suhu udara kering setelah melewati evaporator. 61

79 d. Termokopel (T2) Suhu udara kering setelah melewati kompresor. e. Termokopel (T3) Suhu udara kering setelah melewati kondensor. f. Termokopel (T4) Suhu udara kering setelah melewati heat exchanger atau suhu udara kering masuk ruang pengering. g. Termokopel (Tdb out) Suhu udara kering setelah keluar dari ruang pengering. h. Termometer bola basah (Twb out) Suhu udara basah setelah keluar dari ruang pengering Cara Pengambilan Data Langkah langkah yang dilakukan untuk mendapatkan data yaitu sebagai berikut : a. Penelitian dilakukan di Laboratorium Universitas Sanata Dharma pada musim hujan. Perubahan suhu sekitar dan kelembaban dalam penelitian ini diabaikan, karena suhu udara sekitar dan kelembabannya berubah ubah sesuai cuaca. b. Memastikan bahwa termokopel sudah dikalibrasi. c. Memeriksa kipas bekerja dengan baik, serta memastikan saluran pembuangan air hasil kondensasi udara tidak tersumbat. d. Alat bantu penelitian diletakkan pada tempat yang sudah ditetapkan. 62

80 e. Menghidupkan mesin pengering haduk beserta kipasnya. f. Mencatat massa hanger tanpa handuk. Timbang dan catat massa handuk kering (MHK). g. Menutup semua celah celah dengan busa dan menutup semua pintu lemari pengering. Tunggu hingga mesin pengering handuk mencapai suhu kerja yang stabil serta suhu udara masuk lemari pengering kurang lebih 60 o C. h. Membasahi dan memeras handuk hingga air tidak menetes, kemudian timbang dan catat massa handuk basah (MHB). i. Mengecek tekanan (P1 dan P2) dan arus, kemudian tutup semua pintu. j. Data yang harus dicatat setiap 15 menit yaitu sebagai berikut : MHBt : Massa handuk basah saat t (kg) Tin : Suhu udara kering sebelum masuk mesin pengering ( o C) TWin : Suhu udara basah sebelum masuk mesin pengering ( o C) T1 : Suhu udara kering setelah melewati evaporator ( o C) T2 : Suhu udara kering setelah melewati kompresor ( o C) T3 : Suhu udara kering setelah melewati kondensor ( o C) T4 : Suhu udara kering setelah melewati heat exchanger ( o C) Tout : Suhu udara kering yang keluar dari lemari pengering ( o C) TWout : Suhu udara basah yang keluar dari lemari pengering ( o C) P1 : Tekanan refrijeran yang masuk kompresor (Psi) P2 : Tekanan refrijeran yang keluar kompresor (Psi) I : Arus yang bekerja pada mesin pengering handuk (A) 63

81 k. Hasil dari data yang diperoleh kemudian dijumlahkan hasil dari kalibrasi alat bantu dan berat handuk dikurangi massa hanger. Tabel 3.1 Tabel yang diperlukan dalam pengambilan data. Tabel 3.1 Lanjutan tabel yang diperlukan dalam pengambilan data Cara Menganalisis dan Menampilkan Hasil Cara yang digunakan untuk menganalisis hasil dan menampilkan hasil, sebagai berikut : 64

82 a. Data yang diperoleh dari penelitian dimasukkan dalam Tabel 3.1. Kemudian hitung rata rata dari 4 kali percobaan setiap variasi. b. Setelah mendapatkan rata rata, kemudian menghitung massa air yang menguap dari handuk (M1) setiap variasinya. Massa air yang menguap dari handuk (M1) dapat dihitung dengan persamaan : M1 = MHB MHK (3.1) Pada persamaan (3.1) : M1 = Massa air yang menguap dari handuk MHB = Massa handuk basah MHK = Massa handuk kering c. Mencari suhu kerja evaporator dan suhu kerja kondensor dengan menggunakan P-h diagram untuk refrijeran 134a. Untuk dapat menggunakan P-h diagram, satuan tekanan refrijeran P1 dan P2 terlebih dahulu dari Psig menjadi Psia kemudian dikonversi lagi ke Bar. d. Mencari kelembaban spesifik udara setelah melewati evaporotor (wf), kelembaban spesifik udara setelah keluar dari ruang pengering (wh) dengan menggunakan psychrometric chart. e. Setelah mengetahui kelembaban spesifik udara setelah melewati evaporator (wf) dan kelembaban spesifik udara setelah keluar dari ruang pengering (wh), kemudian dapat dihitung massa air yang berhasil diuapkan (Δw) tiap variasi. Massa air yang berhasil diupkan (Δw) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.1) 65

83 f. Menghitung laju pengeringan (M2), dapat dihitung dengan cara perbedaan massa air (Δm) dibagi dengan perbedaan waktu (Δt). Untuk dapat menghitung laju pengeringan (M2) dapat menggunakan persamaan (2.2). g. Kemudian dapat menghitung laju aliran massa udara pada mesin pengering handuk (ṁudara) setiap variasi. Laju aliran massa udara (ṁudara) dapat dihitung dengan laju pengeringan mesin pengeringan handuk (M2) dibagi dengan massa air yang berhasil diupkan (Δw). Laju aliran massa udara (ṁudara) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.3). h. Untuk memudahkan pembahasan, hasil perhitungan proses pengeringan, maka digambarkan dalam grafik. Pembahasan dilakukan terhadap grafik yang dihasilkan dengan mengacu pada tujuan penelitian Cara Mendapatkan Kesimpulan Dari analisis yang sudah dilakukan akan diperoleh suatu kesimpulan. Kesimpulan merupakan inti sari hasil analisis penelitian dan kesimpulan harus menjawab tujuan dari penelitian. 66

84 BAB IV HASIL PENELITIAN, PERHITUNGAN DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian Penelitian untuk mengetahui karakteristik mesin pengering handuk siklus kompresi uap yang dibantu 2 penukar kalor dan 10 lampu 25 watt sistem terbuka. Variasi yang dilakukan ada 2, diperas dengan tangan dan diperas dengan bantuan mesin cuci, mendapatkan hasil sebagai berikut: massa handuk kering (MHK), massa handuk basah (MHB), massa handuk basah saat t (MHBt), tekanan refrijeran masuk kompresor (P1), tekanan refrijeran keluar kompresor (P2), suhu udara kering sebelum masuk mesin pengering (Tdb in), suhu udara basah sebelum masuk mesin pengering (Twb in), suhu udara kering setelah melewati evaporator (T1), suhu udara kering setelah melewati kompresor (T2), suhu udara kering setelah melewati kondensor (T3), suhu udara kering setelah melewati heat exchanger (T4), suhu kering setelah keluar dari ruang pengering (Tdb out), suhu udara basah setelah keluar ruang pengering (Twb out), arus yang bekerja pada mesin pengering handuk (I). Pengujian dilakukan dengan 4 kali percobaan untuk setiap variasi, kemudian dihitung rata ratanya. Untuk pengeringan handuk dengan perasan tangan hasil rata rata disajikan pada Tabel

85 Tabel 4.1 Hasil rata-rata pengeringan handuk perasan tangan Tabel 4.1 Lanjutan hasil rata-rata pengeringan handuk perasan tangan 68

86 Untuk variasi diperas dengan bantuan mesin cuci. Mesin cuci yang dipakai electrolux EWF12843 dengan kapasitas 8 kg. Handuk diperas dengan cara diputar dengan kecepatan 1200 rpm selama 12 menit. Hasil rata-rata penelitian tersaji pada Tabel 4.2. Tabel 4.2 Hasil rata-rata pengeringan handuk perasan mesin cuci Tabel 4.2 Lanjutan hasil rata-rata pengeringan handuk perasan mesin cuci 69

87 Sebagai perbandingan pengeringan handuk dilakukan dengan menggunakan panas matahari. Pada Tabel 4.3 menampilkan data pengeringan handuk dengan menggunakan panas matahari. Tabel 4.3 Hasil pengeringan handuk dengan panas matahari 70

88 4.2 Hasil Perhitungan a. Perhitungan massa air yang menguap dari handuk (M1) Massa air yang menguap dari handuk (M1) dapat dihitung dengan persamaan (3.1). Massa air yang menguap dari handuk didapatkan dari massa handuk basah (MHB) dikurangi massa handuk kering (MHK). Sebagai contoh perhitungan untuk mencari nilai M1 pengeringan handuk dengan pemerasan tangan sebagai berikut dan hasil perhitungan untuk variasi lainnya disajikan pada Tabel 4.4. M1 = MHB MHK M1 = 4,794 kg 1,8 kg M1 = 2,994 kg Tabel 4.4 Massa air yang menguap dari handuk (M1) 71

89 b. Suhu kerja evaporator (Tevap) dan suhu kerja kondensor (Tkond) Suhu kerja evaporator (Tevap) dan suhu kerja kondensor (Tkond) dapat dicari dengan menggunakan P-h diagram. Dengan mengetahui terlebih dahulu tekanan refrijeran yang masuk dan keluar kompresor maka dapat diketahui suhu kerja evaprator (Tevap) dan suhu kerja kondensor (Tkond). Contoh perhitungan menggunakan rata-rata dari tekanan hisap (P1) dan tekanan tekan (P2) kompresor pada variasi perasan tangan. P = {Tekanan pressure gauge (psig) + 1 atm} x 0,06895 bar P1 = (58,5 psi + 14,7 psi) x 0,06895 P1 = 5 bar P2 = (229,2 psi + 14,7 psi) x 0,06895 P2 = 16,8 bar Dari Gambar 4.1 terlihat tekanan kerja evaporator P1 = 5 bar ditarik garis lurus dan memotong garis suhu. Dari perpotongan itu didapat suhu kerja evaporator sebesar 16,2 o C. Untuk tekanan kerja kondensor P2 = 16,8 bar kemudian ditarik garis memotong garis suhu, maka didapatkan suhu kerja kondensor (Tkond) sebesar 57,8 o C. Hasil perhitungan tekanan kerja dan suhu kerja evaporator dan kondensor tersaji dalam Tabel 4.5 dan Tabel

90 Gambar 4.1 Suhu kerja evaporator (Tevap) dan suhu kerja kondensor (Tkond) 73

91 Tabel 4.5 Hasil perhitungan tekanan kerja dan suhu kerja evaporator dan kondensor untuk variasi perasan tangan Tabel 4.6 Hasil perhitungan tekanan kerja dan suhu kerja evaporator dan kondensor untuk variasi perasan mesin cuci 74

92 c. Kelembaban spesifik dalam ruang pengering (wf) dan setelah keluar ruang pengering (wh). Kelembaban spesifik dalam ruang pengeringan (wf) dan kelembaban spesifik setelah keluar ruang pengering (wh) dapat dicari menggunakan psychromatric chart. Kelembaban spesifik dalam ruang pengering (wf) dapat diketahui melalui garis kelembaban spesifik pada titik F atau suhu udara setelah melewati evaporator. Sedangkan kelembaban spesifik setelah keluar dari ruang pengering (wh) dapat diketahui melalui garis kelembaban spesifik pada titik H atau suhu udara kering dan basah setelah melewati handuk basah. Sebagai contoh menentukan kelembaban spesifik dalam ruang pengering (wf) dan kelembaban spesifik setelah seluar dari ruang pengering (wh) pada variasi perasan tangan menit ke-15 adalah sebagai berikut: 75

93 Gambar 4.2 Psychromatric chart perasan tangan pada menit ke-15 76

94 d. Perhitungan massa air yang berhasil diupkan (Δw) Massa air yang berhasil diuapkan (Δw) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.1). Massa air yang berhasil diuapkan (Δw) adalah kelembaban spesifik setelah keluar dari ruang pengering (wh) dikurangi kelembaban spesifik dalam ruang pengering (wf). Sebagai contoh perhitungan ratarata massa air yang berhasil diuapkan (Δw) untuk variasi perasan tangan pada menit ke-15 sebagai berikut: Δw = wh - wf Δw = 0,023 kguap air/kgudara 0,016 kguap air/kgudara Δw = 0,007 kguap air/kgudara e. Perhitungan laju pengeringan handuk Laju pengeringan (M2) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.2). Laju pengeringan (M2) adalah perbedaan massa air (Δm) dibagi dengan perbedaan waktu (Δt). Sebagai contoh perhitungan laju pengeringan mesin pengering handuk (M2) untuk variasi perasan tangan pada menit ke-15 sebagai berikut: M 2 m t M 2 0,505kg uapair 15menit / menit M 0,0337 kguapair / menit 2 77

95 f. Perhitungan laju aliran massa udara pada mesin pengering handuk (ṁudara) Laju aliran massa udara pada mesin pengering handuk (ṁudara) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.3). Laju aliran massa udara pada mesin pengering handuk (ṁudara) adalah laju pengeringan (M2) dibagi dengan massa air yang berhasil diuapkan (Δw). Sebagai contoh perhitungan laju aliran massa pada mesin pengering handuk (ṁudara) untuk variasi perasan tangan pada menit ke-15 sebagai berikut:. mudara M 2 w. m udara 0,0337 kg 0,007kg uapair uapair / kg / menit udaraker ing. m udara,8095kg / menit 4 udaraker ing Tabel 4.7 Hasil perhitungan pengeringan handuk dengan perasan tangan 78

96 Tabel 4.8 Hasil perhitungan pengeringan handuk dengan perasan mesin cuci 4.3 Pembahasan Mesin pengering handuk dengan sistem terbuka dapat bekerja secara baik dan dapat beroperasi terus menerus tanpa terjadi hambatan. Kondisi udara di dalam ruang pengering sebelum penelitian dilakukan memiliki kondisi udara yang sama dengan kondisi udara lingkungan. Saat dilakukan penelitian suhu udara kering yang masuk mesin pengering antara suhu 31,2 o C 32 o C dan suhu udara basah antara 26,4 o C 27 o C. Mesin pengering handuk bekerja pada saat tidak ada beban menghasilkan suhu udara bola kering Tdb sekitar 63,8 o C dan suhu udara bola basah Twb sekitar 30,4 o C dengan kelembaban relatif sekitar 9% serta kelembaban spesifik sekitar 0, kguap air/kgudara kering. Kelembaban relatif dan kelembaban spesifik didapat dari psychrometric chart. Saat mesin bekerja digunakan untuk mengeringkan 20 handuk berbahan catton dengan ukuran panjang 30 cm, lebar 75 cm dan tebal 1,4 mm. Suhu udara bola kering Tdb yang dihasilkan mesin atau masuk ke ruang pengering rata rata sekitar 64,9 o C dan suhu udara bola basah Twb sekitar 30,4 o C dengan kelembaban relatif sekitar 8,8% serta kelembaban spesifik 0,01625 kguap air/kgudara kering. Setelah 79

97 digunakan untuk mengeringkan handuk, udara bola kering Tdb rata - rata sebesar 57,2 o C dan udara bola basah Twb rata - rata sebesar 31,85 o C dengan kelembaban relatif rata rata 17,5% serta kelembaban spesifik 0,0229 kguap air/kgudara kering dikeluarkan dari ruang pengering. Dari Tabel 4.1 s/d Tabel 4.8 membuktikan bahwa mesin pengering handuk dengan siklus kompresi uap yang dibuat mampu mengeringkan handuk. Waktu yang dibutuhkan untuk mengeringan 20 handuk menggunakan sinar matahari dengan variasi kondisi awal diperas tangan adalah 210 menit dengan massa air yang diuapkan seberat 2,995 kg, pada saat itu suhu udara bola kering Tdb rata rata 36,1 o C dan suhu bola basah Twb rata rata 25,2 o C. Rata rata laju pengeringan matahari sebesar 0,87 kguap air/jam. Waktu yang dibutuhkan untuk mengeringan 20 handuk menggunakan mesin pengering dengan variasi diperas tangan adalah 120 menit dengan massa air yang harus diuapkan dari handuk seberat 2,994 kg. Rata rata laju pengeringan mesin pengering dengan variasi kondisi awal perasan tangan sebesar 1,506 kguap air/jam. Waktu yang dibutuhkan untuk variasi 20 handuk yang diperas mesin cuci adalah 30 menit dengan massa air yang diuapkan dari handuk seberat 0,755 kg. Rata rata laju pengeringan mesin pengering dengan variasi kondisi awal perasan mesin cuci sebesar 1,56 kguap air/jam. Dapat disimpulkan bahwa kondisi massa awal handuk sebelum dikeringkan sangat mempengaruhi lama atau cepatnya waktu yang diperlukan untuk mengeringkan handuk. Semakin besar massa air yang terkandung dalam handuk basah maka semakin banyak pula waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkannya. 80

98 BERAT (GRAM) PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI matahari perasan tangan perasan mesin cuci WAKTU (MENIT) Gambar 4.3 Penurunan massa air pada proses pengeringan handuk Pada Gambar 4.3 menunjukan mengeringkan dibawah sinar matahari dengan kondisi awal perasan tangan membutuhkan waktu 210 menit. Sedangkan mengeringkan menggunakan mesin pengering dengan kondisi awal sama dan berat yang sama hanya membutuhkan waktu 120 menit. Tetapi pada penelitian saat kondisi awal diperas dengan mesin selama 12 menit dengan rpm 1200, berat basah handuk berkurang kurang lebih setengah dibandingkan dengan kondisi awal peras tangan. Waktu yang dibutuhkan untuk mengeringkan handuk yang kondisi awal diperas dengan mesin cuci hanya 30 menit. Jika dilihat dari waktu pengeringannya pengeringan handuk oleh mesin pengering dengan kondisi awal perasan mesin cuci adalah yang paling baik yaitu 42 menit, 12 menit untuk memeras dengan mesin cuci dan 30 menit mengeringkan dengan mesin pengering. 81

99 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Hasil dari penelitian mesin pengering handuk yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa: a. Mesin pengering handuk menggunakan siklus kompresi uap dan dibantu dua penukar kalor dan 10 lampu 25 watt berhasil dibuat dan dapat bekerja sesuai fungsinya. Mesin pengering handuk ini dapat bekerja pada saat tidak ada beban menghasilkan suhu udara bola kering Tdb yang masuk ruang pengering sekitar 63,8 o C dan suhu udara bola basah Twb sekitar 30,4 o C dengan kelembaban relatif sekitar 9% serta kelembaban spesifik sekitar 0, kguap air/kgudara kering. b. Mesin pengering mampu mengeringkan 20 handuk berbahan katun dengan ukuran panjang 30 cm, lebar 75 cm dan tebal 1,4 mm pada saat kondisi awal basah diperas dengan tangan dalam waktu 120 menit, serta pada saat kondisi awal basah diperas dengan bantuan mesin cuci dalam waktu 30 menit. c. Mesin pengering handuk memiliki laju pengeringan rata rata dengan variasi kondisi awal perasan tangan 1,506 kguap air/jam dan perasan mesin cuci 1,560 kguap air/jam. 82

100 5.2 Saran a. Dilihat dari psychromatric chart udara sisa yang dibuang masih sangat tinggi dan masih mampu membawa uap air yang lebih banyak. Untuk penelitian berikutnya penulis menyarankan menambah kapasitas handuk yang dikeringkan menjadi 60 handuk, karena ada kemungkinan dengan kapasitas yang lebih banyak laju pengeringannya masih tetap sama. b. Memperbaiki desain bentuk dan bahan dari lemari pengering, agar lebih baik sirkulasi udaranya serta tidak terbuang panasnya. c. Penelitian ini berfokus pada laju pengeringan handuk belum memperhatikan banyaknya energi yang dibutuhkan dalam pengeringan handuk. Sehingga alangkah baiknya jika penelitian ini dilanjutkan berfokus pada hemat energi. Dengan cara mendapatkan kondisi awal yang seringan mungkin. 83

101 DAFTAR PUSTAKA Ahmadul Ameen, Saiful Bari, 2003, Investigation into the effectiveness of heat pump assisted clothes dryer for humid tropics, Energy Convertion and Management 45 (2004) , Anonim, 2009, Psychrometric chart, Anonim, 2015, Dehumidification Theory, Colombera, Giovanni, 2002, Heat-pump drying machine, European Patent Application, EP A2, 15 April Diego Driussi, 2013, Heat-pump drying mechine, United State Patent, Patent No. : US8,387,273 B2, 15 April Ferdinando Mancini, Silvia Minetto, Ezio Fornasieri, 2010, Thermodynamic analysis and experimental investigation of a CO2 household heat pump dryer, International Journal Of Refrigeration 34 (2011) , 15 April Hasan Syamsuri, Widodo Sapto, 2008, Sistem Refrigerasi dan Tata Udara, Jakarta: Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruhan, Hal Jones Tiffany, 1996, The Dehumidifier System, Moran Michael, 2004, Termodinamika Teknik, Jakarta: Erlangga, Hal Pillot, Sergio, 2013, Washer-dryer machine with a heat pump, European Patent Application, EP A1, 15 April Pita, Edward, G., 2002, Air Conditioning Principles and System, New York, Person Education, pp Purba Juni Edi, Dwiyandhini Wulan, 2013, HEAT EXCHANGER (Alat Penukar Panas), Sumanto, 1985, Dasar dasar mesin pendingin, Yogyakarta: ANDI OFFSET, Hal

102 LAMPIRAN A. Foto alat yang digunakan dalam penelitian. Gambar A.1 Mesin pengering handuk sistem terbuka Gambar A.2 Komponen siklus kompresi uap dalam mesin pengering 85

103 Gambar B.1 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke-0 B. Gambar grafik psychromatric chart dan P-h diagram untuk variasi perasan tangan 86

104 Gambar B.2 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke-15 87

105 Gambar B.3 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke-30 88

106 Gambar B.4 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke-45 89

107 Gambar B.5 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke-60 90

108 Gambar B.6 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke-75 91

109 Gambar B.7 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke-90 92

110 Gambar B.8 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke

111 Gambar B.9 P-h diagram variasi perasan tangan menit ke

112 Gambar B.10 P-h diagram variasi perasan tangan rata-rata 95

113 Gambar B.11 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke-0 96

114 Gambar B.12 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke-15 97

115 Gambar B.13 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke-30 98

116 Gambar B.14 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke-45 99

117 Gambar B.15 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke

118 Gambar B.16 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke

119 Gambar B.17 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke

120 Gambar B.18 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke

121 Gambar B.19 Psychrometric chart variasi perasan tangan menit ke

122 Gambar B.20 Psychrometric chart variasi perasan tangan rata-rata 105

123 Gambar C.1 P-h diagram variasi perasan mesin cuci menit ke-0 C. Gambar grafik psychromatric chart dan P-h diagram untuk variasi perasan mesin cuci. 106

124 Gambar C.2 P-h diagram variasi perasan mesin cuci menit ke

125 Gambar C.3 P-h diagram variasi perasan mesin cuci menit ke

126 Gambar C.4 P-h diagram variasi perasan mesin cuci rata-rata 109

127 Gambar C.5 Psychrometric chart variasi perasan mesin cuci menit ke-0 110

128 Gambar C.6 Psychrometric chart variasi perasan mesin cuci menit ke

129 Gambar C.7 Psychrometric chart variasi perasan mesin cuci menit ke

130 Gambar C.8 Psychrometric chart variasi perasan mesin cuci rata-rata 113