BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Teori Pengeringan
Pengeringan adalah proses perpindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dasri permukaan bahan yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa panas ( Thaib ).
Pengering Buatan
Pengeringan dengan menggunakan alat pengering dimana, suhu, kelembaban udara, kecepatan udara, dan waktu dapat diatur dan diawasi.
Keuntungan pengering buatan 1. Tidak tergantung cuaca
2. Kapasitas pengeringan dapat dipilih sesuai dengan yang diperlukan 3. Tidak memerlukan tempat yang luas
4. Kondisi pengeringan dapat dikontrol 5. Pekerjaan lebih mudah.
Jenis – jenis Pengering Buatan Berdasarkan panasnya :
Pengering adiabatis : pengeringan dimana panas dibawa ke alat pengering oleh udara panas, fungsi udara panas untuk memberi panas dan membawa air.
Pengeringan isotermik : bahan yang dikeringkan berhubungan langsung dengan alat/plat logam yang panas.
Proses pengeringan :
Proses pengeringan diperoleh dengan cara penguapan air
Dengan cara menurunkan RH dengan mengalirkan panas disekeliling bahan.
Proses perpindahan panas : proses perpindahan panas dan terjadinya panas sensible dari medium pemanas ke bahan, dari permukaan bahan ke pusat bahan.
Proses perpindahan massa : proses pengeringan atau 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 ke cair, cair ke gas, dan seterusnya tanpa mengubah suhu benda tersebut.
Faktor – faktor yang mempengaruhi pengeringan :
Pada pengeringan selalu diinginkan kecepatan pengeringan yang maksimal. Oleh karena itu perlu dilakukan usaha – usaha untuk mempercepat pindah panas dan pindah massa ( pindah massa dalam hgal ini adalah perpindahan air keluar dari bahan yang dikeringkan dalam proses pengeringan tersebut ).
Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan pengeringan maksimum yaitu :
- Luas permukaan - Suhu
- Kecepatan udara - Kelembapan udara - Tekanan atm dan vakum - Waktu
Dalam rancang mesin faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan pengeringan maksimun adalah :
• Suhu
semakin besar perbedaan suhu ( antara medium pemanas dan bahan ) maka akan semakin cepat proses pindah panas berlangsung sehingga mengakibatkan proses penguapan semakin cepat pula. Atau semakin
tinggi suhu udara pengeringan maka akan semakin besar energi panas yang panas yang dibawa ke udara yang akan menyebabkan proses pindahan panas semakin cepat sehingga pindah massa akan berlangsung dengan cepat juga.
• Kelembaban Udara ( RH )
Semakin lembab udara di dalam ruang pengering dan sekitarnya maka akan semakin lama proses pengeringan berlangsung. 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 > dari bahan yang dikeringkan maka bahan 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 menghemat biaya pengeringan.
2.2. Mesin Pengering Pakaian
HASIL SURVEY MESIN PENGERING LAUNDRY
1. LAUNDRY CLICK
Nama mesin pengerig yang di gunakan adalah SPEED QUEEN Kapasitas Mesin : arus listrik : 5900 W / 3.7 A / 50 H
Load size : 10.5 kg Btu / hour : 20.000
Biaya listrik :± Rp 300.000/ perhari. ( Ditambah gas 16 kg) Keterangan tentang mesin pengering SPEED QUEEN :
(a) Mesin ini menggunakan aliran listrik dan gas
(b) proses kerja di dalam mesin ini dengan cara berputar, dan baju di keringkan melalui panas api dari bawah mesin.
Gambar 2.1 Mesin Pengering Speed Queen dengan penambahan LPG 2. LAUNDRY BULLE
Alamat : Jl. Djamin Ginting No. 2 Medan Nama Mesin : ELEKTROLUX
Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1600 W Load size : 5 kg Biaya listrik : ± Rp 600.000/bulan Keterangan mesin pengering ELEKTROLUX :
(a) Mesin ini hanya menggunakan tenaga listrik.
(b) Letak api mesin ini berada di bagian belakang (bukan dari bawah).
Saluran udara panas. Tempat penampungan debu yang terbawa oleh baju Gambar 2.2 Mesin Pengering Elektrolux
3. LAUNDRY FRESH’O
Alamat : Jl. Stela Raya No. 10 B Medan
Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1800 W
Load size : Tak Ditentukan Biaya listrik : ± Rp 800.000/bulan
( Ditambah gas 15 kg) Mesin pengering ini dirakit sendiri.
a). Sumber panas b). Ruang Pengering Gambar 2.3 Mesin Pengering dan ruang pengering rakitan 4. NAIA LAUNDRY
Nama Mesin : RAJA PENGERING
Padang Bulan. Medan
Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1600 W Load size : 5 kg Biaya listrik : ± Rp 800.000/bulan
Gambar 2. 4 Mesin pengering pakaian gas LPG type standart
Dilengkapi : Fungsi :
- 1 pc Remote Control : Jangkauan max 20 meter
- 1 pc Thermostat :Untuk pengaman suhu mesin
- 1 pc Timer Digital :Full digtal otomatis
- Variable Speed Blower :Dapat disesuaikan kapasitas
- 1 set slang + Regulator
Harga Mesin : Rp. 3.500.000
Catatan :
Daya menggunakan blower digital 50 watt, untuk mengeringkan pakaian sesuai kapasitas memerlukan waktu 90 ment, untuk gas LPG 3 kg nonstop 10 jam. Asumsi kapasitas minimum 40 kg dengan 7 kali proses.
5. TANIA LAUNDRY
Mesin Pengering Laundry Gas LPG type TL – 25 Kpasitas 5 – 25 Kg Kapasitan mesin Pengerin ini: arus listrik : 1600 W
Load size : 5 kg Biaya listrik : ± Rp 600.000/bulan
( Ditambah gas 15 kg) Alamat : Jl. Karya Bakti No. 103
Pandangan depan. Pandangan belakang.
Gambar 2. 5 Mesin Pengering Laundry Gas Type TL – 25
Catatan :
Mesin pengering ini saat disuervey sudah rusak total akibat pemakain yang berlangsung terus menerus sehingga pipa pemanas terbakar.
2.3. Siklus Kompresi Uap
Sistem kompresi uap merupakan dasar sistem refrigrasi yang terbanyak digunakan, dengan komponen utamanya adalah kompresor, evaporator, alat ekspansi ( Throttling Device ), dan kondensor. Keempat komponen tersebut melakukan proses yang salin berhubungan dan membentuk siklus refrigerasi kompresi uap.
Gambar 2.5 Siklus Kompresi Uap
Pada diagram P – h, siklus kompresi uap dapat digambarkan seperti pada gambar berikut : (P = kPa) (h = kJ/kg) 1 2 3 4
Gambar 2.6 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 saat awal masuk di kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah di kompresi menjadi uap bertekanan tinggi. Oleh karena proses ini dianggap isentropik, maka temperatur keluar kompresor meningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigeran bisa dihitung dengan rumus :
Gambar 2.6 Proses Kompresi Wk =
Dimana :
Wk = daya kompresor (Watt)
ṁ = laju aliran massa (kg/s)
h1 = enthalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg)
h2 = enthalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg)
2. Proses Kondensasi ( 2 – 3 )
Proses ini berlangsung di kondensor, refrigeran yang bertekanan dan temperatur yang 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 dimana akhirnya refrigeran mengembun menjadi cair.
Besarnya kalor per satuan massa refrgeran yang dilepaskan di kondensor dinyatakan dengan :
Gambar 2.6b Proses Kondensasi Qk =
Dimana :
Qk = kalor yang dilepas kondensor (kJ/kg)
h2 = enthalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)
3. Proses Ekspansi ( 3 – 4 )
Proses ini berlangsung secara isoentalpi, hal ini berarti tidak terjadi penambahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur. Proses penurunan tekanan terjadi pada katub ekspansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice yang berfungsi mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan.
h3 = h4
Dimana :
h3 = enthalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg)
h4 = enthalpi masuk ke evaporator (kJ/kg)
4. Proses Evaporasi ( 4 – 1 )
Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar isotermal. Refrigeran dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan / media yang diinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas bertekanan rendah. Besarnya kalor yang diserap evaporator adalah :
Gambar 2.6c Proses Evaporasi Qe =
Dimana :
Qe = kalor yang diserap evaporator (kW)
h1 = enthalpi keluar evaporator (kJ/kg)
h4 = enthalpi keluar evaporator (kJ/kg)
selanjutnya refrigeran kembali masuk ke kompresor dan bersirkulasi kembali, begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tecapai.
2.4. Komponen Utama Pompa Kalor Siklus Kompresi Uap 2.4.1. Evaporator
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 turun 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.
Evaporator natural convention dengan tipe plat dipilih sebagai evaporator untuk mesin pengering yang akan dirancang. Perhitungan rancangan adalah sebagai berikut :
1. Coefficient Of Performance ( COP )
Didefenisikan sebagai perbandingan panas yang diserap oleh evaporator dengan kerja yang diberikan kompresor.
COP = ... (Dr. Eng. Himsar Ambarita, Hal. 6)
2. Untuk Sisi Refrigeran
- Kecepatan massa refrigeran (G)
G = ...(J. P. Holman, Hal. 195)
- Bilngan Prandtl (Pr)
Pr = ... (Dr. Ir. Raldi Artono Koestoer)
Dimana :
Cp = panas spesifik R 22
µ = viskositas R 22 k = konduktivitas R 22
- Koefisien Perpindahan Kalor Sisi Refrigeran (hi)
... (J. P. Holman)
3. Untuk Sisi Udara - Laju Massa udara
... (Incropera, Hal. 700)
- Kecepatan Massa Udara
Gud = ... (Incropera, Hal. 700) - Bilangan Reynold Re = ... (Incroper, Hal. 700) - Bilangan Stanton St = ... (Incropera, Hal. 700) 4. Effisiensi Sirip
... (Incropera, Hal. 703)
5. Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh
U = ... (Cengel A. Yunus, Hal. 675)
6. Perbedaan Rata – rata Log (LMTD)
ΔTm = ... (Cengel A. Yunus, Hal. 681) 7. Luas perpindahan Kalor Menyeluruh
Atot = ... (Dr. Eng. Himsar Ambarita, Hal. 51)
8. Panjang Pipa Per Lintasan
l = ... (Dr. Eng. Himsar Ambarita)
2.5. Refrigeran
Refrigeran 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.
2.5.1. Pengelompokan Refrigeran
Refrigeran dirancang untuk ditempatkan dalam siklus tertutup atau bercampur dengan udara luar. Tetapi, jika ada kebocoran kareana sesuatu hal yang tidak diinginkan, maka refrigeran akan keluar dari sistem dan bisa saja terhirup manusia. Untuk menghindari hal – hal yang tidak diinginkan maka refrigeran harus dikategorikan aman dan tidak aman. Ada dua faktor yang digunakan untuk mengkategorikan refrigeran berdasarkan keamanan, yaitu bersifat racun ( toxicity ) dan bersifat mudah terbakar ( flammability ).
Berdasarkan toxicity, refrigeran dapat dibagi atas dua kelas, yaitu kelas A bersifat tidak beracun pada konsentrasi yang ditetapkan dan kelas B jika bersifat
racun. Batas yang digunakan untuk mendefenisikan sifat racun atau tidak adalah sebagai berikut. Refrigeran dikategorikan tipe A jika pekerja tidak mengalami keracunan meskipun bekerja lebih dari 8 jam/hari ( 40 jam/minggu ) di lingkungan yang mengandung konsentrasi refrigeran yang sama atau kurang dari 400 ppm ( part per million by mass ). Sementara kategori B adalah sebaliknya.
Berdasarkan flammability, refrigeran dibagi atas 3 kelas, yaitu kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Yang disebut kelas 1 jika tidak terbakar jika diuji pada tekanan 1 atm ( 101 kPa ) temperatur 18,3oC. Kelas 2 jika menunjukkan keterbakaran yang rendah saat konsentrasinya lebih dari 0,1 kg/m3 pada 1 atm 21,1oC atau kalor pembakarannya kurang dari 19 MJ/kg sangat mudah terbakar.
Refrigeran ini akan sangat mudah terbakar jika konsentrasinya kurang 0,1 kg/m3 atau kalor pembakarannya lebih dari 19 MJ/kg. Berdasarkan defenisi ini, sesuai standard 34 – 1997, refrigeran diklasifikasikan menjadi 6, yaitu :
1. A2 : 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 mudah terbakar 5. B2 : sifat racun lebih tinggi dan sifat terbakar rendah 6. B3 : sifat racun lebih tinggi dan mudah terbakar
Tabel 2.3 Pembagian Refrigeran Berdasarkan Keamanan
Refrigerant Safety Group
Number Chemical Formula 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 22 CHClF2 1 A1 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 CHClCF3 A1 125 CHF2CH3 A1 134a CF3CH2F A1 142b CCF2CH3 3b A2 143a CF3CH3 A2 152a CHF2CH3 3b A2 170 CH3CH3 3a A3 218 CF3CF2CF3 A1 290 CH3CH2CH3 3a A3 C318 C4F8 1 A1
400 R-12/114 (must be spesified) 1 A1/A1
500 R-12/152a (73.8/26.2) 1 A1 501 R-22/12 (75.0/25.0) 1 A1 502 R-22/115 (48,8/51.2) 1 A1 507A R-125/143a (50/50) A1 508A R-23/116 (39/61) A1 508B R-23/116 (46/54) A1/A1 509A R-22/218 (44/56) A1 600 CH3CH2CH2CH3 3a A3 600a CH(CH3)3 3a A3 611 HCOOCH3 2 B2 702 H2 A3 704 He A1 717 NH3 2 B2 718 H2O A1 720 Ne A1 728 N2 A1 740 Ar A1 744 CO2 1 A1 764 SO2 2 B1 1140 CHCl=CH2 B3 1150 CH2=CH2 3a A3 1270 CH3CH=CH2 3a A3
2.5.2. Persyaratan Refrigeran
Beberapa persyaratan dari penggunaan refrigeran adalah sebagai berikut : 1. Tekanan Evaporasi dan Tekanan Kondensasi
Tekanan evaporasi refrigeran sebaiknya lebih tinggi dari atmosfir. Hal ini menjaga agar udara luar tidak masuk ke siklus jika terjadi kebocoran minor. Tekanan kondensasi refrigeran sebaiknya tidak terlalu tinggi. Tekanan yang tinggi pada kondensor akan membuat kompresor lebih tinggi dan kondensor harus dirancang tahan pada tekanan tinggi, hal ini akan menambah biaya.
2. Sifat Ketercampuran Dengan Pelumas
Refrigran yang baik jika dapat bercampur dengan oli dan membantu melumasi kompresor. Oli sebaiknya kembali ke kompresor dari kondensor, evaporator, dan part lainnya. Refrigeran yang tidak baik justru melemahkan sifat pelumas dan membentuk semacam lapisan kerak yang melemahkan laju perpindahan panas. Sifat seperti ini harus dihindari.
3. Tidak Mudah Bereaksi ( inertness )
Refrigeran yang bersifat inert tidak bereaksi dengan material lainnya untuk menghindari korosi, erosi, dan kerusakan lainnya.
4. Mudah Dideteksi Kebocorannya ( Leakage Detection )
Kebocoran refrigeran sebaiknya mudah dideteksi, jika tidak maka akan mengurangi performasinya, umumnya refrigeran tidak berwarna ( colorless ) dan tidak berbau ( adorless ). Metode deteksi kebocoran refrigeran :
a. Halide torch, jika udara mengalir diatas permukaan tembaga yang dipanasi dengan api methyl alkohol, uap dari refrigeran akan berkomposisi dan mengubah warna api. Lidah api akan berubah menjadi hijau pada kebocoran kecil, dan mengecil, dan kemerahan pada kebocoran besar.
b. Electronic detector, caranya dengan melepaskan arus pada inonisasi refrigeran yang telah terdekomposisi. Tetapi tidak dapat digunakan 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.
d. ODP, singkatan dari Ozon Depletion Potential, potensi penipisan lapisan ozon. Faktor yang dijadikan pembanding adalah kemampuan CFC – 11 ( R -11 ) merusak lapisan ozon. Jika suatu refrigeran X mempunyai 6 ODP, artinya refrigeran itu mempunyai kemampuan 6 kali R – 11 dalam merusak ozon.
Tabel 2.2 Nilai ODP beberapa Refrigeran
Refrigeran Chemical formula ODP Value
CFC – 11 CCl3F 1,0 CFC – 12 CCl2F3 1,0 CFC – 13B1 CBrF3 10 CFC – 113 CCl2FCCIF2 0,8 CFC – 114 CClCCIF 1,0 CFC – 115 CClF2CF3 1,0 CFC/HFC – 500 CFC – 12 (73,8%HFC - 152a (26,2%) 0,74 CFC/HFC – 502 HCFC – 22 (48,8%)/CFC - 115 (51,2%) 0,33 HCFC – 22 CHClF2 0,05 HCFC – 123 CHCl2CF3 0,02 HCFC – 124 CHClFCF 0,02 HCFC – 124b CH3CClF2 0,06 HFC – 125 CHF2CF3 0 HFC – 134a CF3CH2F 0 HFC – 152a CH3CHF2 0
Sumber, ASHRAE INC., (2008). ASHRAE HANDBOOK – HVAC System and equipment. SI Edition. Atlanta
e. 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 dilepas ke atmosfer.
