iv
STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI COOLING PAD
BERBAHAN SUMBU KOMPOR DENGAN PENAMBAHAN
VARIASI DUCTING BERBENTUK SILINDER DAN BALOK
Oleh : I Made Yudha Permata Dosen Pembimbing : Ir. Hendra Wijaksana, MSc
: Ketut Astawa,ST.MT
ABSTRAK
Pendinginan evaporatif merupakan proses penguapan air pada suatu permukaan yang mengalami kontak secara langsung antara air dengan udara. Pendingin evaporatif pada penelitian ini digunakan untuk mendinginkan suhu udara di dalam kandang ayam agar tidak mengalami heat stress. Ducting
digunakan sebagai media menyalurkan udara, perpindahan panas, dan untuk mengurangi kelembaban pada proses penguapan air yang terjadi kontak dengan udara.
Dalam penelitian ini menggunakan variasi penambahan ducting berbentuk silinder dan balok. Volume silinder dan balok yang sama yaitu 0.54 𝑚3, dengan penambahan lubang pada bagian bawah dengan diameter 5 cm berjumlah 65 lubang. Pengujian dilakukan untuk mengetahui performa pendingin evaporative cooling yang meliputi penurunan bola kering udara, efektivitas pendinginan, kapasitas pendinginan, EER dan kelembaban relatif. Variabel yang diukur saat pengujian adalah putaran rpm fan yaitu rpm 1, rpm 2 dan rpm 3.
Dari penelitian didapat hasil dengan menggunakan ducting balok pada rpm 3 penurunan temperatur bola kering udara, efektifitas pendinginan, kapasitas pendinginan, EER (energy efficiency ratio) dan kelembaban relatif lebih tinggi dibanding ducting berbentuk silinder. Semakin besar kontak antara udara dengan permukaan ducting, akan memperbesar perpindahan panas yang terjadi.
v
EXPERIMENTAL STUDY PERFORMANCE BASED COOLING PAD AXES STOVE WITH ADDITION OF VARIATION DUCTING SHAPED CYLINDER
AND BEAMS
Oleh : I Made Yudha Permata Dosen Pembimbing : Ir. Hendra Wijaksana, MSc
: Ketut Astawa,ST.MT
ABSTRACT
Evaporative cooling is the evaporation of water on a surface that experienced direct contact between the water with air. Evaporative coolers in this study is used to cool the air temperature inside the henhouse so as not to heat stress. Ducting used as a medium to channel air, heat transfer, and to degrade the humidity on the evaporation of water that comes by contact with air.
This research, using a variation of the addition ducting cylindrical and beam. The volume of the cylinder and the beam are 0:54 m 3, with adding a hole at the bottom with a diameter 5 cm are 65 holes. The testing aims to know the performance of cooling evaporative cooler which includes a decrease in air-dry bulb, the effectiveness of cooling, cooling capacity, EER and the relative humidity. Variables measured when testing is a fan rpm rotation, they are rpm 1, rpm 2 and rpm 3.
The results of this research by using beam ducting at rpm 3 temperature decrease dry bulb air, the effectiveness of cooling, cooling capacity, EER (energy efficiency ratio) and the relative humidity is higher than using cylindrical ducting. The greater contact between the air with the surface of ducting, will increase the heat transfer.
vii DAFTAR ISI LEMBAR PENGESAHAN i LEMBAR PERSETUJUAN ii PERNYATAAN iii ABSTRAK iv ABSTRACT v KATA PENGANTAR vi
DAFTAR ISI vii
DAFTAR GAMBAR x
DAFTAR TABEL xi
DAFTAR LAMPIRAN xii
BAB I PENDAHULUAN 1 1.1 Latar Belakang 1 1.2 Rumusan Masalah 3 1.3 Batasan Masalah 3 1.4 Tujuan Penelitian 4 1.5 Manfaat Penelitian 4
BAB II DASAR TEORI 5
2.1 Evaporative Cooler 5
2.1.1 Factor-faktor yang mempengaruhi pendinginan
evaporative 6
2.1.2 Rancangan Evaporative Cooler Pada Umumnya 8 2.1.3 Bagian - Bagian Evaporative Cooler 9 2.1.4 Tipe Desain Evaporative Cooler 9 2.2 Karakteristik Bahan Evaporative Cooling Pad 11 2.3 Suhu Udara Nyaman (Thermal Comfort) 13 2.4 Sifat - Sifat Udara Basah 15 2.4.1 Temperatur Bola Kering (Dry Bulb Temperature <TdB>) 15
2.4.2 Temperatur Bola Basah (Wet Bulb Temperature <TwB>) 15
2.4.3 Kelembaban Spesifik (Spesific Humidity <w>) 16 2.4.4 Kelembaban Relatif (Relative Humidity <RH>) 16 2.4.5 Temperatur Dew-Point (Td) 17
viii
2.4.6 Volume Spesifik (v) 17 2.4.7 Entalphi Udara (h) 17
2.5 Psychrometric Chart 17
2.6 Performansi Pendinginan Evaporative 20 2.7 Laju Penguapan/Evaporasi 21
BAB III METODE PENELITIAN 23
3.1 Variabel Penelitian 23 3.1.1 Variabel bebas 23 3.1.2 Variabel terikat 23
3.2 Alat dan Bahan 23
3.3 Pembuatan Box Uji 25 3.3.1 Menghitung kecepatan udara masuk ke kandang 25 3.3.2 Menghitung laju aliran volume udara 26 3.3.3 Menghitung kapasitas pendinginan 26 3.3.4 Menentukan skala kapasitas pendinginan dan volume box
uji 26
3.4 Ketentuan Variasi Ducting Dan Putaran Fan Yang Digunakan 27 3.4.1 Variasi Ducting 27 3.4.2 Variasi Putaran Rpm 28 3.5 Pemodelan Pengujian 29 3.5.1 Langkah Perancangan 32 3.5.2 Cara Kerja Alat Pengujian 33 3.6 Prosedur Penelitian 33 3.7 Diagram Alir Penelitian 35
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 37
4.1 Data Penelitian 37
4.1.1. Data Temperatur 37 4.1.2. Data Kecepatan Aliran Udara 38 4.2. Pengolahan Data 39 4.2.1. Menghitung Laju Aliran Volume Udara 39 4.2.2. Menghitung Temperatur Rata-Rata 39 4.2.3. Menghitung Performa Evaporative Cooler 41 4.2.4. Laju Penguapan 44 4.2.5. Kelembaban Udara 45
ix
4.3. Pembahasan 46
4.3.1. Penurunan Temperatur Bola Kering Udara (∆𝑻𝒅𝑩) 46 4.3.2. Efektivitas Pendinginan ∈ 49 4.3.3. Kapasitas Pendinginan 50 4.3.4. EER (Energy Efficiency Ratio) 51 4.3.5. Laju Penguapan 53 4.3.6. Kelembaban Relatif 54 4.4. Grafik Psychrometri 55 BAB V PENUTUP 60 5.1. Kesimpulan 60 5.2. Saran 60 DAFTAR PUSTAKA 62
1
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Indonesia merupakan negara yang beriklim tropis yang mempunyai dua musim yaitu musim kemarau dan musim hujan. Pada saat musim kemarau cuaca di Indonesia akan terasa lebih panas dari biasanya. Terlebih lagi dengan adanya pemanasan global akan membuat suhu di Indonesia akan terasa lebih panas. Resiko terhadap kesehatan seseorang akibat suhu udara panas yang sangat tidak nyaman akan membuat manusia cepat mengalami dehidrasi, berkeringat dan konsentrasi menurun. Sistem pengkondisian udara pada dewasa ini memiliki peranan sangat penting, hal ini tidak hanya terbatas oleh peningkatan kualitas hidup dan kenyamanan hidup, namun telah menyentuh pada tahap kebutuhan esensial manusia. Udara sejuk sangat diperlukan untuk kenyamanan setiap orang, dimana tubuh manusia nyaman pada suhu 20-26 ⁰C dengan kelembaban udara 45-50% dan kecepatan udara rata-rata 0,25 m/det.(Stoecker & Jones, 1982). Tidak jauh beda dengan manusia, binatang juga akan merasa jenuh pada kondisi suhu yang panas. Misalnya ayam atau unggas tidak akan bisa memproduksi telur dan daging yang baik jika unggas tersebut mengalami heat stress karena suhu pada kandang panas dan kelembaban terlalu tinggi. Dengan melakukan penyemprotan kabut air hanya akan menambah dampak tumbuhnya jamur di areal kandang yang membuat unggas terkena penyakit, karena kabut air akan mengendap pada kotoran, pakan unggas dan litter (sekam padi). Kelembaban yang baik pada kandang ayam adalah 60-70%. Kelembaban yang tinggi menyebabkan litter cepat basah dan meningkatkan kadar ammonia dalam kandang. Untuk ayam petelur dan broiler akan menghasilkan produksi yang baik jika berada pada suhu antara 11-26 ⁰C.(Far Eastern Agriculture Issue Five / Six 2015).
Tingginya kelembaban udara menyebabkan terhambatnya mekanisme pelepasan/pembuangan panas tubuh atau penurunan beban panas yang dapat menimbulkan heat stress. Heat stress inilah yang menyebabkan penurunan produktivitas unggas. Selain itu mikroorganisme juga mudah berkembang, sehingga unggas lebih mudah terinfeksi bibit penyakit. Dengan metode
2
penyemprotan kabut air, akan menyebabkan kelembaban meningkat sehingga menyebabkan tumbuhnya jamur. Jamur akan cepat berkembang pada suhu kandang pada kisaran 30-35 ⁰C, dan kelembaban relatif pada kisaran 80-90%. Kontaminasi yang berasal dari dalam ruang banyak terjadi pada kelembaban antara 25-75%. Pada kisaran ini spora jamur akan meningkat dan terjadi peningkatan pertumbuhan jamur.(Makara, Kesehatan, VOL. 12, NO. 2, Desember 2008: 76-8).
Untuk mengatasi hal tersebut akan dilakukan penambahan ducting pada aliran udara yang berfungsi mengarahkan dan mendistribusikan udara dingin ke dalam ruangan yang akan dikondisikan. Pada umumnya ducting yang digunakan adalah yang berbentuk balok dan silinder. Dari segi ekonomi, penggunaan ducting
berbentuk silinder lebih disukai karena memerlukan ruangan yang lebih sedikit dan menghasilkan udara yang lebih banyak. Hal ini menyebabkan lebih sedikit material yang digunakan, lebih sedikit luas permukaan ducting dan lebih sedikit gesekan. Dari sudut pandang estetika, ducting berbentuk balok lebih disukai karena cenderung berbentuk flat, lebih gampang dikerjakan dan selain itu ducting
berbentuk balok sering digunakan pada tempat yang sempit dan menyaratkan ducting dengan tinggi yang lebih kecil. Pada aliran udara yang melewati ducting, ducting berbentuk balok memiliki tahanan yang lebih besar dibandingkan yang silinder karena memiliki sudut dan penampang yang besar. Dengan volume yang sama ducting berbentuk kotak memiliki bilangan reynold yang lebih besar dibandingkan lingkaran karena penampang lebih besar, maka akan sangat berpengaruh pada proses pendistribusian udara untuk mendinginkan ruangan.
Cooling pads merupakan media pendinginan pada evaporative cooling wall. Cooling pads yang digunakan berbahan dari sumbu kompor minyak tanah yang memiliki penyerapan yang baik. Seperti evaporative cooling pads yang pernah digunakan sebagai bahan pengujian oleh peneliti sebelumnya dalam penelitiannya yang berjudul “Study Eksperimental Performansi Pendingin Evaporative Portable Dengan Pad Berbahan Sumbu Kompor Dengan Ketebalan
Berbeda, pengujian pad berbahan sumbu kompor mendapatkan hasil laju
penguapan air lebih besar dibanding pengujian pad berbahan spon atau karung goni.(Pande Juniarta,2014). Susunan pads menggunakan type staggered agar
3
fluida yang melewati pads dapat menguap menjadi partikel-partikel kecil. Semakin rendah suhu air pada pads akan menghasilkan temperature bola kering udara, efektifitas pendinginan, kapasitas pendinginan, dan EER yang tinggi. Semakin besar debit air yang digunakan akan menghasilkan penurunan bola kering udara, efektifitas pendinginan, kapasitas pendinginan dan EER yang tinggi pula.(Purwata, 2013).
Berdasarkan hal tersebut, penulis akan melakukan pengujian karakteristik cooling pads berbahan sumbu kompor dengan variasi ducting berbentuk balok dan silinder pada transmisi aliran udara guna mendapatkan hasil penelitian untuk mengetahui kemampuan pendinginan yang terjadi dan pengaruh terhadap kelembaban relatif dan absolut dari penambahan ducting pada ruangan yang didinginkan. Dari hal tersebut penelitian ini akan memvariasikan ducting berbentuk silinder dan balok berupa plat seng yang diberi beberapa lubang di bagian bawah ducting untuk menyerap panas dan langsung dibuang ke lingkungan bersama uap air yang tersisa oleh bantuan fan dengan variasi aliran udara yang diharapkan mampu mendapatkan proses pendinginan yang terbaik.
1.2 Rumusan Masalah
Permasalahan yang dibahas dalam penelitian ini adalah bagaimana performansi cooling pad berbahan sumbu kompor dengan penambahan variasi
ducting berbentuk silinder dan balok.
1.3 Batasan Masalah
Adapun batasan masalah dari penelitian ini agar memperoleh hasil yang maksimal dan lebih terarah maka perlu membatasi masalah, antara lain :
1. Pengambilan data-data penelitian dilakukan pada ruangan terbuka. 2. Temperatur lingkungan dianggap konstan.
3. Temperatur air yang digunakan 10⁰C ±1⁰C.
4. Fan yang digunakan adalah fan dengan variasi kecepatan aliran udara. 5. Pengambilan data dilakukan setelah alat dihidupkan saat pad basah
4
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini antara lain adalah untuk mengetahui performansi cooling pad terhadap karakteristik pad berbahan sumbu kompor dengan penambahan variasi ducting berbentuk silinder dan balok.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah :
1. Dapat mengetahui penurunan temperatur di dalam box yang direduksi oleh cooling pad.
2. Dapat mengetahui pengaruh penambahan ducting terhadap proses pendinginan yang dihasilkan.
3. Dapat mengetahui perubahan kelembaban pada penambahan ducting. 4. Dapat diaplikasikan pada kandang ayam untuk menurunkan suhu
secara merata dan mengurangi kelembaban yang menyebabkan tumbuhnya jamur.
