RANCANG BANGUN ALAT PENGERING PAKAIAN SISTEM HIBRIDA DENGAN KAPASITAS RUANG PENGERING SATU METER KUBIK

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN ALAT PENGERING PAKAIAN SISTEM HIBRIDA DENGAN KAPASITAS RUANG PENGERING SATU METER KUBIK SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik IMMANUEL SP MARBUN NIM : PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

2

3

4 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat karunia-nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Adapun judul dari skripsi ini yaitu, RANCANG BANGUN ALAT PENGERING PAKAIAN SISTEM HIBRIDA DENGAN KAPASITAS RUANG PENGERING SATU METER KUBIK. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada jenjang pendidikan sarjana (S1) menurut kurikulum Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan baik berupa dukungan, perhatian, bimbingan, nasihat, dan juga doa. Penulis juga menyadari bahwa skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Kedua orang tua tercinta (Ayahanda Alm. M. Marbun dan Ibunda T. br Purba) serta kakak, abang serta kakak dan abang ipar yang telah memberi doa, semangat, dorongan moral serta materi kepada penulis. 2. Bapak Ir. A. Halim Nasution M.Sc dan Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT. selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis. 3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT sebagai dosen pembanding 1 4. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. 5. Ibu S. Farah Dina sebagai pembimbing lapangan yang telah banyak memberikan masukan, arahan dan juga motivasi sehingga penulis dapat tetap semangat dalam menyelesaikan skripsi ini. 6. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik.

5 7. Rekan-rekan 1 tim skripsi, Haris Rusandi, Imam Syahputra dan Yudha Novriansyah yang telah meluangkan waktunya bersama untuk berdiskusi bertukar pikiran juga memberikan kritik dan saran terhadap penulis. 8. Teman-teman saya Chairil Anwar, Daniel Nababan, M. Siddiq Munazar, yang banyak membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 9. Ucapan terima-kasih juga kepada seluruh teman-teman mahasiswa Teknik Mesin Ekstensi 2012 yang tidak bisa disebutkan satu-persatu, para abang alumni dan semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis. 10. Teman-teman satu pelayanan saya Franz Harahap, Elisa Maria, Fetricya Naomi, Fernando Jimmy, dan yang lainnya yang tidak bisa disebutkan satu-persatu. Dalam menyelesaikan tugas ini penulis telah mencoba semaksimal mungkin guna menyusun skripsi ini. Penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata, Penulis mengharapkan semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca. Medan, Agustus 2015 Penulis, Immanuel SP Marbun

6 ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui nilai konsumsi energi spesifik pengeringan mesin pengering yang ramah lingkungan dengan memanfaatkan panas buang dari sistem pengkondisian udara dengan daya 1 Pk. Komponen yang dimanfaatkan dari sistem pengkondisian udara adalah kondensor. Manfaat penelitian ini adalah untuk menciptakan suatu alat mesin pengering yang ramah lingkungan dengan sistem kerja mesin pengering tidak dipengaruhi oleh musim, contohnya musim hujan yang sering terjadi saat ini. Dan manfaat lain dari penelitian ini adalah pengembangan dalam bidang penghematan energi dari teknologi refrigerasi dan pengkondisian udara, dan pengurangan emisi Gas Rumah Kaca. Kesimpulan dari analisa ini diperoleh dari nilai laju pengeringan pada mesin pengering pakaian dengan waktu bervariasi yaitu menit adalah 0,684-0,8676 kg/jam. Nilai laju ekstraksi uap spesifik (Spesific Moisture Extraction Rate) untuk pengeringan masing-masing bahan adalah 0,4640 kg/kwh 0,5886kg/kWh dan besarnya konsumsi energi spesifik (Spesific Energy Consumption) berkisar antara 1,70 kwh 2,1551 kwh/kg untuk pengeringan yang dilakukan masing - masing jenis bahan pakaian. Kata kunci : Laju pengeringan, Nilai laju ekstraksi uap spesifik, Konsumsi Energi Spesifik

7 ABSTRACT This study was made in order to analyze the drying specific energy consumption value from the eco-friendly dryer using air conditioner with 1 HP. Part which be used from the air conditioner is Condenser. The advantage of this study are to make a eco-friendly dryer with a system that hasnot effect by season, for example like rainy season. And other advantage of this study are developing in sustainable energy of refrigeration technology and reducing greenhouse gas emissions. The conclution from this study with drying rate by minutes is 0,604kg/h 0,8676 kg/h. Specific Moisture Extraction Rate of each drying are 0,4640kg/kWh 0,5886 kg/kwh and Specific Energy Consumption are 1,70 kwh/kg 2,1551 kwh/kg. Keyword: Drying Rate, Spesific Moisture Extraction Rate, Specific Energy Consumption

8 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... ix DAFTAR TABEL... xiii DAFTAR NOTASI... xiv BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Penelitian Batasan Masalah Keutamaan Penelitian Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Pengeringan Mekanisme Perpindahan Panas Perpindahan Panas Konduksi Konduksi Pada Silinder Perpindahan Panas Konveksi Perpindahan Panas Radiasi Siklus Kompresi Uap Jenis-Jenis Pengeringan... 17

9 2.5. Pengering Sistem Pompa Kalor Analisis Performansi Pengering Pompa Kalor Efisiensi Pengeringan (EP) Nilai Laju Ekstraksi uap Spesifik atau specific moisture extraction rate (SMER) Konsumsi energi Spesifik atau specific energy consumption (SEC) Laju pengeringan (Dry rate) Kinerja dari Pompa Kalor Total performance (TP) Faktor prestasi (PF) Periode Laju pengeringan Kadar air Moisture ratio (Ratio kelembaban) Perhitungan Analisis Titik Impas (Break Even Point) BAB III METODOLOGI PENELITIAN Waktu dan Penelitian Metode Desain Perancangan Alat dan Pemilihan Bahan Kaki Penyangga Alat Pengering Perancangan Ruang Pengering Perancangan Isolasi Pemilihan Bahan yang Digunakan untuk Merancang Alat Pengering... 30

10 3.4. Alat Dan Bahan Pengujian yang Digunakan Peralatan Pengujian Bahan Pengujian Diagram Alir Proses Penelitian BAB IV RANCANG BANGUN DAN HASIL DATA Rancang Bangun Alat Pengering Penyangga Alat Pengering Lemari Pengering Proses Pembuatan Proses Pemotongan Proses Penyambungan Proses Pemasangan Proses Finishing Analisa Perpindahan Panas pada Alat Pengering Hasil Pengujian Dari Berbagai Variasi Beban Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban I (saluran udara masuk melalui pipa bagian bawah) Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban I (saluran udara masuk melalui pipa bagian atas) Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban II (saluran udara masuk melalui pipa bagian bawah) Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban II (saluran udara masuk melalui pipa bagian atas) Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban III (saluran udara masuk melalui pipa bagian bawah)... 74

11 4.4.6 Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban III (saluran udara masuk melalui pipa bagian atas) Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban IV (saluran udara masuk melalui pipa bagian bawah) Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban IV (saluran udara masuk melalui pipa bagian atas) Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban V (saluran udara masuk melalui pipa bagian bawah) Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban V (saluran udara masuk melalui pipa bagian atas) Karakteristik Pengeringan Analisis Biaya Analisis Titik Impas (Break Even Point) BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Perpindahan Panas Konduksi Gambar 2.2 Konduksi Berlapis Gambar 2.3 Analogi Tahanan Termal Konduksi Gambar 2.4 Konduksi Pada Silinder Gambar 2.5 Analogi Tahan Termal Pada Silinder Gambar 2.6 Perpindahan Panas Konveksi Gambar 2.7 Konveksi Paksa Gambar 2.8 Perpindahan Panas Radiasi Gambar 2.9 Gabungan Konduksi, Konveksi, dan Radiasi Gambar 2.10 Siklus Kompresi Uap Sederhana Gambar 2.11 Diagram T-s dan P-h Siklus Kompresi Uap Sederhana Gambar 2.12 Pengering Menggunakan Sistem Pompa Kalor Gambar 2.13 Siklus Pengering Dengan Sistem Pompa Kalor Gambar 2.14 Grafik Hubungan Kadar Air Dengan Waktu Gambar 3.1 Pelat Besi Gambar 3.2 Besi Siku Gambar 3.3 Aluminium Foil Gambar 3.4 Roda Gambar 3.5 Rockwool Gambar 3.6 Laptop Gambar 3.7 Weight Display dan Loadcell Gambar 3.8 RH Meter Gambar 3.9 Hot Wire Annemometer Gambar 3.10 Blower 3 inch Gambar 3.11 Jenis Kain Berbahan Katun/Cotton Gambar 3.12 Jenis Kain Katun Kombed Gambar 3.13 Jenis Kain Berbahan Linen Gambar 3.14 Jenis Kain Berbahan Wool Gambar 3.15 Jenis Kain Berbahan Denim... 41

13 Gambar 3.16 Diagram Alir Proses Pelaksanaan Penelitian Gambar 4.1 Alat Pengering Gambar 4.2 Rangka Penyangga Alat Pengering Gambar 4.3 Lemari Pengering Gambar 4.4 Siklus P-h dan Siklus T-s Gambar 4.5 Pengujian dengan Variasi Beban I Saluran Bawah Gambar 4.6 Grafik Penurunan Berat Pakaian dengan Pengujian dengan Variasi Beban I Saluran Bawah Gambar 4.7 Grafik karakteristik kelembaban udara pada lemari pengering pada Pengujian dengan Variasi Beban I Saluran Bawah Gambar 4.8 Pengujian dengan Variasi Beban I Saluran Atas Gambar 4.9 Grafik Penurunan Berat Pakaian dengan Pengujian dengan Variasi Beban I Saluran Atas Gambar 4.10 Grafik karakteristik kelembaban udara pada lemari pengering pada Pengujian dengan Variasi Beban I Saluran Atas Gambar 4.11 Pengujian dengan Variasi Beban II Saluran Bawah Gambar 4.12 Grafik Penurunan Berat Pakaian Untuk Pengujian Dengan Variasi Beban II Saluran Bawah Gambar 4.13 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban II Saluran Bawah Gambar 4.14 Pengujian dengan Variasi Beban II Saluran Atas Gambar 4.15 Grafik Penurunan Berat Pakaian Untuk Pengujian Dengan Variasi Beban II Saluran Atas Gambar 4.16 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban II Saluran Atas Gambar 4.17 Pengujian dengan Variasi Beban III Saluran Bawah Gambar 4.18 Grafik Penurunan Berat Pakaian Untuk Pengujian Dengan Variasi Beban III Saluran Bawah Gambar 4.19 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban III Saluran Bawah Gambar 4.20 Pengujian dengan Variasi Beban III Saluran Atas... 83

14 Gambar 4.21 Grafik Penurunan Berat Pakaian Untuk Pengujian Dengan Variasi Beban III Saluran Atas Gambar 4.22 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban III Saluran Atas Gambar 4.23 Pengujian dengan Variasi Beban IV Saluran Bawah Gambar 4.24 Grafik Penurunan Berat Pakaian Untuk Pengujian Dengan Variasi Beban IV Saluran Bawah Gambar 4.25 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban IV Saluran Bawah Gambar 4.26 Pengujian dengan Variasi Beban IV Saluran Atas Gambar 4.27 Grafik Penurunan Berat Pakaian Untuk Pengujian Dengan Variasi Beban IV Saluran Atas Gambar 4.28 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban IV Saluran Atas Gambar 4.29 Pengujian dengan Variasi Beban V Saluran Bawah Gambar 4.30 Grafik Penurunan Berat Pakaian untuk Pengujian dengan Variasi Beban V Saluran Bawah Gambar 4.31 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban V Saluran Bawah Gambar 4.32 Pengujian dengan Variasi Beban V Saluran Atas Gambar 4.33 Grafik Penurunan Berat Pakaian untuk Pengujian dengan Variasi Beban V Saluran Atas Gambar 4.34 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban V Saluran Atas Gambar 4.35 Grafik Karakteristik Massa Terhadap Waktu Gambar 4.36 Grafik Penurunan Berat Pakaian untuk Pengujian dengan Variasi Beban I Gambar 4.37 Grafik Penurunan Berat Pakaian untuk Pengujian dengan Variasi Beban II Gambar 4.38 Grafik penurunan berat pakaian untuk pengujian dengan variasi beban III

15 Gambar 4.39 Grafik Penurunan Berat Pakaian untuk Pengujian dengan Variasi Beban IV Gambar 4.40 Grafik Penurunan Berat Pakaian untuk Pengujian dengan Variasi Beban V Gambar 4.41 Grafik Karakteristik temperatur udara pengering terhadap massa air Gambar 4.42 Grafik Karakteristik massa air terhadap waktu pengeringan Gambar 4.43 Grafik Break Even Point

16 DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Karakteristik Tipe AC-Split Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Dengan Variasi Beban I (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Bawah) Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Dengan Variasi Beban I (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Atas) Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Pakaian Dengan Variasi Beban II (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Bawah) Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Pakaian Dengan Variasi Beban II (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Atas) Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Pakaian Dengan Variasi Beban III (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Bawah) Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Pakaian Dengan Variasi Beban III (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Atas) Tabel 4.7 Data Hasil Pengujian Dengan Variasi Beban IV (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Bawah) Tabel 4.8 Data Hasil Pengujian Dengan Variasi Beban IV (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Atas) Tabel 4.9 Data Hasil Pengujian Dengan Variasi Beban V (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Bawah) Tabel 4.10 Data Hasil Pengujian Dengan Variasi Beban V (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Atas) Tabel 4.11 Data hasil perhitungan SMER dan SEC dari setiap pengujian Tabel 4.12 Biaya Pembelian Bahan Teknik Tabel 4.13 Total Biaya Pembuatan Alat Pengering Pakaian

17 DAFTAR NOTASI Notasi Arti Satuan COP Coefficient of Performance - H Enthalpy kj/kg h 1 Enthalpi refrigeran masuk kompressor kj/kg h 2 Enthalpi refrigeran keluar kompressor kj/kg h 3 Entalpi refrigeran saat keluar kondensor kj/kg h 4 Entalpi masuk ke evaporator kj/kg W c Daya listrik compressor kw V Tegangan listrik Volt I kuat arus listrik Ampere ṁ laju aliran refrigeran pada sistem kg/s Q kalor yang di serap di evaporator kw q efek pendinginan (efek refrigerasi) kj/kg FP Faktor prestasi - TP Total prestasi - Qk Kalor yang dilepaskan oleh Kondensor kw Laju Pengeringan kg/jam T Temperatur W o Berat Basah Gram W f Berat kering Gram T Waktu Pengeringan Menit Ka bb Kadar air basis basah % Ka bk Kadar air basis kering % Wa Berat air dalam bahan Gram Wk Berat kering mutlak bahan Gram Wt Berat total Gram MR Moisture ratio (rasio kelembaban) % M t Kadar air pada selama pengeringan Menit 0 C

18 M o Kadar air awal bahan % M e Kadar air setelah berat bahan konstan % R Refrigeran - SMER specific moisture extraction rate kg/kwh SEC specific energy consumption kwh kg V Kecepatan udara m/s W c Daya kompresor kw W b Daya blower kw M udara laju aliran massa udara Kg/s Η Efisiensi pengeringan % Q p energi yang digunakan untuk pengeringan kj Q energi untuk memanaskan udara pengering kj C p Panas Jenis udara kj/kg