BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1Metode-Metode Pengering Pakaian
Metode dalam mengeringkan pakaian saat ini dipasaran ada beberapa macam, diantaranya (a) Pengering pakaian dengan gas LPG, (b) Pengering pakaian dengan gaya sentrifugal, (c) Pengeringan pakaian dengan cahaya matahari, (d) Pengering pakaian dengan metode dehumidifikasi. Berikut ini penjelasannya:
a. Pengering pakaian dengan gas LPG
Mesin pengering jenis ini diketahui memiliki kecepatan yang sangat cepat untuk mengeringkan pakaian yang basah. Dapat dilihat pada Gambar 2.1 mesin pengering pakaian dengan gas LPG.
Gambar 2.1 Mesin pengering pakaian dengan gas LPG.
http://3.bp.blogspot.com/5VDmxox8JUo/Ty0wByv9YiI/AAAAAAAAAKg/ymx1g2H4dcs/s1600 mesin-pengering-laundry+TL-60.jpg
Pengering pakaian gas LPG dengan berbagai modifikasinya banyak ditemui dipasaran. Prinsip kerja metode pengering pakaian ini yaitu memanfaatkan panas yang dihasilkan pemanas baik dari heater atau gas LPG yang disirkulasikan ke lemari, yang bertujuan untuk mengeringkan pakaian yang ada didalam lemari pengering. Panas dari elemen pemanas disirkulasikan oleh
ruangan menyebabkan air dalam pakaian menguap. Selanjutnya udara lembab ini dibuang keluar lemari.
b. Pengering pakaian dengan gaya sentrifugal dan heater pemanas
Prinsip kerja metode pengering pakaian adalah memanfaatkan gaya setrifugal untuk memisahkan air dari pakaian dan menggunakan pemanas, seperti heater atau gas LPG sebagai pemanas ruangannya. Pakaian akan diputar di dalam drum dengan kecepatan penuh dari motor listrik dan bersamaan dengan itu heater
menciptakan udara panas yang disirkulasikan ke drum. Udara yang bersuhu tinggi dalam drum menciptakan air pada pakaian menguap. Putaran yang tinggi tersebut menimbulkan gaya sentrifugal yang mengakibatkan uap air terhempas keluar dari drum utama dan tertampung ke drum terluar, kemudian air yg terkumpul langsung keluar melalui pipa output. Tetapi metode pengeringan ini tidak bisa membuat pakaian menjadi siap setrika, tetapi membantu proses pengeringan bila cuaca mendung ataupun hujan. Setelah keluar dari mesin ini, pakaian masih perlu di angin – anginkan terlebih dahulu sebelum nantinya siap untuk di setrika.
Gambar 2.2 Mesin pengering pakaian dengan gaya sentrifugal.
http://1.bp.blogspot.com/-BPcSBIx1f-A/UVGnxYShLqI/AAAAAAAAAFI/3_-itAosEBM.jpg.
c. Pengeringan pakaian dengan cahaya matahari
Cara pengeringan dengan matahari ini sudah dilakukan secara umum. Panas yang dihasilkan matahari dapat menguapkan air yang ada pada pakaian basah hingga pakaian benar–benar kering yang siap disetrika. Tetapi seiring
berkembangnya jaman dan teknologi, banyak orang mencoba untuk menciptakan mesin pengering pakaian. Hal ini bukan dikarenakan matahari tidak bisa mengeringkan pakaian, melainkan disaat ingin mengeringkan pakaian cuaca tidak mendukung (hujan). Hingga saat ini metode pengeringan dengan matahari masih tetap banyak digunakan.
Gambar 2.3 Pengering pakaian dengan cahaya matahari.
d. Pengering pakaian dengan metode dehumidifikasi.
Pengering pakaian jenis ini menggunakan metode dehumidifikasi. Pengering pakaian jenis ini sangat jarang ditemui di pasaran. Mesin pengering pakaian bekerja memanfaatkan proses dehumidifikasi dan pemanasan udara yang disirkulasikan ke lemari. Udara diturunkan kelembabannya dan dipanaskan, kemudian disirkulasikan ke lemari. Akibat dari udara kering dan bersuhu tinggi pada ruangan menimbulkan air dalam pakaian menguap. Selanjutnya udara lembab ini disirkulasikan kembali ke alat penurun kelembaban.
2.1.2Dehumidifier
Dehumidifier merupakan suatu alat pengering udara yang berfungsi mengurangi tingkat kelembaban pada udara melalui proses dehumidifikasi. Proses dehumidifikasi merupakan proses penurunan kadar air dalam udara menjadi udara kering. Dengan mengkondisikan udara didalam ruangan, dapat diperoleh kelembaban sesuai dengan tujuan yang ingin dicapai.
Dehumidifikasi udara dapat dicapai dengan 2 metode. Pertama, menggunakan metode pendinginan suhu udara dibawah titik embun dan menghapus kelembaban dengan cara kondensasi atau yang disebut refrigerant dehumidifier. Kedua, menggunakan metode bahan pengering sebagai penyerap
kelembaban atau yang disebut desiccant dehumidifier. Berikut penjelasan selengkapnya mengenai jenis dehumidifier tersebut :
a. Refrigerant dehumidifier
Refrigerant dehumidifier merupakan dehumidifier yang paling umum ditemui di pasaran. Dehumidifier ini paling banyak dipilih karena biaya produksinya yang murah, mudah dalam pengoperasiannya dan efektif jika di aplikasikan dalam domestik maupun komersial. Dehumidifier ini akan berkerja sangat baik jika ditempatkan pada ruangan bersuhu hangat dan berkelembaban tinggi.
Prinsip kerjanya yaitu menggunakan sistem kompresi uap. Evaporator akan menyerap uap air di dalam udara, kemudian udara dilewatkan kondensor agar menjadi kering dengan suhu udara yang tinggi. Evaporator memiliki tugas menurunkan suhu udara ke titik di mana kondensasi terjadi. Kondensasi terbentuk pada evaporator, kemudian menetes kebawah dan tertampung pada wadah. Sedangkan kondensor memiliki peran untuk menaikkan suhu udara agar udara menjadi semakin kering.
Gambar 2.4Refrigerant dehumidifier.
Sumber : http://www.achooallergy.com/images/how-a-dehumidifier-works-art.gif.
b. Desiccant dehumidifier
Desiccant dehumidifier mempunyai cara penurun kelembaban yang berbeda dari jenis refrigerant dehumidifier. Dehumidifier ini menggunakan bahan penyerap kelembaban berupa liquid atau solid, seperti silica gel atau batu zeloit.
Dehumidifier ini akan berkerja dengan sangat baik bila digunakan di daerah beriklim dingin atau ketika diperlukan dew point yang rendah. Karena tidak ada air yang diproduksi selama proses tersebut, maka unit-unit ini dapat bekerja secara efektif pada suhu sub nol.
Prinsip kerjanya melewatkan udara lembab ke bagian proses pada disc.
Disc dibuat seperti sarang lebah dan berisi bahan pengering (silica gel atau zeloid). Disc umumnya dibagi menjadi dua saluran udara yang dipisahkan oleh sekat. Pertama bagian proses (75% dari lingkaran) dan kedua bagian reaktivasi (25% dari lingkaran). Disc diputar perlahan-lahan (sekitar 0,5 rpm) menggunakan motor kecil. Selanjutnya uap air pada udara akan diserap oleh disc bahan pengering. Kemudian udara meninggalkan rotor dengan suhu hangat dan kering. Bersamaan dengan berputarnya disc pada bagian reaktivasi disirkulasikan udara panas dari heater.
Pemanasan pada bagian reaktivasi bertujuan meregenerasi disc bahan pengering (bagian proses). Kemudian air yang terserap oleh disc bagian reaktivasi terlepas karena proses pemanasan dan heat exchanger bergantian menyerap uap air tersebut. Uap air yang diserap oleh heat exchanger akan terpisah menjadi udara dan air, udara akan disirkulasikan kembali ke heater sedangkan air akan menetes dan tertampung pada tangki.
Gambar 2.5 Desiccant dehumidifier.
Sumber : http://www.andatech.com.au/blog/wp-content/uploads/2013/07/dehumidifiers.
Untuk memahami proses dehumidifikasi ada beberapa parameter yang harus dipahami atau dimengerti antara lain (a) Kelembaban, (b) Suhu udara, (c) Aliran udara, (d) kelembaban spesifik, berikut penjelasannya:
2.1.3.1Kelembaban
Kelembaban didefinisikan sebagai jumlah kandungan air dalam udara. Udara dikatakan mempunyai kelembaban yang tinggi apabila uap air yang dikandungnya tinggi, begitu juga sebaliknya. Udara terdiri dari berbagai macam komponen antara lain udara kering, uap air, polutan, debu dan partikel lainnya. Udara yang kurang mengandung uap air dikatakan udara kering, sedangkan udara yang mengandung banyak uap air dikatakan udara lembab. Komposisi dari udara terdiri berbagai jenis gas yang relatif konstan. Komposisi udara kering teridiri dari N2 dengan volume 78,09% dan berat 75,53%; O2 volume 20,95% dan berat 23.14%; Ar volume 0,93% dan berat 1,28% serta CO2 volume 0,03 dan berat 0.03%.
Gambar 2.6 Komposisi udara kering.
Sumber: http://4.bp.blogspot.comhHctQ8HhDDQ/UDTigNUJaZI/AAAAAAAAAB.jpg
Alat yang digunakan untuk mengetahui tingkat kelembaban biasanya menggunakan hygrometer atau dengan menggunakan termometerbola 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 diberi kain yang dibasahi agar suhu yang terukur adalah suhu saturasi atau titik jenuh, yaitu suhu yang diperlukan agar uap air dapat berkondensasi.
Kelembaban udara dapat dinyatakan sebagai kelembaban udara mutlak dan kelembaban relatif. Kelembaban mutlak adalah banyaknya air yang terkandung di dalam 1 kg udara. Kelembaban relatif merupakan persentase perbandingan jumlah air yang terkandung dalam 1 kg udara dengan jumlah air maksimal yang dapat terkandung dalam 1 kg udara tersebut. Kelembaban relatif menentukan kemampuan udara pengering untuk menampung kadar air pakaian yang telah diuapkan. Semakin rendah kelembaban relatif maka maka semakin banyak uap air yang dapat diserap.
2.1.3.2Suhu Udara
Suhu udara adalah keadaaan panas atau dinginnya udara disuatu tempat. Suhu udara dinyatakan panas jika suhu udara pada tempat dan waktu tertentu melebihi suhu lingkungan disekitarnya dan begitu sebaliknya untuk suhu udara dingin. Suhu udara rata-rata di wilayah tropis, khususnya Indonesia yaitu 28oC.
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.
2.1.3.3Aliran 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 jenuh udara pada ruangan, yang dapat mengganggu proses pengeringan. Semakin besar debit aliran udara panas yang mengalir maka akan semakin besar kemampuannya 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) atau pun kecepatan aliran udara (v). Untuk menghitung debit aliran udara dipergunakan Persamaan (2.1) :
Qudara = A . v , m3/s (2.1) Pada Persamaan (2.1) :
Qudara : Debit aliran udara , m3/s A : Luas penampang , m2 v : Kecepatan aliran udara , m/s
2.1.3.4Kelembaban Spesifik
Kelembaban spesifik atau rasio kelembaban (w) 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 dalam gram per kilogram dari udara kering (gr/kg) atau (kg/kg). Dalam sistem dehumidifier semakin besar perbandingan kelembaban spesifik setelah keluar dari mesin pengering (wF) dengan kelembaban spesifik dalam mesin pengering (wD), maka semakin banyak massa air yang berhasil diuapkan.
Massa air yang berhasil diuapkan (Δw) dapat dihitung dengan Persamaan (2.2) :
Δw = , kg/kg (2.2)
Pada Persamaan (2.2) :
Δw : Massa air yang berhasil diuapkan , kg/kg wF : Kelembaban spesifik setelah keluar dari mesin pengering , kg/kg wD : Kelembaban spesifik dalam mesin pengering , kg/kg
2.1.4Siklus Kompresi Uap
Mesin refrigerasi siklus kompresi uap merupakan jenis mesin refrigerasi yang dipergunakan pada mesin dehumidifikasi. Terdapat berbagai jenis refrigeran 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, dan R-134a. Namun pada saat ini umumnya menggunakan refrigeran R-134a sebagai fluidanya karena ramah lingkungan. Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah kompresor, evaporator, kondensor dan pipa kapiler.
Gambar 2.8 Skematik siklus kompresi uap.
Dalam siklus ini uap refrigeran bertekanan rendah akan dikompresi oleh kompresor sehingga menjadi uap refrigeran bertekanan tinggi, dan kemudian uap refrigeran bertekanan tinggi diembunkan menjadi cairan refrigeran bertekanan tinggi dalam kondensor. Kemudian cairan refrigeran tekanan tinggi tersebut tekanannya diturunkan oleh pipa kapiler agar cairan refrigeran tekanan rendah tersebut dapat menguap kembali dalam evaporator menjadi uap refrigeran tekanan rendah.
Qout
Qin
Gambar 2.9 P-h diagram siklus kompresi uap.
Gambar 2.10 T-s Diagram Siklus Kompresi Uap. Qout Qin Win Qin Qout Win
Di dalam siklus kompresi uap standar ini, refrigeran mengalami beberapa proses yaitu :
a. Proses 1-2 merupakan proses kompresi kering. Proses ini dilakukan oleh kompresor, di mana refrigeran yang berupa gas bertekanan rendah mengalami kompresi yang mengakibatkan refrigeran menjadi gas bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik (proses pada entalpi (s) konstan), maka suhu yang keluar dari kompresor juga meningkat menjadi gas panas lanjut.
b. Proses (2-2a) merupakan penurunan suhu (desuperheating). Proses ini berlangsung sebelum memasuki kondensor. Refrigeran gas panas lanjut yang bertemperatur tinggi diturunkan sampai titik gas jenuh. Proses (2-2a) berlangsung pada tekanan yang konstan.
c. Proses (2a-3a) merupakan proses kondensasi atau 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, maka terjadi pembuangan kalor ke udara lingkungan sekitar kondensor. Proses (2a-3a) berlangsung pada tekanan dan suhu yang konstan. d. Proses (3a-3) merupakan proses pendinginan lanjut. Pada proses ini terjadi pelepasan kalor sehingga temperatur refrigeran yang keluar dari kondensor menjadi lebih rendah dan berada pada fase cair. Hal ini membuat refigeran lebih mudah mengalir dalam pipa kapiler.
e. Proses (3-4) merupakan proses penurunan tekanan secara drastis dan berlangsung pada entalpi yang tetap. Proses in terjadi selama di dalam pipa kapiler. Pada proses ini refrigeran berubah fase dari cair menjadi fase cair-gas. Akibat penurunan tekanan ini, temperatur refrigeran juga mengalami penurunan. f. Proses (4-1a) merupakan proses evaporasi atau penguapan. 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, maka terjadi penyerapan kalor dari udara lingkungan sekitar evaporator. Proses (4-1a) berlangsung pada tekanan yang tetap dan suhu konstan.
g. Proses (1a-1) 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 lanjut. Kemudian mengakibatkan kenaikan tekanan dan temperatur refrigeran. Dengan terjadinya proses pemanasan lanjut ini, menjadikan kompresor bekerja lebih ringan.
2.1.5 Psychrometric Chart
Psychrometric chart adalah grafik yang digunakan untuk menentukan properti-properti dari udara pada suatu tekanan tertentu. Skematis psychrometric chart dapat dilihat pada Gambar 2.11 dimana masing-masing kurva/garis akan menunjukkan nilai properti yang konstan. Untuk mengetahui nilai dari properti-properti (h, RH, W, SpV, Twb, Tdb, dan Tdp) bisa dilakukan apabila minimal dua buah diantara properti tersebut sudah diketahui.
2.1.5.1Parameter-Parameter Dalam Psychrometric Chart
Parameter-parameter udara dalam Psychrometric chart antara lain (a) Dry-bulb temperature, (b) Wet-bulb temperature, (c) Dew-point temperature, (d)
Specific humidity, (e) Volume spesifik, (f) Entalpi, (g) kelembaban relatif. Berikut ini penjelasannya:
a. Dry-Bulb Temperature (Tdb)
Dry-Bulb temperature adalah suhu udara ruang yang diperoleh melalui pengukuran dengan Slink Psikrometer pada termometer dengan bola kering. b. Wet-Bulb Temperature (Twb)
Wet-bulb temperature adalah suhu udara ruang yang diperoleh melalui pengukuran dengan sling psychrometer pada termometer bola basah.
c. Dew-Point Temperature (Tdp)
Dew-point temperature adalah suhu di mana udara mulai menunjukkan aksi pengembunan ketika didinginkan.
d. Specific Humidity (W)
Specific humidity adalah jumlah kandungan uap air di udara dalam setiap kilogram udara kering (kg air/ kg udara kering).
e. Volume Spesifik (SpV)
Volume spesifik adalah volume udara campuran dengan satuan meter kubik per kilogram udara kering, dapat juga dikatakan sebagai meter kubik udara kering atau meter kubik campuran per kilogram udara kering.
f. Entalpi (h)
Entalpi adalah jumlah panas total dari campuran udara dan uap air di atas titik nol. Dinyatakan dalam satuan Btu/lb udara.
g. Kelembaban Relatif (RH)
Kelembaban relatif (RH) adalah persentase perbandingan jumlah air yang terkandung dalam 1m3 dengan jumlah air maksimal yang dapat terkandung dalam 1m3 tersebut.
2.1.5.2Proses-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. Berikut ini penjelasannya :
Gambar 2.13 Proses-proses yang terjadi dalam psychrometric chart.
a. Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (Cooling dan dehumidify). Proses pendinginan dan penurunan kelembaban adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten ke udara. Pada proses pendinginan dan penurunan kelembaban, terjadi penurunan temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan kelembaban spesifik. Sedangkan kelembaban relatif mengalami peningkatan.
Gambar 2.14 Proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling dan dehumidifikasi).
b. Proses pemanasan (Heating).
Proses pemanasan (heating) adalah proses penambahan kalor sensibel ke udara. Pada proses proses pemanasan, terjadi peningkatan temperatur bola kering, temparatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan temperatur titik embun dan kelembaban spesifik tetap konstan. Namun kelembaban relatif mengalami penurunan.
c. Proses pendinginan evaporatif (evaporative cooling)
Proses pendinginan evaporatif adalah proses pengurangan kalor sensibel ke udara sehingga suhu 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.
Gambar 2.16 Proses pendinginan evaporatif.
2.1.2 Proses Yang Terjadi Pada Mesin Pengering Pakaian
Gambar 2.17 menunjukan proses yang terjadi pada mesin pengering pakaian. Dimana pertama-tama udara dikondisikan melalui proses pendinginan dan penurunan kelembaban (cooling dan dehumidifikasi) guna mendapatkan udara yang diinginkan. Proses cooling dan dehumidifikasi ini terjadi pada evaporator. Kemudian udara dikondisikan melalui proses pemanasan (heating) untuk mendapatkan suhu yang diinginkan. Proses heating ini terjadi pada kondensor.
Gambar 2.17 Proses yang terjadi pada mesin pengering.
Pada dasarnya fungsi evaporator sebagai unit proses pendinginan dan dehumidifikasi untuk menghasilkan udara yang bersuhu dingin dan mengurangi kadar air dalam udara. Dimana udara tersebut digunakan untuk proses pemanasan, sehingga terjadi kenaikan suhu udara dan penurunan kelembaban udara. Kemudian udara tersebut digunakan untuk proses pendinginan evaporatif, sehingga terjadi kenaikan kelembaban dan penurunan suhu udara. Untuk menghitung laju aliran massa udara pada duct dapat dipergunakan Persamaan (2.3):
ṁudara = ρudara . Qudara , kgudara/s (2.3) Pada Persamaan (2.3) :
ṁudara = Laju aliran massa udara pada duct ,kgudara/s
ρudara = Densitas udara , kg/m3 Qudara = Debit aliran udara , m3/s
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