BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 DASAR TEORI
2.1.1 Metode –Metode Pengeringan
Metode dalam pengeringan pakaian saat ini di pasaran ada beberapa macam, diantaranya (a) Pengeringan menggunakan cahaya matahari, (b) Pengeringan menggunakan gaya sentrifugal, (c) Pengering pakaian dengan bantuan gas LPG, (d) Pengering dengan metode dehumidifikasi dan pemanasan udara.
a. Pengeringan menggunakan cahaya matahari
Cara pengeringan ini sudah dilakukan secara umum oleh masyarakat. Panas yang dihasilkan matahari dapat menguapkan air yang ada pada pakaian yang basah menjadi kering. Pengeringan dengan metode ini tidak dapat dihandalkan pada saat musim hujan, tetapi pengeringan dengan matahari masih banyak digunakan masyarakat.
Keuntungan pengeringan menggunakan cahaya matahari adalah murah dan tersedia berlimpah, tidak memerlukan peralatan yang mahal, tidak perlu tenaga kerja yang mempunyai keahlian tertentu, kecepatan pengeringan yang sama untuk berapapun jumlah pakaian, kapasitas pengeringan yang tidak terbatas.
Kerugian pengeringan menggunakan cahaya matahari adalah pengeringan tergantung dari cuaca, jumlah panas matahari tidak tetap, kenaikan suhu tidak dapat diatur, waktu pengeringan tidak dapat ditentukan dengan tepat, tidak dapat dilakukan setiap saat.
Prinsip kerja metode mengekstraksi uap lebih banyak, sehingga proses pengeringan lebih cepat dan tidak memerlukan tenaga pemerasan dengan tangan. Kerugian pengeringan menggunakan gaya sentrifugal adalah kinerja pengeringan akan menurun jika pakaian pada drum melebihi kapasitas dan tetap membutuhkan cahaya matahari karena kaos kaki tidak kering sempurna, perlu energi listrik, hasil pengeringan tidak siap untuk disetrika, bahan yang dikeringkan mudah rusak.
c. Pengeringan menggunakan gas LPG
Prinsip kerja metode pengering ini yaitu memanfaatkan panas yang dihasilkan pemanas baik dari heater atau gas LPG yang disirkulasikan ke lemari, yang bertujuan untuk mengeringkan pakaian yang ada di lemari pengering. Panas dari heater atau gas LPG disirkulasikan ke dalam lemari pengering menggunakan bantuan kipas, sehingga menghasilkan udara yang bersuhu tinggi yang dapat menguapkan air yang terkandung di dalam pakaian yang basah. Keuntungan pengeringan menggunakan gas LPG adalah hasil pengeringan lebih cepat dan daya listrik menjadi hemat. Kerugian pengeringan menggunakan gas LPG adalah suhu pengeringan yang tinggi, sehingga cepat merusak bahan yang dikeringkan, tidak ramah lingkungan, gas hasil pembakaran menempel pada bahan yang dikeringkan, tidak praktis, dapat menimbulkan bahaya ledakan, saat beroperasi sebaiknya perlu dijaga.
d. Pengeringan dengan metode dehumidifikasi
Pengering pakaian jenis ini menggunakan metode dehumidifikasi, yang bekerja dengan memanfaatkan proses dehumidifikasi dan proses pemanasan udara yang disirkulasikan ke lemari pengering. Udara diturunkan kelembaban spesifiknya dan dipanaskan, kemudian disirkulasikan ke lemari. Akibat dari udara kering dan bersuhu tinggi pada ruangan, menimbulkan air dalam pakaian menguap. Selanjutnya udara lembab ini disirkulasikan kembali ke alat penurun kelembaban. Mesin pengering tersebut disebut dengan dehumidifier. Keuntungan pengeringan dengan metode dehumidifikasi adalah suhu kerja rendah sehingga tidak merusak bahan yang akan dikeringkan, ramah lingkungan, tidak ada gas buang seperti dengan LPG, praktis, aman saat beroperasi, tidak tergantung keadaan cuaca, dapat
dilakukan kapan saja. Kerugian pengeringan dengan metode dehumidifikasi adalah mesin dehumidifier membutuhkan energi listrik yang banyak.
2.2 KOMPONEN UTAMA POMPA KALOR SIKLUS KOMPRESI UAP
2.2.1 Kompresor
Pada sistem mesin refrigerasi, kompresor berfungsi seperti jantung. Kompresor berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran dan menaikan tekanan refrigerant agar dapat mengembun di kondensor pada temperatur di atas temperatur udara sekeliling.(www: Google/Komponen Utama Siklus Kompresi Uap). Berdasarkan cara kerjanya, kompresor yang biasa dipa kai pada sistem refrigerasi dapat dibagi menjadi: 1. Kompresor perpindahan (positive displacement )
Kompresor yang memerangkap refrigeran dalam suatu ruangan yang terpisah dari saluran masuk dan kelu arnya, kemudian dimampatkan. Kompresor ini dapat dibagi lagi menjadi:
a. Bolak-balik (reciprocating ) kompresor torak. b. Putar ( rotary )
c. Kompresor sudu luncur ( rotary vane atau sliding vane ) d. Kompresor ulir ( screw)
e. Kompresor gulung (Scroll) 2. Analisa Sliding Vane Compressor
Disebut juga rotary vane compressor atau kompresor sudu luncur. Teridiri atas sebuah rotor yang dipasang secara eksentris pada slinder yang sedikit lebih besar daripada rotor. Baling-baling bergerak maju mundur secara radial dalam slot rotor mengikuti kontur dinding silinder saat rotor berputar. Sudu didorong oleh gaya sentrifugal yang timbul saat rotor berputar sehingga selalu rapat dengan dinding silinder. Untuk menjamin kerapatan antara sudu dengan dinding silinder dipasang pegas pada slot rotor. Untuk menjaga agar sudu tidak cepat aus, maka biasanya diujung sudu yang bersinggungan dengan casing digunakan logam lain. Kapasitas kompresor untuk ukuran rotor dan casing yang sama adalah fungsi jumlah sudu. Semakin banyak sudunya, makin besar kapasitasnya, tetapi perbandingan kompresinya lebih rendah dan volume vane lebih besar.
Tabel 2.1 Penggunaan refigrant
Temperatur dan tekanan evaporasi yang biasa menggunakan kompresor sentrifugal adalah -100 0C sampai 100C dan 14 kPa sampai 700 kPa. Sementara tekana n kondensasi bisa mencapai 2000 kPa.
Kecepatan putar motor untuk kompresor sentrifugal adalah 1800 samapai 90.000 rpm dan kapasitas refrigerasi bervariasi antara 300 kW sampai 30.000 kW. (Ambarita, 2012)
Gambar 2.2. Bentuk roller dari sliding vane compressor 2.2.2 Kondensor
Kondensor berfungsi melakukan perpindahan kalor melalui permukaannya dari uap refrigeran ke media pendingin kondensor. Kondensor adalah APK (Alat Penukar Kalor) yang berfungsi mengubah fasa refrigeran dari kondisi superheat menjadi cair, bahkan terkadang sampai pada kondisi subcooled. Medium pendingin yang biasa digunakan untuk melakukan tugas ini adalah udara lingkungan, air, atau gabungan keduanya.
2.2.3 Katup Ekspansi
Komponen utama yang lain untuk mesin refrigerasi adalah katup ekspansi. Katup ekspansi ini dipergunakan untuk menurunkan tekanan dan untuk mengekspansikan secara adiabatik cairan yang bertekan dan bertemperatur tinggi sampai mencapai tingkat tekanan dan temperatur rendah, atau mengekspansikan refrigeran cair dari tekanan kondensasi ke tekanan evaporasi, refrigeran cair diinjeksikan keluar melalui
oriffice, refrigeran segera berubah menjadi kabut yang tekanan dan temperaturnya rendah. Selain itu, katup ekspansi juga sebagai alat kontrol refrigerasi yang berfungsi sebagai :
a. Mengatur jumlah refrigeran yang mengalir dari pipa cair menuju evaporator sesuai dengan laju penguapan pada evaporator.
b. Mempertahankan perbedaan tekanan an tara kondensor dan evaporator agar penguapan pada evaporator berlangsung pada tekanan kerjanya.
Pipa kapiler adalah salah satu alat ekspansi. Alat ekspansi ini mempunyai dua kegunaan yaitu untuk menurunkan tekanan refrigeran cair dan untuk mengatur aliran
refrigeran ke evaporator. Cairan refrigeran memasuki pipa kapiler tersebut dan mengalir sehingga tekanannya berkurang akibat dari gesekan dan percepatan refrigeran. Pipa kapiler hampir melayani semua sistem refrigerasi yang berukuran kecil, dan penggunaannya meluas hingga pada kapasitas regrigerasi 10 kw. Pipa kapiler mempunyai ukuran panjang 1 hingga 6 meter, dengan diameter dalam 0,5 sampai 2 mm (Stoecker, 1996). Diameter dan panjang pipa kapiler ditetapkan berdasarkan kapasitas pendinginan, kondisi operasi dan jumlah refrigeran dari mesin refrigerasi yang bersangkutan. Konstruksi pipa kapiler sangat sederhana, sehingga jarang terjadi gangguan. Pada waktu kompresor berhenti bekerja, pipa kapiler menghubungkan bagian tekanan tinggi dengan bagian tekanan rendah, sehingga menyamakan tekanannya dan memudahkan start berikutnya.
2.2.4 Evaporator
Evaporatpr berfungsi melakukan perpindahan kalor dari ruangan yang didinginkan ke refrigerant yang mengalir di dalamnya melalui permukaan dindingnya. Pada diagaram P – h dari siklus kompresi uap sederhana, evaporator mempunyai tugas merealisasikan garis 1 – 4. Setelah refrigeran turun dari kondensor melalui katup ekspansi masuk ke evaporator dan di uapkan, kemudian dikirim ke kompresor. Pada prinsipnya evaporator hampir sama dengan kondensor, yaitu sama – sama APK yang fungsinya mengubah fasa refrigeran. Bedanya, jika pada kondensor refrigeran berubah dari uap menjadi cair, maka pada evaporator berubah dari cair menjadi uap
2.2.5 Refrigrant
Refrigerant adalah fluida kerja utama pada suatu siklus refrigerasi yang bertugas menyerap panas pada temperatur dan tekanan rendah dan membuang panas pada temperatur dan tekanan tinggi. Umumnya refrigerant mengalami perubahan fasa dalam satu siklus.
1. Pengelompokan Refrigrant
Refrigerant dirancang untuk ditempatkan didalam siklus tertutup atau tidak bercampur dengan udara luar. Tetapi, jika ada kebocoran karena sesuatu hal yang tidak diinginkan, maka refrigerant akan keluar dari system dan bisa saja terhirup manusia. Untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan maka refrigerant harus dikategorikan aman atau tidak aman. Ada dua faktor yang digunakan untuk
mengklasifikasikan refrigerant berdasarkan keamanan, yaitu bersifat racun (toxicity ) dan bersifat mudah terbakar ( flammability). Berdasarkan toxicity , refrigerant dapat dibagi dua kelas, yaitu kelas A bersifat tidak beracun pada konsentrasi yang ditetapkan dan kelas B jika bersifat racun.
Batas yang digunakan untuk mendefinisikan sifat racun atau tidak adalah sebagai berikut. Refrigerant dikategorikan tipe A jika pekerja tidak mengalami gejala keracunan meskipun bekerja lebih dari 8 jam/hari (40 jam/minggu) di lingkungan yang mengandung konsentrasi refrigerant sama atau kurang dari 400 ppm (part per million by mass ). Sementara kategori B adalah sebaliknya. Berdasarkan flammability, refrigerant dibagi atas 3 kelas, kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Yang disebut kelas 1 jika tidak terbakar jika diuji pada tekanan 1 atm (101 kPa) temperature 18,3°C. Kelas 2 jika menunjukkan keterbakaran yang rendah saat konsentrasinya lebih dari 0,1 kg/m3 pada 1 atm 21.1°C atau kalor pembakarannya kurang dari 19 MJ/kg. Kelas 3 sangat mudah terbakar. Refrigerant ini akan terbakar jika konsentrasinya kurang dari 0,1 kg kg/m3 atau kalor pembakarannya lebih dari 19 MJ/kg. Berdasarkan defenisi ini, sesuai standard 34-1997, refrigerants dikl assifikasikan menjadi 6 kategori, yaitu: (Stoecker,2012).
1. A1: Sifat racun rendah dan tidak terbakar 2. A2: Sifat racun rendah dan sifat terbakar rendah 3. A3: Sifat racun rendah dan mudah terbakar 4. B1: Sifat racun lebih tinggi dan tidak terbakar 5. B2: Sifat racun lebih tinggi dan sifat terbakar rendah 6. B3: Sifat racun lebih tinggi dan mudah terbakar
Tabel 2.2 Pembagian refrigerant berdasarkan keamanan
2.3 HUMIDIFIER DAN DEHUMIDIFIER
Terdapat beberapa jenis proses dasar pengkondisian udara, seperti proses pemanasan sensibel, yaitu proses pemanasan aliran udara yang meningkatkan temperatur udara tetapi tidak merubah kelembabannya. Apabila kelembaban udara perlu dinaikkan maka proses pemanasan dibarengi dengan penambahan kelembaban atau humidifier. Pada proses pendinginan, apabila penurunan temperatur perlu dibarengi dengan pengurangan kelembaban maka prosesnya dinamakan dehumidifier. Pada masing-masing proses tersebut, tentu saja sifat-sifat udara berubah-ubah sesuai dengan kondisi temperatur, tekanan, maupun kelembabannya.
Dehumidifier merupakan suatu alat pengering udara yang berguna untuk menurunkan kelembaban udara dengan cara menyerap udara yang lembab dan memprosesnya menjadi air yang akan ditampung dalam suatu wadah. Ada dua
macam dehumidifier yang ada di pasaran saat ini refrigerant dehumidifier dan desiccant dehumidifier.
Refrigerant dehumidifier
Cara kerja dehumidifier ini adalah dengan sistem kompresi uap. Udara luar masuk melewati evaporator kemudian evaporator menyerap uap air yang ada di udara. Udara kemudian dilewatkan kondensor agar udara menjadi panas dan kering. Evaporator memiliki tugas untuk menurunkan suhu udara ke titik dimana kondensasi terjadi. Kondensasi terjadi pada evaporator, kemudian air didalam udara menetes dan tertampung pada wadah. Sedangkan kondensor bertugas untuk menaikkan suhu udara agar udara semakin kering.
Gambar 2.3 Skema pompa kalor
2.3.1 Parameter Dehumidifier
Untuk memahami proses dehumidifikasi ada beberapa parameter yang harus dipahami atau dimengerti antara lain (a) Kelembaban, (b) Kelembaban spesifik, (c) Suhu udara, (d) Aliran udara, (e) Entalpi, (f) Volume spesifik.
a. Kelembaban
Kelembaban merupakan jumlah kandungan air dalam udara. Udara bisa dikatakan mempunyai kelembaban yang tinggi apabila uap air yang dikandungnya tinggi, begitu juga sebaliknya. Udara yang kurang mengandung uap air dikatakan udara kering, sedangkan udara yang mengandung banyak uap air dikatakan udara basah. Kelembaban udara dapat dinyatakan sebagai kelembaban udara mutlak dan kelembaban relatif. Kelembaban mutlak adalah banyaknya air yang dapat terkandung di dalam 1 kg udara. Kelembaban relatif merupakan persentase
perbandingan jumlah air yang terkandung dalam 1 kg udara dengan jumlah air maksimal yang terkandung dalam 1 kg udara dengan jumlah air maksimal yang dapat terkandung dalam 1 kg udara tersebut. Kelembaban relatif menentukan kemampuan udara pengering untuk menampung kadar air kaos kaki yang telah diuapkan. Semakin rendah kelembaban relatif maka semakin banyak uap air yang dapat diserap. Alat untuk mengukur kelembaban relatif adalah hygrometer, sedangkan alat untuk mengukur suhu udara kering dan suhu udara basah adalah termometer bola kering dan termometer bola basah.
Untuk mengetahui tingkat kelembaban relatif dapat menggunakan hygrometer atau dengan menggunakan termometer bola basah dan termometer bola kering. Untuk mengetahui kelembaban relatif dapat menggunakan dua buah termometer. Termometer pertama dipergunakan untuk mengukur suhu udara kering dan termometer kedua untuk mengukur suhu udara basah. Pada termometer bola kering, tabung air raksa pada termometer dibiarkan kering sehingga akan mengukur suhu udara aktual. Sedangkan pada termometer bola basah, tabung air raksa akan diberi kain yang dibasahi dengan air agar suhu yang terukur adalah suhu saturasi atau titik jenuh, yaitu suhu yang diperlukan agar uap air dapat terkondensasi.
b. Kelembaban Spesifik
Kelembaban spesifik adalah jumlah kandungan uap air di udara dalam setiap kilogram udara kering atau perbandingan antara massa uap air dengan massa udara kering. Kelembaban spesifik umumnya dinyatakan dengan gram per kilogram dari udara kering (gr/kg) atau (kg/kg). Dalam sistem dehumidifier semakin besar perbandingan kelembaban spesifik setelah keluar dari mesin pengering (wH) dengan kelembaban spesifik dalam mesin pengering (wF), maka semakin banyak massa air yang berhasil diuapkan. Massa air yang berhasil diuapkan (Δw) dapat dihitung dengan Persamaan :
Δw = (wH – wF) (2.1) Pada Persamaan (2.1) :
Δw : Massa air yang berhasil diuapkan persatuan massa udara, kg/kg wH : Kelembaban spesifik setelah keluar dari mesin pengering, kg/kg wF : Kelembaban spesifik dalam mesin pengering, kg/kg
Suhu udara merupakan panas atau dinginnya udara disuatu tempat. Suhu udara dikatakan panas jika suhu udara pada tempat dan waktu tertentu melebihi suhu lingkungan disekitarnya dan begitu juga sebaliknya untuk suhu udara dingin. Suhu udara sangat mempengaruhi laju pengeringan. Semakin besar perbedaan antara suhu udara pengering dan suhu kaos kaki maka kemampuan perpindahan kalor semakin besar, maka proses penguapan air juga meningkat.Agar bahan yang dikeringkan tidak sampai rusak, suhu udara harus diatur atau dikontrol terus menerus. Suhu udara dibagi menjadi 2, yaitu : Suhu udara basah dan Suhu udara kering. Suhu udara kering adalah suhu yang ditunjukkan dengan termometer bulb biasa dengan bulb dalam keadaan kering. Satuan untuk suhu ini biasaya dalam
Celcius, Kelvin, Fahrenheit. Seperti yang diketahui bahwa termometer menggunakan prinsip pemuaian zat cair dalam termometer. Jika kita ingin mengukur suhu udara dengan termometer biasa maka terjadi perpindahan kalor dari udara ke bulb termometer. Karena mendapatkan kalor maka zat cair (misalkan: air raksa) yang ada di dalam termometer mengalami pemuaian sehingga tinggi air raksa tersebut naik. Kenaikan ketinggian cairan ini yang di konversikan dengan satuan suhu (celcius, Fahrenheit, dll). Suhu udara basah adalah suhu bola basah. Sesuai dengan namanya “wet bulb”, suhu ini diukur dengan menggunakan termometer yang bulbnya (bagian bawah termometer) dilapisi dengan kain yang telah dibasahi dengan air kemudian dialiri udara yang ingin diukur suhunya. Perpindahan kalor terjadi dari udara ke kain basah tersebut. Kalor dari udara akan digunakan untuk menguapkan air pada kain basah tersebut, setelah itu baru digunakan untuk memuaikan cairan yang ada dalam termometer.
d. 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 udara jenuh udara pada ruangan, yang dapat mengganggu proses pengeringan. Semakin besar laju aliran massa udara panas yang mengalir maka akan semakin besar kemmapuannya menguapkan kadar air dari pakaian, namun berbanding terbalik dengan suhu udra yang semakin menurun. Untuk memperbesar debit aliran udara (Qudara) dapat dengan memperbesar luas
penampang (A) ataupun kecepatan aliran udara. Untuk menghitung debit aliran dapat digunakan Persamaan :
Qudara = A . v , m3/s (2.2) Pada Persamaan
Qudara : Debit aliran udara, m3/s A : Luas penampang,m2 v : Kecepatan udara, m/s
Untuk menghitung laju aliran massa udara pada saluran masuk ruang pengering dapat digunakan Persamaan :
mudara = Qudara . ρudara , kgudara/s (2.3) Pada persamaan
ṁudara : Laju aliran massa udara, kgudara/s Qudara : Debit aliran udara, m3/s
ρudara : Densitas udara, kg/m3
Menentukan kemampuan mengeringkan massa air dapat dihitung dengan Persamaan :
M2 = mudara . Δw . 3600 , kg air/jam (2.4) Pada Persamaan (2.4) :
M2 : Kemampuan mengeringkan massa air, kg/jam mudara : Laju aliran massa udara, kg udara/s
Δw : Massa air yang berhasil diuapkan, kgair/kg udara e. Entalpi
Entalpi menyatakan jumlah energi internal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Entalpi (H) adalah jumlah energi yang dimiliki sistem pada tekanan tetap. Entalpi (H) dirumuskan sebagai jumlah energi yang terkandung dalam sistem (E) dan kerja (W).
f. Volume spesifik
Volume spesifik merupakan volume udara campuran dengan satuan meter kubik per kilogram udara kering, dapat juga dikatakan sebagai meter kubik udara kering atau meter kubik campuran per kilogram udara kering.
Psychrometric chart adalah grafik yang digunakan untuk menentukan properti-properti dari udara pada suatu tekanan tertentu. Skematis Psychrometric chart dapat dilihat pada Gambar 2.8 dimana masing-masing kurva/garis akan menunjukkan nilai properti yang konstan. Untuk mengetahui nilai dari properti-properti (h, RH, W, SpV, Twb, Tdb, dan Tdp) bisa dilakukan apabila minimal dua buah diantara properti tersebut sudah diketahui. Proses-proses yang terjadi pada udara dalam psychrometric chart.
Gambar 2.4 Psychrometric Chart (www.coolerado.com/pdfs/psychrmtrcs)
2.4 POMPA KALOR
Pompa kalor (heat pump) adalah suatu perangkat yang mendistribusikan panas dari media suhu rendah ke suhu tinggi. Pompa kalor merupakan perangkat yang sama dengan mesin pendingin (refrigerator), perbedaannya hanya pada tujuan akhir. Mesin pendingin bertujuan menjaga ruangan pada suhu rendah (dingin) dengan membuang panas dari ruangan. Sedangkan pompa kalor bertujuan menjaga ruangan berada pada suhu yang tinggi (panas).
Pompa kalor memanfaatkan sifat fisik dari penguapan dan pengembunan dari suatu fluida yang disebut dengan refrigerant. Pada aplikasi sistem pemanas, ventilasi dan pendingin ruangan, pompa kalor merujuk pada alat pendinginan kompresi-uap yang mencakup saluran pembalik dan penukar panas sehingga arah aliran panas dapat dibalik. Secara umum, pompa kalor mengambil panas dari udara atau dari permukaan. Beberapa jenis pompa kalor mengambil panas udara tidak bekerja dengan baik setelah temperatur jatuh di bawah -50C (230F).
2.4.1 Siklus Kompresi Uap
Sistem kompresi uap merupakan dasar sistem refrigerasi yang terbanyak di gunakan, dengan komponen utama nya adalah kompresor, evaporator, alat ekspansi (Throttling Device), dan kondensor. Keempat komponen tersebut melakukan proses yang saling berhubungan dan membentuk siklus refrigerasi kompresi uap.
Gambar 2.5 Siklus kompresi uap
Pada diagram P-h, siklus kompresi uap dapat digambarkan pada gambar 2.2 sebagai berikut:
Gambar 2.6 Diagram T-S dan P-h
Proses yang terjadi pada Sikl us Refrigerasi Kompresi Uap adalah sebagai berikut: a. Proses Kompresi (1 – 2)
Proses ini berlangsung di kompresor secara isentropik adiabatik. Kondisi awal refrigeran pada saat mas uk di kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah di kompresi refrigeran menjadi uap bertekanan tinggi. Oleh karena proses ini di anggap isentropik, maka temperatur keluar kompresor pun muningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigeran bisa di hitung dengan rumus :
Gambar 2.7 Proses kerja kompresi
W = m qw = m (h2 – h1) (2.5) (Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara, Dr. Eng. Himsar Amabarita, 2012,hal : 5) Dimana :
qw = besarnya kerja kompresi yang di lakukan (kJ/kg h1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/kg) h2 = entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/kg) ᵐ = laju aliran refrigeran pada sistem (kg/s)
Dalam pengujian besarnya daya kompresor untuk melakukan kerja dapat juga ditentukan dengan rumus:
P = V x I x Cos ⱷ (2.6) Dimana
P = daya listrik kompresor (Watt) V = tegangan listrik (Volt)
I = kuat arus listrik (Ampere) Cos ⱷ = 0,6 – 0,8
b. Proses Kondensasi (2 – 3)
Proses ini berlangsung di kondensor , refrigeran yang bertekanan dan temperatur tinggi keluar dari kompresor membuang kalor sehingga fasanya berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di kondensor terjadi penukaran kalor antara refrigeran dengan udara, sehingga pa nas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin dan akhirnya refrig eran mengembun menjadi cair. Besarnya kalor per satuan massa refrigerant yang di lepaskan di kondensor dinyatakan sebagai:
Gambar 2.8 Proses kerja kondensasi
Qk = m.qk = m (h2 –h1) (2.7) (Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012,hal :5) Dimana :
q = besarnya kalor dile pas di kondensor (kJ/kg) h2 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/kg)
h3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg) c. Proses Ekspansi (3 – 4)
Proses ini berlangsung secara isoentalpi, hal ini berarti tidak terjadi penambahanentalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur. Proses
penurunan tekanan terjadi pada katup eksp ansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice yang berfungsi mengatur laju aliran refrigerant dan menurunkan tekanan.
h3 = h4 (2.8) (Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012, hal :5) Dimana :
h3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/kg) h4 = harga entalpi masuk ke evaporator (kJ/kg) d. Proses Evaporasi (4 – 1)
Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar isotermal. Refrigerant dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan / media yang di dinginkan sehingga wujudnya beruba h menjadi gas bertekanan rendah. Besarnya kalor yang diserap evaporator adalah :
Gambar 2.9 Proses kerja evaporasi
Qev = m.qev = (h1 – h4) (2.9) (Teknik Pendingin & Pengkondisian Udara ,Dr. Eng. Himsar Ambarita, 2012, hal :6)
Selanjutnya refrigeran kembali masuk ke kompresor dan bersirkulasi kembali, begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai.
2.5. PERHITUNGAN TEKNIS
1. Menghitung Temperatur dan laju aliran massa udara pada saluran masuk ruang pengering (ṁudara) tiap variasi. Laju aliran massa udara pada saluran masuk ruang pengering (ṁudara) adalah debit udara (Qudara) dikali densitas udara (ρudara) sebesar 1,2 kg/m Atau Menggunakan Anemometer.
2. Mencari Temperatur dan kelembaban spesifik udara setelah melewati kondensor (wF), dan mencari kelembaban spesifik setelah keluar dari mesin pengering (wH) menggunakan psychrometric chart.
3. Mencari tekanan refigran dan Mencari suhu kerja kondensor dan evaporator dangan menggunakan P – h diagram. Untuk dapat menggunakan P – h diagram, tekanan refrigeran P1 (Sebelum memasuki Kondensor) dan P2 (Setelah keluar kondensor) harus dikonversikan dari satuan Psig ke Mpa.
4. Kinerja dari pompa kalor dinyatakan dalam coefficient of performance (COP), yang didefenisikan sebagai perbandingan antara kalor yang dilepaskan oleh kondensor dengan kerja (energi) yang dibutuhkan untuk menggerakkan kompresor.
= (2.10) Dimana :
Qcd = adalah kalor yang dilepaskan oleh kondensor (kW) Wc = adalah kerja (energi) yang masuk dalam kompresor (kW) Kalor yang dilepaskan oleh kondensor dihitung dengan persamaan:
Qcd = mudCp,ud (Tout,ud – Tin,ud) (2.11) Dimana:
mud = adalah laju aliran massa udara (kg/s) Cp,ud = adalah panas spesifik udara ( )
Tout,ud = adalah suhu rata-rata udara keluar kondensor (K) Tin,ud = adalah suhu rata-rata udara masuk kondensor (K)
Kerja yang masuk ke dalam sistem (kerja kompresor) di hitung dengan persamaan:
Wc = mref (h2 –h1) (2.12) Dimana:
mref = adalah laju aliran massa refrigeran (kg/s)
h1 = diperoleh dari tekanan pada saluran keluar evaporator h2 = diperoleh dari tekanan pada saluran keluar kompresor
Sebuah Sistem kompresi uap dengan memanfaatkan evaporator dan kondensor sekaligus disebut dengan sistem kompresi uap hibrid. Kinerja dari sebuah sistem
kompresi uap hibrid dinyatakan dengan Total Performance (TP) yang menyatakan jumlah beban maksimum pada ruang pendinginan dan ruang pengeringan dibandingkan dengan daya kompresi, yang dirumuskan dengan:
= (2.13) Dimana:
Qev = adalah kalor yang diserap oleh evaporator (kW) Qcd = adalah kalor yang dilepaskan oleh kondensor (kW) Wc = adalah kerja Kompresor (kW)
ℎ ℎ
:
= (ℎ1 – ℎ4) (2.14)
5. Perhitungan efisiensi pengeringan
Perhitungan efisiensi pengeringan dapat dilakukan dengan menggunakan persamaan
= 100% (2.15) Dimana:
Qp = adalah energi yang digunakan untuk pengeringan (kJ) Q = adalah energi untuk memanaskan udara pengering (kJ)
6. ℎ ℎ (∆ ) . Massa
air yang berhasil diuapkan (∆w) adalah kelembaban spesifik setelah keluar dari mesin pengering (wH) dikurangi kelembaban spesifik setelah melewati kondensor (wF) dan Laju pengeringan (drying rate; kg/jam), dihitung dengan menggunakan persamaan :
= (2.16) Dimana :
WO = adalah berat pakaian sebelum pengeringan (kg) WF = adalah berat pakain setelah pengeringan (kg) t = adalah waktu pengeringan (jam)
7. Untuk memudahkan pembahasan, hasil – hasil perhitungan proses pengeringan, maka digambarkan dalam grafik. Pembahasan dilakukan terhadap grafik yang dihasilkan, dengan mengacu pada tujuan penelitian dan hasil penelitian orang lain.
