DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... x DAFTAR NOTASI... xi BAB I PENDAHULUAN... 1 1.1. Latar Belakang... 1 1.2. Rumusan Masalah... 2 1.3. Batasan Masalah... 3 1.4. Tujuan Penelitian... 3 1.4.1 Tujuan Umum... 3 1.4.2 Tujuan Khusus... 4 1.5. Manfaat Penelitian... 4 1.6. Metode Pengumpulan Data... 5 1.7. Sistematika Penulisan... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 6 2.1. Pengeringan... 6 2.2. Pengeringan Buatan... 7 2.2.1 Jenis-Jenis Pengeringan Buatan... 7 2.2.2 Proses pengeringan... 8 2.2.3 Faktor-faktor yang mempengaruhi pengeringan... 8
2.3. Pompa Kalor... 10 2.4. Siklus Kompresi Uap... 11 2.4.1. Proses Kompresi (1 2s)... 15 2.4.2. Proses Kondensasi (2 3)... 16 2.4.3. Proses Ekspansi (3 4)... 16 2.4.4. Proses Evaporasi (4 1)... 17 2.5. Pengeringan sistem pompa kalor... 17 2.6. Analisis Performansi Pengering Pompa Kalor... 21 2.6.1 Efisiensi Pengeringan (EP)... 21 2.6.2 Nilai Laju Ekstraksi uap Spesifik atau specific moisture extraction rate (SMER)... 21 2.6.3 Konsumsi energi Spesifik atau specific energy consumption (SEC)... 22 2.6.4 Laju pengeringan (Dry rate)... 23 2.6.5 Kinerja dari Pompa Kalor... 24 2.6.6 Total performance (TP)... 25 2.6.7 Faktor prestasi (PF)... 25 2.7. Periode Laju pengeringan... 26 2.8. Kadar air... 27 2.9. Moisture ratio (Ratio kelembaban)... 28 BAB III METODE PENELITIAN... 30 3.1. Bahan dan Peralatan... 30 3.1.1. Alat dan Bahan perancangan mesin pengering pakaian... 30 3.1.2. Bahan dan alat Dalam Melakukan Pengujian... 32 3.2. Data penelitian... 38
3.3. Prosedur Pengujian... 38 3.4. Diagram Alir Proses Penelitian... 40 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN... 41 4.1. Rancang Bangun Alat Pengering... 41 4.2. Hasil pengujian dari berbagai bahan Pakaian... 42 4.2.1. Pakaian dengan Bahan Cotton 100%... 42 4.2.2. Pakaian dengan Bahan 80% Polyester + 20% Elastone... 47 4.2.3. Pakaian dengan Bahan 50% Polyester + 50% Cotton... 51 4.2.4. Pakaian dengan Bahan Denim 100%... 55 4.3. Karakteristik Pengeringan... 59 4.4. Standar perawatan bahan pakaian sesuai label pada pakaian... 61 4.4.1. Pakaian dengan Bahan Cotton 100%... 61 4.4.2. Pakaian dengan Bahan 80% Polyester + 20% Elastone... 62 4.4.3. Pakaian dengan Bahan 50% Polyester + 50% Cotton... 62 4.4.4. Pakaian dengan Bahan Denim 100%... 63 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN... 64 5.1. Kesimpulan... 64 5.2. Saran... 64 DAFTAR PUSTAKA... 66 LAMPIRAN
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Refrigerator dan pompa kalor (Heat Pump)... 10 Gambar 2.2 Skema siklus refrigerasi kompresi uap... 12 Gambar 2.3 Siklus Kompresi Uap sederhana... 13 Gambar 2.4 Diagram T-s siklus standar... 14 Gambar 2.5 Diagram P-h Siklus ideal... 14 Gambar 2.6 Proses kompresi... 15 Gambar 2.7 Proses kondensasi... 16 Gambar 2.8 Proses evaporasi... 17 Gambar 2.9 Diagram pengering pakaian pompa kalor... 18 Gambar 2.10 Skema pengeringan... 19 Gambar 2.11 Siklus pengering dengan sistem pompa kalor... 20 Gambar 2.12 Grafik Hubungan Kadar Air Dengan Waktu... 27 Gambar 3.1 Desain Mesin pengering pakaian... 30 Gambar 3.2 Mesin pengering pakaian... 31 Gambar 3.3 Pakaian... 32 Gambar 3.4 Tabung Refrigeran 22... 33 Gambar 3.5 Aluminium S Type Load Cell... 33 Gambar 3.6 Rh Meter... 34 Gambar 3.7 Hot Wire Annemometer... 35 Gambar 3.8 Blower 3 inch... 36 Gambar 3.9 Laptop... 37 Gambar 3.10 Diagram alir proses pelaksanaan penelitian... 40 Gambar 4.1 Foto lemari pengering hasil rancang bangun... 41 Gambar 4.2 Foto lemari pengering hasil rancang bangun (lanjutan)... 42 Gambar 4.3 Pakaian dengan bahan cotton 100%... 43 Gambar 4.4 Grafik Penurunan berat pakaian berbahan Cotton 100%... 44 Gambar 4.5 Grafik karakteristik kelembaban udara pada lemari pengering Dengan pakaian berbahan Cotton 100%... 46 Gambar 4.6 Grafik karakteristik temperatur pada lemari pengering Dengan pakaian berbahan Cotton 100%... 46
Gambar 4.7 Pakaian dengan bahan 80% Polyester + 20% Elastone... 48 Gambar 4.8 Grafik Penurunan berat pakaian berbahan 80% Polyester + 20% Elastone... 48 Gambar 4.9 Grafik Karakteristik kelembaban udara pada lemari pengering Dengan pakaian berbahan 80% Polyester + 20% Elastone... 50 Gambar 4.10 Grafik Karakteristik temperatur pada lemari pengering Dengan pakaian berbahan 80% Polyester + 20% Elastone... 51 Gambar 4.11 Pakaian dengan bahan 50% Polyester + 50% Cotton... 52 Gambar 4.12 Grafik Penurunan berat pakaian berbahan 50% Polyester + 50% Cotton... 52 Gambar 4.13 Grafik Karakteristik kelembaban udara pada lemari pengering Dengan pakaian berbahan 50% Polyester + 50% Cotton... 54 Gambar 4.14 Grafik Karakteristik temperatur pada lemari pengering Dengan pakaian berbahan 50% Polyester + 50% Cotton... 55 Gambar 4.15 Pakaian dengan bahan Denim 100%... 56 Gambar 4.16 Grafik Penurunan berat pakaian berbahan Denim 100%... 57 Gambar 4.17 Grafik karakteristik kelembaban udara pada lemari pengering Dengan pakaian berbahan Denim 100%... 59 Gambar 4.18 Grafik karakteristik temperatur pada lemari pengering Dengan pakaian berbahan Denim 100%... 59 Gambar 4.19 Label perawatan pakaian berbahan cotton 100%... 61 Gambar 4.20 Label perawatan pakaian berbahan 80% Polyester + 20% Elastone... 62 Gambar 4.21 Label perawatan pakaian berbahan 50% Polyester + 50% Cotton... 62 Gambar 4.22 Label perawatan pakaian berbahan Denim 100%... 63
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Karakteristik Tipe AC-Split... 37 Tabel 4.1 Data Hasil pengujian pakaian dengan bahan 100 % Cotton... 43 Tabel 4.2 Data Hasil pengujian pakaian dengan bahan 80% Polyester + 20% Elastone... 47 Tabel 4.3 Data Hasil pengujian pakaian dengan bahan 50% Polyester + 50% Cotton... 51 Tabel 4.4 Data Hasil pengujian pakaian dengan bahan 100 % Cotton... 55 Tabel 4.5 Data Hasil perhitungan SMER dan SEC dari setiap bahan... 60
DAFTAR NOTASI Notasi Arti Satuan COP Coefficient of Performance Tanpa dimensi 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 QQ ee kalor yang di serap di evaporator kw qq ee 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 M o Kadar air awal bahan % 0 C
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
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Pengeringan adalah proses mengurangi kadar air dari objek yang dikeringkan. Pada awalnya proses pengeringan hanya ditujukan untuk mengawetkan makanan. Tetapi, saat ini proses pengeringan telah berkembang luas pada bidang-bidang lain seperti agroindustri, kimia, biokimia, farmasi, industri kertas, dan industri lainnya. Metode pengeringan juga semakin berkembang, tidak hanya sekedar mengurangi kadar air tetapi juga mengontrol proses pengeringan untuk mendapatkan kualitas produk pengeringan yang lebih baik. Selama beberapa dekade terakhir, penelitian telah banyak dilakukan untuk menjelaskan hal-hal yang berhubungan dengan proses pengeringan dan perubahan-perubahan yang terjadi selama proses pengeringan. Tujuan utamanya adalah untuk mendapatkan proses-proses pengeringan yang lebih efektif dan efisien. Diperkirakan sekitar 250 paten Amerika dan 80 patent Eropa yang berhubungan dengan proses pengeringan telah diterbitkan setiap tahunnya [1]. Di Indonesia, salah satu industri kecil dan menengah yang banyak menggunakan proses pengeringan adalah industri pencucian pakaian atau laundry. Saat ini jasa industry laundry banyak digunakan oleh masyarakat, hotel, rumah sakit, dan industri pakaian. Pada umumnya proses pengeringan pakaian yang dilakukan masyarakat adalah secara alami dengan memanfaatkan energi matahari. Meskipun murah metode pengeringan alami ini mempunyai kelamahan utama, yaitu prosesnya sangat lambat dan sangat tergantung alam. Karena sudah merupakan industri, proses pengeringan pada laundry ini tidak lagi menggunakan metode pengeringan alami. Mesin pengering untuk industri ini harus mempunyai ciri-ciri berikut: proses pengeringan cepat, tidak tergantung alam, dan mudah dioperasikan. Berdasarkan survey awal yang telah dilakukan untuk kota di kota Medan [2], semua industri laundry yang disurvey tidak ada lagi menggunakan pengeringan konvensional tetapi telah menggunakan mesin pengering buatan. Mesin pegering tersebut menggunakan udara panas sebagai medium pengering. Sementara, sumber energi utama yang digunakan pada mesin pengering buatan ini
antara lain minyak, bahan bakar gas, dan listrik. Survey ini juga menunjukkan bahwa bagian terbesar biaya operasional adalah energi untuk pengeringan ini. Dengan semakin meningkatnya harga minyak, bahan bakar gas dan listrik, maka industri laundry ini akan mengalami kesulitan dari sisi pengadaan energi. Sehingga perlu dicari sumber energi alternatif yang lebih murah untuk dapat digunakan. Pada kota-kota besar di Indonesia, demi kenyamanan umumnya digunakan siklus kompresi uap untuk melakukan pengkondisian udara. Pada siklus ini, panas akan diserap dari ruangan yang dikondisikan dan bersama energi input dari kompresor akan dibuang di kondensor. Temperatur pembuangan panas di kondensor ini masih relatif tinggi. Berdasarkan fakta ini, panas yang terbuang pada suhu yang relatif tinggi ini dapat digunakan sebagai pengganti sumber energi untuk pengeringan. Pemanfaatan energi terbuang dari kondensor ini yang menjadi latar belakang penelitian ini. Tujuan utama penelitian ini adalah melakukan analisa konsumsi energi spesifik pengeringan dengan memanfaatkan panas buang dari sistem pengkondisian udara. Komponen yang dimanfaatkan dari sistem pengkondisian udara tersebut adalah kondensornya. Maka mesin pengering ini biasanya disebut pompa kalor. Dengan melakukan analisa kebutuhan energi spesifik pengeringan akan didapatkan mesin pengering berdasarkan sistem pompa kalor yang dapat melakukan pengeringan dengan baik atau tidak kalah dari mesin pengering komersial yang ada di lapangan. Hasil yang diharapkan dari penelitian ini akan dapat digunakan sebagai inovasi pemanfaatan energi terbuang (heat recovery) yang pada akhirnya dapat meningkatkan efisiensi penggunaan energi. I.2 Rumusan Masalah Dalam penelitian ini terlebih dahulu dilakukan pembuatan model fisik unit mesin pengering pakaian dengan memanfaatkan gas buang kondensor sebagai sumber energi. Proses pengambilan panas dari kondensor diharuskan tidak akan mengganggu fungsi utama siklus kompresi uap. Pada temperatur berapa sebaiknya kondensor dioperasikan untuk menjaga laju pengeringan yang optimum, Kemudian karakteristik pengeringan dengan menggunakan sumber energi panas
buangan ini juga harus diteliti. Kemudian pakaian di dalam ruang pengering juga harus diteliti. I.3 Batasan masalah 1. Panas yang dihasilkan mesin pengering ini sepenuhnya dari gas buang kondensor dengan bantuan blower sebagai pengirim gas buang ke lemari pengering. 2. Menganalisa laju pengeringan pakaian, berapa lama waktu yang diperlukan dalam mengeringkan pakaian berbahan Polyester 50% + Cotton 50%, cotton 100%, denim 100%, dan Polyester 80% + Elastone 20%. 3. Menganalisa nilai laju ekstraksi uap spesifik pengeringan pakaian berbahan Polyester 50% + Cotton 50%, cotton 100%, denim 100%, dan Polyester 80% + Elastone 20%. 4. Menganalisa konsumsi energi spesifik mesin pengering pakaian Polyester 50% + Cotton 50%, cotton 100%, denim 100%, dan Polyester 80% + Elastone 20%. 1.4 Tujuan Penelitian Berdasarkan perumusan masalah yang telah disebutkan di atas maka dirancang sebuah penelitian melakukan analisa konsumsi energi spesifik pengeringan untuk menentukan performansi lemari pengering hasil rancangan. Sebagai sumber energi untuk pengeringan, akan digunakan sebuah sistem pengkondisian udara AC Split dengan daya kompresor 1 PK. 1.4.1 Tujuan Umum Tujuan umum penelitian ini adalah untuk mengetahui nilai konsumsi energi spesifik pengeringan dengan memanfaatkan panas buang dari sistem pengkondisian udara. Komponen yang dimanfaatkan dari sistem pengkondisian udara tersebut adalah kondensornya. Karena evaporatornya tetap menjalankan fungsinya untuk mendinginkan ruangan yang dikondisikan, maka mesin pengering ini biasanya disebut pompa kalor jenis hibrid. Dengan mengetahui nilai konsumsi energi spesifik pengeringan akan didapatkan mesin pengering
berdasarkan sistem pompa kalor yang dapat melakukan pengeringan dengan baik. Hasil yang diharapkan dari penelitian ini akan dapat digunakan sebagai inovasi pemanfaatan energi terbuang (heat recovery) yang pada akhirnya dapat meningkatkan efisiensi penggunaan energi. 1.4.2 Tujuan Khusus Tujuan khusus pada penelitian ini adalah : 1. Melakukan analisa konsumsi energi spesifik mesin pengering dengan memanfaatkan sisa panas dari kondensor AC split 1 PK. 2. Melakukan uji performansi pada mesin pengering yang sudah direncanakan dengan melakukan pengeringan langsung terhadap pakaian. Parameter performansi yang akan digunakan terhadap mesin pengering antara lain laju pengeringan, waktu pengeringan, penggunaan energi spesifik, dan laju ekstraksi spesifik. 3. Mendapatkan karakteristik pengeringan pakaian dengan menggunakan mesin pengering yang telah di analisa. I.5 Manfaat Penelitian. Manfaat yang didapat dari hasil penelitian ini adalah : 1. Sebagai pengembangan dalam bidang penghematan energi dari teknologi refrigerasi dan pengkondisian udara. 2. untuk menciptakan suatu alat mesin pengering yang ramah lingkungan dengan sistem kerja mesin pengering tidak dipengaruhi oleh musim. 3. Memanfaatkan panas buang yang dihasilkan kondensor untuk mengeringkan pakaian. 4. untuk meningkatkan efisiensi penggunaan energi dan juga pengurangan emisi Gas Rumah Kaca. 1.6 Metode Pengumpulan Data Metode pengumpulan data dalam karya tulis ini dilakukan dengan : 1. Studi literatur dari beberapa buku referensi dan catatan kuliah mengenai Perpindahan Panas.
2. Melakukan pengamatan dan pengambilan data secara langsung pada proses pengujian Mesin Pengering pada saat mesin beroperasi di lingkungan Laboratorium Fakultas Teknik Mesin USU. 3. Informasi dan masukan dari pembimbing maupun dengan pihak-pihak yang memahami materi tentang perancangan mesin pengeringan di lingkungan (USU). 1.7 Sistematika Penulisan Penulisan skripsi ini terbagi menjadi lima bab dengan sistematika sebagai berikut : BAB I PENDAHULUAN Berisi uraian tentang latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penilitian, manfaat penelitian, metode pengumpulan data serta sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA Berisi teori-teori yang menunjang penyelesaian masalah seperti dalam hubungannya dengan prinsip pengeringan, teori pompa kalor, performansi siklus kompresi uap, serta laju pengeringan pakaian. BAB III METODE PENELITIAN Berisi tentang alat dan bahan pembuatan dan pengujian, prosedur kerja alat, pengujian mesin pengering, deskripsi bentuk konstruksi mesin pengering, diagram alir proses pembuatan. BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN Bab ini berisi tentang data yang diperoleh selama pengujian dan analisa perhitungan mengenai karakteristik laju pengeringan sehingga selanjutnya dapat ditarik sebuah kesimpulan. BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab ini berisi tentang kesimpulan berdasarkan data hasil pengujian yang telah dianalisa dan saran-saran yang diberikan untuk menyempurnakan kinerja alat.