BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.4 Psychrometric Chart
4 1 h h h h w q COP in in aktual . . . (2.5) pada Persamaan (2.5) : aktual
COP
: unjuk kerja aktuale. Unjuk Kerja Ideal (
COP
ideal)Coeficient of Performance ideal (COPideal) yang menyatakan COP maksimal dari mesin siklus kompresi uap, dapat dihitung dengan Persamaan (2.6)
e c e ideal T T T COP . . . (2.6) pada Persamaan (2.6) : ideal
COP
: unjuk kerja idealc
T : suhu mutlak kondensor, (K)
e
T
: suhu mutlak evaporator, (K)2.1.4 Psychrometric Chart
Psychrometric chart adalah grafik yang digunakan untuk menentukan karakteristik dari suatu udara pada tekanan tertentu. Pada psychrometric chart terdapat garis-garis atau kurva yang dapat menunjukkan karakteristik atau properti (seperti : Tdb, Twb, Tdp, h, RH, Δw dan SpV) suatu udara, skematis psychrometric chart dapat dilihat pada Gambar 2.8. Untuk dapat mengetahui seluruh nilai properti udara dapat dilakukan apabila minimal dua properti sudah diketahui. Gambar 2.7 menyajikan contoh psychrometric chart:
Ga mbar 2.7 Ps yc hrome tr ic Chart (Sum be r: htt p:/ /www .flyc arpe t.n et )
2.1.4.1 Properti pada Psychrometric Chart
Ada beberapa karakteristik atau properti yang terdapat dalam psychrometric chart antara lain:
a. Suhu Bola Kering (Tdb)
Suhu bola kering adalah suhu yang terbaca oleh termometer dengan bulb pada termometer dalam keadaan kering atau tidak dibasahi air atau tidak dibalut dengan kain basah.
b. Suhu Bola Basah (Twb)
Suhu bola basah adalah suhu yang terbaca oleh termometer dengan bulb termometer dibasahi air atau dibalut dengan kain basah. Nilai suhu bola basah lebih rendah daripada nilai suhu bola kering.
c. Suhu Titik Embun (Tdp)
Suhu titik embun atau dew-point adalah suhu dimana uap air di dalam udara mulai menunjukkan aksi pengembunan saat udara tersebut diturunkan suhunya. Pada saat udara mengalami pengembunan di suhu titik embun, maka besarnya suhu titik embun sama dengan suhu bola basah (Twb), demikian pula dengan nilai suhu bola kering (Tdb). Posisi titik embun (Tdb) di dalam psychrometric chart, terletak pada garis saturasi (saturation line)
d. Kelembapan Spesifik (Δw)
Kelembapan spesifik adalah massa jumlah kandungan uap air yang terkandung pada udara dalam satu kilogram udara kering (kgair/kgudara). Nilai kelembapan spesifik dari udara pada psychrometric chart ditunjukkan pada garis ordinat (garis specific humidity).
e. Volume Spesifik (SpV)
Volume spesifik adalah kebalikan dari massa jenis. Volume spesifik merupakan perhitungan volume suatu zat per satuan massa.
f. Entalpi (h)
Entalpi merupakan istilah dalam termodinamika yang menyatakan besarnya energi yang dimiliki oleh suatu sistem termodinamika yang nilainya
tergantung dari nilai suhu dan tekanannya. Jika suhu atau tekanannya berubah atau kedua-duanya berubah, maka nilai entalpi akan berubah.
g. Kelembapan Relatif (% RH)
Kelembapan relatif adalah perbandingan massa uap air yang terkandung pada udara dengan massa uap air maksimal yang dapat dikandung oleh udara pada suhu tersebut. Proses pengembunan uap air dari udara terjadi apabila nilai kelembapan relatif telah mencapai 100%. Garis saturasi pada psychrometric chart menunjukkan titik-titik yang menyatakan kondisi udara memiliki RH 100%.
Gambar 2.8 Properti pada Psychrometric Chart 2.1.4.2 Proses-proses pada Psychrometric Chart
Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart antara lain (a) proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and dehumidifying), (b) proses pemanasan (heating), (c) proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (cooling and humidifying), (d) proses pendinginan (cooling), (e) proses humidifying, (f) proses dehumidifying, (g) proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and dehumidifying), (h) proses pemanasan dan penaikkan kelembapan (heating and humidifying). Gambar 2.9 menyajikan proses-proses yang terjadi di psychrometric chart.
Gambar 2.9 Proses-proses pada Psychrometric Chart
a. Proses Pendinginan dan Penurunan Kelembapan (cooling and dehumidifying) Proses pendinginan dan penurunan kelembapan adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten ke udara. Pada proses pendinginan dan penurunan kelembapan terjadi penurunan suhu bola kering, suhu bola basah, entalpi, volume spesifik, suhu titik embun, dan kelembapan spesifik. Sedangkan kelembapan relatif dapat mengalami peningkatan dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya. Gambar 2.10 menyajikan proses pendinginan dan penurunan kelembapan pada psychrometric chart.
Gambar 2.10 Cooling and Dehumidifying b. Proses Pemanasan (heating)
Proses pemanasan (heating) adalah proses penambahan kalor sensibel ke udara. Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan suhu bola kering, temparatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik, sedangkan suhu titik embun dan kelembapan spesifik tetap konstan, namun kelembapan relatif mengalami penurunan. Gambar 2.11 menyajikan proses pemanasan udara pada psychrometric chart.
Gambar 2.11 Heating
c. Proses Pendinginan dan Penaikkan Kelembapan (cooling and humidifying) Proses cooling and humidifying berfungsi menurunkan suhu dan menaikkan kandungan uap air di udara. Proses ini menyebabkan perubahan suhu bola kering, suhu bola basah dan kelembapan spesifik. Pada proses ini, terjadi penurunan suhu kering dan volume spesifik. Selain itu, terjadi peningkatan suhu bola basah, titik embun, kelembapan relatif dan kelembapan spesifik. Gambar 2.12 menyajikan proses pendinginan dan penaikan kelembapan pada psychrometric chart.
Gambar 2.12 Cooling and Humidifying d. Proses Pendinginan (cooling)
Proses pendinginan adalah proses pengambilan kalor sensibel dari udara sehingga suhu udara menurun. Pada proses ini terjadi penurunan pada suhu bola kering, suhu bola basah dan volume spesifik, namun terjadi peningkatan kelembapan relatif. Pada kelembapan spesifik dan suhu titik embun tidak terjadi mengalami perubahan atau konstan. Garis proses pendinginan pada psychrometric chart adalah garis horizontal ke arah kiri yang ditunjukkan di Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Cooling
e. Proses Humidifying
Proses humidifying merupakan proses penambahan kandungan uap air ke udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi kenaikan entalpi, suhu bola basah, titik embun dan kelembapan spesifik. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis vertikal ke arah atas yang ditunjukkan di Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Humidifying
f. Proses Dehumidifying
Proses dehumidifying adalah proses pengurangan kandungan uap air pada udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi penurunan entalpi, suhu bola basah, titik embun dan kelembapan spesifik. Garis dalam psychrometric chart adalah garis vertikal ke arah bawah yang ditunjukkan di Gambar 2.15.
Gambar 2.15 Dehumidifying
g. Proses Pemanasan dan Penurunan Kelembapan (heating and dehumidifying) Proses ini merupakan proses menaikkan suhu dan menurunkan kandungan uap air pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola basah dan kelembapan relatif tetapi terjadi peningkatan suhu bola kering. Garis proses ini pada psychrometric chart adalah kearah kanan bawah yang ditunjukkan di Gambar 2.16.
Gambar 2.16 Heating and Dehumidifying
h. Proses Pemanasan dan Menaikkan Kelembapan (heating and humidifying) Proses ini adalah proses dimana udara dipanaskan disertai penambahan uap air. Pada proses ini terjadi kenaikan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola kering. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis kearah kanan atas yang ditunjukkan di Gambar 2.17.
Gambar 2.17 Heating and Humidifying 2.1.4.3 Proses-proses Pengeringan
Pada Gambar 2.18 diperlihatkan proses yang terjadi di dalam mesin pengering pakaian. Udara lembap yang berasal dari ruang pengering dilewatkan pada evaporator untuk diperlakukan proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and dehumidify) agar mendapatkan pengkondisian udara sehingga suhu dan kelembapan udara tersebut menjadi rendah.
Gambar 2.18 Proses yang terjadi di dalam mesin pengering
Setelah itu, udara kering (kelembapan rendah) dan bersuhu rendah tersebut dilewatkan pada kondensor dan kompresor yang memiliki suhu tinggi, sehingga terjadi perpindahan kalor dari kondensor dan kompresor ke udara yang melewatinya, proses ini dinamakan poses pemanasan (heating), oleh karena itu udara tersebut selain kering, suhunya juga tinggi.
Selanjutnya, udara kering dan bersuhu tinggi, dibantu kipas, disirkulasikan ke ruang pengering untuk mengeringkan pakaian. Saat udara tersebut melewati pakaian, suhunya yang tinggi membuat kandungan air pada pakaian menguap dan terserap oleh udara kering, sehingga suhu udara menjadi turun dan kandungan uap air meningkat (lembap), proses ini disebut dengan proses cooling and humidifying.
Gambar 2.19 Proses pengeringan pakaian sistem udara tertutup pada psychrometric chart
Pada Gambar 2.19 ditunjukkan proses pengeringan pakaian sistem udara tertutup yang tersaji dalam psychrometric chart. Pada titik A hingga titik B terjadi proses cooling and dehumidifying. Pada titik B hingga titik D terjadi proses heating, sedangkan pada titik D hingga titik A merupakan proses cooling and humidifying, lalu siklus berulang lagi.
Keterangan pada Gambar 2.19:
a. Titik A merupakan kondisi udara yang berada di dalam ruang pengeringan, didapat dari Tdb dan Twb pada hygrometer.
b. Titik C merupakan kondisi udara setelah melewati evaporator. c. Titik C’ merupakan suhu kerja dari evaporator.
d. Titik D merupakan kondisi udara setelah melewati kondensor. e. Titik E merupakan suhu kerja kondensor.
2.1.4.4 Perhitungan pada Psychrometric Chart
Untuk dapat mengetahui laju pengeringan mesin pada mesin pengering pakaian, dapat digunakan Persamaan (2.7) :
t m mair . . . (2.7) pada Persamaan (2.7): air m
: laju pengeringan mesin pengering, (kgairmenit)
m
: perbedaan massa air, (kgair)
t : waktu, (menit)
Untuk menentukan laju aliran massa udara pada mesin pengering pakaian dapat digunakan Persamaan (2.8):
w m mudara air . . . (2.8) pada Persamaan (2.8): udara m
: laju aliran massa udara, (kgudaramenit)
w
: massa air yang berhasil diuapkan, (
udara air
kg
kg )
Untuk menentukan debit aliran udara yang masuk ke ruang pengering dapat dihitung dengan Persamaan (2.9):
udara udara m v . . . (2.9)
v̇ : debit aliran udara yang masuk ke ruang pengering, (
menit m3 )
udara