Proses pengeringan : Proses pengeringan diperoleh dengan cara penguapan air Dengan cara menurunkan RH dengan mengalirkan panas disekeliling bahan.

Transkripsi

1 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Teori Pengeringan Pengeringan adalah proses perpindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dasri permukaan bahan yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa panas ( Thaib ). Pengering Buatan Pengeringan dengan menggunakan alat pengering dimana, suhu, kelembaban udara, kecepatan udara, dan waktu dapat diatur dan diawasi. Keuntungan pengering buatan 1. Tidak tergantung cuaca 2. Kapasitas pengeringan dapat dipilih sesuai dengan yang diperlukan 3. Tidak memerlukan tempat yang luas 4. Kondisi pengeringan dapat dikontrol 5. Pekerjaan lebih mudah. Jenis jenis Pengering Buatan Berdasarkan panasnya : Pengering adiabatis : pengeringan dimana panas dibawa ke alat pengering oleh udara panas, fungsi udara panas untuk memberi panas dan membawa air. Pengeringan isotermik : bahan yang dikeringkan berhubungan langsung dengan alat/plat logam yang panas. Proses pengeringan : Proses pengeringan diperoleh dengan cara penguapan air Dengan cara menurunkan RH dengan mengalirkan panas disekeliling bahan.

2 Proses perpindahan panas : proses perpindahan panas dan terjadinya panas sensible dari medium pemanas ke bahan, dari permukaan bahan ke pusat bahan. Proses perpindahan massa : proses pengeringan atau penguapan, terjadi panas laten, dari permukaan bahan ke udara. Panas sensible : panas yang dibutuhkan / dilepaskan untuk menaikkan / menurunkan suhu suatu benda. Panas laten : panas yang diperlukan untuk mengubah wujud zat dari padat ke cair, cair ke gas, dan seterusnya tanpa mengubah suhu benda tersebut. Faktor faktor yang mempengaruhi pengeringan : Pada pengeringan selalu diinginkan kecepatan pengeringan yang maksimal. Oleh karena itu perlu dilakukan usaha usaha untuk mempercepat pindah panas dan pindah massa ( pindah massa dalam hgal ini adalah perpindahan air keluar dari bahan yang dikeringkan dalam proses pengeringan tersebut ). Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan pengeringan maksimum yaitu : - Luas permukaan - Suhu - Kecepatan udara - Kelembapan udara - Tekanan atm dan vakum - Waktu Dalam rancang mesin faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan pengeringan maksimun adalah : Suhu semakin besar perbedaan suhu ( antara medium pemanas dan bahan ) maka akan semakin cepat proses pindah panas berlangsung sehingga mengakibatkan proses penguapan semakin cepat pula. Atau semakin

3 tinggi suhu udara pengeringan maka akan semakin besar energi panas yang panas yang dibawa ke udara yang akan menyebabkan proses pindahan panas semakin cepat sehingga pindah massa akan berlangsung dengan cepat juga. Kelembaban Udara ( RH ) Semakin lembab udara di dalam ruang pengering dan sekitarnya maka akan semakin lama proses pengeringan berlangsung. Begitu juga sebaliknya. Karena udara kering dapat mengabsorbsi dan menahan uap air. Setiap bahan mempunyai keseimbangan kelembaban nisbi ( RH keseimbangan ) masing masing, yaitu kelembaban pada suhu tertentu dimana bahan tidak akan kehilangan air ( pindah ) ke atmosfir atau tidak akan mengambil uap air dari atmosfir. Jika RH udara < RH keseimbangan maka bahan masih dapat dikeringkan. Jika RH udara > dari bahan yang dikeringkan maka bahan akan menarik uap air dari udara. Waktu Semakin lama waktu ( batas tertentu ) pengeringan maka akan semakin cepat proses pengeringan selesai. Dalam pengeringan diterapkan konsep HTST ( High Temperature Short Time ), short time dapat menghemat biaya pengeringan Mesin Pengering Pakaian HASIL SURVEY MESIN PENGERING LAUNDRY 1. LAUNDRY CLICK Nama mesin pengerig yang di gunakan adalah SPEED QUEEN Kapasitas Mesin : arus listrik : 5900 W / 3.7 A / 50 H Load size : 10.5 kg Btu / hour :

4 Biaya listrik :± Rp / perhari. ( Ditambah gas 16 kg) Keterangan tentang mesin pengering SPEED QUEEN : (a) Mesin ini menggunakan aliran listrik dan gas (b) proses kerja di dalam mesin ini dengan cara berputar, dan baju di keringkan melalui panas api dari bawah mesin. Gambar 2.1 Mesin Pengering Speed Queen dengan penambahan LPG 2. LAUNDRY BULLE Alamat : Jl. Djamin Ginting No. 2 Medan Nama Mesin : ELEKTROLUX Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1600 W Load size : 5 kg Biaya listrik : ± Rp /bulan Keterangan mesin pengering ELEKTROLUX : (a) Mesin ini hanya menggunakan tenaga listrik. (b) Letak api mesin ini berada di bagian belakang (bukan dari bawah). Kelemahan mesin ini, tidak bisa mengeringkan baju jenis kulit karea bisa meleleh.

5 Saluran udara panas. Tempat penampungan debu yang terbawa oleh baju Gambar 2.2 Mesin Pengering Elektrolux 3. LAUNDRY FRESH O Alamat : Jl. Stela Raya No. 10 B Medan Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1800 W Load size : Tak Ditentukan Biaya listrik : ± Rp /bulan ( Ditambah gas 15 kg) Mesin pengering ini dirakit sendiri. a). Sumber panas b). Ruang Pengering Gambar 2.3 Mesin Pengering dan ruang pengering rakitan 4. NAIA LAUNDRY Nama Mesin : RAJA PENGERING Alamat : Jl.Djamin Ginting. Gg Kamboja No.

6 Padang Bulan. Medan Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1600 W Load size : 5 kg Biaya listrik : ± Rp /bulan Gambar 2. 4 Mesin pengering pakaian gas LPG type standart Dilengkapi : Fungsi : - 1 pc Remote Control : Jangkauan max 20 meter - 1 pc Thermostat :Untuk pengaman suhu mesin - 1 pc Timer Digital :Full digtal otomatis - Variable Speed Blower :Dapat disesuaikan kapasitas - 1 set slang + Regulator Harga Mesin : Rp Catatan : Daya menggunakan blower digital 50 watt, untuk mengeringkan pakaian sesuai kapasitas memerlukan waktu 90 ment, untuk gas LPG 3 kg nonstop 10 jam. Asumsi kapasitas minimum 40 kg dengan 7 kali proses. 5. TANIA LAUNDRY Mesin Pengering Laundry Gas LPG type TL 25 Kpasitas 5 25 Kg Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1600 W

7 Load size : 5 kg Biaya listrik : ± Rp /bulan ( Ditambah gas 15 kg) Alamat : Jl. Karya Bakti No. 103 Pandangan depan. Pandangan belakang. Gambar 2. 5 Mesin Pengering Laundry Gas Type TL 25 Catatan : Mesin pengering ini saat disuervey sudah rusak total akibat pemakain yang berlangsung terus menerus sehingga pipa pemanas terbakar Siklus Kompresi Uap Sistem kompresi uap merupakan dasar sistem refrigrasi yang terbanyak digunakan, dengan komponen utamanya adalah kompresor, evaporator, alat ekspansi ( Throttling Device ), dan kondensor. Keempat komponen tersebut melakukan proses yang salin berhubungan dan membentuk siklus refrigerasi kompresi uap.

8 Gambar 2.5 Siklus Kompresi Uap Pada diagram P h, siklus kompresi uap dapat digambarkan seperti pada gambar berikut : (P = kpa) (h = kj/kg) Gambar 2.6 Siklus Refrigerasi Kompresi Uap pada Diagram P h Proses yang terjadi pada siklus refrigerasi kompresi uap adalah sebagai berikut : 1. Proses Kompresi ( 1 2 ) Proses ini berlangsung di kompresor secara isentropik adiabatik. Kondisi awal refrigeran saat awal masuk di kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah di kompresi menjadi uap bertekanan tinggi. Oleh karena proses ini dianggap isentropik, maka temperatur keluar kompresor meningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigeran bisa dihitung dengan rumus :

9 Gambar 2.6 Proses Kompresi W k = Dimana : W k = daya kompresor (Watt) ṁ = laju aliran massa (kg/s) h 1 = enthalpi refrigeran saat masuk kompresor (kj/kg) h 2 = enthalpi refrigeran saat keluar kompresor (kj/kg) 2. Proses Kondensasi ( 2 3 ) Proses ini berlangsung di kondensor, refrigeran yang bertekanan dan temperatur yang tinggi keluar dari kompresor membuang kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di kondensor terjadi penukaran kalor antara refrigeran dengan udara, sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin dimana akhirnya refrigeran mengembun menjadi cair. Besarnya kalor per satuan massa refrgeran yang dilepaskan di kondensor dinyatakan dengan : Dimana : Gambar 2.6b Proses Kondensasi Q k = Q k = kalor yang dilepas kondensor (kj/kg) h 2 = enthalpi refrigeran saat masuk kondensor (kj/kg) h 3 = enthalpi refrigeran saat keluar kondensor (kj/kg)

10 3. Proses Ekspansi ( 3 4 ) Proses ini berlangsung secara isoentalpi, hal ini berarti tidak terjadi penambahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur. Proses penurunan tekanan terjadi pada katub ekspansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice yang berfungsi mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan. h 3 = h 4 Dimana : h 3 = enthalpi refrigeran saat keluar kondensor (kj/kg) h 4 = enthalpi masuk ke evaporator (kj/kg) 4. Proses Evaporasi ( 4 1 ) Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar isotermal. Refrigeran dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan / media yang diinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas bertekanan rendah. Besarnya kalor yang diserap evaporator adalah : Gambar 2.6c Proses Evaporasi Q e = Dimana : Q e = kalor yang diserap evaporator (kw) h 1 = enthalpi keluar evaporator (kj/kg) h 4 = enthalpi keluar evaporator (kj/kg) selanjutnya refrigeran kembali masuk ke kompresor dan bersirkulasi kembali, begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tecapai.

11 2.4. Komponen Utama Pompa Kalor Siklus Kompresi Uap Evaporator Pada diagaram P h dari siklus kompresi uap sederhana, evaporator mempunyai tugas merealisasikan garis 1 4. Setelah refrigeran turun dari kondensor melalui katup ekspansi masuk ke evaporator dan di uapkan, kemudian dikrim ke kompresor. Pada prinsipnya evaporator hampir sama dengan kondensor, yaitu sama sama APK yang fungsinya mengubah fasa refrigeran. Bedanya, jika pada kondensor refrigeran berubah dari uap menjadi cair, maka pada evaporator berubah dari cair menjadi uap. Berdasarkan model perpindahan panasnya, evaporator dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu : 1. Natural Convention Pada evaporator natural convention, fluida pendingin dibiarkan mengalir sendiri karena adanya perbedaan massa jenis, umumnya evaporator ditempatkan di tempat yang lebih tinggi. Fluida yang bersentuhan dengan evaporator akan turun suhunya dan massa jenisnya akan naik, sebagai akibatnya fluida ini akan turun dan mendesak fluida dibawahnya untuk bersirkulasi. Sistem ini hanya mampu pada refrigerasi dengan kapasitas kapasitas kecil seperti kulkas. 2. Forced convention Evaporator ini menggunakan blower untuk memaksa terjadinya aliran udara sehingga terjadi konveksi dengan laju perpindahan panas yang lebih baik. Evaporator natural convention dengan tipe plat dipilih sebagai evaporator untuk mesin pengering yang akan dirancang. Perhitungan rancangan adalah sebagai berikut : 1. Coefficient Of Performance ( COP ) Didefenisikan sebagai perbandingan panas yang diserap oleh evaporator dengan kerja yang diberikan kompresor.

12 COP =...(Dr. Eng. Himsar Ambarita, Hal. 6) 2. Untuk Sisi Refrigeran - Kecepatan massa refrigeran (G) G =...(J. P. Holman, Hal. 195) - Bilngan Prandtl (Pr) Pr =... (Dr. Ir. Raldi Artono Koestoer) Dimana : C p = panas spesifik R 22 µ = viskositas R 22 k = konduktivitas R 22 - Koefisien Perpindahan Kalor Sisi Refrigeran (h i )... (J. P. Holman) 3. Untuk Sisi Udara - Laju Massa udara...(incropera, Hal. 700) - Kecepatan Massa Udara G ud =...(Incropera, Hal. 700) - Bilangan Reynold Re =...(Incroper, Hal. 700) - Bilangan Stanton St =...(Incropera, Hal. 700) 4. Effisiensi Sirip

13 5. Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh... (Incropera, Hal. 703) U =... (Cengel A. Yunus, Hal. 675) 6. Perbedaan Rata rata Log (LMTD) ΔTm =... (Cengel A. Yunus, Hal. 681) 7. Luas perpindahan Kalor Menyeluruh A tot =...(Dr. Eng. Himsar Ambarita, Hal. 51) 8. Panjang Pipa Per Lintasan l =... (Dr. Eng. Himsar Ambarita) 2.5. Refrigeran Refrigeran adalah fluida kerja utama pada suatu siklus refrigerasi yang bertugas menyerap panas pada temperatur dan tekanan rendah dan membuang panas pada temperatur dan tekanan tinggi. Umumnya refrigerant mengalami perubahan fasa dalam satu siklus Pengelompokan Refrigeran Refrigeran dirancang untuk ditempatkan dalam siklus tertutup atau bercampur dengan udara luar. Tetapi, jika ada kebocoran kareana sesuatu hal yang tidak diinginkan, maka refrigeran akan keluar dari sistem dan bisa saja terhirup manusia. Untuk menghindari hal hal yang tidak diinginkan maka refrigeran harus dikategorikan aman dan tidak aman. Ada dua faktor yang digunakan untuk mengkategorikan refrigeran berdasarkan keamanan, yaitu bersifat racun ( toxicity ) dan bersifat mudah terbakar ( flammability ). Berdasarkan toxicity, refrigeran dapat dibagi atas dua kelas, yaitu kelas A bersifat tidak beracun pada konsentrasi yang ditetapkan dan kelas B jika bersifat

14 racun. Batas yang digunakan untuk mendefenisikan sifat racun atau tidak adalah sebagai berikut. Refrigeran dikategorikan tipe A jika pekerja tidak mengalami keracunan meskipun bekerja lebih dari 8 jam/hari ( 40 jam/minggu ) di lingkungan yang mengandung konsentrasi refrigeran yang sama atau kurang dari 400 ppm ( part per million by mass ). Sementara kategori B adalah sebaliknya. Berdasarkan flammability, refrigeran dibagi atas 3 kelas, yaitu kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Yang disebut kelas 1 jika tidak terbakar jika diuji pada tekanan 1 atm ( 101 kpa ) temperatur 18,3 o C. Kelas 2 jika menunjukkan keterbakaran yang rendah saat konsentrasinya lebih dari 0,1 kg/m 3 pada 1 atm 21,1 o C atau kalor pembakarannya kurang dari 19 MJ/kg sangat mudah terbakar. Refrigeran ini akan sangat mudah terbakar jika konsentrasinya kurang 0,1 kg/m 3 atau kalor pembakarannya lebih dari 19 MJ/kg. Berdasarkan defenisi ini, sesuai standard , refrigeran diklasifikasikan menjadi 6, yaitu : 1. A2 : Sifat racun rendah dan tidak terbakar 2. A2 : sifat racun rendah dan sifat terbakar rendah 3. A3 : sifat racun rendah dan mudah terbakar 4. B1 : sifat racun lebih tinggi dan tidak mudah terbakar 5. B2 : sifat racun lebih tinggi dan sifat terbakar rendah 6. B3 : sifat racun lebih tinggi dan mudah terbakar Tabel 2.3 Pembagian Refrigeran Berdasarkan Keamanan Refrigerant Safety Group Number Chemical Formula Old New 10 CCl 4 2 B1 11 CCl 3 F 1 A1 12 CCl 2 F 2 1 A1 13 CClF 3 1 A1 13B1 CBrF 3 1 A1 14 CF 4 1 A1 21 CHCl 2 F 2 B1 22 CHClF 2 1 A1 23 CHF 3 A1 30 CH 2 Cl 2 2 B2

15 32 CH 2 F 2 A2 40 CH 3 Cl 2 B2 50 CH 4 3a A3 113 CCl 2 FCClF 2 1 A1 114 CClF 2 CClF 2 1 A1 115 CClF 2 CF 3 1 A1 116 CF 3 CF 3 A1 123 CHCl 2 CF 3 B1 124 CHClCF 3 A1 125 CHF 2 CH 3 A1 134a CF 3 CH 2 F A1 142b CCF 2 CH 3 3b A2 143a CF 3 CH 3 A2 152a CHF 2 CH 3 3b A2 170 CH 3 CH 3 3a A3 218 CF 3 CF 2 CF 3 A1 290 CH 3 CH 2 CH 3 3a A3 C318 C 4 F 8 1 A1 400 R-12/114 (must be spesified) 1 A1/A1 500 R-12/152a (73.8/26.2) 1 A1 501 R-22/12 (75.0/25.0) 1 A1 502 R-22/115 (48,8/51.2) 1 A1 507A R-125/143a (50/50) A1 508A R-23/116 (39/61) A1 508B R-23/116 (46/54) A1/A1 509A R-22/218 (44/56) A1 600 CH 3 CH 2 CH 2 CH 3 3a A3 600a CH(CH 3 ) 3 3a A3 611 HCOOCH 3 2 B2 702 H 2 A3 704 He A1 717 NH 3 2 B2 718 H 2 O A1 720 Ne A1 728 N 2 A1 740 Ar A1 744 CO 2 1 A1 764 SO 2 2 B CHCl=CH 2 B CH 2 =CH 2 3a A CH 3 CH=CH 2 3a A3

16 Persyaratan Refrigeran Beberapa persyaratan dari penggunaan refrigeran adalah sebagai berikut : 1. Tekanan Evaporasi dan Tekanan Kondensasi Tekanan evaporasi refrigeran sebaiknya lebih tinggi dari atmosfir. Hal ini menjaga agar udara luar tidak masuk ke siklus jika terjadi kebocoran minor. Tekanan kondensasi refrigeran sebaiknya tidak terlalu tinggi. Tekanan yang tinggi pada kondensor akan membuat kompresor lebih tinggi dan kondensor harus dirancang tahan pada tekanan tinggi, hal ini akan menambah biaya. 2. Sifat Ketercampuran Dengan Pelumas Refrigran yang baik jika dapat bercampur dengan oli dan membantu melumasi kompresor. Oli sebaiknya kembali ke kompresor dari kondensor, evaporator, dan part lainnya. Refrigeran yang tidak baik justru melemahkan sifat pelumas dan membentuk semacam lapisan kerak yang melemahkan laju perpindahan panas. Sifat seperti ini harus dihindari. 3. Tidak Mudah Bereaksi ( inertness ) Refrigeran yang bersifat inert tidak bereaksi dengan material lainnya untuk menghindari korosi, erosi, dan kerusakan lainnya. 4. Mudah Dideteksi Kebocorannya ( Leakage Detection ) Kebocoran refrigeran sebaiknya mudah dideteksi, jika tidak maka akan mengurangi performasinya, umumnya refrigeran tidak berwarna ( colorless ) dan tidak berbau ( adorless ). Metode deteksi kebocoran refrigeran : a. Halide torch, jika udara mengalir diatas permukaan tembaga yang dipanasi dengan api methyl alkohol, uap dari refrigeran akan berkomposisi dan mengubah warna api. Lidah api akan berubah menjadi hijau pada kebocoran kecil, dan mengecil, dan kemerahan pada kebocoran besar.

17 b. Electronic detector, caranya dengan melepaskan arus pada inonisasi refrigeran yang telah terdekomposisi. Tetapi tidak dapat digunakan jika udara mengandung zat yang mudah terbakar. c. Bubble method, campuran sabun yang mudah menggelembung dioleskan pada bagian yang diduga bocor. Jika terjadi gelembung berarti terjadi kebocoran. d. ODP, singkatan dari Ozon Depletion Potential, potensi penipisan lapisan ozon. Faktor yang dijadikan pembanding adalah kemampuan CFC 11 ( R -11 ) merusak lapisan ozon. Jika suatu refrigeran X mempunyai 6 ODP, artinya refrigeran itu mempunyai kemampuan 6 kali R 11 dalam merusak ozon. Tabel 2.2 Nilai ODP beberapa Refrigeran Refrigeran Chemical formula ODP Value CFC 11 CCl 3 F 1,0 CFC 12 CCl 2 F 3 1,0 CFC 13B1 CB r F 3 10 CFC 113 CCl 2 FCCIF 2 0,8 CFC 114 CClCCIF 1,0 CFC 115 CClF 2 CF 3 1,0 CFC/HFC 500 CFC 12 (73,8%HFC - 152a (26,2%) 0,74 CFC/HFC 502 HCFC 22 (48,8%)/CFC (51,2%) 0,33 HCFC 22 CHClF 2 0,05 HCFC 123 CHCl 2 CF 3 0,02 HCFC 124 CHClFCF 0,02 HCFC 124b CH 3 CClF 2 0,06 HFC 125 CHF 2 CF 3 0 HFC 134a CF 3 CH 2 F 0 HFC 152a CH 3 CHF 2 0 Sumber, ASHRAE INC., (2008). ASHRAE HANDBOOK HVAC System and equipment. SI Edition. Atlanta e. GWP adalah Global Warming Potential. Ada dua jenis angka ( indeks ) yang biasa digunakan untuk menyatakan potensi peningkatan suhu bumi. Pertama HGWP ( Halocarbon Global Warming Potential ) yaitu

18 perbandingan potensi pemanasan global suatu refrigerant dibandingkan dengan R 11. GWP yang menggunakan CO 2 sebagai acuan. Sebagai contoh perhitungan 1 lb R 22 mempunyai efek pemanasan global yang sama dengan 4100 lb gas CO 2 pada 20 tahun pertama dilepas ke atmosfer. Dan turun menjadi 1500 lb CO 2 setelah 100 tahun.