BAB III PERHITUNGAN DAN PERANCANGAN PADA ALAT PENGERING

31

TUGAS AKHIR

BAB III PERHITUNGAN DAN PERANCANGAN PADA ALAT PENGERING

3.1 Daftar periksa Dalam perancangan biasanya banyak mengalami kendala – kendala atau kesulitan dalam menggambarkan spesifikasi dari suatu persncsngsn. Untuk memudahkan dalam penyusunan spesifikasi perlu digunakan daftar periksa. Daftar ini berfungsi sebagai pembantu untuk membantu mendefinisikan persyaratan – persyaratan fungsi atau sifat yang harus dimiliki oleh alat yang dirancang. Data – data dikumpulkan dan kemudian diperiksa dengan bantuan daftar periksa, yang menggambarkan objektif – objektif yang spesifikasi yang penting dengan melihatreferensi mengenai judul, geometri, energi, material, ergonomi, keselamatan, perawatan, lingkungan, biaya,dan jadwal yang ada pada daftar periksa. Pada table 3.1 dapat dilihat daftar yang merupakan pedoman pembuatan spesifikasi.

UNIVERSITAS MERCU BUANA

32

TUGAS AKHIR

Tabel 3.1. Dafrtar Periksa Ciri Umum

Contoh

Geometri

Panjang, Lebar, Tinggi, Berat, Volume, Jumlah, Susunan, Sambungan, dan perluasan

Energi

Daya,

Tekanan,

Temperatur,

Pemanasan,

Pendinginan,

Perubahan, Penyerapan Material

Sifat – Sifat dan Kimia, input dan output bahan yang diperoses, Arus, Transportasi bahan

Keselamatan

Perlindungan, Keselamatan kerja, Keselamatan lingkungan dan Perusahaan

Ergonomi

Perlindungan, Keselamatan kerja, Keselamatan lingkungan dan Perusahaan

Produksi

Hubungan manusia dengan mesin, Pelayanan, Kemudi, Jenis pelayanan, Perancangan, Bentuk

Perakitan

Ketentuan

pada

perakitan

khusus,

Cara

pemasangan

penggabungan pemasangan, Tempat merakit Kontrol

Pengukuran dan pengujian, Standarisasi

kualitas Lingkungan

Bebas polusi serta bebas dari pencemaran udara dan air

Perawatan

Periode perawatan, penyetelan, Serta Kebersihan dalam merawat

Biaya

Biaya maksimum yang diinginkan, Biaya perkakas, Biaya investasi

Jadwal

Waktu pengembangan, Waktu Pembuatan, Waktu penyerahan


33

TUGAS AKHIR

3.2. Daftar kehendak ( spesifikasi ) Spesifikasi adalah daftar persyaratan kemampuan ( performa ) dan sifat – sifat yang harus dimiliki oleh alat yang akan di rancang. Dalam mempersiapkan daftar spesifikasi ini tindakan yang dilakukan untuk menyatakan mana hal yang termasuk Permintaan dan Keinginan. Permintaan adalah kebutuhan – kebutuhan yang harus dipenuhi dalam keadaan apapun juga, dengan kata lain kebutuhan tanpa solusinnya tidak dapat diterima. Keinginan adalah kebutuhan – kebutuhan yang dapat dipertimbangkan apabila memungkinkan. Disarankan untuk mengelompokkan keinginan menurut utama, menengah atau kurang penting, Pada table 3.2 ini diperlihatkan daftar kehendak dari pengering sistem absosrsi dengan empat tungku. Tabel 3.2 Daftar Spesifik DEMAND OR WHISES

DAFTAR

SPESIFIKASI

PENGERING

SISTEM ABSORBSI

GEOMETRI D

Dimensi model berbentuk : Panjang ( p ) Lebar ( l ) Tinggi ( t )


34

TUGAS AKHIR

DEMAND OR WHISES

DAFTAR

SPESIFIKASI

PENGERING

SISTEM ABSORBSI

MATERIAL W

•

Komponen

pelengka

mudah

dig

anti,

ringan, ringkas, dan mantap, serta tidak memerlukan perawatan khusus. D/W

•

Komponen kontruksi mdah di peroleh ERGONOMI

D/W

•

Dalam

pengoperasiannya

tidak

menimbulkan suara berisik. D

•

Pengoperasian dapat dilakukan oleh setiap orang.

D

•

Kedudukan peralatan cukup stabil dan kokoh.

W

•

Hemat ruang.

W

•

Bobot keseluruhan tidak terlalu berat KESELAMATAN

D

•

Tidak berbahaya bagi manusia

W

•

Bagian alat pengontrol berada di tempat yang paling aman

D

•

Cukup

aman

bagi

orang

yang

mengoperasikannya


35

TUGAS AKHIR

DEMAND OR WHISES

DAFTAR

SPESIFIKASI

PENGERING

SISTEM ABSORBSI

BIAYA •

D

Biaya produksi sangat rendah PERAKITAN

W

•

Jumlah komponen sedikit dan sederhana.

D

•

Mudah dibongkar

W

•

Instalasi sederhana

W

•

Tidak memerlukan tempat yang khusus untuk merakit PRODUKSI

D

•

Bisa dikerjakan di bengkel yang kecil OPERASI

D

•

Tidak mengotori tenpat kerja

W

•

Tidak berisik

D

•

Tidak

memerlukan

tenaga

ahli

untuk

mengoperasikannya D

3.3.

•

Dapat dioperasikan sekurangnya satu orang

Metode rancangan dari VDI Gambaran rancangan dilakukan untuk menentukan inti permasalahan yang esensial

dalam

sebuah

tugas

perancangan

dengan

jalan


36

TUGAS AKHIR

menganalisaspesifik ( Daftar kehendak ) dan tugas yang harus di jalankan serta kendala yang harus dihadapi. Dengan kata lain, gambar rancangan menentukan hal yang bersifat umum dan mengabaikan hal yang bersifat khusus. Hasil gambaran rancangan ini adalah suatu definisi dari tugas utang perancangan. Langkah - langkah gambaran rancangan dan hasilnya adalah sebagai berikut di bawah ini :

3.3.1 Gambaran rancangan 1 dan 2 Gambaran rancangan 1 dan 2 adalah mengabaikan keinginan pribadi kehendak yang tidak berarti langsung pada fungsi kendala – kendala yang penting.

3.3.2 Gambaran rancangan 3 Gambar rancangan 3 mentransformasikan dan kuantitatif menjadi data kualitatif yang penting. Hasil yang didapat yaitu : •

Sebuah alat pengering dengan system absorsi yang menggunakan empat tungku yang sangat sederhana.

•

Pengoperasiannya mudah

•

Ukurannya sesuai dengan yang dibutuhkan


37

TUGAS AKHIR

3.3.3 Gambaran rancangan 4 Merupakan langkah lanjut dengan memformalisasikan gambaran rancanga 3 menjadi bentuk yang lebh umum. Hasil yang didapat yaitu : •

Suatu mesin pengering yang sederhana dan mudah pengoperasiannya serta memiliki ukuran yang sesuai dengan ukuran yang dibutuhkan.

3.3.4 Gambaran rancangan 5 Merupakan

langkah

menetralisasikan

seluruh

masalah

dengan

memformulasikan tugas menjadi bebas solusi. Hasil yang didapat yaitu : •

Rancangan alat pengering system absorsi memenuhi standar ukuran yang dibutuhkan industri.

3.4 Struktur fungsi Struktur fungsi didefinisikan sebagai hubungan secara umu antara input dan output suatu system teknik yang akan menjalankan suatu tugas tertentu, sedangkan fungsi keseluruhan adalah kegunaan dari suatu alat tersebut. Fungsi keseluruhan ini kemudian diuraikan menjadi beberapa subfungsi yang mempunyai tingkat kesulitan lebih rendah. Sehingga subfungsi merupakan tugas yang harus dijalankan oleh komponen – komponen yang


38

TUGAS AKHIR

menyusun alat terebut. Rangkaian dan beberapa subfungsi untuk menjalanka suatu tugas keseluruhan disebut sebagai struktur fungsi. Tujuan menetapkan struktur fungsi adalah untuk memperoleh suatu definisi yang jelas dari subsitem yang ada atau terhadap subsistem yang baru dikembangkan sesuai keduannya dapat diuraikan secara terpisah.

3.4.1 Fungsi keseluruhan Fungsi ini diganbarkan dengan diagram blok yang menunjukan hubungan antara masuk dan keluar dimana masukan dan keluaran tersebut berupaaliran energi, material,dan sinyal.

qc

qe

Udara Kering

Udara Basah

Produk

Gmbar 3.4.1

Rak

Struktur fungsi keseluruhan

3.4. Prinsip solusi untuk subfungsi Setelah dibuat struktur fungsi keseluruhan dan beserta subfungsinya, maka selanjutnya dicari prinsip-prinsip solusi untuk memenuhi subfungsi tersebut. Metode yang akan digunakan dalam mencari prinsip solusi adalah metode


39

TUGAS AKHIR

kombinasi, yaitu metode yang mengkombinasikan semua solusi yang ada dalam bentuk matriks. Prinsip solusi diusahakan sebanyak mungkin, akan tetapi prinsip – prinsip solusi tersebut dianalisa lagi, dmana prinsip solusi yang kurang bermanfaat dapat dihilangkan atau dianaikan dengan tujuan agar dalam tahap perancangan konsep selanjutnya tidak terlalu banyak konsep yang harus dievakuasi lagi.

 Data Perancangan

3.5.

Produk yang dikeringkan

: Jahe

Kapasitas ruang pengering

0,6 kg

Temperatur diruang pengering

: 50 °C

Lama waktu pengeringan

: 5 Jam

Dimensi alat pengering

: 60cm x 40cm x 40cm

Dimensi ruang pengering

: 40cm x 30cm x 30cm

Dimensi rancangan alat pengering Alat pengering yang akan dibuat adalah alat pengering sistem absorbsi dengan media arsorbernya adalah batu zeloit, pengering ini menggunakan rak sebanyak tiga buah yang disusun bertingkat dengan ukuran rak 40 cm x 30 cm.

3.6. Temperatur penguapan •

Temperatur keadaan lingkungan Temperatur bola kering (t 1 ) = 29 °C


40

TUGAS AKHIR

Temperatur bola basa

(t 1 ′) = 27 °C

Kelembaban relatif

( ϕ ) = 80 %

Dengan menggunakan diagram psikrometrik (lihat dilampiran) maka diperoleh o Perbandingan kelembaban (Ha) = 0.0208 kg/kg′

•

o Tekanan persial uap air

(f 1 ) = 24

mmHg

o Entalpi

(ha) = 19,4

kcal/kg′ = 81 kJ/kg′

o Volume spesifik

(v a ) = 0.886

m 3 / kg

Temperatur ruang pengering Temperatur bola kering ( T2 ) = 50 °C Temperatur bola basa

( T2 ' ) = 45 °C

Kelembaban relatif

( ϕ ) = 70 %

Dengan menggunakan diagram psikrometrik (lihat dilampiran) maka diperoleh o Perbandingan kelembaban (Hb) = 0.0820 kJ/kg′ o Entalpi

(hb) = 52.5

kcal/kg′ = 220 kJ/kg′

3.7 Analisa Energi 3.7.1 Jumlah uap air yang dikeluarkan Untuk mengeringkan jahe perlu diturunkan kandungan airnya hingga 56%. Alat pengering yang direncanakan menampung 0,6 kg jahe basah yang diiris tipis - tipis. Apabila setelah dikeringkan kandungan airnya menjadi 6%, maka berat kandungan air setelah pengeringan adalah 0,03384 kg dan kandungan dagingnya tetap 0,036 kg, maka berat jahe setelah dikeringkan selama selang waktu tertentu adalah : Massa jahe basah = 0,6 kg


41

TUGAS AKHIR

Massa jahe kering = 0,03384 kg + 0,036 kg, = 0,06984 kg Untuk menghitung jumlah air yang harus di uapkan dapat dihitung dengan persamaan (2.8) sebagai berikut : M = m a − mb = 0,6 kg – 0,06984 kg = 0.53016 kg

3.7.2 Laju Perpindahan Air Dengan mengetahui jumlah air yang harus diuapkan maka dengan menggunakan persamaan (2.9) laju perpindahan air dapat dapat dihitung sebagai berikut : W =

M t

dalam perhitungan ini diketahui M = 0.53016 kg t = 5 jam = 18000 s maka : W =

0.53016 = 2,95 x10 −5 kg / s 18000

3.7.3 Laju aliran udara kering Dengan diagram psikrometrik didapat nilai v s = 0.886

(m 3 /kg)

H b = 0.082

(kg/kg′)

H a = 0.0208 (kg/kg′)


42

TUGAS AKHIR

dengan menggunakan persamaan (2.10) maka laju aliran udara kering adalah : V =

=

W × vs (H b − H a )

2,95 × 10 −5 kg / s × 0.886m 3 / kg ' (0.0820 − 0.0208)kg / kg

= 0.0004271m 3 /s

3.7.4 Kebutuhan panas udara kering Dengan didapatnya nilai, V = 0.0004271m 3 /s ha = 19.4 kcal/kg x 4.1869 = 81.23 kJ/kg hb = 52.5 kcal/kg x 4.1869 = 219.39 kJ/kg dengan persamaan (2.11) maka kebutuhan kalor udara pengering adalah : Q=

V × (hb − ha ) vs

0.0004271m 3 / s = × (219.39 − 81.23)kJ / kg 0.886m 3 / kg = 0.0666 kJ/s

3.7.5 Konsumsi briket batu bara Nilai kalori briket batu bara per kilogramnya adalah sebesar : 5722 kcal/kg x 4.1869 = 23957.4 kJ/kg maka konsumsi briket =

Q x 18000 s Kaloria.Briket


43

TUGAS AKHIR

=

0.0666kJ / s x 18000 s 23957.4kJ / kg

= 0.050038818 kg briket batu bara Jadi untuk mengeringkan jahe 0,6 kg selama 5 jam memerlukan briket sebanyak 0.050038818 kg briket batu bara.

3.8 Panas Pengeringan Pada pengeringan jahe pasokan energi yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur jahe dapat dihitung dengan persamaan (2.12) sebagai berikut : Qt = M × C h × (Tb − Ta ) dimana : M = 0,6 kg

C jahe = 3.1844 (kJ/kg°C) Tb = 50 (°C) Ta = 29 (°C) •

sehingga dapat dihitung kalor untuk mengeringkan jahe yaitu sebesar : Qt = 0,6 kg x 3.1844 kJ/kg°C (50-29)°C = 40.1kJ Kalor untuk memanaskan air dapat dihitung dengan persamaan (2.13)

sebagai berikut : Qw = M ×

Ka × (Tb − Ta ) 100

dimana : M = 0.6 (kg)


44

TUGAS AKHIR

K a = 70 % Tb = 50 (°C) Ta = 29 (°C) •

sehingga dapat dihitung kalor untuk mengeringkan jahe yaitu sebesar : Qw = 0.6kg ×

70 (50 − 29)°C 100

= 8.82 kJ dan panas yang digunakan untuk menguapkan air dapat dihitung menggunakan persamaan (2.14) sebagai berikut : Ql = ma × hl dimana, ma = 0.036 kg dan dengan menggunakan tabel sifat H 2 0 jenuh pada temperatur 50 °C air memiliki panas laten sebesar 2346.2 kJ/kg •

sehingga panas yang dibutuhkan untuk menguapkan 0.036 kg air yang dikandung jahe adalah : Ql = 0.036 kg x 2346.2 kJ/kg = 84.46 kJ

Sehingga

panas pengeringan yang dibutuhkan untuk memanaskan dan

menguapkan air pada jahe dapat dihitung menggunakan persamaan (2.15) sebagai berikut : Qd = Qt + Qw + Ql dimana, Qt = 40.1 kJ


45

TUGAS AKHIR

Qw = 8.82 kJ Ql = 84.46 kJ maka, Qd = 40.1 kJ x 8.82 kJ x 84.46 kJ Qd = 29871.98 kJ

3.9 Panas yang Dilepas Udara Pengering Sedangkan untuk mencari panas yang dilepas oleh udara pengering dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.16) sebagai berikut : q = ρ × Cp × v × (Tb − Ta ) dengan menggunakan tabel sifat-sifat fisik gas (lampiran), pada suhu pengeringan 55°C diperoleh data sebagai berikut :

ρ = 0.0646 lbm/ft 3 x 16.01846 = 1.0348 kg/m 3 Cp = 0.24058 Btu/(lbm.F) x 4.1869 = 1.00728 kJ/kg.°C

V = 0.0043 m 3 /s x 18000 s = 77.4 m 3 Tb = 50 °C Ta = 29 °C Maka didapat kalor yang dilepas udara pengering adalah : q = 1.0348 kg/m 3 x 1.00728 kJ/kg.°C x 77.4 m 3 (50 – 29) °C q = 1694.20 kJ


46

TUGAS AKHIR

3.10 Laju Perpindahan Panas Dari Tungku ke Ruang Pengering Panas yang dilepaskan dari ruang tungku keruang pengering melalui pipapipa tembaga dapat dihitung, dan bila kita mengetahui : Diameter Tembaga (D)

= 0.8 mm

Panjang pipa tembaga (L)

= 15 m

Temperatur tungku ( T∞ )

= 225 °C

Temperatur ruang pengering ( T1 )

= 50 °C

Maka temperatur rata-rata yang terjadi adalah : T r = (225 °C + 50 °C) / 2 = 137.5 °C Dengan mengetahui temperatur rata-rata maka sifat udara pada suhu ratarata (137.5°C) adalah : Viskositas kinetik (v) = 0.028 m 2 / s Konduktifitas termal udara ( K a ) = 0.0332 W/m.K Panas jenis udara (Cp) = 1.0174 kJ/kg°C Kerapatan udara ( ρ ) = 0.8489 kg/m 3 Viskositas udara ( µ ) = 2.3958 (kg/m.det) Pr = 0.71 •

Sehingga luas penampang pipa adalah : A=

A=

π 4

π 4

d2

(0.08 2 m)

= 0.5024 m 2


47

TUGAS AKHIR

•

Kecepatan udara adalah ; v=

=

V A

0.0043m 3 / s 0.5024m 2

= 8.55 x 10 −3 m/s •

Bilangan Reynolds adalah : Re =

=

v× ρ × D

µ 0.000855m / s × 0.8489kg / m 3 × 0.08m 2.3958 × 10 −5 kg / m. det

= 242.36 •

Bilangan Nusselt adalah :

N u = 0,027 × Re

0.8

× Pr 0.33

= 0.027 × 242.36 0.8 × 0.710.33 = 1.942 •

Maka koefisien perpindahan panas ha =

=

Ka × Nu D 0.0332W / m.°C × 1.942 0.08m

= 0.806 W / m 2 °C •

Maka laju perpindahan kalor dari tungku ke ruang pengering melalui satu pipa panjang 50 cm adalah : q1 = ha × A × (T∞ − T1 )


48

TUGAS AKHIR

=0.806 W/m 2 °C . ( π x0.08x0.5).(225-50) = 17.71 W •

Bila di antara ruang tungku dan ruang pengering diberi pipa tembaga sebanyak 8 buah sepanjang 50 cm maka perpindahan kalornya adalah : L = 24 x 0.50 = 12 m q = ha × A × (T∞ − T1 ) = 0.806 W/m 2 °C . ( π x0.08x12 ).(225-50) = 425.18 W

3.11 Laju Perpindahan Panas Dari Ruang Pengering ke Ruang Arsorber Diketahui : Temperatur ruang pengering (T 1 ) = 50 °C Temperatur ruang arsorber (T 2 ) = 29 °C T2 = T0 Maka temperatur rata-rata yang terjadi adalah : T r = (50 °C + 29 °C) / 2 = 39.5 °C Dengan mengetahui temperatur rata-rata maka sifat udara pada suhu ratarata (39.5°C) adalah : Konduktifitas termal udara ( K a ) = 0.0278 W/m.K Panas jenis udara (Cp) = 1.005 kJ/kg°C Kerapatan udara ( ρ ) = 1.1053 kg/m 3


49

TUGAS AKHIR

Viskositas udara ( µ ) = 1.951 x 10 −5 (kg/m.det) Pr = 0.72 •

Sehingga luas penampang lubang aliran udara :

π

A=

A=

4

π 4

d2

(0.06 2 m)

= 0.002826 m 2 •

Kecepatan udara adalah ; v=

V l

Dimensi karekteristik (l) =

D 0.06 = = 0.015 4 4

Jadi, v=

0.0043m 3 / s 0.015m 2

= 0.287 m/s •

Bilangan Reynolds adalah : Re =

v× ρ × L

µ

0.287m / s × 1.1053kg / m 3 × 0.015m = 1.951 × 10 −5 kg / m. det = 243.8 •

Bilangan Nusselt adalah :

N u = 0,027 × Re

0.8

× Pr 0.33


50

TUGAS AKHIR

= 0.027 × 243.8 0.8 × 0.72 0.33 = 1.96 •

Maka koefisien perpindahan panas ha =

=

Ka × Nu l

0.0278W / m.°C × 1.96 0.015m

= 3.63 W / m 2 °C •

Maka laju perpindahan kalor dari ruang pengering ke ruang arsober adalah : q1 = ha × A × (T∞ − T1 ) =3.63 W/m 2 °C ( π × 0.06 × 0.002 ) .(50-29) = 0.0287 W

3.12 Efesiensi Pengeringan Besarnya efesiensi pengeringan dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (2.14) sebagai berikut :

ηp =

=

Q × 100 q 9285.23kJ × 100% 10085.76kJ

= 92 %


51

TUGAS AKHIR

3.13 Perencanaan Biaya Dalam hal pembuatan alat pengering biaya adalah faktor utama yang harus dipertimbangkan selain bahan yang akan digunakan, untuk itu penulis membuat rincian biaya setelah melakukan survey dilapangan, berikut tabel rincian biaya,

Tabel 3.13 Rincian biaya perencanaan pembuatan alat NO

NAMA BAHAN

UKURAN

JMLH

HARGA

1

Baja Profil Kotak

20x20 mm

18 m

Rp240.000

2

Pelat Almunium

0,8 mm

240x120 cm

Rp180.000

3

Siku Almunium

10x10 mm

1 batang

Rp17.000

4

Siku Almunium

20x20 mm

1 batang

Rp20.000

5

Pipa Tembaga

Ø 8 mm

15 m

Rp180.000

6

Glasswool

20 pcs

Rp30.000

7

Engsel

2 pasang

Rp30.000

8

Seng

2m

Rp42.000

9

Ampelas

1

Rp2.500

10

Paku Rivet

3 mm

1 box

Rp40.000

11

Termometer

160 °C

2

Rp120.000

12

Termometer

400 °C

2

Rp170.00

13

Las pipa tambaga

14

Kawat Yamuk

1m

Rp20.000

15

Batu Zeolit

5 kg

Rp15.000

16

Lem Aibon

1

Rp50.000

17

Biaya tak terduga

18

Kipas

19

Potensio + Ngerakit

20

Plat Stenlistil

0,5 mm

240x120 cm

Rp150.000

21

Roda

3 x 3 cm

4 buah

Rp85.000

Total Biaya Ongkos Pembuatan Total Biaya Keseluruhan

0.2 mm

Rp300.000

12 V

1

Rp514000 Rp15.000 Rp35.000

Rp 1.810.000.Rp 1.810.000.-


BAB III PERHITUNGAN DAN PERANCANGAN PADA ALAT PENGERING

Recommend Documents