Analisa Konsumsi Dan Biaya Energi Pada Mesin Pengering Pakan Ternak Sistem Pompa Kalor Dengan Daya 1 PK

(1)

LAMPIRAN I

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

(11)

(12)

DAFTAR PUSTAKA

Ambarita, Himsar, Dr.Eng, “Teknik Pendingin Dan Pengkondisian Udara”,

Medan: 2012.

Cengel,A, Yunus, “Heat Transfer”, Second Edition, 2003.

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

Cengel, A, Yunus, “Thermodynamics”, Fith Edition, University Of Nevada, Reno, 2006.

Daryanto, Drs, “Teknik Pendingin”, Penerbit Yrama Widya,Bandung, 2005. Holman, J.P, “Perpinpindahan Kalor”, Sixth Edition, Penerbit Erlangga, 1986.

Koesteor, Raldi Artono,Dr, Ir, ”Perpindahan Kalor”, Penerbit Salemba Teknika, 2002.

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

Mechanical Engineering University of Malaya. Kuala Lumpur, 2010.

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

Supratman, Jones, Wilbert.F, Stoecker, Jerold W, “Refrigrasi Dan Pengkondisian Udara”, Penerbit Erlangga, 1989.

Holman, J.P, Jasjfi.E. “Metode Pengukuran Teknik”, Edisi keempat, Penerbit Erlangga, 1985.

(13)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu Studi dan Pembuatan

Penelitian dilakukan di laboratorium Teknik pendingin Departemen

Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara dan direncanakan dilaksanakan selama

5 bulan.

Tabel 3.1 Jadwal pelaksanaan studi dan pembuatan mesin pengering

N

o Uraian Kegiatan

Tahun 2013-2014 Okt Nov Des Jan Feb 1 Penyusunan Proposal

2 Merancang Mesin

3 Asembling Alat

4 _{Pengujian alat dan pengumpulan data} 5 _{Analisis data dan Penulisan laporan}

penelitian

6 _{Seminar hasil} 7 Perbaikan

8 Sidang Sarjana

3.2 Bahan dan Alat 3.2.1 Bahan.

Bahan yang di gunakan untuk merancang mesin pengering pakan ternak

sistem pompa kalor adalah:

a) Plat besi k) Paku bor

b) Plat seng l) Kabel tie

c) Besi hollow 40 x40 mm m) Lem goat, dextone

d) Besi hollow 15 x 15 mm n) Cat

e) Pipa tembaga 3/8 dan ¼ o) Busa glass woll

f) Pipa kapiler o,42 p) Silicon

g) Besi siku q) Papan panel

h) Kaca r) Aluminium foil

(14)

1. Pakan Ternak

Bahan yang menjadi objek pengeringan pada penelitian ini adalah

pakan ternak. Pakan ternak yang akan dikeringkan merupakan pakan

yang dibuat dari daun kelapa sawit yang sudah dicacah sampai halus.

Gambar 3.1 Pakan ternak yang sudah dicacah

2. Pompa Kalor (Heat Pump)

Pompa kalor dirancang untuk mengeringkan pakan ternak. Gambar 3.2

menunjukkan rancangan sistem pompa kalor. Pompa Kalor terdiri dari

Kompresor, Kondensor, Evaporator, katup ekspansi dan Saluran

Pengering.

(15)

3.2.2 Alat

Peralatan yang digunakan untuk mengukur variabel-variabel penelitian,

antara lain:

1. Rh (Relative Humidity) Meter

Merupakan alat ukur suhu dan kelembaban udara. Jenis Rh meter yang

digunakan adalah EL-USB-2-LCD (High Accuracy Humidity, Temperature and Dew Point Data Logger with LCD).

Gambar 3.3 Rh Meter

Spesifikasi:

Relative Humidity:

- Measurement range (%) : 0 – 100 - Repeatability (short term) (%RH) : ±0.1 - Accuracy (overall error) (%RH) : ±2.0* ±4 - Internal resolution (%RH) : 0.5 - Long term stability (%RH/yr) : 0.5

Temperature

- Measurement range (°C /°F) : -35/-31 - +80/+176 - Repeatability (°C/°F) : ±0.1/±0.2

- Accuracy (overall error) (°C /°F) : ±0.3/±0.6 - ±1.5/±3 - Internal resolution (°C /°F) : 0.5/1

Dew Point

- Accuracy (overall error) (°C /°F) : ±1.1 /±2**

Logging rate : every 10s every 12hr

(16)

2. Hot Wire Anemometer

Digunakan untuk mengukur kecepatan udara yang keluar dari mesin

pengering system pompa kalor. Jenis Annemometer yang digunakan

adalah Hot Wire Annemometer.

Gambar 3.4 Hot Wire Anemometer

Tabel 3.2 Specificatians dari Hot Wire Anemometer

Air Velocity Range Resolution Accuracy

m/s 0.1 to 25.0 m/s 0.1 m/s ±5% ± 0.1 m/s

km/h 0.3 to 90.0 km/h 0.1 km/h ±5% ± 0.1 km/h

ft/min 20 to 4925 fit/min 1 ft/min ±5% ± 0.1 fit/min

MPH 0.2 to 55.8 MPH 0.1 MPH ±5% ± 0.1

MPH

Knots 0.2 to 48.5 knots 0.1 knots ±5% ± 0.1 knots Air

termperatur

0 0C to 50 0C

32 0F to 122 0F 0.1

0

C / 0.1 0F 0.1 0C / 1.8 0F

3. Pressure Gauge

Digunakan untuk mengukur tekanan refrigran yang masuk kompresor,

keluar kompresor dan juga masuk ke evaporator.

(17)

Spesifikasi dari alat pengukur tekanan refrigerasi:

Sambungan: 1/8 "NPT

Kisaran tekanan: -30 ", psi Hg-0-500 atau -30" Hg-0-250 psi

Keakuratan Gauge kulkas : ASME kelas b.

3.3 Data Penelitian

Adapun data yang direncakan akan dikumpulkan dan selanjutnya dilakukan

analisis dalam penelitian ini antara lain adalah sebagai berikut :

1. Massa Pakan Ternak (M)

Massa dari pakan di ukur pada saat keadaan basah (Mb) dan pada saat

keadaan kering (Mk).

2. Waktu pengeringan (t)

Waktu pengeringan yang dibutuhkan untuk mengeringkan pakan yaitu pada

saat basah sampai pada saat keadaan kering (berat basah sampai berat kering).

Pada saat berapa kali jatuhan.

3. Temperatur (T)

Temperatur yang di ukur adalah temperatur udara pada saat masuk ke

evaporator (T1), masuk kondensor (T2), keluar kondensor (T3) dan pada saat

di saluran pengeringan (T4).

4. Kelembaban udara (Rh)

Kelembaban udara yang diukur pada titik saat masuk ke evaporator (Rh1),

masuk kondensor (Rh2), keluar kondensor (Rh3) dan keluar saluran

pengeringan (Rh4).

5. Tekanan (P)

Refrigeran yang masuk ke dalam kompresor (P1), ke luar kompresor (P2) dan

masuk ke dalam evaporator (P3) di ukur tekanannya.

6. Kecepetan aliran udara (v)

Udara yang keluar dari mesin pengering diukur kecepatannya.

7. Kuat arus ( I )

(18)

3.4 Metode Pelaksanaan Penelitian

Dalam pelaksanaan penelitian ini dilakukan kegiatan yang meliputi

beberapa tahapan yang digambarkan dalam bentuk diagram berikut:

Gambar 3.6 Diagram alir proses pelaksanaan penelitian Mulai

Studi Literatur

Usulan Penelitian

Tahap Persiapan:

1._{Persiapan Mesin Pengering}

(pompa kalor)

2._{Pengujian Mesin Pengering}

Pengumpulan data:

- _{Massa Pakan tenak (kg)} - _{Temperatur (}o_C)

- _{Kelembaban udara (%)} - _{Kecepatan aliran udara (m/s)} - _{Waktu (menit)}

- _{Tekanan (N/m}2₎

Kesimpulan/Laporan

Selesai

Tidak

Ya

Pengolahan dan Analisis Data

Ya

(19)

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data hasil pengujian

Dari hasil pengujian mesin pengering pakan ternak dengan beban 1 kg

pakan ternak maka didapat data sebagai berikut:

Tabel 4.1. Data hasil pengujian pengeringan 1 kg pakan ternak

N

o Waktu Tin

(0C) Tout

(0C) V

(Volt) I

(A) X

(ml) v (m/s

2

) ρ

(kg/m3)

Cp

(kJ/kgC

)

1 13.16 33,5 28 200 6 0 0,817 1,1738 1,0059

2 13.21 33.5 30 200 6 20 1,135 1,1671 1,0059

3 13.26 33,5 29 200 6 30 1,187 1,1702 1,0059

4 13.31 34 29,5 200 6 35 1,245 1,1684 1,0059

5 13.36 33.5 28,5 200 6 40 1,136 1,1720 1,0059

6 13.41 34.5 29 200 6 45 1,103 1,1702 1,0059

7 13.46 33.5 30 200 6 50 1,05 1,1671 1,0059

8 13.51 33.5 28,5 200 6 55 0.908 1,1720 1,0059

 Dari tabel pengujian diperoleh suhu udara masuk evaporator (Tin), maka

massa jenis udara (ρ) dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Tout = 28 + 273

= 301 K (lihat tabel sifat udara pada tekanan atmosfer)

=

(20)

0,00358 = 1,1774 – x

x = 1,1774 – 0,00358

x = 1, 1738

maka massa jenis udara (

ρ

)

udara pada temperature 280C adalah 1,1738

Selanjutnya perhitungan dalam bentuk tabel (lihat tabel 4.1)

 Dari tabel pengujian diperoleh suhu udara masuk evaporator (Tin), maka

panas jenis udara (Cp) dapat dihitung dengan rumus sebagai berikut :

Cp =

=

30,37 + 273

= 303,5 K (lihat tabel sifat udara pada tekanan atmosfer)

=

0,0075

=

0,00025 = 1,0057 – x

x = 1,0057 + 0,00025

x = 1, 0059

maka panas jenis (

Cp)

udara pada temperature 30,750C adalah 1,0059

4.2 Laju Pengeringan

Laju pengeringan (drying rate) adalah banyaknya air yang diuapkan tiap satuan waktu atau penurunan kadar air bahan dalam satuan waktu

Laju pengeringan dapat di hitung dengan rumus :

(21)

4.3 Nilai Laju Ekstraksi Air Spesifikc (Spesific Moisture Extraction Rate)

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.

Untuk menghitung nilai laju ekstraksi air spesifik (SMER) 5 menit

pertama pengeringan diperoleh dengan rumus :

 Untuk 5 menit pertama :

SMER =

(

T T

)

Wc x Cp x m X out in

udara − +

mudara = v.A.ρ

= 1,135 m/s x 0,01 m2 x 1,1671 kg/m3

= 0,0132 kg/s

Wc = V x I

= 200 Volt x 6 A

= 1200 watt = 1,2 kW

Maka,

SMER =

(

T T

)

udara − +

. = 2 , 1 ) 30 5 , 33 ( 0059 , 1 0132 , 0 02 , 0 + − ×

= 0,016 kg/kWh

 Untuk 5 menit kedua :

SMER =

(

T T

)

udara − +

mudara = v.A.ρ

= 1,187 m/s x 0,01 m2 x 1,1702 kg/m3

(22)

Wc = V x I

= 200 Volt x 6 A

= 1200 Watt = 1,2 kW

Maka,

SMER =

(

T T

)

udara − +

. = 2 , 1 ) 29 5 , 33 ( 0059 , 1 0202 , 0 03 , 0 + − ×

= 0,0232 kg/kWh

 Untuk 5 menit ketiga :

SMER =

(

T T

)

udara − +

mudara = v.A.ρ

= 1,1245 m/s x 0,01 m2 x 1,1684 kg/m3

= 0,0145 kg/s

Wc = V x I

= 200 Volt x 6 A

= 1200 Watt = 1,2 kW

Maka,

SMER =

(

T T

)

udara − +

. = 2 , 1 ) 5 . 29 34 ( 0059 , 1 0145 , 0 035 , 0 + − ×

= 0,0273 kg/kWh

 Untuk 5 menit ke empat :

SMER =

(

T T

)

udara − +

mudara = v.A.ρ

= 1,1362 m/s x 0,01 m2 x 1,1720 kg/m3

= 0,0133 kg/s

(23)

= 200 Volt x 6 A

= 1200 Watt = 1,2 kW

Maka,

SMER =

(

T T

)

udara − +

. = 2 , 1 ) 5 , 28 5 , 33 ( 0059 , 1 0133 , 0 04 , 0 + − ×

= 0,0315 kg/kWh

 Untuk 5 menit ke lima :

SMER =

(

T T

)

udara − +

mudara = v.A.ρ

= 1,03 m/s x 0,01 m2 x 1,1702 kg/m3

= 0,0120 kg/s

Wc = V x I

= 200 Volt x 6 A

= 1200 Watt = 1,2 kW

Maka,

SMER =

(

T T

)

udara − +

. = 2 , 1 ) 90 5 , 34 ( 0059 , 1 0120 , 0 45 , 0 + − ×

= 0,0355 kg/kWh

 Untuk 5 menit ke enam :

SMER =

(

T T

)

udara − +

mudara = v.A.ρ

= 1,05 m/s x 0,01 m2 x 1,1671 kg/m3

= 0,0122 kg/s

Wc = V x I

(24)

= 1200 Watt = 1,2 kW

Maka,

SMER =

(

T T

)

udara − +

. = 2 , 1 ) 30 5 , 33 ( 0059 , 1 0122 , 0 05 , 0 + − ×

= 0,0402 kg/kWh

 Untuk 5 menit ke tujuh :

SMER =

(

T T

)

udara − +

mudara = v.A.ρ

= 0,908 m/s x 0,01 m2 x 1,1720 kg/m3

= 0,0106 kg/s

Wc = V x I

= 200 Volt x 6 A

= 1200 Watt = 1,2 kW

Maka,

SMER =

(

T T

)

udara − +

. = 2 , 1 ) 5 , 28 5 , 33 ( 0059 , 1 0106 , 0 055 , 0 + − ×

= 0,043 kg/kWh

4.3.1 Ketakpastian Pengukuran

Suatu metode yang seksama untuk menaksir ketakpastian dalam hasil-hasil eksperimen telah dikemukakan oleh Kline dan McClintock. Metode ini didasarkan atas spesifikasi yang teliti ketakpastian dalam berbagai pengukuran primer eksperimen (J.P.Holman, 48)

 SMER =

(

T T

)

udara − +

= 2 , 1 ) 30 5 , 33 ( 0059 , 1 0132 , 0 02 , 0 + − ×

= 0,016 kg/kWh

(25)



=

0,802



=

24,92



=

0,0158



=

(26)

=

0.0013



=

0,3

 Wx = (0,02) (0,005) = 1 x 10-4

 Wudara = (0,0132) (0.05) = 6,6 x 10-4

 Wcp = ( 1,0059) (0,3) = 0,301

 W = ( 3,5) (0.3) = 1,05

 Wwc = (1,2) (0,01) = 0,012

Maka ketakpastian pengukurannya adalah :

WSMER = [(0,802)2 x (1 x10-4)2 + (24,92)2 x (6,6 x10-4)2 + (0,01582 x

(0,301)2 + (0,0013)2 x (1,05)2 + (0,3)2 x (0,012)2 ]1/2

WSMER = 0.000740 atau 2,16%

4.4 Konsumsi Energi Spesifik (Specific Energy Consumption)

Energi yang dikonsumsi spesifik atau specific energy consumption (SEC) adalah perbandingan energi yang dikonsumsi dengan kandungan air yang hilang

dinyatakan dalam kWh/kg

Untuk menghitung konsumsi energy spesifik (SEC) kita menggunakan

rumus sebagai berikut :

SEC =

(

)

X

Wc T

T x Cp x

m_udara _in − _out +

Pada bagian ini mudara, Cp, Tin, Tout, dan Wc adalah sama. Maka SEC dapat

dihitung seebagai berikut :

(27)

SEC =

(

)

X Wc T T x Cp x

= 02 , 0 2 , 1 ) 30 5 , 33 ( 0059 , 1 0132 ,

0 × − +

= 62,3 kWh/kg

 Untuk 5 menit kedua :

SEC =

(

)

X Wc T T x Cp x

= 03 , 0 2 , 1 ) 29 5 , 33 ( 0059 , 1 0202 ,

0 × − +

= 43,03 kWh/kg

 Untuk 5 menit ke tiga :

SEC =

(

)

X Wc T T x Cp x

= 035 , 0 2 , 1 ) 5 , 29 34 ( 0059 , 1 0145 ,

0 × − +

= 36,534 kWh/kg

 Untuk 5 menit ke empat :

SEC =

(

)

X Wc T T x Cp x

= 04 , 0 2 , 1 ) 5 . 28 5 , 33 ( 0059 , 1 0133 ,

0 × − +

= 31,67 kWh/kg

 Untuk 5 menit ke lima :

SEC =

(

)

X Wc T T x Cp x

= 02 , 0 2 , 1 ) 29 5 , 34 ( 0059 , 1 0120 ,

0 × − +

= 28,133 kWh/kg

 Untuk 5 menit ke enam :

SEC =

(

)

X Wc T T x Cp x

(28)

= 05 , 0 2 , 1 ) 30 5 , 33 ( 0059 , 1 0489 ,

0 × − +

=24,84 kWh/kg

 Untuk 5 menit ke tujuh :

SEC =

(

)

X Wc T T x Cp x

= 055 , 0 2 , 1 ) 5 , 28 5 , 33 ( 0059 , 1 0106 ,

0 × − +

= 22,787 kWh/kg

4. 5 Biaya 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.

 Unutk 5 menit pertama:

Biaya Pokok Produksi = SEC x Tarif dasar listrik

= 63,3 kWh/kg x Rp 966,-

= Rp 60.181,-

 Unutk 5 menit ke dua :

= 40,03 kWh/kg x Rp 966,-

= Rp

41,570,- Unutk 5 menit ke tiga :

= 36,534 kWh/kg x Rp 966,-

= Rp

35,292,- Unutk 5 menit ke empat :

= 31,67 kWh/kg x Rp 966,-

= Rp

(29)

= 28,133 kWh/kg x Rp 966,-

= Rp

27,176,- Unutk 5 menit ke enam :

= 24,84 kWh/kg x Rp 966,-

= Rp

23,995,- Unutk 5 menit ke tujuh :

= 22,787 kWh/kg x Rp 966,-

(30)

[image:30.842.81.753.157.414.2]

Tabel 4.2 Hasil perhitungan pengujian pengeringan 1kg pakan ternak

No Waktu Tin

(0C)

Tout

(0C)

V (Volt)

I (A)

X (ml)

v (m/s2)

ρ

(kg/m3)

Cp (kJ/kgC)

SMER (kg/kWh)

SEC (kWh/kg)

BP (Rp)

1 13.16 33,5 28 200 6 0 0,817 1,1738 1,0059 0 0 0

2 13.21 33.5 30 200 6 20 1,135 1,1671 1,0059 0,016 62,3 60,181

3 13.26 33,5 29 200 6 30 1,187 1,1702 1,0059 0,0232 43,03 41,570

4 13.31 34 29,5 200 6 35 1,245 1,1684 1,0059 0,0273 36,534 35,292

5 13.36 33.5 28,5 200 6 40 1,136 1,1720 1,0059 0,0315 31,67 30,593

6 13.41 34.5 29 200 6 45 1,103 1,1702 1,0059 0,0355 28,13 27,176

7 13.46 33.5 30 200 6 50 1,05 1,1671 1,0059 0,0402 24,84 23,995

(31)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan

Berdasarkan analisa data dan pembahasan dapat diambil kesimpulan sebagai

berikut:

1. Berdasarkan analisa data dapat disimpulkan bahwa nilai laju ekstraksi air

spesifik (Spesific Moisture Extraction Rate) adalah 0.0106 kg/kWh. SMER untuk mesin pengering pakan ternak sistem pompa kalor berbanding lurus

dengan dengan temperatur udara keluar evaporator, dan berbanding lurus

terhadap waktu.

2. Konsumsi energi spesifik (Spesific Energi Consumption) untuk mesin pengering pakan ternak sistem pompa kalor dengan daya 1 PK adalah

22,787kWh/kg. SEC berbanding terbalik dengan laju ekstraksi air spesifik

(Spesific Moisture Extraction Rate) dan berbanding lurus dengan biaya produksi. Semakin kecil konsumsi energi spesifik, maka biaya produksi

semakin kecil.

3. Biaya yang dibutuhkan untuk proses pengeringan pakan ternak dengan sistem

pompa kalor adalah Rp 20,012,- per kilogram.

.

5.2 Saran

Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, penulis menyarankan beberapa

hal berikut:

1. Perlu penambahan exchaus fan agar udara panas yang dihasilkan kondensor

mengalir ke tower pengeringan dengan sempurna

2. Untuk penyempurnaan mesin ini, perlu penambahan solasi (glass woll dan

aluminium foil) pada tower pengeringan agar loses panas yang hilang dapat

(32)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Proses Pengeringan

Pengeringan adalah proses perpindahan panas dan uap air secara simultan

yang memerlukan energi panas untuk 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

(33)

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

 Kapasitas pengeringa dapat dipilih sesuai dengan yang diperlukan

 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 pengeringan:

 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

(34)

 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.

Pada pengeringan selalu diinginan kecepatan pengeringan yang maksimal.

Oleh karena itu perlu dilakukan usah- usah untuk memercepat pindah panas dan

pindah massa ( pindah massa dalam hal ini adalah perpindahan air keluar dari

bahan yang dikeringksan dalam proses pengeringan tersebut.

Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan

pengeringan maksimum, yaitu :

(a) Luas permukaan

(b) Suhu

(c) Kecepatan udara

(d) Kelembaban udara

(e) Tekanan

(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.

(35)

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)

Semakin lembab udara di dalam ruang pengering dan sekitarnya maka

akan semakin lama proses pengerngan berkangsung kering, begitu juga

sebaliknya. Karena udara kering dapat mengabsorbsi dan menahan uap

air. Setiap bahan mempunyai keseimbangan kelembaban nisbi ( RH

keseimbangan) masing- masing, yaitu kelembaban pada suhu tertentu

dimana bahan tidak akan kehilangan air (pindah) ke atmosfir atau

tidak akan mengambil uap air dari atmosfir.

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.

2.3Siklus Kompresi Uap

Sistem kompresi uap merupakan dasar sistem refrigerasi yang terbanyak di gunakan, dengan komponen utamanya adalah kompresor, evaporator, alat

ekspansi (Throttling Device), dan kondensor. Keempat komponen tersebut melakukan proses yang saling berhubungan dan membentuk siklus refrigerasi

(36)

[image:36.595.220.402.84.218.2]

Gambar 2.1. Siklus Kompresi Uap

Pada diagram P-h, siklus kompresi uap dapat digambarkan pada gambar

2.2 sebagai berikut:

(P = kPa)

(h = kJ/kg) 1

2 3

4

Gambar 2.2. Siklus Refrigerasi Kompresi Uap pada Diagram P-h

Proses yang terjadi pada Siklus Refrigerasi Kompresi Uap adalah sebagai berikut:

1. Proses Kompresi (1 – 2)

Proses ini berlangsung di kompresor secara isentropik adiabatik. Kondisi

awal refrigeran pada saat masuk di kompresor adalah uap jenuh bertekanan

rendah, setelah di kompresi refrigeran menjadi uap bertekanan tinggi. Oleh karena

proses ini di anggap isentropik, maka temperatur keluar kompresor pun

muningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigeran bisa di hitung

dengan rumus

[image:36.595.178.426.275.398.2]

(37)

Dimana :

Wk = besarnya kerja kompresi yang di lakukan (kJ/kg)

= entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)

= entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)

ṁ = laju aliran refrigeran pada sistem (kg/s)

h1 diperoleh dari tekanan pada evaporator, h2 diperoleh dari tekanan pada

kondensor.

Dalam pengujian besarnya daya kompresor untuk melakukan kerja dapat

juga ditentukan dengan rumus:

...(2.1)

Dimana :

= daya listrik kompresor (Watt)

= tegangan listrik (Volt)

= kuat arus listrik (Ampere)

= 0,6 – 0,8

2. Proses Kondensasi (2 – 3)

Proses ini berlangsung di kondensor, refrigeran yang bertekanan dan

temperatur tinggi keluar dari kompresor membuang kalor sehingga fasanya

berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di kondensor terjadi penukaran kalor

antara refrigeran dengan udara, sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara

pendingin dan akhirnya refrigeran mengembun menjadi cair.

(38)

( Sumber : Dr.Eng.Himsar Ambarita, hal : 14)

Dimana :

Qk = besarnya kalor dilepas di kondensor (kJ/kg)

= entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)

= entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)

3. Proses Ekspansi (3 – 4)

Proses ini berlangsung secara isoentalpi, hal ini berarti tidak terjadi

penambahanentalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur. Proses

penurunan tekanan terjadi pada katup ekspansi yang berbentuk pipa kapiler atau

orifice yang berfungsi mengatur laju aliran refrigerant dan menurunkan tekanan. = ( Sumber : Dr.Eng.Himsar Ambarita, hal : 6) Dimana :

h3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)

h4 = harga entalpi masuk ke evaporator (kJ/kg) 4. Proses Evaporasi (4 – 1)

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

(Sumber: Dr.Eng.Himsar Ambarita, hal : 6)

Dimana :

(39)

= harga entalpi ke luar evaporator (kJ/kg)

= harga entalpi masuk ke evaporator (kJ/kg)

Selanjutnya refrigeran kembali masuk ke kompresor dan bersirkulasi

kembali, begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai.

2.3.1 Komponen Utama Siklus 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:

.

KOMPRESOR

RECIPROCATING

ROTARY EJEKTOR TURBO

[image:39.595.114.507.475.669.2]

VANE SCROLL ROLLING_PISTON SCREW CENTRIFUGAL AXIAL

Gambar 2. 3 Pembagian Kompresor (Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara

(40)

Kompresor yang memerangkap refrigeran dalam suatu ruangan yang

terpisah dari saluran masuk dan keluarnya, kemudian dimampatkan. Kompresor

ini dapat dibagi lagi menjadi:

a. Bolak-balik (reciprocating) kompresor torak. b. Putar (rotary)

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

e. Kompresor gulung (Scroll) 2. Kondensor,

Kondensor berfungsi sebagai untuk membuang kalor ke lingkungan,

sehingga uap refrigeran akan mengembun dan berubah fasa dari uap ke cair.

Sebelum masuk ke kondenser refrigeran berupa uap yang bertemperatur dan

bertekanan tinggi, sedangkan setelah keluar dari kondenser refrigeran berupa

cairan jenuh yang bertemperatur lebih rendah dan bertekanan sama (tinggi) seperti

sebelum masuk ke kondensor.

Dilihat dari proses perpindahan panasnya kondensor terdiri dari dua jenis, jenis

kondensor yaitu kondensor kontak langsung dan kondensor permukaan.

1. Kondensor Jet

Kondensor jet adalah kondensor kontak langsung yang banyak digunakan.

Kondensor jet digunakan pada pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP) yang

siklus kerjanya terbuka. Perpindahan panas pada kondensor jet dilakukan dengan

menyemprotkan air pendingin ke aliran uap secara langsung. Air kondensat yang

terkumpul di kondensor sebagian digunakan sebagai air pendingin kondensor dan

selebihnya dibuang.

(41)

Pada kondensor permukaan, uap terpisah dari air pendingin, uap berada

diluar pipa-pipa sedangkan air pendingin berada didalam pipa. Perpindahan panas

dari uap ke air terjadi melalui perantaraan pipa-pipa. Pada kondensor jenis ini

kemurnian air pendingin tidak menjadi masalah karena terpisah dari air

kondensat.

Jenis- jenis kondensor yang kebanyakan dipakai adalah sebagai berikut:

1) Kondensor pipa ganda (Tube and Tube)

Jenis kondensor ini terdiri dari susunan dua pipa koaksial, dimana

refrigeran mengalir melalui saluran yang berbentuk antara pipa dalam dan pipa

luar, dari atas ke bawah. Sedangkan air pendingin mengalir di dalam pipa dalam

[image:41.595.154.486.351.554.2]

dengan arah yang berlawanan dengan arah aliran refrigeran.

Gambar 2.4 Kondensor pipa ganda (Tube and Tube Condensor )

Keterangan :

a. Uap refrigeran masuk e. Tabung luar

b. Air pendingin keluar f. Sirip bentuk bunga

c. Air pendingin masuk g. Tabung dalam

(42)

2) Kondensor tabung dan koil ( Shell and Coil )

Kondensor tabung dan koil adalah kondensor yang terdapat koil pipa air

pendingin di dalam tabung yang di pasang pada posisi vertikal. Tipe kondensor ini

air mengalir dalam koil, endapan dan kerak yang terbantuk dalam pipa harus di

bersihkan dangan bahan kimia atau detergen.

3) Kondensor pendingin udara

Kondensor pendingin udara adalah jenis kondensor yang terdiri dari koil pipa

pendingin yang bersirip pelat (tembaga atau aluminium). Udara mengalir dengan

arah tegak lurus pada bidang pendingin, gas refrigeran yang bertemperatur tinggi

masuk ke bagian atas dari koil dan secara berangsur mencair dalam alirannya ke

bawah.

4) Kondensor tabung dan pipa horizontal (Shell and Tube)

Kondensor tabung dan pipa horizontal adalah kondensor tabung yang di

dalamnya banyak terdapat pipa – pipa pendingin, dimana air pendingin mengalir

dalam pipa – pipa tersebut. Ujung dan pangkal pipa terikat pada pelat pipa,

sedangkan diantara pelat pipa dan tutup tabung dipasang sekat untuk membagi

[image:42.595.171.496.526.694.2]

aliran air yang melewati pipa – pipa.

(43)

Keterangan :

1. Saluran air pendingin keluar 6. Pengukur muka cairan

2. Saluran air pendingin masuk 7. Saluran masuk refrigeran

3. Pelat pipa 8. Tabung keluar refrigeran

4. Pelat distribusi 9. Tabung

5. Pipa bersirip

Pembagian kondensor berdasarkan medium yang digunakan dapat dibagi

atas 3 bagian, yaitu: (1) Kondensor berpendingin udara, (2) Kondensor

[image:43.595.113.506.339.521.2]

berpendingin air, dan (3) Kondensor berpendingin gabungan (Evaporative Condenser).

Tabel 2.1. Perbandingan kondensor berpendingin udara dan air

Parameter

Pendingin

Udara Pendingin Air

Perbedaan temperatur, Tc-Tpendingin 6 s/d 22 oC 6 s/d 12 oC

Laju aliran pendingin per TR

12 s/d 20

m3/mnt

0,007 s/d 0,02

m3/mnt

Luas perpindahan panas per TR 10 s/d 15 m2 0,5 s/d 1 m2

Kecepatan fluida pendingin 2,5 s/d 6 m/s 2 s/d 3 m/s

Daya pompa/blower per TR 75 s/d 100W Kecil

TR = Ton of Refrigerasi ( Beban di evaporator) 1TR = 3,5 KW

Sumber, ASHRAE Inc., (2008). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. SI Edition. Atlanta.

3. Katup Ekspansi,

Komponen utama yang lain untuk mesin refrigerasi adalah katup ekspansi.

Katup ekspansi ini dipergunakan untuk menurunkan tekanan dan untuk

mengekspansikan secara adiabatik cairan yang bertekan dan bertemperatur tinggi

sampai mencapai tingkat tekanan dan temperatur rendah, atau mengekspansikan

(44)

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,

Evaporator berfungsi melakukan perpindahan kalor dari ruangan yang

didinginkan ke refrigeran yang mengalir di dalamnya melalui permukaan

dindingnya. Pada diagaram P – h dari siklus kompresi uap sederhana, evaporator

mempunyai tugas merealisasikan garis 1–4. Setelah refrigeran turun dari

kondensor melalui katup ekspansi masuk ke evaporator dan di uapkan, kemudian

dikrim ke kompresor. Pada prinsipnya evaporator hampir sama dengan kondensor,

yaitu sama – sama APK yang fungsinya mengubah fasa refrigeran. Bedanya, jika

pada kondensor refrigeran berubah dari uap menjadi cair, maka pada evaporator

berubah dari cair menjadi uap.

Berdasarkan model perpindahan panasnya, evaporator dapat dibagi menjadi dua

jenis yaitu :

1. Natural Convention

Pada evaporator natural convention, fluida pendingin dibiarkan mengalir sendiri karena adanya perbedaan massa jenis, umumnya evaporator ditempatkan

di tempat yang lebih tinggi. Fluida yang bersentuhan dengan evaporator akan turn

suhunya dan massa jenisnya akan naik, sebagai akibatnya fluida ini akan turun

dan mendesak fluida dibawahnya untuk bersirkulasi. Sistem ini hanya mampu

pada refrigerasi dengan kapasitas – kapasitas kecil seperti kulkas.

2. Forced convention

Evaporator ini menggunakan blower untuk memaksa terjadinya aliran udara

sehingga terjadi konveksi dengan laju perpindahan panas yang lebih baik.

(45)

Refrigerant adalah fluida kerja utama pada suatu siklus refrigerasi yang bertugas menyerap panas pada temperatur dan tekanan rendah dan membuang

panas pada temperatur dan tekanan tinggi. Umumnya refrigerant mengalami

perubahan fasa dalam satu siklus.

1. Kecepatan refrigeran pada titik 4

V4 =w .

v4-………...………..……….……..………(2.2)

(Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker, hal :251)

v4= Volume spesifik cair jenuh (m3/kg)

2. Bilangan Reynolds

Re = V3.D/µ4.

v4-….……….………..……….….…(2.3)

µ3 = Viskositas cair jenuh

D = Diameter dalam pipa kapiler = 2 mm

3. Faktor gesek

f =

0,33/Re0.25……….……….…………....……...……….….…(2.4)

3. Faktor gesek rata-rata untuk tiap ruas

fm=

2 4

3 f

f +

(46)

5. Kecepatan rata-rata refrigeran

Vm = 2

4

3 V

V +

………..……..…………..…..………….….…(2.6)

(

)

2 .

(

₄ ₃

)

4 3

2v A mV V V x D L x f P P m

m = −

        _∆ − − ………..….….…(2.7)

(Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker, hal :251) 2.4.1. Pengelompokan Refrigrant

Refrigerant dirancang untuk ditempatkan didalam siklus tertutup atau tidak

bercampur dengan udara luar. Tetapi, jika ada kebocoran karena sesuatu hal yang

tidak diinginkan, maka refrigerant akan keluar dari system dan bisa saja terhirup

manusia. Untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan maka refrigerant harus

dikategorikan aman atau tidak aman. Ada dua faktor yang digunakan untuk

mengklassifikasikan refrigerant berdasarkan keamanan, yaitu bersifat racun

(toxicity) dan bersifat mudah terbakar (flammability).

Berdasarkan toxicity, refrigerants dapat dibagi dua kelas, yaitu kelas A bersifat tidak beracun pada konsentrasi yang ditetapkan dan kelas B jika bersifat

racun. Batas yang digunakan untuk mendefinisikan sifat racun atau tidak adalah

sebagai berikut. Refrigerant dikategorikan tipe A jika pekerja tidak mengalami

(47)

lingkungan yang mengandung konsentrasi refrigerant sama atau kurang dari 400

ppm (part per million by mass). Sementara kategori B adalah sebaliknya.

Berdasarkan flammability, refrigerant dibagi atas 3 kelas, kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Yang disebut kelas 1 jika tidak terbakar jika diuji pada tekanan 1 atm

(101 kPa) temperature 18,3°C. Kelas 2 jika menunjukkan keterbakaran yang

rendah saat konsentrasinya lebih dari 0,1 kg/m3 pada 1 atm 21.1°C atau kalor

pembakarannya kurang dari 19 MJ/kg. Kelas 3 sangat mudah terbakar.

Refrigerant ini akan terbakar jika konsentrasinya kurang dari 0,1 kg kg/m3

atau kalor pembakarannya lebih dari 19 MJ/kg. Berdasarkan defenisi ini, sesuai

standard 34-1997, refrigerants diklassifikasikan menjadi 6 kategori, yaitu:

(Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker ).

1. A1: Sifat racun rendah dan tidak terbakar

2. A2: Sifat racun rendah dan sifat terbakar rendah

3. A3: Sifat racun rendah dan mudah terbakar

4. B1: Sifat racun lebih tinggi dan tidak terbakar

5. B2: Sifat racun lebih tinggi dan sifat terbakar rendah

[image:47.595.120.505.593.752.2]

6. B3: Sifat racun lebih tinggi dan mudah terbakar

Tabel 2. 2. Pembagian Refrigerant berdasarkan keamanan

Refrigerant

number Chemical Formula

Safety group

Old New

10 CCl4 2 B1

11 CCl3F 1 A1

12 CCl2F2 1 A1

13 CClF3 1 A1

13B1 CBrF3 1 A1

14 CF4 1 A1

21 CHCl2F 2 B1

(48)

23 CHF3 A1

30 CH2CL2 2 B2

32 CH2F2 A2

40 CH3Cl 2 B2

50 CH4 3a A3

113 CCl2FCClF2 1 A1

114 CClF2CClF2 1 A1

115 CClF2CF3 1 A1

116 CF3CF3 A1

123 CHCl2CF3 B1

124 CHClFCF3 A1

125 CHF2CF3 A1

134a CF3CH2F A1

142b CClF2CH3 3b A2

143a CF3CH3 A2

152a CHF2CH3 3b A2

170 CH3CH3 3a A3

218 CF3CF2CF3 A1

Sumber, ASHRAE Inc., (2008). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. SI Edition. Atlanta.

2.4.2. Persyaratan Refrigerant

Beberapa persyaratan dari penggunaan refrigerant adalah sebagai berikut:

a. Tekanan Evaporasi dan Tekanan Kondensasi

Tekanan evaporasi refrigerant sebaiknya lebih tinggi dari atmosfer. Hal ini

menjaga agar udara luar tidak masuk ke siklus jika terjadi kebocoran minor.

Tekanan kondensasi refrigerant sebaiknya tidak terlalu tinggi. Tekanan yang

tinggi pada kondensor akan membuat kerja kompressor lebih tinggi dan

kondensor harus dirancang untuk tahan pada tekanan tinggi, hal ini akan

menambah biaya.

(49)

Refrigerant yang baik jika dapat bercampur dengan oli dan membantu

melumasi kompressor. Oli sebaiknya kembali ke compressor dari kondensor,

evaporator, dan part lainnya. Refrigerant yang tidak baik justru melemahkan sifat

pelumas dan membentuk semacam lapisan kerak yang melemahkan laju

perpindahan panas. Sifat seperti ini harus dihindari.

c. Tidak mudah bereaksi (Inertness)

Refrigerant yang bersifat inert tidak bereaksi dengan material lainnya untuk

menghindari korosi, erosi, dan kerusakan lainnya.

d. Mudah dideteksi kebocorannya (Leakage Detection)

Kebocoran refrigerant sebaiknya mudah di deteksi, jika tidak akan

mengurangi performansinya. Umumnya refrigerant tidak berwarna (colorless) dan tidak berbau (odorless). Metode deteksi kebocoran refrigerant:

a. Halide torch, jika udara mengalir di atas permukaan tembaga yang dipanasi dengan api methyl alcohol, uap dari refrigerant akan berdekomposisi dan

mangubah warna api. Lidah api menjadi hijau pada kebocoran kecil, dan

mengecil dan kemerahan pada kebocoran besar.

b. Electronic detector, caranya dengan melepaskan arus pada inonisasi refrigerant yang telah terdekomposisi. Tetapi tidak dapat digunakan untuk jika udara

mengandung zat yang mudah terbakar.

c. Bubble method, campuran sabun yang mudah menggelembung dioleskan pada bagian yang diduga bocor. Jika terjadi gelembung, berarti terjadi kebocoran.

(50)

e. merusak lapisan ozon. Jika suatu refrigerant X mempunyai 6 ODP, artinya

[image:50.595.119.505.162.443.2]

refrigerant itu mempunyai kemampuan 6 kali R-11 dalam merusak ozon.

Tabel 2.3 Nilai ODP beberapa Refrigerant

Refrigerant Chemical Formula ODP Value

CFC-11 CCl3F 1.0

CFC-12 CCl2F2 1.0

CFC-13B1 CBrF3 0

CFC-113 CCl2FCClF2 0.8

CFC-114 CClF2CClF2 1.0

CFC-115 CClF2CF4 0.6

CFC/HFC-500 CFC-12(73.8%)/HFC-152a(26.2%) 0.74 CFC/HCFC-502 HCFC-22(48.8%)/CFC-115(51.2%) 0.33

HCFC-22 CHClF2 0.05

HCFC-123 CHCl2CF3 0.02

HCFC-124 CHCClF3 0.02

HCFC-142b CH3CClF2 0.06

HCFC-125 CHF2CF3 0

HFC-134a CF3CH2F 0

HFC-152a CH3CHF2 0

Sumber, ASHRAE Inc., (2008). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. SI Edition. Atlanta

f. GWP adalah global warming potential, ada dua jenis angka (indeks) yang biasa

digunakan untuk menyatakan potensi peningkatan suhu bumi. Pertama HGWP

(halocarbon global warming potential) yaitu perbandingan potensi pemanasan

global suatu refrigerant dibandingkan dengan R-11. GWP yang menggunakan

CO2 sebagai acuan. Sebagai contoh perhitungan 1 lb R-22 mempunyai efek

pemanasan global yang sama dengan 4100 lb gas CO2 pada 20 tahun pertama

(51)

2.5 Pengering Pompa Kalor

Prinsip kerja dari mesin pengering pakan ternak adalah udara bebas masuk

ke evaporator, kemudian temperatur udara diturunkan hingga suhu 160 C

kemudian udara dikompres di kompresor dan dikondensasi di kondensor.

Melalui skema siklus refrigrasi kompresi uap, panas yang dikeluarkan oleh

kondensor dimanfaatkan untuk mengeringkan pakan ternak. Udara panas dari

kondensor dialirkan ke saluran pengeringan, selanjutnya udara hasil pengeringan

dibuang ke udara bebas. Demikian seteruanya siklus dari udara pengering tersebut

bersikulasi.

[image:51.595.184.448.361.553.2]

Skema dari pengering pakaian ini terlihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.6 Skema pengeringan Sumber: (Pal U.S 2010)

2.6Kinerja Alat Pengering

Kinerja alat pengering salah satunya dapat ditentukan dari efisiensi

pengeringan. Efisiensi pengeringan merupakan perbandingan antara energi yang

digunakan untuk menguapkan kandungan air bahan dengan energi untuk

(52)

persen. Semakin tinggi nilai efisiensi pengeringan maka alat pengering tersebut

semakin baik.

2.6.1 Efisiensi Pengeringan

Perhitungan efisiensi pengeringan dapat dilakukan dengan menggunakan

persamaan:

... (2.8)

(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)

2.6.2 Kadar Air

Kadar air merupakan salah satu sifat fisik dari bahan yang menunjukan

banyaknya air yang terkandung di dalam bahan. Kadar air biasanya dinyatakan

dengan persentase berat air terhadap bahan basah atau dalam gram air untuk setiap

100 gram bahan yang disebut dengan kadar air basis basah (bb). Berat bahan

kering atau padatan adalah berat bahan setelah mengalami pemanasan beberapa

waktu tertentu sehingga beratnya tetap atau konstan (Safrizal, 2010).

Kadar air bahan menunjukkan banyaknya kandungan air persatuan bobot

bahan. Dalam hal ini terdapat dua metode untuk menentukan kadar air bahan

tersebut yaitu berdasarkan bobot kering (dry basis) dan berdasarkan bobot basah (wet basis) (Safrizal, 2010).

Kadar air basis basah dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

………...……..……. (2.9)

Dimana:

Kabb = Kadar air basis basah (%)

(53)

Wk = Berat kering mutlak bahan (g)

Wt = Berat total (g) = Wa + Wk

Kadar air basis kering adalah perbandingan antara berat air yang ada dalam

bahan dengan berat padatan yang ada dalam bahan. Kadar air berat kering dapat

ditentukan dengan persamaan berikut:

...(2.10)

Dimana:

Kabk = Kadar air basis kering (%)

Wa = Berat air dalam bahan (g)

Wk = Berat kering mutlak bahan (g)

Wt = Berat total (g) = Wa + Wk

Kadar air basis kering adalah berat bahan setelah mengalami pengeringan

dalam waktu tertentu sehingga beratnya konstan. Pada proses pengeringan, air

yang terkandung dalam bahan tidak dapat seluruhnya diuapkan meskipun

demikian yang diperoleh disebut juga sebagai berat bahan kering (Ramadhani,

2011).

2.6.3 Pengertian Laju Pengeringan

Laju pengeringan (drying rate; kg/jam) adalah banyaknya air yang diuapkan tiap satuan waktu atau penurunan kadar air bahan dalam satuan waktu. Penurunan

kadar air produk selama proses pengeringan dihitung dengan menggunakan

persamaan 2.11 (Suntivarakorn, Satmarong, Benjapiyaporn, & Theerakulpisut,

2010). [Ref. International Journal of Aerospace & Mechanical

(54)

Dimana :

We= Berat pakan sebelum pengeringan (kg) Wf= Berat pakan setelah pengeringan (kg)

t = Waktu pengeringan (jam)

Laju pengeringan biasanya meningkat di awal pengeringan kemudian

konstan dan selanjutnya semakin menurun seiring berjalannya waktu dan

berkurangnya kandungan air pada bahan yang dikeringkan. Laju pengeringan

merupakan jumlah kandungan air bahan yang diuapkan tiap satuan berat kering

bahan dan tiap satuan waktu (Earle 1983; Mujumdar 2006).

2.6.4 Nilai Laju Ekstraksi Air Spesifikc (Spesific Moisture Extraction Rate)

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.

Perhitungan SMER menggunakan persamaan (Mahlia, Hor and Masjuki

2010):

SMER =

(

T T

)

Wc

x Cp x m

X

out in

udara − +

... (2.12)

Dimana :

Mudara = laju aliran massa udara ( kg/s)

Cp = Panas Jenis udara (kJ/kg)

Tin = Temperatur udara masuk evaporator (0C)

Tout = Temperatur udara keluar evaporator (0C)

(55)

X = Air yang di serap

2.6.5 Konsumsi Energi Spesifik (Specific Energy Consumption)

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):

SEC =

(

)

X

Wc T

T x Cp x

...(2.13)

Dimana :

Mudara = laju aliran massa udara ( kg/s)

Cp = Panas Jenis udara (kJ/kg)

Tin = Temperatur udara masuk evaporator (0C)

Tout = Temperatur udara keluar evaporator (0C)

Wc = Daya kompressor (kW)

X = Air yang di serap

2.6.6 Biaya Pokok Produksi

Biaya pokok produksi merupakan biaya yang dibutuhkan dalam

menguapkan 1 kg air dalam satuan rupiah/kWh. Dalam hal ini biaya pokok

(56)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan akan pakan ternak di Indonesia sangat tinggi mengingat

komuditas peternakan sangat banyak di Indonesia. Banyaknya peternakan sangat

berpengaruh terhadap kebutuhan akan pakan yang akan siap untuk di makan oleh

ternak, sedangkan pakan ternak yang diproduksi industry masih bersifat basah

atau lembab. Untuk itu industry harus mengeringkan hasil produksinya

mengunakan sinar matahari ataupun mesin pengering.

Pakan ternak merupakan penganti makanan ternak dari alam. Pakan ternak

di produksi dari indusri rumahan (home industry) ataupun di pruduksi secara massal. Dalam setiap pruduksi, produsen pakan ternak biasanya mengeringkan

hasil produksinya menggunakan sinar matahari. Jika menggunakan cahaya

matahari saja hasil pruduksi tidak mencukupi permintaan atas pakan ternak di

Indonesia. Untuk itu kebutuhan mesin pengering sangat dibutuhkan guna

menunjang hasil produksi pakan ternak.

Mesin yang sering di jumpai di pasaran menggunakan alat pemanas

(heater) dan alat ini menggunakan tenaga arus listrik yang sangat besar. Untuk itu penulis mencoba menggunakan alat yang tidak lajim digunakan di mesin

pengering yaitu AC. Panas yang didapat untuk mengeringkan didapat dari

kondensor, udara yang ber uap air rendah di keluarkan oleh evavorator AC

tersebut. AC yang digunakan disini adalah jenis AC yang biasa di temukan di

(57)

1. 2 Rumusan Masalah

Dalam penelitian ini terlebih dahulu dilakukan rancang bangun mesin

pengering pakan ternak sistem pompa kalor dengan daya 1 PK. Selanjutnya

ditambah dengan rancang bangun saluran ruang pengeringan.

1. 3 Batasan Masalah

1. Pembuatan model fisik semua komponen pada unit mesin pengering pakan

ternak ini didasarkan pada hasil perhitungan teoritis.

2. Pompa kalor yang digunakan beroperasi menggunakan siklus kompresi uap.

3. Mesin beroperasi untuk mengeringkan pakan ternak sapi yang terbuat dari

daun kelapa sawit yang sudah dicacah telebih dahulu.

4. Analisa terfokus hanya pada mesin yang dirancang yaitu untuk mengurangi

kelembaban udara (relative humidity).

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

Tujuan umum dari penelitian ini adalah untuk menghasilkan suatu unit

mesin pengering pakan ternak portable yang berorientasikan pada upaya efisiensi energi listrik yang dapat diaplikasikan 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 pakan ternak sistem pompa kalor dengan daya 1PK.

2. Untuk mengetahui kebutuhan energi spesifik yang dibutuhkan mesin

(58)

3. Untuk mengetahui biaya yang dibutuhkan untuk proses pengeringan pakan

ternak per kilogram.

1. 5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang didapat dari hasil penelitian ini adalah

1. Sistem yang sederhana ini secara luas berkontribusi untuk memenuhi

kebutuhan pengeringan pada sektor peternakan, pertanian, maupun home

industry khususnya bagi wilayah-wilayah yang memiliki tingkat curah hujan

yang tinggi di Indonesia.

2. Pemanfaatan energi panas yang terbuang pada kondensor.

3. Sebagai pengembangan dalam bidang energi terbarukan khususnya

teknologi refrigerasi dan pengkondisian udara.

1. 6 Sistematika Penulisan

Penulisan skripsi ini terbagi menjadi lima bab dengan sistematika sebagai

berikut : BAB I PENDAHULUAN, bab ini membahas uraian tentang latar

belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan penulisan, manfaat

penelitian, serta sistematika penulisan. BAB II TINJAUAN PUSTAKA,

membahas teori-teori yang menunjang penyelesaian masalah seperti dalam

hubungannya dengan prinsip pengeringan, sistem kompresi uap, komponen sistem

kompresi uap, laju ekstraksi air, konsumsi enegri serta biaya pokok produksi.

BAB III METODA PENELITIAN, membahas tentang pembuatan mesin

pengering pakan ternak,alat yang digunakan, bahan yang dikeringkan serta

diagram proses penelitian. BAB IV HASIL PENELITIAN DAN

PEMBAHASAN, bab ini membahas tentang data yang diperoleh selama

pengujian dan analisa perhitungan mengenai laju ekstraksi air spesifik, konsumsi

energi spesifik dan juga biaya pokok produksi. BAB V KESIMPULAN DAN

SARAN, bab ini membahas tentang kesimpulan berdasarkan data hasil pengujian

yang telah dianalisa dan saran-saran yang diberikan untuk menyempurnakan

(59)

ABSTRAK

Analisa ini bertujuan untuk mengatasi masalah yang dihadapai para produsen pakan ternak untuk mengeringkan pakan ternak yang sudah dicacah dalam keadaan lembab menjadi kering agar tahan lebih lama. Oleh sebab itu dilakukan perancangan yang bertujuan untuk menghasilkan suatu unit mesin pengering pakan ternak portable dengan menggunakan AC rumah yang berorientasikan pada upaya efisiensi energi listrik yang dapat diaplikasin pada skala kecil dan besar . Analisa konsumsi dan biaya energi pada mesin pengering pakan ternak sistem pompa kalor dengan daya 1 PK ini 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 pada sektor peternakan, pertanian, maupun home industry khususnya bagi wilayah- wilayah yang memiliki tingkat curah hujan yang tinggi di Indonesia. Kesimpulan perancangan ini diperoleh bahwa nilai laju ekstraksi air spesifik (Spesific Moisture Extraction Rate) untuk mesin pengering pakan ternak sistem pompa kalor adalah 0.0106 kg/kWh. SMER berbanding lurus dengan temperatur udara keluaran evaporator dan berbanding lurus terhadap waktu. Besarnya konsumsi energi spesifik (Spesific Energi Consumption) pada mesin pengering pakan ternak ini adalah 22,787 kWh/kg. SEC berbanding terbalik dengan laju ekstraksi air spesifik (Spesific Moisture Extraction Rate) dan berbanding lurus dengan biaya produksi. Biaya Pokok Produksi yang dibutuhkan untuk proses pengeringan 1 kg pakan ternak dengan menggunakan sistem pompa kalor adalah Rp 20,012,- per kilogram.

(60)

ABSTRACT

This analysis aims to address the problems faced by the producers of fodder for drying forage in a state that has been chopped into dry so moist longer. Therefore, to design that aims to produce a unit of animal feed portable dryer machine using AC house oriented on electrical energy efficiency efforts can diaplikasin on small and large scale . Analysis of energy consumption and costs in a dryer feed system with a heat pump 1 PK power was based on the results of theoretical calculations and the use of heat pumps operate using the vapor compression cycle into a boundary problem . The benefits of this research is to meet the drying requirements of the livestock sector , agriculture , and home industry , especially for areas that have high levels of rainfall in Indonesia . Conclusion This design is obtained that a specific value of the rate of water extraction (Specific Moisture Extraction Rate) to feed the dryer heat pump system was 0.0106 kg / kWh . Smer is directly proportional to the evaporator exit air temperature and proportional to the time . The amount of specific energy consumption (Specific Energy Consumption) to feed the dryer is 22,787 kWh/ kg SEC inversely proportional to the specific water extraction rate (Specific Moisture Extraction Rate ) and is directly proportional to the cost of production. Cost of Goods Manufactured needed for drying 1 kg of animal feed by using a heat pump system is Rp 20,012, - per kilogram.

(61)

ANALISA KONSUMSI DAN BIAYA ENERGI PADA MESIN PENGERING PAKAN TERNAK SISTEM POMPA KALOR DENGAN

DAYA 1 PK

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

RONAL P HUTAGALUNG NIM : 110 421 061

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

(62)

(63)

(64)

(65)

(66)

(67)

(68)

(69)

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis ucapakan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang

telah memberikan rahmat dan karunia-NYA yang begitu besar sehinggga penulis

dapat menyelesaikan penelitian dan penyusunan skripsi ini dari tahap awal sampai

akhir sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini tepat pada waktunya.

Skripsi ini ditulis sebagai salah satu syarat untuk mendapat gelar sarjana di

Program Pendidikan Sarjana Ekstensi di Departemen Teknik Mesin, Fakultas

Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun judul skripsi ini adalah ANALISA KONSUMSI DAN BIAYA ENERGI PADA MESIN PENGERING PAKAN TERNAK SISTEM POMPA KALOR DENGAN DAYA 1 PK

Dalam menyelesaikan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan baik

berupa dukungan, perhatian, bimbingan, nasihat, dan juga doa. Penulis juga

menyadari bahwa skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya dukungan dari

berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang

sebesar-besarnya kepada:

1. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, sebagai Ketua Departemen Teknik

Mesin Falkutas Teknik Universitas Sumatera Utara.

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/Ibu dosen di Departemen Teknik Mesin Falkutas Teknik

Universitas Sumatera Utara yang telah mendidik penulis selama kuliah.

4. Bapak/Ibu staff pegawai yang banyak membantu penulis selama kuliah di

Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

5. Teristimewa kepada Ayah dan Ibunda penulis, Saroha Hutagalung dan

Nurcahaya Simamora yang telah memberikan kasih sayang yang tak

terhingga dalam membesarkan, memelihara, mendukung secara moral dan

material, memberikan dorongan serta senantiasa mendoakan penulis dalam

setiap aktivitas, terutama selama menjalani perkuliahan di Fakultas Teknik

USU. Penulis tidak dapat membalas kebaikan mereka dengan apapun.

(70)

saya hormati dan cintai. Saya sangat bangga memiliki orang tua yang

sabar, kuat, dan selalu menyayangi anak-anaknya. Penulis

mempersembahkan skripsi ini untuk Ayah dan Ibu tercinta. Penulis sangat

menyayangi kalian, Ayah dan Ibu adalah segalanya bagiku.

Akhir kata, penulis menyadari skripsi ini jauh dari kesempurnaan. Oleh

karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran dari pembaca yang sifatnya

membangun untuk meyempurnakan isi skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat

menambah wawasan dan pengetahuan pembaca mengenai mesin pengering sistem

pompa kalor.

Medan, Februari 2014

Ronal Hutagalung

(71)

ABSTRAK

Analisa ini bertujuan untuk mengatasi masalah yang dihadapai para produsen pakan ternak untuk mengeringkan pakan ternak yang sudah dicacah dalam keadaan lembab menjadi kering agar tahan lebih lama. Oleh sebab itu dilakukan perancangan yang bertujuan untuk menghasilkan suatu unit mesin pengering pakan ternak portable dengan menggunakan AC rumah yang berorientasikan pada upaya efisiensi energi listrik yang dapat diaplikasin pada skala kecil dan besar . Analisa konsumsi dan biaya energi pada mesin pengering pakan ternak sistem pompa kalor dengan daya 1 PK ini 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 pada sektor peternakan, pertanian, maupun home industry khususnya bagi wilayah- wilayah yang memiliki tingkat curah hujan yang tinggi di Indonesia. Kesimpulan perancangan ini diperoleh bahwa nilai laju ekstraksi air spesifik (Spesific Moisture Extraction Rate) untuk mesin pengering pakan ternak sistem pompa kalor adalah 0.0106 kg/kWh. SMER berbanding lurus dengan temperatur udara keluaran evaporator dan berbanding lurus terhadap waktu. Besarnya konsumsi energi spesifik (Spesific Energi Consumption) pada mesin pengering pakan ternak ini adalah 22,787 kWh/kg. SEC berbanding terbalik dengan laju ekstraksi air spesifik (Spesific Moisture Extraction Rate) dan berbanding lurus dengan biaya produksi. Biaya Pokok Produksi yang dibutuhkan untuk proses pengeringan 1 kg pakan ternak dengan menggunakan sistem pompa kalor adalah Rp 20,012,- per kilogram.

(72)

ABSTRACT

This analysis aims to address the problems faced by the producers of fodder for drying forage in a state that has been chopped into dry so moist longer. Therefore, to design that aims to produce a unit of animal feed portable dryer machine using AC house oriented on electrical energy efficiency efforts can diaplikasin on small and large scale . Analysis of energy consumption and costs in a dryer feed system with a heat pump 1 PK power was based on the results of theoretical calculations and the use of heat pumps operate using the vapor compression cycle into a boundary problem . The benefits of this research is to meet the drying requirements of the livestock sector , agriculture , and home industry , especially for areas that have high levels of rainfall in Indonesia . Conclusion This design is obtained that a specific value of the rate of water extraction (Specific Moisture Extraction Rate) to feed the dryer heat pump system was 0.0106 kg / kWh . Smer is directly proportional to the evaporator exit air temperature and proportional to the time . The amount of specific energy consumption (Specific Energy Consumption) to feed the dryer is 22,787 kWh/ kg SEC inversely proportional to the specific water extraction rate (Specific Moisture Extraction Rate ) and is directly proportional to the cost of production. Cost of Goods Manufactured needed for drying 1 kg of animal feed by using a heat pump system is Rp 20,012, - per kilogram.

(73)