sehingga mengakibatkan proses penguapan semakin cepat pula. Atau semkain tinggi suhu udara pengeringan maka akan semakin besar anergi
panas yang dibawa ke udara yang akan menyebabkan proses pindahan panas semakin cepat sengingga pindah massa akan berlangsung juga
dengan cepat.
b Kecepatan udara
Umumnya udara yang bergerak akan lebih banyak mengambil uap air dari permukaan bahan yang dikeringkan. Udara yang bergerak adalah
udara yang mempunyai kecepatan gerak yang tinggi yang berguna untuk mengambil uap air dan menghilangkan uapa air dari permukaan bahan
yang dikeringkan, sehingga dapat mencegah terjadinya udara jenuh yang
dapat memperlambat penghilangan air. c Kelembaban Udara RH
Semakin lembab udara di dalam ruang pengering dan sekitarnya maka akan semakin lama proses pengeringan berlangsung kering, begitu
juga sebaliknya. Karena udara kering dapat mengabsorbsi dan menahan uap air. Setiap bahan mempunyai keseimbangan kelembaban nisbi RH
keseimbangan masing- masing, yaitu kelembapan pada suhu tertentu dimana bahan tidak akan kehilangan air pindah ke atmosfir atau tidak
akan mengambil uap air dari atmosfir. Jika RH udara RH keseimbangan maka bahan masih dapat dikeringkan.
Jika RH udara RH keseimbangan maka bahan malahan akan menarik uap air dari udara.
d Waktu
Semakin lama waktu batas tertentu pengeringan maka akan semakin cepat proses pengeringan selesai. Dalam pengeringan diterapkan
konsep HTST High Temperature Short Time, short time dapat menekan biayapengeringan.
2.3 Pompa Kalor
Pompa kalor heat pump adalah suatu perangkat yang mentransfer panas dari media suhu rendah ke suhu tinggi. Sebagian besar teknologi pompa kalor
Universitas Sumatera Utara
memindahkan panas dari sumber panas yang bertemperatur rendah ke lokasi bertemperatur lebih tinggi. Contoh yang paling umum adalah lemari es,
freezer, pendingin ruangan, dan sebagainya. Pompa kalor merupakan perangkat yang sama dengan mesin pendingin
Refrigerator, perbedaannya hanya pada tujuan akhirnya. Mesin pendingin bertujuan menjaga ruangan pada suhu rendah dingin dengan membuang panas
dari ruangan. Sedangkan pompa kalor bertujuan menjaga ruangan berada pada suhu yang tinggi panas. Hal ini diilustrasikan seperti pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Refrigerator Dan Pompa Kalor Heat Pump Sumber: Cengel Boles Fifth Edition Hal.608
Pompa kalor memanfaatkan sifat fisik dari penguapan dan pengembunan dari suatu fluida kerja yang disebut dengan refrigeran. Pada aplikasi sistem
pemanas, ventilasi, dan pendingin ruangan, pompa kalor merujuk pada alat pendinginan kompresi uap yang mencakup saluran pembalik dan penukar panas
sehingga arah aliran panas dapat dibalik. Secara umum, pompa kalor mengambil panas dari udara atau dari permukaan. Beberapa jenis pompa kalor dengan sumber
Universitas Sumatera Utara
panas udara tidak bekerja dengan baik setelah temperatur jatuh di bawah - 5
o
C23
o
F sumber : http:id.wikipedia.orgwikiPompa_kalor.
2.4 Siklus Kompresi Uap SKU
Siklus Kompresi Uap SKU adalah siklus termodinamika yang digunakan untuk memindahkan panas dari medium yang bertemperatur rendah ke medium
yang bertemperatur lebih tinggi. Fluida kerja yang mengalir selama siklus disebut fluida kerja atau refrigeran. Pada SKU, selama siklus, refrigeran mengalami
perubahan fasa, yaitu menjadi uap evaporation dan menjadi cair condensation. Berdasarkan proses perubahan fasa inilah, maka pada SKU kita kenal beberapa
komponen seperti Evaporator dan Kondensor. Saat ini mesin pendingin yang menggunakan SKU sangat mudah dijumpai, seperti pada pendinginpemanas yang
digunakan untuk pengkondisian udara AC-SplitHeat Pump di perumahan atau perkantoran dalam skala kecil.
Sistem kompresi uap mempunyai 4 komponen utama, yaitu kompresor, kondensor, katup ekspansi Throttling Device dan evaporator seperti yang
ditunjukkan pada Gambar 2.3. Keempat komponen tersebut melakukan proses yang saling berhubungan dan membentuk siklus refrigerasi kompresi uap.
[Sumber : Buku Kuliah Thermodinamika Teknik II, hal. 54] Siklus refrigerasi kompresi uap ini dapat digambarkan seperti gambar
berikut:
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.2 Skema siklus refrigerasi kompresi uap Sumber : Buku Kuliah Thermodinamika Teknik II
Siklus refrigerasi kompresi uap merupakan siklus yang paling umum digunakan untuk mesin pendingin dan pompa kalor. Komponen utama dari sebuah
siklus kompresi uap adalah : 1.
Kompresor, berfungsi untuk memindahkan uap refrigeran dari evaporator dan menaikkan tekanan dan temperatur uap refrigeran ke
suatu titik di mana uap tersebut dapat berkondensasi dengan normal sesuai dengan media pendinginnya.
2. Kondensor, berfungsi melakukan perpindahan kalor melalui
permukaannya dari uap refrigeran ke media pendingin kondensor. 3.
Katup Ekspansi, berfungsi untuk mengatur jumlah refrigeran yang mengalir ke evaporator dan menurunkan tekanan dan temperatur
refrigeran cair yang masuk ke evaporator, sehingga refrigeran cair akan menguap dalam evaporator pada tekanan rendah.
4. Evaporator, berfungsi melakukan perpindahan kalor dari ruangan yang
didinginkan ke refrigeran yang mengalir di dalamnya melalui permukaan dindingnya.
Pada gambar dapat dilihat bahwa dengan menggunakan evaporator panas diserap dari ruangan yang dikondisikan. Kemudian kompresor menerima kerja
WARM environment
Condenser Q
H
Evaporator Expansion
valve
COLD Refrigerated space
Compressor W
in
Universitas Sumatera Utara
mekanik. Setelah melalui kompresor, refrigeran masuk ke kondensor. Di sini refrigeran membuang panas ke lingkungan dan akhirnya mencair. Setelah
mencair, tekanan refrigeran diturunkan sampai tekanan evaporator dengan menggunakan katup ekspansi.
SKU mempunyai 4 komponen utama, yaitu kompresor, kondensor, katup expansi, dan evaporator, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.3
Gambar 2.3 Siklus Kompresi Uap sederhana Sumber : Buku kuliah Teknik Pendingin Pengkondisian Udara
Diagram T-s T adalah temperatur dan s adalah entropi [kJkgK] ditampilkan pada Gambar 2.2a. Diagram P-h P adalah tekanan dan h adalah
entalpi ditampilkan pada grafik pada Gambar 2.2b. Proses-proses termodinamika yang terjadi pada SKU ini dapat dibagi atas
4 proses ideal, yaitu
1.
1-2s: adalah proses kompresi isentropik dari tekanan evaporator ke tekanan kondensor.
Pada titik 1, idealnya refrigeran berada pada fasa cair jenuh setelah menyerap panas pada suhu rendah dari evaporator.
2.
2s-3: adalah perpindahan panas yang diikuti kondensasi dari kondensor pada tekanan konstan. Pada bagian awal sisi masuk kondensor refrigeran
masih dalam kondisi superheat dan akibat pendingin akan turun suhunya hingga mencapai temperatur kondensasi, dan akhirnya menjadi cair jenuh
Universitas Sumatera Utara
pada sisi keluar kondensor.
3.
3-4: adalah ekspansi adiabatik dari tekanan kondensor ke tekanan evaporator. Akibat penurunan tekanan, temperatur akan turun. Pada sisi
masuk evaporator sebagian fluida berada pada fasa cair dan sebagian lagi menjadi uap.
4.
4-1: adalah penguapan pada tekanan konstan. Di sini fluida menyerap panas dari medium agar dapat menguap. Refrigeran akan, seluruhnya
menguap di sisi keluar evaporator dan siklus akan berulang ke langkah 1:
Gambar 2.4 Diagram T-s siklus standar Sumber : Buku kuliah Teknik Pendingin Pengkondisian Udara
Gambar 2.5 Diagram P-h Siklus ideal Sumber : Buku kuliah Teknik Pendingin Pengkondisian Udara
2.4.1 Proses Kompresi 1 – 2s
Proses ini berlangsung di kompresor secara isentropik adiabatik. Tugas utama kompresor adalah menaikkan tekanan refrigeran, sekaligus juga menaikkan
Universitas Sumatera Utara
temperaturnya lebih tinggi dari temperatur lingkungan. Tujuannya adalah agar dapat melepaskan panas pada temperatur tinggi ke lingkungan.
Kondisi awal refrigeran pada saat masuk di kompresor adalah uap jenuh bertekanan rendah, setelah di kompresi refrigeran menjadi uap bertekanan tinggi.
Oleh karena proses ini dianggap isentropik, maka temperatur keluar kompresor pun meningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigeran bisa
dihitung dengan rumus :
Gambar 2.6 Proses kompresi W
c
= � ̇�
�
= � ̇ℎ
2
− ℎ
1
..........................................................2.1 Dimana :
�
�
= besarnya kerja kompresi yang dilakukan kJkg ℎ
1
= entalpi refrigeran saat masuk kompresor kJkg ℎ
2
= entalpi refrigeran saat keluar kompresor kJkg ṁ = laju aliran refrigeran pada sistem kgs
h
1
diperoleh dari tekanan pada evaporator, h
2
diperoleh dari tekanan pada kondensor.
Dalam pengujian besarnya daya kompresor untuk melakukan kerja dapat juga ditentukan dengan rumus:
Wc = � × � × ���.........................................................................2.2
Dimana : W
c
= daya listrik kompresor Watt � = tegangan listrik Volt
� = kuat arus listrik Ampere ��� � = 0,6 – 0,8
Universitas Sumatera Utara
2.4.2 Proses Kondensasi 2 – 3
Proses ini berlangsung di kondensor, refrigeran yang bertekanan dan temperatur tinggi keluar dari kompresor membuang kalor sehingga fasanya
berubah menjadi cair. Hal ini berarti bahwa di kondensor terjadi penukaran kalor antara refrigeran dengan udara, sehingga panas berpindah dari refrigeran ke udara
pendingin dan akhirnya refrigeran mengembun menjadi cair. Besarnya kalor per satuan massa refrigeran yang di lepaskan di kondensor
dinyatakan sebagai:
Gambar 2.7 Proses kondensasi �
�
= �̇ �
�
= �̇ ℎ
2
− ℎ
3
.........................................................2.3 Dimana :
�
�
= besarnya kalor dilepas di kondensor kJkg ℎ
2
= entalpi refrigeran saat masuk kondensor kJkg ℎ
3
= entalpi refrigeran saat keluar kondensor kJkg ṁ = laju aliran refrigeran pada sistem kgs
2.4.3 Proses Ekspansi 3 – 4
Proses ini berlangsung secara isoentalpi, hal ini berarti tidak terjadi penambahan entalpi tetapi terjadi drop tekanan dan penurunan temperatur. Proses
penurunan tekanan terjadi pada katup ekspansi yang berbentuk pipa kapiler atau orifice yang berfungsi mengatur laju aliran refrigeran dan menurunkan tekanan.
ℎ
3
= ℎ
4
Dimana : h
3
= entalpi refrigeran saat keluar kondensor kJkg h
4
= harga entalpi masuk ke evaporator kJkg 2.4.4 Proses Evaporasi 4 – 1
Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar isotermal. Refrigeran dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan media yang
didinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas bertekanan rendah.
Universitas Sumatera Utara
Besarnya kalor yang diserap evaporator adalah :
Gambar 2.8 Proses evaporasi �
�
= �̇ �
�
= �̇ ℎ
1
− ℎ
4
........................................................2.4
Dimana : �
�
= kalor yang di serap di evaporator kW �
�
= efek pendinginan efek refrigerasi kJkg ℎ
1
= harga entalpi ke luar evaporator kJkg
ℎ
4
= harga entalpi masuk ke evaporator kJkg
ṁ = laju aliran refrigeran pada sistem kgs Selanjutnya refrigeran kembali masuk ke kompresor dan bersirkulasi
kembali, begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai.
2.5 Pengering Sistem Pompa Kalor
Pompa kalor merupakan salah satu sistem yang dapat dimanfaatkan pada teknologi pengeringan. Teknologi ini telah banyak di manfaatkan di Australia dan
Eropa. Pompa kalor sebagai pengering berpotensi menghemat energi.. Pompa kalor untuk pengeringan pakaian atau Heat Pump Clothes Dryers HPCDs dapat
menghemat energi sebesar 50 dibanding sistem pengering pakaian listrik konvensional, dan karenanya memiliki potensi menyimpan energi yang besar
Meyers, et al. 2010. Prinsip kerja pengering pakaian pompa kalor diilustrasikan seperti gambar
2.9. Pompa kalor memberikan panas dengan mengekstraksi energi dari udara sekitar. Panas kering udara diproses memasuki belakang drum dan berinteraksi
dengan cucian. Udara lembab yang hangat dari drum diproses melalui layar serat
Universitas Sumatera Utara
dan melalui evaporator dimana sebagian besar kelembaban akan di hilangkan sebelum mengalir melalui kondensor dan kembali ke drum.Meyers, et al. 2010.
Gambar 2.9 Diagram pengering pakaian pompa kalor. Sumber:Meyers, et al. 2010
Melalui skema siklus refrigrasi kompresi uap, panas yang dikeluarkan oleh kondensor dimanfaatkan untuk mengeringkan pakaian. Udara panas dari
kondensor dialirkan ke ruang pengeringan, selanjutnya udara hasil pengeringan menjadi lembab basah. Udara dari ruang pengeringan kemudian dialirkan ke
evaporator untuk didinginkan dan dikeringkan, udara tersebut selanjutnya akan menuju kondensor untuk dipanaskan. Demikian seteruanya siklus dari udara
pengering tersebut bersikulasi. Skema dari pengering pakaian ini terlihat pada gambar 2.10.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.10 Skema pengeringan Kinerja alat pengering salah satunya dapat ditentukan dari efisiensi
pengeringan. Efisiensi pengeringan merupakan perbandingan antara energi yang digunakan untuk menguapkan kandungan air abahan dengan energi untuk
memanaskan udara pengering. Efisiensi pengeringan biasanya dinyatakan dalam persen. Semakin tinggi nilai efisiensi pengeringan maka alat pengering tersebut
semakin baik. Pada penelitian ini, panas buangan kondensor yang akan dimanfaatkan
sebagai sumber energi untuk melakukan pengeringan. Prinsip kerja pengering pompa kalor diilustrasikan seperti Gambar 2. 11. Pompa kalor melalui kondensor
memberikan panas kepada aliran udara luar. Proses ini akan menghasilkan udara panas dan kering. Udara ini akan dimasukkan ke dalam ruang pengering dan
berinteraksi dengan bahan yang akan akan dimasukkan ke dalam ruang pengering dan berinteraksi dengan bahan yang akan dikeringkan. Seperti yang ditunjukkan
gambar, panas yang dikeluarkan oleh kondensor dimanfaatkan untuk menguapkan air dari suatu bahan. Udara panas dari kondensor dialirkan ke ruang pengeringan,
selanjutnya udara hasil pengeringan menjadi lembab basah. Udara sisa ini akan dibuang ke lingkungan. Sementara sisi evaporator tidak akan diganggu atau tetap
melakukan fungsi refrigerasi.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 2.11 Siklus pengering dengan sistem pompa kalor. Karakteristik penting dari sebuah pompa kalor adalah bahwa jumlah panas
yang dapat ditransfer lebih besar daripada energi yang diperlukan untuk menggerakkan siklus. Perbandingan antara panas yang dapat diserap dan energi
yang dibutuhkan dikenal dengan Coefficient of Performance COP. Energi Listrik yang digunakan untuk menggerakkan pompa kalor yang digunakan untuk
memanaskan lingkungan beriklim sedang biasanya memiliki COP 3,5 pada kondisi desain. Ini berarti bahwa untuk setiap1 kWh listrik yang digunakan untuk
menggerakkan pompa kalor akan dapat ditarik panas di evaporator sebesar 3,5 kWh Brown 2009. Kemudian gabungan panas ini, sebesara 4,5 kWh, akan
dibuang di kondensor berupa panas sisa atau buangan. Beberapa peneliti telah melaporkan penelitian yang berhubungan dengan
pompa kalor untuk pengeringan beberapa produk. Hii, dkk 2010 melakukan pengeringan biji kakao menggunakan sistem pompa kalor yang beroperasi pada
temperatur dan humiditas rendah. Hasil pengeringan ini mampu meningkatkan mutu pH, warna dan aroma dibanding sampel komersial dari negara-negara
produsen kakao. P. Suntivarakorn dkk 2010 melakukan penelitian kajian pengering
pakaian dengan menggunakan panas sisa dari Air Conditioner AC dengan kapasitas 12.648 Btuh. Luas ruang pengeringan 0,5 x 1,0 m2. Percobaan
Universitas Sumatera Utara
dilakukan dalam 2 aspek yaitu pengeringan pakaian dengan dan tanpa kipas tambahan dan hasilnya adalah laju pengeringan 2,26 kgjam dan 1,1 kgjam.
2.6 Analisis Performansi Pengering Pompa Kalor
