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

Gambar 2.1 Berbagai tipe alat pengering

Sumber :www.nzifst.org/unitoperations/drying7.htm#roller

11

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

LAMPIRAN

Lampiran 1: Tabel Saturated Water- Vapour

50

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

Sumber : (Table 19–2 Thermal Fluid Sciences , Yunus Cengel and John Cimballa .pg 840)

58