Rancang Bangun Alat Pengering Pakaian Sistem Hibrida Dengan Kapasitas Ruang Pengering Satu Meter Kubik
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
Rekan-rekan 1 tim skripsi, Haris Rusandi, Imam Syahputra dan Yudha
7.
Novriansyah yang telah meluangkan waktunya bersama untuk berdiskusi
bertukar pikiran juga memberikan kritik dan saran terhadap penulis.
Teman-teman saya Chairil Anwar, Daniel Nababan, M. Siddiq Munazar,
8.
yang banyak membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Ucapan terima-kasih juga kepada seluruh teman-teman mahasiswa Teknik
9.
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
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
Rekan-rekan 1 tim skripsi, Haris Rusandi, Imam Syahputra dan Yudha
7.
Novriansyah yang telah meluangkan waktunya bersama untuk berdiskusi
bertukar pikiran juga memberikan kritik dan saran terhadap penulis.
Teman-teman saya Chairil Anwar, Daniel Nababan, M. Siddiq Munazar,
8.
yang banyak membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini.
Ucapan terima-kasih juga kepada seluruh teman-teman mahasiswa Teknik
9.
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