Analisa Perhitungan Konsumsi Dan Biaya Energi Untuk Mesin Pengering Pakaian Sistem Pompa Kalor Dengan Daya 1PK

(1)

ANALISA PERHITUNGAN KONSUMSI DAN BIAYA ENERGI UNTUK MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA

KALOR DENGAN DAYA 1 PK

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

SYALIMONO SIAHAAN NIM : 090 421 032

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

ABSTRAK

Analisa ini bertujuan untuk mengatasi masalah yang dihadapai usaha loundry pada penyediaan mesin untuk pencuci dan pengering yang dapat bekerja cepat. Oleh sebab itu dilakukan perancangan yang bertujuan untuk menghasilkan suatu unit mesin pengering pakaian portable dengan menggunankan AC rumah yang berorientasikan pada upaya efisiensi energi listrik yang dapat diaplikan pada skala kecil dan besar . Analisa perhitungan konsumsi dan biaya energi untuk mesin pengering pakaian sistem pompa kalor dengan daya 1 Pk didasarkan pada hasil perhitungan teoritis dan Pompa kalor yang digunakan beroperasi menggunakan siklus kompresi uap menjadi batasan masalahnya. Manfaat penelitian ini adalah untuk memenuhi kebutuhan pengeringan pakaian pada sektor rumah tangga, khususnya usaha laundry di Indonesia. Metode yang digunakan untuk mencapai tujuan melalui perhitungan termodinamika dengan refrigerant yang dipakai HCFC-22. Kesimpulan perancangan ini diperoleh Spesific Energy Consumption (SEC) berbanding terbalik dengan Spesific Moisture Extraction Rate

(SMER). Untuk pengujian pengeringan kemeja memiliki rata-rata 22 kWh/kg dan

pengeringan 1 pc celana jeans 41 kWh/kg. Dengan Biaya yang dibutuhkan untuk proses pengeringan dengan menggunakan sistem pompa kalor berikut berkisar Rp 46,625,- per kilogram air.

(9)

ABSTRACT

This calculation is intended to solve the faced loundry problem efforts on providing for washing machines and dryers that can work quickly . so this design that aims to produce a unit of portable clothes dryer with housing AC (air conditioner) in oriented with eficiency of electrical energy efforts with applicated on small and large scale . Analize of calculation consumpt and accoun energy for clothes dryer machine heat pump drying system is based on the results of theoretical calculations and the heat pump operate used to the cycle of vapor compression for the problem limit. The benefits of this research has for solving of drying clothes in the household sector , in particular laundry business in Indonesia . The method used to achieve this is through thermodynamic calculations use with refrigerant HCFC - 22 . Conclusions for spesific energy consumption (SEC) has different with Spesifik moisture extraction rate (SMER). Average for a dress dryer testing has 22 kWh/Kg and 1 Pc Jeans 41 kWh/kg. with cost from the drying process heat pump drying system has Rp.46,625, /kg of water.

(10)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan kasih-Nya penulis dapat menyelesaikan tugas sarjana ini. Tugas sarjana ini merupakan syarat dalam memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

Tugas sarjana ini diambil dari bidang mata kuliah Perpindahan panas

dengan judul “ANALISA PERHITUNGAN KONSUMSI DAN BIAYA

ENERGI UNTUK MESIN PENGERING PAKAIAN SISTEM POMPA KALOR DENGAN DAYA 1PK”

Dalam penyelesaian tugas sarjana ini, penulis mendapat banyak bimbingan dan dukungan dari dosen pembimbing bapak Dr. Eng.Himsar Ambarita, ST, MT dan teman – teman di Departemen Teknik Mesin Ekstensi Universitas Sumatera Utara, baik berupa saran dan nasehat serta ilmu pengetahuan.

Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan terima kasih yang sebesar – besarnya kepada :

1. Ibunda T. Sianipar S.Pd yang telah berjuang untuk membimbing dan memberi dorongan moril serta buat semua doa-doanya selama ini kepada penulis.

2. Bapak Dr. Eng.Himsar Ambarita, ST, MT, sebagai dosen pembimbing yang telah meluangkan banyak waktu serta menyumbangkan ilmu dan nasehat kepada penulis sepanjang pengerjaan tugas sarjana ini hingga selesai.

3. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, sebagai Ketua Departemen Teknik Mesin Falkutas Teknik Universitas Sumatera Utara.

(11)

penyempurnaan tugas sarjana ini. Akhir kata penulis berharap semoga tugas sarjana ini dapat berguna bagi pembaca. Terima kasih.

Medan, 16 Desember 2013 Penulis,

(12)

(13)

3.4. Metode Pelaksanaan Penelitian ... 28

BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1. SMER( Nilai Laju Ekstraksi air Spesifik atau spesific moisture extraction rate ... 29 4.2. SEC ( Energi yang dikonsumsi spesifik atau specific energy consumption) ... 29 4.3. Biaya Pokok Produksi ... 30

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan ... 37 5.2. Saran ... 37

DAFTAR PUSTAKA

(14)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Jadwal pelaksanaan penelitian ... ... 20

Tabel 4.1 Hasil Perhitungan 1 Pcs Kemeja (speed 1) ... ... 31

Tabel 4.4 Hasil Perhitungan 1 Pcs celana Jeans (speed 1) ... ... 32

Tabel 4.5 Hasil Perhitungan 1 Pcs celana Jeans (speed 2) ... ... 32

(15)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Refrigerator dan Pompa Kalor ... 8

Gambar2.2 Pembagian Kompressor..……… 9

Gambar 2.3 Diagram Siklus Refigrasi Kompresi Uap ... 12

Gambar 2.4 Diagram Pengering Pompa Kalor ... 16

Gambar 2.5 Skema Pengeringan ... 17

Gambar 3.1 Pakaian ... 21

Gambar 3.2 Rancangan Mesin Pengering Pompa Kalor ... 22

Gambar 3.3 Aluminium S Type Load Cell ... 23

Gambar 3.4 RH meter ... 24

Gambar 3.5 Hot Wire Annemometer ... 25

Gambar 3.6 Pressure Gauge ... 26

(16)

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Data Pengujian

(17)

DAFTAR NOTASI

A luas area ducting m3

COP coefficient of performance tanpa dimensi

COP

actual COP siklus kompresi uap aktual tanpa dimensi

COP

carnot COP siklus carnot tanpa dimensi

COP

R COP siklus kompresi uap standar tanpa dimensi

h enthalpi kJ/kg

h

1 enthalpi gas refrigeran pada tekanan evaporator kJ/kg

h

1 enthalpi refrigeran masuk kompresor kJ/kg

h

1 enthalpi refrigeran masuk kompresor kJ/kg

h

2 enthalpi gas refrigeran pada tekanan kondensor

(isentropik)

kJ/kg

h

2 enthalpi refrigeran keluar kompresor kJ/kg

h

2a enthalpi refrigeran keluar kompresor kJ/kg

h

2S enthalpi refrigeran saat kompresi isentropik kJ/kg

h

3 enthalpi refrigeran masuk TXV kJ/kg

h

4 enthalpi cairan refrigeran pada tekanan

kondensor

kJ/kg

h

4 enthalpi refrigeran keluar evaporator kJ/kg

h

5 enthalpi refrigeran masuk evaporator kJ/kg

(18)

P

3 tekanan sisi keluar kondensor MPa

P

4 tekanan sisi masuk evaporator MPa

P

5 tekanan sisi keluar evaporator MPa

P

2/P1 pressure ratio tanpa dimensi

P

evap tekanan evaporator MPa

P

kond tekanan kondensor MPa

Q

evap kalor yang diserap evaporator kW

QKonden

evap temperatur evaporator

o

C T

kond temperatur kondensor

(19)

ABSTRAK

Analisa ini bertujuan untuk mengatasi masalah yang dihadapai usaha loundry pada penyediaan mesin untuk pencuci dan pengering yang dapat bekerja cepat. Oleh sebab itu dilakukan perancangan yang bertujuan untuk menghasilkan suatu unit mesin pengering pakaian portable dengan menggunankan AC rumah yang berorientasikan pada upaya efisiensi energi listrik yang dapat diaplikan pada skala kecil dan besar . Analisa perhitungan konsumsi dan biaya energi untuk mesin pengering pakaian sistem pompa kalor dengan daya 1 Pk didasarkan pada hasil perhitungan teoritis dan Pompa kalor yang digunakan beroperasi menggunakan siklus kompresi uap menjadi batasan masalahnya. Manfaat penelitian ini adalah untuk memenuhi kebutuhan pengeringan pakaian pada sektor rumah tangga, khususnya usaha laundry di Indonesia. Metode yang digunakan untuk mencapai tujuan melalui perhitungan termodinamika dengan refrigerant yang dipakai HCFC-22. Kesimpulan perancangan ini diperoleh Spesific Energy Consumption (SEC) berbanding terbalik dengan Spesific Moisture Extraction Rate

(SMER). Untuk pengujian pengeringan kemeja memiliki rata-rata 22 kWh/kg dan

pengeringan 1 pc celana jeans 41 kWh/kg. Dengan Biaya yang dibutuhkan untuk proses pengeringan dengan menggunakan sistem pompa kalor berikut berkisar Rp 46,625,- per kilogram air.

(20)

ABSTRACT

This calculation is intended to solve the faced loundry problem efforts on providing for washing machines and dryers that can work quickly . so this design that aims to produce a unit of portable clothes dryer with housing AC (air conditioner) in oriented with eficiency of electrical energy efforts with applicated on small and large scale . Analize of calculation consumpt and accoun energy for clothes dryer machine heat pump drying system is based on the results of theoretical calculations and the heat pump operate used to the cycle of vapor compression for the problem limit. The benefits of this research has for solving of drying clothes in the household sector , in particular laundry business in Indonesia . The method used to achieve this is through thermodynamic calculations use with refrigerant HCFC - 22 . Conclusions for spesific energy consumption (SEC) has different with Spesifik moisture extraction rate (SMER). Average for a dress dryer testing has 22 kWh/Kg and 1 Pc Jeans 41 kWh/kg. with cost from the drying process heat pump drying system has Rp.46,625, /kg of water.

(21)

BAB I PENDAHULUAN

1.1.Latar Belakang

Mencuci merupakan kebutuhan pokok semua orang. Selama orang masih pakai baju, bisnis laundry masih tetap akan hidup. Pangsa pasar mulai dari mahasiswa, kost, rumah tangga, industri, perhotelan, rumah makan, perkantoran,dan segala bisnis yang berkaitan dengan konveksi. Bisnis laundry kiloan tak pernah surut. Bisnis ini tumbuh subur, terutama di kawasan perkotaan. Maklum, banyak masyarakat kota hampir tidak punya waktu buat mencuci pakaiannya sendiri. Alhasil, jasa laundry semakin dibutuhkan.

Laundry atau jasa cuci pakaian/ kain merupakan salah satu usaha yang prospektif saat ini, banyak kota-kota kabupaten atau kota kecamatan yang belum ada usaha laundry ini, baik laundry kiloan atau laundry per item. Kendala yang dihadapai untuk membuka londry terletap pada penyediaan mesin untuk pencuci dan pengering yang dapat bekerja cepat. Selain itu harga mesin laundry ini tidak

sama dengan harga mesin cuci biasa untuk skala rumahan, harga mesin laundry jauh lebih mahal dibandingkan dengan mesin cuci biasa. Merek mesin loudry yang banyak dicari pengusaha saat ini adalah Elektrolux, Zerowatt dan Modena, bayangkan saja mesin cuci elektrolux yang biasa saja harganya bisa mencapai belasan juta, apalagi mesin yang skalanya lebih besar.

1. 2 Rumusan Masalah

Dalam penelitian ini terlebih dahulu dilakukan pembuatan model fisik unit mesin pengering pakaian sistem pompa kalor. Selanjutnya diuji mengeringkan pakaian basah untuk menyelidiki dan mempelajari parameter-parameter yang mempengaruhi performansi mesin pengering tersebut.

1. 3 Batasan Masalah

(22)

2. Pompa kalor yang digunakan beroperasi menggunakan siklus kompresi uap

1. 4 Tujuan Penelitian 1. 4 .1 Tujuan Umum

Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan suatu unit mesin pengering pakaian portable yang berorientasikan pada upaya efisiensi energi listrik yang dapat diaplikan pada skala kecil dan besar.

1. 4. 2 Tujuan Khusus

Tujuan Khusus penelitian ini adalah

1. Untuk mengetahui besarnya laju ekstraksi penguapan spesifik dari mesin pengering sistem pompa kalor dengan daya 1PK.

2. Untuk mengetahui kebutuhan energi spesifik yang dibutuhkan mesin pengering sistem pompa kalor dengan daya 1 PK.

3. Untuk mengetahui biaya yang dibutuhkan untuk proses pengeringan pakaian.

1. 5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang didapat dari hasil penelitian ini adalah

1. Sistem yang sederhana ini secara luas berkontribusi untuk memenuhi kebutuhan pengeringan pakaian pada sektor rumah tangga, khususnya usaha laundry di Indonesia.

2. Sebagai pengembangan dalam bidang energi, khususnya teknologi refrigerasi dan pengkondisian udara.

(23)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1Proses Pengeringan

Pengeringan adalah proses perpindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan energi panas uantuk menguapkan kandungan air yang

dipindahkan dari permukaan bahan yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa panas. Proses pengeringan berlaku apabila bahan yang

dikeringankan kehilangan sebahagian atau keseluruhan air yang dikandungnya. Proses utama yang terjadi pada proses pengeringan adalah penguapan. Penguapan terjadi apabila air yang dikandung oleh suatu bahan teruap, yaitu apabila panas diberikan kepada bahan tersebut.

Prinsip pengeringan biasanya akan melibatkan dua kejadian yaitu panas yang diberikan pada bahan dan air harus dikeluarkan dari bahan. Dua fenomena ini menyangkut pindah panas ke dalam dan pindah massa ke luar. Yang dimaksud dengan pindah panas adalah peristiwa perpindahan energi dari udara ke dalam bahan yang dapat menyebabkan berpindahnya sejumlah massa (kandungan air)

karena gaya dorong untuk keluar dari bahan (pindah massa).

Dalam pengeringan umumnya diinginkan kecepatan pengeringan yang maksimum, oleh karena itu diusahakan untuk mempercepat pindah panas dan pindah massa. Perpindahan panas dalam proses pengeringan dapat terjadi melalui dua cara yaitu pengeringan langsung dan pengeringan tidak langsung.

Pengeringan langsung yaitu sumber panas berhubungan dengan bahan yang dikeringkan, sedangkan pengeringan tidak langsung yaitu panas dari sumber panas dilewatkan melalui permukaan benda padat (conventer) dan conventer

tersebut yang berhubungan dengan bahan. Setelah panas sampai ke bahan maka air dari sel-sel bahan akan bergerak ke permukaan bahan kemudian keluar.

2.2Pengeringan Buatan

Pengeringan dengan menggunakan alat pengering dimana, suhu, kelembapan udara, kecepatan udara dan waktu dapat diatur dan di awasi.

Keuntungan Pengering Buatan:

 Tidak tergantung cuaca

(24)

 Tidak memerlukan tempat yang luas

 Kondisi pengeringan dapat dikontrol

 Pekerjaan lebih mudah.

2.2.1 Jenis Jenis Pengeringan Buatan

Berdasarkan media panasnya,

 Pengeringan adiabatis ; pengeringan dimana panas dibawa ke alat

pengering oleh udara panas, fungsin udara memberi panas dan membawa air.

 Pengeringan isotermik; bahan yang dikeringkan berhubungan langsung

dengan alat/ plat logam yang panas.

2.2.2 Proses pengeringnan:

 Proses pengeringan diperoleh dengan cara penguapan air

 Dengan cara menurunkan RH dengan mengalirkan udara panas

disekeliling bahan

 Proses perpindahan panas; proses pemanasan dan terjadi panas

sensible dari medium pemanas ke bahan, dari permukaan bahan

kepusat bahan.

 Proses perpindahan massa ; proses pengeringan (penguapan), terjadi

panas laten, dari permukaan bahan ke udara

 Panas sensible ; panas yang dibutuhkan/ dilepaskan untuk menaikkan

/menurunkan suhu suatu benda

 Panas laten ; panas yang diperlukan untuk mengubah wujud zat dari

padat kecair, cair ke gas, dst, tanpa mengubah suhu benda tersebut.

2.2.3 Faktor faktor yang mempengaruhi pengeringan.

(25)

(c) Kecepatan udara

(d) Kelembapan udara

(e) Tekanan atm dan vakum

(f) Waktu.

Dalam rancang mesin ini faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan pengeringan maksimum adalah :

• Suhu

Semakin besar perbedaan suhu ( antara medium pemanas dengan bahan bahan) maka akan semakin cepat proses pindah panas

berlangsung sehingga mengakibatkan proses penguapan semaki cepat pula. Atau semkain tinggi suhu udara pengeringan maka aka semakin

besar anergi panas yang dibawa ke udara yang akan menyebabkan proses pindahan panas semakin cepat sengingga pindah massa akan berlangsung juga dengan cepat.

 Kecepatan udara

Umumnya udara yang bergerak akan lebih banyak mengambil uap air dari permukaan bahan yang dikeringkan. Udara yang bergerak adalah udara yang mempunyai kecepatan gerak yang tinggi yang berguna untuk mengambil uap air dan menghilangkan uapa air dari permukaan bahan yang dikeringkan, sehingga dapat mencegah terjadinya udara jenuh yang dapat memperlambat penghilangan air.

 Kelembaban Udara (RH)

(26)

Jika RH udara < RH keseimbangan maka bahan masih dapat dikeringkan

Jika RH udara > RH keseimbangan maka bahan malahan akan menarik uap air dari udara.

 Waktu

Semakin lama waktu (batas tertentu) pengeringan maka akan semakin cepat proses pengeringan selesai. Dalam pengeringan diterapkan konsep HTST ( High Temperature Short Time), short time dapat menekan biaya pengeringan.

2.3Pompa Kalor (Heat Pump)

Pompa kalor (heat pump) adalah suatu perangkat yang mentransfer panas dari media suhu rendah ke suhu tinggi. Pompa kalor merupakan perangkat yang sama dengan mesin pendingin (Refrigerator), perbedaannya hanya pada tujuan akhirnya. Mesin pendingin bertujuan menjaga ruangan pada suhu rendah (dingin) dengan membuang panas dari ruangan. Sedangkan pompa kalor bertujuan

menjaga ruangan berada pada suhu yang tinggi (panas). Hal ini di ilustrasikan

seperti pada gambar 2.1.

(27)

Gambar 2.1 Refrigerator dan pompa kalor (heat pump) Sumber: (Cengel and Boles 2006)

Pompa kalor memanfaatkan sifat fisik dari penguapan dan pengembunan dari suatu fluida yang disebut dengan refrigeran. Pada aplikasi sistem pemanas, ventilasi dan pendingin ruangan, pompa kalor merujuk pada alat pendinginan kompresi-uap yang mencakup saluran pembalik dan penukar panas sehingga arah aliran panas dapat dibalik. Secara umum, pompa kalor mengambil panas dari udara atau dari permukaan. Beberapa jenis pompa kalor dengan sumber panas udara tidak bekerja dengan baik setelah temperatur jatuh di bawah -5oC (23oF) (http://id.wikipedia.org/wiki/Pompa_kalor n.d.).

2.3.1 Siklus Refrigerasi kompresi uap

Siklus refrigerasi kompresi uap merupakan silkus yang paling umum digunakan untuk mesin pendingin dan pompa kalor. Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah :

1. Kompresor

Pada sistem mesin refrigerasi, kompresor berfungsi seperti jantung. Kompresor berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran dan menaikan tekanan refrigerant agar dapat mengembun di kondensor pada temperatur di atas temperatur udara sekeliling.(www:Google/Komponen Utama Siklus Kompresi Uap)

Berdasarkan cara kerjanya, kompresor yang biasa dipakai pada sistem

refrigerasi dapat dibagi menjadi:

.

(28)

KOMPRESOR

RECIPROCATING

ROTARY EJEKTOR TURBO

VANE SCROLL ROLLING

PISTON SCREW CENTRIFUGAL AXIAL

Gambar 2. 2 Pembagian Kompresor (Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012, hal : 46)

Kompresor yang memerangkap refrigeran dalam suatu ruangan yang terpisah dari saluran masuk dan keluarnya, kemudian dimampatkan. Kompresor ini dapat dibagi lagi menjadi:

a. Kompresor torak (reciprocating) b. Kompresor putar (rotary)

c. Kompresor sudu luncur (rotary vane atau sliding vane) d. Kompresor ulir (screw)

e. Kompresor gulung (Scroll)

2. Kondensor,

(29)

refrigeran cair dari tekanan kondensasi ke tekanan evaporasi, refrigeran cair diinjeksikan keluar melalui oriffice, refrigeran segera berubah menjadi kabut yang tekanan dan temperaturnya rendah.

Selain itu, katup ekspansi juga sebagai alat kontrol refrigerasi yang berfungsi : 1. Mengatur jumlah refrigeran yang mengalir dari pipa cair menuju

evaporator sesuai dengan laju penguapan pada evaporator.

2. Mempertahankan perbedaan tekanan antara kondensor dan evaporator

agar penguapan pada evaporator berlangsung pada tekanan kerjanya.

4. Evaporator,

berfungsi melakukan perpindahan kalor dari ruangan yang didinginkan ke refrigeran yang mengalir di dalamnya melalui permukaan dindingnya.

Siklus refrigerasi kompresi uap ini dapat digambarkan seperti gambar berikut:

Compressor Win

(30)

Gambar 2.3 Skema, diagram T-s dan diagram P-h dari siklus refrigrasi kompresi uap (Cengel and Boles 2006)

Dari gambar diatas, Siklus ini terdiri dari 4 proses, yaitu:

1-2 : Proses kompresi

Proses berlangsung dalam kompresor dan berlangsung secara isentropik adiabatik. Refrigeran meninggalkan evaporator dalam wujud uap jenuh

dengan temperatur dan tekanan rendah, kemudian masuk dalam kompresor, selanjutnya oleh kompresor uap dinaikkan tekanannya menjadi uap

bertekanan dan temperaturnya meningkat.

Dalam pengujian besarnya daya kompresor untuk melakukan kerja dapat juga ditentukan dengan rumus:

...(handbook of industrial drying, third edition)

(2.1)

(31)

= sudut antara daya nyata dan daya aktif (0,6 – 0,8)

2-3 : Proses kondensasi (pengembunan)

Proses berlangsung dalam kondensor. Refrigeran yang berasal dari kompresor dengan tekanan tinggi dan temperatur tinggi masuk kedalam kondensor untuk mengubah wujudnya menjadi cair. Terjadi pertukaran kalor antara refrigeran dengan lingkungan (udara) sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin yang menyebabkan uap refrigeran

mengembun menjadi cair.

Besarnya kalor per satuan waktu yang di lepaskan di kondensor dinyatakan sebagai:

...(2

.2)

(Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012, hal :5)

Dimana :

= besarnya kalor dilepas di kondensor (kJ/kg)

= entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)

= entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)

= laju aliran refrigeran pada sistem (kg/s)

3-4 : Proses ekspansi

Refrigeran (dalam wujud cair jenuh) mengalir melalui katup ekspansi. Refrigeran mengalami ekspansi pada entalpi konstan dan berlangsung secara irreversibel. Terjadi penurunan tekanan dan temperatur.

(32)

Proses terjadi didalam evaporator da berlangsung secara isobar isothermal (tekanan konstan dan temperatur konstan). Refrigeran (fasa campuran uap-cair) mengalir melalui evaporator. Panas dari lingkungan diserap refrigeran melalui evaporator.

Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar isotermal. Refrigerant

dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan / media yang di dinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas bertekanan rendah.

Besarnya kalor yang diserap evaporator adalah :

... ...(2.3)

(Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012,hal :5)

Dimana :

= kalor yang di serap di evaporator ( kW )

= efek pendinginan (efek refrigerasi) (kJ/kg)

= harga entalpi ke luar evaporator (kJ/kg)

= harga entalpi masuk ke evaporator (kJ/kg)

= laju aliran refrigeran pada sistem (kg/s)

(33)

Load Cell EL-USB (Rh & Temperatur)

Gelas Ukur

Gambar 2.4 Diagram pengering pakaian pompa kalor

Melalui skema siklus refrigrasi kompresi uap, panas yang dikeluarkan oleh kondensor dimanfaatkan untuk mengeringkan pakaian. Udara panas dari

kondensor dialirkan ke ruang pengeringan, selanjutnya udara hasil pengeringan menjadi lembab (basah). Udara dari ruang pengeringan kemudian dialirkan ke evaporator untuk didinginkan dan dikeringkan, udara tersebut selanjutnya akan menuju kondensor untuk dipanaskan. Demikian seteruanya siklus dari udara pengering tersebut bersikulasi. Skema dari pengering pakaian ini terlihat pada gambar 2.5.

Gambar 2.5 Skema pengeringan Sumber: (Pal U.S 2010)

(34)

Kinerja alat pengering salah satunya dapat ditentukan dari efisiensi pengeringan. Efisiensi pengeringan merupakan perbandingan antara energi yang digunakan untuk menguapkan kandungan air abahan dengan energi untuk memanaskan udara pengering. Efisiensi pengeringan biasanya dinyatakan dalam persen. Semakin tinggi nilai efisiensi pengeringan maka alat pengering tersebut semakin baik.

2.4.1 Efisiensi Pengeringan

Perhitungan efisiensi pengeringan dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan:

... (2.4)

(Dipl. Ing (FH) D. Butz, Dipl. Ing (FH) M. Schwarz, Fachhochschule Fulda, Food

technology 2004 hal :142) Dimana:

Qp adalah energi yang digunakan untuk pengeringan (kJ)

Q adalah energi untuk memanaskan udara pengering (kJ)

2.4.2 Spesific Moisture Extraction Rate (SMER)

Nilai laju ekstraksi air spesifik atau specific moisture extraction rate

(SMER) merupakan perbandingan jumlah air yang dapat diuapkan dari bahan dengan energi listrik yang digunakan tiap jam atau energi yang dibutuhkan untuk menghilangkan 1 kg air . Dinyatakan dalam kg/kWh.

(35)

Energi yang dikonsumsi spesifik atau specific energy consumption (SEC) adalah perbandingan energi yang dikonsumsi dengan kandungan air yang hilang, dinyatakan dalam kWh/kg dan dihitung dengan menggunakan persamaan (Mahlia, Hor and Masjuki 2010):

Dimana x adalah kandungan air yang hilang.

2.4.4 Biaya Pokok Produksi

Biaya pokok produksi merupakan biaya yang dibutuhkan dalam

menguapkan 1 kg air dalam satuan rupiah/kg. Dalam hal ini biaya pokok produksi merupakan perkalian antara spesific energy consumption (kWh/kg) dengan tarif dasar listik (Rupiah/kWh).

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Penelitian

Penelitian dilakukan di laboratorium Teknik pendingin Departemen

Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dan direncanakan dilaksanakan selama 6 bulan.

Tabel 3.1 Jadwal pelaksanaan penelitian

No

1. Studi literatur

2. Penyusunan proposal

3. Survey Loundry

(36)

5. Pengujian alat dan pengumpulan data

6.

Analisis data dan Penulisan laporan

Bahan yang menjadi objek pengeringan pada penelitian ini adalah pakaian. Pakaian yang akan dikeringkan merupakan pakaian yang umum dipakai oleh masyarakat sehari-hari yang antara lain terbuat dari

cotton, linen, wool, dan denim (bahan jeans).

a. Cotton, merupakan bahan yang sering digunakan untuk pakain T-Shirt atau kaos.

b. Linen, merupakan bahan yang sering digunakan untuk pakaian kemeja.

c. Wool

(37)

Gambar 3.1 Pakaian

2. Pompa Kalor (Heat Pump)

Pompa kalor dirancang untuk mengeringkan pakaian. Gambar 3.2 menunjukkan rancangan sistem pompa kalor.Pompa Kalor terdiri dari Kompresor, Kondensor, Evaporator, katup ekspansi dan ruang

Pengering.

Gambar 3.2 Rancangan Mesin Pengering Pompa Kalor

3.2.2 Alat

Peralatan yang digunakan untuk mengukur variabel-variabel penelitian, antara lain:

(38)

Load Cell digunakan untuk mengukur berat produk yang akan dikeringkan secara real time. Alat ini digunakan selama pengeringan. Tujuannya adalah untuk mengetahui pengurangan berat material selama proses pengeringan. Jenis Load Cell yang digunukan adalah Aluminium S Type Load Cell.

Gambar 3.3 Aluminium S Type Load Cell. Spesifikasi:

Product size: 52 x 50 x 10 mm

Technical Parameter

- Rate load : 10 kg

- Rate ourput : 1.0± 0.1mv/v - Zero balance : ± 0.04 mv/v - Temp. Effect on Sensitivity : ± 0.03%/10 oC - Temp. Effect on Zero. : ± 0.03%/10oC - Nonlinearity Erro : ± 0.03% - Hysteresis Erro : ± 0.03% - Repeatability Erro : ± 0.03%

- Creep : ± 0.03%/20min

- Input resistance : 405± 10Ω

(39)

Gambar 3.4 Rh Meter Spesifikasi:

Relative Humidity:

- Measurement range (%) : 0 – 100

Digunakan untuk mengukur kecepatan aliran udara yang mengalir didalam suatu aliran. Jenis Annemometer yang digunakan adalah Hot Wire

Annemometer.

(40)

Spesifikasi:

Measuring Range of Temperature : -10oC to 45oC

Wind Speed Measuring Range : 0.3 to 30 m/s

Accuracy of temperature : ±2 C

Accuracy of Wind speed : ±3%±0.1dgts

Wind Speed Unit Selection : M/s,Ft/min,Knots, Km/hr,Mph

Resolution : 0.1m/s 0.2

Data hold function : 500

4. Pressure Gauge

Digunakan untuk mengukur tekanan refrigran yang masuk kompresor, keluar kompresor dan juga masuk ke evaporator.

Gambar 3.6 Pressure gauge Spesifikasi dari alat pengukur tekanan refrigerasi: Sambungan: 1/8 "NPT

(41)

Adapun data yang direncakana akan dikumpulkan dan selanjutnya dilakukan analisis dalam penelitian ini antara lain adalah sebagai berikut :

1. Massa Pakaian (M)

Massa dari pakaian di ukur pada saat keadaan kering (Mk) dan pada saat

keadaan basah (Mb).

2. Waktu pengeringan (t)

Waktu pengeringan yang dibutuhkan untuk mengeringkan pakaian yaitu pada saat basah sampai pada saat keadaan kering (berat basah sampai berat kering). 3. Temperatur (T)

Temperatur yang di ukur adalah temperatur udara pada saat masuk ke evaporator (Tin), keluar evaporator (Tout).

4. Kecepatan aliran udara (V)

Udara yang mengalir didalam saluran aliran di ukur kecepatannya. 5. Kuat arus (I)

(42)

Mulai

1.Persiapan Mesin Pengering (pompa kalor)

2.Pengujian Mesin Pengering

Pengumpulan data:

(43)

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 SMER (Nilai laju ekstraksi air spesifik atau specific moisture extraction rate)

4.2 SEC (Energi yang dikonsumsi spesifik atau specific energy consumption)

Untuk menghitung SEC kita menggunakan rumus sebagai berikut :

SEC =

(

)

(44)

SEC =

(

)

4.3Biaya Pokok Produksi

Dalam menentukan biaya produksi diperoleh dengan menggunakan persamaan energi yang dikonsumsi spesifik atau specific energy consumption

(SEC) yang dinyatakan dalam kWh/kg dikali dengan tarif dasar listrik. Untuk harga tarif dasar listrik dibebankan sebesar Rp 966 per kWh.

(45)

Dengan melakukan perhitungan seperti diatas, maka didapatkan data-data sebagai berikut : Tabel 4.1. Hasil Perhitungan untuk 1 pc kemeja, speed 1

berat, waktu T in T out X V I cos φ Cp Wc ρ v ṁ SMER SEC BPP

186 g 10:29:45

AM 29 28.5 - 200 4 0.8 1.004 640 1.153 0.826 0.297 0 0 0

150 g 10:59:45

AM 41.5 26.5 11 200 5 0.8 1.005 800 1.134 0.733 0.259 0.803 76.631 Rp74025.14

125 g 11:29:45

AM 47 29 41 200 5.9 0.8 1.005 944 1.12 0.744 0.260 0.953 27.720 Rp26777.47

118 g 11:59:45

AM 48.5 30 57 200 5.9 0.8 1.005 944 1.116 0.732 0.254 0.956 21.293 Rp20568.65

120 g 12:12:57

(46)

Tabel 4.2. Hasil Perhitungan untuk 1 pc kemeja, speed 2

berat, waktu T in T out X V I cos φ cp Wc ρ v ṁ SMER SEC BPP

189 g 12:39:18 PM 31 30 - 200 4.3 0.8 1.005 688 1,147 0.335 0.120 0 0 0

167 g 13:09:18 PM 38.5 27.5 21 200 4.3 0.8 1.005 688 1,138 0.866 0.307 0.694 36.156 Rp34926.34

121 g 13:39:18 PM 42.5 28.5 67 200 4.5 0.8 1.005 720 1,129 0.823 0.289 0.736 14.819 Rp14314.79

105 g 14:09:18 PM 43 28 84 200 4.3 0.8 1.005 688 1,129 0.824 0.290 0.707 12.559 Rp12132.01

Tabel 4.3. Hasil Perhitungan untuk 1 pc kemeja, speed 3

berat, waktu T in T out X V I cos φ cp Wc ρ v ṁ SMER SEC BPP

184 g 1:52:14 PM 33 28 - 200 4.3 0.8 1.005 688 1147 1.539 0.550 0 0 0

131 g 2:22:14 PM 40 27.5 22 200 4.3 0.8 1.005 688 1135 1.749 0.618 0.691 39.041 Rp37713.53

116 g 2:52:14 PM 42 28.5 58 200 4.5 0.8 1.005 720 1130 1.774 0.624 0.727 20.886 Rp20175.75

(47)

Tabel 4.4. Hasil Perhitungan untuk 1 pc celana jeans, speed 1

berat, waktu T in T out X V I cos φ ρ Cp Wc v ṁ SMER SEC BPP

776 g 1:15:47

PM 36 31.5 - 200 3.9 0.8 1.135 1.005 624 1.578 0.344 0 0 0

703 g 1:45:47

PM 45.5 29.5 70 200 5.2 0.8 1.122 1.005 832 1.345 0.340 0.841 119.870 Rp115794.57

614 g 2:15:47

PM 47.5 31.5 159 200 5.9 0.8 1.115 1.005 944 1.289 0.338 0.966 51.214 Rp49472.54

525 g 2:45:47

PM 48.5 32 259 200 6 0.8 1.113 1.005 960 1.338 0.337 0.994 33.407 Rp32270.95

455 g 3:15:47

PM 48.5 31.5 349 200 6 0.8 1.114 1.005 960 1.302 0.338 1.005 24.869 Rp24023.08

420 g 3:45:47

PM 48.5 31.5 389 200 6 0.8 1.114 1.005 960 1.308 0.338 1.010 22.403 Rp21641.17

420 g 3:49:23

PM 48.5 31.5 420 200 6 0.8 1.114 1.005 960 1.344 0.338 1.013 21.257 Rp20534.74

(48)

761 g 1:55:22

PM 32.5 31.5 - 200 4.9 0.8 1.141 1.005 784 1.323 0.446 0 0 0

694 g 2:25:22

PM 38.5 27 60 200 5 0.8 1.139 1.005 800 1.471 0.445 0.810 113.866 Rp109994.53

607 g 2:55:22

PM 44.5 30 144 200 5.1 0.8 1.123 1.005 816 1.451 0.439 0.835 57.033 Rp55093.675

521 g 3:25:22

PM 46 31 230 200 5.2 0.8 1.119 1.005 832 1.495 0.438 0.861 37.773 Rp36488.47

445 g 3:55:22

PM 46 30.5 300 200 5.4 0.8 1.12 1.005 864 1.443 0.438 0.902 29.021 Rp28034.09

407 g 4:25:22

(49)

Tabel 4.6. Hasil Perhitungan untuk 1 pc celana jeans, speed 3

776 g 10:33:53

AM 28 27.5 - 200 3.9 0.8 1.157 1.004 624 0.472 1.943 0 0 0

701 g 11:03:53

AM 40 28 69 200 5 0.8 1.134 1.005 800 0.472 1.993 0.808 134.643 Rp130064.93

612 g 11:33:53

AM 43.5 30.5 154 200 5 0.8 1.124 1.005 800 0.472 1.992 0.809 64.365 Rp62176.51

522 g 12:03:53

PM 44 31 274 200 5 0.8 1.122 1.005 800 0.472 1.935 0.814 35.167 Rp33971.14

452 g 12:33:53

PM 44 30.5 364 200 5 0.8 1.123 1.005 800 0.472 1.993 0.810 28.184 Rp27225.791

422 g 1:03:53

(50)

Grafik temperatur inlet evaporator vs outlet evaporator untuk percobaan 1 pc kemeja dalam beragam kecepatan fan

(51)

inlet evaporator pada speed 1 lebih tinggi daripada speed 2 dan speed 3, temperatur inlet pada speed 2 lebih tinggi dari speed 3.

Grafik hubungan antara temperatur inlet evaporator dengan volume air sisa dan biaya pokok produksi untuk percobaan 1 pc kemeja

Grafik di atas menunjukkan bahwa mesin pengering memiliki biaya pokok produksi yang lebih besar saat start up, dan semakin tinggi temperatur inlet evaporator maka biaya produksi akan semakin murah.

Grafik temperatur inlet evaporator vs outlet evaporator untuk percobaan 1 pc celana jeans dalam beragam kecepatan fan

Speed 3 Speed 2

Speed 1

(52)

Sama seperti percobaan 1 pc kemeja, karakterikstik mesin pengering tidak berubah, dimana temperatur inlet evaporator pada speed 1 lebih tinggi daripada speed 2 dan speed 3. Akan tetapi waktu yang diperlukan untuk proses

pengeringan lebih singkat pada speed 3.

Grafik hubungan antara temperatur inlet evaporator dengan volume air sisa dan biaya pokok produksi untuk percobaan 1 pc celana jeans

Grafik hubungan temperatur inlet evaporator di atas menunjukkan bahwa dengan tingginya temperatur inlet evaporator mempengaruhi biaya pokok produksi, dan juga bergantung pada kecepatan laju aliran udara pada ruang pengering. Pada percobaan beberapa ragam kecepatan fan, menunjukkan bahwa laju pengeringan lebih

(53)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisa data dan pembahasan dapat diambil kesimpulan sebagai berikut:

1. Berdasarkan perhitungan dapat disimpulkan bahwa nilai laju ekstraksi air spesifik (SMER) untuk mesin pengering sistem pompa kalor memiliki hubungan yang linier dengan dengan temperatur inlet evaporator, dan juga linier terhadap waktu. Untuk nilai SMER pada percobaan 1 pc kemeja dan 1 pc celana jeans lebih rendah pada speed 3.

2. Spesific Energi Consumption (SEC) berbanding terbalik dengan Spesific Moisture Extraction Rate (SMER). Untuk pengujian pengeringan kemeja memiliki rata-rata 22 kWh/kg dan pengeringan 1 pc celana jeans 41 kWh/kg. 3. Biaya yang dibutuhkan untuk proses pengeringan dengan menggunakan sistem

pompa kalor berikut rata-rata Rp 46,625,- per kilogram air. .

5.2. Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, penulis menyarankan beberapa hal berikut:

1. Berdasarkan pengamatan, pencapaian efektifitas yang lebih baik adalah dengan pengoperasian pengeringan secara berkelanjutan agar kondisi ruang pengering tetap stabil.

(54)

DAFTAR PUSTAKA

1. Ambarita, Himsar, Teknik Pendingin Dan Pengkondisian Udara, Medan, 2012.

2. Cengel, A., Yunus, Boles, A., Michael, Thermodynamics An engineering Approach, Third Edition, WCB/ McGraw-Hill, United States of America, 1989.

3. M.J. Moran dan H.N Shapiro, Fundamental of Engineering Thermodynamics, Edisi 5, John Wiley & Sons Inc, 2006.

4. S.K. Wang, Handbook of Air Conditioning and Refrigerant, Edisi 2, McGraw-Hill, 2000.

5. ASHARAE, ASHRAE Handbook 1997, Fundamentals, Atlanta, GA, 1998.

6. Kulshrestha, S, K, Termodinamika Terpakai, Teknik Uap dan Panas, Terjemahan Budiardjo, I Made Kartika D., Budiarso, Penerbit Universitas Indonesia (UI-Press), Jakarta, 1989.

(55)

9. Mahlia, T.I. Clothes Drying from Room Air Conditioning Waste Heat,

Mechanical Engineering University of Malaya. Kuala Lumpur, 2010.

10. Mujumdar, Arun.S. Handbook of Industrial Drying, Third Edition, Taylor & Fracis Group LLC. Singapore, 2006.

9. Permen No 30 Tahun 2012 TTL (TDL 2013)

10.

(56)

LAMPIRAN