BAB II TINJAUAN PUSTAKA

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Proses Pengeringan Pengeringan adalah proses perpindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dari permukaan bahan yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa panas. Proses pengeringan berlaku apabila bahan yang dikeringankan kehilangan sebahagian atau keseluruhan air yang dikandungnya. Proses utama yang terjadi pada proses pengeringan adalah penguapan. Penguapan terjadi apabila air yang dikandung oleh suatu bahan teruap, yaitu apabila panas diberikan kepada bahan tersebut. Prinsip pengeringan biasanya akan melibatkan dua kejadian yaitu panas yang diberikan pada bahan dan air harus dikeluarkan dari bahan. Dua fenomena ini menyangkut pindah panas ke dalam dan pindah massa ke luar. Yang dimaksud dengan pindah panas adalah peristiwa perpindahan energi dari udara ke dalam bahan yang dapat menyebabkan berpindahnya sejumlah massa (kandungan air) karena gaya dorong untuk keluar dari bahan (pindah massa). Dalam pengeringan umumnya diinginkan kecepatan pengeringan yang maksimum, oleh karena itu diusahakan untuk mempercepat pindah panas dan pindah massa. Perpindahan panas dalam proses pengeringan dapat terjadi melalui dua cara yaitu pengeringan langsung dan pengeringan tidak langsung. Pengeringan langsung yaitu sumber panas berhubungan dengan bahan yang dikeringkan, sedangkan pengeringan tidak langsung yaitu panas dari sumber panas dilewatkan melalui permukaan benda padat (conventer) dan conventer tersebut yang berhubungan dengan bahan. Setelah panas sampai ke bahan maka air dari sel-sel bahan akan bergerak ke permukaan bahan kemudian keluar. Teknologi pengelolahan limbah pertanian dan agro industry menjadi pakan lengkap dengan metode processing yang terdiri dari pencacahan ( chopper) untuk merubah parikel dan testur bahan agar komsumsi ternak lebih efisien, perlakuan pengeringan (drying) dengan panas matahari atau alat pengeringan untuk menurunkan kadar air bahan , proses pencampuran (mixing)

Universitas Sumatera Utara

dengan menggunakan alat pencampur (mixer) dan perlakuan penggilingan dengan alat giling (hummer mill) dan terkhir proses pengemasan (Wahyono dan Hardianto 2004) Table :2.1 kandungan gizi pelepah daun kelapa sawit N0

Zat nutrisi

Kandungan

1

Bahan kering

26,07a

2

Protein kasar

5,02b

3

Lemak kasar

1,07a

4

BETN

39,82a

5

TDN

45,00a

6

Ca

0,96a

7

P

0,08a

8

Energi (MCal/ME)

56,00c

9

Serat kasar

50,94a

Sumber : a) Wartat penelitian dan pengembangan pertanian (2003) b) Laboratorium Ilmu Makanan Ternak Depertemen Perternakan FP USU (2003) c) Balai Penelitian Bioteknologi tanaman pangan Bogor (2000)

2.2 Pengeringan Buatan Pengeringan dengan menggunakan alat pengering dimana, suhu, kelembapan udara, kecepatan udara dan waktu dapat diatur dan di awasi. Keuntungan Pengering Buatan:  Tidak tergantung cuaca  Kapasitas pengeringan dapat dipilih sesuai dengan yang diperlukan


 Tidak memerlukan tempat yang luas  Kondisi pengeringan dapat dikontrol  Pekerjaan lebih mudah. 2.2.1

Jenis - Jenis Pengeringan Buatan Berdasarkan media panasnya,

 Pengeringan adiabatis ; pengeringan dimana panas dibawa ke alat pengering oleh udara panas, fungsi udara memberi panas dan membawa air.  Pengeringan isotermik; bahan yang dikeringkan berhubungan langsung dengan alat atau plat logam yang panas. 2.2.2

Proses pengeringan:

 Proses pengeringan diperoleh dengan cara penguapan air  Dengan cara menurunkan RH dengan mengalirkan udara panas disekeliling bahan  Proses perpindahan panas; proses pemanasan dan terjadi panas sensible dari medium pemanas ke bahan, dari permukaan bahan kepusat bahan.  Proses perpindahan massa ; proses pengeringan (penguapan), terjadi panas laten, dari permukaan bahan ke udara  Panas sensible ; panas yang dibutuhkan /dilepaskan untuk menaikkan /menurunkan suhu suatu benda  Panas laten ; panas yang diperlukan untuk mengubah wujud zat dari padat kecair, cair ke gas, dan seterusnya, tanpa mengubah suhu benda tersebut. 2.2.3

Faktor faktor yang mempengaruhi pengeringan. Pada pengeringan selalu di inginkan kecepatan pengeringan yang

maksimal. Oleh karena itu perlu dilakukan usaha- usaha untuk memercepat pindah panas dan pindah massa (pindah massa dalam hal ini adalah perpindahan air keluar dari bahan yang dikeringkan dalam proses pengeringan tersebut). Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan pengeringan maksimum, yaitu : (a)

Luas permukaan

(b)

Suhu

(c)

Kecepatan udara


(d)

Kelembaban udara

(e)

Waktu.

Dalam proses pengeringan ini faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan pengeringan maksimum adalah :  Suhu Semakin besar perbedaan suhu (antara medium pemanas dengan bahan bahan) maka akan semakin cepat proses pindah panas berlangsung sehingga mengakibatkan proses penguapan semakin cepat pula. Atau semakin tinggi suhu udara pengeringan maka akan semakin besar anergi panas yang dibawa ke udara yang akan menyebabkan proses pindahan panas semakin cepat sehingga pindah massa akan berlangsung juga dengan cepat.  Kecepatan udara Umumnya udara yang bergerak akan lebih banyak mengambil uap air dari permukaan bahan yang dikeringkan. Udara yang bergerak adalah udara yang mempunyai kecepatan gerak yang tinggi yang berguna untuk mengambil uap air dan menghilangkan uapa air dari permukaan bahan yang dikeringkan, sehingga dapat mencegah terjadinya udara jenuh yang dapat memperlambat penghilangan air.  Kelembaban Udara (RH) Semakin lembab udara di dalam ruang pengering dan sekitarnya maka akan semakin lama proses pengeringan berlangsung kering, begitu juga sebaliknya. Karena udara kering dapat mengabsorbsi dan menahan uap air. Setiap bahan mempunyai keseimbangan kelembaban (RH keseimbangan) masing- masing, yaitu kelembapan pada suhu tertentu dimana bahan tidak akan kehilangan air (pindah) ke atmosfir atau tidak akan mengambil uap air dari atmosfir. Jika RH udara < RH keseimbangan maka bahan masih dapat dikeringkan Jika RH udara > RH keseimbangan maka bahan malahan akan menarik uap air dari udara.


 Waktu Semakin lama waktu (batas tertentu) pengeringan maka akan semakin cepat proses pengeringan selesai. Dalam pengeringan diterapkan konsep HTST (High Temperature Short Time), short time dapat menekan biaya pengeringan.

2.3.Pisikometrik Pisikometrik adalah salah satu sub bidang enginering yang khusus mempelajari sifat-sifat thermofisik campuran udara dan uap air untuk selanjutnya akan disebut “udara”.Pada psikometrik udara “ hanya dibedakan atas udara kering dan uap air. Meskipun udara kering masih dapat dibedakan lagi menjadi komponen gas yang terdiri dari Nitrogen,Oksigen, Karbon dioksida dan yang lainnya, tetapi pada pisikometrik semuanya diperlakukan sebagai satu unit udara kering. Ada dua cara yang dapat digunakan untuk mendapatkan sifat-sifat thermodinamik udara, yaitu dengan menggunakan persamaan-persamaan dan dengan mengunakan grafik yang menggambarkan sifat-sifat thermodinamik udara, yang biasa disebut pysikometric chart .Dengan menggunakan grafik ini, proses-proses seperti pendinginan udara, dehumidification,dan perlakuan udara kering dapat dijelaskan dengan lebih muda. Parameter-parameter dan istilah yang digunakan untuk menggambarkan sifat-sifat thermodinamik udara antara lain : Humidity ratio, relatif humidity,dry-bulb dan wet-bulb,termperatur,dwe-point temperatur,sensibel end laten heat,desity,moist volume,dan entalpi. Sebelum melakukan perhitungan dan penentuan pada grafik psikometrik beberapa parameter atau sifat udara yang harus diketahui. (sumber : Dr.Eng. Himsar Ambarita,Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara hal : 55) 2.3.1. Rasio humiditas (hummidity ratio)


Karena udara adalah gabungan udara kering dan uap air yang terkandung pada udara, maka humidity ratio adalah perbandingan masah uap air (mw) dan massa udara (ma) yang dirumuskan: w=

𝑚𝑚 𝑤𝑤

𝑚𝑚 𝑎𝑎

……………………………………………………….…….(2.1)

Satuan dari parameter ini adalah kg uap air/kg udara atau gram uap air/kg

udara. Dengan menggunakan persamaan gas ideal dan hukum Dalton, yang merumuskan hubungan antara kandungan gas dengan tekanan persial gas, maka rasio humiditas juga dinyatakan dengan : 𝑤𝑤 = 0,62198

𝑝𝑝𝑤𝑤

𝑝𝑝𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎

− 𝑝𝑝𝑤𝑤

… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (2.2)

Dimana pw adalah tekanan persial uap air dan patm adalah tekanan atmosfer. Persamaan (2) menunjukan bahwa hanya dengan mengetahui tekanan persial uap air pada temperatur tertentu, kita dapat menentukan kandungan uap air di udara.

2.3.2. Humiditas Relatif ( relatif humidity, atau RH) Parameter ini adalah perbandingan fraksi mol uap air pada udara tersebut mengalami saturasi. Berdasarkan devinisi ini, persamaan yang digunakan untuk menghitung RH adalah: 𝑅𝑅𝑅𝑅 =

𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . (2.3) 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢𝑢 ,𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠

Sebagai catatan, pada saat saturasi fraksi mol uap air yang terkandung

didalam udara adalah fraksi mol maksimum. Setelah itu uap air akan mulai mengembun, atau berubah fasa menjadi cair. Berdasarkan fakta ini, pada saat terjadi saturasi, nilai relative hummidity adalah 100% jadi diingat saat terjadi saturasi RH=100% Dengan mengurangi devenisi fraksi mol dan persamaan gas ideal,RH dapat didefenisikan sebagai berikut : 𝑅𝑅𝑅𝑅 =

𝑃𝑃𝑤𝑤 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … … (2.4) 𝑃𝑃𝑤𝑤𝑤𝑤

Pws adalah tekanan uap saat terjadi saturasi dan merupakan fungsi dari temperatur. Persamaan yang disusul ASHER dapat digunakan untuk menghitung

Pws (Pa):


Ln(pws) = C1/T+C2+C3T +C4T2+C5T3+C6lnT…………………………………………….……(2.5) Dimana T adalah temperatur mutlak dalam K. Konstanta C1 sampai dengan C6 adalah sebagai berikut: C1 = - 5,8002206 x 103

C4 = 4,1764768 x10-5

C2 = 1,3914993 x

C5 = -1,4452093 x 10-8

C3 = - 4,8640239 x10-2

C6 = 6,5459673

2.3.3

Temperatur Bola Kering dan Bola Basah (dry bulb and wet bulb temperatures) Temperatur bola kering (dry bulb temperature) adalah temperatur udara

yang ditunjukkan oleh alat ukur atau termometer. Temperatur bola basah,Twb (wet bulb temperature) adalah suatu parameter yang sulit untuk didefinisikan.Parameter ini adalah parameter fiktif yang digunakan untuk mendefinisikan sifat udara.Untuk mendefinisikan Twb akan digunakan ilustrasi pada gambar 1.

Gambar 2.1 Ilustrasi Temperatur bola kering dan bola basah


Misalkan pada suatu ruangan yang tertutup rapat atau adiabatik, terdapat air dan udara yang mempunyai temperatur bola kering Tdb.Setelah beberapa lama, air akan menguap sebagian dan bercampur dengan udara, udara mengalami humidifikasi, dan terjadilah kondisi setimbang atau jenuh. Karena ruangan tersebut bersifat adiabatik, sementara peroses penguapan dari cair menjadi fasa uap pasti menyerap energi berupa panas, maka panas ini pasti berasal dari udara diruangan tersebut.Oleh karena itu, temperatur awal udara akan turun akibat naiknya kandungan uap airnya.Temperatur inilah yang di definisikan menjadi temperatur bola basah. Berdasarkan kesetimbangan energi, Twb dapat dihitung dengan persamaan : (sumber : Dr.Eng. Himsar Ambarita,Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara hal : 56)

𝑇𝑇𝑤𝑤𝑤𝑤 = 𝑇𝑇𝑑𝑑𝑑𝑑 −

Dimana :

(𝑤𝑤 , − 𝑤𝑤0 )ℎ𝑓𝑓𝑓𝑓 … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … .2.17 𝑐𝑐𝑝𝑝𝑝𝑝

hfg = panas penguapan air pada temperatur bola basah cpa = panas jenis udara

2.3.4

Panas Jenis Udara Pada Tekanan Konstan ,cp

Panas jenis udara atau gas ada dua yaitu panas jenis pada volume konstan dan panas jenis pada tekanan konstan. Pada psikometrik, hanya panas jenis pada tekanan konstan yang digunakan. Panas jenis udara pada tekanan konstan adalah penjumlahan panas jenis udara kering dan panas jenis uap air yang dikandung udara tersebut. cp = cda + wcps ....................................................................................................(2.6) dimana ;


cda = panas jenis udara kering cps = panas jenis uap air 2.4 Volume Spesifik Udara, Moist Volume (v) dan Rapat Masa (density) Volume 1 kg udara akan disebut volume spesifik atau v. Dapat dirumuskan v = V/m(m3/kg).Dengan mengingat definisi bahwa udara adalah campuran udara kering dengan uap air, dan dengan menggunakan persamaan gas ideal, maka v dapat dirumuskan menjadi 𝑣𝑣 =

𝑅𝑅𝑅𝑅(1 + 1,6078𝑤𝑤) 287,055 𝑇𝑇 (1 + 1,6078𝑤𝑤) = … … … … … … … … … … … … … (2.7) 𝑝𝑝 𝑝𝑝

Dimana :

T = suhu udara dalam K P = tekanan dalam Pa Sementara density adalah kebalikan dari v. 𝜌𝜌 =

2.4.1

𝑀𝑀 1 = … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … … . (2.8) 𝑉𝑉 𝑣𝑣

Temperatur Dew Point (Temperatur titik embun)

Adalah temperatur udara saat terjadi kondensasi.Misalkan udara yang mempunyai temperatur awal T dan rasio kelembaban w diturunkan suhunya secara perlahan-lahan. Temperatur udara saat mulai terbentuk embun disebut temperatur dew poin.Hubungan antara temperatur udara dan temperatur dew point dirumuskan sebagai berikut : 𝑇𝑇𝑑𝑑 =

4030(𝑇𝑇 + 235) − 235 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (2.9) 4030 − (𝑇𝑇 + 235) ln( 𝑅𝑅𝑅𝑅)

Semua temperatur dalam Celsius. 2.4.2

Entalpi Udara

Entalpi udara adalah kandungan energi total yang dimiliki oleh udara.Didalam thermodinamika suatu materi harus dihitung menggunakan nilai acuan


(referensi).Dengan menggunakan acuan saat udara pada 0˚C, entalpi udara dalam (kj/kg) dihitung dengan persamaan: ha = 1,006T + w(2501 + 1,805T)......................................................................(2.10) Dimana T adalah temperatur dalam celsius. 2.4.3

Panas Sensibel dan Panas Laten Panas sensibel adalah energi yang diberikan atau diterima suatu materi

yang membuat temperaturnya berubah. Sementara panas laten adalah panas yang diberikan atau diterima suatu materi yang membuat fasanya berubah. Contoh ,jika kita memanaskan air pada tekanan atmosfer mulai dari 0 sampai 100˚C ,maka panas yang diterima air itu adalah panas sensibel. Jika setelah 100˚C air tersebut masih kita panasi, maka suhunya tetap 100˚C (tidak naik), tetapi fasanya akan berubah menjadi uap.Panas yang diterima air saat itu disebut panas laten .Untuk materi yang homogen proses pelepasan atau penerimaan panas sensibel dan panas laten dapat dibedakan dengan jelas. Panas sensibel saat suhunya berubah dan fasanya tetap, tetapi panas laten saat fasanya berubah dan suhunya tetap. Pada udara, bagian udara kering hanya akan memiliki panas sensibel ,karena tidak akan terjadi perubahan fasa. Bagian uap air akan memiliki panas sensibel untuk mengubah temperaturnya dan sekaligus panas laten karena perubahan fasa.Persamaan entalpi pada persamaan 2.11 dapat diubah bentuknya menjadi: ha= (1,006T + 1,805w)T +2501w)..................................................................(.2.11) Dua bagian pertama persamaan ini adalah panas sensibel dan bagian akhir adalah panas laten. 2.4.4

Grafik Psikometrik Untuk memudahkan analisis ,maka sebagian besar parameter-parameter

yang disebutkan tadi akan ditampilkan dalam bentuk gerafik sifat termodinamik udara yang selanjutnya disebut grafik Psikometrik.


Ada tujuh sifat ( atau kelompok sifat) thermodinamik atau thermofisik udara yang ditampilkan pada grafik psikometrik, yaitu :(1) entalpi, (2) RH, (3) Twb , (4) tekanan atmosfer, (5) tekanan dan temperatur saturasi,(6) densitiy dan volume spesifik dan (7) humidity rasio,pw dan Td. Sebagai catatan garis entalpi dan garis Tw pada grafik psikometri mempunyai kemiringan yang hampir sama dan sangat sulit dibedakan .Oleh karena itu, kedua garis ini akan kelihatan berhimpit.Posisi ketujuh sifat ini ditampilkan pada gambar dibawah. (sumber : Dr.Eng. Himsar Ambarita,Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara hal : 57)

Gambar 2.2 : Garis – garis dan informasi yang dijumpai pada grafik psikometrik Kondisi udara pada suatu ruangan dapat ditempatkan pada grafik ini.Jika kita memperlakukan (mengkondisikan) udara tersebut, misalnya memanaskannya, mendinginkannya,mengurangi kelembabannya ,dapat juga dijelaskan menggunakan grafik psikometri ini. 2.5. Proses Perlakuan Udara Pada Psikometrik 2.5.1.Memanaskan udara


Memenaskan udara adalah menambah temperatur udara.Secara alami, proses pemanasan ini tidak mengakibatkan perubahan kandungan uap air didalam udara.Proses pengeringan hannya memanfaatkan panas sensibel kerena tidak ada perubahan fasa 2.5.2 Pendinginan Udara Secara alami proses pendinginan udara dapat mengurangi kandungan uap air yang yang terdapat diudara. Tetapi ada temperatur batas mulai terjadinya pengembunan uap air. Temperatur ini dikenal dengan temperatur saturasi. Jika udara didinginkan sampai temperaturnya dibawah temperatur saturasinya,maka akan terjadi perubahan fasa dari uap menjadi cairan.Proses ini ditampilkan pada gambar dibawah.

Gambar : 2.3 Proses pendinginan udara sampai terjadi kondensasi uap air Dengan bantuan blower udara dilewatkan melalui permukaan koil pendingin.Didalam koil pendingin mengalir refrigan/ medium pendingin yang berasal dari evaporator.Evaporator disini adalah salah satu komponen dari suatu unit pendingin, siklus kompresi uap. Karena temperatur udara setelah didinginkan berada dibawah temperatur saturasi, maka selama pendinginan akan terbentuk cairan. (sumber : Dr.Eng. Himsar Ambarita,Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara hal : 59) Persamaan-persamaan yang berlaku pada proses ini adalah sebagai berikut:


Kesetimbangan energi: energi udara yang masuk = energi udar keluar + yang terbawa air + yang diserap evaporator: mah1= mah2 + mwhw(2) +qe.................................................................................(2.12) Kesetimbangan masa air ; maw1 = maw2 + mw Dimana ma adalah masa aliran udara ,mw masa air yang terbentuk, entalpinya dihitung pada temperatur T2.

2.5.3.Pencampuran Adiabatik

Pada sistem pengkondisian udara (dengan pendinginan), ruangan yang dikondisikan biasanya tertutup atau sebisa mungkin tidak terbuka terhadap udara luar. Dan untuk kebutuhan udara segar, udara luar biasanya sengaja ditambahkan kedalam ruangan .Udara yang sengaja ditambahkan ini disebut dengan istilah ventilasi udara. Besarnya laju aliran udara ventilasi ini disesuaikan dengan kebutuhan penghuni ruangan.

Sebelum udara ventilasi dialirkan kedalam evaporator (untuk didinginkan) biasanya udara ini dicampur dahulu dengan udara didalam ruangan. Karena pencampuran ini tidak melibatkan aliran energi masuk/keluar, maka istilahnya disebut pencampuran adiabatik. Proses pencampuran adiabatik ditampilkan pada gambar dibawah. (sumber : Dr.Eng. Himsar Ambarita,Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara hal : 60)


Gambar 2.4 Proses pencampuran udara secara adiabatik Persamaan –persamaan yang dapat digunakan pada analisis pencampuran udara secara adiabatik ini adalah penjabaran hukum kekekalan masa dan hukum kekekalan energi. m0h0 + mbhb = mchc...........................................................................................(2.13) kekekalan masa udara m0 + mb = mc....................................................................................................(2.14) kekekalan masa uap air m0w0 +mbwb = mcwc.........................................................................................(2.15)

2.5.4. Menambah Kelembaban (Humidifier)


Pada suatu ruangan yang dikondisikan, adakalanya kandungan uap airnya terlalu rendah dan perlu menambahkan uap air.Proses penambahan uap air pada udara diilustrasikan pada gambar dibawah.

Gambar 2.5 Proses penambahan uap air pada udara Persamaan persamaan yang dapat digunakan untuk analisis adalah penerapan hukum kekekalan masa dan hukum kekekalan energi. Kekekalan energi: mah1 + mwhw = mah2 kekekalan masa air : maw1 +mw = mww2 dimana ma adalah aliran massa udara ,mw massa air/uap yang dimasukkan

2.5.5.Mengurangi Kelembapan (Dehumidifier) Arti dari mengurangi kelembaban adalah mengurangi kelembaban adalah mengurangi kadar uap air yang ada di udara. Ada dua cara yang dapat digunakan untuk mengurangi kadar uap air ini .Pertama adalah dengan mendinginkan udara


sampai temperatur dibawah temperatur saturasi sehingga sebagian uap air akan mengembun. Kedua dengan menggunakan desiccant, yaitu suatu zat hisgroskopik yang dapat menyerap sabagian uap air dari udara secara adiabatik.Contoh desiccant yang umum digunakan adalah silica gel. Zat ini sering dijumpai dalam jumlah kecil didalam plastik kecil dalam suatu bungkusan kue kering, yang tujuannya untuk menjaga makanan tetap dalam kondisi kering agar tidak cepat busuk.Contoh lain dari dessicant ini adalah ;desiscant padat seperti calcium sulfate, calcium clorida, karbon aktif, dan zeolit. Desiscant cair antara lain larutan garam seperti LiCl dalam air. Setelah suatu dessicant menyerap uap air dari udara ,desicant ini dapat dipaksa melepaskan uap

yang diserapnya

dengan

memanaskannya.Setelah uap air tersebut lepas dessicant dapat digunakan kembali (sumber : Dr.Eng. Himsar Ambarita,Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara hal : 61) 2.6.Siklus Kompresi Uap Sistem kompresi uap merupakan dasar sistem refrigerasi yang terbanyak di gunakan, dengan komponen utamanya adalah kompresor, evaporator, alat ekspansi, dan kondensor. Keempat komponen tersebut melakukan proses yang saling berhubungan dan membentuk siklus refrigerasi kompresi uap.

Gambar 2.6. Siklus Kompresi Uap Pada diagram P-h, siklus kompresi uap dapat digambarkan pada gambar 2.7 sebagai berikut:


(P = kPa)

3

4

2

1 (h = kJ/kg)

Gambar 2.7. Siklus Refrigerasi Kompresi Uap pada Diagram P-h Proses yang terjadi pada Siklus Refrigerasi Kompresi Uap adalah sebagai berikut: 1. Proses Kompresi (1 – 2) Proses ini berlangsung di kompresor secara isentropik adiabatik. Kondisi awal refrigeran pada saat masuk 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 meningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigeran bisa di hitung dengan rumus

Wk = 𝑚𝑚(̇ ℎ2 − ℎ1 )

(sumber : Dr.Eng. Himsar Ambarita,Perpindahan Panas hal : 11) Dimana : Wk = besarnya kerja kompresi yang di lakukan (kJ/s) ℎ1 = entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/s) ℎ2 = entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/s) 𝑚𝑚̇ = laju aliran refrigeran pada sistem (kg/s)

h1 diperoleh dari tekanan pada evaporator, h2 diperoleh dari tekanan pada kondensor. Dalam pengujian besarnya daya kompresor untuk melakukan kerja dapat juga ditentukan dengan rumus:


𝑃𝑃 = 𝑉𝑉 × 𝐼𝐼 × 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝜑𝜑..................................................................................(2.16)

Dimana :

𝑃𝑃 = daya listrik kompresor (Watt) 𝑉𝑉 = tegangan listrik (Volt)

𝐼𝐼 = kuat arus listrik (Ampere)

𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 𝜑𝜑 = 0,6 – 0,8 (faktor daya)

2. 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 panas berpindah dari refrigeran ke udara pendingin dan akhirnya refrigeran mengembun menjadi cair. Besarnya kalor per satuan massa refrigerant yang di lepaskan di kondensor dinyatakan sebagai:

̇ − ℎ3) 𝑄𝑄𝑄𝑄 = 𝑚𝑚 (ℎ2

( Sumber : Dr.Eng.Himsar Ambarita,Perpindahan Panas hal : 14) Dimana : Qk = besarnya kalor dilepas di kondensor (kJ/s) ℎ2 = entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/s)

ℎ3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/s)

3. Proses Ekspansi (3 – 4)

Proses ini berlangsung secara isentropi, hal ini berarti tidak terjadi penambahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur. Proses penurunan tekanan terjadi pada katup ekspansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice yang berfungsi mengatur laju aliran refrigerant dan menurunkan tekanan. Dimana: h3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/s)


h4 = harga entalpi masuk ke evaporator (kJ/s) ( Sumber : Dr.Eng.Himsar Ambarita,Perpindahan Panas hal : 6) 4. 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 berubah menjadi gas bertekanan rendah. Besarnya kalor yang diserap evaporator adalah:

Dimana :

̇ − ℎ4) 𝑄𝑄𝑄𝑄 = 𝑚𝑚 (ℎ1

𝑄𝑄𝑒𝑒 = kalor yang di serap di evaporator ( kW ) ℎ1 = harga entalpi ke luar evaporator (kJ/kg)

ℎ4 = harga entalpi masuk ke evaporator (kJ/kg)

Selanjutnya refrigeran kembali masuk ke kompresor dan bersirkulasi kembali, begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai. 2.6.1 Komponen Utama Siklus Kompresi Uap Siklus refrigerasi kompresi uap merupakan silkus yang paling umum digunakan untuk mesin pendingin dan pompa kalor. Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah : 2.6.1.1. 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 dipakai pada sistem refrigerasi dapat dibagi menjadi:


KOMPRESOR

ROTARY

VANE

SCROLL

EJEKTOR

RECIPROCATING

ROLLING PISTON

SCREW

CENTRIFUGAL

TURBO

AXIAL

Gambar 2. 8. Pembagian Kompresor Kompresor yang merangkap refrigeran dalam suatu ruangan yang terpisah dari saluran masuk dan keluarnya, 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) 2.6.1.2 Kondensor Kondensor berfungsi sebagai untuk membuang kalor ke lingkungan, sehingga uap refrigeran akan mengembun dan berubah fasa dari uap ke cair. Sebelum masuk ke kondenser refrigeran berupa uap yang bertemperatur dan bertekanan tinggi, sedangkan setelah keluar dari kondenser refrigeran berupa cairan jenuh yang bertemperatur lebih rendah dan bertekanan sama (tinggi) seperti sebelum masuk ke kondensor. Dilihat dari proses perpindahan panasnya kondensor terdiri dari dua jenis, jenis kondensor yaitu kondensor kontak langsung dan kondensor permukaan.


1.

Kondensor Jet

Kondensor jet adalah kondensor kontak langsung yang banyak digunakan. Kondensor jet digunakan pada pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP) yang siklus kerjanya terbuka. Perpindahan panas pada kondensor jet dilakukan dengan menyemprotkan air pendingin ke aliran uap secara langsung. Air kondensat yang terkumpul di kondensor sebagian digunakan sebagai air pendingin kondensor dan selebihnya dibuang. 2.

Kondensor Permukaan Pada kondensor permukaan, uap terpisah dari air pendingin, uap berada

diluar pipa-pipa sedangkan air pendingin berada didalam pipa. Perpindahan panas dari uap ke air terjadi melalui perantaraan pipa-pipa. Pada kondensor jenis ini kemurnian air pendingin tidak menjadi masalah karena terpisah dari air kondensat. Jenis- jenis kondensor yang kebanyakan dipakai adalah sebagai berikut: 1) Kondensor pipa ganda (Tube and Tube) Jenis kondensor ini terdiri dari susunan dua pipa koaksial, dimana refrigeran mengalir melalui saluran yang berbentuk antara pipa dalam dan pipa luar, dari atas ke bawah. Sedangkan air pendingin mengalir di dalam pipa dalam dengan arah yang berlawanan dengan arah aliran refrigeran.

Gambar 2.9 Kondensor pipa ganda ( Tube and Tube Condensor )


Keterangan : a. Uap refrigeran masuk

e. Tabung luar

b. Air pendingin keluar

f. Sirip bentuk bunga

c. Air pendingin masuk

g. Tabung dalam

d. Cairan refrigeran keluar 2) Kondensor tabung dan koil ( Shell and Coil ) Kondensor tabung dan koil adalah kondensor yang terdapat koil pipa air pendingin di dalam tabung yang di pasang pada posisi vertikal. Tipe kondensor ini air mengalir dalam koil, endapan dan kerak yang terbantuk dalam pipa harus di bersihkan dangan bahan kimia atau detergen. 3) Kondensor pendingin udara Kondensor pendingin udara adalah jenis kondensor yang terdiri dari koil pipa pendingin yang bersirip pelat (tembaga atau aluminium). Udara mengalir dengan arah tegak lurus pada bidang pendingin, gas refrigeran yang bertemperatur tinggi masuk ke bagian atas dari koil dan secara berangsur mencair dalam alirannya ke bawah. 4) Kondensor tabung dan pipa horizontal (Shell and Tube) Kondensor tabung dan pipa horizontal adalah kondensor tabung yang di dalamnya banyak terdapat pipa – pipa pendingin, dimana air pendingin mengalir dalam pipa – pipa tersebut. Ujung dan pangkal pipa terikat pada pelat pipa, sedangkan diantara pelat pipa dan tutup tabung dipasang sekat untuk membagi aliran air yang melewati pipa – pipa


Gambar 2.8. Kondensor selubung dan tabung (Shell and Tube condenser) Keterangan : 1. Saluran air pendingin keluar

6. Pengukur muka cairan

2. Saluran air pendingin masuk

7. Saluran masuk refrigeran

3. Pelat pipa

8. Tabung keluar refrigeran

4. Pelat distribusi

9. Tabung

5. Pipa bersirip Pembagian kondensor berdasarkan medium yang digunakan dapat dibagi atas 3 bagian, yaitu: (1) Kondensor berpendingin udara, (2) Kondensor berpendingin air, dan (3) Kondensor berpendingin gabungan (Evaporative Condenser). Tabel 2.2. Perbandingan kondensor berpendingin udara dan air Parameter

Pendingin

Pendingin Air

Udara 6 s/d 22 oC

6 s/d 12 oC

12 s/d 20

0,007 s/d 0,02

m3/mnt

m3/mnt

Luas perpindahan panas per TR

10 s/d 15 m2

0,5 s/d 1 m2

Kecepatan fluida pendingin

2,5 s/d 6 m/s

2 s/d 3 m/s

Daya pompa/blower per TR

75 s/d 100W

Kecil

Perbedaan temperatur,TcTpendingin Laju aliran pendingin per TR

TR = Ton of Refrigerasi ( Beban di evaporator) 1TR = 3,5 KW


Sumber, ASHRAE Inc., (2008). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. SI Edition. Atlanta. 2.6.1.3. 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 : 1. Mengatur jumlah refrigeran yang mengalir dari pipa cair menuju evaporator sesuai dengan laju penguapan pada evaporator. 2. Mempertahankan perbedaan tekanan antara kondensor dan evaporator agar

penguapan pada evaporator berlangsung pada tekanan kerjanya. 2.6.1.4. Evaporator, Evaporator berfungsi melakukan perpindahan kalor dari ruangan yang didinginkan ke refrigeran 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 dikrim 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. Berdasarkan model perpindahan panasnya, evaporator dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu : 1. Natural Convention


Pada evaporator natural convention, fluida pendingin dibiarkan mengalir sendiri karena adanya perbedaan massa jenis, umumnya evaporator ditempatkan di tempat yang lebih tinggi. Fluida yang bersentuhan dengan evaporator akan turn suhunya dan massa jenisnya akan naik, sebagai akibatnya fluida ini akan turun dan mendesak fluida dibawahnya untuk bersirkulasi. Sistem ini hanya mampu pada refrigerasi dengan kapasitas – kapasitas kecil seperti kulkas. 2. Forced convention Evaporator ini menggunakan blower untuk memaksa terjadinya aliran udara sehingga terjadi konveksi dengan laju perpindahan panas yang lebih baik. 2.6.1.5. Refrigran 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. 2.6.1.6 Pengelompokan Refrigran Refrigeran 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 mengklassifikasikan refrigerant berdasarkan keamanan, yaitu bersifat racun (toxicity) dan bersifat mudah terbakar (flammability). Berdasarkan toxicity, refrigerants 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. Refrigeran 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 diklasifikasikan menjadi 6 kategori, yaitu: (sumber :Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker ). 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. 3. Pembagian Refrigeran berdasarkan keamanan Refrigerant Chemical Formula number

Safety group Old

New

10

CCl4

2

B1

11

CCl3F

1

A1

12

CCl2F2

1

A1

13

CClF3

1

A1

13B1

CBrF3

1

A1

14

CF4

1

A1

21

CHCl2F

2

B1

22

CHClF2

1

A1


23

CHF3

A1

30

CH2CL2

32

CH2F2

40

CH3Cl

2

B2

50

CH4

3a

A3

113

CCl2FCClF2

1

A1

114

CClF2CClF2

1

A1

115

CClF2CF3

1

A1

116

CF3CF3

A1

123

CHCl2CF3

B1

124

CHClFCF3

A1

125

CHF2CF3

A1

134a

CF3CH2F

A1

142b

CClF2CH3

143a

CF3CH3

152a

CHF2CH3

3b

A2

170

CH3CH3

3a

A3

218

CF3CF2CF3

2

B2 A2

3b

A2 A2

A1

Sumber, ASHRAE Inc., (2008). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. SI Edition. Atlanta. 2.6.1.7 Persyaratan Refrigeran Beberapa persyaratan dari penggunaan refrigerant adalah sebagai berikut: a. Tekanan Evaporasi dan Tekanan Kondensasi Tekanan evaporasi refrigerant sebaiknya lebih tinggi dari atmosfer. Hal ini menjaga agar udara luar tidak masuk ke siklus jika terjadi kebocoran minor. Tekanan kondensasi refrigerant sebaiknya tidak terlalu tinggi. Tekanan yang


tinggi pada kondensor akan membuat kerja kompressor lebih tinggi dan kondensor harus dirancang untuk tahan pada tekanan tinggi, hal ini akan menambah biaya. b. Sifat ketercampuran dengan pelumas (oil miscibility) Refrigerant yang baik jika dapat bercampur dengan oli dan membantu melumasi kompressor. Oli sebaiknya kembali ke compressor dari kondensor, evaporator, dan part lainnya. Refrigerant yang tidak baik justru melemahkan sifat pelumas dan membentuk semacam lapisan kerak yang melemahkan laju perpindahan panas. Sifat seperti ini harus dihindari. c. Tidak mudah bereaksi (Inertness) Refrigerant yang bersifat inert tidak bereaksi dengan material lainnya untuk menghindari korosi, erosi, dan kerusakan lainnya.

d. Mudah dideteksi kebocorannya (Leakage Detection) Kebocoran refrigerant sebaiknya mudah di deteksi, jika tidak akan mengurangi performansinya. Umumnya refrigerant tidak berwarna (colorless) dan tidak berbau (odorless). Metode deteksi kebocoran refrigerant: a. Halide torch, jika udara mengalir di atas permukaan tembaga yang dipanasi dengan api methyl alcohol, uap dari refrigerant akan berdekomposisi dan mangubah warna api. Lidah api menjadi hijau pada kebocoran kecil, dan mengecil dan kemerahan pada kebocoran besar. b. Electronic detector, caranya dengan melepaskan arus pada inonisasi refrigerant yang telah terdekomposisi. Tetapi tidak dapat digunakan untuk jika udara mengandung zat yang mudah terbakar. c. Bubble method, campuran sabun yang mudah menggelembung dioleskan pada bagian yang diduga bocor. Jika terjadi gelembung, berarti terjadi kebocoran.


d. ODP, singkatan dari Ozone Depletion Potential, potensi penipisan lapisan ozon. Faktor yang dijadikan pembanding adalah kemampuan CFC-11 (R-11) merusak lapisan ozon. Jika suatu refrigerant X mempunyai 6 ODP, artinya refrigerant itu mempunyai kemampuan 6 kali R-11 dalam merusak ozon. e. GWP adalah global warming potential, ada dua jenis angka (indeks) yang biasa digunakan untuk menyatakan potensi peningkatan suhu bumi. Pertama HGWP (halocarbon global warming potential) yaitu perbandingan potensi pemanasan global suatu refrigerant dibandingkan dengan R-11. GWP yang menggunakan CO2 sebagai acuan. Sebagai contoh perhitungan 1 lb R-22 mempunyai efek pemanasan global yang sama dengan 4100 lb gas CO2 pada 20 tahun pertama dilepas ke atmosfer. Dan turun menjadi 1500 lb CO2 setelah 100 tahun. 2.7. Pengering Pompa Kalor Prinsip kerja dari mesin pengering pakan ternak adalah Melalui skema siklus refrigrasi kompresi uap, panas yang dikeluarkan oleh kondensor beserta udara keluaran evaporator yang mempunyai RH rendah dialirkan ke saluran pengeringan dan dimanfaatkan untuk mengeringkan pakan ternak. Udara panas dari kondensor dialirkan ke saluran pengeringan. Proses pengeringan terjadi pada saat pakan ternak dimasukkan kedalam saluran pengering berbentuk balok lalu dilakukan pengujian selama 5 menit sekali dalam sekali percobaan, lalu pakan ternak diambil dan ditimbang dalam setiap kali percobaan sampai pakan ternak dalam keadaan cukup kering. 2.7.1.Kinerja Alat Pengering Kinerja alat pengering salah satunya dapat ditentukan dari efisiensi pengeringan. Efisiensi pengeringan merupakan perbandingan antara energi yang digunakan untuk menguapkan kandungan air bahan dengan energi untuk memanaskan udara pengering. Efisiensi pengeringan biasanya dinyatakan dalam persen. Semakin tinggi nilai efisiensi pengeringan maka alat pengering tersebut semakin baik. 2.7.2. Kadar Air Kadar air merupakan salah satu sifat fisik dari bahan yang menunjukan banyaknya air yang terkandung di dalam bahan. Kadar air biasanya dinyatakan


dengan persentase berat air terhadap bahan basah atau dalam gram air untuk setiap 100 gram bahan yang disebut dengan kadar air basis basah (bb). Berat bahan kering atau padatan adalah berat bahan setelah mengalami pemanasan beberapa waktu tertentu sehingga beratnya tetap atau konstan (Safrizal, 2010). Kadar air bahan menunjukkan banyaknya kandungan air persatuan bobot bahan. Dalam hal ini terdapat dua metode untuk menentukan kadar air bahan tersebut yaitu berdasarkan bobot kering (dry basis) dan berdasarkan bobot basah (wet basis) (Safrizal, 2010). 2.8 Tinjauan Perpindahan Panas Definisi dari perpindahan kalor adalah berpindahnya energi dari suatu daerah ke daerah lainnya sebagai akibat perbedaan suhu antara daerah-daerah tersebut. Secara umum terdapat tiga cara proses perpindahan panas yaitu : konduksi, konveksi, dan radiasi. 2.8.1. Perpindahan panas konduksi Perpindahan panas konduksi merupakan perpindahan energi yang terjadi pada media padat atau fluida yang diam akibat dari perbedaan temperatur. Hal ini merupakan perpindahan dari energi yang lebih tinggi ke partikel energi yang lebih rendah pada suatu benda akibat interaksi antar partikel-partikel. Energi ini dapat dihubungkan dengan cara tranlasi, sembarang, rotasi dan getaran dari molekulmolekul. Apabila temperatur lebih tinggi berarti molekul dengan energi yang lebih tinggi memindahkan energi ke molekul yang memiliki energi yang lebih rendah (kurang energi). untuk perpindahan panas secara konduksi, persamaan yang digunakan adalah Hukum Fourier. Jika kondisi pada dinding datar dengan perpindahan panas pada satu dimensi, maka persamaannya dapat ditulis sebagai berikut : Dasar: hokum fourier 𝑑𝑑𝑑𝑑

qk = kA �− 𝑑𝑑𝑑𝑑 �

Dimana :

q

atau

𝑞𝑞𝑞𝑞 𝐴𝐴

𝑑𝑑𝑑𝑑

= 𝑘𝑘 �− 𝑑𝑑𝑑𝑑 � ………………………………..(2.17)

= Laju perpindahan panas (w)


K

= Konduktivitas termal (W/(m.k)

A

= Luas penampang yang terletak pada aliran panas (m2)

dT/dx = Gradien temperature dalam arah aliran panas

(sumber: http://memetmulyadi.blogspot.com/2013/03/perpindahan-kalor-konduksikonveksi-radiasi.html)

Gambar 2.10 Perpindahan panas konduksi pada sebuah batang tembaga dingin 2.8.2. Perpindahan panas konveksi Perpindahan panas secara konveksi merupakan suatu perpindahan panas yang terjadi antara suatu permukaan padat dan fluida yang bergerak atau mengalir yang diakibatkan oleh adanya perbedaan temperatur. Pada proses perpindahan panas konveksi dapat terjadi dengan beberapa metode, antara lain : a.

Konveksi bebas ( free convection ) Merupakan suatu proses perpindahan penas konveksi dimana aliran fluida terjadi bukan karena dipaksa oleh suatu peralatan akan tetapi disebabkan oleh adanya gaya apung.

b. Konveksi paksa ( force convection ) Pada system konveksi paksa proses perpindahan panas konveksi terjadi dimana aliran fluida disebabkan oleh adanya peralatan bantu. Adapun peralatan yang biasa digunakan adalah fan, blower, dan pompa. Dimana Vvol [m3/s] adalah laju aliran volume fluida dan ∆𝑃𝑃 [𝑁𝑁/𝑚𝑚2] adalah kehilangan tekanan pada sisi masuk dan keluar pipa. Sementara koefisien konveksi,h dihitung dengan bilangan Nusselt :


h=

𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁𝑁 𝐷𝐷ℎ

…………………………………………………….….( 2.18 )

dan kehilangan tekanan (pressure drop) dihitung dengan menggunakan factor gesekan f (fruction factor) :

∆𝑃𝑃 = 𝑓𝑓

𝜌𝜌𝜌𝜌 𝑚𝑚 2 X …………………………………………....(2.19 ) 𝐷𝐷ℎ 2 𝐿𝐿

Dimana Um adalah kecepatan nilai tengah fluida didalam pipa dan Dh

adalah diameter hidrolik, yang tergantung pada bentuk penampang pipa tempat fluida mengalir . Secara umum diameter hidrolik didefinisikan sebagai : Dh =

4𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥𝑥

𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘𝑘

=

4𝐴𝐴 𝐾𝐾

K adalah keliling atau kadang diistilahkan dengan perimeter,p. Peramaan diameter hidrolik untuk beberapa penampang aliran yang paling umum digunakan adalah sebagai berikut . Untuk penampang berbentuk lingkaran dengan diameter D perhitungannya adalah sebagai berikut : A=

1 4

𝜋𝜋D2 dan K = 𝜋𝜋D, maka Dh = D……………………………..(2.20)

Penampang berbentuk persegi dengan ukuran masing-masing sisi a dan b perhitungannya adalah : A = axb dan K = 2(a+b), maka Dh = 2ab/(a+b)………………..……..(2) ( Sumber : Dr.Eng.Himsar Ambarita,Perpindahan Panas hal : 55) c. Konveksi dengan perubahan fase, yaitu proses perindahan panas konveksi yang disertai berubahnya fase fluida seperti pada proses pendidihan (boiling) dan pengembunan (kondensasi). Adapun persamaan perpindahan panas konveksi dapat dinyatakan


dengan Hukum newton pendinginan ( Newton’s Law of Cooling ), yaitu : Dasar: Hukum Newton qkonv Dimana :qkonv

= hA( Ts - T∞ ) …………………………………....(2.22) = Besarnya laju perpindahan panas knveksi ( W )

h

= Koefisien konveksi ( W/m2 K )

A

= Luas permukaan perpindahan panas konveksi ( m2 )

(sumber: http://sekolahmandiri.blogspot.com/2012/06/mengetahui-perpindahan-energipanas.html)

Gambar 2.11 contoh peristiwa perpindahan panas secara konveksi 2.8.3. Perpindahan Panas Radiasi Radiasi adalah energi yang diemisikan oleh benda yang berada pada temperatur tinggi, dimana merupakan perubahan dalam konfigurasi electron dari atom. Energi dari mean radiasi ditransfortasikan oleh gelombang elektromagnetik atau lainnya. Pada perpindahan panas konduksi dan konveksi proses perpindahan panasnya membutuhkan media. Sedangkan pada perpindahan panas radiasi tidak diperlukan media. Perpindahan panas secara radiasi lebih efektif terjadi pada ruang hampa.Laju perpindahan panas radiasi dirumuskan sebagai berikut : Dasar : Hukum Stefan-Boltzman


qrad = ε σ A (Ts4 – Tsur4 ) …………………………………(2.23) Dimana: Q rad

= Laju perpindahan panas radiasi ( W )

ε

= Emisivitas permukaan material

σ

= Konstanta Stefan Bolztman ( 5.669 x 10-8 W/m2 k4 )

Ts

= Temperature permukaan benda ( K )

Tsur

= Temperature surrounding ( K )

(sumber:http://www.gomuda.com/2013/04/perpindahan-kalor-konduksikonveksidan.htm)

Gambar 2.12 perpindahan panas secara radiasi 2.8.4.Konduktivitas Thermal (Daya Hantar Panas) Adalah sifat bahan yang menunjukkan seberapa cepat bahan itu dapat menghantarkan panas konduksi, Pada umumnya nilai k dianggap tetap, namun sebenarnya nilai k dipengaruhi oleh suhu (T). 2.9. Kadar Air Kadar air merupakan salah satu sifat fisik dari bahan yang menunjukan banyaknya air yang terkandung di dalam bahan. Kadar air biasanya dinyatakan dengan persentase berat air terhadap bahan basah atau dalam gram air untuk setiap 100 gram bahan yang disebut dengan kadar air basis basah (bb). Berat bahan


kering atau padatan adalah berat bahan setelah mengalami pemanasan beberapa waktu tertentu sehingga beratnya tetap atau konstan (Safrizal, 2010). Kadar air bahan menunjukkan banyaknya kandungan air persatuan bobot bahan. Dalam hal ini terdapat dua metode untuk menentukan kadar air bahan tersebut yaitu berdasarkan bobot kering (dry basis) dan berdasarkan bobot basah (wet basis) (Safrizal, 2010).

Kadar air basis basah dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

Kabb =

Wa Wt

x 100%=

Wt-Wk Wt

x 100%

……………….......…………. (2.24)

Dimana: Kabb

= Kadar air basis basah (%)

Wa

= Berat air dalam bahan (g)

Wk

= Berat kering mutlak bahan (g)

Wt

= Berat total (g) = Wa + Wk

Kadar air basis kering adalah perbandingan antara berat air yang ada dalam bahan dengan berat padatan yang ada dalam bahan. Kadar air berat kering dapat ditentukan dengan persamaan berikut: Kabk =

Wa Wk

x 100%=

Wt-Wk Wt-Wa

x 100%......................................................(2.25)

Dimana: Kabk

= Kadar air basis kering (%)

Wa

= Berat air dalam bahan (g)

Wk

= Berat kering mutlak bahan (g)

Wt

= Berat total (g) = Wa + Wk

Kadar air basis kering adalah berat bahan setelah mengalami pengeringan dalam waktu tertentu sehingga beratnya konstan. Pada proses pengeringan, air yang terkandung dalam bahan tidak dapat seluruhnya diuapkan meskipun demikian yang diperoleh disebut juga sebagai berat bahan kering (Ramadhani, 2011). 2.9.1. Pengertian Laju Pengeringan


Laju pengeringan (drying rate; kg/jam) adalah banyaknya air yang diuapkan tiap satuan waktu atau penurunan kadar air bahan dalam satuan waktu. Penurunan kadar air produk selama proses pengeringan dihitung dengan menggunakan persamaan 2.11(Suntivarakorn, Satmarong, Benjapiyaporn, & Theerakulpisut, 2010). [Ref. International Journal of Aerospace & Mechanical Engineering; Oct2010, Vol. 4 Issue 4, hal. 220] 𝑚𝑚̇𝑑𝑑 =

𝑊𝑊𝑜𝑜 − 𝑊𝑊𝑓𝑓 … … … … … … … … … … . . … … … . . … … … … … … … … … … . . . (2.26) 𝑡𝑡 Dimana : We = Berat pakan sebelum pengeringan (kg) Wf = Berat pakan setelah pengeringan (kg) t = Waktu pengeringan (jam)

Laju pengeringan biasanya meningkat di awal pengeringan kemudian konstan dan selanjutnya semakin menurun seiring berjalannya waktu dan berkurangnya kandungan air pada bahan yang dikeringkan.Laju pengeringan merupakan jumlah kandungan air bahan yang diuapkan tiap satuan berat kering bahan dan tiap satuan waktu (Earle 1983; Mujumdar 2006). 2.9.2.Nilai Laju Ekstraksi Air Spesifik (Spesific Moisture Extraction Rate) Nilai laju ekstraksi air spesifik atau specific moisture extraction rate (SMER) merupakan perbandingan jumlah air yang dapat diuapkan dari bahan dengan energi listrik yang digunakan tiap jam atau energi yang dibutuhkan untuk menghilangkan 1 kg air . Dinyatakan dalam kg/kWh. Perhitungan SMER menggunakan persamaan (Mahlia, Hor and Masjuki 2010)

SMER

=

ṁ𝑑𝑑

𝑊𝑊𝑐𝑐 + 𝑊𝑊𝑏𝑏

................................................................... (2.27)


Dimana : ṁd

= Laju pengeringan (kg/jam)

Wc

= Daya kompressor (kW)

Wb

= Daya blower (kW)

2.9.3. Konsumsi Energi Spesifik (Specific Energy Consumption) Energi yang dikonsumsi spesifik atau specific energy consumption (SEC) adalah perbandingan energi yang dikonsumsi dengan kandungan air yang hilang, dinyatakan dalam kWh/kg dan dihitung dengan menggunakan persamaan (Mahlia, Hor and Masjuki 2010):

SEC

=

1

𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆𝑆

...............................................................................................(2.28)

2.9.4.Biaya Pokok Produksi Biaya pokok produksi merupakan biaya yang dibutuhkan dalam menguapkan 1 kg air dalam satuan rupiah/kWh. Dalam hal ini biaya pokok produksi merupakan perkalian antara spesific energy consumption (kWh/kg) dengan tarif dasar listik (Rupiah/kW)


BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Recommend Documents