RANCANG BANGUN ALAT PENGERING PAKAIAN SISTEM HIBRIDA DENGAN KAPASITAS RUANG PENGERING SATU METER KUBIK
SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
IMMANUEL SP MARBUN NIM : 120421004
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Adapun judul dari skripsi ini yaitu, ”RANCANG BANGUN ALAT PENGERING PAKAIAN SISTEM HIBRIDA DENGAN KAPASITAS RUANG PENGERING SATU METER KUBIK”. Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk menyelesaikan pendidikan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada jenjang pendidikan sarjana (S1) menurut kurikulum Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Dalam menyelesaikan skripsi ini penulis banyak mendapat bantuan baik berupa dukungan, perhatian, bimbingan, nasihat, dan juga doa. Penulis juga menyadari bahwa skripsi ini tidak akan selesai tanpa adanya dukungan dari berbagai pihak. Untuk itu penulis mengucapkan terima kasih yang sebesarbesarnya kepada: 1. Kedua orang tua tercinta (Ayahanda Alm. M. Marbun dan Ibunda T. br
Purba) serta kakak, abang serta kakak dan abang ipar yang telah memberi doa, semangat, dorongan moral serta materi kepada penulis. 2. Bapak Ir. A. Halim Nasution M.Sc dan Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita,
ST. MT. selaku dosen pembimbing, yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis. 3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT sebagai dosen pembanding 1 4. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. 5. Ibu S. Farah Dina sebagai pembimbing lapangan yang telah banyak
memberikan masukan, arahan dan juga motivasi sehingga penulis dapat tetap semangat dalam menyelesaikan skripsi ini. 6. Seluruh Staf Pengajar dan Pegawai di Lingkungan Departemen Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Universitas Sumatera Utara
7. Rekan-rekan 1 tim skripsi, Haris Rusandi, Imam Syahputra dan Yudha
Novriansyah yang telah meluangkan waktunya bersama untuk berdiskusi bertukar pikiran juga memberikan kritik dan saran terhadap penulis. 8. Teman-teman saya Chairil Anwar, Daniel Nababan, M. Siddiq Munazar,
yang banyak membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini. 9. Ucapan terima-kasih juga kepada seluruh teman-teman mahasiswa Teknik
Mesin Ekstensi 2012 yang tidak bisa disebutkan satu-persatu, para abang alumni dan semua yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis. 10. Teman-teman satu pelayanan saya Franz Harahap, Elisa Maria, Fetricya
Naomi, Fernando Jimmy, dan yang lainnya yang tidak bisa disebutkan satu-persatu.
Dalam menyelesaikan tugas ini penulis telah mencoba semaksimal mungkin guna menyusun skripsi ini. Penulis mengharapkan kritik dan saran dari semua pihak yang bersifat membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata, Penulis mengharapkan semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca.
Medan, Agustus 2015 Penulis,
Immanuel SP Marbun
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui nilai konsumsi energi spesifik pengeringan mesin pengering yang ramah lingkungan dengan memanfaatkan panas buang dari sistem pengkondisian udara dengan daya 1 Pk. Komponen yang dimanfaatkan dari sistem pengkondisian udara adalah kondensor. Manfaat penelitian ini adalah untuk menciptakan suatu alat mesin pengering yang ramah lingkungan dengan sistem kerja mesin pengering tidak dipengaruhi oleh musim, contohnya musim hujan yang sering terjadi saat ini. Dan manfaat lain dari penelitian ini adalah pengembangan dalam bidang penghematan energi dari teknologi refrigerasi dan pengkondisian udara, dan pengurangan emisi Gas Rumah Kaca. Kesimpulan dari analisa ini diperoleh dari nilai laju pengeringan pada mesin pengering pakaian dengan waktu bervariasi yaitu 90 – 410 menit adalah 0,684 - 0,8676 kg/jam. Nilai laju ekstraksi uap spesifik (Spesific Moisture Extraction Rate) untuk pengeringan masing-masing bahan adalah 0,4640 kg/kWh – 0,5886kg/kWh dan besarnya konsumsi energi spesifik (Spesific Energy Consumption) berkisar antara 1,70 kWh – 2,1551 kWh/kg untuk pengeringan yang dilakukan masing - masing jenis bahan pakaian.
Kata kunci : Laju pengeringan, Nilai laju ekstraksi uap spesifik, Konsumsi Energi Spesifik
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
This study was made in order to analyze the drying specific energy consumption value from the eco-friendly dryer using air conditioner with 1 HP. Part which be used from the air conditioner is Condenser. The advantage of this study are to make a eco-friendly dryer with a system that hasnot effect by season, for example like rainy season. And other advantage of this study are developing in sustainable energy of refrigeration technology and reducing greenhouse gas emissions. The conclution from this study with drying rate by 90 – 410 minutes is 0,604kg/h – 0,8676 kg/h. Specific Moisture Extraction Rate of each drying are 0,4640kg/kWh – 0,5886 kg/kWh and Specific Energy Consumption are 1,70 kWh/kg – 2,1551 kWh/kg.
Keyword: Drying Rate, Spesific Moisture Extraction Rate, Specific Energy Consumption
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .................................................................................... i ABSTRAK ..................................................................................................... iii ABSTRACT.................................................................................................... iv DAFTAR ISI .................................................................................................. v DAFTAR GAMBAR ...................................................................................... ix DAFTAR TABEL ........................................................................................ xiii DAFTAR NOTASI....................................................................................... xiv BAB I PENDAHULUAN ............................................................................... 1 1.1. Latar Belakang .............................................................................. 1 1.2. Rumusan Masalah.......................................................................... 3 1.3. Tujuan Penelitian............................................................................... 4 1.4. Batasan Masalah ........................................................................... 4 1.5. Keutamaan Penelitian .................................................................... 5 1.6. Sistematika Penulisan .................................................................... 5 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA ................................................................... 7 2.1. Pengeringan .................................................................................. 7 2.2. Mekanisme Perpindahan Panas ....................................................... 9 2.2.1. Perpindahan Panas Konduksi ............................................. 9 2.2.2. Konduksi Pada Silinder ................................................... 12 2.2.3. Perpindahan Panas Konveksi ............................................ 13 2.2.4. Perpindahan Panas Radiasi ............................................... 14 2.3. Siklus Kompresi Uap .................................................................. 16 2.4. Jenis-Jenis Pengeringan .............................................................. 17
Universitas Sumatera Utara
2.5. Pengering Sistem Pompa Kalor..................................................... 19 2.6. Analisis Performansi Pengering Pompa Kalor .............................. 21 2.6.1 Efisiensi Pengeringan (EP) ................................................ 21 2.6.2 Nilai Laju Ekstraksi uap Spesifik atau specific moisture extraction rate (SMER)........................... 22 2.6.3 Konsumsi energi Spesifik atau specific energy consumption (SEC) .................................... 22 2.6.4 Laju pengeringan (Dry rate) ............................................... 22 2.6.5 Kinerja dari Pompa Kalor .................................................. 22 2.6.6 Total performance (TP) ..................................................... 23 2.6.7 Faktor prestasi (PF) ........................................................... 23 2.7. Periode Laju pengeringan ............................................................ 23 2.8. Kadar air ...................................................................................... 25 2.9. Moisture ratio (Ratio kelembaban) ............................................... 26 2.10. Perhitungan Analisis Titik Impas (Break Even Point) ................ 27 BAB III METODOLOGI PENELITIAN..................................................... 28 3.1. Waktu dan Penelitian .................................................................. 28 3.2. Metode Desain ............................................................................ 28 3.3. Perancangan Alat dan Pemilihan Bahan ....................................... 29 3.3.1. Kaki Penyangga Alat Pengering .......................................... 29 3.3.2. Perancangan Ruang Pengering ............................................. 29 3.3.3. Perancangan Isolasi ........................................................... 30 3.3.4. Pemilihan Bahan yang Digunakan untuk Merancang Alat Pengering ......................................................................... 30
Universitas Sumatera Utara
3.4. Alat Dan Bahan Pengujian yang Digunakan ................................. 33 3.4.1. Peralatan Pengujian ............................................................ 33 3.4.2. Bahan Pengujian ............................................................... 38 3.5. Diagram Alir Proses Penelitian ............................................... ... 42 BAB IV RANCANG BANGUN DAN HASIL DATA .................................... 43 4.1. Rancang Bangun Alat Pengering.................................................. 43 4.1.1. Penyangga Alat Pengering ................................................. 43 4.1.2. Lemari Pengering ............................................................... 44 4.2. Proses Pembuatan ....................................................................... 45 4.2.1. Proses Pemotongan ........................................................... 45 4.2.2. Proses Penyambungan ....................................................... 46 4.2.3. Proses Pemasangan ........................................................... 47 4.2.4. Proses Finishing ................................................................ 48 4.3. Analisa Perpindahan Panas pada Alat Pengering ......................... 48 4.4. Hasil Pengujian Dari Berbagai Variasi Beban ............................. 54 4.4.1. Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban I (saluran udara masuk melalui pipa bagian bawah) .................................... 54 4.4.2. Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban I (saluran udara masuk melalui pipa bagian atas) ........................................ 59 4.4.3. Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban II (saluran udara masuk melalui pipa bagian bawah) .................................... 64 4.4.4. Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban II (saluran udara masuk melalui pipa bagian atas) ........................................ 69 4.4.5. Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban III (saluran udara masuk melalui pipa bagian bawah) ................................... 74
Universitas Sumatera Utara
4.4.6 Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban III (saluran udara masuk melalui pipa bagian atas) ........................................ 80 4.4.7 Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban IV (saluran udara masuk melalui pipa bagian bawah) .................................... 86 4.4.8 Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban IV (saluran udara masuk melalui pipa bagian atas) ........................................ 92 4.4.9 Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban V (saluran udara masuk melalui pipa bagian bawah) .................................... 98 4.4.10 Pengujian Pakaian dengan Variasi Beban V (saluran udara masuk melalui pipa bagian atas) ...................................... 104 4.5. Karakteristik Pengeringan .......................................................... 111 4.6. Analisis Biaya ........................................................................... 117 4.7. Analisis Titik Impas (Break Even Point) ................................... 119 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ....................................................... 123 5.1. Kesimpulan ............................................................................... 123 5.2. Saran ........................................................................................ 124 DAFTAR PUSTAKA
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Perpindahan Panas Konduksi ....................................................
10
Gambar 2.2 Konduksi Berlapis ....................................................................
11
Gambar 2.3 Analogi Tahanan Termal Konduksi ...........................................
11
Gambar 2.4 Konduksi Pada Silinder .............................................................
12
Gambar 2.5 Analogi Tahan Termal Pada Silinder .........................................
12
Gambar 2.6 Perpindahan Panas Konveksi ....................................................
13
Gambar 2.7 Konveksi Paksa .........................................................................
13
Gambar 2.8 Perpindahan Panas Radiasi ........................................................
15
Gambar 2.9 Gabungan Konduksi, Konveksi, dan Radiasi .............................
15
Gambar 2.10 Siklus Kompresi Uap Sederhana .............................................
16
Gambar 2.11 Diagram T-s dan P-h Siklus Kompresi Uap Sederhana ............
17
Gambar 2.12 Pengering Menggunakan Sistem Pompa Kalor ........................
19
Gambar 2.13 Siklus Pengering Dengan Sistem Pompa Kalor ........................
20
Gambar 2.14 Grafik Hubungan Kadar Air Dengan Waktu .............................
24
Gambar 3.1 Pelat Besi...................................................................................
30
Gambar 3.2 Besi Siku ..................................................................................
31
Gambar 3.3 Aluminium Foil ........................................................................
31
Gambar 3.4 Roda .........................................................................................
32
Gambar 3.5 Rockwool .................................................................................
33
Gambar 3.6 Laptop .......................................................................................
34
Gambar 3.7 Weight Display dan Loadcell .....................................................
34
Gambar 3.8 RH Meter ...................................................................................
35
Gambar 3.9 Hot Wire Annemometer..............................................................
36
Gambar 3.10 Blower 3 inch ..........................................................................
39
Gambar 3.11 Jenis Kain Berbahan Katun/Cotton ..........................................
38
Gambar 3.12 Jenis Kain Katun Kombed........................................................
39
Gambar 3.13 Jenis Kain Berbahan Linen ......................................................
40
Gambar 3.14 Jenis Kain Berbahan Wool .......................................................
40
Gambar 3.15 Jenis Kain Berbahan Denim .....................................................
41
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.16 Diagram Alir Proses Pelaksanaan Penelitian ...........................
42
Gambar 4.1 Alat Pengering ..........................................................................
43
Gambar 4.2 Rangka Penyangga Alat Pengering ............................................
44
Gambar 4.3 Lemari Pengering ......................................................................
45
Gambar 4.4 Siklus P-h dan Siklus T-s ..........................................................
49
Gambar 4.5 Pengujian dengan Variasi Beban I Saluran Bawah ....................
56
Gambar 4.6 Grafik Penurunan Berat Pakaian dengan Pengujian dengan Variasi Beban I Saluran Bawah ................................................................
57
Gambar 4.7 Grafik karakteristik kelembaban udara pada lemari pengering pada Pengujian dengan Variasi Beban I Saluran Bawah ......... ....
59
Gambar 4.8 Pengujian dengan Variasi Beban I Saluran Atas ........................
61
Gambar 4.9 Grafik Penurunan Berat Pakaian dengan Pengujian dengan Variasi Beban I Saluran Atas ..................................................................
62
Gambar 4.10 Grafik karakteristik kelembaban udara pada lemari pengering pada Pengujian dengan Variasi Beban I Saluran Atas ................
64
Gambar 4.11 Pengujian dengan Variasi Beban II Saluran Bawah .................
66
Gambar 4.12 Grafik Penurunan Berat Pakaian Untuk Pengujian Dengan Variasi Beban II Saluran Bawah ...........................................................
67
Gambar 4.13 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban II Saluran Bawah .......
68
Gambar 4.14 Pengujian dengan Variasi Beban II Saluran Atas .....................
71
Gambar 4.15 Grafik Penurunan Berat Pakaian Untuk Pengujian Dengan Variasi Beban II Saluran Atas ...............................................................
72
Gambar 4.16 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban II Saluran Atas ............
74
Gambar 4.17 Pengujian dengan Variasi Beban III Saluran Bawah ................
77
Gambar 4.18 Grafik Penurunan Berat Pakaian Untuk Pengujian Dengan Variasi Beban III Saluran Bawah .........................................................
78
Gambar 4.19 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban III Saluran Bawah ......
80
Gambar 4.20 Pengujian dengan Variasi Beban III Saluran Atas ...................
83
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.21 Grafik Penurunan Berat Pakaian Untuk Pengujian Dengan Variasi Beban III Saluran Atas ............................................................
84
Gambar 4.22 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban III Saluran Atas ..........
86
Gambar 4.23 Pengujian dengan Variasi Beban IV Saluran Bawah ................
89
Gambar 4.24 Grafik Penurunan Berat Pakaian Untuk Pengujian Dengan Variasi Beban IV Saluran Bawah .........................................................
90
Gambar 4.25 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban IV Saluran Bawah .......
92
Gambar 4.26 Pengujian dengan Variasi Beban IV Saluran Atas ...................
95
Gambar 4.27 Grafik Penurunan Berat Pakaian Untuk Pengujian Dengan Variasi Beban IV Saluran Atas ............................................................
96
Gambar 4.28 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban IV Saluran Atas ..........
98
Gambar 4.29 Pengujian dengan Variasi Beban V Saluran Bawah ................. 102 Gambar 4.30 Grafik Penurunan Berat Pakaian untuk Pengujian dengan Variasi Beban V Saluran Bawah .......................................................... 102 Gambar 4.31 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban V Saluran Bawah ........ 104 Gambar 4.32 Pengujian dengan Variasi Beban V Saluran Atas .................... 108 Gambar 4.33 Grafik Penurunan Berat Pakaian untuk Pengujian dengan Variasi Beban V Saluran Atas .............................................................. 109 Gambar 4.34 Grafik Karakteristik Kelembaban Udara Pada Lemari Pengering Pada Pengujian Dengan Variasi Beban V Saluran Atas ............ 111 Gambar 4.35 Grafik Karakteristik Massa Terhadap Waktu ............................ 113 Gambar 4.36 Grafik Penurunan Berat Pakaian untuk Pengujian dengan Variasi Beban I .................................................................................... 113 Gambar 4.37 Grafik Penurunan Berat Pakaian untuk Pengujian dengan Variasi Beban II ................................................................................... 114 Gambar 4.38 Grafik penurunan berat pakaian untuk pengujian dengan variasi beban III .................................................................................. 114
Universitas Sumatera Utara
Gambar 4.39 Grafik Penurunan Berat Pakaian untuk Pengujian dengan Variasi Beban IV ................................................................................. 115 Gambar 4.40 Grafik Penurunan Berat Pakaian untuk Pengujian dengan Variasi Beban V ................................................................................... 115 Gambar 4.41 Grafik Karakteristik temperatur udara pengering terhadap massa air ................................................................................. 116 Gambar 4.42 Grafik Karakteristik massa air terhadap waktu pengeringan ..... 116 Gambar 4.43 Grafik Break Even Point .......................................................... 121
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL Tabel 3.1 Karakteristik Tipe AC-Split ...........................................................
37
Tabel 4.1 Data Hasil Pengujian Dengan Variasi Beban I (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Bawah) .........................................................
54
Tabel 4.2 Data Hasil Pengujian Dengan Variasi Beban I (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Atas) ............................................................
60
Tabel 4.3 Data Hasil Pengujian Pakaian Dengan Variasi Beban II (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Bawah) .............................................
65
Tabel 4.4 Data Hasil Pengujian Pakaian Dengan Variasi Beban II (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Atas) .................................................
70
Tabel 4.5 Data Hasil Pengujian Pakaian Dengan Variasi Beban III (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Bawah) ............................................
75
Tabel 4.6 Data Hasil Pengujian Pakaian Dengan Variasi Beban III (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Atas) .................................................
81
Tabel 4.7 Data Hasil Pengujian Dengan Variasi Beban IV (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Bawah) ........................................................
86
Tabel 4.8 Data Hasil Pengujian Dengan Variasi Beban IV (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Atas) ...........................................................
93
Tabel 4.9 Data Hasil Pengujian Dengan Variasi Beban V (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Bawah) ........................................................
99
Tabel 4.10 Data Hasil Pengujian Dengan Variasi Beban V (Saluran Udara Masuk Melalui Pipa Bagian Atas) ........................................................... 105 Tabel 4.11 Data hasil perhitungan SMER dan SEC dari setiap pengujian ...... 112 Tabel 4.12 Biaya Pembelian Bahan Teknik .................................................. 117 Tabel 4.13 Total Biaya Pembuatan Alat Pengering Pakaian ......................... 118
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR NOTASI
Notasi
Arti
Satuan
COP
Coefficient of Performance
H
Enthalpy
kJ/kg
h1
Enthalpi refrigeran masuk kompressor
kJ/kg
h2
Enthalpi refrigeran keluar kompressor
kJ/kg
h3
Entalpi refrigeran saat keluar kondensor
kJ/kg
h4
Entalpi masuk ke evaporator
kJ/kg
Wc
Daya listrik compressor
kW
V
Tegangan listrik
Volt
I
kuat arus listrik
Ampere
ṁ
laju aliran refrigeran pada sistem
kg/s
kalor yang di serap di evaporator
kW
efek pendinginan (efek refrigerasi)
kJ/kg
-
FP
Faktor prestasi
-
TP
Total prestasi
-
Qk
Kalor yang dilepaskan oleh Kondensor
kW
Laju Pengeringan
kg/jam
T
Temperatur
0
Wo
Berat Basah
Gram
Wf
Berat kering
Gram
T
Waktu Pengeringan
Menit
Kabb
Kadar air basis basah
%
Kabk
Kadar air basis kering
%
Wa
Berat air dalam bahan
Gram
Wk
Berat kering mutlak bahan
Gram
Wt
Berat total
Gram
MR
Moisture ratio (rasio kelembaban)
%
Mt
Kadar air pada selama pengeringan
Menit
C
Universitas Sumatera Utara
Mo
Kadar air awal bahan
%
Me
Kadar air setelah berat bahan konstan
%
R
Refrigeran
SMER
specific moisture extraction rate
SEC
specific energy consumption
V
Kecepatan udara
m/s
Wc
Daya kompresor
kW
Wb
Daya blower
kW
Mudara
laju aliran massa udara
Kg/s
Η
Efisiensi pengeringan
%
Qp
energi yang digunakan untuk pengeringan
kJ
Q
energi untuk memanaskan udara pengering
kJ
Cp
Panas Jenis udara
kJ/kg
kg/kWh kWh
kg
Universitas Sumatera Utara
