BAB IV HASIL DAN ANALISA PENGUJIAN
4.3 Hasil Pengujian Kondensor
4.3.2 Analisa Kerja Kondensor dengan Kesetimbangan Energi
Kerja/beban kondensor adalah kemampuan dari dari kondensor untuk membuang panas yang dihasilkan untuk menurunkan temperatur dengan keadaan tekanan tetap. Dengan menggunkan rumus Qk = m.Cp.∆T. rumus ini dapat digunakan untuk perhitungan beban kondensor pada aliran luar atau panas yang diserap oleh udara yang dihasilkan kipas angin.
Laju aliran massa udara pada perhitungan ini diperoleh dari kecepatan di kali dengan luas permukaan kondensor. Berikut data kerja kondensor setelah dilakukan analisa sesuai dengan perhitungan kesetimbangan energi dengan data yang dibutuhkan diperoleh dari hasil pengujian.
Untuk menghitung laju perpindahan panas pada kondensor bagian luar dapat dihitung dengan persamaan (2.2) :
�= � .�� . ∆�
� = Kalor yang diserap udara (kW)
� = Laju aliran massa udara (Kg/s)
�� = Kalor spesifik udara (J/kg.K)
∆� = Perubahan temperatur (0 Dimana pada temperatur rata-rata didapatkan :
C)
� = 0,812 kg/s
�� = 1,005978 kJ/kg.K
- Hasil pengujian kerja kondensor ( Qk) Tabel 4.4 Kerja kondensor pengujian hari pertama
Waktu (menit) V (m/s) Amonia Udara m(kg/s) Cp(kJ/kg.K) ∆T LMTD Qk(kW) T in (°C ) T out (°C ) T in (°C ) T out (°C ) 1 4,45 63,6 46,1 31,2 31,21 0,623 1,00597753 0,01 22,52448 0,0062672 2 4,21 63,7 45,9 31,2 31,22 0,5894 1,00597786 0,02 22,427492 0,0118585 3 5,22 63,7 46,4 31,2 31,21 0,7308 1,00597753 0,01 22,760874 0,0073517 4 4,14 63,6 46,1 31,2 31,22 0,5796 1,00597786 0,02 22,520557 0,0116613 5 5,31 63,4 46,5 31,2 31,22 0,7434 1,00597786 0,02 22,703664 0,0149569 6 5,33 63,2 46,3 31,2 31,22 0,7462 1,00597786 0,02 22,494191 0,0150132 7 4,33 63,7 46,8 31,2 31,23 0,6062 1,00597819 0,03 23,013573 0,0182947 8 4,3 63,6 46,6 31,2 31,22 0,602 1,00597786 0,02 22,847964 0,012112 9 4 63,9 46,6 31,2 31,22 0,56 1,00597786 0,02 22,966637 0,011267 10 4,12 64,1 46,7 31,2 31,22 0,5768 1,00597786 0,02 23,110948 0,011605
11 4,41 64,6 47,3 31,2 31,22 0,6174 1,00597786 0,02 23,699229 0,0124218 12 4,55 64,8 47,4 31,2 31,22 0,637 1,00597786 0,02 23,843514 0,0128162 13 5,2 65,1 47,3 31,2 31,22 0,728 1,00597786 0,02 23,89767 0,014647 14 5,43 65,4 48,1 31,2 31,22 0,7602 1,00597786 0,02 24,534057 0,0152949 15 5,21 65,8 47,5 31,2 31,23 0,7294 1,00597819 0,03 24,300992 0,0220128 16 4,34 66,1 47,4 31,2 31,22 0,6076 1,00597786 0,02 24,357729 0,0122246 17 4,54 66,3 47,6 31,2 31,22 0,6356 1,00597786 0,02 24,567639 0,012788 18 4,64 66,5 47,8 31,2 31,23 0,6496 1,00597819 0,03 24,773428 0,0196045 19 5,2 67,1 48,5 31,2 31,22 0,728 1,00597786 0,02 25,470424 0,014647 20 5,32 67,3 48,6 31,2 31,22 0,7448 1,00597786 0,02 25,614709 0,014985 21 5,26 66,9 48,1 31,2 31,22 0,7364 1,00597786 0,02 25,131254 0,014816 22 4,21 68,1 48,4 31,2 31,22 0,5894 1,00597786 0,02 25,801038 0,0118585 23 4,56 68,4 48,7 31,2 31,23 0,6384 1,00597819 0,03 26,111737 0,0192665 24 4,78 69,3 49,1 31,2 31,23 0,6692 1,00597819 0,03 26,728477 0,020196 25 5,13 69,7 48,8 31,2 31,23 0,7182 1,00597819 0,03 26,688668 0,0216748 26 4,13 69,5 48,6 31,2 31,23 0,5782 1,00597819 0,03 26,478182 0,0174497 27 4,67 70,1 49,2 31,2 31,23 0,6538 1,00597819 0,03 27,109142 0,0197313 28 4,54 70,5 49,6 31,2 31,23 0,6356 1,00597819 0,03 27,528979 0,019182 29 4,34 71,5 50,4 31,2 31,23 0,6076 1,00597819 0,03 28,446199 0,018337 30 4,34 72,4 51,6 31,2 31,25 0,6076 1,00597885 0,05 29,571504 0,0305616 31 5,21 72,8 51,9 31,2 31,23 0,7294 1,00597819 0,03 29,932088 0,0220128 32 5,33 72,7 52,1 31,2 31,23 0,7462 1,00597819 0,03 30,019507 0,0225198 33 4,13 72,8 52,2 31,2 31,25 0,5782 1,00597885 0,05 30,115402 0,0290828 34 4,33 72,8 52,1 31,2 31,24 0,6062 1,00597852 0,04 30,055761 0,024393 35 4,53 71,7 50,8 31,2 31,25 0,6342 1,00597885 0,05 28,776995 0,0318996 36 5,21 71,9 51,5 31,2 31,24 0,7294 1,00597852 0,04 29,310825 0,0293504 37 4,87 72,3 52,2 31,2 31,24 0,6818 1,00597852 0,04 29,917437 0,027435 38 5,32 72,7 52,5 31,2 31,24 0,7448 1,00597852 0,04 30,269269 0,0299701 39 4,88 72,7 52,4 31,2 31,25 0,6832 1,00597885 0,05 30,201941 0,0343642 40 4,59 72,9 52,2 31,2 31,26 0,6426 1,00597918 0,06 30,151687 0,0387865 Rata - Rata 0,660135 1,00597814 0,0285 0,0189263
Kerja kondensor dari tabel diperoleh dari perhitungan kesetimbangan energi dengan data yang di dapatkan dari pengujian. Dari perancangan kerja kondensor sebesar 56,9 W, setalah dilakukan pengujian terhadap alat yang dirancang, kerja kondensor hanya bisa mencapai 38,878 W. Hasil ini sangat di pengaruhi dari temperatur masuk kondensor dan juga laju aliran udara yang dihasilkan.
Sehingga didapatkan laju perpindahan panas rata-rata pada pengujian hari pertama adalah :
��= 0,66013 ��/�� 1,005978��/��.�� 0,0285�
��= 0,0189 ��
Gambar 4.8 Grafik antara beban kondensor dengan LMTD pada pengujian hari pertama
Gambar 4.8 menunjukan bahwa besar beban kondensor terhadap beda temperatur ( LMTD ) semakin meningkat. Dimana bila beban meningkat berarti nilai perbedaan temperatur rata- rata ( LMTD ) juga meningkat.
Tabel 4.5 Kerja kondensor pengujian hari kedua
Waktu (menit) V (m/s) Amonia Udara m(kg/s) Cp (kJ/kg.K) ∆T LMTD Qk(kW) T in (°C ) T out (°C ) T in (°C ) T out (°C ) 1 4,22 64,2 45,7 31,2 31,22 0,5908 1,005978 0,02 22,488518 0,011887 2 5,13 63,4 45,2 31,2 31,21 0,7182 1,005978 0,01 21,847265 0,007225 3 5,21 63,7 45,3 31,2 31,21 0,7294 1,005978 0,01 22,030349 0,007338 4 4,87 63,6 46,1 31,2 31,22 0,6818 1,005978 0,02 22,520557 0,013718 5 4,93 63,5 46,1 31,2 31,22 0,6902 1,005978 0,02 22,48131 0,013887 6 5,25 63,7 45,4 31,2 31,21 0,735 1,005978 0,01 22,097635 0,007394 7 4,98 63,9 46,3 31,2 31,21 0,6972 1,005978 0,01 22,773927 0,007014 8 5,12 64,2 45,5 31,2 31,21 0,7168 1,005978 0,01 22,357932 0,007211 9 5 64,1 46,4 31,2 31,21 0,7 1,005978 0,01 22,918271 0,007042 10 4,3 64,3 47,2 31,2 31,23 0,602 1,005978 0,03 23,511172 0,018168 11 4,55 64,7 47,1 31,2 31,22 0,637 1,005978 0,02 23,609068 0,012816 12 4,35 64,9 47,3 31,2 31,22 0,609 1,005978 0,02 23,818398 0,012253 13 4,62 65,3 46,3 31,2 31,22 0,6468 1,005978 0,02 23,316496 0,013013 14 4,76 65,2 46,5 31,2 31,22 0,6664 1,005978 0,02 23,410889 0,013408 0 0,005 0,01 0,015 0,02 0,025 0,03 0,035 0,04 0,045 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 Q k ( kW ) LMTD (0C)
Qk VS LMTD
Qk VS …15 5,32 65,2 46,2 31,2 31,22 0,7448 1,005978 0,02 23,210825 0,014985 16 4,86 65,7 46,7 31,2 31,23 0,6804 1,005978 0,03 23,73477 0,020534 17 5,31 65,8 47,2 31,2 31,22 0,7434 1,005978 0,02 24,108368 0,014957 18 4,35 66,6 48,3 31,2 31,23 0,609 1,005978 0,03 25,13809 0,018379 19 4,53 67,4 48,1 31,2 31,24 0,6342 1,005979 0,04 25,320785 0,02552 20 4,65 68,4 48,4 31,2 31,24 0,651 1,005979 0,04 25,911191 0,026196 21 4,91 68,7 48,2 31,2 31,24 0,6874 1,005979 0,04 25,896756 0,02766 22 4,32 68,4 48,7 31,2 31,24 0,6048 1,005979 0,04 26,107787 0,024337 23 5,43 69,5 48,2 31,2 31,23 0,7602 1,005978 0,03 26,21224 0,022942 24 4,66 69,6 48,8 31,2 31,23 0,6524 1,005978 0,03 26,64949 0,019689 25 4,54 69,9 48,9 31,2 31,24 0,6356 1,005979 0,04 26,829115 0,025576 26 4,65 70,3 49,4 31,2 31,23 0,651 1,005978 0,03 27,319138 0,019647 27 4,56 70,7 49,6 31,2 31,24 0,6384 1,005979 0,04 27,603858 0,025689 28 5,31 71,4 49,8 31,2 31,23 0,7434 1,005978 0,03 28,014484 0,022435 29 4,54 72,1 51,3 31,2 31,24 0,6356 1,005979 0,04 29,262856 0,025576 30 4,65 70,6 50,2 31,2 31,25 0,651 1,005979 0,05 27,951108 0,032745 31 4,87 71,8 50,4 31,2 31,24 0,6818 1,005979 0,04 28,561034 0,027435 32 4,69 72,4 50,6 31,2 31,25 0,6566 1,005979 0,05 28,924762 0,033026 33 5,32 72,8 49,7 31,2 31,24 0,7448 1,005979 0,04 28,491386 0,02997 34 4,55 72,7 50,7 31,2 31,25 0,637 1,005979 0,05 29,108572 0,03204 35 4,66 72,3 51,8 31,2 31,25 0,6524 1,005979 0,05 29,659184 0,032815 36 4,57 71,7 51,9 31,2 31,25 0,6398 1,005979 0,05 29,480562 0,032181 37 4,98 72,3 51,7 31,2 31,24 0,6972 1,005979 0,04 29,599364 0,028055 38 5,24 72,5 52,4 31,2 31,24 0,7336 1,005979 0,04 30,124991 0,029519 39 4,54 72,8 53,5 31,2 31,25 0,6356 1,005979 0,05 30,933094 0,03197 40 4,77 72,7 53,6 31,2 31,25 0,6678 1,005979 0,05 30,954122 0,03359 Rata - Rata 0,6722 1,005978 0,031 0,020964
Dari tabel didapatkan laju perpindahan panas rata-rata pada pengujian hari kedua yaitu sebesar :
�= 0,66013 ��/�� 1,005978��/��.�� (0,031)K
Gambar 4.9 Grafik antara beban kondensor dan LMTD pada pengujian hari kedua
Grafik diatas menunjukan bahwa besar beban kondensor terhadap beda temperatur ( LMTD ) meningkat. Dimana bila beban meningkat berarti nilai perbedaan temperatur rata- rata ( LMTD ) juga meningkat.
Tabel 4.6 Kerja kondensor pengujian hari ketiga Waktu (menit) V (m/s) Amonia Udara m (kg/s) Cp (kJ/kg.K) ∆T LMTD Qk ( kW) T in (oC ) T out (oC ) T in (oC ) T out (oC ) 1 5,15 60,43 40,23 31,2 31,22 0,721 1,0059779 0,02 17,189701 0,0145062 2 5,23 60,76 40,12 31,2 31,22 0,7322 1,0059779 0,02 17,219935 0,0147315 3 4,43 60,57 41,32 31,2 31,23 0,6202 1,0059782 0,03 18,056475 0,0187172 4 4,61 61,31 42,14 31,2 31,23 0,6454 1,0059782 0,03 18,923614 0,0194777 5 5,42 62,32 41,55 31,2 31,22 0,7588 1,0059779 0,02 18,859842 0,0152667 6 5,21 62,46 41,34 31,2 31,22 0,7294 1,0059779 0,02 18,752033 0,0146752 7 4,23 62,75 43,53 31,2 31,24 0,5922 1,0059785 0,04 20,441885 0,0238296 8 4,57 64,1 44,34 31,2 31,24 0,6398 1,0059785 0,04 21,514407 0,025745 9 4,86 63,56 45,77 31,2 31,24 0,6804 1,0059785 0,04 22,278798 0,0273787 10 4,75 63,89 45,89 31,2 31,24 0,665 1,0059785 0,04 22,487164 0,026759 11 4,55 64,36 46,42 31,2 31,24 0,637 1,0059785 0,04 23,021709 0,0256323 12 4,34 64,81 47,12 31,2 31,24 0,6076 1,0059785 0,04 23,657722 0,0244493 13 4,56 64,78 47,34 31,2 31,25 0,6384 1,0059789 0,05 23,784778 0,0321108 14 4,13 65,41 48,35 31,2 31,25 0,5782 1,0059789 0,05 24,685904 0,0290828 15 4,87 65,98 48,32 31,2 31,25 0,6818 1,0059789 0,05 24,895509 0,0342938 16 5,21 66,32 47,32 31,2 31,24 0,7294 1,0059785 0,04 24,383643 0,0293504 17 5,32 66,78 47,34 31,2 31,24 0,7448 1,0059785 0,04 24,57693 0,0299701 18 4,17 67,35 48,76 31,2 31,26 0,5838 1,0059792 0,06 25,722099 0,0352374 19 4,62 67,31 49,23 31,2 31,26 0,6468 1,0059792 0,06 26,007771 0,03904 0 0,01 0,02 0,03 0,04 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 Q k( kW ) LMTD (oC)
Qk vs LMTD
Qk vs LMTD20 4,67 67,58 49,35 31,2 31,26 0,6538 1,0059792 0,06 26,192955 0,0394626 21 4,43 69,23 49,42 31,2 31,26 0,6202 1,0059792 0,06 26,897225 0,0374345 22 4,76 68,57 49,87 31,2 31,26 0,6664 1,0059792 0,06 26,923055 0,0402231 23 4,86 69,3 49,21 31,2 31,26 0,6804 1,0059792 0,06 26,788422 0,0410681 24 4,56 69,79 49,68 31,2 31,25 0,6384 1,0059789 0,05 27,292235 0,0321108 25 4,78 70,36 50,21 31,2 31,26 0,6692 1,0059792 0,06 27,858 0,0403921 26 4,52 70,34 50,13 31,2 31,26 0,6328 1,0059792 0,06 27,798362 0,038195 27 4,33 70,58 50,56 31,2 31,27 0,6062 1,0059795 0,07 28,16723 0,0426877 28 4,57 70,87 50,86 31,2 31,27 0,6398 1,0059795 0,07 28,475829 0,0450538 29 4,65 71,56 51,43 31,2 31,27 0,651 1,0059795 0,07 29,117336 0,0458425 30 5,34 72,54 52,42 31,2 31,25 0,7476 1,0059789 0,05 30,149793 0,0376035 31 5,41 72,81 52,56 31,2 31,25 0,7574 1,0059789 0,05 30,34773 0,0380964 32 5,31 73,41 51,89 31,2 31,25 0,7434 1,0059789 0,05 30,16206 0,0373922 33 4,56 73,25 53,32 31,2 31,27 0,6384 1,0059795 0,07 30,996808 0,0449552 34 4,31 73,89 53,67 31,2 31,28 0,6034 1,0059798 0,08 31,47328 0,0485607 35 4,67 73,45 53,89 31,2 31,27 0,6538 1,0059795 0,07 31,434375 0,0460397 36 4,15 73,56 54,32 31,2 31,28 0,581 1,0059798 0,08 31,742029 0,0467579 37 5,43 73,47 53,78 31,2 31,26 0,7602 1,0059792 0,06 31,378248 0,0458847 38 5,32 72,78 53,34 31,2 31,26 0,7448 1,0059792 0,06 30,821135 0,0449552 39 5,16 72,89 53,75 31,2 31,26 0,7224 1,0059792 0,06 31,121246 0,0436032 40 5,21 73,31 54,21 31,2 31,27 0,7294 1,0059795 0,07 31,574967 0,0513633 Rata - Rata 0,66931 1,0059789 0,051 0,034198
Laju perpindahan panas rata-rata pada pengujian hari ketiga
�= 0,699 ��/�� 1,00598 ��/��.�� 0,051K
�= 0,03419 ��
Gambar 4.10 Grafik antara beban kondensor dan LMTD pada pengujian hari ketiga 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 Q k( kW ) LMTD (oC)
Qk vs LMTD
Qk vs LMTDDari grafik terlihat hubungan dari besar beban kondensor berpengaruh pada selisih perbedaan temperatur rata – rata dimana makin besar selisih perbedaan temperatur maka beban dari kondensor juga makin meningkat. Dari pengujian ketiga ini diperoleh beban maksimum yang dihasilakan sebesar 0,0513633 kW .
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
1. Telah dirancang bangun sebuah kondensor sebagai bagian dari mesin pendingin siklus absorpsi dengan dimensi :
• Panjang tube,� = 1,452 m • Diameter dalam tube,�� = 0,0068 m • Diameter luar tube,�� = 0,01028 m
• Material tube = stainless steel 304
• Jarak antara tube = 0,05 m
• Panjang tiap lintasan tube = 0,242 m
• Kecepatan udara = 5 m/s
• Ukuran kotak = 350 x 400 x 300 ( mm)
• Material kotak = Triplek
2. Dari hasil pengujian diperoleh laju perpindahan panas rata – rata pada kondensor pada pengujian hari pertama didapatkan sebesar 0,0189 kW, pada pengujian hari kedua didapatkan sebesar 0,02096 kW dan pada pengujian hari ketiga sebesar 0,03419 kW.
3. Dari hasil perancangan dan pengujian kerja kondensor memiliki perbedaan dimana pada hasil perancangan beban kondensor sebesar 0,05699 kW, dalam pengujian beban kondensor maksimum yang diperoleh yaitu sebesar 0,05136 kW pada pengujian hari ketiga.
5.2 Saran
Adapun saran untuk penelitian selanjutnya adalah :
1. Untuk mendapatkan laju perpindahan panas konstan lakukan pengujian dengan panas yang masuk secara konstan dari mesin penghasil panas dengan mengontrol rpm mesin diesel. Terhadap pembuangan panas
melalui media pendingin sebaiknya laju aliran massa di kontrol sesuai dengan perancangan
2. Lakukan pengujian dengan menambahkan sirip dengan tujuan untuk memperbesar luas permukaan perpindahan panas sehingga didapatkan laju perpindahan panas yang diserap lebih besar.
3. Gunakan fluida pendingin air untuk mengetahui perbedaan pembuangan kalor pada kondensor.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
Prinsip pendinginan absorpsi telah di kenal sejak awal tahun 1800-an. Misalnya proses pendinginan absorpsi yang dilaporkan oleh John Leslie pada tahun 1810. Tetapi mesin pending sistem absorpsi yang pertama direalisasikan dan dipatenkan adalah karya seorang engineer Francis, Ferdinand P.E. Carre pada tahun 1860. Mesin sistem absorpsi pertama ini bekerja secara intermittent (tidak kontiniu) dengan menggunakan pasangan amoniak dengan air, yang dapat menghasilkan es dalam jumlah kecil. Pada saat itu Carre telah melakukan pengembangan beberapa kali terhadap mesinnya dan hasil terbaik yang pernah dilaporkannya adalah dapat memproduksi es sampai 100 kg/jam (pada mesin generasi ke 5). Perbedaan utama kedua siklus tersebut adalah gaya yang menyebabkan terjadinya perbedaan tekanan antara tekanan penguapan dan tekanan kondensasi serta cara perpindahan uap dari wilayah bertekanan rendah ke wilayah bertekanan tinggi.
2.1 Sistem Pendinginan Absorpsi
Salah satu keistimewaan siklus ini adalah panas yang digunakan untuk menjalankan siklus dapat berupa sumber panas yang temperaturnya kurang dari 200
Pada sistem pendingin kompresi uap digunakan kompresor, sedangkan pada sistem pendingin absorpsi digunakan absorber dan generator. Uap bertekanan rendah diserap di absorber, tekanan ditingkatkan dengan pompa dan pemberian panas di generator sehingga absorber dan generator dapat menggantikan fungsi kompresor secara mutlak. Untuk melakukan proses kompresi tersebut, sistem pendingin kompresi uap memerlukan masukan kerja mekanik sedangkan sistem pendingin absorpsi memerlukan masukan energi panas. Oleh sebab itu, siklus kompresi uap sering disebut sebagai siklus yang digerakkan dengan kerja (work operated) dan siklus absorpsi disebut sebagai siklus yang digerakkan dengan panas (Heat operated).
o
C (Cengel, 1989). Sumber panas seperti ini adalah mudah untuk didapatkan secara gratis di sekitar kita seperti, panas buang dari knalpot dan bahkan energi matahari. Sumber energi untuk mesin siklus absorpsi dapat berupa :
• Pembakaran dengan bahan bakar (direct-fired), dimana bahan bakar yang digunakan dapat berupa minyak bumi dan gas. Pada sistem pembakaran langsung diperlukan peralatan burner untuk pembakaran bahan bakarnya. • Uap (steam-fired), tenaga yang dihasilkan berasal dari uap panas (steam)
yang biasanya dihasilkan oleh steam boiler. • Air panas (hot water-fired) sumber air panas.
• Panas buang (exaust), baik kendaraan maupun pabrik.
Dasar siklus absorpsi disajikan pada gambar 2.1 Pada gambar ditunjukkan adanya dua tingkat tekanan yang bekerja pada sistem, yaitu tekanan rendah yang meliputi proses penguapan (di evaporator) dan penyerapan (di absorber), dan tekanan tinggi yang meliputi proses pembentukan uap (di generator) dan pengembunan (di kondensor).
2.1.1 Prinsip Kerja Siklus Absorpsi
Siklus absorpsi juga menggunakan dua jenis zat yang umumnya berbeda, zat pertama disebut penyerap sedangkan yang kedua disebut refrijeran. Selanjutnya, efek pendinginan yang terjadi merupakan akibat dari kombinasi proses pengembunan dan penguapan kedua zat pada kedua tingkat tekanan tersebut. Proses yang terjadi di evaporator dan kondensor sama dengan pada siklus kompresi uap
Gambar 2.1 Sistem refrigrasi absorpsi sederhana (Sumber : Miller, 2006; Moran, 1998; Shan, 1991)
Kerja siklus secara keseluruhan adalah sebagai berikut :
Proses 1-2/1-3 : Larutan encer campuran zat penyerap dengan refrijeran (konsentrasi zat penyerap rendah) masuk ke generator pada tekanan tinggi. Di generator panas dari sumber bersuhu tinggi ditambahkan untuk menguapkan dan memisahkan refrijeran dari zat penyerap, sehingga terdapat uap refrijeran dan larutan pekat zat penyerap. Larutan pekat campuran zat penyerap mengalir ke absorber dan uap refrijeran mengalir ke kondensor.
Proses 2-7 : Larutan pekat campuran zat penyerap dengan refrijeran (konsentrasi zat penyerap tinggi) kembali ke absorber melalui katup cekik. Penggunaan katup cekik bertujuan untuk mempertahankan perbedaan tekanan antara generator dan absorber.
Proses 3-4 : Di kondensor, uap refrijeran bertekanan dan bersuhu tinggi diembunkan, panas dilepas ke lingkungan dengan menggunakan kipas angin, dan terjadi perubahan fase refrijeran dari uap ke cair. Dari kondensor dihasilkan refrijeran cair bertekanan tinggi dan bersuhu rendah.
Proses 4-5 : Tekanan tinggi refrijeran cair diturunkan dengan menggunakan katup cekik (katup ekspansi) dan dihasilkan refrijeran cair bertekanan dan bersuhu rendah yang selanjutnya dialirkan ke evaporator.
Proses 5-6 : Di evaporator, refrijeran cair mengambil panas dari lingkungan yang akan didinginkan dan menguap sehingga terjadi uap refrijeran bertekanan rendah.
Proses 6-8/7-8 : Uap refrijeran dari evaporator diserap oleh larutan pekat zat penyerap di absorber dan membentuk larutan encer zat penyerap. Jika proses penyerapan tersebut terjadi secara adiabatik, terjadi peningkatan suhu campuran larutan yang pada gilirannya akan menyebabkan proses penyerapan uap terhenti. Agar proses penyerapan berlangsung terus-menerus, absorber didinginkan dengan air yang mengambil dan melepaskan panas tersebut ke lingkungan.
Proses 8-1 : Pompa menerima larutan cair bertekanan rendah dari absorber, meningkatkan tekanannya, dan mengalirkannya ke generator sehingga proses berulang secara terus menerus
Gambar 2.2 Diagram p-h siklus kompresi uap dan siklus absorpsi (Sumber : Miler, 2006; Moran, 1998)
Pada siklus pertama,setelah refrijeran menguap dari evaporator di titik 1. Uap ini akan masuk ke siklus kedua dan keluar ke titik 2 pada kondisi uap kering (super heat) dan tekanan tinggi. Setelah di titik 2, uap refrijeran masuk masuk ke kondensor dan melepas panas ke lingkungan. Proses pelepasan panas ini terjadi secara isobarik, dan akhirnya refrijeran berubah menjadi cair di titik 3. Kemudian terjadi penurunan tekanan secara adiabatik. Pada saat tekanan tekanan turun temperatur juga akan turun dan sebagian cairan akan berubah menjadi uap di titik 4. Selanjutnya refrijeran akan melakukan fungsi refrigerasi di evaporator dan akhirnya menguap, kembali ke titik 1, dan siklus akan berulang (Moran, 1998).
Sebagai catatan siklus absorpsi akan sama dengan siklus kompresi uap, pada siklus dari titik 2-3-4-1. Perbedaannya adalah bagaimana memindahkan refrijeran dari kondisi titik 1 ke kondisi titik 2. Pada siklus kompresi uap tugas ini dilakukan oleh kompresor dengan menggunakan energi mekanik, sementara pada siklus absorpsi tugas ini dilakukan oleh generator dan absorber dengan menggunakan panas sebagai energi masukan utama dan sebagian kecil kerja melalui pompa.
Pada siklus kedua, uap refrijeran yang selesai melakukan tugasnya dari siklus pertama akan masuk ke absorber. Uap ini akan diikat oleh larutan yang pekat (absorben konsentrasi tinggi), di titik 5. Proses ikatan kimia ini akan melepas sejumlah panas ke lingkungan. Sebagai hasilnya akan dihasilkan larutan
yang lebih encer di titik 6. Larutan ini kemudian akan dipompakan ke generator oleh pompa sehingga tekanannya akan naik. Sebagai catatan, untuk membuat proses ini dapat terjadi rasio tekanan pada generator atau kondensor dan absorber atau evaporator harus diatur cukup tinggi.
2.1.2. Komponen Siklus Absorpsi
Mesin pendingin absorpsi bekerja secara siklus dimana terdapat beberapa komponen yang saling berhubungan satu sama lain diantaranya sebgai berikut :
• Generator
Pada sikus absorpsi generator berperan untuk menaikkan tekanan serta memberikan kalor terhadap larutan amonia-air sehingga uap amonia terpisah dari absorbent. Generator akan menghasilkan uap amonia bertekanan tinggi yang selanjutnya masuk ke kondensor (Cengel, 1989). • Absorber
Absorber merupakan wadah untuk proses pelarutan uap amonia dengan absorbent sekaligus sebagai alat penukar kalor untuk membuang panas yang dihasilkan selama proses absorpsi . Absorber memiliki dua sumber masukan yaitu uap amonia dari evaporator dan larutan konsentrasi lemah dari generator, larutan yang dihasilkan dari absorber adalah larutan amonia konsentrasi tinggi yang akan di pompakan ke generator (Miller, 2006). • Kondensor
Tugas kondensor pada siklus absorpsi sama halnya pada siklus kompresi uap yaitu membuang panas ke lingkungan dengan media pendingin udara yang di alirkan oleh kipas ke sisi pipa kondensor. Pada kondensor terjadi perubahan fasa yaitu dari fasa uap menjadi fasa cair, refrijeran cair dengan tekanan tinggi selanjutnya masuk menuju katup ekspansi (Miller, 2006). • Evaporator
Evaporator bertugas untuk menyerap panas dari lingkungan yang akan di dinginkan,proses di evaporator merupakan kebalikan dari kondensor, pada evaporator terjadi perubahan fasa dari refrijeran dimana akibat proses penyerapan kalor dari lingkungan, refrijeran akan berubah dari cair menjadi uap dengan tekanan yang sama. Uap refrijeran ini selanjutnya masuk menuju absorber (Miller, 2006).
• Katup ekspansi
Katup ekspansi adalah komponen siklus absorpsi yang berfungsi untuk menurunkan tekanan dari refrijeran setelah keluar dari kondensor akibat dari penurunan tekan ini temperatur dari refrijeran juga akan menurun sesuai dengan penurunan tekanan (Miller, 2006).
2.1.3 Perbedaan Sistem Absorpsi dengan Sistem Kompresi Uap (SKU) Siklus absorpsi hampir sama dalam beberapa hal dengan siklus kompresi uap. Siklus refrigerasi beroperasi dengan peralatan seperti kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Perbedaan yang mendasar hanyalah pada cara menaikkan uap tekanan rendah dari evaporator menjadi uap tekanan tinggi dan dialirkan ke kondensor. Sistem kompresi uap menggunakan kompresor untuk keperluan tersebut. Sedangkan pada sistem refrigerasi absorpsi menggunakan absorber-generator untuk mengganti peran kompresor pada SKU (Moran, 1998).
Prinsip sederhana sistem absorpsi yaitu: pertama- tama, sistem absorpsi menyerap uap tekanan rendah ke dalam suatu zat cair penyerap (absorben) yang cocok dan merupakan pasangan biner dari refrijeran yang digunakan. Proses ini terjadinya sepenuhnya di absorber. Yang terkandung di dalam proses absorpsi yaitu konversi (perubahan) dari uap menjadi cair, Karena proses ini sama dengan kondensasi maka selama proses berjalan,kalor dilepaskan. Tahap berikutnya yaitu menaikkan tekanan zat cair dengan pompa ke generator. Dan tahap akhir adalah memanaskan zat cair penyerap dengan cara pemberian kalor sehingga uap tersebut memiliki tekanan yang tinggi dan siap untuk dialirkan ke kondensor.
2.2 Kombinasi Refrijeran – Absorber pada Sistem Pendinginan Absorpsi Terdapat beberapa kriteria yang harus dipenuhi oleh kombinasi refrijeran dengan zat penyerap untuk layak digunakan pada mesin pendingin absorpsi . Diantaranya adalah :
a. Zat penyerap harus mempunyai nilai afinitas (pertalian) yang kuat dengan uap refrijeran, dan keduanya harus mempunyai daya larut yang baik pada kisaran suhu kerja yang diinginkan.
b. Kedua cairan tersebut, baik masing-masing maupun hasil campurannya, harus aman, stabil, dan tidak korosif.
c. Secara ideal, kemampuan penguapan zat penyerap harus lebih rendah dari refrijeran sehingga refrijeran yang meninggalkan generator tidak mengandung zat penyerap
d. Refrijeran harus mempunyai panas laten penguapan yang cukup tinggi sehingga laju aliran refrijeran yang harus dicapai tidak terlalu tinggi
e. Tekanan kerja kedua zat harus cukup rendah (mendekati tekanan atmosfir) untuk mengurangi berat alat dan menghindari kebocoran ke lingkungannya Saat ini, terdapat dua kombinasi refrijeran-zat penyerap yang umum digunakan, yaitu air-litium bromida (H2O-LiBr) dan amonia-air (NH3-H2O). Pada kombinasi pertama, air bertindak sebagai refrijeran dan litium bromida sebagai zat penyerap, sedang pada kombinasi kedua, amonia bertindak sebagai refrijeran dan air sebagai zat penyerap.
1) Sistem Litium Bromida – Air
Sistem litium bromida-air banyak digunakan untuk pengkondisian udara dimana suhu evaporasi berada di atas 0 ºC. Litium Bromida (LiBr) adalah suatu kristal garam padat, yang dapat menyerap uap air. Larutan cair yang terjadi memberi tekanan uap yang merupakan fungsi suhu dan konsentrasi larutan.
Hubungan antara entalpi dengan persentase Litium-Bromida dalam larutan LiBr pada berbagai suhu larutan. Proses terjadi kristalisasi larutan LiBr-H2O, yaitu pada keadaan yang mana larutan mengalami pemadatan. Proses yang terjadi pada wilayah melewati batas kristalisasi akan mengakibatkan pembentukan lumpur padat dan penyumbatan sehingga mengganggu aliran di dalam pipa.
2) Sistem Air – Amonia
Sistem amonia-air digunakan secara luas untuk mesin pendingin berskala kecil (perumahan) maupun industri, yang mana suhu evaporasi yang dibutuhkan mendekati atau di bawah 0 ºC. Sistem amonia-air mempunyai hampir seluruh kriteria yang diperlukan di atas, kecuali bahwa zat-zat tersebut dapat bersifat korosif terhadap tembaga dan alloynya, serta
sifat amonia yang sedikit beracun sehingga membatasi penggunaannya untuk pengkondisian udara.
Kelemahan sistem amonia-air yang paling utama adalah air yang juga mudah menguap sehingga amonia yang berfungsi sebagai refrijeran masih mengandung uap air pada saat keluar dari generator dan masuk ke evaporator melalui kondensor. Keadaan ini dapat menyebabkan uap air meninggalkan panas di evaporator dan meningkatkan suhunya sehingga menurunkan efek pendinginan. Untuk menghindari hal itu, mesin pendingin absorpsi dengan sistem amonia-air umumnya dilengkapi dengan rectifier dan analyzer. Amonia yang masih mengandung uap air dari generator melalui rectifier, suatu mekanisme yang bekerja seperti kondensor akibat adanya arus balik uap air dari analyzer. Di sini, uap air yang mempunyai suhu jenuh yang lebih tinggi diembunkan dan dikembalikan ke generator. Selanjutnya amonia dan sejumlah kecil uap air diteruskan ke analyzer, dimana uap air dan sebagian kecil amonia diembunkan dan dikembalikan ke generator melalui rectifier, sedangkan amonia diteruskan ke kondensor. Analyzer pada prinsipnya adalah suatu kolom distilasi, yang umumnya menggunakan air pendingin dari kondensor sebagai media pendingin.
2.2.1 Absorben
Untuk dapat menghitung penampilan panas di dalam siklus pendinginan absorpsi maka diperlukan data entalpi tiap kombinasi refrijeran-zat penyerap yang digunakan. Perlu diperhatikan bahwa pada diagram tersebut konsentrasi yang ditunjukkan adalah konsentrasi NH3 di dalam larutan NH3-H2O, meskipun dalam hal ini amonia berfungsi sebagai refrijeran dan air sebagai zat penyerap.
Absorben adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorpsi pada permukaannya,baik secara fisik atau dengan reaksi kimia. Absorben harus memenuhi persyaratan yang sangat beragam yaitu :
• Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diabsorpsi yang sebesar mungkin (kebuthan akan cairan lebih sedikit, volume alat lebih kecil)
• Sedapat mungkin sangat reaktif • Memiliki tekanan uap yang tinggi • Mempunyai viskositas yang rendah • Stabil secara termis dan murah 2.3 Refrijeran
Refrijeran adalah zat yang mengalir dalam mesin pendingin (refrigerasi) atau mesin pengkondisian udara. Zat ini berfungsi untuk menyerap panas dari benda atau udara yang didinginkan dan membawanya kemudian membuangnya ke udara sekeliling di luar benda (Shan, 1991).
Berdasarkan jenis senyawanya, refrijeran dapat dikelompokkan menjadi 7 kelompok yaitu sebagai berikut :
1. Kelompok refrijeran senyawa halocarbon.
Kelompok refrijeran senyawa halocarbon diturunkan dari hidrokarbon (HC) yaitu metana (CH4), etana (C2H6), atau dari propane (C3H8
2. Kelompok refrijeran senyawa organik cyclic.
) dengan mengganti atom-atom hydrogen dengan unsur-unsur halogen seperti khlor (Cl), fluor (F), atau brom (Br). Jika seluruh atom hydrogen tergantikan oleh atom Cl dan F maka refrijeran yang dihasilkan akan terdiri dari atom khlor, fluor, dan karbon. Refrijeran ini disebut refrijeran
chlorofluorocarbon (CFC). Jika hanya sebagian saja atom hydrogen yang digantikan oleh Cl dan atau F maka refrijeran yang terbentuk disebut
hydrochlorofluorocarbon (HCFC). Refrijeran halocarbon yang tidak mengandung atom khlor disebut hydrofluorocarbon (HFC).
Kelompok refrijeran ini diturunkan dari butana. Aturan penulisan nomor refrijeran adalah sama dengan cara penulisan refrijeran halocarbon tetapi ditambahkan huruf C sebelum nomor. Contoh dari kelompok refrijeran ini adalah:
1) R-C316 C4Cl2F6 2) R-C317 C 1,2-dichlorohexafluorocyclobutane 4ClF7 3) R-318 C chloroheptafluorocyclobutane 4F8 octafluorocyclobutane
3. Kelompok refrijeran campuran zeotropik.
Kelompok refrijeran ini merupakan refrijeran campuran yang bias terdiri dari campuran refrijeran CFC, HCFC, HFC, dan HC. Refrijeran yang terbentuk merupakan campuran tak bereaksi yang masih dapat dipisahkan dengan cara destilasi.
4. Kelompok refrijeran campuran Azeotropik.
Kelompok refrijeran ini adalah refrijeran campuran tak bereaksi yang tidak dapat dipisahkan dengan destilasi. Refrijeran ini pada konsentrasi, tekanan dan temperatur tertentu bersifat azeotropik, yaitu mengembun dan menguap pada temperatur yang sama, sehingga mirip dengan refrijeran tunggal. Namun demikian pada kondisi (konsentrasi, temperatur atau tekanan) yang lain refrijeran ini bisa saja menjadi bersifat zeotropik.
5. Kelompok refrijeran senyawa organik biasa.
Kelompok refrijeran ini sebenarnya terdiri dari unsur C, H dan lainnya. Namun demikian cara penulisan nomornya tidak dapat mengikuti cara penomoran refrijeran halocarbon karena jumlah atom H nya jika ditambah dengan 1 lebih dari 10 sehingga angka kedua pada nomor refrijeran menjadi dua digit. Sebagai contoh butane (C4H10
6. Kelompok refrijeran senyawa anorganik.
), jika dipaksakan dituliskan sesuai dengan cara penomoran refrijeran halocarbon, maka refrijeran ini akan bernomor R-3110, sehingga akan menimbulkan kerancuan.
Kelompok refrijeran ini diberi nomor yang dimulai dengan angka 7 dan digit selanjutnya menyatakan berat molekul dari senyawanya. Contoh dari refrijeran ini adalah:
1) R-702 : hydrogen 2) R-704 : helium 3) R-717 : amonia 4) R-718 : air 5) R-744 : oksigen
7. Kelompok refrijeran senyawa organik tak jenuh
Kelompok refrijeran ini mempunyai nomor 4 digit, dengan menambahkan angka keempat yang menunjukkan jumlah ikatan rangkap di depan ketiga angka yang sudah dibahas dalam sistem penomoran refrijeran halocarbon.
2.3.1 Amonia
Amonia adalah senyawa kimia dengan rumus NH3
Tabel 2.1 Sifat Amonia
. Biasanya senyawa ini didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas I (disebut bau amonia). Sifat amonia dapat dilihat seperti tabel di bawah ini.
Sifat Amonia
Massa jenis 682 kg/m3, cair
Titik lebur -77,7 oC
Titik didih -33.3 oC
Keasaman 9,25
Panas Laten Penguapan (Le) 1357 kJ/kg
Kelarutan dalam air 89,9g/100ml pada 00c (Sumber : Chang, 2003)
Walaupun amonia memberi sumbangan penting bagi keberadaan nutrisi di bumi, amonia sendiri adalah senyawa kaustik dan dapat merusak kesehatan. Kontak dengan gas amonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan paru-paru dan bahkan kematian. Sekalipun amonia diatur sebagai gas tak mudah terbakar, amonia masih digolongkan sebagai bahan beracun jika terhirup.
2.4 Alat Penukar Kalor
Alat penukar kalor adalah alat yang memungkinkan terjadinya perpindahan panas diantara dua fluida yang memiliki temperatur yang berbeda tanpa mencampurkan kedua fluida tersebut. Alat penukar kalor biasanya digunakan secara praktis didalam aplikasi yang luas, seperti dalam kasus