Download - Makalah Tumer Raw
LEMARI PENGERING JEANS
Pembimbing : Dr. Ir. Imansyah Ibnu Hakim M.Eng
Abraham TP. Lingga 1006758470Dimas Raditya 1006771573Heri Sulistyo Budi 1006771592Jefrie Ronald 1106139424Muhammad Faris 1006758565
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS INDONESIA
2013
HALAMAN PERSETUJUAN
Buku Laporan Akhir Tugas Merancang dengan judul:
Lemari Pengering Jeans
Kelompok 13
Anggota Kelompok : 1. Jefrie Ronald Butar-butar 11061394242. Abraham TP Lingga 10067584703. Dimas Raditya Ibnu D 10067715734. Heri Sulistyo Budhi 10067715925. Muhammad Faris 1006771592
Jurusan : Teknik Mesin
dapat disetujui untuk penilaian akhir mata kuliah Tugas Merancang.
Depok, 5 Juni 2013 Dosen Pembimbing
(Dr. Ir. Imansyah Ibnu Hakim M.Eng.) NIP : 195409211979031001
HALAMAN PERNYATAAN
Buku Laporan Akhir Tugas Merancang dengan judul:
Lemari Pengering Jeans
adalah karya sendiri, dan semua sumber baik yang dikutip maupun yang dirujuk
telah dinyatakan dengan benar.
Depok, 05 Juni 2013
Jefrie Ronald Butarbutar Abraham TP Lingga Dimas Raditya Ibnu D
(1106139424) (1006758470) (1006771573)
Heri Sulistyo Budhi Muhammad Faris
(1006771592) (1006758565)
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat dan karunia-Nya
penulis mampu menyelesaikan makalah dengan judul “Jeans Drying Cabinet” atau
lemari pengering jeans.Laporan Jeans Drying Cabinet ini merupakan bagian dari
tugas kelompok dalam mata kuliah tugas merancang.
Melalui laporan yang berjudul Jeans Drying Cabinet ini yang diharapkan dapat
menunjang nilai penulis di dalam mata kuliah tugas merancang. Selain itu, dengan
hadirnya laporan ini dapat memberikan informasi yang dapat menjadi
pengetahuan baru bagi pembacanya.
Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Bapak
Imansyah Ibnu Hakim selaku dosen pembimbing serta kepada seluruh pihak yang
terlibat di dalam penulisan makalah “Lemari Pengering Jeans” ini.
Penulis menyadari bahwa, masih banyak kesalahan dan kekurangan di dalam
penulisan makalah ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran
yang konstruktif untuk kesempurnaan makalah ini di masa yang akan datang.
Semoga makalah ini dapat bermanfaat.
Penulis,
Depok, 17 Mei 2013
ABSTRAK
Tumbuhan pohon nilam adalah merupakan salah satu pohon yang dapat
menghasilkan minyak atsiri di Indonesia. dalam industri makanan/minuman,
wewangian, dan obat-obatan memerlukan minyak atsiri sebagai bahan pencampur
yang terus berkembang penggunaannya seiring dengan meningkatnya Industri-
industri tersebut di atas, Indonesia merupakan negara yang memiliki sebagian
besar wilayah tanah yang subur maka cocok untuk membumi dayakan pohon
nilam yang dapat menghasilkan minyak atsiri.
Untuk tujuan tersebut di atas maka perlu di desain alat destilasi minyak nilam
yang kemungkinan besar lebih efektif dan ekonomis, agar bisa terjangkau oleh
masarakat yang ingin memproduksi sendiri minyak nilam, serta melakukan
percobaan-percobaan terhadap bentuk ataupun jenis matrial pada alat destilasi
yang selama ini di gunakan oleh petani minyak nilam dalam rangka
pengembangan alat destilasi minyak nilam itu sendiri.
Dari hasil percobaan alat yang di desain diharapkan akan mampu memberikan
data-data yang akurat untuk mengetahui sistem, karakteristik alat destilasi minyak
nilam yang digunakan sehingga nantinya akan dapat menghasilkan minyak atsiri
yang berkualitas dan hasil rendemen yang maksimal metode yang di gunakan
dalam pembuatan alat destilasi ini adalah metode air dan uap.
DAFTAR ISI
Bab I Pendahuluan1.1 Latar Belakangan Masalah 11.2 Perumusan Masalah 21.3 Tujuan 21.4 Manfaat 2
Bab II Tinjauan Pustaka2.1 Pengertian Pengeringan 32.2 Celana Jeans 52.3 Sistem Pengeringan 72.4 Perpindahan Massa 122.5 Perubahan Massa Jenis Uap Air 162.6 Lama Waktu Pengeringan 182.7 Kerugian Kalor Pada Lemari 192.8 Penentuan Daya Heater, Kecepatan Udara dan Waktu
Pemanasan Heater 23
Bab III Algoritma Perancangan 26
Bab IV Perhitungan dan Perancangan4.1 Perhitungan Luas Permukaan Jeans 294.2 Perhitungan Nilai Koefisien Perpindahan Massa 294.3 Perhitungan Lama Pengeringan 314.4 Heat Loss pada Dinding 324.5 Penentuan Kecepatan Udara dan Daya Heater 394.6 Daya Lemari Pengering 414.7 Rancangan Manufaktur Alat 41
BAB IPENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah
Jeans merupakan busana yang begitu populer di dunia fashion dan khususnya
untuk masyarakat Indonesia hingga saat ini. Dengan beraneka-ragam style, corak
bahkan merk. Sudah menjadi hal yang umum, busana jeans ini laksana jamur
yang tumbuh subur dan berkembang pesat mewarnai kehidupan sosial / gaya
hidup masyarakat indonesia baik untuk kalangan publik figur bahkan untuk
kalangan masyarakat menengah kebawah. Jeans tidaklah hanya sebatas gaya
berbusana, akan tetapi telah menjadi sebuah kebutuhan yang bersifat mendasar
untuk digunakan sehari-hari.
Kini orang bahkan mengenakan celana jeans untuk berbagai kesempatan,
termasuk untuk berbusana santai ke kantor di hari Jumat baik sebagai celana
pria atau celana wanita. Di Indonesia celana jeans bahkan sudah sering dikenakan
bersama kebaya encim ataupun dikenakan ke pesta bersama dengan bahan
pakaian yang glamour seperti sutera. Saat ini karena semakin banyaknya model
dan jenis bahan celana jeans, kita terkadang bingung memilih yang cocok untuk
bentuk tubuh kita.
Meskipun jeans telah mendapat tempat dihati masyarakat, jeans tetaplah sebuah
celana biasa yang juga memiliki kekurangan. Jeans memang mampu digunakan
berminggu minggu tanpa harus dicuci, dari data research yang kami peroleh,
diketahui bahwa jeans merupakan celana yang tidak gampang kotor, tapi setelah
dicuci proses pengeringan jeans tidaklah mudah. Banyak diantara kita yang sering
merasa kesulitan bagaimana mengeringkan jeans yang efisien dan efektif. Selama
ini yang kita lakukan adalah mencuci kemudian menjemurnya begitu saja. Lantas
apa yang terjadi manakala hujan datang? Tentu proses pengeringan akan sangat
terganggu terlebih lagi jeans ini merupakan celana yang bahannya mudah kusut
bila pengeringannya tidak sempurna.
1
Disinilah diperlukan adanya sebuah inovasi yang mampuh memecahkan persoalan
yang ada. Kami menghadirkan sebuah alat pengering yang dirancang efisien dan
efektif mungkin sehingga mampu menjawab keraguan masyarakat akan susahnya
proses pengeringan jean tersebut. Alat pengering ini atau disebut dengan “cabinet
drying jeans” atau lemari pengering jeans merupakan lemari pengering khusus
untuk celana jeans.
1.2. Perumusan Masalah
Adapun hal hal yang ingin kami peroleh dari hasil design drying cabinet ini,
antara lain berapa daya yang dibutuhkan oleh heater agar dapat mengeringkan
jean, seberapa cepat proses pengeringan, jarak antar celana jeans, kapasitas jeans
maksimum yang diperlukan serta merancang lemari dengan material yang tepat.
1.3. Tujuan
1. Merancang lemari pengering dengan kapasitas maksimal lima jeans.
2. Merancang lemari pengering yang mampu mengeringkan celana jeans
dengan cepat dengan kondisi kehilangan kalor lebih rendah serta
temperatur dan aliran udara yang relatif konstan.
3. Mempelajari prinsip kerja dan karakteristik pengeringan air pada
celana jeans di dalam lemari pengering.
1.4. Manfaat
1. Mempercepat proses pengeringan celana jeans yang relatif cepat
terhadap pengeringan secara alami terlebih lagi jika dalam kondisi
hujan.
2. Mencegah kerusakan bahan celana seperti timbul bau apek dan timbul
mikroorganisme yang mengganggu kesehatan yang dikarenakan
kelembaban.
2
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Pengeringan
Pengeringan adalah suatu cara untuk mengeluarkan atau menghilangkan
sebagian air dari suatu bahan dengan menguapkan sebagian besar air yang di
kandung melalui penggunaan energi panas. Biasanya, kandungan air bahan
tersebut di kurangi sampai batas sehingga mikroorganisme tidak dapat tumbuh
lagi di dalamya. Keuntungan pengeringan adalah bahan menjadi lebih awet dan
volume bahan menjadi lebih kecil sehingga mempermudah dan menghemat ruang
pengangkutan dan pengepakan, berat bahan juga menjadi berkurang sehingga
memudahkan transpor, dengan demikian di harapkan biaya produksi menjadi
lebih murah. Di samping keuntungan-keuntunganya, pengeringan juga
mempunyai beberapa kerugian yaitu karena sifat asal bahan yang di keringkan
dapat berubah, misalnya bentuknya, misalnya bentuknya, sifat-sifat fisik dan
kimianya, penurunan mutu dan sebagainya. Kerugian yang lainnya juga
disebabkan beberapa bahan kering perlu pekerjaan tambahan sebelum di pakai,
misalnya harus dibasahkan kembali (rehidratasi) sebelum di gunakan.
Agar pengeringan dapat berlangsung, harus di berikan energi panas pada bahan
yang di keringkan, dan di perlukan aliran udara untuk mengalirkan uap air yang
terbentuk keluar dari daerah pengeringan. Penyedotan uap air ini dapat juga
dilakukan secara vakum. Pengeringan dapat berlangsung dengan baik jika
pemanasan terjadi pada setiap tempat dari bahan tersebut, dan uap air yang di
ambil berasal dari semua permukaan bahan tersebut. Faktor-faktor yang
mempengaruhi pengeringan terutama adalah luas permukaan benda, suhu
pengeringan, aliran udara, tekanan uap di udara, dan waktu pengeringan.
3
Luas Permukaan
Semakin luas permukaan bahan maka akan semakin cepat bahan menjadi kering.
Biasanya bahan yang akan dikeringkan dipotong-potong untuk mempercepat
pengeringan, karena perlakuan tersebut dapat menyebabkan permukaan bahan
semakin luas, dimana permukaan yang luas dapat memberikan lebih banyak
permukaan yang dapat berhubungan dengan medium pemanas serta lebih banyak
permukaan tempat air keluar.
Suhu
Semakin besar perbedaan suhu (antara medium pemanas dengan bahan pangan)
maka akan semakin cepat proses pindah panas berlangsung sehingga
mengakibatkan proses penguapan semakin cepat pula. Atau semakin tinggi suhu
udara pengering maka akan semakin besar energi panas yang dibawa ke udara
yang akan menyebabkan proses pindah panas semakin cepat sehingga pindah
massa akan berlangsung juga dengan cepat.
Kecepatan udara
Udara yang bergerak adalah udara yang mempunyai kecepatan gerak yang tinggi
yang berguna untuk mengambil uap air dan menghilangkan uap air dari
permukaan bahan yang dikeringkan, sehingga dapat mencegah terjadinya udara
jenuh yang dapat memperlambat penghilangan air.
Kelembaban 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 mengabsobsi dan menahan uap air.
Tekanan atmosfer & vakum
4
Pada tekanan udara atmosfir 760 Hg (= 1 atm), air akan mendidih pada suhu
100oC. Pada tekanan udara lebih rendah dari tekanan atmosfir air akan mendidih
pada suhu lebih rendah dari 100oC.
Waktu
Semakin lama waktu (batas tertentu) pengeringan maka akan semakin cepat
proses pengeringan selesai.
Kelembaban relatif udara pengering akan turun dengan adanya peningkatan suhu
udara pengering, Hal ini menyebabkan kelembaban relatif udara pengering lebih
rendah dari kelembaban relatif bahan. Selanjutnya panas yang dialirkan ke
permukaaan bahan akan meningkatkan tekanan uap air bahan sehingga tekanan
uap air bahan lebih tinggi dari tekanan uap air udara pengering. Dengan kondisi
demikian akan terjadi perpindahan massa uap air dari bahan ke udara pengering
dan disebut sebagai proses penguapan. Proses penguapan air dari bahan akan terus
berlangsung sampai terjadi kesetimbangan tekanan uap air antara bahan dengan
pengering.
2.2 Celana Jeans
Celana jeans merupakan jenis celana yang paling digemari oleh semua orang dan
akan tetap digemari hingga usia lanjut dan juga orang akan tertarik memakainya
walau harus menjahit kembali, memperbaiki atau membesarkan atau mengecilkan
ukurannya agar tetap bisa digunakan.
Jeans merupakan salah satu hasil pruduk tekstil yang berasal dari bahan dasar
katun. Kain katun berasal dari bahan kapas dan merupakan jenis kain yang paling
sering digunakan oleh karena kain katun memliki kemampuan untuk menyerap
keringat atau air. Karakteristik dari kain katun jeans. Karakteristik dari
katun(jeans) yaitu:
a. Bahan terasa dingin dan sedikit kaku.
b. Menyerap keringat (bersifat hidroskopis).
5
c. Pakaian/ kain akan cepat rusak bila direndam lebih dari 2 jam dalam
detergen.
d. Dapat disetrika dalam temperatur panas yang tinggi.
e. Rentan terhadap jamur.
f. Jeans mudah kusut.
g. Jangan biarkan jeans terlalu lama basah karena akan menyebabkan warna
alami jeans akan hilang.
Teknik pengolahan jean cukup beragam mulai dari cara yang sederhana ,seperti
penjemuran sampai yang canggih yang memerlukan peralatan yang rumit dan
tenaga khusus yang terlatih. Pengetahuan dasar tentang metode pengawetan jean,
baik yang tradisional yang telah bertahan sepanjang masa maupun yang
merupakan hasil ilmu pengetahuan modern, akan membantu pemahaman tentang
kedudukan iradiasi jean diantara berbagai metode lain.
Pengeringan memberikan manfaat lain yang penting selain melindungi jean yang
mudah rusak. Pengurangan air menurunkan bobot dan memperkecil volume jean
sehingga menimbulkan biaya pengangkutan dan penyimpanan. Sekarang ini
kemajuan teknologi di Indonesia menuntut tersedianya bahan baku yang bermutu
tinggi untuk industri pengolahan hasil tekstil. Produk-produk tekstil yang
berbentuk bahan, seperti: celana jean memerlukan perhatian yang lebih serius,
terutama pada proses pengeringan. Proses pengeringan memegang peranan
penting dalam pengawetan suatu bahan. Proses pengeringan juga membantu
mempermudah penyimpanan produk tekstil dalam rangka pendistribusian baik
dalam skala domestik maupun ekspor. Proses pengeringan jean bertujuan untuk
mengurangi kandungan airnya sampai batas-batas tertentu, agar tidak terjadi
kerusakan akibat aktivitas metabolisme oleh mikroorganisme.
Di Indonesia, pengeringan jean pada umumnya masih dilakukan dengan
memanfaatkan tenaga matahari. Namun, cara ini sangat tergantung pada musim,
waktu pengeringan, tenaga kerja yang banyak, dan tempat yang luas. Pengeringan
6
jeans yang berkadar air tinggi, dapat dilakukan dengan dua cara, yaitu
pengeringan dalam jangka waktu lama pada suhu udara pengering yang rendah
atau pengeringan dalam jangka waktu yang lebih pendek pada suhu yang lebih
tinggi. Akan tetapi, jika pengeringan dilakukan terhadap suatu bahan berlangsung
terlalu lama pada suhu yang rendah, maka aktivitas mikroorganisme yang berupa
tumbuhnya jamur atau pembusukan menjadi sangat cepat. Sebaliknya,
pengeringan yang dilakukan pada suhu yang terlalu tinggi dapat menyebabkan
kerusakan pada komponen-komponen bahan yang dikeringkan, baik secara fisik
maupun kimia. Oleh karena itu, perlu dipilih cara pengeringan yang efektif dan
efisien agar tidak terjadi kerusakan pada produk-produk jean.
Sebagaimana dikemukakan terdahulu bahwa penggunaan alat pengering buatan
adalah untuk menghindari kelemahan- kelemahan yang diakibatkan oleh metode
pengeringan alami (penjemuran). Pada dasarnya, metode pengeringan buatan
dilakukan melalui pemberian panas yang relatif konstan terhadap bahan (celana
jean) sehingga proses pengeringan dapat berlangsung dengan cepat dengan hasil
yang maksimal. Dengan pengeringan buatan diharapkan kandungan air mula-mula
sekitar 30 % akan turun sedemikian rupa hingga mencapai kadar air 12 - 16 %.
2.3 Sistem Pengeringan
Beberapa hal pokok yang berpengaruh dalam sistem pengeringan yaitu :
a. Peranan suhu dan kelembaban
Suhu sangat erat hubungannya dengan kelembaban. Kenaikan suhu
mempunyai dua akibat yakni menurunkan kelembaban dan mempercepat
difusi air dari material. Suhu yang tinggi mempercepat difusi air tetapi
menyebabkan material menjadi matang. Oleh karena itu, suhu dan
kelembaban harus diatur sedemikian rupa sehingga pengeringan dapat
berlangsung dengan cepat tanpa menimbulkan kerusakan.
7
b. Sirkulasi udara
Ruang pengering diberi lubang udara dibagian atas untuk mengeluarkan uap
air. Hal ini berguna membantu pengaturan kondisi udara di dalam ruangan.
Udara di dalam disirkulasikan dengan kipas atau blower yang terletak di
dalam atau dinding ruangan. Sirkulasi udara yang lambat memperpanjang
waktu pengeringan.
Sistem pengeringan mekanis memiliki jenis bermacam-macam, beberapajenis
pengering tersebut yaitu:
a. Tray Dryers
Pengering dengan sistem ini, mewakili beberapa sistem yang memakai
aplikasi dari konveksi paksa. Dalam hal ini, bahan yang dikeringkan
dimasukan ke dalam sebuah lemari pengering dna diletakan pada sebuah
tray yang disusun secara teratur. Udara panas dialirkan dari sumber panas
secara paksa oleh fan ke dalam oven pengering sehingga udara tersebut akan
mengalir di antara tray tersebut dan akan mengeringkan bahan yang
diletakan diatas tray. Setelah bahan tersebut kering maka lemari pengering
tersebut akan dibuka dan bahan tersebut dikeluarkan dari lemari pengering.
Bersamaan dengan itu, suhu dalam lemari pengering akan menurun
sehingga proses pengeringan berikutnya harus dimulai kembali dari awal
dan harus dan dipanaskan kembali.
b. Batch Dryer
Jenis ini hampir sama dengan pengering tray dryer tetapi semua bahan yang
akan dikeringkan diletakann pada satu tempat saja yaitu batch tersebut.
Proses pengeringan serupa dengan jenis tray dryer tetapi memiliki
kemungkinan terjadi kadar kekeringan yang kurang merata. Jenis ini
biasanya digunakan untuk pengeringan biji-bijian.
8
c. Continous Dryers
Tidak seperti tray dryers dimana lemari pengering harus dipanaskan kembali
dan diinginkan kembali secara berulang kali. Pada alat pengering kontinyu
bahan yang dikeringkan dapat diletakna pada suatu sistem pfeeding yang
berjalan seperti konveyor. Suplai panas dapat berasal dari burner secara
langsung maupun dari heat exchanger secara tidak langsung.
d. Rotary Drayers
Alat pengering ini terdiri dari sebuah tabung silindris yang berada dalam
posisi horisontal dimana tabung silindris tersebut berotasi pada sumbunya.
Pada umumnya posisi horisontal dari tabung tidak sepenuhnya horisontal,
namun terdapat sedikit sudut antara tabung dengan sumbunya. Udara panas
yang mengalir dalam silinder berlaku sebagai medium pengering.Bnahn
yang dikeringkan dimasukan dari ujung tabung yang mempunyai posisi
lebuh tinggi, lalu udara panas akan dialirkan ke dalam tabung, pada saat
bersamaan dengan berhembusnya udara panas maka tabung tersebut juga
bergerak secara rotari hingga bahan yang dimasukkan ke dalam alat
pengering ini mengering, maka bahan yang tersebut akan keluar secara
gravitasi melalui ujung tabung yang posisinya paling rendah. Alat pengering
ini pada umumnya digunakan untuk bahan yang berbentuk granular atau
kristal.
e. Spray Dryers
Pada jenis ini, bahan yang dikeringkan biasanya berupa cairan kental, bahan
tersebut akan disemprotkan ke dalam ruang pengering melalui nosel dimana
alat pengering ini pada umumnya berbentuk silinder, dimana didalam ruang
tersebut juga disemprotkan udara panas sebagai medium pengering sehingga
cairan kental tadi akan mengering akibat adanya aliran udara panas yang
bertekanan didalm ruangan pengering.
9
f. Flash and Pneumatic Dryers
Alat pengering ini biasa digunakan untuk mengeringkan bahan yang
berukuran sangat kecil. Alat ini terdiri dari sebuah saluran pengering yang
berukuran panjangdan mempunyai posisi vertikal, dimana bahan yang akan
dikeringkan tadi dimasukan melaui feeder yang mempunyai posisi
horisontal, mengalir ke dalam saluran pengering vertikal tadi, udara panas
telah dialirkan ke dalam saluran pengering tersebut akan berfungsi sebagai
konveyor bagi partikel tersebut dan akan mendorong partikel tersebut ke
atas menuju ke dalam cyclone.
g. Fluid Bed Dryers
Alat pengering ini diperuntukan bagi batasan yang lebar untuk partikel
bahan yang padat yang berukuran antara 10 mm sampai beberapa
sentimeter. Tidak ada bagian dari mesin yang bergerak secara mekanik, dan
ruang diperlukan untuk alat pengering ini relatif kecil. Partikel yang akan
dikeringkan dalam alat ini harus berupa pertikel yang mempunyai bentuk
yang reguler dan berbentuk seragam. Partikel yang akan dikeringkan juga
tidak diperbolehkan merupakan partikel yang lengket, karena akan
menyebabkan jumlah fluida dalam runga pengeringa akan berkurang.
10
2.4 Perpindahan Massa
Perpindahan massa dapat terjadi karena beberapa macam fenomena yang
berlainan. Ada perpindahan massa yang berlangsung dengan konveksi, dalam arti
berpindah dari satu tempat ke tempat lain dalam sistem aliran. Perpindahan maasa
jenis ini terjadi pada tingkat mikroskopik dan biasanya ditangani sebagai masalah
mekanika fluida. Bila sautu campuran gas dan zat cair terkurung sedemikian rupa
sehingga terdapat gradien konsentrasi dari salah satu atau beberapa konstituen
dalam sisitem itu , maka akan terjadi perpindahan massa dalam tingkat
mikroskopik sebagai akibat difusi atau permbauran dari tingakat ke daerah
konsentrasi rendah.
Difusi massa berlangsung tidak hanya atas dasar molekul, tetapi juga dalam
sistem aliran turbulen dimana terajadi laju difusi yang dipercepat sebagai akibat
proses pencampuran pusaran-cepat(rapid-eddy mixing processes), sama seperti
halnya proses pencampuran meningkatkan kalor dan aksi viskos dlama aliran
turbulen.
Gambar 2.2 Difusi komponen A ke dalam komponen B
Sumber: Holman (2002, p.492)
Untuk memahami mekanisme fisik difusi, perhatikan bidang khayal yang
digambarkan sebagai garis putus-putus pada gambar 2.2. Konsentrasi komponen
A di sebelah kiri bidang ini lebih besar daripada disebelah kanan. Konsentrasi
yang lebih tinggi berarti lebih banyak terdapat molekul per satuan volume. Jika
sistem itu gas atau zat cair, maka molekul akan bergerak secara acak dan semakin
12
tinggi konsentrasi, makin banyak pula molekul yang melintasibidang itu daripada
arah berlawanan. Hal ini menyebabkan suatu perpindahan massa netto dari
konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah.
Kenyataan bahwa molekul-molekul itu saling bertubrukan satu sama lain sangat
mempengaruhi prose difusi. Dalam campuran gas terdapat perbedaan nyata antara
tubrukan molekul sejenis dan tak sejenis. Tubrukan antara molekul sejenis pada
hakikatnya tidak menguubah gerakan molekul, karena kedua molekul tersebut
identik dan tidak menjadi persoalan molekul diantara keduanya yang melintasi
bidang tertentu. Tubrukan antara kedua molekul yang tidak sejenis, katakan lah
molekul A dan molekul B dapat mengakibatkan molekul Blah yang melintasi
bidang tertentu menggantikan molekul A.
Jadi proses difusi berlangsung dengan dua cara sekaligus, yaitu gas A membaur
ke dalam gas B dan sementara itu gas B juga membaur ke dalam gas A sehingga
dapat mengkaitkan koefisien difusi dengan salah satu dari kedua proses tersebut.
Pada umumnya, molekul-molekul memilki massa yang berbeda dan perpindahan
massa juga dipengaruhi oleh adanya tubrukan. Difusi massa antara H2O dengan
air dapat ditentukan dengan persamaan
Dav=1,87. 10−10 ×T 2,072
P; 280 K < T < 450K
(Eq14-15 Marrero-Mason, Chapter 14 Heat and Mass Transfer:Yunus
Cengel, pg 782)
Dimana :
Dav = koefisien difusi massa dari A ke B (m2/s)
T = temperatur rata-rata difusi (K)
P = tekanan total sistem
Penguapan isotermal air dari permukaan yang dilanjutkan dengan difusi melalui
lapisan udara yang tetap (stagnan) memperlihatkan bahwa permukaan bebas air
13
terbuka ke udara di dalam tangki yang menyebabkan adanya sedikit gerakan
udara. Berapa pun gerakan udara yang diperlukan untuk itu, namun diandaikan
tidak terjadi turbulen yang mengubah profil konsentrasi udara di dalam tangki.
Akhirnya diandaikan pula bahwa baik baik uadara maupun uap air berubahn
menjadi gas ideal. Sementara air menguap, uap yang telah berdifusi ke atas udara
dan pada keadaan steadi ini mesti diimbangi oleh difusi udara ke bawah sehingga
konsentrasi ke setiap posisi tetap.
Dengan menggunakan analogi terhadap terhadap perpindahan panas konveksi,
Schmidt number yang menunjukan hubungan antara momentum molekular
dengan difusi massa dianalogikan dengan Prandtl number. Profil konsentrasi dan
kecepatan mempunyai bentuk yang sama apabila v = D atau v/D disebut dengan
Schmidt number.
Sc=ϑ
DAB
(Eq14-60, Chapter 14. Heat and Mass Transfer:Yunus Cengel, pg 811)
Dimana
ϑ=Viskositas Kinematik ¿
Dav=Difusi air diudara (m2/s)
Kemudian dapat diketahui juga kecepatan udara
Re=v × L
ϑ
(Eq19-11, Chapter 19. Thermal fluid Sciences: Yunus Cengel, pg 780)
14
Dimana :
Re = Reynold number
v = kecepatan udara (m/s)
L = panjang bidang (m)
υ = viskositas kinematik (m2/s)
Agar aliran udara dapat dianggap sebagai konveksi paksa maka Sherwood number
dapat dihubungkan dengan Schmidt number yang digunakan mengetahui jenis
aliran dan kecepatan udara yang dibutuhkan di dalam lemari pengering
Sh=0,664 × Re0,5 × Sc
13
(Eq laminer flow and forced convection over a flat plate
(Tabel 14-13, Chapter 14 Heat and Mass Transfer:Yunus Cengel, pg 817)
Keserupaan antara persamaan-persamaan yang mengatur perpindahan kalor,
massa dan momentum menunjukan bahwa korelasi empirik perpindahan massa
serupa pula dengan koefisien perpindahan kalor . Untuk penguapan zat cair ke
udara di dalam kolom-kolom udara (sirkular), dimana zat cair membasahi
permukaan dan udara didorong melalui kolom. Sedangkan untuk Sherwood
number yang menunjukan efektifitas dari perpindahan massa konveksi dapat
dianalogikan dengan Nusselt number. Koefisien perpindahan massa ditentukan
dengan persamaan:
hmass=Sh × D av
L
(Eq14-76, Chapter 19. Thermal fluid Sciences: Yunus Cengel, pg 812)
Dimana :
15
Sh=bilangan Sherwood
hmass=koefisien perpindahan massa(m /s )
Dav=difusivitas air diudara (m /s2)
L=panjang bidang( jeans)(m)
2.5 Perubahan Massa Jenis Uap Air
Untuk meningkatkan penyerapan massa air di udara dapat dilakukan menurunkan
kelembaban relatif. Untuk menurunkan kelembaban relatif dapat dilakukan
dengan meningkatkan temperatur pada dry bulb dari temperatur ambien 25°C
menjadi 50°C dalam lemari pengering. Dengan demikian didapat penurunan
kelembaban relatif. Hal ini dapat diperlihatkan pada diagram psikometrik.
16
Pada kelembaban relatif yang telah ditentukan maka dapat dicari tekanan uap air
di lemari terhadap tekanan jenuhnya. Hal tersebut dapat dirumuskan sebagai
berikut :
Pv=RH × P sat
(Eq14-30, Chapter 14. Heat and Mass Transfer: Yunus Cengel, pg 793)
Pv , ∞=tekanan uapair di lemari pengering(kPa)
RH=kelembaban relatif
Psat=tekananua p air jenuh(kPa)
Untuk menentukan massa jenis uap air pada udara pengering dan permukaan
celana, dapat digunakan perumusan sebagai berikut.
ρ v=Pv
R ×T
ρ v=massa jenisuap air(kg/m3)
Pv=tekanan uapair (kPa)
R=konstanta gas (uap air ) kJ / kg . K
Dari perumusan diatas, perlu ditentukan tekanan , konstanta gas pada uap air, dan
temperatur. Melalui hubungan inilah nilai massa jenis dapat ditentukan pada udara
maupun permukaan jeans. Hanya saja ada perbedaan tekanan pada udara lemari
dan pada permukaan celana.
17
2.6 Lama Waktu Pengeringan
Laju aliran massa uap adalah besarnya massa uap yang mengalir per detik. Laju
aliran massa uap dapat diperhitungkan dengan perumusan sebagai berikut:
mv=hmass × A s× ( ρv , s−ρ v ,∞ )
(Eq14-14, Chapter 14. Heat and Maas Transfer: Yunus Cengel, pg 820)
mv=laju aliran massauap (kg /s)
hmass=koefisien perpindahan massa(m /s )
A s=luas permukaan(m2)
ρ v, s=massa jenisuap air pada permukaan jeans(kg/m3)
ρ v, ∞=massa jenisuap air pada udara lemari(kg/m3)
Laju aliran massa uap mempengaruhi daya penguapan yang dimana berkaitan
dengan entalpi penguapannya pada temperatur yang ada dalam lemari pengering.
Daya penguapan dapat diperhitungkan sebagai berikut :
Qevap=mv × h fg
(Eq14-91, Chapter 14. Thermal fluid Sciences: Yunus Cengel, pg 820)
Qevap=Daya evaporasi(W )
mv=laju aliran massauap (kg /s)
h fg=entalpi evaporasi(J /kg)
18
Kalor penguapan adalah kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan air pada
celana. Kalor tersebut berasal dari udara panas yang dialirkan secara paksa oleh
kipas. Kalor tersebut dapat diperhitungkan sebagi berikut :
Qevap=m× hfg
Qevap=kalor penguapan (J )
m=massa air
h fg=entalpi evaporasi(J /kg)
Oleh karena itu dapat diperhitungkan waktu pengeringan dari kalor penguapan
terhadap daya penguapan yang terjadi di dalam lemari pengering.
t=Qevap
Qevap
(s )
2.7 Kerugian Kalor pada Lemari.
Untuk menghitung heat loss pada dinding dapat digunakan persamaan berikut:
q=UA (t 1−t 2)
Dengan:
q = heat transfer (W)
U = koefisien perpindahan panas total (W /m2 K)
t 1 : suhu di dalam lemari pengering (℃)
t 2 : suhu di luar lemari pengering (℃)
(Eq 3, 2001 ASHRAE Fundamentals Handbook Page 32)
Dari persamaan tersebut, dapat dilihat bahwa untuk menghitung heat loss pada dinding, parameter-parameter yang perlu dihitung terlebih dahulu adalah :
- Konduktansi permukaan ( h ).
19
Rglass wool Rplywood Rconv
Ts,i T1 T2 Ts,i
- Koefisien perpindahan panas total yang merupakan penjumlahan koefisien
perpindahan panas glass wool, plywood dan konveksi.
- Luas permukaan luar setiap bidang.
Berikut adalah contoh skema heat flow sistem:
1. Perhitungan Konduktansi Permukaan.
Untuk menghitung nilai konduktansi permukaan (h), digunakan persamaan
Bilangan Nusselt yang dimana didapat dengan menggunakan Bilangan
Grassof dan Bilangan Prandtl.
Untuk menghitung besar Bilangan Grassof dapat digunakan persamaan:
GrL=gβ (T s−T ∞ ) L3
ϑ2
Keterangan:
g : percepatan gravitasi (9,81 m /s2 )
β : volumetrik thermal expansion coefficient.
T s : Temperatur penampang (℃ )
T ∞ : Temperatur lingkungan (℃ )
L : Panjang penampang (m )
ϑ : viskositas kinematik (m2/s )
20
Dengan
β= 1T
= 1T s+T ∞
2
Dapat dihitung Grassof Number:
GrL=gβ (T s−T ∞ ) L3
ϑ2
Kemudian Bilangan Prandtl dapat diambil dari tabel properties udara 1
atm.
Karena persamaan Bilangan Nusselt adalah:
Nu=c (Gr . Pr )n
Maka, untuk mengetahui nilai c dan n, harus dicari terlebih dahulu rentang
nilai Gr.Pr sehingga dapat digunakan pada persamaan Bilangan Nusselt.
Dan dengan memanfaatkan persamaan Nusselt,
Nu=h .Lk
Dapat dicari koefisien perpindahan panas (h )dengan:
h=Nu .kL
21
2. Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas Total
Untuk mencari perhitungan koefisien perpindahan panas total, dapat
digunakan persamaan sebagai berikut:
U= 1
1h+
x p
k p
+x g
kg
Dengan:
U : Koefisien perpindahan panas total, (W /m2℃)
h : Koefisien perpindahan panas di udara luar (konduktansi bidang
luar), (W /m2℃)
x p : Tebal plywood, m
k p : Konduktivitas termal plywood, (W /m℃)
xg : Tebal glass wool, m
k g : Konduktivitas termal glass wool, (W /m℃)
3. Luas Permukaan Luar Setiap Bidang
Untuk menghitung luas permukaan bidang, dapat digunakan persamaan
A=p × l
Setelah parameter-parameter tersebut sudah didapatkan, maka dapat
digunakan untuk mencari heat loss total. Namun untuk menghitung heat
loss total, perlu dihitung terlebih dahulu heat loss setiap bidang.
Untuk menghitung heat loss setiap bidang dapat digunakan persamaan
q=UA (t 1−t 2)
Dimana nilai A berbeda, tergantung ukuran setiap bidang.
22
Kemudian, untuk menghitung heat loss total adalah menjumlahkan
seluruh bidang yang berpengaruh pada heat loss yang terjadi.
2.8 Penentuan Daya Heater, Kecepatan Udara dan Waktu Pemanasan
Heater.
Untuk menentukan temperatur udara ketika kontak langsung dengan heater dapat
dipergunakan LMTD (Logarithimic Mean Temperature Difference), yang
merupakan rata-rata logaritmik dari perbedaan suhu dari perpindahan panas antara
sumber panas dan yang dipanaskan.
∆ T ¿=∆ Te−∆ T i
ln(∆ T e
∆ T i)
(Eq19-61, Chapter 19. Thermal fluid Sciences: Yunus Cengel, pg 798)
Dengan,
∆ T e=T s−T e
∆ T i=T s−T i
∆ T e=beda temperatur keluar (℃)
∆ T i=bed a temperatur masuk (℃)
T s=Temperatur sumber panas(℃)
Dari temperatur inilah, dapat ditentukan variabel dari Bilangan Prandtl, viskositas
kinematik, dan konduktivitas termal yang mana didapat dari lampiran. Kemudian
dapat diperhitungkan bilangan Reynold
ℜ= v × Lϑ
23
ℜ=bilangan Reynold
v=kecepatan udara(m /s)
L=panjang bidang ( jeans )(m)
ϑ=viskositas kinematik (m2/ s)
Dari bilangan Reynold inilah, dapat ditentukan bilangan Nusselt yang berkaitan
dengan bilangan Prandtl terhadap temperature udara. Bilangan Nusselt dapat
dicari melalui rentang nilai bilangan Reynold.
Nu=0,683 ℜ0,446 Pr13 (Range of Re: 40 – 4000)
(Tabel 19-12, Chapter 19. Thermal fluid Sciences: Yunus Cengel, pg 788)
Dari bilangan Nusselt kemudian dapat dicari koefisien perpindahan panas, yang
mana berhubungan dengan konduktivitas termal udara dan diameter heater yang
dilalui aliran udara.
h= k NuD
h=koefisien perpindahan panas(W /m2. K )
k=konduktivitas termal (W /m . K )
D=diameter heater (m)
Nu=bilangan Nusselt
Q=h A s (T s−T ∞ )
Q=Daya heater (W )
h=koefisien perpindahan panas(W /m2 . K )
A s=luas permukaan jeans (m)
24
T s=temperatur permukaan(℃)
T ∞=temperatur lingkungan(℃)
Kalor yang dibutuhkan untuk memanaskan heater dapat diperhitungkan dalam
perumusan berikut:
Q=mC p ∆ T
Q=kalor pada heater (J )
m=massa heater(kg)
Cp=kalor jenis materialheater (J /kg . K )
∆ T=beda temperatur (K)
Sehingga dapat diperhitungkan waktu yang dibutuhkan untuk memanaskan udara
pada temperatur tertentu. Waktu pemanasan diperhitungkan dari hasil bagi kalor
pemanasan heater terhadap daya yang dipergunakan heater.
∆ t=QQ
25
BAB IIIALGORITMA PERANCANGAN
Dalam proses perancangan lemari pengering, perlu diketahui suhu udara basah
dan udara kering serta kebutuhan udara yang akan dialirkan dan daya yang
dibutuhkan untuk mengeringkan pakaian. Dimensi dan material dari lemari
pengering perlu diperhatikan untuk mendapatkan desain yang proporsional dan
pengeringan yang efektif dan efisien.
Menganalisa Kebutuhan Pasar
Dalam memenuhi tugas Mata Kuliah Tugas Merancang ini, kami untuk
membuat rancangan suatu alat yang dimana dalam penentuan alatnya, kita
harus terlebih dahulu tahu apa kebutuhan pasar saat ini.
Ide
Setelah kami mengetahui kebutuhan pasar, maka kami pun mencari ide alat
yang akan kami buat.
Paten
Setelah mendapatkan ide, kami harus dapat membuat kelebihan yang dimiliki
oleh alat kami. Oleh karena itu, kami melakukan pencarian paten yang
menyangkut ide perancangan alat kami.
Penganalisaan Paten
Setelah mendapatkan paten yang sesuai, kami pun menganalisa terhadap
paten tersebut. Penganalisaan disini bertujuan untuk mengetahui bagian mana
saja yang dapat kami kembangkan. Dalam menentukan bagian ini, kami
berfokus ke bagian klaim dari paten tersebut. Setelah mendapatkannya, maka
kami dapat tahu bagaimana konsep dari alat yang akan kami rancang.
Identifikasi Masalah dalam Perancangan
Setelah mendapatkan ide beserta pengembangannya, kami melakukan
pengidentifikasi terhadap masalah dalam perancangan. Dalam
pengidentifikasi ini, kami menganalisa masalah apa saja yang akan kami
26
hadapi ketika melakukan pengembangan alat tersebut. Mulai dari
permasalahan dimensi, cara kerja, material dan proses manufaktur.
Pembuatan Model Produk
Setelah pengidentifikasian, kami membuat model atau rancangan sementara
atau rancangan kasar produk. Pemodelan ini bertujuan agar kami tahu hal-hal
yang penting yang berguna nantinya dalam pembuatan spesifikasi.
Penentuan Alat dan Bahan
Setelah pembuatan model, kami menentukan komponen-komponen yang
dipakai pada produk beserta materialnya. Penentuan alat dan bahan ini
bertujuan agar kami mengetahui karakteristik dari produk kami sehingga akan
mempermudah dalam penghitungan spesifikasi produk.
Perhitungan Spesifikasi Alat
Dalam perhitungan, kami menghitung spesifikasi dari alat kami. Hal ini
bertujuan agar kami tahu keefisienan dari alat kami.
Membandingkan Spesifikasi dengan Kebutuhan Pasar
Setelah kami tahu apa saja spesifikasi alat kami, kami pun
membandingkannya dengan kebutuhan pasar. Jika tidak sesuai, maka kami
akan melakukan pengidentifikasian masalah perancangan. Dalam hal ini,
kami berusaha agar spesifikasi alat kami sesuai dengan kebutuhan pasar.
Pembuatan Rancangan Fix dan Melakukan Pengujian (Optional)
Setelah spesifikasi dan kebutuhan pasar sesuai, maka kami membuat
rancangan fix produk dan melakukan pengujian.
27
Flowchart Algoritma Perancangan
28
Tidak
sesuai
sesuai
Menganalisa kebutuhan pasar
tidak
ya
Dapat dikembangkan
Bi
mbingan
Penentuan alat dan bahan
Kesimpulan
Pembuatan rancangan fix dan melakukan pengujian
Membandingkan spesifikasi dengan kebutuhan pasar
Perhitungan spesifikasi alat
Pembuatan model produk
Identifikasi masalah dalam perancangan
Penganalisaan Paten
Pencarian Paten
Ide
BAB IVPERHITUNGAN DAN PERANCANGAN
4.1 Perhitungan Luas Permukaan Jean
Untuk memudahkan perhitungan, dilakukan drawing di Solidworks untuk
mendapatkan properties dari luas celana jeans. Kemudian didapat luasan
permukaan jeans sebesar 1,04793 m3≈ 1,05 m3.
4.2 Perhitungan Nilai Koefisien Perpindahan Massa
Untuk menghitung koefisien perpindahan massa, maka yang perlu dicari adalah
Bilangan Sherwood dan Diffusivitas Massa. Untuk mencari Bilangan Sherwood
itu sendiri, perlu dicari terlebih dahulu jenis aliran yakni dengan mengetahui
Bilangan Reynold dan mencari Bilangan Schmidt.
Yang terlebih dahulu dicari adalah Diffusivitas Massa ( D v) yang merupakan
besarnya penyebaran massa uap air ( H 2 O ) di udara. Dapat digunakan persamaan
sebagai berikut:
29
Dav=1,87. 10−10 ×T 2,072
P=1,87.10−10×
323 K2,072
1 atm=2,957.10−5m2/s
(Eq14-15 Marrero-Mason, Chapter 14 Heat and Mass Transfer :Yunus
Cengel, pg 782)
Kemudian adalah mencari Bilangan Schmidt. Schmidt ( Sc ) itu sendiri
menunjukkan hubungan antara molekular momentum dengan diffusi massa.
Dengan diketahuinya nilai viskositas udara dan difusivitas massa dalam lemari
pengering pada temperatur 50°C, maka:
Sc=ϑudara@50 °C
D av
=1,798 ∙ 10−5 m2/s2,957 ∙ 10−5 m2/s
=0,608
ϑ=Viskositas Kinematik
Dengan perancangan yang dibuat, maka dapat diketahui:
- kecepatan udara, v=3 m /s,
- panjang bidang (celana), L=1m,
- viskositas kinematik udara yang ada dalam lemari pengering,
ϑ=1,798.10−5 m2/ s,
maka dapat ditentukan:
ℜ= v × Lϑ
= 3 m /s× 1 m
1,798. 10−5 m2/s=166.852
Setelah didapatkan besar Bilangan Reynolds, dapat dilihat bahwa Re < 5 x 105
yang menandakan bahwa jenis aliran adalah laminer flow. Dengan diketahuinya
jenis aliran tersebut yakni aliran laminar dan merupakan konveksi paksa melalui
plat datar, maka persamaan untuk mencari Bilangan Sherwood adalah sebagai
berikut:
Sh=0,664 × R e0,5 × Sc
13=0,664 ×166.8520,5 × 0,6081/3=229,7
30
(Tabel 14-13, Chapter 14 Heat and Mass Transfer:Yunus Cengel, pg 817)
Dengan demikian dapat dicari koefisien perpindahan massa yakni dengan
persamaan sebagai berikut
hmass=Sh × D av
L=229,7 ×2,957. 10−5 m2/s
1m=6,79.10−3 m /s
(Eq14-76, Chapter 14 Heat and Mass Transfer:Yunus Cengel, pg 812)
4.3 Perhitungan Lama Pengeringan
Untuk mencari lama pengeringan perlu dicari terlebih dahulu daya yang
dibutuhkan untuk mengeringkan (Qevap) dan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk
menguapkan uap air (Qevap). Untuk mencari kedua hal tersebut, perlu dicari dan
diketahui terlebih dahulu parameter-parameter penting yakni tekanan uap air pada
lingkungan (Pv , ∞), massa jenis uap air pada permukaan jeans (ρ v, s), massa jenis
uap air di lingkungan (ρ v, ∞), dan laju aliran massa uap air (mv).
Untuk menentukan nilai RH (Relative Humidity), dapat dipergunakan diagram
Psikometrik dengan kondisi:
- Dry Bulb awal : 25℃
- Dry Bulb akhir : 50℃
31
Hal ini diperlihatkan pada diagram Psikometrik berikut:
Pada kondisi A yang merupakan kondisi awal adalah kondisi pada lingkungan
luar dan kondisi B yang merupakan kondisi akhir yang dituju adalah kondisi
didalam lemari. Jadi, target perhitungan adalah mengubah kondisi dari kondisi A
dimana RHnya adalah 80% menjadi kondisi B dimana RHnya adalah 18%.
Dengan merujuk pada table Saturated Water-Vapour pada temperatur 50 °C seperti terlampir pada Lampiran 1, diketahui bahwa:
- h fg=2382 kJ /kg
- Psat @50℃=12,35 kPa
Dengan data-data di atas dapat dicari tekanan uap air pada lemari pengering
dengan persamaan berikut:
Pv , ∞=RH × Psat @50℃=0,18 ×12,35 kPa=2,22 kPa
32
A B
Kemudian untuk mencari massa jenis uap air pada permukaan jeans,
menggunakan persamaan berikut:
ρ v, s=P v, s
Rv ×T s
= 12,35 kPa0,4615 kJ /kg . K × (273+50 ) K
=0,082 kg /m3
Untuk mencari massa jenis uap air di lingkungan menggunakan persamaan
berikut:
ρ v, ∞=Pv , s
Rv ×T ∞
= 2,22 kPa0,4615 kJ /kg . K × (273+50 ) K
=0,014 kg/m3
Dan untuk mencari laju aliran massa uap air adalah:
mv=hmass × A s× ( ρv , s−ρ v ,∞ )=6,79. 10−3 ms
× (5 ×1,05 m2) × (0,082−0,014 ) kg /m3
mv=2,424. 10−3kg /s
Setelah parameter-parameter tersebut didapat, maka dapat ditentukan Daya yang
dibutuhkan untuk mengeringkan jeans dan jumlah kalor yang dibutuhkan untuk
menguapkan air yang dimana akan digunakan untuk mencari lama pengeringan.
Daya yang dibutuhkan untuk mengeringkan dapat ditentukan dengan persamaan:
Qevap=mv × h fg=2,424.10−3 kgs
×2382 kJ /kg=5,773 kW =5773 W
Jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan dapat ditentukan dengan
persamaan:
Sehingga waktu yang dibutuhkan untuk
pengeringan adalah
t=Qevap
Qevap
= 11910 kJ5,773 kW
=2063 s=0,57 jam
4.4 Heat Loss pada Dinding
33
Rglass wool Rplywood Rconv
Ts,i T1 T2 Ts,i
Untuk menghitung heat loss pada dinding dapat digunakan persamaan berikut:
Q=UA (t 1−t 2 )
Dengan:
Q :heat transfer (W)
U :koefisien perpindahan panas total (W /m2 K)
t 1 : suhu di dalam lemari pengering(℃)
t 2 : suhu di luar lemari pengering (℃)
(Persamaan 3, 2001 ASHRAE Fundamentals Handbook Page 32)
Dari persamaan tersebut, dapat dilihat bahwa untuk menghitung heat loss pada dinding, parameter-parameter yang perlu dihitung terlebih dahulu adalah:
Konduktansi permukaan ( h ).
Koefisien perpindahan panas total yang merupakan penjumlahan koefisien
perpindahan panas glass wool, plywood dan konveksi.
Luas permukaan luar setiap bidang.
Berikut adalah skema heat flow sistem:
1. Perhitungan Konduktansi Permukaan.
Untuk menghitung nilai konduktansi permukaan (h), digunakan persamaan
Bilangan Nusselt yang dimana didapat dengan menggunakan Bilangan
34
Grassof dan Bilangan Prandtl. Untuk menghitung besar Bilangan Grassof
dapat digunakan persamaan:
GrL=gβ (T s−T ∞ ) L3
ϑ2
Keterangan:
g : percepatan gravitasi (9,81 m /s2 )
β : volumetrik thermal expansion coefficient.
T s : Temperatur penampang (℃ )
T ∞ : Temperatur lingkungan (℃ )
L : Panjang penampang (m )
ϑ : viskositas kinematik (m2/s )
Dengan diketahuinya bahwa:
T s :33,7℃
T ∞: 25℃
β= 1T
= 1T s+T ∞
2
= 133,7℃+25℃
2
=¿ 0,034 /℃
L=1,5 m
ϑ=1,562× 10−5 m2/s
Dapat dihitung Grassof Number:
GrL=gβ (T s−T ∞ ) L3
ϑ2
GrL=10 m/ s2 ×0,034 /℃× (33,7℃−25℃ ) × (1,5 m )3
(1,562 ×10−5 m2/ s)2
35
GrL=4,014 ×1010
Kemudian Bilangan Prandtl dapat diambil dari tabel properties udara 1 atm yakni:
Pr=0,7296
Karena persamaan Bilangan Nusselt adalah:
Nu=c (Gr . Pr )n
Maka, untuk mengetahui nilai c dan n, harus dicari terlebih dahulu nilai Gr.Pr sebagai berikut:
Gr . Pr=4,014 ×1010 ×0,7296=2,928 ×1010
Dan nilai Gr.Pr adalah berada pada rentang 109−1012 (Lampiran 7: Table Natural Convection) , sehingga:
c=0,13
n=0,33
Jadi, besar Bilangan Nusselt adalah:
Nu=0,13 (2,928 × 1010 )0,33
Nu=369,779
Dengan memanfaatkan persamaan Nusselt,
Nu=h .Lk
Untuk mencari nilai koefisien perpindahan panas (h ), dapat digunakan:
h=Nu .kL
dengan,
36
k=0,02551 W /m . K
L=1,5 m
Maka, setelah nilai dari Bilangan Nusselt didapatkan, maka nilai tersebut
digunakan untuk menghitung nilai koefisien perpindahan panas sebagai
berikut:
h=369,779 × 0,02551W /m. K1,5 m
=6,240 W /m2 K
2. Perhitungan Koefisien Perpindahan Panas Total
Untuk mencari perhitungan koefisien perpindahan panas total, dapat
digunakan persamaan sebagai berikut:
U= 1
1h+
x p
k p
+x g
kg
Dengan:U : Koefisien perpindahan panas total, (W /m2℃)h : Koefisien perpindahan panas di udara luar (konduktansi bidang luar), (W /m2℃)x p : Tebal plywood, mk p : Konduktivitas termal plywood, (W /m℃)xg : Tebal glass wool, mk g : Konduktivitas termal glass wool, (W /m℃)
Dengan diketahuinya:h : 6,240 W /m2℃x p : 0,015 mk p : 0,12 W /m℃xg : 0,003 mk g :0,038 W /m℃
Maka koefisien perpindahan panas total adalah:
37
U= 1
1h+
x p
k p
+x g
kg
U= 11
6,240+
0,0150,12
+0,0030,038
U = 10,160+0,125+0,079
U=2,745W /m2℃
3. Luas Permukaan Luar Setiap Bidang
Luas permukaan luar dinding kiri, kanan, depan dan belakang adalah:
Ad=0,73 m ×1,5 m=1,095 m2
Luas permukaan luar atap adalah:
Aa=0,73 m× 0,73 m=0,533 m2
Setelah parameter-parameter tersebut sudah didapatkan, maka dapat digunakan
untuk mencari heat loss total. Namun untuk menghitung heat loss total, perlu
dihitung terlebih dahulu heat loss setiap bidang.
Untuk menghitung heat loss setiap bidang tegak (dinding kiri, kanan, depan dan
belakang) adalah:
Q=UA (t 1−t 2 )
Q=2,745W /m2℃×1,095 m2× (50℃−25℃ )
Q=75,144 W
Untuk menghitung heat loss atap/alas adalah:
Q=2,745W /m2℃× 0,533 m2 (50℃−25℃ )
Q=36,577 W
38
Jadi, untuk menghitung heat loss total adalah:
Qtotal=4 q tegak+2qatap
Qtotal=( 4 ×75,144 W )+(2 ×36,577 W )
Qtotal=373,73 W
4.5 Penentuan Kecepatan Udara dan Daya Heater
Ditetapkan:
∆ T e=T s−T e=120℃−50℃=70℃
∆ T 1=T s−T 1=120℃−25℃=95℃
∆ T ¿=∆ Te−∆ T i
ln(∆ T e
∆ T i)
=70℃−95℃
ln( 70℃95℃ )
=81,864℃
Dengan kondisi:
T f =∆ T ¿=81,864℃
P=1 atm
Untuk mencari koefisien perpindahan kalor, viskositas kinematic dan Bilangan Prandtl dilakukan interpolasi dengan menggunakan data-data dari Tabel Properties Udara pada 1 atm seperti terlampir pada Lampiran 2.
Interpolasi
T (℃ ) k (W /m. K ) ϑ (m2/s ) Pr
80 0,02953 2,097 ×10−5 0,7154
81,864 k ϑ Pr90 0,03024 2,201 ×10−5 0,7132
Dari hasil interpolasi didapatkan
- Koefisien perpindahan kalor, k=0,02966 W /m . K - Viskositas kinematic, ϑ=2,116× 10−5 m2/s - Bilangan Prandtl, Pr=0,7149
39
Bilangan Reynold digunakan untuk penentuan Bilangan Nusselt. Persamaan Bilangan Reynold adalah sebagai berikut:
ℜ= v ×lϑ
= 3m /s× 0,01m
2,116 ×10−5m2/s=1417,769
Pada table 19-2 (Fundamental of Thermal Fluid Sciences, Cengel, Cimballa)
Karena heater yang digunakan adalah berupa penampang silinder berbentuk
lingkaran, maka dengan menggunakan table 19-2 dapat ditentukan persamaan
Bilangan Nusselt sebagai berikut:
Nu=0,683 ℜ0,446 Pr13 (Range of Re: 40 – 4000)
Sehingga nilai yang didapat adalah:
Nu=51,00
Setelah Bilangan Nusselt diketahui, dapat dicari koefisien perpindahan massa sebagai berikut:
Dengan diameter heater, D= 0,01 m
h= k NuD
=0,02966 W /m℃×510,01 m
=151,266 W /m2℃
Untuk mencari luas selimut heater adalah:
A s=πDl=π × 0,01m ×0,7141 m=0,0224 m2
Sehingga dapat ditentukan daya heater dengan persamaan:
Q=h A s (T s−T ∞ )
Q=151,266 W /m2℃× 0,0224m2× (150℃−81,864℃ )=230,879
Q ≈ 231W
40
Untuk menghitung waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan temperature pada heater, perlu diketahui terlebih dahulu:
- Material heater = Nikrom- Massa jenis heater, ρ=8400 kg /m3
- Kalor jenis, C p=450 J /kg .℃
m=ρV =ρπ4
D2 l
m=8400 kg/m3×π4
× (0,00635 m )2× 0,6464 m
m=0,171 kg
Qtot=mC p (T 2−T1 )
Qtot=0,171 kg× 450 J /kg .℃× (150℃−25℃ )
Qtot=9618,75 J
Waktu yang dibutuhkan untuk menaikkan temperature dari 25℃ sampai 50℃ adalah:
∆ t=QQ
∆ t= 9618,75 J231 W (J /s )
∆ t=41 s
4.6 Daya Lemari Pengering
Daya lemari pengering adalah total dari daya fan, kalor yang digunakan untuk
memanaskan udara dalam lemari pengering, serta heat loss oleh karena material
dari lemari pengering itu sendiri.
Daya pengeringan lemari=Qheater+Qloss+Qfan
Daya pengeringan lemari=231 W +373,73 W +65 fan=669 W
41
4.7 Rancangan Manufaktur Alat
Proses manufaktur adalah suatu proses suatu barang akan diproduksi dan
assembly, diproses dengan menggunakan bantuan mesin agar lebih presisi dan
memenuhi desain yang diinginkan. Proses manufaktur yang akan dibahas adalah
dari proses pembentukan per-part lalu proses assembly.
Untuk memproses produksi Jeans Dryer Cabinet ini part-partnya antara lain satu
pasang dinding samping, satu pasang bagian dasar sekaligus atap, satu buah
dinding belakang, satu buah pintu, fan, heater, dan part penunjang lainnya.
Berikut adalah part-part pada drying cabinet.
1. Pemotongan kayu plywoodPemotongan pada plywood dilakukan sesuai dengan ukuran part-part yang
diinginkan dengan ukuran standar 244 cm x 122 cm per lembar plywood
dengan tebal 15mm. Kami memilih plywood karena mudah didapat dan
murah. Pemotongan ini dilakukan di bengkel dengan mesin pemotong kayu.
Part-part yang dibutuhkan yaitu bagian atas (730mm x 730mm), bagian
bawah (730mm x 730mm), bagian belakang (700mm x 1500mm),
(sepasang) bagian samping (700mm x 1500mm), bagian pintu (730mm x
1500mm) dan bagian pintu bagian dalam (700mm x 1500mm). Untuk itu
dibutuhkan 3 lembar plywood dengan tebal 15mm dan 1 lembar plywood
dengan tebal 5mm untuk memproduksi satu buah drying cabinet.
a.) dinding atas dan dasar.Material : plywoodDimensi : 730 x 730 x 15 mm
Bagian atap dan dasar dibuat identik agar mempercepat dan menghemat proses produksi. Proses pemotongan dilakukan menggunakan mesin. Kemudian didriling membuat lubang untuk spacer kayu M6. Proses terakhir adalah melakukan finishing
42
seperti furnishing dan pengecatan agar awet dan lebih tahan lama.
b.) dinding sampingMaterial : plywoodDimensi : 700 x 1500 x 15
mmBagian samping kanan dan kiri dibuat
identik agar mempercepat dan
menghemat proses produksi. Proses
pemotongan dilakukan menggunakan
mesin. Kemudian didrilling membuat
lubang untuk spacer kayu M6. Proses
terakhir adalah melakukan finishing
seperti furnishing dan pengecatan
agar awet dan lebih tahan lama.
c.) dinding belakangMaterial : plywoodDimensi : 700 x 1500 x 15
mmBagian belakang pada pada sisi
atasnya dilubangi sebesar 70mm x
700mm untuk memasang ventilasi
dengan menggunakan mesin. Proses
terakhir adalah melakukan finishing
seperti furnishing dan pengecatan
agar awet dan lebih tahan lama.
43
d.) pintuMaterial : plywoodDimensi : 730 x 1500 x 15
mmPart ini berguna sebagai penutup
lemari dan akses untuk membuka atau
menutup lemari. Proses pemotongan
dilakukan menggunakan mesin.
Kemudian didrilling membuat lubang
untuk spacer kayu M6. Proses
terakhir adalah melakukan finishing
seperti furnishing dan pengecatan
agar awet dan lebih tahan lama.
e.) pintu bagian dalam
Material : plywood
Dimensi : 700 x 1500 x 5 mm
Part ini merupakan tambahan yang dibuat agar didapatkan ruangan lemari yang kedap dari luar sehingga panas yang terbuang ke lingkungan terminimalisir. Proses yang dilakukan adalah pemotongan pada kayu triplek dengan ketebalan 5mm.
Pemotongan dilakukan dengan
menggunakan mesin. Proses terakhir
adalah melakukan finishing seperti
furnishing dan pengecatan agar awet
44
dan lebih tahan lama. Untuk
penyambungan ke lembar pintu
bagian luar dengan proses nailing.
2. Produksi Ventilasi exhaust, dan housing fan.
Ventilasi dan housing fan ini dibuat dengan cara dimolding. Untuk mebuat
kedua part ini kami melakukan kerjasama dengan produsen lain untuk
memproduksinya secara massal agar menghemat biaya produksi dan
praktis.
a.) ventilasi exhaust
Material :Acrylonitrile
Butadiene Styrene
Dimensi : 70mm x 700mm
Part ini berfungsi sebagai jalan keluar
udara beruap air ke lingkungan.
Ventilasi ini memiliki sekat-sekat
sehingga tidak ada binatang yang
dapat masuk ke dalam cabinet.
b.) housing untuk heater dan fan
Material :Acrylonitrile
Butadiene Styrene
Dimensi : 170 x 170 mm
Part ini berfungsi sebagai penyangga
fan dan heater diletakan sekaligus
pengaman wiring pada heater dan fan.
45
3.) Produksi dudukan hanger, basin, dan penyangga dudukan hanger
Material dari ketiga part ini adalah polyethylene high density. Material ini
dapat dibeli dalam bentuk rod (tabung pejal) dan plane (lembaran).
Polyethilene high density dipilih karena tahan lembab dan memiliki titik
leleh yang lumayan tinggi.
a.) basin
Material :polyethylene high densityDimensi : 700 x 700 x 100
mmPart ini berfungsi sebagai penampung
sementara untuk kemudian dialirkan
keluar cabinet. Part ini juga berfungsi
sebagai penutup dari wiring atau
rangkaian listrik dari heater dan fan.
Part ini dibuat menggunakan
polyethylene high density yang
berbentuk lembaran dengan tebal
3mm. Lembaran ini dibending
sehingga terbentuk basin yang
diinginkan.
b.) dudukan hangerMaterial :polyethylene high densityDimensi :d=1inch=25,4mm
a= 663 mm b= 700 mm
46
a
Part ini berfungsi sebagai dudukan
menaruh hanger jeans. Terbuat dari
material polyethylene high density
yang berbentuk rod (batangan silinder
pejal). Part ini didrill dan ditapping
agar dapat di baut ke lemari.
4.) Produksi heater
Heater ini kami beli sesuai dengan
spesifikasi yang diinginkan dan
sesuai dengan yang di pasaran.
Keuntungan jenis turbular heater
adalah mudah dalam instalasi dan
reliability-nya tinggi.
Material : nickel chrome
Dimensi : D= 1/4 inch; L = 1464
mm
Part ini dibentuk sedemikian rupa sehingga memaksimalkan sesuai dengan
kebutuhan untuk alat pengering ini. Heater yang dijual di pasaran berbentuk rod
(silinder pejal). Pembentukan dari heater ini adalah dengan dibending sesuai
kebutuhan.
47
b
BAB VPENUTUP
5.1 KesimpulanDari perancangan alat yang telah dilakukan dapat diambil suatu kesimpulan
sebagai berikut :
1. Proses pengeringan lima celana jeans membutuhkan waktu selama 0,57 jam
serta dengan pemanasan dengan waktu 41 detik.
2. Lemari pengering memilliki spesifikasi kecepatan udara dan daya heater
sebesar 3 m/s dan 231 W.
3. Untuk proses manufaktur, banyak dilakukan dengan secara manual seperti
nailing dan sawing karena material utama adalah plywood.
5.2 SaranUntuk mempercepat proses pengeringan dapat dilakukan dengan hal- hal seperti
berikut :
1. Proses pengeringan yang ada dalam lemari pengering dapat ditinjau dari
cepatnya udara panas yang dialirkan oleh kipas namun perlu pertimbangan
boundary layer pada celana jeans.
2. Kerugian kalor pada dinding lemari pengering bagian luar dapat dikurangi
dengan mempertebal bahan insulasi.
.
48
DAFTAR PUSTAKA
Cengel, Yunus, “Fundamental of Thermal Fluid Sciences” , Mc Graw-
Hill, Singapore, 2012
Cengel, Yunus, “Heat and Mass Tarnsfer: A Practical Approach” , Mc
Graw-Hill, Singapore, 2006
Holman, J.P.,”Perpindahan Kalor”, Penerbit Erlangga, Jakarta, 1994
Lienhard, John., A Textbook of Heat Transfer, Springer Link, New York,
2000
49
Sumber : Moran, Michael J & Howard N. Shapiro : Thermodynamic. 4th
edition. 2004
Lampiran 2 :Tabel Properties Udara pada 1 atm
51
Sumber : Cengel, Yunus A. Heat Transfer : A Practical Approach. 2nd edition. Singapore : Mc Graw-Hill, 2004.
Lampiran 3 : Tabel Properties Gas pada Tekanan Atmosfer
52
Sumber : Incropera, De- Witt. Fundamental of Heat and Mass Transfer . 6th
edition. Singapore : Mc Graw-Hill, 2000.
Lampiran 4 : Diagram Psikometrik
53
Sumber : http://www.fao.org/docrep/s1250e/S1250EEX.GIF
Lampiran 5 : Tabel Konduktivitas Panas
54
Sumber : (Table A –3 Heat and Mass Transfer , Incropera, De-Witt)
Lampiran 6 : Tabel Konduksi Perpindahan Panas
55
Sumber : (Table A–3 Heat and Mass Transfer , Incropera, De-Witt)
Lampiran 7 : Tabel Natural Convection
56
Sumber: http://www.roymech.co.uk/Related/Thermos/Thermos_HeatTransfer.html
Lampiran 8 : Average Nusselt for forced convection
57