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