PENGARUH PUTARAN KIPAS TERHADAP KARAKTERISTIK MESIN PENGERING UDARA SKRIPSI

(1)

PENGARUH PUTARAN KIPAS TERHADAP KARAKTERISTIK MESIN PENGERING UDARA

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mendapatkan gelar Sarjana Teknik di bidang Mesin

Oleh :

M. ALVIN DIMAS WIJAYA NIM : 185214099

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA 2021

HALAMAN JUDUL

(2)

ii

THE EFFECT OF FAN ROTATION ON THE CHARACTERISTICS OF THE AIR DRYER

THESIS

As partial fulfilment of the requitments

to obtion te Sarjana Teknik in Mechanical Engeneering

By :

M. ALVIN DIMAS WIJAYA Student Number : 185214099

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULITY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY 2021

TITLE PAGE

(3)

iii

PENGARUH PUTARAN KIPAS TERHADAP KARAKTERISTIK MESIN PENGERING UDARA

Disusun oleh :

M. ALVIN DIMAS WIJAYA NIM : 185214099

Telah disetujui oleh :

Dosen Pembimbing I

Dr. Eng. I Made Wicaksana Ekaputra

Dosen Pembimbing II

Ir. PK Purwadi, M.T.

HALAMAN PERSETUJUAN

(4)

iv

PENGARUH PUTARAN KIPAS TERHADAP KARAKTERISTIK MESIN PENGERING UDARA

Dipersiapkan dan disusun oleh : M. ALVIN DIMAS WIJAYA

NIM : 185214099

Telah dipertahankan di depan Dosen Penguji Pada tanggal 29 Oktober 2021

Susunan Dewan Penguji :

Nama Lengkap Tanda Tangan

Ketua : Dr. Yohanes Baptista lukiyanto ...

Sekretaris : Budi Setyahandana, M.T. ...

Anggota : Dr. Eng. I Made Wicaksana Ekaputra Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T.

...

………

Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan Untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Yogyakarta, ... 2021 Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma Dekan

Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D.

HALAMAN PENGESAHAN

(5)

v

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam skripsi ini tidak terdapat karya yang pernah digunakan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang sepengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta, 08 November 2021 Penulis

M. Alvin Dimas Wijaya HALAMAN PERNYATAAN

(6)

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:

Nama : M. Alvin Dimas Wijaya NIM : 185214099

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

Pengaruh putaran kipas terhadap karakteristik mesin pengering udara

Beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya.

Yogyakarta, 08 November 2021 Yang menyatakan

M. Alvin Dimas Wijaya HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI

(7)

vii

ABSTRAK

Di Indonesia memiliki tingkat kelembapan udara lebih tinggi dari kelembapan ideal (45%-65%). Kelembapan menyebabkan jamur mudah berkembangbiak yang dapat menyebabkan rusaknya material bangunan rumah dan juga mengganggu kesehatan manusia. Tujuan dari penelitian ini adalah : (a) membuat mesin pengering udara yang bekerja dengan siklus kompresi uap. (b) mengetahui pengaruh putaran kipas terhadap karakteristik dari mesin pengering udara yang telah dibuat, meliputi : (1) besarnya kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) (2) besarnya kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout), (3) besarnya kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran (Win), (4) besarnya Actual Coefficient Of Perfomance (COPactual), (5) besarnya laju aliran massa yang mengalir didalam siklus kompresi uap, (6) kondisi udara yang dihasilkan oleh mesin pengering udara, dan (7) jumlah air yang dihasilkan perjam.

Penelitian dilakukan di Laboratorium Penukar Kalor Universitas Sanata Dharma. Mesin pengering udara bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap dengan sistem tertutup. Komponen dari mesin pengering udara meliputi : (a) kompresor, (b) evaporator, (c) kondensor, (d) pipa kapiler, dan (e) komponen tambahan filter dryer. Daya kompresor yang dipakai sebesar 1 HP, komponen utama yang lain besar ukurannya menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.

Di dalam ruang pengering tedapat 1 kipas, daya sebesar 10/40 watt. Penelitian dilakukan dengan menggunkan variasi putaran kipas evaporator, yaitu : (a) 360 rpm, (b) 800 rpm, dan (c) 1300 rpm. Masing-masing variasi dilakukan pengambilan data sebanyak 3 kali percobaan selama 2 jam.

Dari hasil penelitian menunjukkan bahwa mesin pengering udara dapat bekerja dengan baik. Diketahui bahwa karakteristik mesin kompresi uap yang dipergunakan dalam mesin pengering udara, antara lain : (1) nilai Win tertinggi sebesar 55 kJ/kg pada variasi putaran kipas 360 rpm, (2) nilai Qin tertinggi sebesar 177 kJ/kg pada variasi putaran kipas 1300 rpm, (3) Qout tertinggi sebesar 229 kJ/kg pada variasi putaran kipas 1300 rpm, (4) nilai COPaktual tertinggi sebesar 3,23 pada variasi putaran kipas 1300 rpm, (5) nilai ṁ ref tertinggi sebesar 0,0143 kg/s pada variasi putaran kipas 1300 rpm, (6) pada variasi putaran kipas 1300 rpm ,suhu udara bola kering masuk ke mesin pengering udara (TdbA) sebesar 28,3 ôC, suhu udara bola basah yang masuk mesin pengering udara (TwbA) sebesar 25,4 ôC, suhu udara kering keluar dari mesin pengering udara (TdbD) sebesar 40,6 ôC, suhu bola basah keluar dari mesin pengering udara (TwbD) sebesar 27,2 ôC, (7) hasil air tertinggi yang dapat dihasilkan selama 2 jam sebesar 945 ml pada variasi putaran kipas 1300 rpm.

Kata kunci : Mesin Pengering Udara, Siklus Kompresi Uap, Sistem Udara Tertutup

(8)

viii

ABSTRACT

In Indonesia, the humidity level is higher than the ideal humidity (45%-65%).

Humidity causes mold to easily multiply which can cause damage to house building materials and also interfere with human health. The aims of this research are: (a) to make an air dryer that works with a vapor compression cycle. (b) determine the effect of fan rotation on the characteristics of the air dryer that has been made, including: (1) the amount of heat absorbed by the evaporator per unit refrigerant mass (Qin) (2) the amount of heat released by the condenser per unit refrigerant mass (Qout), (3 ) the amount of work done by the compressor per unit of refrigerant mass (Win), (4) the amount of Actual Coefficient of Performance (COPactual), (5) the amount of mass flow rate that flows in the vapor compression cycle, (6) the condition of the air produced by the air dryer , and (7) the amount of water produced per hour.

The research was conducted at the Laboratory of Heat Exchanger, Sanata Dharma University. The air dryer works by using a vapor compression cycle with a closed system. The components of the air dryer include: (a) compressor, (b) evaporator, (c) condenser, (d) capillary tube, and (e) additional component of filter dryer. The compressor power used is 1 HP, the other major components are large in size according to the compressor power. Inside the drying chamber there is 1 fan, the power is 10/40 watts. The research was carried out using variations of the evaporator fan rotation, namely: (a) 360 rpm, (b) 800 rpm, and (c) 1300 rpm. For each variation, data were collected 3 times for 2 hours.

From the results of the study showed that the air dryer can work well. It is known that the characteristics of the vapor compression machine used in the air dryer include: (1) the highest Win value is 55 kJ/kg at a fan rotation variation of 360 rpm, (2) the highest Qin value is 177 kJ/kg at a fan rotation variation of 1300.

rpm, (3) the highest Qout is 229 kJ/kg at 1300 rpm fan rotation variation, (4) the highest actual CO value is 3.23 at 1300 rpm fan rotation variation, (5) the highest ref "ṁ" value is 0.0143 kg /s at a fan rotation variation of 1300 rpm, (6) at a fan rotation variation of 1300 rpm, the dry bulb air temperature entering the air dryer (TdbA) is 28.3 oC, the wet bulb air temperature entering the air dryer (TwbA) is 25.4 oC, dry air temperature coming out of the air dryer (TdbD) of 40.6 oC, wet bulb temperature coming out of the air dryer (TwbD) of 27.2 oC, (7) the highest water yield that can be produced for 2 hours of 945 ml at a fan rotation variation of 1300 rpm.

Keyword : Air Dryer, Vapor compression Cycle, Close Air System.

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas limpah dan rahmat-Nya sehingga penyusunan skripsi yang merupakan salah satu syarat untuk mendapatkan gelar sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Sanata Dharma, Yogyakarta ini dapat terselesaikan dengan baik dan lancar.

Berkat bimbingan, nasihat, dan doa yang diberikan oleh berbagai pihak, akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati dan ketulusan, penulis mengucapkan terimakasih 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, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

3. Dr. Eng. I Made Wicaksana Ekaputra selaku Dosen Pembimbing I dan Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Dosen Pembimbing II Skripsi.

4. Doddy Purwandianto, S.T., M.T. selaku Dosen Pembimbing Akademik.

5. Ir. Rines, M. T. selaku Kepala Laboratorium Konversi Energi, Teknik Mesin, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta yang mengijinkan dan memfasilitasi dalam melakukan penelitian.

6. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta atas semua ilmu yang telah diberikan kepada penulis selama perkuliahan.

7. Seluruh Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta yang telah membantu penulis selama perkuliahan hingga selesainya penulisan skripsi ini.

8. Gregorius Aditya dan Emanuel Pehan Baon selaku teman satu tim dalam pembuatan alat.

9. Semua teman Teknik Mesin dan pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu

(10)

x

persatu yang telah memberikan bantuan m oril maupun spiritual sehingga proses

penyelesaian skripsi ini berjalan dengan benar.

10. R. Sridadi dan B. Suharti sebagai orang tua dan V. Ivana Rosdianti sebagai kakak penulis yang selalu memberikan semangat, dukungan dan dorongan baik secara materi maupun spiritual.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan dan penulisan skripsi ini masih banyak kekurangan yang perlu diperbaiki, sehingga masukan, kritik dan saran yang bersifat membangun dari pembaca sangat diharapkan demi penyempurnaan skripsi ini di kemudian hari. Besar harapan penulis semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Yogyakarta, 08 November 2021

Penulis

(11)

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

HALAMAN PERNYATAAN ... v

HALAMAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi

ABSTRAK ... vii

ABSTRACT ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR GAMBAR ... xiii

DAFTAR TABEL ... xv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Rumusan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 2

1.4 Batasan-Batasan Masalah ... 3

1.5 Manfaat Penelitian ... 3

1.6 Luaran Penelitian ... 4

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Mesin Pengering Udara ... 5

2.2 Dehumidifier ... 5

2.3 Mesin Pengering Udara Siklus Kompresi Uap ... 7

2.4 Komponen Siklus Kompresi Uap ... 9

2.5 Proses-proses pada Siklus Kompresi Uap ... 10

2.6 Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap ... 12

2.7 Psychrometric Chart ... 15

2.8 Proses Pengeringan Udara pada Psychrometric Chart ... 26

(12)

xii

2.9 Tinjauan Dasar ... 27

BAB III METODELOGI PENELITIAN ... 30

3.1 Objek Penelitian ... 30

3.2 Alur Penelitian ... 30

3.3 Metodelogi Penelitian ... 31

3.5.1 Peralatan yang Digunakan ... 32

3.5.2 Komponen – Komponen Mesin ... 32

3.5.3 Alat Ukur ... 37

3.6 Cara pengambilan Data ... 39

3.6.1 Proses Pembuatan Mesin Pengering Udara ... 39

3.6.3 Proses Pengisian Refrigeran ... 40

3.6.4 Skematik Pengambilan Data ... 41

3.6.5 Langkah-langkah Pengambilan Data ... 42

3.7 Cara Mengolah Data ... 43

3.8 Cara Melakukan Pembahasan... 44

3.9 Cara Membuat Kesimpulan Dan Saran ... 44

BAB IV ... 45

DATA dan PEMBAHASAN ... 45

4.1 Data Penelitian ... 45

4.2 Pengolahan Data ... 49

4.2.1 Data pada diagram P-h ... 49

4.2.2 Perhitungan siklus kompresi pada diagram P-h ... 52

4.2.3 Data pada Psychrometric Chart ... 53

4.3 Pembahasan ... 56

BAB V ... 60

KESIMPULAN DAN SARAN ... 60

5.1 Kesimpulan ... 60

5.2 Saran ... 61

DAFTAR PUSTAKA ... 62

LAMPIRAN ... 64

(13)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Siklus Refrigeran Dehumidifier ... 6

Gambar 2.2 Desican Dehumidifier ... 7

Gambar 2.3 Rangkaian Komponen Siklus Kompresi Uap... 8

Gambar 2.4 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-H ... 10

Gambar 2.5 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-s... 10

Gambar 2.6 Psychrometric Chart ... 17

Gambar 2.7 Proses Pemanasan ... 19

Gambar 2.8 Proses Pendinginan ... 20

Gambar 2.9 Proses Pelembapan ... 21

Gambar 2.10 Proses Penurunan Kelembapan ... 22

Gambar 2.11 Proses Pemanasan dan Pelembapan ... 23

Gambar 2.12 Proses Pemanasan dan Penurunan Kelembapan ... 24

Gambar 2.13 Proses Pendinginan dan Penaikan Kelembapan ... 25

Gambar 2.14 Proses Pendinginan dan Penurunan Kelembapan ... 26

Gambar 2.15 Proses yang Terjadi pada Mesin Pengering Udara ... 27

Gambar 3.1 Skema Mesin Pengering Udara ... 30

Gambar 3.2 Skema Diagram Alur Penelitian ... 31

Gambar 3.3 Kondensor ... 33

Gambar 3.4 Pipa Kapiler ... 33

Gambar 3.5 Kompresor ... 34

Gambar 3.6 Evaporator ... 35

Gambar 3.7 Kipas dan Motor Listrik ... 35

Gambar 3.8 Refrigeran ... 36

Gambar 3.9 Filter ... 36

Gambar 3.10 Hygrometer... 37

Gambar 3.11 Stopwatch ... 37

Gambar 3.12 APPA dan Termokopel ... 38

Gambar 3.13 Pressure Guage ... 39

Gambar 3.14 Skema Pengambilan Data... 41

Gambar 4.1 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h Putaran Kipas 360 rpm .... 50

Gambar 4.2 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h Putaran Kipas 800 rpm .... 50

Gambar 4.3 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-h Putaran Kipas 1300 rpm .. 51

Gambar 4.4 Siklus Udara Putaran Kipas 360 rpm ... 54

Gambar 4.7 Perbandingan Win dari 3 Variasi ... 56

Gambar 4.8 Perbandingan Qout dari 3 Variasi ... 57

(14)

xiv

Gambar 4.9 Perbandingan Qin dari 3 Variasi ... 57

Gambar 4.10 Perbandingan ṁref dari 3 Variasi ... 58

Gambar 4.11 Perbandingan COPaktual dari 3 Variasi ... 58

Gambar 4. 12 Volume yang Dihasilkan dari 3 Variasi di 2 Jam... 59

Gambar L.1 Pengambilan data Mesin Pengering Udara ... 64

(15)

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 3. 1 Tabel Variasi Penelitian ... 31

Tabel 3.2 Pengambilan Data ... 43

Tabel 4.1 Data Hasil Rata-rata Pengujian Variasi 1 dengan Putaran Kipas 360 rpm ... 46

Tabel 4.4 Data Hasil dari Diagram P-h untuk 3 Variasi ... 51

Tabel 4.5 Hasil dari Perhitungan Diagram P-h ... 53

Tabel 4.6 Data Hasil Psychrometric Chart untuk Putaran Kipas 360 rpm... 55

(16)

1

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Indonesia merupakan negara yang memiliki dua musim, yaitu musim kemarau dan musim hujan. Musim hujan di Indonesia berlangsung sangat lama yaitu berkisar tujuh bulan yang biasanya terjadi di bulan Oktober sampai dengan bulan April. Jika musim hujan berlangsung maka kelembapan udara di rumah maupun di ruang kantor akan meningkat. Tingkat kelembapan udara yang ideal adalah 45% - 65%, di kota-kota tertentu di Indonesia memiliki kelembapan udara lebih tinggi dari kelembapan ideal (Kompasiana, 19 Agustus 2019). Kelembapan udara yang tinggi berarti memiliki kandungan air yang tinggi di dalam udara, atau biasa disebut dengan kondisi udara yang lembap. Udara yang lembap dapat memicu perkembangan mikroorganisme, seperti jamur, hewan kecil seperti tungau dan tinggi yang dapat berkembangbiak di kasur dan karpet.

Kelembapan udara pada ruangan dapat menyebabkan beberapa hal yaitu, seperti pada bagian dinding ruangan yang mudah rusak, cat pada dinding yang mudah mengelupas, dinding yang mudah rontok. Kelembapan udara juga membuat perabotan-perabotan kayu di ruangan menjadi mudah lapuk, serta membuat bau udara menjadi tidak sedap.

Kelembapan udara pada ruangan dapat juga menyebabkan gangguan kesehatan pada kulit, seperti iritasi kulit, kudis, kurap, dan gangguan pada pernapasan seperti TBC (Dina Vionetta, 28 Mei 2019). Perkembangan jamur di dalam ruangan juga membahayakan, karena mengeluarkan mikrotoksin yang dapat menyebar melalui

(17)

udara. Ukuran mikrotoksin sangat kecil, sehingga mudah terhirup oleh manusia.

Setelah terhirup dan masuk ke dalam saluran pernapasan, dapat menyebabkan penyakit seperti batuk, asma, bronchitis, dan penyakit paru-paru kronis.

Dengan beberapa kasus di atas saya tertarik untuk membuat mesin pengering udara (dehumifier) yang kegunaannya sebagai penurun kelembapan udara pada ruangan. Dengan adanya mesin pengering udara ini, diharapkan dapat membantu masyarakat terhindar dari berbagai penyakit yang disebabkan oleh kelembapan udara tersebut.

1.2 Rumusan Masalah

Rumusan masalah di dalam penelitian dinyatakan sebagai berikut :

a. Bagaimanakah cara membuat mesin pengering udara dengan mempergunakan siklus kompresi uap?

b. Bagaimanakah pengaruh putaran kipas evaporator terhadap karakteristik dari mesin pengering udara?

1.3 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah :

a. Membuat mesin pengering udara yang bekerja dengan siklus kompresi uap.

b. Mengetahui pengaruh putaran kipas terhadap karakteristik dari mesin pengering udara yang telah dibuat, meliputi :

1. Besarnya kalor yang diserap evaporator persatuan massa refrigeran (Qin).

2. Besarnya kalor yang dilepas kondensor persatuan massa refrigeran (Qout).

3. Besarnya kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran (Win).

(18)

4. Besarnya laju aliran massa refrigeran yang mengalir di dalam siklus kompresi uap pada mesin pengering udara.

5. Besarnya Actual Coefficient of Performance (COPactual).

6. Kondisi udara yang dihasilkan oleh mesin pengering udara.

7. Jumlah air yang dihasilkan mesin pengering per-jam.

1.4 Batasan-Batasan Masalah

Batasan-batasan yang dipergunakan di dalam pembuatan alat penelitian adalah sebagai berikut :

a. Mesin pengering udara bekerja dengan menggunakan siklus kompresi uap.

b. Komponen dari mesin pengering udara meliputi : kompresor, evaporator, kondensor, pipa kapiler, dan komponen tambahan filter dryer.

c. Daya kompresor yang dipakai sebesar 1 HP, komponen utama yang lain besar ukurannya menyesuaikan dengan besarnya daya kompresor.

d. Mesin pengering udara ini menggunakan satu buah kipas tambahan, dengan jenis fan potensio merek Meiwa model: M-0118 40 Watt 220V.

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah :

a. Hasil penelitian dapat dipergunakan sebagai referensi bagi para peneliti lain yang sejenis.

b. Hasil penelitian yang berupa mesin pengering udara, dapat dipakai sebagai referensi bagi masyarakat yang ingin membuat mesin pengering udara secara mandiri.

c. Hasil penelitian dapat menambah kasanah ilmu pengetahuan tentang mesin

(19)

pengering udara yang dapat ditempatkan di perpustakaan atau dipublikasikan pada khalayak ramai melalui prosiding atau jurnal.

1.6 Luaran Penelitian

Luaran dari penelitian ini adalah teknologi tepat guna berupa mesin pengering udara yang bekerja dengan prinsip kompresi uap, yang dapat dipergunakan masyarakat luas.

(20)

5

BAB II

DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Mesin Pengering Udara

Pengeringan merupakan proses pengurangan kadar air hingga mencapai titik tertentu. Dasar proses pengeringan adalah terjadinya penguapan air ke udara karena perbedaan kandungan uap air antara udara dengan ruangan yang dikeringkan. Agar suatu ruangan dapat menjadi kering, maka udara harus memiliki kandungan uap air atau kelembapan yang lebih rendah dari ruangan yang akan dikeringkan. Pada dasarnya prinsip mesin pengering udara adalah melewatkan udara kering dan panas ke dalam ruangan. Sebelum udara tersebut digunakan untuk mengeringkan suatu ruangan, udara dilewatkan ke evaporator dengan bantuan kipas. Disaat udara melewati evaporator, kandungan uap air udara akan ditiriskan, hal ini mengakibatkan kondisi udara menjadi kering. Kemudian udara kering tersebut dihembuskan oleh kipas melewati kondensor yang mempunyai suhu panas, sehingga udara kering yang akan keluar ke ruangan memiliki suhu yang tinggi.

Udara kering bersuhu tinggi ini akan menguapkan air yang ada pada udara lembap di ruangan, sehingga udara akan menjadi kering. Sirkulasi udara ini terus terjadi ketika mesin pengering udara digunakan dalam proses pengeringan udara lembap.

2.2 Dehumidifier

Dehumidifier merupakan suatu alat pengering udara yang digunakan sebagai penurun kelembapan udara. Ada dua macam dehumidifier yang ada di

(21)

pasaran yaitu, refrigeran dehumidifier dan desicant dehumidifier.

a. Refrigeran Dehumidifier

Refrigeran dehumidifier bekerja dengan system kompresi uap. Udara luar akan

diserap oleh evaporator sehingga udara menjadi kering dan suhu udara menurun sampai titik terjadinya kondensasi dan uap air akan mengalir ke tempat penampungan air. Kemudian udara kering dilewatkan ke kondensor untuk menaikkan suhu udara.

b. Desican Dehumidifier

Dalam menurunkan kelembapan desican dehumidifier menggunakan bahan yang dapat menyerap kelembapan udara yang berupa liquid atau solid seperti silica gel atau batu zeloid.

Prinsip kerja desican dehumidifier yaitu dengan cara melewatkan udara lembap ke disc. Disc berbentuk seperti sarang lebah yang berisi bahan pengering (silica gel atau batu zeloit). Disc pada umumnya mempunyai dua saluran udara yang

Gambar 2.1 Siklus Refrigeran Dehumidifier

(22)

dipisahkan oleh sebuah pembatas. Saluran pertama mempunyai luas penampang 75% dari lingkaran dan saluran kedua reaktivikasi yang memeliki luas penampang 25% dari lingkaran. Disc diputar oleh sebuah motor kecil dengan kecepatan sekitar 0,5 rpm. Kemudian uap air di dalam udara akan diserap oleh bahan pengering yang berada di disc. Kemudian udara meninggalkan rotor dengan kondisi kering (dry air). Disamping berputarnya disc, di saluran reaktivikasi disirkulasikan udara panas

dari heater. Udara panas pada saluran reaktivikasi bertujuan untuk meregenerasi bahan pengering pada disc. Air yang terserap disc pada reaktivikasi akan terlepas karena proses pemanasan dan udara keluar dari saluran reaktivitasi dalam kondisi lembap.

(https://destech.eu/operation-principle/) 2.3 Mesin Pengering Udara Siklus Kompresi Uap

Mesin siklus kompresi uap adalah suatu siklus termodinamika yang memanfaatkan perubahan fasa fluida. Siklus ini menggunakan fluida kerja yang dinamakan refrigeran atau freon. Pada saat perubahan fasa dari cair ke uap, refrigeran akan mengambil kalor (panas) dari lingkungan. Sebaliknya, saat berubah fasa dari uap ke cair, refrigeran akan membuang kalor (panas) ke lingkungan sekelilingnya.

Gambar 2.2 Desican Dehumidifier

(23)

Dalam siklus kompresi uap, terdapat 4 komponen utama yaitu evaporator, kondensor, pipa kapiler, dan kompresor. Rangkaian komponen utama pada siklus kompresi uap dapat dilihat pada Gambar 2.3. Pada Gambar 2.3, Qin merupakan energi kalor yang diserap oleh evaporator dari udara yang melintasi evaporator persatuan massa refrigeran, Qout merupakan energi kalor yang dilepaskan oleh kondensor ke udara sekitar kondensor persatuan massa refrigeran dan Win

merupakan kerja yang dilakukan kompresor persatuan massa refrigeran.

Dalam siklus kompresi uap, uap refrigeran yang bertekanan rendah akan dikompresi oleh kompresor sehingga menjadi uap refrigeran yang bertekanan tinggi. Ketika telah menjadi refrigeran bertekanan tinggi, maka refrigeran akan diembunkan ke dalam kondensor. Kemudian pipa kapiler akan menurunkan tekanan tinggi cairan refrigeran menjadi tekanan rendah yang bertujuan agar refrigeran dapat menguap kembali ke dalam evaporator sehingga menjadi uap refrigeran bertekanan rendah.

Gambar 2.3 Rangkaian Komponen Siklus Kompresi Uap

(24)

2.4 Komponen Siklus Kompresi Uap

Ada beberapa komponen-komponen dalam siklus kompresi uap : a. Kompresor

Kompresor bekerja untuk menaikkan tekanan refrigeran dari tekanan rendah menjadi tekanan tinggi. Cara kerjanya adalah dengan menghisap sekaligus menekan refrigeran, sehingga mengakibatkan terjadinya sirkulasi refrigeran yang mengalir di pipa-pipa siklus kompresi uap.

b. Kondensor

Kondensor berfungsi untuk merubah fasa refrigeran, dari fasa gas menjadi cair.

Proses ini berlangsung pada suhu dan tekanan yang konstan. Purubahan fasa refrigeran dapat terjadi karena suhu kerja kondensor lebih tinggi dibandingkan dengan suhu lingkungan sekitar kondensor.

c. Pipa Kapiler

Berfungsi sebagai penurun tekanan refrigeran dan temperatur refrigeran yang sangat rendah. Cairan refrigeran yang mengalir memasuki pipa kapiler akan mengalami penurunan tekanan yang disebabkan adanya gesekan dengan pipa.

d. Evaporator

Berfungsi sebagai perubah refrigeran dari fasa campuran cair dan gas menjadi gas jenuh. Proses ini berlangsung ketika kondisi suhu kerja evaporator rendah, dan kalor yang masuk dari lingkungan di sekitar evaporator bersuhu lebih tinggi. Proses penguapan refrigeran terjadi pada temperatur dan tekanan yang tetap.

(25)

2.5 Proses-proses pada Siklus Kompresi Uap

Dalam siklus kompresi uap, refrigeran mengalami beberapa proses yaitu:

proses kompresi, desuperheating, kondensasi, pendinginan lanjut, throttling, proses penguapan dan proses pemanasan lanjut.

a. Proses 1-2 (Proses kompresi)

Proses kompresi berlangsung pada kompresor yang bertujuan untuk menaikkan tekanan refrigeran, dari refrigeran bertekanan rendah menuju refrigeran bertekanan tinggi. Karena proses ini berlangsung secara isentropik (berlangsung pada entropi (s) konstan) maka suhu yang keluar dari komprsesor juga meningkat

Gambar 2.4 Siklus Kompresi Uap pada Diagram P-H

Gambar 2.5 Siklus Kompresi Uap pada Diagram T-s

(26)

menjadi gas panas lanjut. Pada proses ini, diperlukan energi listrik untuk menggerakkan kompresor.

b. Proses 2-2a (Poses desuperheating)

Proses desuperheating berlangsung sebelum memasuki kondensor.

Refrigeran gas panas lanjut yang bertemperatur tinggi diturunkan suhunya menjadi gas jenuh. Penurunan suhu terjadi karena adanya perpindahan kalor dari refrigeran ke lingkungan serta berlangsung pada tekanan yang konstan.

c. Proses 2a-3a (Proses pengembunan/kondensasi)

Proses pengembunan merupakan proses pembuangan kalor ke udara lingkungan sekitar kondensor pada suhu yang konstan. Selain itu pada proses ini terjadi perubahan fasa dari gas jenuh menjadi cair jenuh, hal ini disebabkan karena temperatur refrigeran lebih tinggi daripada temperatur udara di lingkungan sekitar kondensor. Proses ini berlangsung pada tekanan dan suhu yang konstan.

d. Proses 3a-3 (Proses pendinginan lanjut/subcooling)

Pada proses pendinginan lanjut terjadi proses pelepasan kalor lanjut sehingga suhu refrigeran yang keluar dari kompresor menjadi lebih rendah dan terjadi perubahan fasa dari cair jenuh menjadi fasa cair lanjut. Hal ini mengakibatkan refrigeran lebih mudah mengalir ke dalam pipa kapiler. Proses ini berlangsung pada tekanan yang tetap (konstan).

e. Proses 3-4 (Proses penurunan tekanan/throttling)

Proses penurunan tekanan terjadi selama di dalam pipa kapiler, dimana refrigeran yang mengalir pada pipa kapiler akan berubah fasa cair lanjut menjadi

(27)

fasa campuran cair dan gas. Akibatnya terjadi penurunan suhu refrigeran. Proses ini berlangsung pada nilai entalpi yang tetap.

f. Proses 4-1a (Proses penguapan/evaporasi)

Pada proses penguapan terjadi perubahan fasa dari campuran cair dan gas menjadi gas jenuh. Hal ini dipengaruhi karena temperatur refrigeran lebih rendah daripada temperatur udara di sekitar evaporator, akibatnya terjadi penyerapan kalor dari udara di lingkungan sekitar evaporator. Proses ini berlangsung pada tekanan dan temperatur yang tetap (konstan).

g. Proses 1a-1 (Proses pemanasan lanjut/superheating)

Proses pemanasan lanjut terjadi karena adanya penyerapan kalor secara terus menerus pada proses penguapan, akibatnya refrigeran yang akan masuk ke kompresor berubah fasa dari gas jenuh menjadi gas panas lanjut, sehingga mengakibatkan kenaikan suhu refrigeran.

2.6 Perhitungan pada Siklus Kompresi Uap a. Besarnya kalor yang diserap evaporator (Qin)

Energi kalor yang diserap oleh evaporator dari udara yang melintasi evaporator persatuan massa refrigeran (Qin) dapat dihitung dengan Persamaan (2.1):

𝑄_𝑖𝑛= ℎ₁− ℎ₄ ………... (2.1) Pada Persamaan (2.1)

Qin : Energi kalor yang diserap evaporator dari udara yang melintasi evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg)

(28)

h1 : Entalpi refrigeran saat keluar evaporator / entalpi refrigeran masuk kompresor (kJ/kg)

h4 : Entalpi refrigeran sebelum masuk evaporator / entalpi refrigeran keluar dari pipa kapiler (kJ/kg)

b. Besarnya kalor yang dilepas kondensor (Qout)

Energi kalor yang dilepas kondensor ke udara di sekitar kondensor persatuan massa refrigeran ( Qout ), dapat dihitung dengan Persamaan (2.2):

𝑄_𝑜𝑢𝑡 = ℎ₂− ℎ₃ ………... (2.2) Pada Persamaan (2.2)

Qout : Energy kalor yang dilepas kondensor ke udara disekitar kondensor persatuan massa refrigeran (kJ/kg)

h2 : Entalpi refrigeran saat masuk kondensor persatuan massa refrigeran (kJ/kg)

h3 : Entalpi refrigeran saat masuk pipa kapiler persatuan massa refrigeran (kJ/kg)

c. Besarnya kerja kompresor (Win)

Kerja yang dilakukan oleh kompresor persatuan massa refrigeran (Win) dapat dihitung dengan Persamaan (2.3):

𝑊_𝑖𝑛 = ℎ₂− ℎ₁ ………... (2.3) Pada Persamaan (2.3)

Win : Kerja yang dilakukan oleh kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg)

(29)

h2 : Entalpi refrigeran saat masuk kondensor persatuan massa refrigeran (kJ/kg)

h1 : Entalpi refrigeran saat keluar evaporator / entalpi refrigeran masuk kompresor (kJ/kg)

d. Laju Aliran massa refrigeran yang mengalir di dalam siklus kompresi uap Untuk mengetahui laju aliran massa refrigeran dapat dihitung dengan Persamaan (2.5):

ṁ_ref = V x I (h₁− h₂) x 1000

………... (2.4)

Pada Persamaan (2.5):

ṁref : Laju aliran massa refrigeran (kg/detik) I : Kuat arus listrik kompresor (Amp) V : Tegangan listrik kompresor (volt)

h1 : Entalphi refrigeran yang masuk evaporator (kJ/kg) h2 : Entalphi refrigeran keluar evaporator (kJ/kg) e. Besarnya COPaktual

Kerja aktual mesin pengering udara (COPaktual) dapat dihitung dengan Persamaan (2.4):

COP_aktual = Q_inx ṁ_ref W_in x ṁ_ref + W_kipas

…... (2.5)

Pada Persamaan (2.4):

Qin : Energi kalor yang diserap evaporator dari udara yang melintasi evaporator persatuan massa refrigeran (kJ/kg)

(30)

COPaktual : Kerja aktual mesin siklus kompresi uap

Win : Kerja yang dilakukan oleh kompresor persatuan massa refrigeran (kJ/kg)

Wkipas : Kerja yang dilakukan oleh kipas (kJ/detik) ṁref : Laju aliran massa refrigeran (kg/detik)

2.7 Psychrometric Chart

Di dalam psychrometric chart terdapat properti-properti udara antara lain:

(a) dry-bulb temperature, (b) wet-bulb temperature, (c) dew-point temperatre, (d) specific humidity, (e) volume spesifik, (f) entalpi, dan (g) kelembapan relatif.

a. Dry-bulb Temperature (Tdb)

Temperatur bola kering adalah temperatur udara yang dihasilkan dari pengukuran termometer dengan kondisi bulb/bola termometer dalam keadaan kering atau tidak dibalut dengan kain basah, atau dapat juga menggunakan termokopel dan penampil suhu digital. Pada psychrometric chart, nilai temperatur udara bola kering disajikan pada sumbu x atau sumbu mendatar, dengan satuan ⁰C.

b. Wet-bulb Temperature (Twb)

Temperatur bola basah adalah temperatur udara yang dihasilkan dari pengukuran termometer dengan kondisi bulb/bola termometer dalam keadaan basah atau dibalut dengan kain basah. Temperatur udara bola basah dapat dilihat dari garis wet bulb line dengan satuan ⁰C

(31)

c. Dwe-point Temperature (Tdp)

Temperatur titik embun adalah temperatur dimana uap air di dalam udara mulai mengembun ketika suhu udara kering diturunkan. Pada saat udara mengalami jenuh maka nilai temperatur titik embun (Tdp) indentik dengan nilai temperatur bola basah (Twb) demikian juga identik dengan temperatur bola kering (Tdb). Temperatur titik embun dapat dilihat dari garis dwe point line dengan satuan ⁰C.

d. Specific Humidity (w)

Kelembapan spesifik adalah berat uap air di udara setiap satu kilogram udara kering dengan satuan kgair/kgudara. Kelembapan spesifik dapat dilihat dari humidityratio (w).

e. Volume Spesifik (v)

Volume spesifik adalah volume udara per satuan massa-udara dengan satuan m³/kgudara. Volume spesifik dapat dilihat dari garis specific volume line.

f. Entalpi (h)

Entalpi adalah jumlah energi yang dimiliki udara per satuan massa-udara dengan satuan kJ/kg.

g. Relative humidity (RH)

Kelembapan relatif adalah perbandingan massa-air yang berada pada udara dibandingkan dengan massa-air maksimal yang dapat dikandung udara pada suhu dan tekanan yang konstan. Kelembapan relatif disajikan dengan garis relative humidity line.

(32)

17 Gambar 2.6 Psychrometric Chart

( https://lasopasources853.weebly.com )

(33)

18

Pada Gambar 2.6 menyajikan psychrometric chart. Untuk dapat mengetahui nilai properti-properti dari udara (Tdb, Twb, Tdp, W, RH, h, SpV) minimal dua buah properti harus sudah diketahui. Misalnya kondisi udara hanya diketahui nilai Tdb

dan Twb, maka properti-properti yang lain bisa diketahui dengan bantuan psychrometric chart.

Beberapa proses udara yang terjadi dalam psychrometric chart adalah: (a) proses pemanasan, (b) proses pendinginan, (c) proses pelembapan, (d) proses penurunan kelembapan, (e) proses pemanasan dan pelembapan, (f) proses pemanasan dan penurunan kelembapan, (g) proses pendinginan dan penaikkan kelembapan, dan (h) proses pendinginan dan penurunan kelambapan.

a. Poses pemanasan

Poses pemanasan adalah proses penambahan kalor sensibel ke udara sehingga temperatur udara tersebut naik. Proses ini disebabkan oleh perubahan temperatur bola kering udara tanpa perubahan rasio kelembapan. Garis proses pada Psychrometric chart adalah garis horizontal ke arah kanan. Beberapa kondisi

udara yang mengalami perubahan adalah: naiknya entalpi, naiknya temperatur udara basah (wet bulb), turunnya densitas udara karena terjadi kenaikan volume spesifik, dan turunnya kelembapan relatif udara. Gambar 2.7 menyajikan garis proses pemanasan pada psychrometric chart.

(34)

b. Proses pendinginan

Proses pendinginan adalah proses pengambilan kalor sensibel dari udara sehingga temperatur udara tesebut mengalami penurunan. Proses ini disebabkan oleh perubahan temperatur bola kering udara tanpa perubahan rasio kelembapan.

Garis proses pada psychrometric chart adalah garis horizontal ke arah kiri.

Beberapa kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: turunnya entalpi, turunnya udara basah (wet bulb), naiknya densitas udara karena terjadi penurunan pada volume spesifik, dan naiknya kelembapan relatif udara. Gambar 2.8 menyajikan garis proses pendinginan pada psychrometric chart.

Gambar 2.7 Proses Pemanasan

W1 = W2

1 2

(35)

c. Proses pelembapan

Proses pelembapan adalah proses penambahan kandungan uap air ke udara sehingga terjadi kenaikan enalphi dan rasio kelembapan. Pada proses ini terjadi perubahan kalor laten tanpa disertai perubahan kalor sensibel. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis vertikal ke arah atas. Beberapa kondisi udara yang

mengalami perubahan adalah:naiknya entalpi, naiknya temperatur udara basah (wet buib), naiknya titik embun (dwe point), turunnya densitas udara karena terjadi kenaikkan volume spesifik, dan naiknya kelembapan relatif udara. Gambar 2.9 menyajikan garis proses pelembapan pada psychrometric chart.

Gambar 2.8 Proses Pendinginan

W1 = W2

1 2

(36)

\

d. Proses penurunan kelembapan

Proses penurunan kelembapan adalah proses pengurangan kandungan uap air ke udara sehingga terjadi penurunan entalphi dan rasio kelembapan. Pada proses ini terjadi perubahan kalor laten tanpa disertai perubahan kalor sensibel. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis vertikal ke arah bawah. Beberapa kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: turunnya entalpi, turunnya temperatur udara basah (wet point), turunnya titik embun (dwe point), naiknya densitas udara karena terjadi penurunan volume spesifik, dan turunnya kelembapan relatif. Gambar 2.10 menyajikan garis proses penurunan kelembapan pada psychrometric chart.

Gambar 2.9 Proses Pelembapan Tdb1 = Tdb2

1 2

(37)

e. Proses pemanasan dan pelembapan

Proses pemanasan dan pelembapan ini dipanaskan disertai dengan penambahan uap air, sehingga didapatkan peningkatan kalor sensibel dan kalor laten secara bersamaan. Garis proses pada psychrometric chart adalah garis ke arah kanan atas. Kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: naiknya rasio kelembapan, naiknya entalpi, naiknya temperatur udara basah (wet bulb),naiknya titik embun (dwe point), turunnya densitas udara karena terjadi kenaikkanvolume spesifik, dan bisa terjadi kenaikkan atau penurunan kelembapan relatif udara (tergantung proses heating dan humidifying yang diinginkan). Jadi pada proses ini penambahan uap air bukan berarti menaikkan kelembapan relatif. Gambar 2.11 menyajikan garis proses pemanasan dan pelembapan pada psychrometric chart.

Gambar 2.10 Proses Penurunan Kelembapan Tdb1 = Tdb2

1

2

(38)

f. Proses pemanasan dan penurunan kelembapan

Proses pemanasan dan penurunan kelembapan ini udara mengalami pendingianan dahulu sampai temperaturnya di bawah titik embun udara, pada temperatur ini udara mengalami pengembunan sehingga kandungan uap air akan berkurang Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak menuju arah kanan bawah. Kondisi udara yang mengalami perubahan adalah: turun atau naiknya entalpi atau bisa juga terjadi pada entalpi yang konstan, turun atau naiknya temperatur udara basah (wet bulb) atau bisa juga terjadi dalam kondisi temperatur udara basah yang konstan, turunnya titik embun (dwe point), turun atau naiknya densitas udara, turunnya atau naiknya volumespesifik, dan turunnya kelembapan relatif udara. Gambar 2.12 menyajikan garis proses pemanasan dan penurunan kelembapan pada psychrometric chart.

Gambar 2.11 Proses Pemanasan dan Pelembapan 1

2

(39)

g. Proses pendinginan dan penaikkan kelembapan

Proses pendinginan dan penaikkan kelembapan ini dilakukan dengan melewatkan udara pada ruangan semburan air yang temperaturnya lebih tinggi dari titik embun udara sehingga temperatur akan mengalami penurunan dan rasio kelembapan akan mengalami peningkatan. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisiudara bergerak menuju ke arah kiri atas. Kondisi udara yang mengalami perubahanadalah: naik atau turunnya entalpi atau juga bisa terjadi pada entalpi yang konstan, naik atau turunnya temperatur udara basah (wet bulb) atau bisa juga terjadi pada kondisi temperatur udara basah yang konstan, naiknya titik embun (dwe point), naik atau turunya densitas udara atau bisa juga terjadi pada densitas yang konstan, naikatau turunya volume spesifik atau bisa juga terjadi dalam kondisi volume spesifik yang konstan, dan kenaikkan pada kelembapan relatif udara. Gambar 2.13 menyajikan garis proses pendinginan dan penaikan kelembapan pada psychrometric chart.

Gambar 2.12 Proses Pemanasan dan Penurunan Kelembapan 1

2

(40)

h. Proses pendinginan dan penurunan kelembapan

Proses pendinginan dan penurunan kelembapan ini dilakukan dengan cara melewatkan udara pada koil pendingin atau ruangan semburan air dimana temperaturnya lebih rendah dari temperatur udara sehingga terjadi penurunan kalor laten dan kalor sensibel. Dalam psychrometric chart perubahan yang dihasilkan dari proses ini membuat kondisi udara bergerak menuju ke arah kiri bawah. Kondisi yang mengalami perubahan adalah: turunnya entalpi, turunnya temperatur udara basah (wet bulb), turunnya titik embun (dwe point), naiknya densitas udara, turunnya volume spesifik, dan bisa terjadi kenaikan atau penurunan kelembapan relatif udara (tergantung proses colling dan dehumidifying yang diinginkan).

Gambar 2.13 menyajikan garis proses pendinginan dan penurunan kelembapan pada psychrometric chart.

Gambar 2.13 Proses Pendinginan dan Penaikan Kelembapan 1

2

(41)

2.8 Proses Pengeringan Udara pada Psychrometric Chart

Proses-proses yang terjadi pada mesin pengering udara dengan penyerap kelembapan yang disajikan pada Gambar 2.15. Proses pertama kali merupakan proses pendinginan (colling) dimana proses ini terjadi pada evaporator yang menyebabkan suhu berada pada titik jenuh dan RH (relative huminity) berada pada 100%. Setelah melewati evaporator suhu kembali bercampur dengan suhu lingkungan yang menyebabkan suhu mengalami kenaikkan dan kelembapan juga mengalami kenaikkan, kemudian proses pemanasan (heating) dimana proses ini berlangsung pada kondensor yang menyebabkan udara pada kondisi panas, setelah melewati kondensor suhu bercampur dengan udara ruangan yang menyebabkan udara berubah menjadi proses pendinginan (evaporative colling) untuk mendapakan suhu rendah dan kandungan uap air meningkat dan udara tersebut masuk lagi ke ruangan mesin pengering udara.

Gambar 2.14 Proses Pendinginan dan Penurunan Kelembapan 1

2

(42)

2.9 Tinjauan Dasar

Muh. Arhamsyah, Husain Syam, dan Jamaluddin, (2018), menjelaskan tentang modifikasi mesin pengering dengan memanfaatkan udara panas dari elemen pemanas listrik. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perancangan mesin pengering memanfaatkan udara panas dari elemen pemanas listrik, mengetahui perhitungan laju pengeringan pada gabah basah selama proses pengeringan, dan mengurangi penggunaan waktu dan tenaga petani dalam proses pengeringan produk-produk pertanian. Setela mesin dirancang sedemikian rupa, dilakukan uji coba untuk mengeringkan gabah basah kemudian dilakukan perhitungan laju pengeringan pada masing-masing rak selama 6 jam. Dari hasil penelitian didapatkan, pengeringan gabah basah baru panen hanya memerlukan waktu 5-6 jam baik di musim kemarau maupun di musim hujan dan selama proses pengeringan

Gambar 2.15 Proses yang Terjadi pada Mesin Pengering Udara

(43)

petani/pengguna hanya perlu menyalakan alat dan sesekali mengaduk gabah agar panas yang diterima merata. Laju pengeringan setiap rak berbeda-beda karena terpengaruh dari jarak rak dengan sumber panas, semakin dekat rak dengan sumber panas maka pengeringan akan sekamin cepat.

Ambo Intang dan Nursiwan (2017), menjelaskan mengenai analisa eksergi system pompa panas pengering pakaian kapasitas 7 kg pada AC ¾ PK. Penelitian ini memanfaatkan panas dari pembuangan panas AC dengan daya kecil dan mengkombinasikan prinsip kerj pompa panas dengan mesin pengering pakaian modern yang membutuhkan daya bedar untuk memanaskan elemen pemanasnya.

Penelitian ini menggunakan 2 buah mesin yaitu AC split dengan kapasitas ¾ PK dan mesin pengering pakaian kapasitas 7 kg. dari hasil penelitian didapatkan bahwa COP dari AC split ¾ PK cenderung menurun dengan pembebanan yang bertambah namun tidak ada satupun yang melbihi COP carnot sehingga proses pengeringan tidak membahayakan, perbandingan effisiensi energi dan effisiensi eksergi menunjukkan rata-rata 58% sampai 62%, dan bias menurunkan kebutuhan daya listrik dari 2250 watt menjadi 1300 watt.

Sri Utami Handayani, Rahman, dan Seno Darmanto (2014), menjelaskan tentang uji unjuk kerja system pengeringan dehumidifier untuk pengeringan jahe.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja peralatan pengering system dehumidifier pada pengering jahe. Peralatan ini menggunakan AC split dengan menambahkan panas, saluran udara dan ruang pengering. System Air Conditioning meliputi kompresor, evaporator, kondensor, katup ekspansi, ruang evaporator, selang dan panel instalansi pendingin. Dari hasil peneltian didapatkan temperatur

(44)

udara dan kelembaman relative yang dihasilkan stabil pada 60⁰ C, 0% RH, dan pengeringan lebih cepat karena produk berada pada kondisi unsaturated tetapi sebelumnya mengalami kondisi saturated.

Mesin pengering udara dengan mesin pengering yang dipergunakan pada pengering baju (Purwadi, P.K. dan Kusbandono, W., 2016, 2017), mesin pengering handuk (Kurniandy Wijaya dan Purwadi, P.K., 2016), mesin pengering briket (Purwadi, P.K., dkk, 2018), mesin pengering emping jagung (Purwadianto, D. dan Purwadi, P.K., 2019), mesin pengering kayu (Purwadi, P.K., dkk, 2020), tidak begitu berbeda. Perbedaannya terletak pada penggunaan udara yang telah dikeringkan. Kalau mesin pengering udara, udara yang telah dikeringkan dikembalikan ke ruangan lagi, sedangkan mesin pengering dengan objek yang dikeringkan, udara dimasukkan ke dalam ruangan dimana terdapat objek yang akan dikeringkan. Udara kering yang akan dimasukkan ke dalam ruang pengeringan objek, juga dipanaskan terlebih dahulu. Sama sama mempergunakan mesin pengering yang bekerja dengan siklus kompresi uap.

(45)

30

BAB III

METODELOGI PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian

Objek dalam penelitian ini adalah mesin pengering udara yang dibuat sendiri. Mesin pengering diletakkan di dalam suatu ruangan berudara lembap yang berukuran p x l x t : 4,5 m x 2,9 m x 4 m. Ukuran mesin pengering ini adalah 50 cm x 50 cm x 100 cm. Gambar skema mesin pengering udara disajikan pada Gambar 3.1.

3.2 Alur Penelitian

Alur pelaksanaan penelitian mesin pengering udara disajikan pada Gambar 3.28.

Gambar 3.1 Skema Mesin Pengering Udara

(46)

Gambar 3.2 Skema Diagram Alur Penelitian 3.3 Metodelogi Penelitian

Penelitian dilakukan secara eksperimen. Penelitian dilakukan dengan menvariasikan kecepatan putaran kipas yang terletak diantara evaporator dan kondensor. Putaran kipas yang dipilih disajikan pada Tabel 3.1

Tabel 3. 1 Tabel Variasi Penelitian

No. Variasi Penelitian Putaran Kipas Kecepatan Aliran Udara

1 Variasi 1 360 rpm 1,4 m/s

(47)

Dalam proses pembuatan mesin pengering udara ini diperlukan alat dan bahan.

3.5.1 Peralatan yang Digunakan

Peralatan yang digunakan dalam proses pembuatan rangka mesin pengering udara, antara lain:(a) obeng dan kunci pas, (b) bor listrik, (c) gerinda, (d) meteran dan mistar, (e) tube cutter, (f) tube expander, (g) gas tabung dan gas torch, dan (h) karet lis kerangka.

3.5.2 Komponen – Komponen Mesin

Bahan atau komponen yang digunakan dalam proses pembuatan mesin pengering udara, antara lain: (a) kondensor, (b) pipa kapiler, (c) kompresor, (d) evaporator roda, (e) kipas dan motor listrik, (f) refrigeran, (g) filter, (h) alumunium, (i) akrilik, (j) bahan las, (k) metil, (l) kusen, (m) kayu balok, dan (n) papan teriplek.

a. Kondensor

Kondensor merupakan suatu alat penukar kalor yang berfungsi untuk mengkondensasi refrigeran dari fase uap menjadu zat cair. Untuk mengubah fase dari uap menjadi cair ini diperlukan suhu lingkungan yang lebih rendah agar terjadi pelepasan kalor ke lingkungan kondensor.

Spesifikasi kondensor yang digunakan pada mesin pengering adalah : 1. Panjang : 33 cm

2. Lebar : 12 cm

3. Tinggi : 26 cm

4. Diameter pipa : 1 cm 5. Bahan pipa : Tembaga

6. Bahan sirip : Almunium 7. Jarak sirip : 0,3 cm 8. Jenis kondensor : Pipa bersirip 9. Panjang lintasan : 18

(48)

33 b. Pipa kapiler

Pipa kapiler adalah alat yang berfungsi untuk menurunkan tekanan refrigeran dari tekanan tinggi ke tekanan rendah sebelum memasuki evaporator. Pipa kapiler yang dipakai adalah:

1. Diameter pipa kapiler : 0,635 mm 2. Panjang pipa kapiler : 800 mm 3. Bahan pipa kapiler : Tembaga

Gambar 3.3 Kondensor

Gambar 3.4 Pipa Kapiler

(49)

c. Kompresor

Kompresor merupakan unit yang berfungsi untuk mengkompresi dan mensirkulasi refrigeran ke pipa – pipa mesin pengering udara. Pada penelitian ini digunakan kompresor :

1. Jenis : Rotary

2. Daya : 1 HP

3. Voltase : 220/240 V 4. Arus Kompresor : 2,66 A

d. Evaporator

Evaporator merupakan unit yang berfungsi untuk menguapkan refrigeran yang sebelumnya dari fase cair menjadi gas. Spesifikasi evaporator yang digunakan pada mesin pengering adalah;

1. Panjang : 28 cm

2. Lebar : 12 cm

3. Tinggi : 26 cm

4. Diameter pipa : 1 cm 5. Bahan pipa : Tembaga 6. Bahan sirip : Aluminium Gambar 3.5 Kompresor

(50)

7. Jarak sirip : 0,3 cm 8. Jenis kondensor : Pipa bersirip

9. Panjang lintasan : 15

e. Kipas dan motor listrik

Motor listrik digunakan untuk menggerakkan rotor yang akan diteruskan ke kipas, agar mempermudahkan sirkulasi udara masuk dan keluar ruang pengering.

Jenis motor yang digunakan adalah : 1. Jenis Motor : Motor arus AC 2. Voltase : 220/240 V 3. Ampere : 0,4 A

Gambar 3.7 Kipas dan Motor Listrik Gambar 3.6 Evaporator

(51)

f. Refrigeran

Refrigeran adalah fluida kerja pada siklus kompresi uap yang berfungsi sebagai penyerap atau melepas kalor dari lingkungan sekitar. Jenis refrigeran yang digunakan adalah R-22.

Gambar 3.8 Refrigeran g. Filter

Filter terletak sebelum pipa kapiler, hal ini bertujuan supaya pada saat mengalirkan refrigeran tidak terjadi penyumbatan yang memungkinkan terjadinya buntu pada pipa kapiler yang mempunyai ukuran diameter yang kecil.

Gambar 3.9 Filter

(52)

Gambar 3.11 Stopwatch 3.5.3 Alat Ukur

a. Hygrometer

Hygrometer digunakan untuk mengukur suhu udara, bola basah dan suhu udara bola kering saat pengujian.

b. Stopwatch

Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu yang dibutuhkan untuk pengujian. Waktu yang dibutuhkan setiap pengambilan data yaitu per 10 menit.

(Sumber : https://www.jakartanotebook.com) Gambar 3.10 Hygrometer

(53)

c. APPA dan termokopel

APPA dan termokopel berfungsi untuk mengukur perubahan suhu atau temperatur saat pengujian. Cara kerjanya, ujung termokopel diletakkan pada bagian yang diukur dengan cara ditempel maupun digantung, suhu akan tampil pada layar penampil suhu APPA. Dalam pelaksanaannya diperlukan kalibrasi agar lebih akurat.

Gambar 3.12 APPA dan Termokopel d. Pressure gauge

Pressure gauge digunakan untuk mengukur tekanan refrigeran dalam

sistem, baik pada saat pengisian maupun pada saat beroperasi. Dalam mesin pengering ini, ada 2 pressure gauge yang dipasang yaitu satu untuk mengukur tekanan hisap kompresor dan satu lagi untuk mengukur tekanan keluar kompresor.

(54)

3.6 Cara pengambilan Data

3.6.1 Proses Pembuatan Mesin Pengering Udara

Langkah-langkah pembuatan mesin pengering udara sebagai berikut:

a. Rancang desain mesin pengering udara.

b. Kerangka dibuat dari kusen alumunium.

c. Kayu balok dan roda dipasang pada bagian bawah kerangka.

d. Papan triplek dipasang pada bagian bawah kerangka.

e. Akrilik dipasang pada bagian tengah sebagai pembatas ruang kompresor dengan kondensor, evaporator, kipas / fan.

f. Pasang komponen-komponen utama mesin siklus kompresi uap yang terdiri dari: kipas, evaporator, kondensor, pipa kapiler dan kompresor.

g. Bor pada bagian pembatas untuk pemasangan pipa tembaga.

h. Pipa tembaga disambung dengan cara pengelasan.

i. Akrilik dipotong sebagai penutup alat, disertai dengan lubang masuk dan keluar udara lalu pasang karet lis kerangka.

Gambar 3.13 Pressure Guage

(55)

3.6.3 Proses Pengisian Refrigeran

Sebelum memulai pengisian refrigeran terdapat beberapa langkah yang harus dilakukan yaitu pemvakuman dan pemetilan. Pemvakuman adalah mengosongkan sistem kompresi uap dari udara karena udara mengandung uap air. Jika uap air besrirkulasi akan dapat membuat saluran di dalam pipa kapiler menjadi buntu karena mengalami pembekuan ketika melewati pipa kapiler. Langkah pemetilan bertujuan untuk membersihkan saluran siklus kompresi uap dari andanya kotoran, setelah kedua langkah tersebut dilakukan, barulah proses pengisian refrigeran dapat dilakukan.

Pengisian refrigeran dapat dilakukan dengan cara:

a. Salah satu ujung selang pressure gauge dipasang pada katup pengisian pressure gauge. Kemudian ujung lainnya dihubungkan pada katup tabung refrigeran

R22.

b. Kompresor dihidupkan kemudian buka kran pada tabung refrigeran secara perlahan hingga tekanan pada high pressure gauge dapat mencapai tekanan yang diinginkan.

c. Kran pada tabung refrigeran ditutup.

d. Jika refrigeran telah terisi ke dalam sistem sirkulasi kompresi uap, maka langkah selanjutnya adalah lepaskan selang pressure gauge.

e. Periksa kebocoran pada sistem dengan cara menaruh busa-busa sabun pada sambungan pipa-pipa serta pada lubang katup pengisian, jika tidak terjadi kebocoran maka proses pengisian selesai.

(56)

3.6.4 Skematik Pengambilan Data

Untuk memperoleh data pada masin pengering udara dapat dilakukan dengan cara meletakkan alat ukur pada fungsi dan posisi masing-masing pada saat pengambilan data. Peletakan alat ukur dapat dilihat pada Gambar 3.29.

Gambar 3.14 Skema Pengambilan Data

Keterangan gambar 3.29 skematik pengambilan data :

a. Termokopel (TdbA) : Temperatur udara kering sebelum masuk mesin pengering.

b. Hygrometer (TwbA) : Temperatur udara basah sebelum masuk mesin pengering.

c. Termokopel (TC) : Temperatur udara keluar evaporator.

d. Termokopel (TD) : Temperatur udara keluar dari kondensor.

e. Termokopel (T1) : Temperatur refrigeran masuk kompresor f. Termokopel (T2) : Temperatur refrigeran keluar kompresor g. Termokopel (T3) : Temperatur refrigeran masuk pipa kapiler

(57)

3.6.5 Langkah-langkah Pengambilan Data

Langkah-langkah yang dilakukan saat pengambilan data adalah sebagai berikut :

a. Penelitian dilakukan di Laboratorium Konveksi Energi, Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

b. Alat bantu penelitian yang digunakan seperti hygrometer dan termokopel di kalibrasi terlebih dahulu.

c. Alat ukur penelitian diperiksa dan diletakkan pada tempat yang sudah disediakan.

d. Mesin pengering udara dihidupkan terlebih dahulu sebelum pengambilan data agar kompresor bekerja secara optimal.

e. Catat proses pengambilan data setiap 10 menit antara lain : Pin (tekanan refrigeran masuk kompresor), Pout (tekanan refrigeran keluar kompresor), TwbA

(temperatur bola basah udara sebelum masuk ke mesin pengering), TdbA

(temperatur bola kering udara sebelum masuk ke mesin pengering), TB

(temperatur udara keluar evaporator), TC (temperatur udara keluar kondensor), T1 (temperatur refrigeran masuk kompresor), T2 (temperatur refrigeran keluar kompresor), T3 (temperatur refrigeran masuk pipa kapiler), dan Volume air yang dihasikan pengering udara.

f. Hasil data yang diperoleh kemudian dijumlahkan dengan hasil kalibrasi alat bantu penelitian. Berikut adalah rancangan tabel yang akan digunakan untuk data penelitian:

(58)

Tabel 3.2 Pengambilan Data

Waktu (s)

Suhu Udara Masuk

(°C)

Suhu Udara Evaporator

(°C)

Suhu Udara Keluar

Kondensor (°C)

Suhu Refrigeran

Masuk Kompresor

(°C)

Suhu Refrigeran Masuk Pipa

Kapiler (°C)

Tekanan Pengukuran Refrigeran

(psi) Volume Air

yang Dihasilkan

(ml) Masuk

Kompresor

Keluar Kompresor

TwbA TdbA T C T D T1 T3 P1 P2

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Rata -rata

3.7 Cara Mengolah Data

Cara pengolahan data dilakukan untuk mengolah data adalah sebagai berikut :

a. Tabel 3.2 diisi sesuai dengan data yang diperoleh saat penelitian, dan dihitung rata-rata dari setiap 3 kali percobaan.

b. Rata-rata dari hasil setiap penelitian digunakan untuk mencari temperatur refrigeran ketika melewati kondensor dan evaporator.

c. Cari rata-rata karakteristik dari mesin pengering dengan psychrometric chart dan P-h diagram dengan memasukkan data TwbA, TdbA, TC, TD, T1, dan T3. d. Setelah diperoleh perhitungan data karakteristik dari mesin pengering

kemudian digambarkan pada grafik.

(59)

3.8 Cara Melakukan Pembahasan

Setelah melakukan pengolahan data, maka dilakukan proses pembahasan.

Pembahasan dilakukan dengan memperhatikan data-data dari hasil penelitian dan melakukan perhitungan - perhitungan untuk menjawab dari tujuan.

3.9 Cara Membuat Kesimpulan Dan Saran

Dari analisis yang telah dilakukan akan diperoleh suatu kesimpulan dan saran. Kesimpulan yang didapat harus menjawab tujuan dari penelitian. Saran merupakan masukan atau nasehat yang dapat digunakan pembaca jika pembaca tertarik dengan penelitian yang telah dilakukan dan ingin mendalaminya lebih lanjut.

(60)

45

BAB IV

DATA dan PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

Dalam proses penelitian untuk mengetahui pengaruh putaran terhadap karakteristik mesin pengering udara maka perlu adanya data meliputi: tekanan refrigeran yang masuk ke kompresor (P1), tekanan refrigeran yang ke luar dari kompresor (P2), temperatur udara kering sebelum masuk mesin pengering tdba, temperatur udara basah sebelum masuk mesin pengering (TwbA), temperatur udara keluar evaporator (TC), temperatur udara keluar dari kondensor (TD), temperatur refrigeran masuk kompresor (T1), temperatur refrigeran keluar kompresor (T2), temperatur refrigeran masuk pipa kapiler (T3), dan volume air yang dihasilkan dari evaporator. Pengujian dilakukan sebanyak 3 kali percobaan untuk masing-masing variasi yang kemudian dihitung rata-ratanya. Untuk variasi putaran kipas ada tiga yaitu yang pertama 360 rpm dengan kecepatan aliran udara 1,4 m/s, yang kedua 800 rpm dengan kecepatan aliran udara 2,1 m/s, dan yang ketiga 1300 rpm dengan kecepatan aliran udara 3 m/s. Hasil rata-rata dari penelitian disajikan pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.3.

(61)

46 Waktu

(s)

Suhu Udara Masuk

(°C)

Suhu Udara keluar

Evaporator (°C)

Suhu Udara Keluar

Kondensor (°C)

Suhu Refrigeran

Masuk Kompresor

(°C)