BAB III
PERHITUNGAN DAN PERANCANGAN
PADA ALAT PENGERING
3.1
Daftar periksa
Dalam perancangan biasanya banyak mengalami kendala – kendala atau kesulitan dalam menggambarkan spesifikasi dari suatu persncsngsn. Untuk memudahkan dalam penyusunan spesifikasi perlu digunakan daftar periksa. Daftar ini berfungsi sebagai pembantu untuk membantu mendefinisikan persyaratan – persyaratan fungsi atau sifat yang harus dimiliki oleh alat yang dirancang.
Data – data dikumpulkan dan kemudian diperiksa dengan bantuan daftar periksa, yang menggambarkan objektif – objektif yang spesifikasi yang penting dengan melihatreferensi mengenai judul, geometri, energi, material, ergonomi, keselamatan, perawatan, lingkungan, biaya,dan jadwal yang ada pada daftar periksa. Pada table 3.1 dapat dilihat daftar yang merupakan pedoman pembuatan spesifikasi.
Tabel 3.1. Dafrtar Periksa Ciri Umum Contoh
Geometri Panjang, Lebar, Tinggi, Berat, Volume, Jumlah, Susunan, Sambungan, dan perluasan
Energi Daya, Tekanan, Temperatur, Pemanasan, Pendinginan,
Perubahan, Penyerapan
Material Sifat – Sifat dan Kimia, input dan output bahan yang diperoses, Arus, Transportasi bahan
Keselamatan Perlindungan, Keselamatan kerja, Keselamatan lingkungan dan Perusahaan
Ergonomi Perlindungan, Keselamatan kerja, Keselamatan lingkungan dan Perusahaan
Produksi Hubungan manusia dengan mesin, Pelayanan, Kemudi, Jenis pelayanan, Perancangan, Bentuk
Perakitan Ketentuan pada perakitan khusus, Cara pemasangan
penggabungan pemasangan, Tempat merakit Kontrol
kualitas
Pengukuran dan pengujian, Standarisasi
Lingkungan Bebas polusi serta bebas dari pencemaran udara dan air
Perawatan Periode perawatan, penyetelan, Serta Kebersihan dalam merawat Biaya Biaya maksimum yang diinginkan, Biaya perkakas, Biaya
investasi
3.2. Daftar kehendak ( spesifikasi )
Spesifikasi adalah daftar persyaratan kemampuan ( performa ) dan sifat – sifat yang harus dimiliki oleh alat yang akan di rancang. Dalam mempersiapkan daftar spesifikasi ini tindakan yang dilakukan untuk menyatakan mana hal yang termasuk Permintaan dan Keinginan.
Permintaan adalah kebutuhan – kebutuhan yang harus dipenuhi dalam keadaan apapun juga, dengan kata lain kebutuhan tanpa solusinnya tidak dapat diterima. Keinginan adalah kebutuhan – kebutuhan yang dapat dipertimbangkan apabila memungkinkan. Disarankan untuk mengelompokkan keinginan menurut utama, menengah atau kurang penting, Pada table 3.2 ini diperlihatkan daftar kehendak dari pengering sistem absosrsi dengan empat tungku.
Tabel 3.2 Daftar Spesifik
DEMAND OR WHISES DAFTAR SPESIFIKASI PENGERING SISTEM ABSORBSI
D
GEOMETRI Dimensi model berbentuk :
Panjang ( p ) Lebar ( l ) Tinggi ( t )
DEMAND OR WHISES DAFTAR SPESIFIKASI PENGERING SISTEM ABSORBSI W D/W D/W D D W W D W D MATERIAL
• Komponen pelengka mudah dig anti,
ringan, ringkas, dan mantap, serta tidak memerlukan perawatan khusus.
• Komponen kontruksi mdah di peroleh ERGONOMI
• Dalam pengoperasiannya tidak
menimbulkan suara berisik.
• Pengoperasian dapat dilakukan oleh setiap orang.
• Kedudukan peralatan cukup stabil dan kokoh.
• Hemat ruang.
• Bobot keseluruhan tidak terlalu berat KESELAMATAN
• Tidak berbahaya bagi manusia
• Bagian alat pengontrol berada di tempat yang paling aman
• Cukup aman bagi orang yang
DEMAND OR WHISES DAFTAR SPESIFIKASI PENGERING SISTEM ABSORBSI D W D W W D D W D D BIAYA
• Biaya produksi sangat rendah PERAKITAN
• Jumlah komponen sedikit dan sederhana. • Mudah dibongkar
• Instalasi sederhana
• Tidak memerlukan tempat yang khusus untuk merakit
PRODUKSI
• Bisa dikerjakan di bengkel yang kecil OPERASI
• Tidak mengotori tenpat kerja • Tidak berisik
• Tidak memerlukan tenaga ahli untuk mengoperasikannya
• Dapat dioperasikan sekurangnya satu orang
3.3.
Metode rancangan dari VDI
Gambaran rancangan dilakukan untuk menentukan inti permasalahan yang esensial dalam sebuah tugas perancangan dengan jalan
menganalisaspesifik ( Daftar kehendak ) dan tugas yang harus di jalankan serta kendala yang harus dihadapi. Dengan kata lain, gambar rancangan menentukan hal yang bersifat umum dan mengabaikan hal yang bersifat khusus. Hasil gambaran rancangan ini adalah suatu definisi dari tugas utang perancangan.
Langkah - langkah gambaran rancangan dan hasilnya adalah sebagai berikut di bawah ini :
3.3.1
Gambaran rancangan 1 dan 2
Gambaran rancangan 1 dan 2 adalah mengabaikan keinginan pribadi kehendak yang tidak berarti langsung pada fungsi kendala – kendala yang penting.
3.3.2
Gambaran rancangan 3
Gambar rancangan 3 mentransformasikan dan kuantitatif menjadi data kualitatif yang penting.
Hasil yang didapat yaitu :
• Sebuah alat pengering dengan system absorsi yang menggunakan empat tungku yang sangat sederhana.
• Pengoperasiannya mudah
3.3.3
Gambaran rancangan 4
Merupakan langkah lanjut dengan memformalisasikan gambaran rancanga 3 menjadi bentuk yang lebh umum.
Hasil yang didapat yaitu :
• Suatu mesin pengering yang sederhana dan mudah pengoperasiannya serta memiliki ukuran yang sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan.
3.3.4
Gambaran rancangan 5
Merupakan langkah menetralisasikan seluruh masalah dengan memformulasikan tugas menjadi bebas solusi.
Hasil yang didapat yaitu :
• Rancangan alat pengering system absorsi memenuhi standar ukuran yang dibutuhkan industri.
3.4
Struktur fungsi
Struktur fungsi didefinisikan sebagai hubungan secara umu antara input dan output suatu system teknik yang akan menjalankan suatu tugas tertentu, sedangkan fungsi keseluruhan adalah kegunaan dari suatu alat tersebut. Fungsi keseluruhan ini kemudian diuraikan menjadi beberapa subfungsi yang mempunyai tingkat kesulitan lebih rendah. Sehingga subfungsi merupakan tugas yang harus dijalankan oleh komponen – komponen yang
menyusun alat terebut. Rangkaian dan beberapa subfungsi untuk menjalanka suatu tugas keseluruhan disebut sebagai struktur fungsi.
Tujuan menetapkan struktur fungsi adalah untuk memperoleh suatu definisi yang jelas dari subsitem yang ada atau terhadap subsistem yang baru dikembangkan sesuai keduannya dapat diuraikan secara terpisah.
3.4.1 Fungsi keseluruhan
Fungsi ini diganbarkan dengan diagram blok yang menunjukan hubungan antara masuk dan keluar dimana masukan dan keluaran tersebut berupaaliran energi, material,dan sinyal.
Produk Udara Kering c q Rak e q Udara Basah
Gmbar 3.4.1 Struktur fungsi keseluruhan
3.4.
Prinsip solusi untuk subfungsi
Setelah dibuat struktur fungsi keseluruhan dan beserta subfungsinya, maka selanjutnya dicari prinsip-prinsip solusi untuk memenuhi subfungsi tersebut. Metode yang akan digunakan dalam mencari prinsip solusi adalah metode
kombinasi, yaitu metode yang mengkombinasikan semua solusi yang ada dalam bentuk matriks.
Prinsip solusi diusahakan sebanyak mungkin, akan tetapi prinsip – prinsip solusi tersebut dianalisa lagi, dmana prinsip solusi yang kurang bermanfaat dapat dihilangkan atau dianaikan dengan tujuan agar dalam tahap perancangan konsep selanjutnya tidak terlalu banyak konsep yang harus dievakuasi lagi.
Data Perancangan
Produk yang dikeringkan : Jahe Kapasitas ruang pengering 0,6 kg Temperatur diruang pengering : 50 °C Lama waktu pengeringan : 5 Jam
Dimensi alat pengering : 60cm x 40cm x 40cm Dimensi ruang pengering : 40cm x 30cm x 30cm
3.5. Dimensi rancangan alat pengering
Alat pengering yang akan dibuat adalah alat pengering sistem absorbsi dengan media arsorbernya adalah batu zeloit, pengering ini menggunakan rak sebanyak tiga buah yang disusun bertingkat dengan ukuran rak 40 cm x 30 cm.
3.6. Temperatur penguapan
• Temperatur keadaan lingkungan Temperatur bola kering (t1) = 29 °C
Temperatur bola basa (t1′) = 27 °C Kelembaban relatif (ϕ ) = 80 %
Dengan menggunakan diagram psikrometrik (lihat dilampiran) maka diperoleh
o Perbandingan kelembaban (Ha) = 0.0208 kg/kg′
o Tekanan persial uap air (f1) = 24 mmHg
o Entalpi (ha) = 19,4 kcal/kg′ = 81 kJ/kg′
o Volume spesifik (va) = 0.886 m3/kg • Temperatur ruang pengering
Temperatur bola kering (T2) = 50 °C Temperatur bola basa (T2') = 45 °C Kelembaban relatif (ϕ ) = 70 %
Dengan menggunakan diagram psikrometrik (lihat dilampiran) maka diperoleh
o Perbandingan kelembaban (Hb) = 0.0820 kJ/kg′
o Entalpi (hb) = 52.5 kcal/kg′ = 220 kJ/kg′
3.7 Analisa Energi
3.7.1 Jumlah uap air yang dikeluarkan
Untuk mengeringkan jahe perlu diturunkan kandungan airnya hingga 5-6%. Alat pengering yang direncanakan menampung 0,6 kg jahe basah yang diiris tipis - tipis. Apabila setelah dikeringkan kandungan airnya menjadi 6%, maka berat kandungan air setelah pengeringan adalah 0,03384 kg dan kandungan dagingnya tetap 0,036 kg, maka berat jahe setelah dikeringkan selama selang waktu tertentu adalah :
Massa jahe kering = 0,03384 kg + 0,036 kg, = 0,06984 kg
Untuk menghitung jumlah air yang harus di uapkan dapat dihitung dengan persamaan (2.8) sebagai berikut :
b a m m M = − = 0,6 kg – 0,06984 kg = 0.53016 kg
3.7.2
Laju Perpindahan Air
Dengan mengetahui jumlah air yang harus diuapkan maka dengan menggunakan persamaan (2.9) laju perpindahan air dapat dapat dihitung sebagai berikut :
t M
W =
dalam perhitungan ini diketahui M = 0.53016 kg t = 5 jam = 18000 s maka : s kg x W 2,95 10 / 18000 53016 . 0 = −5 =
3.7.3
Laju aliran udara kering
Dengan diagram psikrometrik didapat nilai
s v = 0.886 (m3/kg) b H = 0.082 (kg/kg′) a H = 0.0208 (kg/kg′)
dengan menggunakan persamaan (2.10) maka laju aliran udara kering adalah : s a b v H H W V × − = ) ( m kg kg kg s kg / 886 . 0 / ) 0208 . 0 0820 . 0 ( / 10 95 , 2 3 ' 5 × − × = − = 0.0004271m3/s
3.7.4 Kebutuhan panas udara kering
Dengan didapatnya nilai, V = 0.0004271m3/s
a
h = 19.4 kcal/kg x 4.1869 = 81.23 kJ/kg
b
h = 52.5 kcal/kg x 4.1869 = 219.39 kJ/kg
dengan persamaan (2.11) maka kebutuhan kalor udara pengering adalah :
) ( b a s h h v V Q= × − kJ kg kg m s m / ) 23 . 81 39 . 219 ( / 886 . 0 / 0004271 . 0 3 3 − × = = 0.0666 kJ/s
3.7.5 Konsumsi briket batu bara
Nilai kalori briket batu bara per kilogramnya adalah sebesar : 5722 kcal/kg x 4.1869 = 23957.4 kJ/kg
maka konsumsi briket =
Briket Kaloria
Q
= kg kJ s kJ / 4 . 23957 / 0666 . 0 x 18000 s
= 0.050038818 kg briket batu bara
Jadi untuk mengeringkan jahe 0,6 kg selama 5 jam memerlukan briket sebanyak 0.050038818 kg briket batu bara.
3.8
Panas Pengeringan
Pada pengeringan jahe pasokan energi yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur jahe dapat dihitung dengan persamaan (2.12) sebagai berikut :
) ( b a h t M C T T Q = × × − dimana : M = 0,6 kg jahe C = 3.1844 (kJ/kg°C) b T = 50 (°C) a T = 29 (°C)
• sehingga dapat dihitung kalor untuk mengeringkan jahe yaitu sebesar : =
t
Q 0,6 kg x 3.1844 kJ/kg°C (50-29)°C = 40.1kJ
Kalor untuk memanaskan air dapat dihitung dengan persamaan (2.13) sebagai berikut : ) ( 100 b a a w T T K M Q = × × − dimana : M = 0.6 (kg)
= a K 70 % b T = 50 (°C) a T = 29 (°C)
• sehingga dapat dihitung kalor untuk mengeringkan jahe yaitu sebesar :
C kg Qw = × (50−29)° 100 70 6 . 0 = 8.82 kJ
dan panas yang digunakan untuk menguapkan air dapat dihitung menggunakan persamaan (2.14) sebagai berikut :
l a l m h Q = × dimana, = a
m 0.036 kg dan dengan menggunakan tabel sifat H20 jenuh pada temperatur 50 °C air memiliki panas laten sebesar 2346.2 kJ/kg
• sehingga panas yang dibutuhkan untuk menguapkan 0.036 kg air yang dikandung jahe adalah :
l
Q = 0.036 kg x 2346.2 kJ/kg = 84.46 kJ
Sehingga panas pengeringan yang dibutuhkan untuk memanaskan dan menguapkan air pada jahe dapat dihitung menggunakan persamaan (2.15) sebagai berikut : d Q = Qt +Qw +Ql dimana, t Q = 40.1 kJ
w Q = 8.82 kJ l Q = 84.46 kJ maka, d Q = 40.1 kJ x 8.82 kJ x 84.46 kJ d Q = 29871.98 kJ
3.9
Panas yang Dilepas Udara Pengering
Sedangkan untuk mencari panas yang dilepas oleh udara pengering dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.16) sebagai berikut :
) (Tb Ta
v Cp
q=ρ× × × −
dengan menggunakan tabel sifat-sifat fisik gas (lampiran), pada suhu pengeringan 55°C diperoleh data sebagai berikut :
ρ = 0.0646 lbm/ft3 x 16.01846 = 1.0348 kg/m3 Cp= 0.24058 Btu/(lbm.F) x 4.1869 = 1.00728 kJ/kg.°C V = 0.0043 m3 /s x 18000 s = 77.4 m3 b T = 50 °C a T = 29 °C
Maka didapat kalor yang dilepas udara pengering adalah :
q = 1.0348 kg/m3 x 1.00728 kJ/kg.°C x 77.4 m3 (50 – 29) °C q = 1694.20 kJ
3.10
Laju Perpindahan Panas Dari Tungku ke Ruang Pengering
Panas yang dilepaskan dari ruang tungku keruang pengering melalui pipa-pipa tembaga dapat dihitung, dan bila kita mengetahui :
Diameter Tembaga (D) = 0.8 mm Panjang pipa tembaga (L) = 15 m Temperatur tungku (T∞) = 225 °C Temperatur ruang pengering (T1) = 50 °C Maka temperatur rata-rata yang terjadi adalah :
Tr= (225 °C + 50 °C) / 2
= 137.5 °C
Dengan mengetahui temperatur rata maka sifat udara pada suhu rata-rata (137.5°C) adalah :
Viskositas kinetik (v) = 0.028 m2/s
Konduktifitas termal udara (Ka) = 0.0332 W/m.K Panas jenis udara (Cp) = 1.0174 kJ/kg°C
Kerapatan udara (ρ) = 0.8489 kg/m3 Viskositas udara (µ) = 2.3958 (kg/m.det) Pr = 0.71
• Sehingga luas penampang pipa adalah : 2 4d A=π A = 4 π (0.082 m) = 0.5024 m2
• Kecepatan udara adalah ; A V v= 2 3 5024 . 0 / 0043 . 0 m s m = = 8.55 x 10−3 m/s • Bilangan Reynolds adalah :
µ ρ D v Re = × × = det . / 10 3958 . 2 08 . 0 / 8489 . 0 / 000855 . 0 5 3 m kg m m kg s m − × × × = 242.36 • Bilangan Nusselt adalah :
33 . 0 8 . 0 Pr 027 , 0 × × = e u R N = 0.027×242.360.8×0.710.33 = 1.942
• Maka koefisien perpindahan panas
D N K ha a u × = = m C m W 08 . 0 942 . 1 . / 0332 . 0 ° × = 0.806W /m2°C
• Maka laju perpindahan kalor dari tungku ke ruang pengering melalui satu pipa panjang 50 cm adalah :
)
( 1
1 h A T T q = a× × ∞ −
=0.806 W/m2°C . (πx0.08x0.5).(225-50) = 17.71 W
• Bila di antara ruang tungku dan ruang pengering diberi pipa tembaga sebanyak 8 buah sepanjang 50 cm maka perpindahan kalornya adalah :
L = 24 x 0.50 = 12 m ) (T T1 A h q= a× × ∞ − = 0.806 W/m2 °C . ( πx0.08x12 ).(225-50) = 425.18 W
3.11
Laju Perpindahan Panas Dari Ruang Pengering ke Ruang
Arsorber
Diketahui :
Temperatur ruang pengering (T1) = 50 °C Temperatur ruang arsorber (T2) = 29 °C T2= T0
Maka temperatur rata-rata yang terjadi adalah : Tr= (50 °C + 29 °C) / 2 = 39.5 °C
Dengan mengetahui temperatur rata maka sifat udara pada suhu rata-rata (39.5°C) adalah :
Konduktifitas termal udara (Ka) = 0.0278 W/m.K
Panas jenis udara (Cp) = 1.005 kJ/kg°C Kerapatan udara (ρ) = 1.1053 kg/m3
Viskositas udara (µ) = 1.951 x 10−5 (kg/m.det) Pr = 0.72
• Sehingga luas penampang lubang aliran udara : 2 4d A=π A = 4 π (0.062 m) = 0.002826 m2
• Kecepatan udara adalah ;
l V v= Dimensi karekteristik (l) = 4 D = 4 06 . 0 = 0.015 Jadi, v 2 3 015 . 0 / 0043 . 0 m s m = = 0.287 m/s • Bilangan Reynolds adalah :
µ ρ L v Re = × × = det . / 10 951 . 1 015 . 0 / 1053 . 1 / 287 . 0 5 3 m kg m m kg s m − × × × = 243.8 • Bilangan Nusselt adalah :
33 . 0 8 . 0 Pr 027 , 0 × × = e u R N
= 0.027×243.80.8×0.720.33 = 1.96
• Maka koefisien perpindahan panas
l N K h a u a × = = m C m W 015 . 0 96 . 1 . / 0278 . 0 ° × = 3.63 2 /m W °C
• Maka laju perpindahan kalor dari ruang pengering ke ruang arsober adalah : ) ( 1 1 h A T T q = a× × ∞ − =3.63 W/m2°C (π×0.06×0.002) .(50-29) = 0.0287 W
3.12
Efesiensi Pengeringan
Besarnya efesiensi pengeringan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.14) sebagai berikut :
100 × = q Q p η = 100% 76 . 10085 23 . 9285 × kJ kJ = 92 %
3.13 Perencanaan Biaya
Dalam hal pembuatan alat pengering biaya adalah faktor utama yang harus dipertimbangkan selain bahan yang akan digunakan, untuk itu penulis membuat rincian biaya setelah melakukan survey dilapangan, berikut tabel rincian biaya,
Tabel 3.13 Rincian biaya perencanaan pembuatan alat
NO NAMA BAHAN UKURAN JMLH HARGA
1 Baja Profil Kotak 20x20 mm 18 m Rp240.000
2 Pelat Almunium 0,8 mm 240x120 cm Rp180.000
3 Siku Almunium 10x10 mm 1 batang Rp17.000
4 Siku Almunium 20x20 mm 1 batang Rp20.000
5 Pipa Tembaga Ø 8 mm 15 m Rp180.000
6 Glasswool 20 pcs Rp30.000
7 Engsel 2 pasang Rp30.000
8 Seng 0.2 mm 2 m Rp42.000
9 Ampelas 1 Rp2.500
10 Paku Rivet 3 mm 1 box Rp40.000
11 Termometer 160 °C 2 Rp120.000
12 Termometer 400 °C 2 Rp170.00
13 Las pipa tambaga Rp300.000
14 Kawat Yamuk 1 m Rp20.000
15 Batu Zeolit 5 kg Rp15.000
16 Lem Aibon 1 Rp50.000
17 Biaya tak terduga - - Rp514000
18 Kipas 12 V 1 Rp15.000 19 Potensio + Ngerakit Rp35.000 20 Plat Stenlistil 0,5 mm 240x120 cm Rp150.000 21 Roda 3 x 3 cm 4 buah Rp85.000 Total Biaya Rp 1.810.000.- Ongkos Pembuatan -
