4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 PENDAHULUAN Pengeringan (drying) adalah pemisahan sejumlah air dari suatu benda atau objek yang didalamnya terdapat kandungan air, sehingga benda atau objek tersebut kandungan airnya mengurang bahkan menghilang, sampai suatu nilai terendah yang dapat diterima atau dinyatakan kering. Pada saat suatu bahan dikeringkan terjadi dua proses secara bersamaan Perpindahan panas dari lingkungan untuk menguapkan air pada permukaan bahan dan perpindahan massa (air) di dalam bahan akibat penguapan pada proses pertama ( mujumandar, 1995 ). Air berada dipermukaan dan yang pertama kali mengalami penguapan. Bila air permukaan telah habis, maka terjadi migrasi air dan uap dari bagian dalam bahan secara defusi. Migrasi air dan uap terjadi karena terjadi perbedaan konsentrasi atau tekanan uap pada bagian dalam dan bagian luar bahan. 2.2 KLASIFIKASI PENGERING Ada pengering yang beroperasi secara kontinyu (bersinambung) dan batch. Untuk mengurangi suhu pengeringan, beberapa pengering beroperasi dalam vakum. Beberapa pengering dapat menangani segala jenis bahan, tetapi ada pula yang terbatas dalam hal bahan yang ditanganinya. Pembagian jenis pengeringan (dryer) : 1. Pengeringan (dryer) dimana zat yang dikeringkan bersentuhan langsung dengan gas panas (biasanya udara) disebut pengeringan adiabatik (adiabatic dryer) atau pengeringan langsung (direct dryer). 2. Pengeringan (dryer) dimana kalor berpindah dari zat
5 3. ke medium luar, misalnya uap yang terkondensasi, biasanya melalui permukaan logam yang bersentuhan disebut pengering non adiabatik (non adiabatic dryer) atau pengering tak langsung (indirect dryer). 2.3 PRINSIP-PRINSIP PENGERINGAN Banyaknya ragam bahan yang dikeringkan di dalam mesin pengering dan banyaknya macam peralatan yang digunakan, maka tidak ada satu teori yang baku mengenai pengeringan yang dapat meliputi semua jenis bahan dan peralatan yang ada.variasi bentuk dan ukuran bahan, keseimbangan kebasahannya mekanisme aliran bahan pembasah itu, serta metode pemberian kalor yang diperlukan untuk penguapan pada pakaian. Prinsip prinsip yang perlu diperhatikan dalam pembuatan alat pengering antara lain : 1. Pola suhu di dalam pengering 2. Perpindahan kalor di dalam pengering 3. Perhitungan beban kalor 4. Satuan perpindahan kalor 2.4 PARAMETER PENGERINGAN Untuk proses dalam menghilangkan kadar air ada beberapa yang harus dipahami, antara lain tekanan udara, kelembaban udara, suhu udara, kecepatan aliran suhu panas, dan dimensi permukaan (Mujumandar, 1995). 1. Tekanan Udara Semakin kecil tekanan udara maka semakin besar kemampuan udara untuk mengangkut kadar air yang ada dibahan yang akan dikeringkan selama proses pengeringan, karena dengan semakin kecilnya tekanan berarti kerapatan udara makin berkurang sehingga uap air dapat lebih banyak tertampung dan disingkirkan dari bahan kain yang keringkan. Sebaliknya jika tekanan udara semakin besar maka udara disekitar pengeringan akan lembab, sehingga
6 kemampuan menampung uap air terbatas dan menghambat proses atau laju pengeringan (Setiawan, 2012). 2. Kelembaban Udara Kelembaban didefinisikan sejumlah kandungan air diudara, udara dikatakan mempunyai kelembaban yang tinggi apa bila uap air yang dikandunganya tinggi, begitu juga sebaliknya. Udara terdiri dari berbagai macam komponen antara lain udara kering, uap air, polutan, debu dan partikel lainnya (Setiawan, 2012). Alat yang digunakan untuk mengetahui tingkat kelembaban biasanya menggunakan hygrometer atau menggunakan thermometer bola basah dan thermometer bola kering. Prinsip kerja hygrometer yaitu dengan menggunakan 2 buah thermometer. Thermometer pertama digunakan untuk mengukur suhu udara kering dan thermometer ke dua untuk mengukur suhu udara basah. a b Gambar 2.1 a.hygrometer dan b.thermometer bola basah dan bola kering
7 3. Udara Suhu udara pengering berpengaruh terhadap lama pengeringan dan kualitas hasil dari pengeringan. Makin tinggi suhu udara pengering maka proses pengeringan makin cepat. Selain mendapatkan kualitas yang baik dan waktu yang singkat, biaya pengeringan pun dapat ditekan pada kapasitas yang besar dan biaya penggunaan listrik yang tidak terlau tinggi. Selama suhu tersebut tidak sampai merusak bahan. Agar bahan yang dikeringkan tidak rusak, maka suhu udara tersebut harus diatur, denga cara memasang sensor thermostat pada mesin. 4. Kecepatan Aliran Suhu Panas Aliran udara pada proses pengeringan memiliki fungsi membawa udara panas untuk menguapkan kadar air pakaian serta mengeluarkan uap air hasil penguapan tersebut. Uap air hasil dari pengeringan harus segera di kelurakan agar tidak membuat jenuh udara pada ruangan, yang dapat mengganggu proses pengeringan. Semakin besar debit aliran udara semakin besar kemampuannya menguapkan kadar air dipakaian. 5. Dimensi Permukaan Yang dimaksud dimensi disini adalah bahan yang akan dikeringkan, makin tebal bahan yang akan dikeringkan maka lebih lama pula proses pengeringannya. Seperti celana jens dan celana kerja bahan, tingkat ketebalan kain sangat berbeda, saat proses pengeringan setelah dicuci celana kerja bahan lebih cepat dalam proses pengeringannya. 2.5 DAYA Faktor waktu tidak tergantung dalam definisi usaha. Jumlah dilakukan untuk mengangkat suatu beban yang tertentu beratnya sampai tinggi tertentu pula akan sama, apakah dilakukan dalam 1 detik, 1jam, ataupun 1 tahun. Tetapi biasanya diperlukan data cepatnya (rate) usaha itu dilakukan, disamping jumlah totalnya. Cepatnya usaha yang dilakukan per satuan waktu disebut daya (power) (Gee, 1982).
8 Bila usaha sejumlah dilakukan dalam selang waktu, daya rata-rata didefinisikan sebagai : Daya rata-rata = P = ( 2.1 ) Dimana : W : usaha yang dilakukan ( j ) t : waktu ( s ) 2.6 KOEFESIEN PERPINDAHAN KALOR Dalam perhitungan pengering berlaku persamaan dasar perpindahan kalor seperti : q T = U A T ( 2.2 ) dimana: U = koefisien perpindahan kalor overall A = luas perpindahan kalor ( m 2 ) T = beda temperaur rata-rata ( s ) Luas perpindahan kalor A dan diketahui dan kapasitas pengering dapat diperkirakan dari nilai U menurut perhitungan ataupun pengukuran, tetapi sering terdapat suatu tidakpastian yang tidak dapat diabaikan karena luas nyata perpindahan kalor. Fraksi perpindahan panas yang berada dalam kontak dengan zat padat di dalam pengering umpamanya sudah diperkirakan; luas total permukaan zat padat yang terkena pada, permukaan panas atau gas panas sulit diperkirakan (Koestoer, 1984).
9 2.7 SISTEMATIKA PERPINDAHAN PANAS Perpindahan panas merupakan ilmu untuk menghitung perpindahan energi dalam bentuk panas yang terjadi karena adanya perbedaan suhu di antara benda atau material. Dalam proses perpindahan energi tersebut tentu ada kecepatan perpindahan panas yang terjadi, atau yang lebih dikenal dengan laju perpindahan panas. Maka ilmu perpindahan panas juga merupakan ilmu untuk menghitung laju perpindahan panas yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Ada tiga bentuk mekanisme perpindahan panas yang diketahui, yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi (Prijono, 1986). 2.7.1 Konduksi Konduksi ialah pemindahan panas yang dihasilkan dari kontak langsung antara permukaan-permukaan benda. Konduksi terjadi hanya dengan menyentuh atau menghubungkan permukaan-permukaan yang mengandung panas. Setiap benda mempunyai konduktivitas termal (kemampuan mengalirkan panas) tertentu yang akan mempengaruhi panas yang dihantarkan dari sisi yang panas ke sisi yang lebih dingin. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal suatu benda, semakin cepat ia mengalirkan panas yang diterima dari satu sisi ke sisi yang lain. (Prijono, 1986). Merumuskan persamaan untuk meramalkan laju perpindahan panas secara konduksi adalah : 3 q = ka T (W) (2.3) x dimana q sebagai laju perpindahan panas konduksi, T/ x sebagai gradient suhu ke arah perpindahan panas, k sebagai konduktivitas atau kehantaran termal benda dengan tanda minus menunjukkan aliran kalor ke tempat yang bertemperatur lebih rendah, dan A sebagai luas permukaan yang mengalami perpindahan panas tersebut.
10 Gambar 2.2 Perpindahan panas konduksi dari udara hangat ke kaleng minuman dingin melalui dinding aluminum kaleng.
11 2.7.2 Radiasi Radiasi ialah pemindahan panas atas dasar gelombang-gelombang elektromagnetik. Misalnya tubuh manusia akan mendapat panas pancaran dari setiap permukaan dari suhu yang lebih tinggi dan ia akan kehilangan panas atau memancarkan panas kepada setiap obyek atau permukaan yang lebih sejuk dari tubuh manusia itu. Panas pancaran yang diperoleh atau hilang, tidak dipengaruhi oleh gerakan udara, juga tidak oleh suhu udara antara permukaan-permukaan atau obyek-obyek yang memancar, sehingga radiasi dapat terjadi di ruang hampa. persamaan untuk meramalkan laju perpindahan panas secara radiasi adalah: q = εaσ (T s 4 Tsur4 ) (W) ( 2.4 ), dimana q sebagai laju perpindahan panas radiasi, ε sebagai sifat radiasi pada permukaan (emisivitas), A sebagai luas permukaan, σ sebagai konstanta Stefan- Boltzmann (5.67 x 10-8 W/m 2 K 4 ), Ts sebagai temperatur absolute permukaan, Tsur sebagai temperatur sekitar. Gambar 2.3 Perpindahan panas secara radiasi
12 2.7.3 Konveksi Konveksi adalah proses perpindahan kalor dari satu bagian fluida ke bagian lain fluida oleh pergerakan fluida itu sendiri. Ada dua jenis konveksi, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa. Pada konveksi alamiah, pergerakan fluida terjadi akibat perbedaan massa jenis. Adapun pada konveksi paksa, fluida yang telah dipanasi langsung diarahkan ke tujuannya oleh sebuah peniup (blower) atau pompa. Contoh konveksi paksa, antara lain sistem pendingin mobil dan pengering ram but (hairdryer). Pemanfaatan konveksi terjadi pada cerobong asap, sistem suplai air panas, dan lemari es. Laju kalor Q/t sebuah panas memindahkan kalor ke fluida sekitarnya secara konveksi sebanding dengan luas permukaan benda Ayang bersentuhan dengan fluida dan beda suhu di antara benda dan fluida. Hal tersebut dapat ditulis sebagai berikut : q = ha(t s T ) 4 (W) ( 2.5 ) dimana q sebagai laju perpindahan panas konveksi, h sebagai koefisien perpindahan-kalor konveksi, A sebagai luas permukaan yang mengalami perpindahan panas, Ts sebagai temperatur permukaan benda solid yang dilalui fluida yang mengalir, T sebagai temperatur fluida yang mengalir berdekatan dengan permukaan benda solid. Gambar 2.4 perpindahan panas secara konveksi
13 2.8 PRINSIP KERJA THERMOSTAT BIMETAL Prinsip kerja bimetal menggunakan konsep pemuaian, khususnya muai panjang. Jadi, bimetal peka terhadap perubahan suhu. Jika keping bimetal dipanaskan atau dinaikan suhunya, maka akan melengkung ke arah logam yang memiliki angka koefisien muai panjangnya kecil. Bila didinginkan, keping bimetal akan melengkung ke arah logam yang angka koefisien muai panjangnya besar. a Gambar 2. 5 a. Thermostat dingin b b. Thermostat panas Berdasarkan prinsip kerja tersebut, bimetal dipakai sebagai termostat. Termostat merupakan alat yang memiliki berfungsi ganda yakni sebagai saklar otomatis dan sebagai pengatur suhu. Sebagai saklar otomatis biasanya digunakan pada setrika listrik, lemari es, bel listrik, alarm kebakaran, lampu sen mobil atau motor, rice cooker, oven dan lain-lain. Apabila sudah sampai batas panas yang diinginkan maka bimetal akan melengkung memutuskan aliran arus listrik dan alat kembali dingin bimetal akan lurus menghubungkan arus lagi, seperti gambar di bawah ini.
14 Gambar 2.6 Simulasi thermostat saat bekerja Sebagai pengatur suhu atau dikenal dengan nama thermometer logam, dimana melengkungnya logam dapat diberi skala sehingga setiap kenaikan lengkungan dapat digunakan untuk menunjukkan kenaikan suhu. Gambar 2.7 Sketsa thermostat
15 2.9 METODE-METODE PENGERINGAN PAKAIAN Metode dalam pengringan pakaian saat ini dipasaran ada beberapa macam, diantaranya: a. Pengering pakaian dengan model lemari. Mesin pengering jenis ini masih sangat jarang digunakan, selain membutuhkan ruangan yang cukup untuk membuatnya, mesin ini tidak dapat dibuat secara masal dan membutuhkan waktu yang cukup lama untuk membuat mesin pengering ini. Prinsip kerja metode pengeringa pakaian ini yaitu memanfaatkan panas yang dihasilkan pemanas baik dari heater atau pembakaran gas Liquified Petroleum Gas (LPG) yang disirkulasikan ke lemari, yang bertujuan untuk mengeringkan pakaian yang ada dilemari. Panas dari elemen pemanas disirkulasikan oleh blower atau kipas menuju ke lemari. Akibat dari udara yang bersuhu tinggi pada ruangan menyebabkan air dalam pakaian menguap. Selanjutnya udara lembab ini dibuang keluar lemari. Dapat dilihat di gambar 2.8 pengering pakaian dengan gas LPG model lemari. Gambar 2.8 Pengering Pakaian dengan gas LPG model lemari. Kekurangan pegering pakaian model sepereti ini pakaian harus digantung terlebih dahulu menggunakan gantungan baju (hanger) satu persatu yang membutuhkan waktu yang cukup lama meski pengeringannya cukup cepat dan
16 kekurangan lainya adalah tidak bisa produksi secara masal dan membutuhkan tempat yang cukup lebar untuk meletakan mesin pengering model ini. b. Pengering pakaian dengan refrigrant dehumidifier Metode ini menggunakan refrigrant dalam proses pengeringan pakaian dengan pronsip kerjanya mengunakan sistem kompresi uap dengan menurunkan kadar air dalam udara menjadi kering. Degan mengkondisikan udara didalam ruangan, dapat diperoleh kelembabapan sesuai dengan tujuan yang dicapai. Gambar 2.9 refrigrant dehumidifier Prinsip kerja metode ini adalah mengunakan sistem kompresi uap. Evaparator akan menyerap uap air didalam udara, kemudian udara dilewatkan kondensor agar menjadi kering dengan suhu udara yang tinggi. Evaparotor memiliki tugas menurunkan suhu udara ketitik di mana kondensasi terjadi. Kondensasi terbentuk pada evaparator, kemudian menetes kebawah dan tertampung pada wadah. Sedangkan kodensor memilik peran untuk menaikan suhu udara agar udara menjadi semakin kering.
17 c. Pengering pakaian dengan elemen panas Prinsip kerja metode pengering pakaian ini menggunakan elemen panas seperti setrika baju, sistem pengering yang menyerap kelembapan pakaian serta mengembunkan uap menjadi air tanpa pipa ventilas, suhu panas yang dihasilkan oleh elemen panas didistribusikan ke drum yang sedang berputar untuk mengeringkan pakaian, suhu yang sudah terpakai dibuang keluar melalui hempasan angin yang dihasilkan blower. Tetapi metode pengeringan ini membutuhkan watt yang sangat tinggi dapat mencapai 2500 watt. Gambar 2.10 Pengering pakaian dengan elemen panas d. Pengeringan pakaian dengan cahaya matahari Cara ini sudah dilakuakan secara umum bahkan dari dulu hingga sekarang metode ini masih digunakan dan banyak digunakan karna tidak membutuhkan biaya, namun pengeringan pakaian dengan metode ini membutuhkan waktu yang cukup lama belum lagi jika cuaca tidak cerah sudah pasti membuuhkan waktu yang lebih lama lagi. Panas yang dihasilkan matahari dapat menguapkan air yang ada pada pakaian basah hingga benar-benar kering dan siap setrika. Namun seiringnya perkembangan jaman dan teknologi, banyak orang mencoba untuk menciptakan mesin pengering pakaian yang tidak tergantung cuaca.
18 e. Pengering dengan metode dehumidifikasi tabung (radiasi) Prinsip metode pengeringan pakaian mesin ini hampir sama dengan metode pengering pakaian dengan metode dehumidifikasi model lemari dengan memanfaatkan panas yang dihasilkan pembakaran fluida gas Liquified Petroleum Gas (LPG) yang disirkulasikan ke tabung mesin untuk mengeringkan pakaian, dan suhu panas yang sudah dipakai untuk mengeringkan pakaian dihisap dan dihembuskan keluar oleh blower. Gambar 2.11 Pengering dengan metode dehumidifer tabung (radiasi) Untuk lebih meningkatkan faktor keselamatan, mesin ini juga ditambahkan juga dengan thermostat 15 ampere (80º). Dengan adanya thermostat tersebut, maka aliran udara panas yang dihasilkan oleh pembakaran gas melebihi batas tertentu sesuai ketentuan ( terlalu panas ). Jika tempratur yang ada didalam tabung mesin pengering terlalu dingin, secara otomatis kompor akan bekerja kembali untuk membakar gas menjadi uap panas yang dialiri ketabung menggunakan hisapan blower. Overheating dapat terjadi apabila blower akan rusak atau dimatikan secara tidak sengaja.