BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Metode –Metode Pengeringan Kaos Kaki
Metode dalam pengeringan kaos kaki saat ini di pasaran ada beberapa macam, diantaranya (a) Pengeringan menggunakan cahaya matahari, (b) Pengeringan menggunakan gaya sentrifugal, (c) Pengering dengan bantuan gas LPG, (d) Pengering dengan metode dehumidifikasi dan pemanasan udara.
a. Pengeringan menggunakan cahaya matahari
Cara pengeringan ini sudah dilakukan secara umum oleh masyarakat. Panas yang dihasilkan matahari dapat menguapkan air yang ada pada kaos kaki yang basah menjadi kering. Keuntungan pengeringan menggunakan cahaya matahari adalah kapasitas pengeringan tidak terbatas, tidak memerlukan biaya mahal, hemat listrik, dan kecepatan pengeringan yang sama untuk berapapun jumlah pakaian. Namun pengeringan dengan metode ini tidak dapat dihandalkan pada saat musim hujan, jumlah panas matahari tidak tetap serta kenaikan suhu tidak dapat diatur sesuai keinginan.
b. Pengeringan menggunakan gaya sentrifugal
Prinsip kerja metode pengeringan ini adalah memanfaatkan gaya sentrifugal untuk memisahkan air dari kaos kaki yang masih basah. Kaos kaki akan diputar di dalam drum dengan kecepatan penuh dari motor listrik. Putaran yang tinggi tersebut menimbulkan gaya sentrifugal yang mengakibatkan air
terhempas keluar dari drum dan air akan tertampung dalam bak penampungan. Keuntungan pengeringan metode ini adalah dapat mempercepat proses pengeringan, karena kandungan air pada kaos kaki sudah terpisah akibat gaya sentrifugal dan tidak memerlukan tenaga pemerasan menggunakan tangan. Kelemahan dari metode ini adalah kaos kaki masih lembab tidak kering sempurna, memerlukan energi listrik, pakaian yang dikeringkan tidak bisa langsung disetrika. c. Pengeringan menggunakan gas LPG
Prinsip kerja metode pengering ini yaitu memanfaatkan panas yang dihasilkan pemanas baik dari heater atau gas LPG yang disirkulasikan ke lemari, yang bertujuan untuk mengeringkan kaos kaki yang ada di lemari pengering. Panas dari heater atau gas LPG disirkulasikan ke dalam lemari pengering menggunakan bantuan kipas, sehingga menghasilkan udara yang bersuhu tinggi yang dapat menguapkan air yang terkandung di dalam kaos kaki yang basah. Keuntungan metode ini adalah dapat mengeringkan kaos kaki di dalam ruangan jika terjadi musim hujan dan proses pengeringan lebih cepat. Kekurangan metode ini adalah biaya yang dikeluarkan cukup tinggi, dapat menimbulkan daya ledakan, perlu pengawasan saat alat beroperasi.
d. Pengeringan pakaian dengan metode dehumidifikasi dan pemanasan udara Pengering pakaian jenis ini menggunkan metode dehumidifikasi, yang bekerja dengan memanfaatkan proses dehumidifikasi dan pemanasan udara yang disirkulasikan ke lemari pengering. Udara diturunkan kelembaban spesifiknya dan dipanaskan, kemudian disirkulasikan ke lemari. Akibat dari udara kering dan bersuhu tinggi pada ruangan, menyebabkan air dalam pakaian menguap.
Selanjutnya udara lembab ini disirkulasikan kembali ke alat penurun kelembaban. Mesin pengering tersebut disebut dengan dehumidifier. Keuntungan menggunakan metode ini adalah proses pengeringan menjadi lebih cepat, ramah lingkungan, praktis, aman saat beroperasi, dan dapat dilakukan kapan saja. Kekurangan menggunakan metode ini adalah memerlukan aliran listrik yang besar dan jumlah kaos kaki yang dikeringkan terbatas.
2.1.2 Dehumidifier
Dehumidifier merupakan suatu alat pengering udara yang berguna untuk menurunkan kelembaban udara dengan cara menyerap udara yang lembab dan memprosesnya menjadi air yang akan ditampung dalam suatu wadah. Ada 2 macam dehumidifier yang ada di pasaran saat ini yaitu (a) refrigerant dehumidifier dan (b) desiccant dehumidifier.
a. Refrigerant dehumidifier
Cara kerja dehumidifier ini adalah dengan mempergunakan mesin yang bekerja denggan mesin kompresi uap. Udara luar masuk melewati evaporator kemudian evaporator menyerap uap air yang ada di udara, udara yang telah kering kemudian dilewatkan kondensor agar udara menjadi panas dan kering. Evaporator memiliki tugas untuk menurunkan suhu udara ke titik dimana kondensasi terjadi. Kondensasi terjadi pada evaporator, uap air akan menetes dan tertampung pada wadah. Sedangkan kondensor bertugas untuk menaikkan suhu udara agar udara semakin kering. Sehingga udara mempunyai kemampuan untuk mengambil air yang ada di kaos kaki yang basah.
Gambar 2.1 Refrigerant dehumidifier.
Sumber : https://www.google.co.id/search?q=dehumidifier&biw b. Desiccant dehumidifier
Prinsip kerja dari dehumidifier adalah dengan melewatkan udara yang mengandung banyak uap air ke disc. Disc ini dibuat dan dibentuk menyerupai sarang lebah yang berisi bahan pengering udara (silica gel). Disc umumnya dibagi menjadi dua saluran udara yang dipisahkan oleh sekat. Pertama bagian proses (75% dari lingkaran) dan bagian kedua reaktivasi (25% dari lingkaran), disc tersebut diputar perlahan-lahan menggunakan motor berdaya kecil. Kemudian uap air pada udara akan diserap oleh disc yang terduat dari bahan pengering dan menghasilakan udara yang hangat dan kering. Bersamaan dengan disc pada bagian reaktivasi akan disirkulasikan dengan udara panas dari heater.
Pemanasan pada bagian reaktivasi tersebut bertujuan untuk meregenerasi disc (bagian proses). Kemudian air terserap oleh disc (bagian reaktivasi) dan terlepas karena proses pemanasan. Heat exchanger bergantian kemudian menyerap uap air tersebut dan terpisah menjadi air dan udara. Udara akan
disirkualasikan kembali kedalam heater dan air akan menetes dan tertampung pada tangki.
Gambar 2.2 Desiccant dehumidifier.
Sumber : http://www.andatech.com.au/desiccant-dehumidifiers/ 2.1.3 Parameter Dehumidifier
Untuk memamhami proses dehumidifikasi ada beberapa parameter yang harus dipahami atau dimengerti antara lain: (a) Kelembaban, (b) Suhu udara, (c) Laju aliran massa udara, (d) Kelembaban spesifik, (e) Entalpi, (f) Volume spesifik.
a. Kelembaban
Kelembaban merupakan jumlah kandungan air dalam udara. Udara bisa dikatakan mempunyai kelembaban yang tinggi apabila uap air yang dikandungnya tinggi, begitu juga sebaliknya. Udara yang kurang mengandung uap air dikatakan
udara kering, sedangkan udara yang mengandung banyak uap air dikatakan udara basah.
Gambar 2.3 Hygrometer.
Alat yang digunakan untuk mengetahui tingkat kelembaban biasanya menggunakan hygrometer atau dengan menggunakan termometer bola basah dan termometer bola kering. Prinsip kerja dari hygrometer yaitu dengan menggunakan dua buah termometer. Termometer pertama dipergunakan untuk mengukur suhu udara kering dan termometer kedua 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 akan diberi kain yang dibasahi agar suhu yang terukur adalah suhu saturasi atau titik jenuh, yaitu suhu yang diperlukan agar uap air dapat terkondensasi.
Kelembaban udara dapat dinyatakan sebagai kelembaban udara mutlak dan kelembaban relatif. Kelembaban mutlak adalah banyaknya air yang dapat
terkandung di dalam 1 kg udara. Kelembaban relatif merupakan persentase perbandingan jumlah air yang terkandung dalam 1 kg udara dengan jumlah air maksimal yang terkandung dalam 1 kg udara tersebut. Kelembaban relatif menentukan kemampuan udara pengering untuk menampung kadar air kaos kaki yang telah diuapkan. Semakin rendah kelembaban relatif maka semakin banyak uap air yang dapat diserap.
b. Kelembaban Spesifik
Kelembaban spesifik 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 dengan gram per kilogram dari udara kering (gr/kg) atau (kg/kg). Dalam sistem dehumidifier semakin besar perbandingan kelembaban spesifik setelah keluar dari mesin pengering (WH) dengan kelembaban spesifik setelah melewati kondensor (WF), maka semakin banyak massa air yang berhasil diuapkan. Massa air yang berhasil
diuapkan (Δw) dapat dihitung dengan Persamaan (2.1) :
Δw = (WH – WF) (2.1)
Pada Persamaan (2.1) :
Δw : Massa air yang berhasil diuapkan persatuan massa udara ,kg/kg WH : Kelembaban spesifik setelah keluar dari mesin pengering ,kg/kg WF : Kelembaban spesifik setelah melewati kondensor ,kg/kg
Suhu udara merupakan panas atau dinginnya udara disuatu tempat. Suhu udara dikatakan panas jika suhu udara pada tempat dan waktu tertentu melebihi suhu lingkungan disekitarnya dan begitu juga sebaliknya untuk suhu udara dingin.
Suhu udara sangat mempengaruhi laju pengeringan. Semakin besar perbedaan antara suhu udara pengering dan suhu pakaian maka kemampuan perpindahan kalor semakin besar, maka proses penguapan air juga meningkat. Agar bahan yang dikeringkan tidak sampai rusak, suhu udara harus diatur atau dikontrol terus menerus. Suhu udara suatu tempat dibedakan menjadi beberapa macam, yaitu : suhu udara bola kering (dry-bulb temperature), suhu udara bola basah (wet-bulb temperature), suhu saturasi (dew-point temperature).
Suhu udara bola kering (dry-bulb temperature) suhu yang ditunjukkan dengan thermometer bulb biasa dengan bulb dalam keadaan kering. Satuan untuk suhu ini biasaya dalam Celcius, Kelvin, Fahrenheit. Seperti yang diketahui bahwa termometer menggunakan prinsip pemuaian zat cair dalam termometer. Jika kita ingin mengukur suhu udara dengan termometer biasa maka terjadi perpindahan kalor dari udara ke bulb thermometer. Karena mendapatkan kalor maka zat cair (misalkan: air raksa) yang ada di dalam termometer mengalami pemuaian sehingga tinggi air raksa tersebut naik. Kenaikan ketinggian cairan ini yang di konversikaN dengan satuan suhu (celcius, Fahrenheit, dll).
Suhu udara bola basah (wet-bulb temperature) merupakan pengukuran suhu yang diukur dengan menggunakan termometer yang bulbnya (bagian bawah termometer) dilapisi dengan kain yang telah dibasahi dengan air kemudian dialiri udara yang ingin diukur suhunya. Perpindahan kalor terjadi dari udara ke kain
basah tersebut. Kalor dari udara akan digunakan untuk menguapkan air pada kain basah tersebut, setelah itu baru digunakan untuk memuaikan cairan yang ada dalam termometer.
Suhu saturasi (Dew-point temperature) adalah suhu dimana udara mulai menunjukkan aksi pengembunan ketika didinginkan. Dew-point temperature adalah titik embun udara, artinya suhu dimana udara mulai mengembun menimbulkan titik-titik air. Pengukuran suhu udara bola basah dan bola kering menggunakan termometer udara basah dan kering (Gambar 2.4).
Gambar 2.4 Termometer bola basah dan bola kering d. Laju Aliran Massa Udara
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 penguapan harus segera dikeluarkan agar tidak membuat udara jenuh udara pada ruangan, yang dapat mengganggu proses pengeringan. Semakin besar laju aliran massa udara panas yang mengalir maka akan semakin besar kemapuannya menguapkan kadar air dari pakaian, namun berbanding terbalik dengan suhu udara yang semakin menurun. Untuk
memperbesar debit aliran udara (Qudara) dapat dengan memperbesar luas penampang (A) ataupun kecepatan aliran udara. Untuk menghitung debit aliran dapat digunakan Persamaan (2.2) :
Qudara = A . v , m3/s (2.2) Pada Persamaan (2.2) :
Qudara : Debit aliran udara , m3/s A : Luas penampang , m2 v : Kecepatan udara , m/s
Untuk menghitung laju aliran massa udara pada duct dapat digunakan Persamaan (2.3) :
ṁudara = Qudara . ρudara ,kgudara/s (2.3) Pada Persamaan (2.3) :
ṁudara : Laju aliran massa udara pada duct ,kgudara/s Qudara : Debit aliran udara ,m3
ρudara : Densitas udara ,kg/m3
Menentukan kemampuan mengeringkan massa air dapat dihitung dengan Persamaan (2.4)
M2 = ṁudara . Δw . 3600 ,kgair/jam (2.4) Pada Persamaan (2.4) :
M2 : Kemampuan mengeringkan massa air ,kg/jam
ṁudara : Laju aliran massa udara pada duct ,kgudara/s
Δw : Massa air yang berhasil diuapkan ,kg/kg e. Entalpi
Entalpi menyatakan jumlah energi internal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Entalpi (H) adalah jumlah energi yang dimiliki sistem pada tekanan tetap. Entalpi (H) dirumuskan sebagai jumlah energi yang terkandung dalam sistem (E) dan kerja (W).
f. Volume spesifik
Volume spesifik merupakan volume udara campuran dengan satuan meter kubik perkilogram udara kering, dapat juga dikatakan sebagai meter kubik udara kering atau meter kubik campuran per kilogram udara kering.
2.1.4 Psychrometric Chart
Psychrometric Chart adalah grafik yang digunakan untuk menentukan property-properti udara pada kondisi yang ditinjau. Psychrometric Chart dapat dilihat pada Gambar 2.5 dimana masing-masing kurva/garis menunjukkan nilai property yang konstan. Untuk mengetahui nilai dari properti-properti (h, RH, W, Twb, Tdb, dan Tdp) bisa dilakukan apabila minimal dua buah diantara properti tersebut sudah diketahui.
Ga mbar 2.5 Ps yc hrome tr ic Chart .
2.1.4.1 Proses-proses yang Terjadi pada Udara dalam Psychrometric Chart Proses-proses yang terjadi pada udara dalam Psychrometric Chart adalah sebagai berikut (a) Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling dan dehumidifikasi), (b) Proses pemanasan (heating), (c) Proses pendinginan evaporatif.
Gambar 2.6 Proses-proses yang terjadi dalam psychrometric chart. a. Proses penurunan suhu dan pengembunan.
Proses penurunan suhu dan pengembunan adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten dari udara. Pada proses penurunan suhu dan pengembunan, terjadi pemanasan temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan kelembaban spesifik. Sedangkan kelembaban relatif mengalami peningkatan. Sedangkan kelembaban relatif mengalami peningkatan, menjadi 100%. Contoh proses penurunan suhu
dan pengembunan disajikan pada Gambar 2.7. Proses A-A1 adalah proses pendinginan sensibel, sedangkan A1-B adalah proses pendinginan sensibel dan laten.
Gambar 2.7 Proses penurunan suhu dan pengembunan. b. Proses pemanasan (Heating)
Proses pemanasan (heating) adalah poses penambahan kalor sensibel ke udara. Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan tempertaur titik embun dan kelembaban spesifik tetap konstan. Namun kelembaban relatif mengalami penurunan. Sebagai contoh dari proses pemanasan, dapat dilihat pada Gambar 2.8, yaitu proses dari kondisi A ke kondisi B.
Gambar 2.8 Proses pemanasan (heating) c. Proses pendinginan evaporatif (evaporative cooling)
Proses pendinginan evaporatif adalah proses pengurangan kalor sensibel ke udara sehingga temperatur suhu bola kering udara tersebut menurun. Proses ini disebabkan oleh perubahan temperatur bola kering dan rasio kelembaban. Pada proses pendinginan evaporatif, terjadi penurunan temperatur kering dan volume spesifik. Sedangkan temperatur titik embun, kelembaban relatif dan kelembaban spesifik mengalami peningkatan. Namun entalpi dan temperatur bola basah tetap konstan. Contoh proses pendinginan evaporatif dapat dilihat pada Gambar 2.9 proses dari kondisi A ke kondisi titik B. Pada proses pengeringan kaos kaki, proses pendinginan evaporatif terjadi saat udara memasuki ruang pengering kaos kaki sampai udara keluar dari ruang pengering kaos kaki.
Gambar 2.9 Proses pendinginan evaporatif 2.1.5 Mesin Siklus Kompresi Uap
Mesin refrigerasi siklus kompresi uap merupakan jenis mesin refrigerasi yang dipergunakan dalam dehumidifier. Terdapat berbagai jenis refrigerant yang digunakan dalam sistem kompresi uap. Refrigeran yang umum digunakan adalah yang termasuk kedalam keluarga chlorinated fluorocarbons (CFCs disebut juga freon) : R-11, R-12, R-21, R-22, R-502, R-134a, dan Musicool. Komponen utama dari sebuah mesin siklus kompresi uap adalah kondensor, evaporator, kompresor, dan pipa kapiler.
Gambar 2.10 Siklus kompresi uap.
Dalam siklus ini refrigerant bertekanan rendah akan dikompresi oleh kompresor sehingga menjadi uap refrigerant bertekanan tinggi dan kemudian uap refrigeran bertekanan tinggi diembunkan menjadi cairan refrigeran bertekanan tinggi dalam kondensor. Kemudian cairan refrigerant bertekanan tinggi tersebut tekanan diturunkan oleh pipa kapiler agar cairan refrigerant bertekanan rendah tersebut dapat menguap kembali dalam evaporator menjadi uap refrigerant tekanan rendah.
Gambar 2.11 P-h diagram siklus kompresi uap.
Gambar 2.12 T-s diagram siklus kompresi uap.
Di dalam siklus kompresi uap standar ini, refrigeran mengalami beberapa proses yaitu : (a) proses kompresi kering, (b) proses penurunan suhu, (c) proses
pembuangan kalor ke udara, (d) proses pendinginan lanjut, (e) proses penurunan tekanan, (f) proses evaporasi, (g) proses pemanasan lanjut.
a. Proses (1a-2) merupakan proses kompresi kering
Proses ini dilakukan oleh kompresor, diamana refrigeran yang berupa gas panas lanjut bertekanan rendah mengalami kompresi yang mengakibatkan refrigerant 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. Refrigeran gas panas lanjutyang bertemperatur tinggi diturunkan sampai titik gas jenuh. Proses (2-2a) berlansung pada tekanan konstan. Proses ini juga dinamakan dengan proses desuper heating.
c. Proses (2a-3) 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 refrigeran lebih tinggi daripada suhu udara lingkungan sekitar kondensor. Proses (2a-3) berlangsung pada tekanan dan suhu yang konstan. Refrigeran tidak mengalami penurunan suhu, kalor yang dilepas refrigeran dipergunakan untuk merubah fase.
d. Proses (3-3a) merupakan proses pendinginan lanjut.
Pada proses ini terjadi pelepasan kalor sehingga temperatur refrigeran yang keluar dari kondensor menjadi lebih rendah dan berada di fase cair lanjut. Hal ini membuat refrigeran lebih udah mengalir dalam pipa kapiler.
e. Proses (3a-4) merupakan proses penurunan tekanan.
Proses pendinginan berlangsung secara drastic dan pada entalpi yang tetap. Proses ini terjadi selama di dalam pipa kapiler. Pada proses ini refrigerant berubah fase dari cair menjadi fase campuran cair-gas. Akibat penurunan tekanan ini, temperatur refrigeran juga mengalami penurunan.
f. Proses (4-1) merupakan proses evaporasi.
Pada proses ini terjadi perubahan fase dari cair gas menjadi gas jenuh. Perubahan fase ini terjadi karena temperatur refrigeran lebih rendah daripada suhu udara lingkungan sekitar evaporator. Proses (4-1) berlangsung pada tekanan tetap dan suhu konstan. Kalor yang diambil dari lingkungan dipergunakan refrigeran untuk berubah fase.
g. Proses (1-1a) merupakan proses pemanasan lanjut.
Proses ini yang terjadi karena penyerapan kalor terus menerus pada proses (4-1a), maka refrigeran yang masuk ke kompresor berubah fase dari gas jenuh ke gas panas lajut. Kemudian mengakibatkan kenaikan tekanan dan temperatur refrigeran akibat dari proses ini kompresor dapat bekerja lebih ringan.
