i
KARAKTERISTIK MESIN PENGERING KERIPIK GENDAR MENGGUNAKAN SISTEM UDARA TERTUTUP
SKRIPSI
Untuk memenuhi sebagian presyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Teknik Mesin
Disusun Oleh :
ANASTASYA REGITA OKTAVIANI NIM : 165214017
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2020
ii
CHARACTERISTICS OF GENDAR CRACKER DRYERS USING CLOSED AIR SYSTEMS
FINAL PROJECT
As partial fullfilment of requirement
To obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By :
ANASTASYA REGITA OKTAVIANI STUDENT NUMBER : 165214017
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2020
vii
ABSTRAK
Bagi para pengusaha kecil yang memproduksi keripik gendar, cuaca sangat menentukan aktivitas produksinya. Pada musim kemarau untuk menghasilkan keripik gendar yang kering umumnya dibutuhkan waktu 1-2 hari. Solusi dari permasalahan tersebut adalah dengan pembuatan alat pengering keripik gendar.
Mesin ini adalah mesin yang menggunakan prinsip kerja siklus kompresi uap.
Tujuan dari penelitian ini adalah : (a) merancang dan merakit mesin pengering keripik gendar yang aman, ramah lingkungan dan efisien (b) mengetahui karakteristik mesin siklus kompresi uap yang digunakan dalam mesin pengering keripik gendar meliputi (1) nilai Win, (2) nilai Qin, (3) nilai Qout, (4) nilai COPaktual, COPideal, efisiensi (c) mengetahui waktu tercepat yang dibutuhkan untuk mengeringkan keripik gendar dengan mempergunakan mesin pengering hasil rakitan dengan sistem udara tertutup dengan variasi kipas dan tanpa kipas.
Penelitian ini dilakukan secara eksperimen di Laboratorium Perpindahan Kalor, Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma. Mesin pengering gendar yang dirancang dan dirakit menggunakan sistem udara tertutup. Komponen utama mesin siklus kompresi uap meliputi: kompresor, evaporator, kondensor dan pipa kapiler dengan mempergunakan refrigeran R22. Lemari pengering gendar memiliki dimensi p x l x t : 200 cm x 120 cm x 110 cm, dengan menggunakan 5 rak pada saat mengeringkan gendar. Variasi penelitian dilakukan terhadap keberadaan kipas di ruang pengering (a) tanpa kipas (b) dengan kipas.
Mesin pengering keripik gendar energi listrik siklus kompresi uap dengan sistem udara tertutup dibuat dapat bekerja dengan baik. Waktu pengeringan keripik gendar yang diperlukan mesin pengering keripik gendar adalah 352 menit untuk kondisi tanpa tambahan kipas di dalam ruang pengering, dan 288 menit untuk kondisi penambahan satu buah kipas di dalam ruang pengering. Kondisi udara yang dihasilkan di ruang pengering untuk proses pengeringan tercepat rata-rata sebesar 48,44oC. Kalor yang diserap oleh evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) sebesar 130,27 kJ/kg, kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout) sebesar 159,74 kJ/kg, dan kerja kompresor persatuan massa refrigeran (Win) sebesar 29,47 kJ/kg. Hasil dari Ideal Coefficient of Performance (COPideal) adalah sebesar 5,76 sedangkan hasil dari Actual Coefficient of Performance (COPaktual) adalah sebesar 4,42. Efisiensi yang mampu dihasilkan sebesar 76,72%.
Kata kunci : mesin pengering gendar, siklus kompresi uap, sistem udara tertutup
viii
ABSTRACT
For small entrepreneurs who produce gendar cracker, the weather really determines the activity of their products. In the dry season it takes 1-2 days to produce dry gendar cracker. The solution to that problem is by creating a gendar cracker dryer. This machine that uses the working principle of the steam compression cycle. The objectives of this research are: (a) designing and assembling a gendar cracker machine that is save, environmentally friendly and efficient, (b) find out the characteristics of the steam compression cycle engine used in the gendar cracker dryer including (1) the value Win, (2) the value of Qin, (3) the value of Qout, (4) the value of COPaktual, COPideal, Efficiency, (c) find out the fastest time it is necessary to dry the gendar cracker by using a drying machine assembled with a closed air system with variations of fan and fanless.
This research was conducted experimentally at the Heat Transfer Laboratory, Mechanical Engineering, Sanata Dharma University. Gendar dryer is designed to be assembled using a closed air system. The main components of a compression cycle machine include: compressor, evaporator, condensor and capillary pipes using R22 refrigerant. Gendar drying cabinet has p x l x t dimensions: 200cm x 120cm x 110cm, using 5 shelves when drying the gendar.
Variations of research conducted on the presence of fans in the drying room (a) without a fan, (b) with a fan.
Gendar cracker dryer machine energy electric steam compression cycle with closed air system is made to work well. The drying time of a gendar cracker required by a gendar cracker machine is 352 minutes for conditions without additional fans in the drying chamber, and 288 minutes for conditions of adding one fan in the drying chamber. The condition of the air produced in the drying chamber for the fastest drying process is an average of 48,44oC. The heat absorbed by the refrigerant mass unity evaporator (Qin) is 130,27 kJ/kg, the heat released by the refrigerant mass unity condenser (Qout) is 159,74 kJ/kg, and the working of refrigerant mass unity compressor (Win) is 29,47 kJ/kg. The result of the ideal Coefficient of Performance (COPideal) is 5,76 while the result of Actual Coefficient of Performance (COPaktual) is 4,42. The efficiency that can be produced is 76,72%.
Keywords: gendar dryer machine, vapor compression cycle, closed system
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala berkat dan karunia yang telah dilimpahkan-Nya kepada penulis sehingga penulis dapat menyelsaikan skripsi ini dengan baik dan tepat pada waktunya.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib bagi setiap mahasiswa Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik di bidang Teknik Mesin.
Penulisan Skripsi ini dapat berjalan baik tidak lain juga karena berkat, bimbingan, nasihat, motivasi, dan doa yang diberikan oleh banyak pihak kepada penulis. Oleh karena itu, dengan segala hormat dan kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih sebesar-besarnya kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
2. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
3. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Dosen Pembimbing Skripsi.
4. Wibowo Kusbandono, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.
5. Ir. Rines, M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi, Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma
6. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL... i
TITLE PAGE... ii
HALAMAN PERSETUJUAN... iii
HALAMAN PENGESAHAN... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH... vi
ABSTRAK... vii
ABSTRACT... viii
KATA PENGANTAR... ix
DAFTAR ISI... xi
DAFTAR GAMBAR... xiv
DAFTAR TABEL... xviii
DAFTAR LAMPIRAN... xix
BAB I... 1
1.1 Latar Belakang... 1
1.2 Rumusan Masalah... 2
1.3 Tujuan Penelitian... 3
1.4 Batasan Masalah... 4
1.5 Manfaat Penelitian... 4
1.6 Luaran Penelitian... 5
xii
BAB II... 6
2.1 Dasar Teori... 6
2.1.1 Metode-Metode Pengeringan Keripik Gendar... 6
2.1.2 Dehumidifier... 8
2.1.3 Parameter yang berpengaruh terhadap kecepatan proses pengeringan... 10
2.1.4 Siklus Kompresi Uap... 14
2.1.4.1 Diagram P-h dan T-s Diagram... 16
2.1.4.2 Perhitungan P-h Diagram... 19
2.1.5 Psychrometric Chart... 22
2.1.5.1 Parameter – Parameter pada Psychrometric Chart... 22
2.1.5.2 Proses – Proses yang terjadi pada Udara Psychrometric Chart... 24
2.1.5.3 Sirkulasi udara yang terjadi pada Mesin Pengering Keripik Gendar... 28
2.1.5.4 Proses Pengeringan Keripik Gendar dalam Psycromethric Chart... 30
2.1.5.5 Perhitungan pada Psychrometric Chart... 31
2.2 Tinjauan Pustaka... 33
BAB III... 36
3.1 Objek Penelitian... 36
3.2 Pembuatan Mesin Pengering dan Alat Pendukung Penelitian... 37
3.2.1 Pembuatan Mesin Pengering... 37
3.2.1.1 Bahan Yang Digunakan Alat Pengering... 37
xiii
3.2.1.2 Alat Yang Dibutuhkan... 47
3.2.2 Alat Pendukung Penelitian... 51
3.2.3 Pembuatan Mesin Pengering Keripik Gendar... 54
3.3 Variasi Penelitian... 57
3.4 Tata Cara Penelitian... 57
3.4.1 Alur Pelaksanaan Penelitian... 57
3.4.2 Skematik Proses Pengambilan Data... 59
3.5 Cara Pengambilan Data... 59
3.6 Cara Pengolahan dan Menampilkan Data... 63
3.7 Cara Mendapatkan Kesimpulan... 64
BAB IV... 65
4.1 Hasil Penelitian... 65
4.2 Perhitungan... 68
4.3 Pembahasan... 76
BAB V... 80
5.1 Kesimpulan... 80
5.2 Saran... 81
DAFTAR PUSTAKA... 82
LAMPIRAN... 84
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pengeringan dengan sinar matahari... 7
Gambar 2.2 Refrigeran Dehumidifier... 9
Gambar 2.3 Desiccant Dehumidifier... 10
Gambar 2.4 Hygrometer... 11
Gambar 2.5 Rangkaian komponen utama dari mesin siklus kompresi uap... 14
Gambar 2.6 Siklus kompresi uap pada diagram P-h... 16
Gambar 2.7 Siklus kompresi uap pada diagram T-s... 17
Gambar 2.8 Diagram P-h, R22... 19
Gambar 2.9 Psychrometric chart... 23
Gambar 2.10 Parameter Udara dalam Psychrometric chart... 24
Gambar 2.11 Proses – Proses dalam psychrometric chart... 24
Gambar 2.12 Proses sensible heating... 25
Gambar 2.13 Proses sensible cooling... 25
Gambar 2.14 Proses dehumidify... 26
Gambar 2.15 Proses humidify... 26
Gambar 2.16 Proses evaporative cooling... 27
Gambar 2.17 Proses cooling and dehumidify... 27
Gambar 2.18 Proses heating and dehumidify... 28
Gambar 2.19 Proses heating and humidify... 28
Gambar 2.20 Proses udara yang terjadi pada mesin pengering... 29
xv
Gambar 2.21 Proses pengeringan keripik gendar pada psychrometric chart... 30
Gambar 3.1 Skema mesin pengering keripik gendar sistem udara tertutup... 35
Gambar 3.2 Susunan rak secara vertikal... 37
Gambar 3.3 Triplek... 38
Gambar 3.4 Kayu dan striming... 39
Gambar 3.5 Styrofoam... 39
Gambar 3.6 Busa yang dipakai... 40
Gambar 3.7 Lem kayu... 40
Gambar 3.8 Baut dan nut... 41
Gambar 3.9 Paku... 41
Gambar 3.10 Dempul... 42
Gambar 3.11 Engsel pintu... 42
Gambar 3.12 Kompresor yang dipakai... 43
Gambar 3.13 Kondensor... 44
Gambar 3.14 Pipa kapiler... 44
Gambar 3.15 Evaporator... 45
Gambar 3.16 Kipas Kondensor... 46
Gambar 3.17 Pressure Gauge... 47
Gambar 3.18 Mesin gergaji triplek... 47
Gambar 3.19 Bor listrik... 48
Gambar 3.20 Meteran dan mistar... 48
Gambar 3.21 Obeng... 49
Gambar 3.22 Gunting... 49
xvi
Gambar 3.23 Kunci pas... 50
Gambar 3.24 Spidol... 50
Gambar 3.25 Amplas... 51
Gambar 3.26 Palu... 51
Gambar 3.27 Hygrometer... 52
Gambar 3.28 Amperemeter... 52
Gambar 3.29 APPA digital dan Termokopel... 53
Gambar 3.30 Timbangan digital... 53
Gambar 3.31 Rol kabel... 54
Gambar 3.32 Lemari mesin pengering keripik gendar... 55
Gambar 3.33 Pintu lemari pengering... 55
Gambar 3.34 Pembuatan dudukan rak... 55
Gambar 3.35 Posisi meletakkan Styrofoam... 56
Gambar 3.36 Posisi kondensor... 56
Gambar 3.37 Alur pelaksanaan penelitian... 58
Gambar 3.38 Skematik pengambilan data... 59
Gambar 4.1 Diagram P-h yang memberikan pengeringan keripik gendar tercepat... 69
Gambar 4.2 Psychrometric Chart data dengan kipas menit ke-30... 73
Gambar 4.3 Grafik penurunan berat keripik gendar waktu ke waktu (tanpa kipas)... 77
xvii
Gambar 4.4 Grafik penurunan berat keripik gendar dari waktu ke waktu
(dengan kipas)... 78
Gambar 4.5 Grafik penurunan berat keripik gendar dari waktu ke waktu... 78
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Tabel Pengambilan Data... 61 Tabel 4.1 Data rata-rata variasi dengan kipas di dalam ruang pengering.. 66 Tabel 4.2 Data rata-rata variasi tanpa kipas di dalam ruang pengering... 67 Tabel 4.3 Massa air yang diuapkan dan waktu pengeringan keripik
gendar pada setiap variasi... 68 Tabel 4.4 Hasil perhitungan pada variasi dengan kipas di ruang
pengering... 75 Tabel 4.5 Hasil perhitungan pada variasi tanpa kipas di ruang
pengering... 75
xix
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1 Mesin pengering keripik gendar... 84 Lampiran 2 Kondensor dan evaporator... 84 Lampiran 3 Diagram P-h yang memberikan pengeringan keripik gendar
tercepat...
85
Lampiran 4 Psychrometric Chart data dengan kipas menit ke-30... 85
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Seiring meningkatnya perkembangan hidup manusia, maka bidang teknologi pun dituntut untuk mampu berkembang mengikuti zaman. Sebagai konsekuensi perkembangan pesat teknologi, seorang rekayasawan dituntut untuk mampu membuat inovasi-inovasi teknologi, terutama yang dibutuhkan di era modern ini yang semuanya sudah serba praktis, mudah dan ekonomis. Pada saat ini, telah dikenal cara atau jenis pengeringan dengan menggunakan mesin pengering gas LPG, mesin pengering dengan menggunakan energi listrik dan dengan memanfaatkan energi panas matahari.
Kelebihan dari mesin pengering dengan menggunakan gas LPG yaitu waktu pengeringan yang cepat. Kelemahan dari pengeringan jenis ini adalah suhu gas yang dihasilkan tinggi. Selain itu tidak ramah lingkungan karena menimbulkan gas buang yang juga mengakibatkan objek penelitian berbau. Pengeringan dengan menggunakan gas LPG memerlukan pengawasan pada saat proses pengeringan dikarenakan bisa menimbulkan risiko ledakan.
Pengeringan dengan menggunakan energi listrik mudah dalam pengoperasiannya, tidak tergantung pada cuaca, dan dapat dipergunakan kapanpun.
Kelemahan dari segi penggunaan tenaga listrik yang boros karena daya yang dipergunakan cukup tinggi pada saat proses pengeringan.
Pengeringan dengan memanfaatkan energi panas matahari adalah salah satu proses pengeringan yang banyak dipergunakan oleh sebagian besar masyarakat.
Karena energi panas matahari dapat diperoleh secara gratis, dan juga memiliki kelebihan diantaranya aman dan ramah lingkungan. Namun di sisi lain penggunaan energi panas matahari untuk pengeringan memiliki kelemahan. Pada saat musim hujan, panas matahari akan sulit untuk didapatkan. Sinar matahari sering tertutup awan, sehingga tidak mampu untuk melakukan pengeringan secara cepat.
Dalam produksi keripik gendar/karak tahapan yang paling mendasar terletak pada proses pengeringan. Sebagian besar pembuat keripik masih menggunakan cara pengeringan tradisional yaitu memanfaatkan energi panas matahari di tempat terbuka. Pemilihan teknik pengeringan ini sangat bergantung cuaca, dengan waktu pengeringan selama kurang lebih dua hari disertai dengan membolak-balik keripik sebanyak empat sampai lima kali agar pengeringan bisa merata. Masalah lain yang dihadapi oleh pembuat keripik yang menggunakan pengeringan tradisional adalah diperlukan tempat yang luas pada saat menjemur.
Oleh karena itu mesin pengering keripik gendar dapat menjadi solusi sebagai pengganti energi panas matahari pada saat proses pengeringan. Mesin pengering keripik gendar yang ramah lingkungan, aman (tidak berbahaya), praktis, tidak membutuhkan tempat yang luas, dan dapat dipergunakan kapan saja menjadi sangat dibutuhkan oleh para pembuat keripik gendar.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dinyatakan sebagai berikut :
a. Bagaimanakah merancang dan merakit mesin pengering keripik gendar dengan mempergunakan mesin siklus kompresi uap yang bersifat ramah lingkungan, aman (tidak berbahaya), praktis, dan dapat dipergunakan kapan saja.
b. Berapa lama waktu yang diperlukan untuk pengeringan keripik gendar dengan menggunakan mesin pengering tersebut?
c. Bagaimanakah karakteristik mesin pengering keripik gendar yang menggunakan siklus kompresi uap?
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
a. Merancang dan merakit mesin pengering keripik gendar dengan sumber daya dari energi listrik.
b. Mengetahui waktu tercepat yang dibutuhkan untuk mengeringkan gendar dengan mempergunakan mesin pengering hasil rakitan sistem udara tertutup dengan variasi kipas dan tanpa kipas.
c. Mengetahui karakteristik mesin pengering keripik gendar yang yang telah dirakit tersebut meliputi :
1. Besarnya energi yang diserap evaporator per satuan massa refrigeran (Qin) 2. Besarnya energi yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran (Qout) 3. Besarnya energi yang digunakan untuk menggerakkan kompresor (Win) 4. Nilai COPaktual, COPideal, Efisiensi
1.4 Batasan Masalah
Batasan-batasan yang diambil dalam pembuatan mesin pengering keripik gendar adalah :
a. Mesin pengering keripik gendar menggunakan sistem yang bekerja dengan mesin siklus kompresi uap dengan komponen utama kompresor, evaporator, kondensor dan pipa kapiler.
b. Mesin siklus kompresi uap yang dipergunakan memiliki daya kompresor 1 HP dengan mempergunakan refrigeran R22.
c. Ukuran kotak pengering keripik gendar: p x l x t : 200 cm x 120 cm x 110 cm d. Mesin pengering ini memiliki kapasitas pengeringan keripik gendar seberat 10
kg dengan menggunakan 5 rak dalam proses pengeringan.
e. Pada penelitian ini, alat ukur yang dipergunakan, yaitu: penampil suhu digital (APPA51 dan APPA52), termokopel, hygrometer (termometer bola kering dan termometer bola basah), dan timbangan digital.
f. Sistem udara yang dipergunakan pada mesin pengering adalah sistem udara tertutup.
g. Menggunakan kipas yang memiliki daya 80 watt 220 volt.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah:
a. Bagi penulis, mempunyai pengalaman dalam merancang dan merakit mesin pengering keripik gendar dengan mempergunakan mesin yang berkerja dengan siklus kompresi uap.
b. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi bagi peneliti yang melakukan penelitian terkait dengan mesin pengering keripik gendar.
c. Mesin pengering keripik gendar dapat dipergunakan sebagai alternatif pengganti sumber panas matahari pada saat proses pengeringan.
1.6 Luaran Penelitian
Dihasilkan teknologi tepat guna berupa mesin pengering keripik gendar yang ramah lingkungan, aman (tidak berbahaya), praktis, dan dapat dipergunakan kapan saja.
6
BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
2.1.1 Metode-Metode Pengeringan Keripik Gendar
Metode dalam pengeringan keripik gendar saat ini yang sering dijumpai ada 2 macam, diantaranya (a) pengeringan keripik gendar dengan cahaya matahari, dan (b) pengeringan keripik gendar dengan metode dehumidifikasi.
a. Pengeringan keripik gendar dengan cahaya matahari.
Cara pengeringan dengan metode cahaya matahari ini sudah dilakukan secara umum. Panas yang dihasilkan matahari dapat menguapkan air yang ada pada gendar basah hingga gendar benar-benar kering. Tetapi seiring berkembangnya jaman dan teknologi, banyak orang mencoba untuk menciptakan mesin pengering.
Hal ini bukan dikarenakan matahari tidak bisa mengeringkan keripik gendar, melainkan disaat ingin mengeringkan keripik gendar cuaca tidak mendukung (hujan). Hingga saat ini metode pengeringan dengan matahari masih tetap digunakan.
Keuntungan pengering dengan cahaya matahari.
a. Kecepatan pengeringan sama untuk kapasitas berapa pun.
b. Mudah dilakukan, tidak perlu keahlian khusus.
c. Murah/gratis, karena tersedia di alam bebas.
d. Ramah lingkungan.
e. Mampu mengeringkan objek yang dikeringkan dengan jumlah yang tidak terbatas.
Kerugian pengeringan dengan cahaya matahari.
a. Membutuhkan waktu yang lama untuk pengeringan.
b. Tidak dapat dilakukan kapan saja (musim hujan, malam hari).
c. Membutuhkan tempat yang luas / tempat yang langsung terkena panas karna matahari.
d. Objek yang dikeringkan dapat terkena debu, kotoran, polusi.
e. Tidak dapat dilakukan di dalam rumah, tidak aman terhadap binatang, atau dicuri orang.
Gambar 2.1 Pengeringan dengan sinar matahari b. Pengeringan keripik gendar dengan metode dehumidifikasi.
Pengering keripik gendar ini menggunakan metode dehumidifikasi. Mesin pengering keripik gendar ini bekerja dengan memanfaatkan proses dehumidifikasi dan pemanasan udara yang disirkulasikan ke lemari. Udara diturunkan
kelembapannya dan dipanaskan, kemudian disirkulasikan ke lemari. Akibat dari udara kering dan bersuhu tinggi pada ruangan, menyebabkan air dalam keripik gendar menguap. Selanjutnya udara lembab ini disirkulasikan kembali ke alat penurun kelembapan dari mesin pengering dengan metode dehumidifikasi yang di sebut dengan dehumidifier.
Keuntungan pengeringan keripik gendar dengan metode dehumidifikasi.
a. Keripik gendar yang sudah dikeringkan siap untuk digoreng.
b. Keripik gendar tidak tercemar atau terpolusi debu dan kotoran.
c. Bisa ditinggal pada saat mesin beroperasi (tidak perlu dijaga).
d. Proses pengeringan cepat (lebih cepat dari pengeringan matahari).
e. Dapat dilakukan kapan saja (malam hari, musim hujan).
f. Dapat dilakukan didalam rumah.
g. Tidak memakan lahan yang luas (karena tersusun dalam rak).
h. Tidak takut kehujanan.
Kerugian pengeringan keripik gendar dengan metode dehumidifikasi.
a. Kapasitas terbatas.
b. Menggunakan energi listrik besar.
2.1.2 Dehumidifier
Dehumidifier adalah suatu alat pengering udara yang berguna untuk mengurangi kadar uap air pada udara melalui proses dehumidifikasi. Proses dehumidifikasi merupakan suatu proses penurunan kadar uap air pada udara sehingga dihasilkan udara kering. Metode dehumidifikasi udara dibagi menjadi dua, yaitu refrigeran dehumidifier yang menggunakan metode pendinginan dibawah titik
embun dan penurunan tingkat kelembapan dengan cara kondensasi, sedangkan desicccant dehumidifier menggunakan metode bahan pengering sebagai penyerap kelembapan udara.
Refrigeran dehumidifier merupakan dehumidifier yang umum digunakan di pasaran karena biaya produksi yang murah dan mudah dalam pengoperasian.
Refrigeran dehumidifier ini dapat bekerja sangat efektif bila ditempatkan pada ruangan bersuhu hangat yang memiliki kelembapan tinggi. Prinsip kerja refrigeran dehumidifier menggunakan sistem kompresi uap. Evaporator berfungsi untuk menyerap uap air yang terdapat didalam udara sehingga udara menjadi kering, kemudian udara kering dilewatkan kondensor agar udara memiliki suhu yang tinggi. Evaporator mampu menurunkan suhu udara sehingga terjadi kondensasi dimana uap air akan menetes ke bawah dan tertampung pada wadah.
Gambar 2.2 Refrigeran Dehumidifier
( Sumber : https://www.achooallergy.com/learning/how-does-a- dehumidifier-work/ )
Prinsip desicccant dehumidifier berbeda dengan refrigeran dehumidifier dalan penurunan kelembapannya. Desiccant dehumidifier menggunakan bahan penyerap kelembapan yang berupa liquid atau solid, seperti silicagel. Desiccant
dehumidifier ini akan bekerja dengan baik apabila digunakan di daerah beriklim dingin. Prinsip kerja desicccant dehumidifier dengan mensirkulasikan udara ke bagian disc yang menyerupai sarang lebah dan terdapat bahan pengering. Disc diputar perlahan menggunakan motor kecil. Udara yang mengandung uap air masuk dan diserap oleh disc yang berputar. Hasil udara keluar dari disc memiliki suhu hangat dan kering. Bersamaan dengan berputarnya disc pada bagian reaktivasi disirkulasikan udara panas dari heater. Pemanasan bagian reaktivasi bertujuan meregenerasi bahan pengering pada disc. Kemudian air yang terserap oleh disc bagian reaktivasi terlepas karena proses pemanasan. Uap air yang terserap oleh udara pada bagian reaktivasi akan dikeluarkan ke lingkungan.
Gambar 2.3 Desiccant Dehumidifier
( Sumber : http://destech.eu/how-desiccant-dehumidifier-works/ ) 2.1.3 Parameter yang berpengaruh terhadap kecepatan proses pengeringan
Ada beberapa parameter yang berpengaruh terhadap proses dehumidifikasi (proses pengeringan) antara lain (a) Kelembapan udara, (b) Suhu udara (c) Aliran udara, (d) Objek yang dikeringkan.
a. Kelembapan Udara
Kelembapan udara didefinisikan sebagai jumlah kandungan air dalam udara. Udara dikatakan mempunyai kelembapan yang tinggi apabila uap air yang
dikandungnya tinggi, begitu juga sebaliknya. Udara terdiri dari berbagai macam komponen antara lain udara kering, uap air, polutan, debu dan partikel lainnya.
Udara yang kurang mengandung uap air dikatakan udara kering, sedangkan udara yang mengandung banyak uap air dikatakan udara lembab. Komposisi dari udara terdiri berbagai jenis gas yang relatif konstan. Komposisi udara kering terdiri dari N₂ dengan volume 78,09% dan berat 75,53%; O₂ dengan volume 20,95% dan berat 23,14%; Ar dengan volume 0,93% dan berat 1,28% serta CO₂ dengan volume 0,03 dan berat 0,03%.
Gambar 2.4 Hygrometer
Alat yang digunakan untuk mengetahui tingkat kelembapan biasanya menggunakan hygrometer atau dengan menggunakan termometer bola basah dan termometer bola kering. Termometer bola kering pertama untuk mengukur suhu udara kering. Pada termometer bola kering, bulb pada termometer dibiarkan kering sehingga akan mengukur suhu udara aktual (suhu udara kering). Sedangkan termometer bola basah untuk mengukur udara basah, bulb diberi kain yang dibasahi air, agar suhu udara terukur adalah suhu saturasi atau suhu titik jenuh, yaitu suhu udara dimana uap air mulai terkondensasi. Jika suhu bola kering dan bola basah
diketahui, maka kelembapan akan dapat diketahui dengan mempergunakan psychrometric chart.
Ada 2 macam kelembapan udara : (a) kelembapan relatif dan (b) kelembapan udara spesifik. Kelembapan udara relatif merupakan persentase perbandingan jumlah air yang terkandung dalam 1 kg udara dengan jumlah air maksimal yang dapat terkandung dalam 1 kg udara kering tersebut. Semakin rendah kelembapan udara relatif, semakin besar kemampuan udara dalam proses pengeringan atau semakin rendah kelembapan relatif udara semakin cepat proses pengeringan yang terjadi. Semakin rendah kelembapan relatif maka akan semakin banyak uap air yang akan diserap.
Kelembapan udara spesifik atau rasio kelembapan (W) adalah jumlah kandungan uap air di udara dalam setiap satu kilogram udara kering. Semakin rendah kelembapan spesifik udara, semakin besar kemampuan udara di dalam proses pengeringan semakin rendah kelembapan udara semakin cepat proses pengeringan yang terjadi. Untuk sistem refrigeran dehumidifier semakin besar selisih kelembapan spesifik udara sesudah proses pengeringan (WA) dengan kelembapan spesifik udara sebelum proses pengeringan (WB), massa air yang diuapkan dapat dihitung dengan Persamaan (2.1).
ΔW = (WA – WB) kgair/kgudara (2.1)
Pada Persamaan (2.1) :
ΔW : Massa air yang berhasil diuapkan persatuan massa udara, kgair/kgudara
WA : Kelembapan spesifik udara sesudah proses pengeringan, kgair/kgudara
WB : Kelembapan spesifik udara sebelum proses pengeringan, kgair/kgudara
b. Suhu Udara
Suhu udara adalah kondisi temperatur atau tingkat panas udara di suatu tempat. Suhu udara bisa dinyatakan panas apabila suhu udara pada tempat dan waktu tertentu melebihi suhu lingkungan sekitarnya. Sedangkan untuk sebaliknya udara dinyatakan dingin. Suhu udara memiliki pengaruh penting terhadap laju pengeringan. Semakin besar suhu udara pengering maka akan semakin cepat pula laju perpindahan kalor dan proses penguapan air yang terjadi juga akan semakin meningkat.
c. Aliran Udara
Aliran udara pada proses pengeringan memiliki fungsi membawa udara panas untuk menguapkan kadar air pakaian serta mengeluarkan uap air hasil penguapan tersebut. Uap air hasil penguapan harus segera dikeluarkan agar tidak membuat jenuh udara pada ruangan, yang dapat mengganggu proses pengeringan.
Semakin besar debit aliran udara panas yang mengalir maka akan semakin besar kemampuannya menguapkan kadar air, namun berbanding terbalik dengan suhu udara yang semakin menurun. Aliran udara pada proses pengeringan memiliki fungsi membawa udara.
d. Objek yang dikeringkan
Objek yang dikeringkan pada proses pengeringan juga salah satu faktor yang mempengaruhi, karena tebal tipisnya objek juga sangat mempengaruhi lama
dan tidaknya proses pengeringan itu. Semakin besar objek yang dikeringkan maka akan semakin besar pula kemampuannya menguapkan kadar air.
2.1.4 Siklus Kompresi Uap
Siklus kompresi uap berfungsi untuk memindahkan kalor dari ruangan bertemperatur ruangan yang bertemperatur tinggi. Ada beberapa macam refrigeran yang sering dipergunakan seperti R32, R600, R134a, dan R410. Pada penelitian ini refrigeran yang dipergunakan R22, karena kebetulan komponen yang dipergunakan masih komponen lama/produksi. Refrigeran R22 menjadi penghasil panas yang paling tinggi dari pada refrigeran lainnya. Komponen utama yang digunakan pada siklus kompresi uap adalah kompresor, kondensor, pipa kapiler, evaporator.
Gambar 2.5 Rangkaian komponen utama dari mesin siklus kompresi uap a. Kompresor
Kompresor adalah alat untuk meningkatkan tekanan refrigeran. Cara kerja kompresor adalah menghisap refrigeran lalu mendorongnya untuk diteruskan ke pipa yang menuju kondensor. Kompresor dapat bekerja karena adanya sumber daya dari listrik PLN yang diberikan, besarnya daya dinyatakan dengan Win.
Kompresor torak sendiri memiliki 3 (tiga) jenis yaitu kompresor hermatic, semi- hermatic, open type. Kompresor hermatic adalah kompresor yang poros engkol dan motor penggeraknya jadi 1 (satu) poros dalam suatu kompresor. Kompresor semi- hermatic adalah kompresor yang poros engkol dan motor penggeraknya terpisah tetapi masih dalam suatu kompresor. Kompresor open type adalah kompresor yang poros penggeraknya terpisah dengan motor listriknya. Pada penelitian ini, jenis kompresor yang dipergunakan adalah kompresor rotary
b. Evaporator
Evaporator adalah alat unit yang berfungsi untuk menguapkan refrigeran dari fase campuran cair dan gas menjadi gas sebelum masuk ke kompresor. Proses penguapan ini memerlukan kalor yang berasal dari lingkungannya, dalam hal ini adalah udara yang melintasi evaporator. Besarnya kalor ini dinyatakan dengan Qin.
c. Filter
Filter adalah alat untuk menyaring kotoran yang dibawa oleh refrigeran sebelum memasuki pipa kapiler. Filter dapat menyaring kotoran hasil pengelasan, hasil korosi, dan air yang terkandung dalam refrigeran. Berfungsi juga untuk menangkap uap air yang terjebak dalam sistem.
d. Pipa kapiler
Pipa kapiler adalah pipa yang berfungsi untuk menurunkan tekanan dari refrigeran. Diameter pipa sangat kecil sehingga ketika refrigeran mengalir terjadi hambatan yang dapat menurunkan tekanan refrigeran sebelum masuk ke dalam evaporator. Akibatnya suhu refrigeran mengalami penurunan.
e. Kondensor
Kondensor adalah alat untuk melepas kalor dari refrigeran yang masuk dari kompresor. Pada kondensor terjadi proses kondensasi atau pengembunan.
Berdasarkan P-h diagram dalam kondensor terjadi perubahan fase dari gas menjadi gas jenuh beserta penurunan suhu, gas jenuh menjadi cair jenuh tanpa ada penurunan suhu, cair jenuh menjadi cair disertai penurunan suhu di pendinginan lanjut. Besarnya kalor yang dilepas kondensor per satuan massa refrigeran dinamakan dengan Qout.
2.1.4.1 Diagram P-h dan T-s Diagram
Dalam siklus kompresi uap, refrigeran mengalami beberapa proses yang terjadi pada komponen-komponen utama siklus kompresi uap. Proses-proses tersebut yaitu :
Gambar 2.6 Siklus kompresi uap pada diagram P-h
Gambar 2.7 Siklus kompresi uap pada diagram T-s
a. Proses 1-2 merupakan proses kompresi isentropik
Proses kompresi isentropik dilakukan oleh kompresor, dimana refrigeran yang berupa gas panas lanjut bertekanan rendah mengalami kompresi yang mengakibatkan refrigeran menjadi gas bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik, maka suhu yang keluar dari kompresor juga meningkat menjadi gas panas lanjut.
b. Proses (2-2a) proses penurunan suhu (desuperheating)
Proses desuperheating berlangsung sebelum memasuki kondensor dan memiliki tekanan yang tetap. Proses ini merupakan proses penurunan suhu refrigeran dari fase gas panas lanjut menjadi gas jenuh. Adanya perpindahan kalor dari refrigeran ke udara akan menyebabkan terjadinya penurunan suhu.
c. Proses (2a-3a) proses kondensasi
Proses kondensasi adalah proses perubahan fase dari gas jenuh menjadi cair jenuh. Perubahan fase ini terjadi karena temperatur refrigeran lebih tinggi daripada suhu udara lingkungan sekitar kondensor, maka terjadi pembuangan kalor ke udara
lingkungan sekitar kondensor. Proses (2a-3a) berlangsung pada tekanan dan suhu yang konstan.
d. Proses (3a-3) proses pendinginan lanjut (subcooling)
Proses subcooling merupakan proses penurunan suhu pada refrigeran sehingga refrigeran memiliki kondisi cair jenuh dan berlangsung pada tekanan yang tetap atau konstan. Ada perubahan suhu dari fase cair jenuh ke cair lanjut.
Tujuan dari proses ini adalah untuk mendapatkan kondisi refrigeran benar-benar dalam keadaan cair, dan meningkatkan nilai COP mesin.
e. Proses (3-4) proses penurunan tekanan (throthling)
Proses throthling berlangsung di pipa kapiler. Adanya penurunan tekanan pada proses ini mengakibatkan suhu refrigeran mengalami penurunan. Fase refrigeran ketika masuk pipa kapiler berbentuk cair lanjut berubah menjadi campuran antara fase cair dan gas. Proses ini berlangsung pada entalpi yang tetap.
f. Proses (4-1a) proses evaporasi atau penguapan
Proses ini berlangsung di evaporator. proses ini terjadi pada tekanan dan temperatur yang tetap. Dikarenakan suhu kerja dari evaporator yang rendah, maka ada kalor masuk dari lingkungan sekitar evaporator, kalor yang masuk ini digunakan untuk mengubah fase refrigeran dari fase campuran cair dan gas menjadi gas jenuh.
g. Proses 1a-1 proses pemanasan lanjut (superheating)
Proses superheating terjadi akibat adanya penyerapan kalor berlanjut pada proses penguapan (4-1a), refrigeran yang masuk ke kompresor berubah fase dari gas jenuh ke gas panas lanjut. Sehingga menyebabkan kenaikan tekanan dan
temperatur refrigeran. Proses ini membuat kompresor bekerja lebih ringan sehingga kompresor dapat lebih awet umur pemakaiannya. Proses ini juga dapat meningkatkan nilai COP mesin.
Gambar 2.8 Diagram P-h, R22
(Sumber : https://en.m.wikipedia.org/wiki/File:R22_ph.gif )
2.1.4.2 Perhitungan P-h Diagram
Ada beberapa rumus perhitungan untuk menentukan karakteristik jenis refrigeran, antara lain :
a. Energi kalor yang diserap evaporator (Qin)
Merupakan proses perubahan entalpi pada siklus kompresi uap dari titik 1 ke titik 4. Perubahan entalpi teresebut dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.2).
Qin = h1 – h4 ...(2.2)
Pada Persamaan (2.2)
Qin : Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg h1 : Nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor, kJ/kg
h4 : Nilai entalpi refrigeran saat keluar pipa kapiler, kJ/kg b. Energi kalor yang dilepas oleh kondensor (Qout)
Merupakan perubahan entalpi pada siklus kompresi uap dari titik 2 ke 3.
Perubahan entalpi teresebut dapat dihitung menggunakan Persamaan (2.3).
Qout = h2 – h3 ...(2.3)
Pada Persamaan (2.3)
Qout : Energi kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran, kJ/kg h2 : Nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor, kJ/kg
h3 : Nilai entalpi refrigeran saat masuk pipa kapiler, kJ/kg c. Kerja Kompresor (Win)
Merupakan perubahan entalpi pada siklus kompresi uap titik 1 ke 2.
Perubahan entapi tersebut dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.4).
Win = h2 – h1 ...(2.4)
Pada Persamaan (2.4)
Win : Kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg h2 : Nilai entalpi refrigeran saat keluar kompresor, kJ/kg h1 : Nilai entalpi refrigeran saat masuk kompresor, kJ/kg d. Actual Coefficient Of Performance (COPaktual)
COPaktual merupakan pembandingan antara panas yang diserap evaporator dengan kerja yang dilakukan kompresor. Dimana COPaktual ini digunakan untuk mengetahui performa dari siklus kompresi uap. Semakin tinggi nilai COP semakin baik kinerja/performa mesin. COPaktual dapat dihitung dengan Persamaan (2.5).
COPaktual = Qin / Win ...(2.5)
Pada Persamaan (2.5)
COPactual : Kinerja/performa mesin siklus kompresi uap aktual
Qin : Energi kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran, kJ/kg
Win : Kerja kompresor persatuan massa refrigeran, kJ/kg e. Ideal Coefficient Of Performance (COPideal)
COPideal dapat dihitung dengan Persamaan (2.6).
COPideal = Te
Tc−Te ...(2.6)
Pada Persamaan (2.6) :
COPideal : Kinerja mesin siklus kompresi uap secara ideal
Te : Suhu kerja mutlak evaporator, oK Tc : Suhu kerja mutlak kondensor, oK f. Efisiensi Mesin Siklus Kompresi Uap
Efisiensi dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.7).
Efisiensi = (COPaktual / COPideal) x 100% ...(2.7) Pada Persamaan (2.7)
COPaktual : Kinerja mesin siklus kompresi uap secara aktual COPideal : Kinerja mesin siklus kompresi uap secara ideal g. Laju aliran massa refrigeran (ṁref)
Laju aliran massa refrigeran pada mesin siklus kompresi uap (ṁref) dapat dihitung menggunakan persamaan (2.8).
ṁref = 𝐼 𝑥 𝑉
(ℎ2−ℎ1 )𝑥 1000 ...(2.8)
I : Arus listrik, ampere V : Tegangan, watt 2.1.5 Psychrometric Chart
Psychrometric chart adalah grafik yang digunakan untuk menentukan nilai properti-properti dari udara pada suatu keadaan tertentu. Juga dapat digunakan untuk menggambarkan proses – proses yang dialami udara. Sebagai contoh, sebuah ruangan memiliki suhu udara basah dan suhu udara kering tertentu, dengan mengetahui dua suhu tersebut maka dapat ditentukan sifat-sifat udara lainnya seperti RH, W, volume spesifik, enthalpi, dan Tdp.
Gambar 2.9 Psychrometric chart (Sumber : https://fenix.tecnico.ulisboa.pt) 2.1.5.1 Parameter – Parameter pada Psychrometric Chart
Parameter-parameter udara dalam Psychrometric chart antara lain (a) Dry-
bulb temperature, (b) Wet-bulb temperature, (c) Dew-point temperature, (d) Specific humidity, (e) Volume spesifik, (f) Entalpi, (g) kelembapan relatif. Berikut ini penjelasannya :
a. Dry-bulb Temperature (Tdb)
Tdb atau temperatur bola kering merupakan suhu yang didapat dari pengukuran termometer dengan bulb pada keadaan kering (tidak dilapisi kain basah).
b. Wet-bulb Temperature (Twb)
Twb atau temperatur bola basah merupakan suhu yang didapat dari pengukuran termometer dengan bulb pada keadaan basah (dilapisi kain basah).
c. Dew-Point Temperature (Tdp)
Tdp atau temperatur titik embun merupakan suhu dimana uap air di dalam udara mulai mengembun saat udara diturunkan atau didinginkan.
d. Kelembapan Spesifik (W)
Kelembapan spesifik merupakan banyaknya uap air yang terkandung dalam satu kilogram udara kering (kgair/kgudara).
e. Entalphi (h)
Entalphi merupakan besarnya energi yang dimiliki udara, yang nilainya tergantung dari suhu dan tekanan udara pada saat itu.
f. Kelembapan Relatif (RH)
Kelembapan relatif merupakan perbandingan antara massa uap air yang dikandung pada suhu tertentu dengan massa uap air maksimal yang dikandung udara pada suhu tersebut.
g. Volume Spesifik (SpV)
Volume spesifik merupakan volume udara campuran per satuan kilogram udara kering (m3/kg).
Gambar 2.10 Parameter Udara dalam Psychrometric chart ( Sumber : http://mahdihvacr.blogspot.com/ )
2.1.5.2 Proses – Proses yang terjadi pada Udara Psychrometric Chart
Proses-proses yang dapat digambarkan pada psychrometric chart adalah (1) proses pemanasan (sensible heating), (2) proses pendinginan (sensible cooling), (3) proses dehumidify, (4) proses humidify, (5) proses pendinginan dan penurunan kelembapan (evaporative cooling), (6) proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (cooling and humidify), (7) proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and dehumidify), (8) proses pemanasan dan penaikkan kelembapan (heating and humidify).
Gambar 2.11 Proses – proses dalam psychrometric chart
1. Proses pemanasan (sensible heating)
Proses pemanasan (sensible heating) adalah proses penambahan kalor sensibel ke udara. Pada proses pemanasan, terjadi peningkatan temperatur bola kering, temperatur bola basah, entalpi, dan volume spesifik. Sedangkan temperatur titik embun dan kelembapan spesifik tetap konstan. Namun kelembapan relatif mengalami penurunan.
.
Gambar 2.12 Proses sensible heating 2. Proses pendinginan (sensible cooling)
Proses pendinginan adalah proses pengambilan kalor sensibel dari udara sehingga temperatur udara mengalami penurunan. Pada proses ini temperatur bola kering, bola basah dan volume spesifik mengalami penurunan. Kelembapan relatif mengalami kenaikkan. Sedangkan kelembapan spesifik dan temperatur titik embun tidak berubah atau konstan. Proses ini disajikan pada Gambar 2.13.
Gambar 2.13 Proses sensible cooling
3. Proses dehumidify
Proses dehumidify adalah proses pengurangan kandungan uap air pada udara tanpa merubah temperatur bola kering sehingga terjadi penurunan entalpi, titik embun, temperatur bola basah dan kelembapan spesifik. Proses ini disajikan pada Gambar 2.14.
Gambar 2.14 Proses dehumidify 4. Proses humidify
Proses humidify adalah proses penambahan kandungan uap air udara tanpa merubah suhu bola kering sehingga terjadi kenaikkan entalpi, temperatur bola basah, titik embun dan kelembapan spesifik. Proses ini disajikan pada Gambar 2.15.
Gambar 2.15 Proses humidify
5. Proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (evaporative cooling)
Proses pendinginan dan penaikkan kelembapan adalah proses menurunkan
Tdb1=Tdb2
temperatur udara kering dan menaiknya kandungan uap air udara. Proses ini menyebabkan peningkatan suhu titik embun, kelembapan relatif dan kelembapan spesifik. Proses ini disajikan pada Gambar 2.16.
Gambar 2.16 Proses evaporative cooling
6. Proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and dehumidify) Proses pendinginan dan penurunan kelembapan adalah proses penurunan kalor sensibel dan penurunan kalor laten ke udara. Pada proses ini terjadi penurunan temperatur pada bola kering, temperatur bola basah, entalpi, volume spesifik, temperatur titik embun, dan kelembapan spesifik. Sedangkan kelembapan relatif dapat mengalami peningkatan dan dapat mengalami penurunan, tergantung dari prosesnya. Proses ini disajikan pada Gambar 2.17.
Gambar 2.17 Proses cooling and dehumidify
7. Proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and dehumidify)
Proses pemanasan dan penurunan kelembapan (heating and dehumidify)
berfungsi untuk menaikkan suhu bola kering dan menurunkan kandungan uap air pada udara. Pada proses ini terjadi penurunan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola basah dan kelembapan relatif tetapi terjadi peningkatan suhu bola kering.
Proses ini disajikan pada Gambar 2.18.
Gambar 2.18 Proses heating and dehumidify 8. Proses pemanasan dan menaikan kelembapan (heating and humidify)
Proses pemanasan dan penaikkan kelembapan adalah proses menaikkan temperatur udara disertai penambahan uap air. Pada proses ini terjadi kenaikkan kelembapan spesifik, entalpi, suhu bola basah, suhu bola kering. Proses ini disajikan pada Gambar 2.19.
Gambar 2.19 Proses heating and humidify
2.1.5.3 Sirkulasi udara yang Terjadi pada Mesin Pengering Keripik Gendar Sirkulasi udara yang terjadi di dalam mesin pengering keripik gendar dapat dilihat pada Gambar 2.20. Udara yang berada dalam ruang pengering diolah
melewati proses pendinginan (cooling) dan dilanjutkan proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and dehumidify) kedua proses ini berlangsung di evaporator. Tujuan dari proses ini untuk mendapatkan udara yang kering. Lalu udara kering diolah melalui proses pemanasan (heating) yang berlangsung di dalam kondensor dan ketika udara melewati kompresor. Udara kering dan bersuhu tinggi ini kemudian dialirkan ke ruang pengeringan keripik gendar untuk proses berikutnya, yaitu proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (evaporative cooling). Akibatnya kandungan air di dalam keripik gendar menurun. Setelah melewati keripik gendar udara yang masih memiliki temperatur tinggi ini, udara dilewatkan kembali melalui evaporator. Siklus berulang secara terus menerus seperti semula.
Gambar 2.20 Proses udara yang terjadi pada mesin pengering
Evaporator berfungi untuk mendapatkan udara kering sedangkan kondensor dan kompresor untuk mendapatkan kondisi udara bersuhu tinggi. Udara kering dan bersuhu tinggi inilah yang digunakan untuk proses pengeringan keripik gendar.
2.1.5.4 Proses Pengeringan Keripik Gendar dalam Psycromethric Chart Proses-proses pada pengeringan keripik gendar dalam psychrometric chart adalah sebagai berikut (a) proses pendinginan (sensible cooling), (b) proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and humidify), (c) proses pemanasan (sensible heating), dan (d) proses pendinginan dan penaikkan kelembapan (evaporative cooling).
Gambar 2.21 Proses pengeringan keripik gendar pada psychrometric chart
Gambar 2.21 adalah proses pengeringan keripik gendar yang tergambar dalam psychrometric chart. Proses A – A’ adalah proses pendinginan udara. Proses A’ – B adalah adalah proses pendinginan dan penurunan kelembapan (cooling and dehumidity). Proses B – D adalah proses pemanasan (heating), proses D –A adalah proses evaporative cooling. keterangan dari Gambar 2.21:
a. Titik D merupakan kondisi udara setelah melewati kondensor.
b. Titik A merupakan kondisi udara keluar dari dalam ruang pengering atau masuk ke dalam evaporator.
c. Titik C merupakan suhu kerja evaporator. (=Te)
d. Titik B merupakan kondisi udara setelah melewati evaporator.
e. Titik E adalah suhu kerja kondensor.
f. Titik A’ merupakan titik dimana uap air di dalam udara mulai mengembun.
2.1.5.5 Perhitungan pada Psychrometric Chart
a. Laju pengeringan keripik gendar oleh mesin pengering keripik gendar (ṁair) Laju pengeringan keripik gendar oleh mesin pengering keripik gendar (ṁair) dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.9) :
ṁair =mair
∆𝑡 ...(2.9)
Pada Persamaan (2.9) :
ṁair : Laju pengeringan keripik gendar, kgair/menit
𝑚air : Massa air yang diambil oleh udara dari keripik gendar yang dikeringkan, kgair
Δ𝑡 : Waktu yang dibutuhkan untuk proses pengeringan, menit
b. Laju aliran udara pada mesin pengering keripik gendar
Laju aliran udara pada mesin pengering keripik gendar dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.10)
ṁudara = ṁ𝑎𝑖𝑟
∆𝑊 = ṁ𝑎𝑖𝑟
𝑊𝐴−𝑊𝐵 ...(2.10)
Pada Persamaan (2.10) :
ṁudara : laju aliran massa udara, kgudara/menit
ṁair : laju pengeringan keripik gendar, kgair/menit
Δ𝑤 : massa air yang dihasilkan persatuan massa udara, kgair/kgudara
WA : Kelembapan spesifik udara setelah proses pengeringan, kgair/kgudara
WB : Kelembapan spesifik udara sebelum proses pengeringan, kgair/kgudara
c. Debit aliran udara yang masuk ke ruang pengering
Debit aliran udara dapat dihitung dengan menggunakan Persamaan (2.11)
Q
=
ṁ 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎𝜌𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 ...(2.11)
Pada Persamaan (2.11):
𝑄 : Debit aliran udara, m3/menit
ṁudara : Laju aliran massa udara, kgudara/menit
⍴udara : Massa jenis udara, 1,2 kgudara/m3
2.2 Tinjauan Pustaka
Nico (2015) melakukan penelitian mesin pengering pakaian yang bertujuan untuk (1) merancang dan membuat mesin pengering pakaian (b) mengetahui kecepatan pengeringan pakaian yang dibuat dengan berbagai variasi jumlah pakaian yang dikeringkan. Metode penelitiannya dilakukan secara eksperimen dengan mesin dibuat sistem terbuka dengan debit aliran udara 0,054 m3/detik. Variasi penelitiaannya adalah jumlah pakaian, 5 pakaian, 15 pakaian, dan 20 pakaian. Bahan kain yang digunakan adalah kain salur polyester. Hasil penelitian menunjukkan bahwa rata-rata laju aliran massa air pada proses pengeringan sebesar 0,905 kg/jam.
Waktu untuk mengeringkan 5 pakaian merupakan yang paling cepat dengan kecepatan pengeringannya sebesar 0,303 kg/jam. Tetapi untuk variasi pakaian 20 pakaian memiliki kapasitas paling efektif dalam proses pengeringan dengan mesin yang dipakai.
Luke E. Lentz, (2008) membuat mesin pengering pakaian menggunakan sistem tertutup, tidak memerlukan sumber udara dari luar dan juga tidak memerlukan adanya pemanas (heater). Mesin pengering pakaian yang dibuat bekerja dengan memanfaatkan siklus kompresi uap. Evaporator yang digunakan untuk kondensasi uap air pada udara setelah melewati pakaian dan ada nya bak penampungan air untuk menampung air hasil kandungan di evaporator. Relatif kebutuhan energi yang rendah memungkinkan dioperasikan pada tegangan listrik 110 V.
PK Purwadi dan Wibowo Kusbandono, (2015) telah melakukan penelitian tentang mesin pengering pakaian energi listrik dengan mempergunakan siklus
kompresi uap. Tujuan dari penelitiannya adalah membuat mesin pengering pakaian dengan energi listrik dan mengetahui beberapa karakteristik mesin pengering yang telah dibuat. Proses pengeringan menggunakan udara yang disirkulasi oleh kipas secara berturut- turut melewati evaporator, kompresor dan ruangan pengering.
udara dilewatkan evaporator untuk diembunkan dan diturunkan kelembapannya, kemudian dilewatkan kompresor dan menjadi panas, udara kering dan panas inilah yang digunakan untuk mengeringkan pakaian. Mesin pakaian dirancang untuk kapasitas 20 pakaian dan bekerja dengan sistem tertutup. Ukuran ruang pengering : 60 cm x 120 cm x 130 cm. Penelitian memberikan hasil (a) mesin pengering dapat bekerja dengan baik (b) Bila tanpa beban, mesin pengering mampu mengkondisikan udara di dalam lemari pengering pada suhu udara kering (Tdb): 57.1oC dan suhu udara basah (Twb): 23oC. Untuk mengeringkan 20 baju batik basah hasil perasan tangan memerlukan waktu sekitar 115 menit, sedangkan untuk mengeringkan 15 baju batik hasil perasan tangan memerlukan waktu sekitar 90 menit. Untuk mengeringkan 20 pakaian baju batik basah hasil perasan mesin cuci memerlukan waktu sekitar 55 menit.
PK Purwadi, Wibowo Kusbandono (2016) telah melakukan penelitian tentang peningkatan mutu pengeringan dan laju pengeringan pada mesin pengering pakaian energi listrik. Tujuannya adalah (a) merancang dan merakit mesin pengering pakaian dengan mempergunakan energi listrik, (b) melihat pengaruh pemasangan kipas di ruang pengering terhadap waktu yang diperlukan untuk pengeringan dan terhadap laju pengeringan pakaian. Mesin pengering yang digunakan pada penelitian ini menggunakan mesin siklus kompresi uap dengan
memakai refrigeran R134a. Komponen utama dari mesin siklus kompresi uap meliputi : kompresor, evaporator, kondensor, dan pipa kapiler. Jumlah mesin siklus kompresi uap 2 buah, dengan masing-masing daya yang digunakan sebesar 1100 watt, sedangkan komponen utama yang lain menyesuaikan. Pengering pakaian ini menggunakan sistem tertutup, dengan memakai kipas, dan dilakukan pada ruang pengering, mempergunakan udara hasil olahan mesin siklus kompresi uap.
Penelitian ini memberikan hasil bahwa adanya kipas di ruang pengering mempengaruhi pengeringan pakaian menjadi lebih cepat. Jika tanpa kipas waktu yang diperlukan untuk mengeringkan 50 pakaian basah hasil perasan tangan , selama 140 menit, sedangkan dengan adanya kipas, selama 80 menit. Terjadi pemendekkan waktu pengeringan sebesar 42,8%. Untuk 50 pakaian basah hasil perasan mesin cuci, waktu pengeringan tanpa kipas selama 60 menit, sedangkan dengan adanya kipas selama 35 menit. Terjadi pemendekkan pengeringan sebesar 41.6%. Dengan adanya kipas, laju pengeringan pakaian meningkat sebesar75%
untuk kondisi awal baju basah perasan tangan, dan 71.46% untuk perasan mesin cuci.
Beberapa penelitian lain terkait dengan proses pengeringan juga telah dilakukan beberapa peneliti lain. Purwadi, PK, dkk, telah melakukan penelitian dengan objek yang dikeringkan briket arang batok kelapa (2018). Selain dengan sistem pengeringan udara terbuka, Purwadi dan Wibowo (2016, 2017) juga telah melakukan penelitian dengan sistem udara tertutup untuk pengeringan pakaian.
Selain memvariasikan terhadap jumlah pakaian yang dikeringkan, kondisi awal pakaian, juga memvariasikan ada dan tidaknya kipas di dalam ruang pengeringan.
36
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Objek Penelitian
Obyek penelitian yang digunakan adalah alat pengering keripik gendar dengan menggunakan sistem udara tertutup. Pada penelitian ini obyek yang dikeringkan adalah keripik gendar yang setelah dikukus dan siap dikeringkan, bahan baku utama keripik gendar ialah nasi. Alat penelitian yang digunakan pada penelitian ini menggunakan mesin pengering keripik gendar berbentuk lemari yang memiliki ukuran 200 cm x 120 cm x 110 cm. Gambar 3.1 menyajikan skema mesin pengering keripik gendar.
Gambar 3.1 Skema mesin pengering keripik gendar sistem udara tertutup
Obyek penelitian yang dikeringkan yaitu keripik gendar. Bahan utama untuk pembuatan keripik gendar adalah nasi yang telah di kukus. Penelitian ini membutuhkan keripik gendar yang siap untuk dikeringkan sebanyak 60 kg dalam enam kali pengambilan data, dengan sekali pengambilan sebanyak 10 kg. Di dalam lemari pengering terdapat rak tempat untuk keripik gendar, dengan jumlah rak yang diperlukan sebanyak 5 rak, dengan ketentuan 1 rak menampung 2 kg keripik gendar.
Massa awal keripik gendar basah saat proses 1x penelitian sekitar 10 kg dan massa akhir keripik gendar setelah dikeringkan sekitar 5 kg. Gambar 3.2 menyajikan rak yang berada pada lemari pengering yang disusun secara vertikal .
Gambar 3.2 Susunan rak secara vertikal
3.2 Pembuatan Mesin Pengering dan Alat Pendukung Penelitian 3.2.1 Pembuatan Mesin Pengering
3.2.1.1 Bahan Yang Digunakan Alat Pengering a. Triplek
Lemari pengering digunakan sebagai tempat untuk komponen ac dan rak untuk obyek yang dikeringkan. Lemari pengering berbahan dasar triplek yang
berukuran 200 cm x 120 cm x 110 cm. Gambar 3.3 menyajikan triplek yang digunakan.
Gambar 3.3 Triplek
b. Kayu dan striming
Rak digunakan sebagai tempat untuk keripik gendar yang akan dikeringkan.
Rak tersebut berbahan dasar dari kayu dan striming sebagai wadah dari obyek. Rak yang digunakan berukuran 100 cm x 80 cm. Gambar 3.4 menyajikan kayu dan striming yang digunakan.
Gambar 3.4 Kayu dan striming
c. Styrofoam
Styrofoam digunakan sebagai pelapis dinding pada ruangan pengering agar pada saat proses pengeringan lebih meminimalisir kebocoran kalor yang terbuang.
Ukuran tebal yang digunakan pada styrofoam ini adalah 3 cm melapisi seluruh dinding ruangan dibagian yang dikeringkan. Gambar 3.5 menyajikan styrofoam yang digunakan.
Gambar 3.5 Styrofoam
d. Busa
Busa digunakan sebagai pelapis dinding pada bibir pintu ruangan pengering agar pada saat proses pengeringan lebih meminimalisir kebocoran kalor yang terbuang. Ukuran tebal busa yang digunakan adalah 3 cm dengan panjang 5 m.
Gambar 3.6 menyajikan busa yang akan digunakan.
Gambar 3.6 Busa yang dipakai
e. Lem kayu
Lem kayu digunakan sebagai perekat kayu, styrofoam, dan busa pada bagian dinding ruangan pengering. Gambar 3.7 menyajikan lem kayu yang digunakan.
Gambar 3.7 Lem kayu
f. Baut dan nut
Baut dan nut digunakan untuk menyatukan triplek agar berbentuk lemari, menyatukan engsel pintu lemari pengering, pemasangan evaporator dan kondensor pada lemari pengering, dan pemasangan lainnya. Gambar 3.8 menyajikan baut dan nut yang digunakan.
Gambar 3.8 Baut dan nut g. Paku
Paku digunakan saat melakukan komponen komponen pemasangan pada pintu lemari pengering guna untuk menyatukan, pemasangan dudukan rak, pemasangan rak dan striming, dan komponen pemasangan lainnya. Gambar 3.9 menyajikan paku yang digunakan.
Gambar 3.9 Paku
h. Dempul
Untuk menutupi lubang/kerusakan pada triple yang tidak disengaja maka diperlukan dempul untuk menutupnya, selain itu dapat menutupi sela-sela sambungan triplek dengan triplek. Gambar 3.10 menyajikan dempul yang digunakan.
Gambar 3.10 Dempul
i. Engsel Pintu
Engsel pintu digunakan untuk menyatukan pintu dengan lemari pengering.
Gambar 3.11 menyajikan engsel pintu yang akan digunakan.
Gambar 3.11 Engsel pintu
j. Kompresor
Kompresor berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran kesemua komponen refrigerasi siklus kompresi uap. Untuk mendapatkan performa seperti yang diinginkan maka kompresor harus bekerja sesua dengan kondisi yang maksimal, terutama saat kondisi temperatur dan tekanan refrigeran pada saat masuk dan meninggalkan pipa kapiler. Kompresor yang digunakan untuk penelitian kali ini
berdaya 1 PK. Kompresor ini berjenis rotary dan menggunakan fluida kerja R22.
Gambar 3.12 menyajikan kompresor yang diigunakan.
Gambar 3.12 Kompresor yang dipakai
k. Kondensor
Kondensor berfungsi untuk merubah fasa refrigeran dari gas bertekanan tinggi menjadi cairan bertekanan tinggi. Hal ini terjadi karena pada kondensor mengalami proses kondensasi. Refrigeran yang telah berubah menjadi cair kemudian dialirkan ke evaporator melalui pipa kapiler. Kondensor yang dipakai dalam penelitian ini mempunyai ukuran p x l x t, 60 cm x 23 cm x 50 cm. Gambar 3.13 menyajikan kondensor yang digunakan. Jenis kondensor ada;ah mondensor pipa bersirip, diameter pipa kondensor 5 mm, bahan pipa dari tembaga. Bahan sirip dari aluminium dengan tebal 0,2 mm dengan jarak antar sirip 1 mm.
Gambar 3.13 Kondensor
l. Pipa Kapiler
Pipa kapiler berfungsi menurunkan tekanan refrigeran sehingga temperatur menjadi turun, hal ini diakibatkan terjadinya gesekan pada pipa kapiler, maka tekanan dan temperatur menjadi turun. Tekanan refrigeran akan semakin turun jika diameter pipa semakin kecil. Setelah refrigeran mengalami kondensasi di kondensor, refrigeran cair tersebut masuk ke pipa kapiler lalu mengontrol jumlah refrigeran yang mauk ke evaporator agar sesuai dengan laju aliran refrigeran di evaporator. Pipa kapiler yang akan digunakan dalam penelitian ini berukuran 0,80 mm. Gambar 3.14 menyajikan pipa kapiler yang digunakan. Panjang pipa kapiler 2,1 m dengan diameter 0,80 mm.
Gambar 3.14 Pipa kapiler
m. Evaporator
Evaporator berfungsi sebagai sebuah media penguapan cairan refrigeran yang berasal dari pipa kapiler. Penguapan pada cairan refrigeran ini bertujuan untuk menyerap panas dari ruang yang akan didinginkan melalui perpindahan panas dari dinding. Evaporator bahkan sering disebut cooling, boiler, dan lainnya tergantung dari bentuknya, hal ini dikarenakan kegunaannya juga berbeda-beda, maka dari itu evaporator dibentuk sesuai perencanaan yang diinginkan. Evaporator yang akan digunakan dalam penelitian ini berukuran p x l x t, 70 cm x 16,5 cm x 21 cm.
Dengan daya sebesar 1 PK. Gambar 3.15 menyajikan evaporator yang digunakan.
Jenis evaporator adalah pipa bersirip.
Gambar 3.15 Evaporator n. Kipas Kondensor
Kipas berfungsi untuk mensirkulasikan udara panas pada ruangan pengering, agar udara panas lebih merata pada keripik gendar saat proses pengeringan. Pada penelitian ini menggunakan kipas berdaya 15W. Dengan dengan
ukuran diameter sebesar 40 cm dan menggunakan 5 sudu. Gambar 3.16 menyajikan kipas yang digunakan.
Gambar 3.16 Kipas Kondensor
o. Refrigeran
Refrigeran berfungsi untuk menyerap dan melepas kalor dari dan ke lingkungan. Refrigeran merupakan jenis gas yang digunakan sebagai fluida pendingin. Fluida kerja yang digunakan adalah R22, yang bersifat ramah lingkungan.
p. Presure Gauge
Presure Gauge berfungsi untuk mengukur tekanan refrigeran kedalam sistem, saat pengisian maupun pada saat beroperasi. Dalam mesin pengering keripik gendar ini salah satu presure gauge mengukur tekanan masuk kompresor dan satu lagi mengukur tekanan keluar kompresor. Gambar 3.17 menyajikan pressure gauge yang digunakan.
Gambar 3.17 Pressure Gauge
3.2.1.2 Alat Yang Dibutuhkan
Diperlukannya peralatan yang digunakan untuk pembuatan lemari mesin pengering keripik gendar, terdiri dari :
a. Mesin gergaji triplek
Dalam membuat lemari pengering yang terbuat dari triplek, diperlukannya sebuah alat untuk memotong triplek yang akan digunakan. Biasanya alat yang digunakan adalah mesin gergaji triplek. Mesin gergaji ini digunakan untuk memotong triplek yang akan siap untuk dibentuk lemari pengering.
Gambar 3.18 Mesin gergaji triplek
