STUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI COOLING PAD BERBAHAN SUMBU KOMPOR TANPA DUCTING DAN DENGAN DUCTING Oleh Dosen Pembimbing
: A A Dwi Swantika : Ir. Hendra Wijaksana, MSc : Ketut Astawa,ST.MT
ABSTRAK Pendinginan evaporatif merupakan proses penguapan air pada suatu permukaan yang mengalami kontak secara langsung antara air dengan udara. Pendingin evaporatif pada penelitian ini digunakan untuk mendinginkan suhu udara di dalam kandang ayam agar tidak mengalami heat stress. Ducting digunakan sebagai media menyalurkan udara, perpindahan panas, dan untuk mengurangi kelembaban pada proses penguapan air yang terjadi kontak dengan udara. Dalam penelitian ini menggunakan variasi tanpa ducting dan dengan ducting. Volume ducting yaitu 0.54 ๐3 , dengan penambahan lubang pada bagian bawah dengan diameter 5 cm berjumlah 65 lubang. Pengujian dilakukan untuk mengetahui performa pendingin evaporative cooling yang meliputi penurunan bola kering udara, efektivitas pendinginan, kapasitas pendinginan, EER dan kelembaban relatif. Variabel yang diukur pada saat pengujian adalah putaran rpm fan yaitu rpm 1 (1440 rpm), rpm 2 (1470 rpm) dan rpm 3 (1500 rpm). Dari penelitian dengan ducting pada rpm 2 menghasilkan kelembaban relatif lebih baik dibanding dengan tanpa ducting. Nilai yang di dapat pada pengujian dengan ducting 60-70% merupakan kelembaban nyaman bagi ayam. Semakin besar kontak udara yang mengandung uap air dengan sistem, akan mempengaruhi kelembaban yang terjadi. Kata kunci : pendinginan, suhu, ducting, kelembaban.
iv
EXPERIMENTAL STUDY PERFORMANCE BASED COOLING PAD AXES STOVE WITHOUT DUCTING AND WITH DUCTING Author Guidance
: A A Dwi Swantika : Ir. Hendra Wijaksana, MSc : Ketut Astawa,ST.MT ABSTRACT
Evaporative cooling is the evaporation of water on a surface that experienced direct contact between the water with air. Evaporative coolers in this study is used to cool the air temperature inside the henhouse so as not to heat stress. Ducting used as a medium to channel air, heat transfer, and to reduce moisture on the evaporation of water that comes in contact with air. In this study, using variations without ducting and ducting. Volume ducting ie 0,54 m ^ 3, with the addition of a hole at the bottom with a diameter of 5 cm are 65 holes. Tests conducted to determine the performance of cooling evaporative cooling which include a decrease in air-dry bulb, the effectiveness of cooling, cooling capacity, EER and relative humidity. Variables measured at the time of testing that is round fan rpm 1 rpm (1440 rpm), 2 rpm (1470 rpm) and 3 rpm (1500 rpm). From studies with ducting at 2 rpm produces relative humidity is better than without ducting. Values in the can on testing with ducting humidity 60-70% is comfortable for chicken. The greater the contact to air containing water vapor with the system, will affect the moisture that occurs. Keywords: cooling, temperature, ducting, humidity.
v
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat rahmat-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul โSTUDI EKSPERIMENTAL PERFORMANSI COOLING PAD BERBAHAN SUMBU KOMPOR TANPA DUCTING DAN DENGAN DUCTINGโ Dalam penyusunan skripsi ini penulis mendapat banyak bantuan dari berbagai pihak, untuk itu penulis mengucapakan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :
1. Bapak Dr.Ir. I Ketut Gede Sugita, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. 2. Bapak Ir. Hendra Wijaksana, MSc. Selaku Dosen Pembimbing I. 3. Bapak Ketut Astawa,ST.MT Selaku Dosen Pembimbing II. 4. Bapak I Putu Lokantara,ST.MT Selaku Dosen Pembimbing Akademik. 5. Bapak I Gusti Ngurah Putu Tenaya, ST.,MT. Selaku Dosen Penguji I. 6. Bapak Dr. Wayan Nata Septiadi, ST, MT Selaku Dosen Penguji II. 7. Bapak Ir. I Nengah Suarnadwipa, MT Selaku Dosen Penguji III. 8. Bapak/Ibu dosen serta staf pegawai Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Udayana. 9. Keluarga yang selalu mendukung dan membantu dalam perkuliahan hingga penyusunan skripsi. 10. Kepada rekanโrekan dan semua pihak Jurusan Teknik Mesin yang telah membantu dalam penyelesaian skripsi. Penulis menyadari bahwa skripsi ini tentu jauh dari kesempurnaan mengingat keterbatasan pengetahuan dan referensi yang penulis miliki. Oleh karena itu kritik dan saran yang sifatnya konstruktif sangat penulis harapkan dari berbagai pihak. Sekali lagi penulis mengucapkan banyak terima kasih dan penulis mohon maaf apabila ada kekurangan atau kesalahan dalam penulisan skripsi ini. Bukit Jimbaran, Desember 2016
Penulis
vi
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN
i
LEMBAR PERSETUJUAN
ii
PERNYATAAN
iii
ABSTRAKSI
iv
ABSTRACT
v
KATA PENGANTAR
vi
DAFTAR ISI
vii
DAFTAR GAMBAR
x
DAFTAR TABEL
xi
DAFTAR LAMPIRAN
xii
BAB I PENDAHULUAN
1
1.1 Latar Belakang
1
1.2 Rumusan Masalah
2
1.3 Batasan Masalah
3
1.4 Tujuan Penelitian
3
1.5 Manfaat Penelitian
3
BAB II DASAR TEORI
4
2.1 Evaporative Cooler
4
2.1.1 Faktor-faktor yang mempengaruhi pendingin evaporative
6
2.1.2 Rancangan Evaporative Cooler Pada Umumnya
7
2.1.3 Bagian โ Bagian Evaporative Cooler
8
2.1.4 Tipe Desain Evaporative Cooler
9
2.2 Karakteristik Bahan Evaporative Cooling Pad
11
2.3 Suhu Udara Nyaman (Thermal Comfort)
13
2.4 Sifat-sifat Udara Basah
15
2.4.1 Temperatur Bola Kering (Dry Bulb Temperature
)
15
2.4.2 Temperatur Bola Basah (Wet Bulb Temperature )
16
2.4.3 Kelembaban Spesifik (Spesific Humidity<w>)
16
vii
2.4.4 Kelembaban Relatif (Relatif Humidity)
17
2.4.5 Temperature Dew-Point (Td)
17
2.4.6 Volume Spesifik (v)
17
2.4.7 Entalphy Udara (h)
18
2.5 Psychrometric Chart
18
2.6 Perfomansi Pendingin Evaporatif
21
2.7 Manometer
22
2.8 Laju Penguapan/Evaporasi
24
BAB III METODE PENELITIAN
25
3.1 Variabel Penelitian
25
3.1.1 Variabel Bebas
25
3.1.2 Variabel Terikat
25
3.2 Alat dan Bahan
25
3.3 Pembuatan Box Uji
27
3.3.1 Menghitung Udara Masuk ke Kandang
27
3.3.2 Menghitung Laju Aliran Volume Udara
28
3.3.3 Menghitung Kapasitas Pendinginan
28
3.3.4 Menentukan Skala Kapasitas Pendinginan dan Volume Box Uji
28
3.4 Ketentuan Variasi Ducting dan Putaran Fan Yang Digunakan 3.4.1
Variasi Ducting
3.4.2 Variasi Putaran Rpm 3.5 Pemodelan Pengujian
29 29 29 30
3.5.1 Langkah Perancangan
32
3.5.2 Cara Kerja Alat Pengujian
33
3.6 Prosedur Penelitian
33
3.7 Diagram Alir Penelitian
34
viii
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Penelitian
36 36
4.1.1 Data Temperatur
36
4.1.2 Data Kecepatan Aliran Udara
37
4.2 Pengolahan Data
38
4.2.1 Menghitung Laju Aliran Volume Udara
38
4.2.2 Menghitung Temperatur Rata-Rata
38
4.2.3 Menghitung Performa Evaporative Cooler
40
4.2.4 Laju Penguapan
43
4.2.5 Kelembaban Udara
44
4.3 Pembahasan
46
4.3.1 Penurunan Temperatur Bola Kering Udara (โ๐๐๐ต)
46
4.3.2 Efektifitas Pendinginan (โ)
49
4.3.3 Kapasitas Pendinginan
50
4.3.4 EER (Energy Efficiency Ratio)
51
4.3.5 Laju Penguapan
52
4.3.6 Kelembaban Relatif
53
4.4 Grafik Psychometri
54
BAB V PENUTUP
60
5.1 Kesimpulan
60
5.2 Saran
61
DAFTAR PUSTAKA
61
LAMPIRAN
63
ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Rancangan Evaporative ooler
8
Gambar 2.2 Direct evaporative cooling
10
Gambar 2.3 Indirect evaporative Cooler
11
Gambar 2.4 Sumbu Kompor Minyak Tanah
12
Gambar 2.5 Psychrometric chart
19
Gambar 2.6 Rangka Diagram Psychrometric
20
Gambar 2.7 Delapan Proses Thermodinamika Dasar
21
Gambar 2.8 Manometer tabung dengan pipa U
23
Gambar 3.1 Ducting
29
Gambar 3.2 Desain Evaporative Cooling Pads
30
Gambar 3.3 Model Skematik Pengujian
31
Gambar 3.4 Diagram alir penelitian
35
Gambar 4.1 Garis Psychrometric chart
45
Gambar 4.2 Grafik Hubungan Antara Penurunan Temperatur Bola Kering Udara (โ๐๐๐ต) Terhadap Waktu
47
Gambar 4.3 Grafik Hubungan Antara Penurunan Temperatur Bola Kering Udara (โ๐๐๐ต) Terhadap Putaran Fan
48
Gambar 4.4 Grafik Hubungan Antara Efektivitas Pendinginan (โ) Terhadap Putaran Fan
50
Gambar 4.5 Grafik Hubungan Antara Kapasitas Pendinginan (qs) Terhadap Putaran Fan
51
Gambar 4.6 Grafik Hubungan Antara Energy Efficiency Ratio (EER) Terhadap Putaran Fan
52
Gambar 4.7 Grafik Hubungan Antara Laju Penguapan Terhadap Putaran Fan
53
Gambar 4.8 Grafik Hubungan Antara Kelembaban Relatif Terhadap Putaran Fan
54
Gambar 4.9 Grafik Psychrometri dengan Tanpa Ducting
56
Gambar 4.10 Grafik Psychrometri dengan Dengan Ducting
58
x
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Laju Penguapan
13
Tabel 2.2 Kapasitas Pendinginan
13
Tabel 2.3 Batasan Temperatur Nyaman di Beberapa Negara
14
Tabel 2.4 Suhu Nyaman Menurut Standar Tata Cara Perancangan pada
15
Tabel 2.5 Suhu dan Kelembaban Udara yang Nyaman Bagi ayam
15
Tabel 4.1 Pengambilan Data Pendinginan Tanpa Ducting
36
Tabel 4.2 Pengambilan Data Pendinginan Dengan Ducting
37
Tabel 4.3 Hasil Pengolahan Data Pendinginan Tanpa Ducting
39
Tabel 4.4 Hasil Pengolahan Data Pendinginan Dengan Ducting
40
Tabel 4.5 Perhitungan Penurunan Temperatur Bola Kering Udara
41
Tabel 4.6 Perhitungan Efektifitas Pendinginan
41
Tabel 4.7 Perhitungan Kapasitas Pendinginan
42
Tabel 4.8 Perhitungan Energy Efficiency Ratio
43
Tabel 4.9 Massa Alat Awal Dan Akhir
44
Tabel 4.10 Perhitungan Laju Penguapan
44
Tabel 4.11 Temperatur Udara
44
Tabel 4.12 Kelembaban Relatif
45
Tabel 4.13 Penurunan Temperatur Bola Kering Udara (โ๐๐๐ต)
46
xi
DAFTAR LAMPIRAN Lampiran 1
Dokumentasi Pembuatan Dan Pengujian Evaporative Colling Tanpa Ducting Dan Dengan Ducting
xii
64
1
BAB I PENDAHULUAN 1.1
Latar Belakang Indonesia merupakan Negara yang mempunyai iklim tropis. Kondisi daerah
tropis ini dikenal memiliki temperatur dan kelembaban tinggi (lebih dari 24ยบC dan 50%). Sedangkan temperatur pada siang hari mencapai 34ห-37หC. Bahkan pada musim kemarau temperatur bisa mencapai 38หC. Kondisi tersebut sering menimbulkan Heat stress pada unggas. Khususnya pada ayam yang di daerah asal membutuhkan suhu yang nyaman (24ห-30หC) walaupun sudah mengalami perbaikan genetik tetapi tidak dibarengi oleh perkembangan organ-organ dalam seperti jantung, hati dan lain-lain. Ayam juga tidak mempunyai kelenjar keringat. Sehingga prosesnya dibantu dengan evaporasi. Pada akhirnya, jika kondisi lingkungan sangat panas. Maka bisa berakibat turunnya produksi karena suhu yang tinggi. Problem utama pada peternakan ayam daerah tropis yang sering dijumpai adalah tingginya angka kematian. Disamping hal tersebut juga sulitnya menghasilkan performans (bobot badan, berat daging, konversi ransum) yang sesuai dengan standart potensi genetik. North (1984), menyatakan bahwa setiap kenaikan temperatur kandang 3ยบC akan secara nyata mempengaruhi penampilan unggas yang dipelihara. Kondisi temperatur yang terlalu tinggi ini bisa menyebabkan Heat Stress. Bila ayam terkena Heat stress dapat menggangu kenyamanan ayam dan parahnya lagi bisa menyebabkan kematian. Kendala utama usaha beternak ayam komersial di daerah beriklim tropis seperti Indonesia khususnya di Bali adalah temperatur lingkungan yang cukup tinggi, terutama di daerah dataran rendah dan pada musim kemarau. Permasalahan tersebut, terutama untuk menekan temperatur panas pada tipe kandang bisa diatasi dengan cara menambah beberapa peralatan di dalam kandang seperti evaporative cooler atau lebih di kenal dengan air cooler dipasaran merupakan alat yang bekerja sesuai dengan pendingin evaporative. Proses pedinginan evaporative merupakan perubahan molekul didalam keadaan cair dengan spontan menjadi gas. Penguapan dapat dilihat dari
2
lenyapnya cairan secara berangsur-angsur ketika terpapar pada gas dengan volume signifikan. Sistem evaporative ini bekerja dengan komponen fan (kipas) dan evaporative cooling pads. Dengan menggunakan aliran udara dengan kecepatan rendah yang di bantu dengan fan, diharapkan mampu memberikan efektifitas yang lebih tinggi dengan penguapan air yang lebih sedikit sehingga mampu meminimalisir penggunaan air (Ekadewi A.Handoyo, dkk,2008). Cooling pads merupakan media pendingin pada evaporative cooling wall. Cooling pads yang akan di gunakan berbahan sumbu kompor minyak tanah yang memiliki penyerapan yang baik dengan susunan pads type staggered agar fluida yang lewat dapat menguap pada partikel-partikel terkecil. Evaporative cooling pads selain sebagai pendingin, juga merupakan saringan air. Semakin besar debit air yang di gunakan menghasilkan penurunan bola kering udara, efektivitas pendinginan, kapasitas pendinginan, dan EER (Energy Effesiensi Ratio) yang tinggi pula (Purwata,2013). Berdasarkan hal tersebut penulis akan melakukan pengujian karakteristik cooling pads dengan sumbu kompor dengan penambahan ducting pada transmisi aliran udara guna mendapatkan hasil penelitian untuk mengetahui kemampuan pendinginan yang terjadi. Dari hal tersebut peneliti ini menambahkan ducting berbentuk balok berupa plat seng yang di beri beberapa lubang di bagian bawah ducting untuk menyerap panas dan langsung di buang ke lingkungan bersama uap air yang tersisa oleh bantuan dorongan fan dengan variasi aliran udara yang di harapkan mampu mendapatkan proses pendinginan yang terbaik. Agar nantinya system pendingin cooling pad dengan penambahan ducting bisa aplikasikan pada kandang ayam. 1.2
Rumusan Masalah Permasalahan yang dibahas dalam penelitian ini yaitu bagaimanakah
performansi cooling pad berbahan sumbu kompor tanpa ducting terhadap penambahan duckting.
3 1.3
Batasan Masalah Adapun batasan masalah dari penelitian ini agar memperoleh hasil yang
maksimal dan lebih terarah maka perlu membatasi masalah, antara lain : 1.
Temperature lingkungan dianggap konstan.
2.
Temperature air yang di gunakan 10ยบc ยฑ 1ยบc.
3.
Fan yang di gunakan adalah fan dengan variasi kecepatan aliran udara.
4.
Pengambilan data di lakukan setelah menghidupkan alat terlebih dahulu agar pad basah secara merata.
1.4
Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah untuk mengetahui performansi
pendinginan yang dihasilkan oleh cooling pad terhadap karakteristik pad berbahan sumbu kompor tanpa ducting dengan penambahan ducting. 1.5
Manfaat Penelitian Adapun manfaat yang di peroleh dari penelitian ini adalah:
1.
Mengetahui penurunan temperature di dalam box yang direduksi oleh cooling pad .
2.
Mengetahui pengaruh penambahan ducting terhadap pendinginan yang dihasilkan.
3.
Mengetahui kemampuan system pendingin cooling pad dengan penambahan ducting untuk menurunkan suhu dan mengurangi kelembaban yang menyebabkan tumbuhnya jamur bila nantinya di aplikasikan pada kandang ayam.
