POTENSI PEMANFAATAN ENERGI BUANGAN KONDENSOR UNTUK PENGERINGAN PAKAIAN
N. Suarnadwipa1), I W. Bandem Adnyana. 2)
1Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, Badung, 80361 Telp/Fax : 0361 703321, E-mail : n.suarnadwipa@unud.ac.id
1Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana, Bukit Jimbaran, Badung, 80361
Abstrak
Kondesor merupakan salah satu komponen dari sistem pengkondisian udara yang berfungsi untuk membuang panas. Ribuan watt energi yang terbuang dari kondensor ke udara lingkungan. Dalam penelitian bertujuan untuk mengetahui potensi energi buangan kondensor yang berpeluang untuk digunakan pada pengering pakaian. Metode penelitian dengan melakukan pengujian tata letak pakaian dan beban pengeringan. Pengambilan data meliputi pengukuran temperatur bola kering dan basah udara masuk dan keluar kondensor, temperatur bola kering dan basah udara keluar ruang pengering, laju udara pengering, masa air yang dilepas ke udara pengering. Analisis meliputi rasio kadar air yang dipindahkan dan konsumsi energi (SMER), konsumsi energi per proses pengeringan dan manfaat ekonomis. Dari hasil penelitian didapat bahwa nilai SMER tertinggi adalah 0,449 kg/kWh terjadi pada susunan staggered dengan beban pengeringan pakaian basah 14,568 kg (40 pcs T-shirt), konsumsi energi rata-rata yang diberikan per proses adalah 11,11 kWh dan manfaat ekonomis penggunaan energi buang kondensor yang diperoleh per proses pengeringan adalah Rp. 9.114 jika dibandingkan dengan penggunaan LPG dan Rp. 16.296 jika dibandingkan dengan penggunaan listrik.
Kata kunci: energi, kondensor, pengering, performansi, ekonomis.
Abstract
The condenser is one of the air conditioning system component that it serves to remove heat. Thousands of watts of energy are wasted from condenser to the air environment. In this study aimed to find out the waste energy potential of condenser to be used in clothes dryer. The method of research by testing the layout of clothes and drying load. Data collection includes measurement of the dry and wet bulb air temperatures entering and leaving the condenser and leaving the drying chamber, the air velocity, the moisture removed to drying air. The analysis includes the moisture removed per unit of energy consumption (SMER), the energy consumption per drying process and economic benefits. From the results of the study it was found that the highest SMER was 0.449 kg / kWh occurring in the staggered arrangement with the drying load of wet clothes 14.568 kg (40 pcs T-shirt), the average energy consumption per process was 11.11 kWh and the economic benefit of the wasted energy usage of the condenser obtained per drying process was Rp. 9,114 when compared with the usage of LPG and Rp. 16,296 when compared with the usage of electricity.
Keywords: energy, condenser, drying, performance, economic
1. PENDAHULUAN
Seiring dengan perjalanan waktu, kebutuhan energipun semakin meningkat dan persediaan energi fosilpun yang semakin terbatas. Berdasarkan issu ini, para peneliti berupaya untuk mencari energi alternatif untuk menjaga keberlangsungan energi. Upaya yang tidak kalah penting adalah melakukan recovery energi terbuang (wasted energi) menjadi energi yang bermanfaat didalam memenuhi kebutuhan energi. Salah satu energi terbuang yang dijumpai adalah pembuangan panas kondensor pada sistem tata udara. Potensi energi terbuang pada sistem pengkondisian udara (AC) adalah 3 sampai 5 kali energi input pada sistem AC. Besarnya laju energi yang terbuang pada sistem AC sama dengan daya input yang diberikan ke sistem ditambah dengan daya pendinginan di evaporator (William C. et al., 1996).
Dengan menjamurnya usaha laundry maka kebutuhan energi yang dibutuhkan semakin meningkat. Sumber energi umumnya yang digunakan adalah energi listrik dan energi bahan bakar gas (LPG). Nilai investasi mesin pengering cukup mahal dan energinya harus dibeli sehingga biaya produksi laundry menjadi mahal. Melihat potensi energi yang dilepas dari kondensor ke lingkungan yang cukup besar, potensi ini sangat berpeluang untuk digunakan menjadi sumber energi pada pengering pakaian. Manfaat lain yang diperoleh adalah secara umum dapat menjaga keberlangsungan energi serta dapat meningkatkan profit bagi para pelaku usaha laundry.
Sehubungan dengan pemanfaatan energi kondensor pada aplikasi pengering pakaian, terdapat beberapa penelitian yang telah dilakukan oleh peneliti sebelumya dengan metode yang berbeda. Penelitian alat mesin pengering pakaian menggunakan air conditioner (AC) dengan siklus udara tertutup (Gordon HTTM. et al., 2017). Penelitian yang memvariasikan jumlah sisi inlet ke ruang pengering yaitu single inlet and multi-inlet (Himsar Ambarita et al., 2016).
Penelitian yang mengunakan sumber energi yang berbeda yaitu pengeringan pakaian alami di luar ruangan, pengeringan pakaian di luar ruangan dan menggunakan panas terbuang kondensor (T.
M. I. Mahlia at al., 2010). Penelitian pengering pakaian menggunakan panas terbuang pada sisten AC menggunakan fan tambahan pada sisi keluaran ruang pengering (P. Suntivarakorn at al., 2019).
Dari penelitian sebelumnya belum ada yang membahas mengenai susunan menempatan pakaian yang dikeringkan pada ruang pengering. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui performansi pengering pakaian menggunakan energi panas buangan kondensor dengan memvariasikan susunan pakaian dan variasi beban pengeringan, serta mengetahui manfaat ekonomis yang dihasilkan dengan menggunakan panas buangan kondensor dan mengkorvesikannya dengan penggunaan bahan bakar LPG dan penggunaan listrik.
2. METODE PENELITIAN
Alat yang digunakan dalam penelitian meliputi: timbangan digital, termokopel, stopwatch, inclined manometer, unit AC split, alat pengering pakaian. Bahan yang dikeringkan adalah baju kaos (T-shirt). Spesifikasi unit AC yang digunakan adalah tipe split, merk LG, power input 1.150 Watt, cooling load 12.000 btu/h, dan refrigearan R-22. Spesifikasi alat pengering, tipe indirect-cabinet, kapasitas 40 pcs T-shirt, dimendi panjang xlebarxtinggi 2m x 1m x1,3 m, insulasi galsswall-aluminiumfoil. Alat dan bahan ditunjukkan pada gambar 1. Variabel bebas dalam penelitian ini adalah susunan penempatan pakaian dan beban pengeringan. Susunan penempatan pakaian meliputi susunan sebaris (aligned) dan susunan selang-seling (staggered).
Beban pengeringan meliputi 40 pcs T-shirt (14,568 gram pakaian basah), 30 pcs T-shirt (10.876 gram pakaian basah), 20 pcs T-shirt (7.209 gram pakaian basah), dan 10 pcs T-shirt (3.596 gram pakaian basah).
Gambar 1. Alat dan Bahan
Variabel terikatnya adalah performansi sistem pengering yang meliputi: kapasitas pengeringan dan energi konsumsi, rasio kadar air dan energi konsumsi spsesifik (SMER), dan manfaat ekonomi. Skematik rancangan eksperimen pengering pakaian ditunjukkan pada gambar 2.
Parameter yang diukur meliputi pengukuran temperatur bola kering dan temperatur bola basah udara masuk kondensor, temperatur bola kering dan temperatur bola basah udara masuk ruang pengering, temperatur bola kering dan temperatur bola basah udara keluar ruang pengering, kecepatan udara pengering dalam ruang pengering, masa pakaian basah sebelum proses dan masa pakaian sesudah proses dan pencatatan waktu pengeringan yang dicapai.
Gambar 2. Skematik Rancangan Eksperimen
Prosedur penelitian meliputi persiapan alat dan bahan, timbang dan catat massa awal pakaian basah yang sudah dibilas/dispin sebagai beban awal sistem pengering, mulai dari 14.568 gram, gantungkan pakaian basah sesuai susunan aligned ruang pengering, hidupkan sistem AC, catat temperatur bola kering udara masuk dan keluar kondensor, catat temperatur bola kering udara keluar ruang pengering, catat pengurangan massa pakaian setiap 10 menit, catat laju udara pengering, catat waktu pengeringan, pengambilan data dihentikan sampai tidak terjadi penurunan massa. Ulangi langkah diatas untuk beban pengeringan 10.876 gram, 7.209 gram dan 3.956 gram.
Ulangi langkah diatas untuk susunan staggered untuk beban 14.568 gram.
Pengolahan data pengukuran dapat dituliskan dalam beberapa persamaan dibawah ini yang digunakan untuk menentukan performansi sistem pengering.
Kapasitas pengeringan (mp) merupakan jumlah kandungan air yang dipindahkan pada proses pengeringan ditentukan dengan persamaan:
(kg) (1) m0 = massa awal pakaian (kg)
mt = massa akhir selang waktu t (kg)
Laju aliran massa udara ( ) yang melalui ruang pengering ditentukan dengan persamaan (Robert W. Fox, et all, 1973):
(kg/s) (2)
A = luas penampang saluran udara (m2).
V= kecepatan udara dalam saluran (m/s) massa jenis udara (kg/m3)
Laju energi buangan kondensor atau laju energi konsumsi ( ) yang merupakan energi terbuang persatuan waktu pada kondensor yang dimanfaatkan menjadi sumber energi pada sistem pengering pakaian ditentukan dengan persamaan :
(kW) (3)
Cp,u =kalor spesifik udara (kJ/kgK)
Tdb,out = temperatur bola kering udara keluar kondensor (oC) Tdb,in = temperatur bola kering udara masuk kondensor (oC)
Energi konsumsi (Econs) merupakan jumlah energi yang dibutuhkan yang digunakan memindahkan sejumlah kandungan air pada pakaian ditentukan dengan persamaan:
(kWh) (4)
tp = waktu pengeringan, jam (h)
(T. M. I. Mahlia, et all, 2010) Rasio kadar air yang dipindahkan dan energi konsumsi (SMER) yang menunjukkan parameter performansi dari pengeringan ditentukan dengan persamaan berikut ini:
(kg/kWh) (5)
Biaya energi konsumsi per prsoses pengeringan menggunakan bahan bakar LPG ditentukan dengan persamaan:
(6)
Econs = konsumsi energi (kWh) LHV=nilai kalor bawah LPG (kJ/kg) HLPG= harga LPG per kg (Rp/kg)
Biaya energi konsumsi listrik per proses pengeringan ditentukan dengan persamaan:
(7) TDL= tarif dasar listrik (Rp/kWh)
3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Performansi sistem pengering pakaian dengan memanfaatkan energi buangan kondensor pada AC yang meliputi kapasitas pengeringan, energi konsumsi yang dibutuhkan dalam proses pengeringan dan nilai rasio kandungan air yang dipindahkan terhadap energi konsumi yang dibutuhkan yang didapat dari pengolahan data eksperimen dapat ditabelkan seperti pada tabel 1.
Manfaat ekonomi dari penggunaan energi buangan kondensor yang dibandingkan dengan konversi penggunaan bahan bakar LPG dan konversi penggunaan listrik dalam satu proses pengeringan ditunjukkan pada tabel 2.
Tabel 1. Performansi Pengeringan Pakaian
Susunan Beban mP Econs SMER
Pakaian Pengeringan (gr) (kWh) (kg/kWh) (gr)
Aligned 14.568 4.843 11,17 0.434
Aligned 10.876 3.656 11,15 0.328
Aligned 7.209 2.698 11,15 0.242
Aligned 3.598 2.288 11,16 0.205
Staggered 14.568 4.992 11,12 0.449
Tabel 2. Konversi Biaya Pengeringan per Proses (40 pcs T-shirt, waktu pengeringan 150 menit) Sumber Energi Pengeringan Biaya Pengeringan per Proses
(Rp) Energi Buangan Kondensor AC Rp. 0
Energi Bahan Bakar LPG Rp. 9.114
Energi Listrik Rp. 16.296
Gambar 3 menujukkakan bahwa kapasitas pengeringan atau kemampuan memindahkan kadar air pakaian pada susunan staggered lebih tinggi 3% dari susunan aligned. Hal ini disebabkan pada susunan staggered perpindahan panas konveksinya lebih baik karena kontak udara pengering dengan permukaan pakaian lebih maksimal dibandingkan susunan aligned. Kapasitas pengeringan berbanding lurus dengan beban pengeringan. Kapasitas pengeringan atau jumlah kandungan air yang dapat dipindahkan maksimum pada terjadi pada susunan staggered dengan beban awal 14.568 gram dalam waktu 150 menit adalah 4.998 gram.
Gambar 3. Kapasitas Pengeringan
Energi buangan kondensor dimanfaatkan menjadi energi konsumsi pengeringan. Nilai energi ini sangat tergantung pada sistem AC. Beban pendinginan pada sistem AC mempengaruhi pembuangan energi kondensor. Tetapi dalam hal ini energi kondensor tidak dibuang lagi ke udara lingkungan tetapi dimanfaatkan sebagai energi konsumsi sistem pengeringan pakaian. Energi yang dilepas pada kondensor adalah maksimal dikarenakan oleh pengoperasian evaporator pada ruang terbuka sehingga beban pendingin terjadi maksimal. Seiring dengan hal tersebut energi yang dilepas kondensor atau yang dimanfaatkan ke sistem pengering terjadi secara maksimal.
Laju panas yang dilepas kondensor relative sama untuk variasi susunan pakaian dan beban pengeringan. Energi konsumsi tergantung pada capaian waktu pengeringan. Pada gambar 4 menunjukkan bahwa pada waktu pengeringan yang sama maka jumlah energi buangan rata-rata kondensor atau energi konsumsinya relative tetap pada variasi susunan pakaian dan variasi beban pengeringan.
Gambar 4. Laju Energi Buangan Kondensor Rata-rata
Gambar 5 menunjukkan hubungan rasio kapasitas pengeringan dan energi konsumsi yang dibutuhkan dalam pengeringan pakaian. Untuk beban yang sama susunan penempatan pakaian sedikit berbeda. Performansi tertinggi terjadi pada susunan staggered yaitu 0,449kg/kWh. Ini memiliki arti bahwa untuk melepas kandungan air pada pakaian sejumlah 0,449 kg membutuhkan energi konsumsi sebesar 1kWh. Makin besar nilai SMER menunjukkan bahwa performansi pengering semakin baik.
Gambar 5. Nilai SMER pada Variasi Susunan dan Beban Pengeringan
Pada gambar 6. menunjukkan beberapa konversi energi yang digunakan untuk pengering pakaian 40 pcs baju kaos dengan massa basah 14.568 gr dengan waktu pengeringan 150 menit. Jumlah akumulasi konsumsi energi rata-rata dalam satu operasi adalah 1.11 kWh yang diberikan dari energi buangan kondensor. Contoh konversi energi yang digunakan sebagai sumber energi input dalam pengeringan adalah menggunakan bahan bakar gas (LPG) dan listrik. Nilai kalor bawah (LHV) LPG adalah 46.607 kJ/kg (GREET, 2010). Untuk menghasilkan 11,11 kWh dibutuhkan massa LPG 0,858 kg. Harga LPG per kg Rp 10.625 (Pertamina, 2016), jadi biaya konversi menggunakan LPG adalah Rp. 9.114. Nilai TDL (tarif dasar listrik) untuk gol R-2/TR per kWh adalah Rp 1.467,28 (PLN, 2010). Maka nilai konversi energi pemakaian listrik adalah 11,11 kWh x Rp. 1.467,28 = Rp.16.296. Sedangkan dengan menggunakan energi buangan kondensor biaya per kWh adalah Rp. 0. Jadi biaya konsumsi energi menggunakan energi buangan kondensor adalah tanpa biaya. Penghematan biaya pengeringan yang diperoleh per operasi dengan kapasitas 40 baju kaos adalah Rp. 9.114 jika dikonversi dengan pemakaian LPG dan Rp.16.296 jika dikonversi menggunakan energi listrik
.
Gambar 6. Perbandingan Biaya Energi Konsumsi
4. KESIMPULAN
Dari hasil penelitian didapat bahwa nilai SMER tertinggi adalah 0,449 kg/kWh terjadi pada susunan staggered dengan beban pengeringan maksimum yaitu dengan pakaian basah 14,568 kg (40 pcs T-shirt), konsumsi energi rata-rata yang diberikan per proses adalah 11,11 kWh dan manfaat ekonomis penggunaan energi buang kondensor yang diperoleh per proses pengeringan adalah Rp. 9.114 jika dikonversi dengan penggunaan LPG dan Rp.16.296 jika dikonversi dengan penggunaan listrik.
Ucapan Terimakasih
Ucapan terima kasih kepada Direktorat Penelitian dan Pengabdian kepada Masyarakat, Direktorat Jendral Pendidikan Tinggi, Kementerian Riset, Teknologi dan Perguruan Tinggi yang telah mendanai penelitian dan kepada LPPM Universitas Udayana yang telah memfasilitasi pelaksanaan penelitian.
5. DAFTAR PUSTAKA
Cp. Arora (1996) ‘Refrigeration and Air Conditionning’, 2nd Edition, Tata McGrraw Hill Publishing Company Limited, Newdelhi.
Gordon HTTM, Azridjal Aziz1 dan Rahmat Iman Mainil1 (2017) ’Karakteristik Pengujian pada Mesin Pengering Pakaian menggunakan Air Conditioner (ac) ½ pk dengan Siklus Udara Tertutup’, Jurnal Sains dan Teknologi, 16 (1), Maret 2017, pp. 24-30.
GREET (2010) ’The Greenhouse Gases, Regulated Emissions, and Energy Use In Transportation Model’, GREET 1.8d.1, developed by Argonne National Laboratory, Argonne, IL, released, August 26, 2010. http://greet.es.anl.gov/, [Diakses pada 31 Oktober].
Himsar Ambarita, Abdul Halim Nasution a, Nelson M.Siahaan, Hideki Kawai (2016)
‘Performance of a clothes drying cabinet by utilizing waste heat from a split-type residential air conditioner’, Journal- Case Studies in Thermal Engineering 8, pp. 05–114.
Incropera, Frank P, David D. Hewitt (1996) ’Fundamentals of Heat and Mass Transfer’, Fourth edition, John Willey & Sons, New York.
Pertamnina (2016) ‘Harga Elpiji 12kg Ditingkat Agen tmt 05 Januari 2016’, Tersedia pada:
http://www.pertamina.com/news-room/info-pertamina/pengumuman/, [Diunduh pada: 31 Oktober 2017].
PLN‘Tarif Dasar Listrik PLN’ http://listrik.org/pln/’, [Diakses pada: 31 Oktober 2017].
P. Suntivarakorn, S. Satmarong, C. Benjapiyaporn, and S. Theerakulpisut (2009) ‘An Experimental Study on Clothes Drying Using Waste Heat from Split Type Air Conditioner, World Academy of Science, Engineering and Technology, International Journal of Mechanical and Mechatronics Engineering , 5(3).
Robert W. Fox, Alan T. McDonald (1973) ’Introduction to Fluid Mechanics’, 2nd edition, John Wiley &Son.
T. M. I. Mahlia∗, C. G. Hor, and H. H. Masjuki , M. Husnawan , M. Varman , and S. Mekhilef, Clothes Drying from Room Air Conditioning Waste Heat: Thermodynamics Investigation’, Arabian Journal for Science and Engineering, April 2010.
William C. Reynolds, Henry C, Perkins, Filino Harahap (1996) ’Termodinamika Teknik’, Erlangga.
W.F. Stoecker (1958) ‘Refrigeration and Air Conditioning’, McGraw-Hill.
