Upload
others
View
14
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
6
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Konsep Dasar Pengeringan
Konsep dasar pengering ialah proses berpindahnya kalor untuk menguapkan
kandungan air dari permukaan benda yang dikeringkan oleh media pengeringan
yang berupa kalor. Tujuan pengeringan ialah mengurangi kadar air pada benda
sampai perkembangan bakteri dan enzim bisa terhambat atau terhenti. Dengan
demikian benda yang disimpan bisa lebih lama.
Proses keseimbangan kadar air ini menentukan batas akhir dari proses
pengeringan itu sendiri. Kelembapan udara serta suhu udara pada benda kering bisa
berpengaruh pada keseimbangan kadar airnya. Ketika kadar air seimbang,
penguapan air benda tersebut akan terhenti dan jumlah molekul air yang menguap
sama dengan jumlah molekul air yang diserap pada permukaan benda. Laju
pengeringan amat bergantung pada perbedaan antara kadar air benda dengan kadar
air keseimbangan.Semakin besar perbedaan suhu antara media pemanas dengan
bahan semakin cepat proses perpindahan panas ke benda dan semakin cepat pula
penguapan air dari benda. Pada proses pengeringan, air yang dikeluarkan dari
benda berbentuk uap air. Uap air yang menguap akan dilepaskan di udara bebas di
sekitar benda yang dikeringkan.
7
2.2. Sistem Aliran Udara (Ducting)
Sistem aliran udara adalah suatu benda yang berbentuk kotak dan spiral,
berfungsi sebagai tempat untuk menyalurkan fluida gas dari titik satu ke titik
lainya. Dilihat dari bentuknya ducting berfungsi untuk menyalurkan atau
mensirkulasikan udara dari suatu ruangan ke ruangan lain dengan alat pendukung
lainya seperti fan unit atau blower.
Gambar 0.1 Bentuk ducting
a. Lingkaran b. Kotak c. Persegi panjang
Ducting dalam penggunaannya dalam kehidupan sehari-hari, antara lain
sebagai sumber udara dingin ke ruangan yang dikondisikan udaranya atau supply
air, ducting yang berfungsi sebagai sumber dari udara luar atau fresh air dan bisa
juga berfungsi untuk membuang udara dari dalam ke luar atau exhaust air.
1.1.1. Jenis Ducting
Jenis ducting dibagi menjadi 4, berdasarkan instalasi kipasnya yaitu :
1. Tipe Free inlet dan Free outlet Pada jenis ini saluran masuk dan saluran
keluar bebas terbuka, sehingga udara yang masuk lebih banyak. Diantara
kedua saluran terdapat dua kipas yang terinstalasi pada ujungnya.
8
Gambar 0.2 Type Free inlet and outlet
2. Tipe Free inleet, Ducting outlet pada jenis ini saluran masuk diinstalasi
sebuah kipas sedangkan pada saluran keluar tidak ada instalasi kipas,
sehingga kecepatan aliran udara berkurang pada sisi keluar.
Gambar 0.3 Type Free inlet, Ducted outlet
3. Tipe Ducted inlet, Free outlet Pada jenis ini saluran keluar terdapat instalasi
kipas sehingga kecepatan aliran pada sisi keluar lebih besar dari sisi
masuknya.
9
Gambar 0.4 Type Ducted inlet, Free outlet
4. Tipe Ducting inlet, Ducting outlet Pada jenis ini instalasi kipas berada di
ujung saluran masuk dan diameter saluran masuk dan saluran keluar sama
besar, jenis ini yang akan dilakukan pengujian pada pembahasan ini.
Gambar 0.5Type D – Ducted inlet and outlet.
1.1.2. Jenis Material Ducting
Dibawah ini adalah jenis material ducting, ada 3 jenis diantaranya :
1. Ducting Seng (BJLS) tanpa isolasi.
Jenis ducting ini dapat di gunakan untuk menyalurkan udara, kesetabilan
suhu yang di suplay juga dapat dipertahankan. Berfungsi sebagai penyalur
10
saja dari satu titik ke titik lain atau dari beberapa tempat ke dalam satu
tempat yang telah ditentukan untuk sirkulasi udara.
Gambar 0.6 Tanpa Isolasi Ducting
2. Ducting seng (BJLS) Isolasi Luar.
Jenis isolasi luar sering digunakan adalah glasswool dengan ketebalan
isolasi 25mm.
Gambar 0.7 Ducting Tanpa Isolasi
11
3. Ducting seng (BJLS) Isolasi dalam dan luar.
Gambar 0.8 Ducting Isolasi dalam dan luar
2.3. Persamaan Euler di Dalam Koordinat Streamline
Pada sebuah aliran fluida di sepanjang streamline tiap partikel fluida
berurutan yang melewati suatu titik akan mengikuti lintasan yang serupa. Didalam
sebuah aliran tunak sebuah fluida akan bergerak sepanjang streamline hal ini
bertujuan untuk proses yang disebut steady flow, pathliines dan streeamline akan
berlangsung secara bersamaan. Dari persamaan Euler didapatkan persamaan gerak
yang dinyatakan dalam suatu koordinat streamliine untuk inviscied flow.
(2.1)
Untuk lebih jelasnya, dapat dilihat pada aliran bidang y dan z seperti yang
digambarkan pada gambar 2.9. Persamaan gerak tertulis dalam kordinat s (jarak
sepanjang streamliine) dan pada koordinat n (jarak normal terhadap streamliine).
Tekanan di titik pusatnya dari element ialah p.
12
Gambar 0.9 Gerak partikel fluida sepanjang streamline (Fox dan Mc.
Donald, 8th edition)
Untuk steady flow dan mengabaikan body forces, persamaan Euler pada sepanjang
streamline ke arah s dinyatakan sebagai berikut.
(2.2)
persamaan (2.2) tersebut diatas menunjukkan hubungan antara kecepatan dengan
tekanan, dimana bila terjadi penurunan kecepatan maka akan tekananya akan
meningkat, dan akan terjadi juga pada kondisi sebaliknya. Hal tersebut sesuai
dengan hukum kekekalan energi, yang berbunyi jika suatu aliran ideal tanpa
gesekan dijumlahkan antara komponen tekanan dan kecepatannya di setiap titik,
maka hasilnya adalah sama. Untuk persamaan gerak arah n dapat dilihat pada
persamaan (2.3) di bawah ini.
13
(2.3)
persamaan ( 2.3 ) menjabarkan bahwa terjadi proses tekanan yang meningkat ke
arah luar lengkungan streamliine. Hal ini bisa terjadi karena gaya yang bekerja pada
partikel hanya gaya dari tekanan, medan tekanan menjadi sebab percepatan
sentripetal. Pada area streamliine yang lurus atau radius kelengkungannya (R)
takterhingga maka tidak ada perbedaan antara tekanan normal terhadap streamliine
garis lurus.
2.4. Tekanan Statis, Tekanan Stagnasi dan Tekanan Dinamis
Dinamakan tekanan statis jika tekanan diukur melalui suatu alat yang
bergerak bersama aliran dengan kecepatan relatif alat ukur terhadap aliran. Proses
Pengukuran menggunakan wall pressure tap untuk mengetahui tekanan statisnya,
kecepatan aliran fluida di permukaan dinding nilainy 0(nol) karena tidak terdapat
fluida yang ideal (non viscous).
Gambar 0.10 Pengukuran Tekanan Stagnasi dan Tekanan Statis (Fox dan
Mc. Donald, 8th edition)
14
Tekanan stagnansi adalah sebagai acuan tekanan yang diukur pada area aliran fluida
yang diperlambat sampai angka nol dengan proses perlambatan tanpa terjadi
gesekan. Pada aliran kompresibel di sepanjang suatu streamliine bisa digunakan
Persamaan Bernoulli, yang dapat dilihat di bawah ini :
(2.4.)
Dalam pengukuran tekanan stagnansi (Po) dimana kecepatannya (Uo) ialah 0 (nol)
dan zo = z maka persamaan tersebut di atas akan menjadi :
(2.5)
Selisih antara tekanan statis dengan tekanan stagnansi merupakan tekanan dinamis.
(2.6)
Dimana :
P. = Tekanan statis
Po = Tekanan stagnasi
ρ = Fluida (densitas)
U = Aliran kecepatan fluida
Uo = Kecepatan stagnasi
g = Percepatan gravitasi
z = Ketinggian fluida
2.5. Bilangan Reynolds
Bilangan Reynolds ialah bilangan yang tidak memiliki dimensi yang dapat
mengklasifikasikan jenis aliran fluidanya. Pada umumnya jenis aliran fluida dapat
15
dibagi menjadi 3 jenis yaitu laminar, transisi, dan turbulen. Dalam aplikasinya,
aliran transisi jarang digunakan. Aliran fluida lebih sering diklasifikasikan menjadi
2 jenis aliran saja (laminar dan turbulen). Secara perumusan, bilangan Reynolds
dapat ditulis sebagai berikut:
(2.7)
Dimana :
V = Aliran kecepatan fluida (𝑚/s)
D = Diameter pipa dalam (m)
𝜐 = Kekentalan kinematika fluida (𝑚2/𝑠)
Untuk fluida yang melewati pipa yang tidak berbentuk circular, maka diameternya
menggunakan diameter hidrolis (𝐷ℎ), dimana 𝐷ℎ dihitung menggunakan rumus:
(2.8)
Dimana : Dh = Diameter hidrolis (𝑚)
A = Luas penampang (𝑚2)
P = Keliling penampang (𝑚)
2.6. Pressure Coefficient (Cp)
Sering kali dilakukan modifikasi parameter ketika pengujian pada sistem
perpipaan dan ducting, Δp/ρV2, untuk membuat denominator menyediakan tekanan
dinamik dimasukkan faktor ½ . Maka terbentuk persamaan berikut,
(2.9)
16
Δp ialah tekanan lokal yang dikurangi tekanan freestream, V dan 𝜌 ialah satuan dari
aliran freestream. persamaan ini adalah persamaan antara gaya tekan terhadap gaya
inersia atau bisa disebut sebagai persamaan Euler number. Pressure coefficient (Cp)
adalah nama lain dari Euler number. Dalam suatu pengujian pressure coefficient
dipergunakan untuk menyatakan besar dari pressure drop. Pressure coefficient
yang terjadi pada elbow diartikan sebagai selisih di antara pressure statis pada
dinding dengan pressure statis referensi dibagi dengan pressure dinamis yang
diukur pada inlet.
2.7. Kerugian Tekanan (Head Loss)
Kerugian tekanan atau sering disebut Head loss adalah suatu kerugian aliran
di dalam rangkaian sistem perpipaan. Seperti pada pemipaan fluida cair dan gas
kerugian aliran selalu terjadi. Biasanya kerugian aliran yang sering terjadi terdapat
pada fluida cair, hal tersebut terjadi karena sifat dari molekul yang padat dan
memiliki gaya gesekan lebih besar pada sistem yang dilalui, dan ketika koefisien
gesekan pada sistem yang dilalui itu lebih besar, maka akan semakin besar pula
gesekanya. Kerugian tekanan dalam aliran fluida sangat merugikan di dalam sistem
perpipaan, hal tersebut bisa menurunkan tingkat efisiensi dari suatu sistem
perpipaan yang terpasang .
Konstruksi desain yang buruk dari sistem perpipaan bisa jadi penyebab
utama kerugian tekanan atau head losses. Besarnya kerugian aliran tekanan akan
lebih terlihat pada banyaknya percabangan dari sistem perpipaan tersebut, aliran
fluida yang semula laminer akan menjadi turbulen ketika melewati percabangan
atau belokan pada sistem perpipaan dan akan muncul getaran dan pengikisan
17
lapisan dalam pada sistem perpipaan. Pada komponen pendukungnya juga akan
mengalami kerugian seperti pada pompa fluida, pompa membutuhkan tenaga yang
lebih besra untuk mengerakan fluida. Pada lingkungan Industri atau Perusahaan dan
area pemukiman yang mengunakan perpiaan akan terjadi kerugian aliran.
2.7.1. Rugi Tekanan Mayor (Head Loss Mayor)
Kerugian tekanan mayor ialah gaya gesek antar fluida kerja didalam sistem
perpipaan yang lurus dan luas penampang tetap, hal tersebut mengakibatkan
berkurangnya tekanan kerja fluida. dalam perhitunganya head losses mayor
diklasifikasikan menurut jenis aliran fluida kerjanya. Rugi tekanan yang terjadi
pada aliran fuly developed yang melewati sistem perpipaan lurus horizontal
dinyatakan sebagai kerugian tekanan aliran fluida fuly developed melalui pipa
penampang konstan.
a. Laminar
Untuk aliran jenis laminer, yang terjadi pada sistem perpipaan pada pipa
horisontal, penurunan tekanan bisa dihitung, yaitu:
(2.10)
Substitusi dari persamaan , didapatkan:
(2.11)
Dimana: ℎ𝑙𝑚 = head losses minorr ( m )
Untuk aliran fluida laminar koefisien geseknya adalah :
F = 64𝑅𝑒
(2.12)
18
b. Turbulen
Head losses mayor pada aliran turbulen dihitung menggunakan persamaan:
(2.13)
Dimana koefisien gesek pada huruf f diperoleh dari hasil percobaan dan
dipengaruhi oleh bilangan Reynolds (Re) dan kekasaran permukaan relatif
(𝑙/𝐷).
2.7.2. Head Losses Minor
Rugi minor atau Head losses minor dalam sistem perpipaan disebabkan oleh
perubahan luas penampang aliranya, fitting, entrance, katub, belokan elbow dan
lain-lain, yang berpengaruh terhadap turunya energi tekanan kerja fluida. Kerugian
ini bisa dihitung mengunakan persamaan:
(2.14)
Dimana : ℎ𝑙𝑚= head losses minor (m)
2.8. Karakteristik Aliran Fluida di Dalam Pipa
Karakteristik aliran kerja fluida dalam pipa tergantung dari parameternya,
seperti kecepatan rata-rata aliran dalam pipa, densitas, viskositas dan ukuran
diameter pipa. Elbow merupakan bagian yang menjadi penyebab terjadinya
pressure drop yang cukup besar pada instalasi sistem perpipaan atau sistem intalasi
ducting. Hal itu terjadi akibat adanya perubahan arah aliran fluida kerja yang dapat
menyebabkan terjadinya secondary flow dan separasi.
19
2.8.1. Aliran Fluida Laminar
Aliran fluida laminar ialah sebagai aliran fluida kerja yang pergerakanya
belapis atau lamina dengan satu lapisanya berjalan lancar. Aliran jenis laminar
mempunyai bilangan Reynolds yang bernilai kurang dari 2300 (Re < 2300).
Gambar 0.11 Aliran Fluida Laminar
2.8.2. Aliran Fluida Transisi
Aliran fluida transisi adalah jenis aliran yang beralih atau bertransisi dari
aliran fluida laminer ke dalam aliran fluida turbulen. Proses beralihnya tergantung
dari viskositas fluida kerjanya, kecepatan dan hal lain yang menyangkut geometri
aliran fluida kerjanya, aliran jenis ini mempunyai nilai bilangan Reynolds antara
2300 sampai dengan 4000 (2300 < Re< 4000).
Gambar 0.12 Aliran Fluida Transisi
20
2.8.3. Aliran Fluida Turbulen
Aliran Fluida turbulen adalah aliran fluida yang beergerak tidak menentu
arah aliranya, yang disebabkan oleh putaran dan pencampuran partikel antar
lapisan. Dalam jumlah yang cukup besar dapat mengakibatkan fluida kerja bertukar
momentum. Aliran fluida jenis ini mempunyai nilai bilangan Renold lebih besar
dari 4000 (Re > 4000).
Gambar 0.13 Aliran Fluida Turbulen
2.8.4. Aliran Fluida Berkembang Penuh (Fully Developed Flow)
Aliran fluida berkembang penuh adalah suatu peristiwa dimana terjadinya
aliran boundary layer maksimal atau dengan kata lain profil kecepatan tetap dan
tidak terjadi perubahan pada aliranya. Viskositas yang berpengaruh pada profil
tersebut, dan mengakibatkan terjadi gaya gesek antara profilnya.
Pada aliran yang tidak mengalami gangguan fenomena aliran seperti ini
akan terjadi. Aliran fluida laminar ataupun aliran fluida turbulen mempunyai
perbedaan cukup besar, pada aliran fluida laminer mempunyai nilai konstan dari
titik awalnya, hal ini terjadi karena dipengaruhi kecepatan fluida kerjanya, yang
berakibat aliran fluida berkembang penuh terjadi lebih cepat. Pada aliran fluida
21
turbulen terjadi hal berbeda, perkembangan penuh disebabkan oleh munculnya
aliran secara acak dan fully developed flow akan terjadi lebih lama .
Gambar 0.14 Aliran Fluida Berkembang Penuh
2.8.5. Separation Loss pada belokan (Elbow)
Separation loss pada belokan penyebabnya ialah hubungan antara aliran
fluida kerja dengan dinding atau permukaan dalam belokan (elbow) yang
mengakibatkan terjadi friction loss dan berpengaruh pada momentum aliran fluida.
Aliran fluida yang memiliki momentum rendah atau kecil berakibat pada
kemampuan melawan aliran fluida adverse pressure gradient dan kecepatan
aliranya berkurang serta akan membentuk vortex di area dinding belokan (elbow).
Pembentukan vortex itu akan mengakibatkan pengecilan luas penampang aliran
fluida, sehingga aliran mengalami peningkatan kecepatan dan menimbulkan
pressure drop. Gambar dibawah ini merupakan gambaran ketika terjadi separasi
aliran yang dapat menakibatkan kerugian pressure drop.
22
Gambar 0.15 Terjadinya separasi aliran pada boundary layer (Nakayama &
Boucher, 1998)
2.8.6. Secondary Flow Belokan (Elbow)
Secondary flow pada belokan timbul karena terjadi perbedaan
pendistribusian tekanan fluida kerja yang terjadi pada area dalam (inner) dan luar
(outer wall), dan akan terjadi membesarnya tekanan statis pada area luar dinding.
Maka dari itu, aliran fluida kerja yang melintasi belokan elbow tidak sepenuhnya
mengikuti aliran fluida utamanya, dan akan menimbulkan alirab fluida sekunder
(secondary flow). Untuk square elbow memiliki karakteristik yang berbeda jika
dibandingkan dengan circular elbow, pada area sudut akan muncul secondary flow.
Pada sisi bawah dan samping circular elbow, tidak terjadi fenomena boundary
layer, berbeda dengan square elbow hal itu bisa ditemukan. Bertemunya boundary
layer yang mengalami perkembang pada sisi bagian bawah dan samping akan
menimbulkan secondary flow.
23
Gambar 0.16 Secondary flow pada belokan elbow (Miller, 1990)
2.9. Kondensor
Kondensor merupakan alat untuk melepaskan panas. Panas dari udara
kamar yang diserap refrigerant di evaporator dilepaskan melalui kondensor. Oleh
karena itu. kondensor biasanya diletakkan di bagian luar udara yang didinginkan.
Kondensor beroperasi pada keadaan tekanan dan temperatur yang lebih tinggi pada
evaporator. Proses perpindahan panas yang terjadi pada kondensor pada prinsipnya
sama dengan evaporator. Keduanya melibatkan perubahan fasa refrigerant. Bila
pada evaporator refrigerant berubah dan fasa cair ke gas, pada kondensor refrigerant
berubah dari fasa gas ke cair.
Secara singkat cara kerja kondensor adalah uap cairan pendingin
menyerahkan panas kepada udara atau air pendingin di dalam sistem kondensor
yang mengakibatkan pengembunan dan mencair. Hal tersebut terjadi dikarenakan
air pendingin atau udara pendingin menyerap panas dari cairan pendingin. Proses
itulah yang menyebabkan udara atau air menjadi panas pada waktu keluar dari
kondensor. Panas kalor yang keluar dari dalam kondensor ialah jumlah panas yang
diperoleh dari proses pendinginan ruangan dan energi panas fluida kerja pada
24
kompressor yang diberikan. fluida pendinginan menjadi cair secara sempurna di
dalam sistem kondensor, kemudian didistribusikan ke katup ekspansi dan dirubah
menjadi gas dan di alirkan kedalam evaporator untuk proses pendinginan ruang.
Kondensor bertugas untuk membuang panas dari pendinginan fluida
pendingin ke luar dari sistem kompressi uap, dan fluida pendinginan akan berubah
fasa dari uang panas bertekanan tinggi menjadi cair sebelum di distribusikan ke
katup ekspansi dan ke evaporator.
2.9.1. Jenis-jenis kondensor
1. Dilihat dari proses perpindahan panas
a. Kondensor Jet
Kondensor jet atau sering disebut kondensor kontak langsung
banyak digunakan pada pembangkit listrik tenaga panas bumi (PLTP)
yang mempunyai siklus kerja secara terbuka. Prose pelepasan kalor
dilakukan mengunakan air yang di semprotkan ke aliran uap secara
langsung. Air kondensat yang tertampung di dalam kondensor digunakan
sebagai air pendingin kondensor dan sisanya dibuang.
b. Kondensor Permukaan
Pada kondensor jenis ini, uap fluida kerjanya terpisah dengan media
air pendingin, uap fluida kerjanya berada di bagian luar pipa-pipa
sedangkan media air pendingin berada pada bagian dalam pipa. Sistem
perpipaan menjadi perantara Perpindahan panasnya. Kondensor
permukaan media air pendinganya tidak harus murni, karena terpisah dari
air kondensatnya.
25
2. Cooling Medium
Jenis-jenis cooling medium kondensor dibagi menjadi 3 yaitu :
- Pendingin udara (air cooled kondensor)
Pendinginan udara mendinginkan uap turbin pada pembangkit listrik
tenaga panas dan kemudian dikembali ke air kondensat kemudian dikirim
ke boiler tanpa kehilangan airnya.
Gambar 0.17 Pendinginan Udara
- Pendinginan air (Water Cooled Condenser)
Pendinginan media air sering digunakan sebagai berikut :
Sheel and Tube Condensor
Kondensor tipe Tabung atau Sheel and Tube Condensor
pengunaanya pada kondensor yang ukuranya kecil sampai besar,
pada umumnya digunakan untuk pendingin amonia dan refrigran.
gambar dibawah terdiri dari Tabung dan perpipaan, banyak
terpasang pipa pendinginan, berfungsi untuk air pendinginan yang
mengalir di dalam perpipaan tersebut, di antara plat pipa dan tutup
26
tabung terpasang sekat untuk pembagian aliran air pendinginan yang
mengaliri pipa dan kecepatannya diatur cukup tinggi, yaitu 1,5 – 2
m/detik.
Gambar 0.18 Sheel and Tube Condensor
Air pendinginan masuk melewati pipa bawah lalu keluar
melewati pipa dibagian atas. Jumlah saluran maksimal yang bisa
dipergunakan ialah 12, semakin banyaknya saluran yang
dipergunakan maka semakin besar pula tahanan aliran air
pendinginanya. Bahan baku pipa terbuat dari baja sedangkan untuk
refrigran bahan baku terbuat dari pipa tembaga.
Ciri-ciri kondensor tipe pipa dan tabung yaitu :
- Terbuat dari pipa bersirip dimensinya relatif kecil dan beratnya
yang ringan
- Mudah dalam pembuatan pipanya
- Mudah dalam penginstalanya karena bentuknya yang sederhana
- Mudah dibersihkan pada bagian pipanya
27
Shell and Coil Condensor
Kondensor jenis ini banyak digunakan untuk kapasitas
pendinginan kecil seperti pada pendingin air, penyejuk udara
ruangan, dan lain lain sebagainya.
Seperti yang terlihat pada gambar, Kondensor tabung dan
koil dengan tabung pipa pendinginan yang terpasang secara vertical
pada bagian dalamnya. Koil pipa pendinginan itu terbuat dari bahan
tembaga, bentuknya tidak bersirip ataupun dengan sirip. Proses
pembuatan pipanya mudah serta dengan biaya murah.
Pada Kondensor tipe ini, air mengalir pada bagian dalam koil
pipa pendinginan. Kerak dan endapan yang muncul pada pipa bisa
dibersihkan mengunakan bahan kimia seperti detergen.
Gambar 0.19 Shell and Coil Condensor
28
Ciri-ciri Kondensor tabung dan koil ialah :
- Mudah dan murah biaya pembuatanya
- Pemasanganya mudah karena letaknya vertical
- Pembersihanya menggunakan detergen dan tidak perlu diganti
pipa pendinginanya.
Tube and Tubes Condensor
Kondensor jenis pipa ganda adalah susunan dari dua pipa
coaksial dimana refrigerant mengalir melewati saluran yang
dibentuk antara pipa bagian dalam dan pipa bagian luar yang
melintas dari bawah ke atas.
Pada mesin pendingin berkapasitas kecil dengan Freon
sebagai refrigeran, bahan baku pipa dalam dan pipa luar adalah
tembaga. Gambar 0.20 menjelaskan Kondensor berjenis pipa ganda,
dan berbentuk koil. Pipa bagian dalam bisa dibuat sirip atau tanpa
sirip.
29
Gambar 0.20 Tube and Tubes Condenser
Aliran di bagian dalam pipa pendinginan mempunyai
kecepatan 1-2 m/detik. Untuk perbedaan panas air yang keluar dan
air yang masuk pipa pendinginan (temperature air naik pada
pendinginan dalam kondensor) samapai suhu 10o C. Laju
perpindahan panas yang terjadi relative besar.
Ciri-ciri Kondensor jenis pipa ganda yaitu :
- Harga murah dan bentuk sederhana
- Aliran air dan refrigran berlawanan yang menyebabkan kondisi
pendinginan super dingin.
- Penggunaan air pendinginan lebih kecil.
- Pembersihan pipa tidak mudah, bisa mengunakan detergen
- Jika terjadi kerusakan pipa pengantianya cukup Kondensor tipe
Tabung sulit untuk dilakukan.
30
Evaporatif
Jenis ini adalah kombinasi dari kondensor berpendingin air
dan udara, prinsip kerjanya ialah penolakan panas pada penguapan
air yang menjadi aliran udara menjadi kumparan kondensasi.
Gambar 0.21 Evaporatif Condenser
3. Jenis Desain
a. Berbelit
Kondensor jenis ini terdiri dari satu tabung yang panjang berbentuk
mengulung pada ujungnya dan kembali pada dirinya sendiri dengan sirip
pendinginan di tambahkan di sela-sela tabung pendinginanya.
Gambar 0.22 Kondensor Berbelit
31
b. Kondensor Arus Pararel
Kondensor tipe ini berbentuk menyerupai radiator aliran silang.
Refrigeran biasanya melintasi satu bagian pipa (tipe serpentine) namun pada
desain ini refrigran bisa melewati ke semua bagian. Hal itu akan memberikan
luasan yang besar untuk udara pendinginan ambien melakukan kontak.
Gambar 0.23 Kondensor Arus Pararel
4. Kelompok Umum
a. Surface Condensor
Kondensor permukaan cara kerjanya adalah uap memasuki bagian
dalam shell kondensor melewati steam inlet conection di atas kondensor.
Uap bersentuhan dengan tube kondensor yang mempunyai panas rendah,
yang berakibat suhu uap menurun dan terjadi proses kondensasi, dan
hotwell mengumpulkan air yang terkondensasi
Suhu rendah yang terdapat pada tube terjaga dengan cara
mensirkulasikan air pendinginan yang menyerap panas kalor dari uap pada
32
proses kondensasi. Panas kalor atau disebut kalor laten penguapan dan bisa
disebut juga kalor kondensasi (heat of condensation). Air kondensasi yang
berkumpul di dalam hotwell berpindah dari kondensor dibantu oleh pompa
yang terletak pada kondensat exhouse. Hampir seluruh uap terkondensasi,
terkecuali uap jenuh dari udara yang terperangkap didalam sistem.
Udara yang muncul diakibat oleh kebocoran pada sistem perpipaan,
shaft seal, valve, dan komponen lainya. Uap bercampur dengan udara masuk
bersamaan ke dalam kondensor. Untuk proses penghilangan udara yang
bercampur didalam kondensat, harus dilakukan proses deaeration. Proses
tersebut dilakukan didalam kondensor dengan cara dipanaskan dengan uap
atau steam supaya udara yang tercampur mengalami proses penguapan.
Kemudian udara ditarik ke dalam air cooling section dengan mengunakan
tekanan rendah, proses yang terjadi pada air cooling section. Kemudian
udara dari sistem dipindahkan oleh air ejector.
Surface Condensor diklasifikasikan menjadi 2 jenis, yaitu :
- Horizontal Condenser
Pada tipe kondensor ini, melalui bagian bawah kondensor air
pendinginan masuk untuk diteruskan masuk ke dalam pipa-pipa
pendinginan dan dikeluarkan di sisi atas sedangkan suhu panas yang
masuk lewat bagian tengah kondensor dan keluar lagi sebagai
kondensat pada sisi kondensor bagian bawah.
33
Gambar 0.24 Horizontal Condenser
Kelebihan dari Kondensor tipe horizontal ialah :
- Bisa dibuat mengunakan pipa pendinginan sirip, yang berukuran
kecil dan mempunyai berat ringan
- Prose pembuatan sistem perpipaan pendinginanya mudah
dilakukan.
- Pemasangan sangat mudah mengingat bentuknya yang sederhana
- Proses pembersihan pipa juga mudah dilakukan.
- Vertical Condensor
Air pendinginan yang masuk melewati bagian bawah kondensor, lalu
masuk ke bagian dalam perpipaan pendinginan dan keluar pada sisi
bagian atas Sedangkan suhu panas masuk melewati bagian atas
kondensor dan dikeluarkan sebagai air yang terkondensasi pada bagian
bawah kondensor.
34
Gambar 0.25 Vertical Condensor
Keterangan :
1. Reactor
2. Frational column vertical
3. Vertical Condensor
4. Horizontal Condensor
5. Storage devices
Kelebihan Kondensor tipe vertical ini, ialah :
- Proses pembuatan yang mudah menjadikan harganya murah.
- Mudah pemasanganya dengan bentuknya yang vertikal
- Membersihkan pipa pendinginanya mengunakan deterjen,
pengantian pipa tidak perlu dilakukan
35
b. Direct Contact Condensor
Direct contact Condensor proses kondensasi uap dengan cara
bercampurnya secra langsung dengan media air pendinginan. Direct contact
atau open Condensor dipergunakan di beberapa keadaan khusus, seperti :
1. Geothermal power plant
2. Power plant yang menggunakan suhu panas sebagai pembanding pada
air laut (OTEC)
Direct contact Condensor dibagi jadi 2 tipe :
a) Spray Condensor
Percampuran pada jenis Spray Condensor steam dan air
pendinginan dilakukan dengan cara penyemprotan air ke uap steam.
Proses tersebut akan menghasilkan uap steam yang keluar dari exhouse
turbin tercampur dengan air pendinginan pada sisi tengah dan
menghasilkan air kondensasi mendekati fase saturated.
Setelah itu akan dipompa ke cooling tower. Dan bagian kecil
dari proses kondensasi kembali ke boiler sebagai suplay air (feed
water). Sisa pendinginan pada dry (closed) cooling tower,
disemprotkan ke exhaust turbin, proses tersebut akan berlangsung
berulang-ulang.
b) Barometric dan Jet Condensor
Kondensor tipe ini adalah jenis pertama. Sistem kerjanya
hampir menyerupai dengan proses spray condenser, akan tetapi pada
proses tersebut tidak diperlukan pompa. Kondisi vacum didalam
36
kondensor didapatkan oleh prinsip kerja head statis seperti halnya pada
barometric Condenser, atau sering digunakan diffuser sama seperti jet
Condenser.
Gambar 0.26 Jet Condensor
2.10. Fan dan Blower
Dua jenis alat ini perbedaannya ialah terletak pada metode untuk pengerak
udaranya dan tekanan sistim pengoperasianya. ASME (The American Society of
Mechanical Engineer) memakai rasio spefik, yaitu tekanan kerja pengeluaran
terhadap tekanan hisapnya.
2.10.1. Jenis- Jenis Fan
1. Fan aksial
Fan ini bekerja dengan pergerakan aliran udara disepanjang sumbuh
fan yang terpasang pada poros berputar, Blades fan mampu menghasilkan
proses aerodinamis yang menekan udara.
37
Jenis utama fan dengan aliran aksil meliputi :
Impeller
Pipa aksial
Impeler aksial
Gambar 2.27, pergerakan aliran udara pada area sepanjang sumbu fannya.
Axial berpedoman pada satu set impeller yang digunakan dan terpasang pada
poros berputar.
Gambar 0.27 Fan Axial
Tabel dibawah ini akan menjelaskan karakteristik, kelebihan dan kekurangan
dari fan axial :
Tabel 0.1 Karakteristik fan axial
Jenis fan Kelebihan kelemahan (1) (2) (3) 1. Fan axial
propeller
Pada tekanan rendah didapatkan laju udara yang tinggi.
Tekanan kerja yang kecil tidak membutuhkan saluran yang luas
Kontruksi yang sederhana dan harganya murah
Efisiensi energy relative bernilai kecil
Bising
38
Gambar 0.28 Fan
propeller
Sering dipergunakan untuk ventilasi pada atap dan mampu mencapai efisiensi yang maksimal
Mempunyai arah bolak balik yang cocok untuk pengunaan ventilasi udara
2. Fan pipa aksial
Gambar 0.29 Fan pipa
aksila
Efisiensi dan tekanan yang dihasilkan tinggi.
Sering digunakan untuk laju aliran tinggi.
Bisa diatur kecepatan putaranya. Dan mampu berputar berlawanan arah dengan arah aliran udara.
Tekanan aliran udaranya dapat memenuhi kebutuhan pembuangan udara.
Harga mahal Tingkat
kebisingan sedang
Efesiensi energynya rendah (65 %)
3. Fan dengan baling-baling
Gambar 0.30 Fan
poropeller
Bisa dipergunakan untuk tekanan sedang sampai tinggi, seperti pada buangan boiler induced draft.
Bisa diatur kecepatan putaranya. Dan mampu berputar berlawanan arah dengan arah aliran udara, seperti pengunaan pada ventilasi udara.
Mampu dipergukan dan dihubungkan ke as motor
Nilai efisiensi energi yang dihasilkan hingga 85 %
Relative mahal dibandingkan fan impeller
39
2. Fans Sentrifugal
Fan jenis ini bekerja dengan impeller yang berputar dan mampu
meningkatkan kecepatan aliran udara, gambar dibawah adalah bentuk dari fan
sentrifugal.
Fan jenis ini bagus digunakan pada kondisi kerja yang ringan, sedang
dan berat, bisa dilihat dari kemampuan kerjanya fan tersebut menghasilkan
tekanan yang cukup tinggi. Baik digunakan untuk area kerja bersuhu tinggi,
udara kotor, udara basa maupun kering, dan dapat dilalui benda padat seperti
serpihan kayu, dan skrap logam. Bagian fan meliputi roda fan, impeller dan
blade yang terpasang, Rumah housing, inlet dan oulet fan.
Gambar 0.31 Fans Sentrifugal
Tabel berikut akan menjelaskan klasifikasi dari fan sentrifugal :
40
1. Tipe Forward Curved
Gambar 0.32 Fan Forward Curve
Fan tipe ini roda bagian dalam ukuranya kecil dan berbelok kedalam searah arah putaran tanda panah. Dalam pengunannya kecepatan yang dihasilkan cukup rendah. Baik digunakan pada proses kerja lingkungan panas dan tidak membutuhkan tekanan yang tinggi seperti alat pendingin udara dan lainya.
2. Tipe Radial Blade
Gambar 0.33 Radial Blade
Bentuk roda bagian dalam berbentuk paddle. Bladenya mempunyai arah tegak lurus dengan arah rotasi fannya. Baik digunakan pada kondisi kerja yang membutuhkan tekanan sedang. Desain yang dimiliki cukup kuat dan mudah dalam perbaikan jika mengalami kerusakan. Fan jenis ini juga sering di gunakan untuk kebutuhan tekanan tinggi di lingkungan industri.
3. Tipe Backward Inclined
Gambar 0.34 FanBackward Inclined
Memiliki bentuk roda rata dan condong dari rotasinya. Fan jenis ini cocok untuk kebutuhan tekanan kerja yang tinggi dan lebih efisien dari fan tipe diatas.mampu digunakan untuk pemanas atau dilewati udara panas dan dingin, untuk ventilasi, dan sistem pendingin udara lainya.
41
4. Tipe Airfoil Blade
Gambar 0.35 Fan Airfoil Blade
Tipe fan ini bukan tipe yang umum, akan tetapi tipe fan ini adalah penyempurnaan pada tipe Backward Inclined. Memiliki efisiensi kerja yang tertinggi dan mampu bekerja lebih cepat. Pengunaan fan ini biasanya di aplikasikan di industri yang kondisi udaranya bersih
5. Tipe Radial Tip
Gambar 0.36 Fan Radial Tip
Bentuk roda yang dimiliki berbentuk melengkung ke arah rotasi roda, namun blade yang berada di bagian dalam bersandar ke arah bawah, yang berakibat bagian luarnya akan mencapai posisi sumbu radial. Kecepatan kerja fan tipe ini hampir menyerupai tipe fan backward inclined. Mempunyai sifat ketahanan terhadap korosi, baik digunakan di lingkungan yang mempunyai udara basah dan kering.
42
Tabel 0.2 karakteristik fan sentrifugal
Jenis fan dan blade Kelebihan Kelemahan
(1) (2) (3)
Fan radial blades datar
Baik digunakan untuk statis yang tinggi hingga 1400 mm WC
Desain yang praktis dapat digunakan untuk keperluan khusus.
Minim getaran pada saat beroperasi pada kecepatan rendah.
Mempunyai umur pakai yang cukup lama
Efisiensi tinggi mencapai 75%
Ruangan yang cukup besar untuk dilalui serpihan benda kerja padat, seperti serpihan kayu debu dan skrap logam.
Baik untuk pengoprasian laju aliran redah dan sedang.
Fan melengkung
kedepan
Bias mengerakan volume
udara berjumlah besar
terhadap tekanan yang
relative rendah
Mempunyai ukuran yang
kecil
Tingkat kebisingan yang
rendah
Baik digunakan pada
dilingkungan pemukiman
untuk ventilasi udara atau
penyejuk udara.
Udara yang keluar
dari fan sulit di
arahkan.
Kurva daya bisa
meningkat jika aliran
udaranya meningkat,
lebih diperhatikan
lagi beban kerja
motor fan tersebut.
Nilai efisiensi energi
cukup rendah 55 –
65 %
43
(1) (2) (3) Backward inclined fan (blades miring jauh dari arah perputaran)
Jika beban kerja tidak berlebih mampu bekerja dengan tekanan yang statis.
Baik digunakan pada laju udara yang tinggi
Bias digunakan untuk layanan forced – draft.
Fan blades bentuk datar lebih kuat
Fan blades berbentuk lengkung nilai efisiensinya tinggi hingga 85 %
Fan blades berbentuk air foil dan tipis mempunyai efisiensi kerja yang paling tinggi.
Penumpukan debu sangat mudah terjadi di bagian blades, tidak cocok untuk udra yang kotor.
Bentuk Fan blades air foil tidak stabil dan mudah korosi pada blades yang tipis.
Gambar 0.37 Fan Sentrifugal
(a) Fan Centrifugal Impeller (b) Fan Centrifugal dan Axial
44
2.10.2. Jenis Blower
Tekanan kerja pada blower mampu mencapai tekanan yang lebih tinggi dari
pada fan. Tekanan kerjanya bisa mencapai 1,20 kg/cm2. Untuk sistem vakum di
industri bisa mendapatkan tekanan negative. Blower mempunyai dua tipe, yaitu
blower sentrifugal dan blower positive displament.
1. Blower sentrifugal
Blower jenis sentrifugal mempunyai bentuk yang menyerupai
pompa sentrifugal. Putaran gir yang mengerakan impelernya mencapai
1.500 rpm. Untuk blower multi, udara yang melewati impeler dipercepat.
Namun untuk blower tunggal lebih efisien dikarenakan tidak mengalami
banyak belokan.
Gambar 0.38 Blower Centrifugal
45
Blower tipe centrifugal bekerja melawan tekanan sebesar 0,35
sampai 0,70 kg/cm2, bisa juga mencapai tekanan yang lebih tinggi.
Karakteristik utamanya ialah aliran udara cenderung menurun secara drastis
begitu tekanan sistimnya bertambah, dan bisa mendapatkan kerugian pada
sistim kerjanya. Blower tipe ini tidak digunakan pada sistem kerja yang bisa
terjadi penyumbatan benda kerja.
2. Blower Positive Diplasement
Tipe blower ini memiliki motor yang bekerja menangkap udara dan
mendorongnya melewati rumah blower. Blower tipe ini menyediakan
jumlah udara konstan. Blower tipe ini bisa atau mampu digunakan untuk
sitem kerja yang rawan terjadi penyumbatan, dikarena blower mampu
menghasilkan tekanan sampai 1,25 kg/cm2, tekanan dengan nilai itu mampu
menghebuskan penyumbatan yang terjadi. Nilai putaranya rendah dari pada
blower sentrifugal yang mampu mencapai 3.600 rpm. Blower tipe ini
biasanya bergerak mengunakan v-belt untuk mengfasilitasi perubahan
kecepatan yang terjadi.
2.10.3. Mengevaluasi Kinerja Fan dan Blower
Daya aliran udara adalah hasil dari tekanan kerja dan aliran kerja, dikoreksi
untuk konsistensi unit. Perbandingan antara daya yang dipindahkan ke aliran udara
dengan daya yang dikirim oleh motor ke fan adalah efisiensi dari fan.
Besaran efisiensi untuk berbagai tipe fan sentrifugal dan fan aksial, bisa
dilihat pada tabel dibawah ini.
46
Tabel 0.3 Efisiensi Tipe Fan
Tipe fan Batas Peak Efisiensi
Fan Centrifugal :
Airfoil, backward curved/inclined 79 – 83
Modified radial 72 – 79
Radial 69 -75
Pressure blower 58 – 68
Forward curved 60 – 65
Fan Aksial
Vanaxil 78 – 85
Tubeaxial 67 – 72
Propoller 45 – 50
Sumber: BEE India, 2004 pedoman efisiensi energy untuk industry di Asia,UNEP