BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Proses Pengeringan - Analisa Saluran Pengering Pakan Ternak Dengan Bentuk Balok Pada Sistem Pompa Kalor Dengan Daya 1 Pk

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Proses Pengeringan

Pengeringan adalah proses perpindahan panas dan uap air secara simultan yang memerlukan energi panas untuk menguapkan kandungan air yang dipindahkan dari permukaan bahan yang dikeringkan oleh media pengering yang biasanya berupa panas. Proses pengeringan berlaku apabila bahan yang dikeringankan kehilangan sebahagian atau keseluruhan air yang dikandungnya. Proses utama yang terjadi pada proses pengeringan adalah penguapan. Penguapan terjadi apabila air yang dikandung oleh suatu bahan teruap, yaitu apabila panas diberikan kepada bahan tersebut.

Prinsip pengeringan biasanya akan melibatkan dua kejadian yaitu panas yang diberikan pada bahan dan air harus dikeluarkan dari bahan. Dua fenomena ini menyangkut pindah panas ke dalam dan pindah massa ke luar. Yang dimaksud dengan pindah panas adalah peristiwa perpindahan energi dari udara ke dalam bahan yang dapat menyebabkan berpindahnya sejumlah massa (kandungan air) karena gaya dorong untuk keluar dari bahan (pindah massa).

Dalam pengeringan umumnya diinginkan kecepatan pengeringan yang maksimum, oleh karena itu diusahakan untuk mempercepat pindah panas dan pindah massa. Perpindahan panas dalam proses pengeringan dapat terjadi melalui dua cara yaitu pengeringan langsung dan pengeringan tidak langsung. Pengeringan langsung yaitu sumber panas berhubungan dengan bahan yang dikeringkan, sedangkan pengeringan tidak langsung yaitu panas dari sumber panas dilewatkan melalui permukaan benda padat (conventer) dan conventer tersebut yang berhubungan dengan bahan. Setelah panas sampai ke bahan maka air dari sel-sel bahan akan bergerak ke permukaan bahan kemudian keluar.

Teknologi pengelolahan limbah pertanian dan agro industry menjadi pakan lengkap dengan metode processing yang terdiri dari pencacahan (

choppe r) untuk merubah parikel dan testur bahan agar komsumsi ternak lebih

efisien, perlakuan pengeringan (drying) dengan panas matahari atau alat pengeringan untuk menurunkan kadar air bahan , proses pencampuran (mixing) dengan menggunakan alat pencampur (mixer) dan perlakuan penggilingan dengan alat giling (hummer mill) dan terkhir proses pengemasan (Wahyono dan Hardianto 2004)

Table :2.1 kandungan gizi pelepah daun kelapa sawit N0 Zat nutrisi Kandungan

8 Energi (MCal/ME) 56,00

 Kapasitas pengeringan dapat dipilih sesuai dengan yang diperlukan

 Tidak tergantung cuaca

Keuntungan Pengering Buatan:

Pengeringan dengan menggunakan alat pengering dimana, suhu, kelembapan udara, kecepatan udara dan waktu dapat diatur dan di awasi.

c) Balai Penelitian Bioteknologi tanaman pangan Bogor (2000)

b) Laboratorium Ilmu Makanan Ternak Depertemen Perternakan FP USU (2003)

a) Wartat penelitian dan pengembangan pertanian (2003)

Sumber :

9 Serat kasar 50,94

1 Bahan kering 26,07

7 P 0,08

6 Ca 0,96

5 TDN 45,00

4 BETN 39,82

3 Lemak kasar 1,07

2 Protein kasar 5,02

2.2 Pengeringan Buatan

 Tidak memerlukan tempat yang luas

 Dengan cara menurunkan RH dengan mengalirkan udara panas disekeliling bahan

Pada pengeringan selalu di inginkan kecepatan pengeringan yang maksimal. Oleh karena itu perlu dilakukan usaha- usaha untuk memercepat pindah panas dan pindah massa (pindah massa dalam hal ini adalah perpindahan air keluar dari bahan yang dikeringkan dalam proses pengeringan tersebut).

2.2.3 Faktor faktor yang mempengaruhi pengeringan.

 Panas laten ; panas yang diperlukan untuk mengubah wujud zat dari padat kecair, cair ke gas, dan seterusnya, tanpa mengubah suhu benda tersebut.

 Panas sensible ; panas yang dibutuhkan /dilepaskan untuk menaikkan /menurunkan suhu suatu benda

 Proses perpindahan massa ; proses pengeringan (penguapan), terjadi panas laten, dari permukaan bahan ke udara

 Proses perpindahan panas; proses pemanasan dan terjadi panas sensible dari medium pemanas ke bahan, dari permukaan bahan kepusat bahan.

 Proses pengeringan diperoleh dengan cara penguapan air

 Kondisi pengeringan dapat dikontrol

2.2.2 Proses pengeringan:

 Pengeringan isotermik; bahan yang dikeringkan berhubungan langsung dengan alat atau plat logam yang panas.

 Pengeringan adiabatis ; pengeringan dimana panas dibawa ke alat pengering oleh udara panas, fungsi udara memberi panas dan membawa air.

Berdasarkan media panasnya,

2.2.1 Jenis - Jenis Pengeringan Buatan

 Pekerjaan lebih mudah.

Ada beberapa faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan pengeringan maksimum, yaitu : (a) Luas permukaan (b) Suhu (c) Kecepatan udara

(d) Kelembaban udara (e) Waktu. Dalam proses pengeringan ini faktor yang perlu diperhatikan untuk memperoleh kecepatan pengeringan maksimum adalah :

 Semakin besar perbedaan suhu (antara medium pemanas dengan bahan bahan) maka akan semakin cepat proses pindah panas berlangsung sehingga mengakibatkan proses penguapan semakin cepat pula. Atau semakin tinggi suhu udara pengeringan maka akan semakin besar anergi panas yang dibawa ke udara yang akan menyebabkan proses pindahan panas semakin cepat sehingga pindah massa akan berlangsung juga dengan cepat.

Suhu

 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.

Kecepatan udara

 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 (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.

Kelembaban Udara (RH)

 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 biaya pengeringan.

Waktu

2.3.Pisikometrik

Pisikometrik adalah salah satu sub bidang enginering yang khusus mempelajari sifat-sifat thermofisik campuran udara dan uap air untuk selanjutnya akan disebut “udara”.Pada psikometrik udara “ hanya dibedakan atas udara kering dan uap air. Meskipun udara kering masih dapat dibedakan lagi menjadi komponen gas yang terdiri dari Nitrogen,Oksigen, Karbon dioksida dan yang lainnya, tetapi pada pisikometrik semuanya diperlakukan sebagai satu unit udara kering.

Ada dua cara yang dapat digunakan untuk mendapatkan sifat-sifat thermodinamik udara, yaitu dengan menggunakan persamaan-persamaan dan dengan mengunakan grafik yang menggambarkan sifat-sifat thermodinamik udara, yang biasa disebut pysikometric chart .Dengan menggunakan grafik ini, proses-proses seperti pendinginan udara, dehumidification,dan perlakuan udara kering dapat dijelaskan dengan lebih muda. Parameter-parameter dan istilah yang digunakan untuk menggambarkan sifat-sifat thermodinamik udara antara lain :

Humidity ratio, relatif humidity,dry-bulb dan wet-bulb,termperatur,dwe-point

temperatur ,sensibel end laten heat,desity,moist volume,dan entalpi.

Sebelum melakukan perhitungan dan penentuan pada grafik psikometrik beberapa parameter atau sifat udara yang harus diketahui. (sumber : Dr.Eng.

Himsar Ambarita,Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara hal : 55 )

2.3.1. Rasio humiditas (hummidity ratio)

Karena udara adalah gabungan udara kering dan uap air yang terkandung

pada udara, maka humidity ratio adalah perbandingan masah uap air (m ) dan massa udara (ma) yang dirumuskan: w = ……………………………………………………….……. (2.1)

Satuan dari parameter ini adalah kg uap air/kg udara atau gram uap air/kg udara. Dengan menggunakan persamaan gas ideal dan hukum Dalton, yang merumuskan hubungan antara kandungan gas dengan tekanan persial gas, maka rasio humiditas juga dinyatakan dengan :

… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (2.2) = 0,62198 − w atm Dimana p adalah tekanan persial uap air dan p adalah tekanan atmosfer.

Persamaan (2) menunjukan bahwa hanya dengan mengetahui tekanan persial uap air pada temperatur tertentu, kita dapat menentukan kandungan uap air di udara.

2.3.2. Humiditas Relatif ( relatif humidity, atau RH)

Parameter ini adalah perbandingan fraksi mol uap air pada udara tersebut mengalami saturasi. Berdasarkan devinisi ini, persamaan yang digunakan untuk menghitung RH adalah:

… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . (2.3) = ,

Sebagai catatan, pada saat saturasi fraksi mol uap air yang terkandung didalam udara adalah fraksi mol maksimum. Setelah itu uap air akan mulai mengembun, atau berubah fasa menjadi cair. Berdasarkan fakta ini, pada saat terjadi saturasi, nilai relative hummidity adalah 100% jadi diingat saat terjadi saturasi RH=100%

Dengan mengurangi devenisi fraksi mol dan persamaan gas ideal,RH dapat didefenisikan sebagai berikut :

… … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … … . . … … … … … … (2.4) = ws adalah tekanan uap saat terjadi saturasi dan merupakan fungsi dari temperatur.

Persamaan yang disusul ASHER dapat digunakan untuk menghitung

(Pa):

Ln(p ws ) = C 1/ T+C

2 +C

3 T

C T +C T +C lnT…………………………………………….……(2.5)

6 Dimana T adalah temperatur mutlak dalam K. Konstanta C 1 sampai dengan C

adalah sebagai berikut:

3 -5

1 = - 5,8002206 x 10 C 4 = 4,1764768 x10

2 = 1,3914993 x C 5 = -1,4452093 x 10

3 = - 4,8640239 x10 C 6 = 6,5459673

2.3.3 Temperatur Bola Kering dan Bola Basah

(dry bulb and wet bulb temperatures)

Temperatur bola kering (dry bulb temperature) adalah temperatur udara yang ditunjukkan oleh alat ukur atau termometer.

Temperatur bola basah,T (wet bulb temperature) adalah suatu parameter

yang sulit untuk didefinisikan.Parameter ini adalah parameter fiktif yang digunakan untuk mendefinisikan sifat udara.Untuk mendefinisikan T wb akan digunakan ilustrasi pada gambar 1.

Gambar 2.1 Ilustrasi Temperatur bola kering dan bola basah Misalkan pada suatu ruangan yang tertutup rapat atau adiabatik, terdapat air dan udara yang mempunyai temperatur bola kering T Setelah beberapa lama,

db.

air akan menguap sebagian dan bercampur dengan udara, udara mengalami humidifikasi, dan terjadilah kondisi setimbang atau jenuh. Karena ruangan tersebut bersifat adiabatik, sementara peroses penguapan dari cair menjadi fasa uap pasti menyerap energi berupa panas, maka panas ini pasti berasal dari udara diruangan tersebut.Oleh karena itu, temperatur awal udara akan turun akibat naiknya kandungan uap airnya.Temperatur inilah yang di definisikan menjadi temperatur bola basah. Berdasarkan kesetimbangan energi, T dapat dihitung

dengan persamaan : (sumber : Dr.Eng. Himsar Ambarita,Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara

hal : 56 ) ,

( ) − ℎ = − … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … .2.17

Dimana : h fg = panas penguapan air pada temperatur bola basah c pa = panas jenis udara

2.3.4 Panas Jenis Udara Pada Tekanan Konstan ,c p

Panas jenis udara atau gas ada dua yaitu panas jenis pada volume konstan dan panas jenis pada tekanan konstan. Pada psikometrik, hanya panas jenis pada tekanan konstan yang digunakan. Panas jenis udara pada tekanan konstan adalah penjumlahan panas jenis udara kering dan panas jenis uap air yang dikandung udara tersebut. c p = c da + wc ps ....................................................................................................(2.6) dimana ; c da = panas jenis udara kering c = panas jenis uap air

2.4 Volume Spesifik Udara, Moist Volume (v) dan Rapat Masa (density)

Volume 1 kg udara akan disebut volume spesifik atau v. Dapat

dirumuskan v = V/m(m /kg).Dengan mengingat definisi bahwa udara adalah campuran udara kering dengan uap air, dan dengan menggunakan persamaan gas ideal, maka v dapat dirumuskan menjadi

287,055 (1 + 1,6078 ) (1 + 1,6078 ) = … … … … … … … … … … … … … (2.7) =

Dimana : T = suhu udara dalam K P = tekanan dalam Pa Sementara density adalah kebalikan dari v.

1 = = … … … … … … … … … … … … … … … … … … . … … … … … … … … … … … … . (2.8)

2.4.1 Temperatur Dew Point (Temperatur titik embun)

Adalah temperatur udara saat terjadi kondensasi.Misalkan udara yang mempunyai temperatur awal T dan rasio kelembaban w diturunkan suhunya secara perlahan-lahan. Temperatur udara saat mulai terbentuk embun disebut temperatur dew poin.Hubungan antara temperatur udara dan temperatur dew point dirumuskan sebagai berikut :

4030(

235)
= 235 … … … … … … … … … … … … … … … … … … … (2.9)
4030 − ( + 235) ln( ) − Semua temperatur dalam Celsius.

2.4.2 Entalpi Udara

Entalpi udara adalah kandungan energi total yang dimiliki oleh udara.Didalam thermodinamika suatu materi harus dihitung menggunakan nilai acuan

(referensi).Dengan menggunakan acuan saat udara pada 0 ˚C, entalpi udara dalam (kj/kg) dihitung dengan persamaan: h a = 1,006T + w(2501 + 1,805T)......................................................................(2.10) Dimana T adalah temperatur dalam celsius.

2.4.3 Panas Sensibel dan Panas Laten

Panas sensibel adalah energi yang diberikan atau diterima suatu materi yang membuat temperaturnya berubah. Sementara panas laten adalah panas yang diberikan atau diterima suatu materi yang membuat fasanya berubah. Contoh ,jika kita memanaskan air pada tekanan atmosfer mulai dari 0 sampai 100

˚C ,maka panas yang diterima air itu adalah panas sensibel. Jika setelah 100 ˚C air tersebut masih kita panasi, maka suhunya tetap 100

˚C (tidak naik), tetapi fasanya akan berubah menjadi uap.Panas yang diterima air saat itu disebut panas laten .Untuk materi yang homogen proses pelepasan atau penerimaan panas sensibel dan panas laten dapat dibedakan dengan jelas. Panas sensibel saat suhunya berubah dan fasanya tetap, tetapi panas laten saat fasanya berubah dan suhunya tetap.

Pada udara, bagian udara kering hanya akan memiliki panas sensibel ,karena tidak akan terjadi perubahan fasa. Bagian uap air akan memiliki panas sensibel untuk mengubah temperaturnya dan sekaligus panas laten karena perubahan fasa.Persamaan entalpi pada persamaan 2.11 dapat diubah bentuknya menjadi: h a = (1,006T + 1,805w)T +2501w)..................................................................(.2.11) Dua bagian pertama persamaan ini adalah panas sensibel dan bagian akhir adalah panas laten.

2.4.4 Grafik Psikometrik

Untuk memudahkan analisis ,maka sebagian besar parameter-parameter yang disebutkan tadi akan ditampilkan dalam bentuk gerafik sifat termodinamik udara yang selanjutnya disebut grafik Psikometrik.

Ada tujuh sifat ( atau kelompok sifat) thermodinamik atau thermofisik udara yang ditampilkan pada grafik psikometrik, yaitu :(1) entalpi, (2) RH, (3) T wb , (4) tekanan atmosfer, (5) tekanan dan temperatur saturasi,(6) densitiy dan volume spesifik dan (7) humidity rasio,p w dan T d . Sebagai catatan garis entalpi dan garis T pada grafik psikometri mempunyai kemiringan yang hampir sama

dan sangat sulit dibedakan .Oleh karena itu, kedua garis ini akan kelihatan berhimpit.Posisi ketujuh sifat ini ditampilkan pada gambar dibawah.

(sumber : Dr.Eng. Himsar Ambarita,Teknik Pendingin dan Pengkondisian

Udara hal : 57 )

Gambar 2.2 : Garis – garis dan informasi yang dijumpai pada grafik psikometrik

Kondisi udara pada suatu ruangan dapat ditempatkan pada grafik ini.Jika kita memperlakukan (mengkondisikan) udara tersebut, misalnya memanaskannya, mendinginkannya,mengurangi kelembabannya ,dapat juga dijelaskan menggunakan grafik psikometri ini.

2.5. Proses Perlakuan Udara Pada Psikometrik

2.5.1.Memanaskan udara

Memenaskan udara adalah menambah temperatur udara.Secara alami, proses pemanasan ini tidak mengakibatkan perubahan kandungan uap air didalam udara.Proses pengeringan hannya memanfaatkan panas sensibel kerena tidak ada perubahan fasa

2.5.2 Pendinginan Udara

Secara alami proses pendinginan udara dapat mengurangi kandungan uap air yang yang terdapat diudara. Tetapi ada temperatur batas mulai terjadinya pengembunan uap air. Temperatur ini dikenal dengan temperatur saturasi. Jika udara didinginkan sampai temperaturnya dibawah temperatur saturasinya,maka akan terjadi perubahan fasa dari uap menjadi cairan.Proses ini ditampilkan pada gambar dibawah.

Gambar : 2.3 Proses pendinginan udara sampai terjadi kondensasi uap air Dengan bantuan blower udara dilewatkan melalui permukaan koil pendingin.Didalam koil pendingin mengalir refrigan/ medium pendingin yang berasal dari evaporator.Evaporator disini adalah salah satu komponen dari suatu unit pendingin, siklus kompresi uap. Karena temperatur udara setelah didinginkan berada dibawah temperatur saturasi, maka selama pendinginan akan terbentuk cairan.

(sumber : Dr.Eng. Himsar Ambarita,Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara

hal : 59 )

Persamaan-persamaan yang berlaku pada proses ini adalah sebagai berikut:

Kesetimbangan energi: energi udara yang masuk = energi udar keluar + yang terbawa air + yang diserap evaporator: m a h

1 = m a h 2 + m w h w(2) +q e .................................................................................(2.12)

Kesetimbangan masa air ; m w = m w + m

a 1 a 2 w

Dimana m a adalah masa aliran udara ,m w masa air yang terbentuk, entalpinya dihitung pada temperatur T

2.5.3.Pencampuran Adiabatik

Pada sistem pengkondisian udara (dengan pendinginan), ruangan yang dikondisikan biasanya tertutup atau sebisa mungkin tidak terbuka terhadap udara luar. Dan untuk kebutuhan udara segar, udara luar biasanya sengaja ditambahkan kedalam ruangan .Udara yang sengaja ditambahkan ini disebut dengan istilah ventilasi udara. Besarnya laju aliran udara ventilasi ini disesuaikan dengan kebutuhan penghuni ruangan.

Sebelum udara ventilasi dialirkan kedalam evaporator (untuk didinginkan) biasanya udara ini dicampur dahulu dengan udara didalam ruangan. Karena pencampuran ini tidak melibatkan aliran energi masuk/keluar, maka istilahnya disebut pencampuran adiabatik. Proses pencampuran adiabatik ditampilkan pada gambar dibawah. (sumber : Dr.Eng. Himsar Ambarita,Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara

hal : 60 )

Gambar 2.4 Proses pencampuran udara secara adiabatik

Persamaan –persamaan yang dapat digunakan pada analisis pencampuran udara secara adiabatik ini adalah penjabaran hukum kekekalan masa dan hukum kekekalan energi. m h + m h =

b b

m c h c ...........................................................................................(2.13) kekekalan masa udara m + m = m ....................................................................................................(2.14)

b c

kekekalan masa uap air m w +m b w b = m c w c .........................................................................................(2.15)

2.5.4. Menambah Kelembaban (Humidifier)

Pada suatu ruangan yang dikondisikan, adakalanya kandungan uap airnya terlalu rendah dan perlu menambahkan uap air.Proses penambahan uap air pada udara diilustrasikan pada gambar dibawah.

Gambar 2.5 Proses penambahan uap air pada udara

Persamaan persamaan yang dapat digunakan untuk analisis adalah penerapan hukum kekekalan masa dan hukum kekekalan energi.

Kekekalan energi: m a h

1 + m w h w = m a h

kekekalan masa air : m a w

1 +m w = m w w

dimana m a adalah aliran massa udara ,m w massa air/uap yang dimasukkan

2.5.5.Mengurangi Kelembapan (Dehumidifier)

Arti dari mengurangi kelembaban adalah mengurangi kelembaban adalah mengurangi kadar uap air yang ada di udara. Ada dua cara yang dapat digunakan untuk mengurangi kadar uap air ini .Pertama adalah dengan mendinginkan udara sampai temperatur dibawah temperatur saturasi sehingga sebagian uap air akan mengembun.

Kedua dengan menggunakan desiccant, yaitu suatu zat hisgroskopik yang dapat menyerap sabagian uap air dari udara secara adiabatik.Contoh desiccant yang umum digunakan adalah silica gel. Zat ini sering dijumpai dalam jumlah kecil didalam plastik kecil dalam suatu bungkusan kue kering, yang tujuannya untuk menjaga makanan tetap dalam kondisi kering agar tidak cepat busuk.Contoh lain dari dessicant ini adalah ;desiscant padat seperti calcium sulfate, calcium clorida, karbon aktif, dan zeolit. Desiscant cair antara lain larutan garam seperti LiCl dalam air. Setelah suatu dessicant menyerap uap air dari udara ,desicant ini dapat dipaksa melepaskan uap yang diserapnya dengan memanaskannya.Setelah uap air tersebut lepas dessicant dapat digunakan kembali (sumber : Dr.Eng. Himsar Ambarita,Teknik Pendingin dan Pengkondisian Udara

hal : 61 )

2.6.Siklus Kompresi Uap

Sistem kompresi uap merupakan dasar sistem refrigerasi yang terbanyak di gunakan, dengan komponen utamanya adalah kompresor, evaporator, alat ekspansi, dan kondensor. Keempat komponen tersebut melakukan proses yang saling berhubungan dan membentuk siklus refrigerasi kompresi uap.

Gambar 2.6. Siklus Kompresi Uap

Pada diagram P-h, siklus kompresi uap dapat digambarkan pada gambar 2.7 sebagai berikut:

(P = kPa)

4 (h = kJ/kg)

Gambar 2.7. Siklus Refrigerasi Kompresi Uap pada Diagram P-h

Proses yang terjadi pada Siklus Refrigerasi Kompresi Uap adalah sebagai berikut:

1. Proses Kompresi (1 – 2)

Proses ini berlangsung di kompresor secara isentropik adiabatik. 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 di anggap isentropik, maka temperatur keluar kompresor pun meningkat. Besarnya kerja kompresi per satuan massa refrigeran bisa di hitung dengan rumus

) W k =

( ̇ℎ − ℎ (sumber : Dr.Eng. Himsar Ambarita,Perpindahan Panas hal : 11)

Dimana : W k = besarnya kerja kompresi yang di lakukan (kJ/s)

= entalpi refrigeran saat masuk kompresor (kJ/s)

ℎ = entalpi refrigeran saat keluar kompresor (kJ/s)

ℎ

̇ = laju aliran refrigeran pada sistem (kg/s)

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:

= × × ..................................................................................(2.16) Dimana :

= daya listrik kompresor (Watt) = tegangan listrik (Volt) = kuat arus listrik (Ampere) = 0,6 – 0,8 (faktor daya)

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 refrigerant yang di lepaskan di kondensor dinyatakan sebagai: ̇

= (ℎ2 − ℎ3) ( Sumber : Dr.Eng.Himsar Ambarita,Perpindahan Panas hal : 14)

Dimana : Q = besarnya kalor dilepas di kondensor (kJ/s)

= entalpi refrigeran saat masuk kondensor (kJ/s) ℎ

= entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/s) ℎ

3. Proses Ekspansi (3 – 4)

Proses ini berlangsung secara isentropi, 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 refrigerant dan menurunkan tekanan. Dimana: h

3 = entalpi refrigeran saat keluar kondensor (kJ/s) h

4 = harga entalpi masuk ke evaporator (kJ/s)

( Sumber : Dr.Eng.Himsar Ambarita,Perpindahan Panas hal : 6)

4. Proses Evaporasi (4 – 1)

Proses ini berlangsung di evaporator secara isobar isotermal. Refrigerant dalam wujud cair bertekanan rendah menyerap kalor dari lingkungan / media yang di dinginkan sehingga wujudnya berubah menjadi gas bertekanan rendah. Besarnya kalor yang diserap evaporator adalah:

̇ = (ℎ1 − ℎ4)

Dimana : = kalor yang di serap di evaporator ( kW )

= harga entalpi ke luar evaporator (kJ/kg) ℎ

= harga entalpi masuk ke evaporator (kJ/kg) ℎ

4 Selanjutnya refrigeran kembali masuk ke kompresor dan bersirkulasi kembali, begitu seterusnya sampai kondisi yang diinginkan tercapai.

2.6.1 Komponen Utama Siklus Kompresi Uap

Siklus refrigerasi kompresi uap merupakan silkus yang paling umum digunakan untuk mesin pendingin dan pompa kalor. Komponen utama dari sebuah siklus kompresi uap adalah :

2.6.1.1. Kompresor Pada sistem mesin refrigerasi, kompresor berfungsi seperti jantung.

Kompresor berfungsi untuk mensirkulasikan refrigeran dan menaikan tekanan refrigerant agar dapat mengembun di kondensor pada temperatur di atas temperatur udara sekeliling.(www:Google/Komponen Utama Siklus Kompresi

Uap). Berdasarkan cara kerjanya, kompresor yang biasa dipakai pada sistem refrigerasi dapat dibagi menjadi:

KOMPRESOR ROTARY RECIPROCATING EJEKTOR TURBO

_{VANE SCROLL SCREW CENTRIFUGAL AXIAL} ROLLING _PISTON

Gambar 2. 8. Pembagian Kompresor Kompresor yang merangkap refrigeran dalam suatu ruangan yang terpisah dari saluran masuk dan keluarnya, kemudian dimampatkan. Kompresor ini dapat dibagi lagi menjadi: a.

Bolak-balik (reciprocating) kompresor torak.

Putar (rotary)

c. Kompresor sudu luncur (rotary vane atau sliding vane)

d. Kompresor ulir (screw)

e. Kompresor gulung (Scroll)

2.6.1.2 Kondensor

Kondensor berfungsi sebagai untuk membuang kalor ke lingkungan, sehingga uap refrigeran akan mengembun dan berubah fasa dari uap ke cair. Sebelum masuk ke kondenser refrigeran berupa uap yang bertemperatur dan bertekanan tinggi, sedangkan setelah keluar dari kondenser refrigeran berupa cairan jenuh yang bertemperatur lebih rendah dan bertekanan sama (tinggi) seperti sebelum masuk ke kondensor.

Dilihat dari proses perpindahan panasnya kondensor terdiri dari dua jenis, jenis kondensor yaitu kondensor kontak langsung dan kondensor permukaan.

1. Kondensor Jet Kondensor jet adalah kondensor kontak langsung yang banyak digunakan.

Kondensor jet digunakan pada pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP) yang siklus kerjanya terbuka. Perpindahan panas pada kondensor jet dilakukan dengan menyemprotkan air pendingin ke aliran uap secara langsung. Air kondensat yang terkumpul di kondensor sebagian digunakan sebagai air pendingin kondensor dan selebihnya dibuang.

2. Kondensor Permukaan Pada kondensor permukaan, uap terpisah dari air pendingin, uap berada diluar pipa-pipa sedangkan air pendingin berada didalam pipa. Perpindahan panas dari uap ke air terjadi melalui perantaraan pipa-pipa. Pada kondensor jenis ini kemurnian air pendingin tidak menjadi masalah karena terpisah dari air kondensat. Jenis- jenis kondensor yang kebanyakan dipakai adalah sebagai berikut: 1) Kondensor pipa ganda (Tube and Tube) Jenis kondensor ini terdiri dari susunan dua pipa koaksial, dimana refrigeran mengalir melalui saluran yang berbentuk antara pipa dalam dan pipa luar, dari atas ke bawah. Sedangkan air pendingin mengalir di dalam pipa dalam dengan arah yang berlawanan dengan arah aliran refrigeran.

Gambar 2.9 Kondensor pipa ganda ( Tube and Tube Condensor ) Keterangan : a.

Uap refrigeran masuk e. Tabung luar b.

Air pendingin keluar f. Sirip bentuk bunga c. Air pendingin masuk g. Tabung dalam d.

Cairan refrigeran keluar 2) Kondensor tabung dan koil ( Shell and Coil ) Kondensor tabung dan koil adalah kondensor yang terdapat koil pipa air pendingin di dalam tabung yang di pasang pada posisi vertikal. Tipe kondensor ini air mengalir dalam koil, endapan dan kerak yang terbantuk dalam pipa harus di bersihkan dangan bahan kimia atau detergen.

3) Kondensor pendingin udara Kondensor pendingin udara adalah jenis kondensor yang terdiri dari koil pipa pendingin yang bersirip pelat (tembaga atau aluminium). Udara mengalir dengan arah tegak lurus pada bidang pendingin, gas refrigeran yang bertemperatur tinggi masuk ke bagian atas dari koil dan secara berangsur mencair dalam alirannya ke bawah. 4) Kondensor tabung dan pipa horizontal (Shell and Tube) Kondensor tabung dan pipa horizontal adalah kondensor tabung yang di dalamnya banyak terdapat pipa – pipa pendingin, dimana air pendingin mengalir dalam pipa

– pipa tersebut. Ujung dan pangkal pipa terikat pada pelat pipa, sedangkan diantara pelat pipa dan tutup tabung dipasang sekat untuk membagi aliran air yang melewati pipa – pipa

Gambar 2.8. Kondensor selubung dan tabung (Shell and Tube condenser)

Keterangan : 1.

Saluran air pendingin keluar 6. Pengukur muka cairan 2. Saluran air pendingin masuk 7. Saluran masuk refrigeran 3. Pelat pipa 8. Tabung keluar refrigeran 4. Pelat distribusi 9. Tabung 5. Pipa bersirip

Pembagian kondensor berdasarkan medium yang digunakan dapat dibagi atas 3 bagian, yaitu: (1) Kondensor berpendingin udara, (2) Kondensor berpendingin air, dan (3) Kondensor berpendingin gabungan (Evaporative Condenser).

Tabel 2.2. Perbandingan kondensor berpendingin udara dan air

Parameter Pendingin Pendingin Air Udara o o

Perbedaan temperatur,Tc- 6 s/d 22 C 6 s/d 12 C Tpendingin Laju aliran pendingin per TR 12 s/d 20 0,007 s/d 0,02

m3/mnt m3/mnt

Luas perpindahan panas per TR 10 s/d 15 m2 0,5 s/d 1 m2

2 s/d 3 m/s

Kecepatan fluida pendingin 2,5 s/d 6 m/s Daya pompa/blower per TR 75 s/d 100W Kecil

TR = Ton of Refrigerasi ( Beban di evaporator) 1TR = 3,5 KW

Sumber, ASHRAE Inc., (2008). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. SI Edition. Atlanta .

2.6.1.3. Katup Ekspansi, Komponen utama yang lain untuk mesin refrigerasi adalah katup ekspansi.

Katup ekspansi ini dipergunakan untuk menurunkan tekanan dan untuk mengekspansikan secara adiabatik cairan yang bertekan dan bertemperatur tinggi sampai mencapai tingkat tekanan dan temperatur rendah, atau mengekspansikan refrigeran cair dari tekanan kondensasi ke tekanan evaporasi, refrigeran cair diinjeksikan keluar melalui oriffice, refrigeran segera berubah menjadi kabut yang tekanan dan temperaturnya rendah.

Selain itu, katup ekspansi juga sebagai alat kontrol refrigerasi yang berfungsi :

1. Mengatur jumlah refrigeran yang mengalir dari pipa cair menuju evaporator sesuai dengan laju penguapan pada evaporator.

2. Mempertahankan perbedaan tekanan antara kondensor dan evaporator agar penguapan pada evaporator berlangsung pada tekanan kerjanya.

2.6.1.4. Evaporator,

Evaporator berfungsi melakukan perpindahan kalor dari ruangan yang didinginkan ke refrigeran yang mengalir di dalamnya melalui permukaan dindingnya. Pada diagaram P – h dari siklus kompresi uap sederhana, evaporator mempunyai tugas merealisasikan garis 1–4. Setelah refrigeran turun dari kondensor melalui katup ekspansi masuk ke evaporator dan di uapkan, kemudian dikrim ke kompresor. Pada prinsipnya evaporator hampir sama dengan kondensor, yaitu sama – sama APK yang fungsinya mengubah fasa refrigeran. Bedanya, jika pada kondensor refrigeran berubah dari uap menjadi cair, maka pada evaporator berubah dari cair menjadi uap. Berdasarkan model perpindahan panasnya, evaporator dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu :

1. Natural Convention

Pada evaporator natural convention, fluida pendingin dibiarkan mengalir sendiri karena adanya perbedaan massa jenis, umumnya evaporator ditempatkan di tempat yang lebih tinggi. Fluida yang bersentuhan dengan evaporator akan turn suhunya dan massa jenisnya akan naik, sebagai akibatnya fluida ini akan turun dan mendesak fluida dibawahnya untuk bersirkulasi. Sistem ini hanya mampu pada refrigerasi dengan kapasitas – kapasitas kecil seperti kulkas.

2. Forced convention

Evaporator ini menggunakan blower untuk memaksa terjadinya aliran udara sehingga terjadi konveksi dengan laju perpindahan panas yang lebih baik.

2.6.1.5. Refrigran

Refrigerant adalah fluida kerja utama pada suatu siklus refrigerasi yang

bertugas menyerap panas pada temperatur dan tekanan rendah dan membuang panas pada temperatur dan tekanan tinggi. Umumnya refrigerant mengalami perubahan fasa dalam satu siklus.

2.6.1.6 Pengelompokan Refrigran

Refrigeran dirancang untuk ditempatkan didalam siklus tertutup atau tidak bercampur dengan udara luar. Tetapi, jika ada kebocoran karena sesuatu hal yang tidak diinginkan, maka refrigerant akan keluar dari system dan bisa saja terhirup manusia. Untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan maka refrigerant harus dikategorikan aman atau tidak aman. Ada dua faktor yang digunakan untuk mengklassifikasikan refrigerant berdasarkan keamanan, yaitu bersifat racun (toxicity) dan bersifat mudah terbakar (flammability).

Berdasarkan toxicity, refrigerants dapat dibagi dua kelas, yaitu kelas A bersifat tidak beracun pada konsentrasi yang ditetapkan dan kelas B jika bersifat racun. Batas yang digunakan untuk mendefinisikan sifat racun atau tidak adalah sebagai berikut. Refrigerant dikategorikan tipe A jika pekerja tidak mengalami gejala keracunan meskipun bekerja lebih dari 8 jam/hari (40 jam/minggu) di lingkungan yang mengandung konsentrasi refrigerant sama atau kurang dari 400 ppm (part per million by mass). Sementara kategori B adalah sebaliknya.

Berdasarkan flammability, refrigerant dibagi atas 3 kelas, kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Yang disebut kelas 1 jika tidak terbakar jika diuji pada tekanan 1 atm (101 kPa) temperature 18,3°C. Kelas 2 jika menunjukkan keterbakaran yang rendah saat konsentrasinya lebih dari 0,1 kg/m

pada 1 atm 21.1°C atau kalor pembakarannya kurang dari 19 MJ/kg. Kelas 3 sangat mudah terbakar.

Refrigeran ini akan terbakar jika konsentrasinya kurang dari 0,1 kg kg/m

atau kalor pembakarannya lebih dari 19 MJ/kg. Berdasarkan defenisi ini, sesuai standard 34-1997, refrigerants diklasifikasikan menjadi 6 kategori, yaitu:

(sumber :Refrigerasi dan Pengkondisian Udara, Edisi II, W.F. Stoecker ).

1. A1: Sifat racun rendah dan tidak terbakar 2.

Tabel 2. 3. Pembagian Refrigeran berdasarkan keamanan

1 A1

22 CHClF

2 B1

2 F

21 CHCl

1 A1

14 CF

1 A1

13B1 CBrF

Refrigerant number Chemical Formula Safety group

13 CClF

1 A1

A2: Sifat racun rendah dan sifat terbakar rendah 3. A3: Sifat racun rendah dan mudah terbakar 4. B1: Sifat racun lebih tinggi dan tidak terbakar 5. B2: Sifat racun lebih tinggi dan sifat terbakar rendah 6. B3: Sifat racun lebih tinggi dan mudah terbakar

12 CCl

1 A1

3 F

11 CCl

2 B1

10 CCl

Old New

2 F

23 CHF

2 FCClF

2 CH 3 3b A2 143a CF

CHCl

2 CF

3 B1 124 CHClFCF

3 A1 125 CHF

2 CF

3 A1 134a CF

3 CH

2 F A1

142b CClF

3 A2

152a CHF

3 CH

3 A1

2 CH 3 3b A2 170 CH

3 CH 3 3a A3 218

3 CF

2 CF

3 A1 Sumber, ASHRAE Inc., (2008). ASHRAE Handbook – HVAC Systems and Equipment. SI Edition. Atlanta .

Beberapa persyaratan dari penggunaan refrigerant adalah sebagai berikut:

Tekanan evaporasi refrigerant sebaiknya lebih tinggi dari atmosfer. Hal ini menjaga agar udara luar tidak masuk ke siklus jika terjadi kebocoran minor. Tekanan kondensasi refrigerant sebaiknya tidak terlalu tinggi. Tekanan yang

3 A1

123

3 CF

116 CF

1 A1

30 CH

2 CL

2 B2

32 CH

2 F

2 A2

40 CH

3 Cl

2 B2

50 CH

4 3a A3

113 CCl

1 A1

114 CClF

2 CClF

1 A1

115 CClF

2 CF

2.6.1.7 Persyaratan Refrigeran

a. Tekanan Evaporasi dan Tekanan Kondensasi

tinggi pada kondensor akan membuat kerja kompressor lebih tinggi dan kondensor harus dirancang untuk tahan pada tekanan tinggi, hal ini akan menambah biaya.

b. Sifat ketercampuran dengan pelumas (oil miscibility)

Refrigerant yang baik jika dapat bercampur dengan oli dan membantu melumasi kompressor. Oli sebaiknya kembali ke compressor dari kondensor, evaporator, dan part lainnya. Refrigerant yang tidak baik justru melemahkan sifat pelumas dan membentuk semacam lapisan kerak yang melemahkan laju perpindahan panas. Sifat seperti ini harus dihindari.

c. Tidak mudah bereaksi (Inertness)

Refrigerant yang bersifat inert tidak bereaksi dengan material lainnya untuk menghindari korosi, erosi, dan kerusakan lainnya.

d. Mudah dideteksi kebocorannya (Leakage Detection)

Kebocoran refrigerant sebaiknya mudah di deteksi, jika tidak akan mengurangi performansinya. Umumnya refrigerant tidak berwarna (colorless) dan tidak berbau (odorless). Metode deteksi kebocoran refrigerant: a.

Halide torch, jika udara mengalir di atas permukaan tembaga yang dipanasi dengan api methyl alcohol, uap dari refrigerant akan berdekomposisi dan mangubah warna api. Lidah api menjadi hijau pada kebocoran kecil, dan mengecil dan kemerahan pada kebocoran besar.

Electronic detector, caranya dengan melepaskan arus pada inonisasi refrigerant yang telah terdekomposisi. Tetapi tidak dapat digunakan untuk jika udara mengandung zat yang mudah terbakar.

Bubble method, campuran sabun yang mudah menggelembung dioleskan pada bagian yang diduga bocor. Jika terjadi gelembung, berarti terjadi kebocoran. d.

ODP, singkatan dari Ozone Depletion Potential, potensi penipisan lapisan ozon. Faktor yang dijadikan pembanding adalah kemampuan CFC-11 (R-11) merusak lapisan ozon. Jika suatu refrigerant X mempunyai 6 ODP, artinya refrigerant itu mempunyai kemampuan 6 kali R-11 dalam merusak ozon.

GWP adalah global warming potential, ada dua jenis angka (indeks) yang biasa digunakan untuk menyatakan potensi peningkatan suhu bumi. Pertama HGWP (halocarbon global warming potential) yaitu perbandingan potensi pemanasan global suatu refrigerant dibandingkan dengan R-11. GWP yang menggunakan CO2 sebagai acuan. Sebagai contoh perhitungan 1 lb R-22 mempunyai efek pemanasan global yang sama dengan 4100 lb gas CO2 pada 20 tahun pertama dilepas ke atmosfer. Dan turun menjadi 1500 lb CO2 setelah 100 tahun.

2.7. Pengering Pompa Kalor

Prinsip kerja dari mesin pengering pakan ternak adalah Melalui skema siklus refrigrasi kompresi uap, panas yang dikeluarkan oleh kondensor beserta udara keluaran evaporator yang mempunyai RH rendah dialirkan ke saluran pengeringan dan dimanfaatkan untuk mengeringkan pakan ternak. Udara panas dari kondensor dialirkan ke saluran pengeringan. Proses pengeringan terjadi pada saat pakan ternak dimasukkan kedalam saluran pengering berbentuk balok lalu dilakukan pengujian selama 5 menit sekali dalam sekali percobaan, lalu pakan ternak diambil dan ditimbang dalam setiap kali percobaan sampai pakan ternak dalam keadaan cukup kering.

2.7.1.Kinerja Alat Pengering

Kinerja alat pengering salah satunya dapat ditentukan dari efisiensi pengeringan. Efisiensi pengeringan merupakan perbandingan antara energi yang digunakan untuk menguapkan kandungan air bahan dengan energi untuk memanaskan udara pengering. Efisiensi pengeringan biasanya dinyatakan dalam persen. Semakin tinggi nilai efisiensi pengeringan maka alat pengering tersebut semakin baik.

2.7.2. Kadar Air

Kadar air merupakan salah satu sifat fisik dari bahan yang menunjukan banyaknya air yang terkandung di dalam bahan. Kadar air biasanya dinyatakan dengan persentase berat air terhadap bahan basah atau dalam gram air untuk setiap 100 gram bahan yang disebut dengan kadar air basis basah (bb). Berat bahan kering atau padatan adalah berat bahan setelah mengalami pemanasan beberapa (Safrizal, 2010). waktu tertentu sehingga beratnya tetap atau konstan Kadar air bahan menunjukkan banyaknya kandungan air persatuan bobot bahan. Dalam hal ini terdapat dua metode untuk menentukan kadar air bahan tersebut yaitu berdasarkan bobot kering (dry basis) dan berdasarkan bobot basah (wet

) (Safrizal, 2010).

basis

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Proses Pengeringan - Analisa Saluran Pengering Pakan Ternak Dengan Bentuk Balok Pada Sistem Pompa Kalor Dengan Daya 1 Pk