Pengujian Kemampuan Adsorpsi Dari Adsorben Alumina Akttif Untuk Mesin Pendingin Tenaga Surya

PENGUJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI DARI ADSORBEN ALUMINA

AKTIF UNTUK MESIN PENDINGIN TENAGA SURYA

SKRIPSI

Skripsi Yang DiajukanUntukMelengkapi

SyaratMemperolehGelarSarjanaTeknik

ABDI ZENTRA AORNA MANIK

NIM. 120421044

PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan

karuniaNya serta nikmat kesehatan yang diberikanNya sehingga penulis dapat

menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaik-baiknya dan dalam waktu yang

sesingkat-singkatnya.

Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan

mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjana di

Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun

Tugas Sarjana yang dipilih dengan judul

“PENGUJIAN KEMAMPUAN

ADSORPSI DARI ADSORBEN ALUMINA AKTTIF UNTUK MESIN

PENDINGIN TENAGA SURYA”

Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini penulis banyak mendapat

dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini dengan ketulusan hati

penulis ingin menghaturkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1.

Kedua orang tua dan keluarga tercinta (Ayah) Jahillim Manik dan (Ibu)

Nursaini Sigalingging yang senantiasa memberikan kasih sayang,

dukungan, motivasi dan nasihat yang tak ternilai harganya. Serta kepada

adik-adik saya yaitu Apri R. Manik, S.pd, Andriana Yunilia Manik, Astri

N. Manik, Ardi S. D. Manik, Anita S. Manik yang terus mendoakan saya

dalam menyelesaikan Tugas sarjana ini.

2.

Bapak Dr.Eng. Himsar Ambarita.ST.MT. selaku Dosen Pembimbing yang

telah banyak meluangkan waktunya membimbing, memotivasi, dan

membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

3.

Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME (Dekan Fakultas Teknik USU),

beserta segenap staf dan jajarannya.

5.

Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik

Mesin, Universitas Sumatera Utara.

6.

Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin

Fakultas Teknik USU.

7.

Rekan satu tim Hakimin Nasution dan Bonardo Sormin atas kerja sama

yang baik untuk menyelesaikan penelitian ini.

8.

Seluruh rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin, khususnya

kepada kawan-kawan seperjuangan Angkatan 2012 yang tidak dapat

disebutkan satu per satu yang telah banyak membantu dan memberi

masukan yang berguna demi kelengkapan Tugas Sarjana ini,

"Solidarity

Forever"

.

Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dalam penulisan

maupun penyajian Tugas Sarjana ini. Untuk itu penulis sangat mengharapkan

saran-saran yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan Tugas

Sarjana ini dikemudian hari.

Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis memanjatkan doa

kepada Tuhan Yang Maha Esa semoga Tugas Sarjana ini bermanfaat untuk kita

semua.

Medan, April 2015

Penulis

ABSTRAK

Akhir-akhir ini mesin pendingin siklus adsorpsi semakin banyak diteliti oleh para

ahli karena disamping ekonomis juga ramah lingkungan dan menggunakan energy

terbarukan yaitu energi surya. Agar proses adsorpsi dan desorpsi mesin pendingin

adsorpsi dapat berjalan dengan baik perlu diketahui jumlah perbandingan yang

ideal antara adsorben dengan refrigeran yang digunakan. Disini untuk mencari

perbandingan antara absorben alumina aktif menggunakan baut maupun tidak

menggunakan baut. Data tersebut dapat dicari menggunakan alat penguji kapasitas

adsorpsi. Alat penguji kapasitas adsorpsi yang digunakan dilengkapi dengan

lampu halogen 1000 W sebagai sumber panas. Adsorber pada alat penguji ini

terbuat dari bahan stainless steel yang bertujuan agar tahan terhadap korosi akibat

dari variasi refrigeran yang digunakan. Alumina aktif yang digunakan sebagai

adsorben sebanyak 1 kg. Sedangkan variasi refrigeran yang digunakan yaitu

amonia. Kapasitas amonia yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben

alumina aktif mengunakan baut diisolasi adalah sebanyak 300 mL. Sedangkan

kapasitas amonia yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben alumina

aktif tidak menggunakan baut diisolasi adalah sebanyak 220 mL.

ABSTRACT

Lately adsorption refrigeration cycle more and more scrutinized by experts as well as eco-friendly and economical use of renewable energy is solar energy. In order for the process of adsorption and desorption adsorption refrigerating machine can run well to note that the ideal number of comparisons between the adsorbent with a refrigerant used. Here to find a comparison the absorbent activated alumina using or not using a bolt. The data can be searched using the adsorption capacity testers. Adsorption capacity testers are used equipped with a 1000 W halogen lamp as a heat source. Adsorber on this tester is made of stainless steel which aims to resist corrosion due to the variation of refrigerant used. Mixture of active alumina used as much as 1 kg of adsorbent. While the refrigerant used is amonia. The capacity of amonia which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated alumina using bolt isolated is much as 300 mL. While the capacity of amonia which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated alumina not using bolt isolated is much as 220 mL.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ...

i

ABSTRAK ...

iii

ABSTRACT ...

iv

DAFTAR ISI ...

v

DAFTAR GAMBAR ...

viii

DAFTAR TABEL ...

xii

DAFTAR SIMBOL ...

xiii

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ...

1

1.2 Tujuan Penelitian ...

2

1.2.1 Tujuan Umum ………

2

1.2.2 Tujuan Khusus ………...

2

1.3 Batasan Masalah ...

2

1.4 Manfaat Penelitian ...

3

1.5 Sistematika Penulisan ...

3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Siklus Adsorpsi ...

5

2.1.1 Teori Umum Adsorpsi ...

5

2.2 Adsorben ...

8

2.2.1 Alumina Aktif ...

8

2.2.2 Pembuatan Alumina Aktif ...

10

2.2.3 Kegunaan Alumina Aktif ...

12

2.3 Refrigeran ...

13

2.3.1 Amonia ...

15

2.4 Keamanan Lingkungan ...

16

2.5 Kalor (Q) ...

17

2.5.1 Kalor Laten ...

17

2.5.2 Kalor sensibel ...

18

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu ...

23

3.2 Bahan ...

23

3.3 Alat Ukur yang Digunakan pada Pengujian Kapasitas Adsorpsi 23

3.4 Peralatan yang Digunakan ...

25

3.5 Set-Up Eksperimental ...

29

3.5.1 Prosedur Pengujian ...

30

3.6 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi ...

31

3.6.1 Dimensi Utama Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi

33

3.7 Langkah Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi ...

34

3.7.1 Pembuatan Adsorber ...

34

3.7.2 Pembuatan Gelas Ukur ...

37

3.8 Flowchart Penelitian ...

38

BAB IV ANALISA DATA

4.1 Hasil Pengujian ...

39

4.1.1 Pengujian dengan Gelas Ukur ...

40

4.1.2 Data Alat Pengujian Kapasitas Adsorbsi

Menggunakan Fin Dan Tanpa Fin Dengan Gelas

Ukur Diisolasi ...

41

4.2 Energi Adsorpsi Alumina Aktif ...

55

4.3 Neraca Kalor ……….

56

4.3.1 Kalor yang Diserap Gelas Ukur ...

56

4.3.2 Perhitungan Kalor Laten ...

57

4.4 Analisa Perpindahan Panas pada Adsorber saat Desorpsi ...

59

4.4.1 Perpindahan Panas Pada Pengujian Amonia ...

59

4.5 Analisa Perpindahan Panas pada saat adsrobsi ...

63

4.5.1 Konveksi Natural Pada Pengujian Amonia ...

63

4.5.2 Efisiansi Gelas Ukur ...

78

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan ...

80

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Siklus Dasar Refrigerasi Adsorpsi ...

6

Gambar 2.2 Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi 7

Gambar 2.3 Adsorben Alumina Aktif ...

9

Gambar 2.4 Diagram Proses Pembuatan Alumina ...

12

Gambar 2.5 Amonia( NH3)...

16

Gambar 2.6 Perpindahan Panas Konduksi Melalui Sebuah Pelat ...

19

Gambar 2.7 Perpindahan Panas Konveksi dari Permukaan Pelat ...

20

Gambar 2.8 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe a) ...

21

Gambar 2.9 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe b) ...

22

Gambar 3.1 Pace XR5 Data Logger ...

24

Gambar 3.2 Sensor Tekanan ...

24

Gambar 3.3 Pompa Vakum ...

25

Gambar 3.4 Katup ...

26

Gambar 3.5 Pipa Penghubung ...

26

Gambar 3.6 Selang Karet ...

27

Gambar 3.7 Baut ...

27

Gambar 3.8 Kotak Isolasi Styrofoam ...

28

Gambar 3.9 Laptop ...

28

Gambar 3.10

Set-Up

Eksperimental pada Proses Desorpsi ...

29

Gambar 3.11

Set-Up

Eksperimental pada Proses Adsorpsi ...

30

Gambar 3.12 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi dengan gelas ukur ...

32

Gambar 3.13 Dimensi Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi ...

33

Gambar 3.14 Dimensi Adsorber ...

33

Gambar 3.15 Gelas Ukur...

34

Gambar 3.16 Bentuk Adsorber ...

34

Gambar 3.17 Pengisian Adsorben Alumina Aktif ...

35

Gambar 3.18 Pemasangan Kawat Kasa ...

35

Gambar 3.19 Penyambungan Pelat Adsorber ...

36

Gambar 3.20 Pemasangan Pipa, Manometer Vakum dan Katup ...

36

Gambar 3.22 Adsorber Setelah Dicat Warna Hitam ...

37

Gambar 3.23 Pembuatan Gelas Ukur ...

37

Gambar 3.24 Gelas Ukur...

37

Gambar 4.1 Letak Titik-Titik

thermocouple

pada Alat Penguji ...

39

Gambar 4.2 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman Alat Penguji

Adsorpsi (amonia) menggunakan fin ...

41

Gambar 4.3 Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu pada Adsorber

Pada Saat Pemvakuman ...

42

Gambar 4.4 Grafik Tekanan vs Waktu ...

43

Gambar 4.5 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman Alat Penguji

Adsorpsi (amonia) menggunakan fin ...

43

Gambar 4.6 Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu pada Adsorber

Pasa Saat Pemvakuman ...

44

Gambar 4.7 Grafik Tekanan vs Waktu ...

45

Gambar 4.8 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Alat Penguji

Adsorpsi (amonia) menggunakan Fin ...

46

Gambar 4.9 Grafik Temperatur vs Waktu adsorpsi Gelas Ukur Refrigerant

(amonia) ...

46

Gambar 4.10 Grafik Tekanan vs Waktu ...

47

Gambar 4.11 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Alat Penguji

Adsorpsi (amonia) tanpa menggunakan Fin ...

47

Gambar 4.12 Grafik Temperatur vs Waktu adsorpsi Gelas Ukur Refrigerant

(amonia) ...

48

Gambar 4.13 Grafik Tekanan vs Waktu ...

49

Gambar 4.14 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Alat Penguji

Adsorpsi (amonia) menggunakan Fin ...

50

Gambar 4.15 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Gelas Ukur Refrigerant

(amonia) ...

50

Gambar 4.16 Grafik Tekanan vs Waktu ...

51

(amonia) ...

53

Gambar 4.19 Grafik Tekanan vs Waktu ...

54

Gambar 4.20 Mekanisme Perpindahan Panas Pada Adsorber ...

59

DAFTAR TABEL

DAFTAR SIMBOL

Simbol

Arti

Satuan

A

Luas penampang

m2

Cp

Kalor spesifik tekanan tetap

J/kg.K

h

koefisien konveksi

W(m2K)

k

Koefisien konduksi

W/m.K

Le

Kapasitas kalor spesifik laten

J/kg

m

Massa zat

kg

Nu

Bilangan Nusselt

Qc

Laju perpindahan panas konduksi

W

Qh

laju perpindahan panas konveksi

W

Qr

laju perpindahan panas radiasi

W

P

Tekanan Vakum

psi

QL

Kalor laten

J

Qs

Kalor sensibel

J

t

Interval waktu

s

Tgl

Temperatur gelas ukur

K

Ts

Temperatur permukaan adsorber

K

Tb

Temperatur bawah adsorber

K

Tf

Temperatur film

K

TG

Temperatur gelas ukur

K

∆

T

Beda temperatur

K

∆

x

Panjang/tebal pelat

m

ε

emisitas dari pelat penyerap

ABSTRAK

Akhir-akhir ini mesin pendingin siklus adsorpsi semakin banyak diteliti oleh para

ahli karena disamping ekonomis juga ramah lingkungan dan menggunakan energy

terbarukan yaitu energi surya. Agar proses adsorpsi dan desorpsi mesin pendingin

adsorpsi dapat berjalan dengan baik perlu diketahui jumlah perbandingan yang

ideal antara adsorben dengan refrigeran yang digunakan. Disini untuk mencari

perbandingan antara absorben alumina aktif menggunakan baut maupun tidak

menggunakan baut. Data tersebut dapat dicari menggunakan alat penguji kapasitas

adsorpsi. Alat penguji kapasitas adsorpsi yang digunakan dilengkapi dengan

lampu halogen 1000 W sebagai sumber panas. Adsorber pada alat penguji ini

terbuat dari bahan stainless steel yang bertujuan agar tahan terhadap korosi akibat

dari variasi refrigeran yang digunakan. Alumina aktif yang digunakan sebagai

adsorben sebanyak 1 kg. Sedangkan variasi refrigeran yang digunakan yaitu

amonia. Kapasitas amonia yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben

alumina aktif mengunakan baut diisolasi adalah sebanyak 300 mL. Sedangkan

kapasitas amonia yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben alumina

aktif tidak menggunakan baut diisolasi adalah sebanyak 220 mL.

ABSTRACT

Lately adsorption refrigeration cycle more and more scrutinized by experts as well as eco-friendly and economical use of renewable energy is solar energy. In order for the process of adsorption and desorption adsorption refrigerating machine can run well to note that the ideal number of comparisons between the adsorbent with a refrigerant used. Here to find a comparison the absorbent activated alumina using or not using a bolt. The data can be searched using the adsorption capacity testers. Adsorption capacity testers are used equipped with a 1000 W halogen lamp as a heat source. Adsorber on this tester is made of stainless steel which aims to resist corrosion due to the variation of refrigerant used. Mixture of active alumina used as much as 1 kg of adsorbent. While the refrigerant used is amonia. The capacity of amonia which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated alumina using bolt isolated is much as 300 mL. While the capacity of amonia which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated alumina not using bolt isolated is much as 220 mL.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Dalam perancangan sebuah alat pendingin dapat kita ketahui bahwa sistem

pendingin adalah untuk mengembalikan gas menjadi cairan dan selanjutnya

kembali menguap menjadi gas. Dalam bidang teknik, istilah pendinginan harus

dibayangkan lebih dari sekedar pendingin atau menjaga sesuatu tetap dingin,

melainkan suatu sistem yang menghasilkan perpindahan kalor dari sumber

(

source

) yang lebih dingin ke penyerap (

sink

) yang lebih panas dimana hal

tersebut membutuhkan masukan berupa kerja atau energi tambahan.

Proses pendinginan merupakan suatu usaha untuk menurunkan suhu pada

ruangan ataupun pada suatu material, dengan kata lain mendapatkan kondisi yang

diinginkan oleh produk atau material, dalam hal ini temperatur yang rendah agar

produk atau material dapat disimpan dalam waktu yang relatif lama, baik untuk

konsumsi, produksi, maupun perdagangan. Penyimpanan dan transportasi bahan

pangan, proses pengolahan makanan dan minuman, pembuatan es (

ice making

)

merupakan beberapa contoh kegiatan yang memerlukan proses pendinginan dan

pembekuan. Proses pendinginan merupakan proses pengambilan kalor / panas

suatu ruang atau benda untuk menurunkan suhunya dengan jalan memindahkan

kalor yang terkandung dalam ruangan atau benda tersebut. Sehingga proses

pendinginan merupakan rangkaian proses pindah panas. Proses pindah panas

dapat terjadi secara konveksi, konduksi maupun radiasi.

Skripsi ini berjudul Pengujian Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben yang

Digunakan untuk Mesin Pendingin Tenaga Surya. Skripsi ini merupakan tahap

lanjutan dari skripsi sebelumnya. Pada penelitian ini digunakan adsober dengan

menggunakan fin (dalam hal ini fin menngunakan baut) dan tanpa fin. Penelitian

ini dilakukan untuk mendapatkan refrigerant (amonia) yang paling baik diserap

oleh adsorben alumina aktif (menngunakan fin dan tanpa fin).

1.2 Tujuan Penelitian

1.2.1 Tujuan Umum

Tujuan umum penelitian ini adalah untuk mengetahui kemampuan

adsrobsi dari adsorben alumina aktif.

1.2.2 Tujuan Khusus

Tujuan khusus dari Penelitian ini adalah :

1.

Untuk mengetahui kapasitas adsrobsi dari alumina aktif pada mesin

pendingin tenaga surya.

2.

Untuk perhitungan efisiensi kolektor mennggunakan fin dan tanpa

menggunakan fin berdasarkan data pengujian pada mesin pendingin tenaga

surya.

3.

Untuk perhitungan efisiensi gelas ukur yang digunakan berdasar kan data

pengujian tenaga surya.

1.3 Batasan Masalah

Dalam skripsi ini penulis mengambil batasan untuk memperjelas ruang

lingkup permasalahan. Batasan itu antara lain :

1.

Pengujian kapasitas adsorpsi pada mesin pendingin tenaga surya.

2.

Pasangan adsorben dan refrigeran yang dipakai adalah adsorben

3.

Variabel yang diamati adalah temperatur, kapasitas adsorpsi, tekanan

dan waktu.

1.4 Manfaat Penelitian

Manfaat yang akan dicapai dari penelitian ini adalah :

1.

Memberikan masukan kapasitas adsropsi untuk adsorben alumina

aktif.

2. Menciptakan teknologi alternatif pendingin yang ramah terhadap ligkungan dan hemat energi.

3. Menambah referensi di Laboratorium Pendingin Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Sebagai wacana dalam sistem refrigerasi yang dapat dilanjutkan untuk penelitian yang lebih lanjut .

1.5 Sistematika Penulisan

Skripsi ini dibagi menjadi beberapa bab dengan garis besar tiap bab

sebagai berikut :

Bab I Pendahuluan

Pada bab ini akan membahas latar belakang penulisan skripsi, perumusan

masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat serta sistematika penulisan skripsi.

Bab II Tinjauan Pustaka

Bab III Metodologi Penelitian

Pada bab ini penulis membahas tentang alat dan bahan yang digunakan

dalam perancangan alat. Serta gambar alat-alat dan bahan yang digunakan.

Bab IV Hasil Pengujian dan Analisa

Pada bab ini penulis membahas tentang data pengujian dalam bentuk tabel

dan dalam bentuk grafik dan dianalisa data yang didapat dari pengujian alat dan

perhitungan teknik hasilnya.

Bab V Kesimpulan

Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari skripsi yang telah selesai

dikerjakan dan saran-saran yang diperlukan untuk penyempurnaan hasil

penelitian.

Daftar Literatur/Pustaka

Daftar Pustaka berisikan literatur-literatur yang digunakan untuk

menyusun laporan ini.

Lampiran

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Siklus Adsorpsi

2.1.1 Teori Umum Adsorpsi

Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida

akhirnya membentuk suatu lapisan tipis atau film (zat terserap: adsorbat) pada

permukaannya. Berbeda dengan

fluida lainnya dengan membentuk suat

Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut

(

soluble

) yang ada dalam larutan oleh permukaan zat atau benda penyerap dimana

terjadi suatu ikatan kimia fisika antara substansi dengan penyerapnya.

Adsorpsi adalah pengumpulan dari adsorbat di atas permukaan adsorben,

sedang absorpsi adalah penyerapan dari adsorbat ke dalam adsorben dimana

disebut dengan fenomena sorption. Materi atau partikel yang diadsorpsi disebut

adsorbat, sedangkan bahan yang berfungsi sebagai pengadsorpsi disebut adsorben.

Adsorpsi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu adsorpsi fisika yang

disebabkan oleh gaya

Van Der

dan secara kimia (terjadi reaksi antara zat yang

diserap dengan adsorben).

Apabila daya tarik menarik antara zat terlarut dengan adsorben besar maka

zat yang terlarut akan diadsorpsi pada permukaan adsorben. Inilah yang disebut

dengan gaya

Van Der Waals.

Pada proses ini gaya yang menahan molekul fluida

pada permukaan solid relatif lemah, dan besarnya sama dengan

gaya

Van Der Waals

) mempunyai derajat

permukaan solid dengan molekul fluida biasanya cepat tercapai dan bersifat

reversibel.

[12]

Adsorpsi kimia adalah reaksi yang terjadi antara zat padat dengan zat

terlarut yang teradsorpsi. Adsorpsi ini bersifat spesifik dan melibatkan gaya yang

jauh lebih besar daripada adsorpsi fisika. Karena adanya ikatan kimia maka pada

permukaan adsorben akan terbentuk suatu lapisan, di mana terbentuknya lapisan

tersebut akan menghambat proses penyerapan selanjutnya oleh bantuan adsorben

sehingga efektifitasnya berkurang.

[18]

Perhatikan siklus dasar refrigerasi adsorpsi di bawah ini.

[16]

Pada kondisi awal sistem berada pada tekanan dan temperatur rendah,

adsorben memiliki konsentrasi refrigeran yang tinggi dan vessel lain terdapat

refrigeran dalam bentuk gas (gambar a). Vessel yang terdapat adsorben

dipanaskan yang mengakibatkan naiknya temperatur dan tekanan sistem sehingga

kandungan adsorbat yang ada di dalam adsorben berkurang atau menguap. Proses

berkurangnya kandungan adsorbat pada adsorben pada kasus ini disebut desorpsi.

Refrigeran yang terdesorpsi kemudian terkondensasi sebagai cairan di

dalam labu

kedua dengan dikeluarkannya panas ke lingkungan dimana tekanan

dan temperatur sistem masih tinggi (gambar b). Pemanasan pada labu pertama

dihentikan, lalu pada botol labu yang pertama terjadi perpindahan panas ke

lingkungan sehingga tekanan sistem menjadi rendah. Tekanan sistem yang rendah

menyebabkan adsorbat cair pada botol labu yang kedua menguap dan terserap ke

botol pertama yang berisi adsorben. Proses terserapnya adsorbat ke adsorben pada

kasus ini disebut adsorpsi. Proses adsorpsi menghasilkan efek pendinginan yang

terjadi pada botol labu kedua, dimana pada tekanan rendah panas dari lingkungan

diserap untuk menguap adsorbat (d) sampai sistem kembali ke kondisi awal.

Siklus mesin pendingin adsorpsi dapat digambarkan pada diagram

Clayperon berikut ini.

Proses yang terjadi dapat di uraikan sebagai berikut ini.

1.

Proses Pemanasan (pemberian tekanan)

Proses pemanasan dimulai dari titik A dimana adsorben berada pada

temperatur rendah

T

A

dan tekanan rendah

P

e

(tekanan evaporator). Adsorber akan

menerima panas sehingga temperatur adsorber meningkat dan diikuti peningkatan

tekanan evaporasi menjadi tekanan kondensasi. Selama proses ini tidak ada aliran

refrigeran.

2.

Proses desorpsi

Proses desorpsi berlangsung pada waktu panas diberikan dari titik B ke D

sehingga adsorber mengalami peningkatan temperatur yang menyebabkan

timbulnya uap desorpsi. Sehingga, adsorbat yang berada pada adsorben dalam

bentuk gas mengalir ke kondensor untuk mengalami proses kondensasi menjadi

cair.

3.

Proses Pendinginan (penurunan tekanan)

Proses pendinginan berlangsung dari titik D ke F yang berlangsung pada

malam hari. Adsorber melepaskan panas dengan cara didinginkan sehingga suhu

di adsorber turun dan diikuti oleh penurunan tekanan dari tekanan kondensasi ke

tekanan evaporasi.

4.

Proses Adsorpsi

Proses adsorpsi berlangsung dari titik F ke A. Adsorber terus melepaskan

panas sehingga adsorber mengalami penurunan temperatur dan tekanan yang

menyebabkan timbulnya uap adsorpsi.

2.2 Adsorben

2.2.1 Alumina Aktif

kimia yang sama seperti safir dan ruby. Ini memiliki luas permukaan yang sangat

tinggi untuk rasio berat, karena banyak "terowongan seperti" pori-pori.

Gambar 2.3 Alumina Aktif

Table 2.1 Sifat alumina aktif [18]

Luas Permukaan 320 m2 / grm ( minimal ) Total Volume Pori - Pori 0.50 CC / grm

Kapasitas adsorptive ( R.H 60% )

22% ( dari berat )

Pengausan 0.2% ( dari berat ) Pengausan akibat gesekan 99.6% ( dari berat ) Kepadatan 47lbs/ft3 ( 753 kgs/m3 )

Ukuran 3mm

Pada adsorben berpori mikro seperti alumina aktif, salah satu teori yang

paling sering digunakan untuk memberi gambaran adsorpsi fisik molekul gas

adalah teori pengisian volume pori mikro

(

TVFM,

Theory Of Volume Filling of

Micropores)

yang dikembangkan oleh M.M Dubinin. Berbeda dengan teori – teori

sebelumnya yang memberikan gambaran fisik berupa pembentukan satu atau lebih

lapisan

(film)

adsorpsi pada permukaan adsorben. Teori pengisian volume mikro

menekankan bahwa adsorpsi tidak terjadi melalui pembentukan lapisan

(film)

adsorpsi tetapi berupa pengisian volume dalam ruang adsorpsi dan zat yang

teradsorpsi berada dalam bentuk cair (cal, 1995).

Persamaan adsorpsi dapat dilihat dibawah ini :

W = W

0

exp

�

– (

�

/(

�0

))

�

�

………..(2.1)

W = Volume adsorbat yang terkondensasi pada suhu (T) dan tekanan

Relative (P/P

0

) (cm

3

/gr)

T = Suhu mutlak (K)

P = Tekanan parsial adsorbat (tekanan kondensasi) atm

P = Tekanan uap jenuh adsorbat (tekanan evaporasi) atm

W

0

= Volume

total pori mikro yang dapat diakses oleh adsorbat (cm

3

/gr)

A = Kemampuan adsrobsi dari alumina aktif

E

0

= Energy adsorpsi (KJ/mol)

n = parameter yang bergantung pada jenis adsorbat.

Dalam persamaan ini, parameter n pada persamaan Dubinin – Astakhov

ditetapkan memiliki nilai 2 sehingga persamaan Dubinin – Astakhov dinyatakan

dalam bentuk :

W = W

0

exp

�

– (

�

/(

�0

))

2

�

……… (2.2)

Persamaan (2.2) selanjutnya dapat diubah ke dalam bentuk :

Ln W = LnW

0

- (1/(E

0

))

2

A

2

……….. (2.3)

Dimana :

A = R.T Ln (P

0

/P) ………. (2.4)

Sehingga bentuk persamaan linear model Isoterm adsorpsi DR adalah :

Ln W = LnW

0

- (1/(E

0

))

2

[R. T Ln (P0/P) ]

2

…. (2.5)

2.2.2 Pembuatan Alumina Aktif

Aluminium oksida adalah sebuah senyawa kimia dari aluminium dan

oksida, dengan rumus kimia Al2O3. Nama mineralnya adalah alumina, dan dalam

bidang pertambangan, kramik dan teknik material senyawa ini lebih banyak

disebut dengan nama alumina

Pabrik alumina terbesar di dunia adalah Alcoa, Alcan, dan Rusal.

Perusahaan yang memiliki spesialisasi dalam produksi dari aluminium oksida dan

aluminium hidroksida misalnya adalah Alcan dan Almatis. Bijih bauksit terdiri

dari Al2O3, Fe2O3, and SiO2 yang tidak murni. Campuran ini dimurnikan

terlebih dahulu melalui Proses Bayer:

Al2O3 + 3H2O + 2NaOH + panas

→ 2NaAl(OH)4

Fe2O3 tidak larut dalam basa yang dihasilkan, sehingga bisa dipisahkan

melalui penyaringan. SiO2 larut dalam bentuk silikat Si(OH)62-. Ketika cairan

yang dihasilkan didinginkan, terjadi endapan Al(OH)3, sedangkan silikat masih

larut dalam cairan tersebut. Al(OH)3 yang dihasilkan kemudian dipanaskan

2Al(OH)3 + panas

→ Al2O3 + 3H2O

Al2O3 yang terbentuk adalah alumina. Pada 1961,perusahaan General

Electric mengembangkan Lucalox, alumina transparan yang digunakan dalam

lampu natrium. Pada Agustus 2006, ilmuwan Amerika Serikat yang bekerja untuk

3M berhasil mengembangkan teknik untuk membuat alloy dari aluminium oksida

dan unsur-unsur lantanida, untuk memproduksi kaca yang kuat, yang

disebutalumina transparan. Aloi adalah campuran dua atau lebih unsur pada

komposisi tetap tertentu yang mana juzuk utamanya adalah logam.

Gambar 2.4 Diagram proses pembuatan alumina[16]

2.2.3 Kegunaan Alumina Aktif

Alumina aktif digunakan untuk berbagai macam aplikasi adsorben dan

katalis termasuk adsorpsi katalis dalam produksi polyethylene , dalam produksi

hidrogen peroksida , sebagai adsorben selektif untuk bahan kimia, termasuk

arsenik , fluoride , dalam penghapusan belerang dari aliran gas ( Claus proses

Catalyst ) .

ideal untuk pengobatan adalah 5.5 yang memungkinkan sampai tingkat

penghapusan 95 % .

2.3

Refrigeran

Refrigeran 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.

Berdasarkan jenis senyawanya, refrigeran dapat dikelompokan menjadi 7

kelompok yaitu sebagai berikut

[19]

:

1.

Kelompok refrigeran senyawa halokarbon.

Kelompok refrigeran senyawa halokarbon diturunkan dari hidrokarbon (HC)

yaitu metana (CH

4

), etana (C

2

H

6

), atau dari propana (C

3

H

8

) dengan mengganti

atom-atom hidrogen dengan unsur-unsur halogen seperti khlor (Cl), fluor (F), atau

brom (Br). Jika seluruh atom hidrogen tergantikan oleh atom Cl dan F maka

refrigeran yang dihasilkan akan terdiri dari atom khlor, fluor dan karbon.

Refrigeran ini disebut refrigeran

chlorofluorocarbon

(CFC). Jika hanya sebagian

saja atom hidrogen yang digantikan oleh Cl dan atau F maka refrigeran yang

terbentuk disebut

hydrochlorofluorocarbon

(HCFC). Refrigeran halokarbon yang

tidak mengandung atom khlor disebut

hydrofluorocarbon

(HFC).

2.

Kelompok refrigeran senyawa organik

cyclic

.

Kelompok refrigeran ini diturunkan dari butana. Aturan penulisan nomor

refrigeran adalah sama dengan cara penulisan refrigeran halokarbon tetapi

ditambahkan huruf C sebelum nomor. Contoh dari kelompok refrigeran ini adalah:

1.

R-C316 C

4

Cl

2

F

6

1,2-dichlorohexafluorocyclobutane

2.

R-C317 C

4

ClF

7

chloroheptafluorocyclobutane

3.

R-318 C

4

F

8

octafluorocyclobutane

Kelompok refrigeran ini merupakan refrigeran campuran yang bisa terdiri

dari campuran refrigeran CFC, HCFC, HFC, dan HC. Refrigeran yang terbentuk

merupakan campuran tak bereaksi yang masih dapat dipisahkan dengan cara

destilasi.

5.

Kelompok refrigeran campuran Azeotropik.

Kelompok refrigeran Azeotropik adalah refrigeran campuran tak bereaksi

yang tidak dapat dipisahkan dengan cara destilasi. Refrigeran ini pada konsentrasi,

tekanan dan temperatur tertentu bersifat azeotropik, yaitu mengembun dan

menguap pada temperatur yang sama, sehingga mirip dengan refrigeran tunggal.

Namun demikian pada kondisi (konsentrasi, temperatur atau tekanan) yang lain

refrigeran ini bisa saja menjadi bersifat zeotropik.

6.

Kelompok refrigeran senyawa organik biasa

Kelompok refrigeran ini sebenarnya terdiri dari unsur C, H dan lainnya.

Namun demikian cara penulisan nomornya tidak dapat mengikuti cara penomoran

refrigeran halokarbon karena jumlah atom H nya jika ditambah dengan 1 lebih

dari 10 sehingga angka kedua pada nomor refrigeran menjadi dua digit. Sebagai

contoh butana (C

4

H

10

), jika dipaksakan dituliskan sesuai dengan cara penomoran

refrigeran halokarbon, maka refrigeran ini akan bernomor R-3110, sehingga akan

menimbulkan kerancuan.

7.

Kelompok refrigeran senyawa anorganik.

Kelompok refrigeran ini diberi nomor yang dimulai dengan angka 7 dan digit

selanjutnya menyatakan berat molekul dari senyawanya. Contoh dari refrigeran

ini adalah:

•

R-744 : O

2

•

R-764 : SO

2

8.

Kelompok refrigeran senyawa organik tak jenuh.

Kelompok refrigeran ini mempunyai nomor empat digit, dengan menambahkan

angka keempat yang menunjukkan jumlah ikatan rangkap di depan ketiga angka

yang sudah dibahas dalam sistem penomoran refrigeran halokarbon.

[19]

2.3.1 Amonia

Amonia adal

didapati berupa

amonia dapat dilihat seperti tabel di bawah ini.

Tabel 2.1 Sifat Amonia

[10,18]

Sifat Amonia

Massa jenis

682 kg/m³, cair

Panas Laten Penguapan (

Le

)

–77,7°C

-33,3 °C

Kautik, korosif

1357 kJ/kg

Walaupun amonia memiliki sumbangan penting bagi keberadaa

Kontak dengan gas amonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan

Gambar 2.5 Amonia Cair (NH

3

)

2.4

Keamanan Lingkungan

Refrigeran dirancang untuk digunakan pada ruangan tertutup atau tidak

bercampur dengan udara luar. Jika ada kebocoran karena sesuatu hal yang tidak

diinginkan, maka refrigeran ini akan keluar sistem dan bisa saja terhirup oleh

manusia. Untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan maka refrigeran harus

dikategorikan aman atau tidak aman. Ada dua faktor yang digunakan untuk

mengklasifikasikan refrigeran berdasarkan keamanan, yaitu bersifat racun dan

mudah terbakar.

Berdasarkan

toxicity

, refrigeran dapat dibagi dua kelas, yaitu kelas A

bersifat tidak beracun pada konsentrasi yang ditetapkan dan kelas B jika bersifat

racun. Batas yang digunakan untuk mendefinisikan sifat racun atau tidak adalah

sebagai berikut. Refrigeran dikategorikan tipe A jika pekerja tidak mengalami

gejala keracunan meskipun bekerja lebih dari 8 jam/hari (40 jam/minggu) di

lingkungan yang mengandung konsentrasi refrigeran sama atau kurang dari 400

ppm (

part per million by mass

). Sementara kategori B sebaliknya.

temperatur 21,1

o

C atau kalor pembakarannya kurang dari 19 MJ/kg. Kelas 3

sangat mudah terbakar. Refrigeran ini akan terbakar jika konsentrasinya kurang

dari 0,1 kg/m

3

ataun kalor pembakarannya lebih dari 19 MJ/kg.

Berdasarkan defenisi ini, sesuai dengan standar 34-1997. Refrigeran

diklasifikasikan menjadi 6 kategori.

[2]

1.

A1 : sifat racun rendah dan tidak terbakar.

2.

A2 : Sifat racun rendah dan sifat terbakar rendah.

3.

A3 : Sifat racun rendah dan mudah terbakar.

4.

B1 : sifat racunlebih tinggi dan tidak terbakar.

5.

B2 : sifat racun lebih tinggi dan sifat terbakar rendah.

6.

B3 : sifat racun lebih tinggi dan mudah terbakar.

2.5

Kalor (Q)

Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat mengakibatkan

perubahan temperatur. Pada abad ke 19 berkembang teori bahwa kalor merupakan

fluida ringan yang dapat mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah, jika suatu

benda mengandung banyak kalor, maka suhu benda itu tinggi (panas). Sebaliknya,

jika benda itu mengandung sedikit kalor, maka dikatakan benda itu bersuhu

rendah (dingin). Kuantitas energi kalor (

Q

) dihitung dalam satuan joules (

J

). Laju

aliran kalor dihitung dalam satuan joule per detik (J/s) atau watt (W). Laju aliran

energi ini juga disebut daya, yaitu laju dalam melakukan usaha

2.5.1 Kalor Laten

Suatu bahan biasanya mengalami perubahan temperatur bila terjadi

perpindahan kalor antara bahan dengan lingkungannya. Pada suatu situasi tertentu,

aliran kalor ini tidak merubah temperaturnya. Hal ini terjadi bila bahan mengalami

perubahan fasa. Misalnya padat menjadi cair, cair menjadi uap dan perubahan

struktur kristal (zat padat). Energi yang diperlukan disebut kalor transformasi.

Kalor yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassa m adalah

Dimana :

Q

L

= Kalor laten (J)

Le

= Kapasitas kalor spesifik laten (J/kg)

M

= Massa zat (kg)

2.5.2 Kalor Sensibel

Tingkat panas atau intensitas panas dapat diukur ketika panas tersebut

merubah temperatur dari suatu substansi. Perubahan intensitas panas dapat diukur

dengan termometer. Ketika perubahan temperatur didapatkan, maka dapat

diketahui bahwa intensitas panas telah berubah dan disebut sebagai kalor sensibel.

Dengan kata lain, kalor sensibel adalah kalor yang diberikan atau yang dilepaskan

oleh suatu jenis fluida sehingga temperaturnya naik atau turun tanpa

menyebabkan perubahan fasa fluida tersebut.

Q

s

= m C

p

∆

T ...

(2.2)

Dimana:

Q

s

= Kalor sensible

(

J

)

C

p

= Kapasitas kalor spesifik sensibel (J/kg.K)

∆

T

= Beda temperatur (K)

2.5.3 Perpindahan Kalor

Panas hanya akan berpindah jika ada perbedaan temperatur, yaitu dari

sistem yang bertemperatur tinggi ke sistem bertemperatur rendah. Perbedaan

temperatur ini mutlak diperlukan sebagai syarat terjadinya perpindahan panas.

Selama ada perbedaan temperatur antara dua sistem maka akan terjadi

perpindahan panas. Mekanisme perpindahan panas yang terjadi dapat

dikategorikan atas 3 jenis yaitu: konduksi, konveksi dan radiasi

1.

Konduksi

cair dan gas. Perpindahan panas di sini terjadi akibat interaksi antara partikel

tanpa diikuti perpindahan partikelnya. Perhatikan gambar di bawah ini.

Gambar 2.6 Perpindahan Panas Konduksi Melalui Sebuah Pelat

Secara matematik, untuk plat datar seperti gambar di atas ini, laju

perpindahan panas konduksi dirumuskan dengan persamaan:

�

�

=

��

∆�

∆�

. . . (2.3)

Atau sering dirumuskan dengan persamaan berikut ini.

��

=

−��

��

��

. . . (2.4)

[ lit.3]

Dimana:

�

�

= Laju aliran energi (W)

A

= Luas penampang (m

2

)

∆

T = Beda temperatur (K)

∆

x

= Panjang (m)

k

= Daya hantar (konduktivitas) (W/m.K)

2.

Konveksi

Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas antara permukaan

padat yang berbatasan dengan fluida mengalir. Fluida di sini bisa dalam fasa cair

atau fasa gas. Syarat utama

Gambar 2.7 Perpindahan Panas Konveksi dari Permukaan Pelat

Secara matematik perpindahan panas konveksi pada permukaan pelat rata

dapat dirumuskan dengan persamaan berikut ini.

Q

h

= hA(T

s

-T

L

) ...

(2.5) [lit.4]

Dimana:

Q

h

=

Laju perpindahan panas konveksi (W)

h

= Koefisien konveksi (W/m

2

K)

A

= Lluas penampang perpidahan panas (m

2

)

T

s

= Temperatur permukaan

T

L

= Temperatur fluida

3. Radiasi

Perpindahan panas radiasi adalah panas yang dipindahkan dengan cara

memancarkan gelombang elektromagnetik. Berbeda dengan mekanisme konduksi

dan konveksi, radiasi tidak membutuhkan medium perpindahan panas. Sampainya

sinar matahari ke permukaan bumi adalah contoh yang jelas dari perpindahan

panas radiasi.

Persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung laju perpindahan

panas radiasi antara permukaan pelat (gambar 2.10) dan lingkungannya adalah:

Qc

Aliran Udara

Aliran Udara

Q

r

= eσAT

4

...

(2.6)

Dimana

Q

r

=

Laju perpindahan panas radiasi (W)

σ

= Konstanta Boltzman: 5,67 x 10

-8

W/m

2

K

4

e

= Emisivitas (0

≤ e ≤ 1

)

T

= Temperatur (K)

4.

Konveksi Natural

Jika aliran fluida terjadi secara alami, sebagai akibat perpindahan panas

yang terjadi. Konveksi ini disebut konveksi natural atau kadang disebut konveksi

bebas dalam bahasa Inggris disebut

natural convection

atau

free convection

.

Pada kasus konveksi natural pada bidang horizontal panjang yang digunakan

menghitung bilangan

Ra

L

adalah panjang karakteristik yang didefinisikan dengan

persamaan:

�

=

�_�

. . . (2.7)

[lit.4]

Dimana A menyatakan luas bidang horizontal dan

K

adalah keliling. Dengan

menggunakan panjang karakteristik (

L

) ini bilangan

Ra

L

dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan berikut (2.8).

Ra

L

=

��

(�_�−�_�)�3

�2

��

...

(2.8)

Pola konveksi natural pada permukaan horizontal diperlihatkan seperti gambar

berikut ini.

Gambar 2.8 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe a)

Persamaan untuk menghitung

Nu

seperti gambar di atas (bidang

horizontal) dapat digunakan yang diajukan oleh Llyod Moran (1974):

Tr < Ts

Untuk 10

4

<

Ra

L

< 10

7 :

Nu

= 0,54R

�

_�0,25

...

(2.9)

Untuk 10

7

<

Ra

L

< 10

9

Nu

= 0,15R

�

_�1/3

...

(2.10)

Jika polanya ditunjukkan seperti gambar di bawah ini, yaitu fluida panas

akan terdesak dari permukaan yang panas dan mengalir ke sebelah luar. Untuk

mengisi kekosongan akibat aliran ini maka fluida dibawahnya akan mengalir ke

atas.

Gambar 2.9 Konveksi natural pada bidang horizontal (tipe b)

Persamaan menghitung bilangan Nu untuk kasus ini dapat digunakan persamaan

dapat dituliskan:

Nu = 0,27

��

_�0,25

...(2.11)

Persamaan ini berlaku untuk 10

5

< Ra

L

<10

10

Tr < Ts

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1

Tempat dan Waktu

Tempat penelitian adalah laboratorium Teknik Pendingin, gedung Fakultas

Teknik USU. Waktu pelaksanaan penelitian ± 5 bulan.

3.2

Bahan

Pada penelitian ini, bahan pengujian yang digunakan adalah sebagai

berikut.

1.

Adsorben alumina aktif

Adsorben yang digunakan pada penelitian ini adalah alumina aktif

sebanyak

1 kg

. Dimana pengujian ini membedakan isinya dalam adsorben

menggunakan fin dan tidak menggunakan fin.

2.

Refrigeran

Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang

mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Refrigeran yang

digunakan pada pengujian ini adalah:

•

Ammonia dengan kadar kemurnian 99% sebanyak 1 liter

3.3

Alat Ukur yang Digunakan pada Pengujian Kapasitas Adsorpsi

Alat-alat ukur yang digunakan pada pengujian kapasitas adsorpsi ini

adalah sebagai berikut.

1. Pace XR5 Data Logger

Gambar 3.1 Pace XR5 Data Logger

Spesifikasi :

Buatan

: Amerika Serikat

Tipe

: XR5-SE-M-20mV

Jumlah terminal sensor : 8 Chanel

Tipe batere

: Lithium, AA size, 3.6 volt, memerlukan 2

memerlukan 2 batere

2. Sensor Tekanan

(Pressure Sensors)

Sensor tekanan ini digunakan untuk mengukur tekanan di dalam alat

penguji kapasitas adsorpsi. Alat ini juga dapat dipakai untuk melihat/mengecek

apakah alat penguji mengalami bocor atau tidak.

Spesifikasi:

Buatan

: Amerika Serikat

Tipe

: P1600 – vac – 150

Range

: -14.7 – 150 psig

Slope

: 41,18

Offset

: -35,29

3.4

Peralatan yang Digunakan

1. Pompa Vakum

Pompa vakum digunakan untuk memvakumkan alat penguji kapasitas

adsorpsi dan mengeluarkan partikel-partikel/kotoran dan mengeluarkan uap air

dari adsorber.

Gambar 3.3 Pompa Vakum

Spesifikasi:

Merek

: ROBINAIR

Model No.

: 15601

Kapasitas

: 142

l

/m

Motor H.p

: ½

2. Katup

Katup ini berfungsi sebagai pengatur aliran refrigeran pada alat penguji

ketika pengujian berlangsung. Pada desain ini digunakan katup sebanyak empat

buah. Pada adsorber dipasang dua buah katup yang masing-masing berfungsi

sebagai pengatur aliran refrigeran dari gelas ukur ke adsorber (pada saat adsorpsi)

dan sebaliknya. Katup yang satu lagi berfungsi untuk pemvakuman alat penguji

kapasitas adsorpsi.

Gambar 3.4 Katup

Pada gelas ukur juga dipakai 2 katup. Satu katup berfungsi untuk mengatur

aliran dari gelas ukur ke adsorber (pada saat adsorpsi) dan sebaliknya. Katup yang

lain berfungsi untuk pemasukan refrigeran ke gelas ukur.

3. Pipa Penghubung

Pipa penghubung ini mengunakan bahan stainless steel yang berdiameter

¾” dengan panjang keseluruhan 40 cm.

4. Selang Karet

Selang karet berfungsi untuk menghubungkan aliran refrigeran dari gelas

ukur ke adsorber. Selang karet yang berdiameter ¾” memiliki panjang 1 meter.

Gambar 3.6 Selang Karet

5.

fin

Pada pengujian ini, fin yang dipasangkan mengunakan baut. Dimana funsi

fin (baut) pada pengujian ini bukan sebagai pengikat atau penyambung, melainkan

berfungsi sebagai penghantar panas (konduktor) pada adsorben sehingga panas

yang diterima dari lampu pemanas (lampu halogen) dapat di distribusi dengan

merata ke dalam adsorben (alumina aktif).

Gambar 3.7 baut

Dimensi baut :

6. Kotak Isolasi gelas ukur

Kotak isolasi ini berfungsi untuk mengisolasi gelas ukur supaya tidak ada

dipengaruhi oleh lingkungan. Kotak isolasi terbuat dari bahan syrofoam. Tebal

styrofoam adalah 2,5 cm. Adapun ukuran styrofoam adalah

P x L x T

= 47 cm

x

32cm

x

32 cm. Berikut ini gambar styrofoam yang digunakan

Gambar 3.8 Kotak Isolasi Styrofoam

7. Laptop

Digunakan untuk menyimpan data yang diperoleh dari alat XR5 – SE data

logger.

3.5

Set-Up Eksperimental

Wadah yang berisi adsorben alumina aktif (adsorber) dipanaskan sehingga

temperatur dan tekanan meningkat yang menyebabkan timbulnya uap desorpsi.

Adsorbat dalam bentuk cair akan mengalir ke gelas ukur.

Set-Up

eksperimental dapat dilihat seperti gambar 3.10 s.d 3.11 berikut

ini.

Gambar 3.10

Set-Up

Eksperimental pada Proses Desorpsi

Proses desorpsi terjadi karena panas yang berasal dari lampu penguji

berpindah secara radiasi ke adsorber. Refrigeran yang berada dalam adsorben

alumina aktif akan menimbulkan uap desorpsi. Uap ini akan mengalir ke gelas

ukur melalui selang. Uap ini akan berubah fasa menjadi cair di dalam gelas ukur.

Kemudian adsorber melepaskan panas sehingga adsorber terus mengalami

penurunan temperatur dan tekanan yang menyebabkan timbulnya uap adsorpsi.

Adsorbat dalam bentuk uap mengalir dari gelas ukur ke adsorber. Adsorbat dalam

bentuk uap dihasilkan dari proses penyerapan kalor oleh adsorbat dari lingkungan

sebesar kalor laten penguapan adsorbat tersebut. Proses ini berlangsung pada

[image:51.595.133.466.237.526.2]

tekanan saturasi yang rendah sehingga penyerapan kalor berlangsung pada

temperatur yang rendah pula. Proses tersebut dinamakan adsorpsi.

Gambar 3.11

Set-Up

Eksperimental pada Proses Adsorpsi

3.5.1 Prosedur Pengujian

Prosedur pengujian dapat diuraikan sebagai berikut ini.

1.

Proses

assembling

/penyambungan alat penguji kapasitas adsorpsi. Komponen

adsorber dengan gelas ukur dirangkai/dihubungkan dengan baik. Pada

persambungan pipa dilem dengan baik dan kuat untuk menghindari

kebocoran.

2.

Kemudian dipasang termokopel agilent, pada adsorber (4 titik) dan pada gelas

ukur (3 titik). Setelah terpasang dengan baik, termokopel dan sensor tekanan

kemudian dihubungkan ke terminal

(port)

Pace XR5 data logger. Adsorber

dipanaskan selama 7 jam (mulai pukul 9.30 WIB sampai dengan pukul 16.30

WIB).

3.

Kemudian pada pukul 16.30 WIB dilakukan pemvakuman dengan

mengunakan pompa vakum untuk mengeluarkan gas/udara dan air/uap air

yang terdapat pada adsorben karbon aktif. Setelah kondisi vakum, kemudian

semua katup ditutup.

4.

Pada gelas ukur diisi refrigeran. Pengujian pertama mengunakan amonia

dengan adsoeber menggunakan baut, pengujian kedua menggunakan adsorber

tanpa baut. Kemudian lampu alat penguji kapasitas adsorpsi dimatikan. Data

tekanan, temperatur adsorber dan gelas ukur akan otomatis tersimpan pada

Pace XR5 Data Logger dalam bentuk Notepad yang kemudian dapat di

transfer dalam bentuk grafik dan dalam bentuk microsop xl.

5.

Kemudian gelas ukur dimasukkan ke dalam kotak styrofoam dan pada

styrofoam diisikan es sebanyak 5 kg. Hal ini bertujuan untuk melihat berapa

refrigeran yang dapat diserap oleh karbon aktif dengan kondisi bagian luarnya

sudah menjadi es. Karena gelas ukur nantinya akan digantikan fungsinya oleh

evaporator pada mesin pendingin siklus adsorpsi tenaga surya.

6.

Katup antara adsorber dan gelas ukur dibuka untuk memulai proses adsorpsi

(pukul 16.30 WIB sampai keesokan harinya pukul 9.30 WIB). Temperatur

adsorber akan turun seiring dengan turunnya temperatur lingkungan. Pada

malam hari dengan turunya temperatur adsorber, maka alumina aktif akan

menyerap refrigeran sehingga refrigeran akan menguap dan naik ke adsorben

alumina aktif. Tekanan adsorpsi dicatat setiap jamnya.

7.

Proses desorpsi mulai pukul 9.30 WIB sampai dengan pukul 16.30 WIB

dengan menyalakkan lampu pemanas alat penguji kapasitas adsorpsi

(1000

W). Seiring dengan naiknya temperatur adsorber maka refrigeran akan

menguap dari adsorben alumina aktif dan masuk ke gelas ukur dalam fasa cair.

3.6

Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi

mengukur volume refrigeran yang dapat di serap dan dilepaskan oleh adsorben

alumina aktif.

Alat penguji kapasitas adsorpsi dapat dilihat secara jelas seperti gambar

3.12 berikut ini.

3.6.1 Dimensi Utama Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi

Adapaun dimensi-dimensi alat penguji kapasitas adsorpsi dapat

digambarkan sebagai berikut ini.

Gambar 3.13 Dimensi Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi

a.

Adsorber

Adsorber adalah alat yang digunakan untuk menangkap panas dari radiasi

lampu. Adsorber terbuat dari pelat rata yang terbuat dari stainless steel dengan

ketebalan 1 mm dengan luas permukaan 0,07 m

2

. Pada bagian atas sebelah dalam

adsorber diisi dengan alumina aktif beserta fin maupun tidak menggunakan fin

sebanyak 1 kg. Perhatikan gambar di bawah ini.

10

b.

Gelas Ukur

Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume refrigeran yang dapat

diserap oleh adsorben alumina aktif pada saat adsorpsi dan volume refrigeran

yang kembali pada saat desorpsi. Adapun dimensi gelas ukur sebagai berikut ini.

Gambar 3.15 Gelas Ukur

3.7

Langkah Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi

3.7.1 Pembuatan Adsorber

1.

Adsober terbuat dari pelat stainless steel dengan tebal 1 mm. Adsorber

dibentuk sesuai dengan bentuk dan ukuran yang ditentukan. Setelah pelat

stainless steel tersebut dipotong kemudian dihubungkan/disambung dengan

las argon. Las argon dipilih supaya hasil sambungan lebih kuat dan

terhindar dari kebocoran.

Gambar 3.16 Bentuk Adsorber

2.

Kemudian adsorber diisi dengan adsorben alumina aktif. Adsorben karbon

aktif diisi sebanyak 1000 gram beserta fin dan tanpa fin. Kemudian semua

diratakan di dalam adsorber.

Gambar 3.17 Pengisian Adsorben Alumina aktif

3.

Setelah adsorben alumina aktif dimasukkan ke dalam adsorber, langkah

selanjutnya adalah memasang kawat kasa. Tujuan pelapisan kawat kasa ini

adalah supaya adsorben tidak jatuh pada saat adsorber dibalikkan dan juga

supaya tidak terhisap pada saat proses pemvakuman.

Gambar 3.18 Pemasangan Kawat Kasa

[image:58.595.242.420.85.245.2]

Gambar 3.19 Penyambungan Pelat Adsorber

[image:58.595.227.425.374.533.2]

5.

Pemasangan pipa-pipa, sensor tekanan dan katup pada adsorber. Katup

berfungsi untuk menutup dan membuka saluran dan sensor tekanan

berfungsi untuk merekam data tekana setiap 3 menit. Dengan adanya sensor

tekanan ini, dapat diketahui bocor atau tidak alat penguji kapasitas adsorpsi.

Gambar 3.20 Pemasangan Pipa, sensor tekanan dan Katup

[image:58.595.214.411.579.708.2]

[image:59.595.217.397.449.578.2]

6.

Langkah terakhir adalah melakukan pengecatan adsorber. Adsorber dicat

dengan cat warna hitam gelap. Tujuan pengecatan adalah agar adsorber

dapat menyerap panas dengan baik.

Gambar 3.22 Adsorber Setelah Dicat Warna Hitam

3.7.2 Pembuatan Gelas Ukur

1.

Gelas ukur dibuat sesuai dengan ukuran dimensi yang dirancang. Kemudian

pada gelas ukur dipotong untuk pada bagian tengah depan. Hal ini bertujuan

untuk menempelkan kaca akralik sehingga terlihat volume refrigeran ketika

pengujian nanti.

Gambar 3.23 Pembuatan Gelas Ukur

2.

Pada gelas ukur dilakukan pengecatan dan pada kaca akralik ditempelkan

skala volume.

[image:59.595.256.369.640.726.2]

3.8

Flowchart Penelitian

Berikut merupakan tahapan dalam pengujian kapasitas adsorpsi adsorben.

Mulai

Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi

• Adsorber (alumina aktif 1 kg beserta fin maupun tidak menggunakan fin)

Assembling Alat Uji

• Pemvakuman

• Pengujian:

 Ammonia (1 Liter)

Data Output

 Temperatur

 Tekanan

 Volume

 Kapasitas Adsorpsi

Analisa

 Kesimpulan

 Saran

Selesai

Studi Literatur

Studi literature dan jurnal

Tahapan Persiapan

• Survei bahan dan alat

[image:60.595.149.440.148.738.2]

BAB IV

ANALISA DATA

4.1

Hasil Pengujian

Data yang diambil dari pengujian adalah data temperatur adsorber,data

temperatur gelas ukur, kapasitas adsorpsi dari adsorben alumina aktif terhadap

refrigerant dan juga tekanan dalam alat uji kapasitas adsorpsi. Ada dua kali

dilakukan pengujian yaitu,

1.

Pada kapasitas adsorpsi terutama terhadap temperatur dan kapasitas

adsorpsi dari adsorben alumina aktif dengan menggunakan fin dengan

kondisi gelas ukur diisolasi dengan Styrofoam

2.

Pada kapasitas adsorpsi terhadap temperatur dan kapasitas adsorpsi

dari adsorben alumina aktif tanpa menggunakan fin dengan kondisi

gelas ukur diisolasi dengan Styrofoam.

Dengan kondisi gelas ukur diisolasi dengan mengunakan bahan styrofoam.

Pada gelas ukur yang diisolasi styrofoam ditambahkan es sebanyak 5 kg.

Penambahan es ini dilakukan untuk memposisikan gelas ukur sebagai evaporator,

karena fungsi gelas ukur ini akan digantikan oleh evaporator pada mesin

pendingin siklus adsorpsi tenaga surya. Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar

4.1 di bawah ini.

6

9 8

10

20

17

7

Adsorber Isolasi

kayu

Gelas Ukur

Isolasi

Styrofoam

Gambar 4.1 Letak Titik-Titik

thermocouple

pada Alat Penguji

Keterangan:Angka 6, 7, 8, 9, 10, 17 dan 20 adalah letak titik

titik

channelthermocouple.

Pada letak titik-tittik

channelthermocouple

ini akan

dicatat temperaturnya secara otomatis oleh agilent.

Pada alat uji kapasitas adsorpsi dipasang 7 titik sensor

thermocouple

, 4

titik pada adsorber (angka 6, 7, 8, dan 9) dan 3 titik pada gelas ukur (angka 10, 17

dan 20) perhatikan gambar 4.1 di atas.

Hasil pengujian yang didapatkan dapat dibagi menjadi tiga bagian, yaitu:

1.

Data pemanasa awal dan pemvakuman.

Data pemvakuman dan pemanasan awal yang terdiri dari data temperatur

pada adsorber dan data pada gelas ukur yang terekam secara berkala dengan

interval waktu tiga menit.

2.

Data Adsorpsi.

Data adsorpsi yang diperoleh adalah data temperatur di adsorber dan

temperatur pada gelas ukur, data tekanan pada alat uji dan kapasitas adsorpsi

alumina aktif dengan menggunakan baut dengan kondisi gelas ukur yang

diisolasi mengunakan Styrofoam.

3.

Data desorpsi.

Data desorpsi terdiri dari data temperatur dan jumlah volume refrigeran yang

kembali ke gelas ukur setelah dipanaskan mengunakan lampu halogen 1000

W.

4.1.1 Pengujian dengan Gelas ukur

Pada pengujian ini, gelas ukur dipengaruhi dan tidak dipengaruhi oleh

lingkungan luar. Hal ini akan berpengaruh terhadap kapasitas, temperatur dan

tekanan pada alat uji.

4.1.2 Data Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi Menggunakan Fin dan Tanpa

Menggunakan Fin dengan Gelas Ukur diisolasi

A.

Data Pemakuman Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi

Pengujian kapasitas refrigeran amonia yang teradsorpsi. Pada pengujian ini

adsorber di kenakan fin dan tanpa dikenakan fin dengan gelas ukur diisolasi.

Adsorber mulai dipanaskan mulai pukul 09.30 WIB sampai dengan pukul 16.30

WIB dengan mengunakan lampu pemanas alat uji kapasitas adsorpsi. Kemudian

pada pukul 16.30 WIB dilakukan pemvakuman alat pengujian kapasitas adsorpsi

dengan menggunakan pompa vakum. Pemvakuman dilakukan untuk

mengeluarkan partikel-partikel pengotor dan uap air. Perhatikan gambar grafik

berikut.

1.

Adsorber Menggunakan Fin

-

Grafik Temperatur Adsorber vs Waktu

Gambar 4.2 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman Alat Penguji

Adsorpsi (amonia) menggunakan Fin

[image:63.595.123.509.345.600.2]

Temperatur awal percobaan pada adsorber adalah 27.7

o

C. Temperatur

maksimum adsorber yang dapat dicapai ketika pemanasan adalah 240.05

o

C yaitu

berada titik 3

thermocouple.

Temperatur rata-rata adsorber bagian atas pada proses pemvakuman

adalah 210.11

o

C. Temperatur pada titik channel 5 (adsorber bawah), temperature

maksimum adsorber bagian bawah (

T

b

)

adalah adalah 239.70

o

C.

-

Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu

Gambar 4.3 Grafik Temperatur gelas ukur vs Waktu Pada Saat

Pemvakuman

[image:64.595.121.511.227.472.2]

-

Grafik Tekanan Vs Waktu

Gambar 4.4 Grafik Tekana vs Waktu

Tekanan maximum yang dapat dicapai pada porses pemanasan awal yaitu

15.79 Psi. Tekanan rata-rata pada proses pemanasan awal adalah 12.76 Psi.

3.

Adsorber tidak menggunakan fin

-

Grafik Temperatur Adsorsi vs Waktu

[image:65.595.121.529.96.312.2] [image:65.595.125.503.410.662.2]

Data-data temperatur pada adsorber saat pemvakuman adalah seperti

berikut ini.

Temperatur awal percobaan pada adsorber adalah 27.7

o

C. Temperatur

maksimum adsorber yang dapat dicapai ketika pemanasan adalah 180.02

o

C yaitu

berada titik 3

thermocouple.

Temperatur rata-rata adsorber bagian atas pada proses pemvakuman

adalah 153.18

o

C. Temperatur pada titik channel 5 (adsorber bawah), temperature

maksimum adsorber bagian bawah (

T

b

)

adalah adalah 84.4

o

C.

-

Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu

Gambar 4.6 Grafik Temperatur gelas ukur vs Waktu Pada Saat

Pemvakuman

[image:66.595.127.500.270.505.2]

-

Grafik Tekanan vs Waktu

Gambar 4.7 Grafik Tekana vs Waktu

Tekanan maximum yang dapat dicapai pada porses pemanasan awal yaitu

12.48 Psi. Tekanan rata-rata pada proses pemanasan awal adalah 10.46 Psi.

B.

Data Pengujian Adsrobsi Amonia

Adsorpsi dimulai pada pukul 16.30 WIB setelah selesai proses pemanasan

dan pemvakuman dan selasai pada pukul 09.30 WIB. Pada pengujian ini

gelas ukur diisolasi, sehingga temperatur lingkungan tidak berpengaruh

terhadap gelas ukur.

[image:67.595.118.519.108.348.2]

2.

Adsorber Menggunakan Fin

-

Grafik temperature Adsorber vs waktu

Gambar 4.8 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Alat Penguji Adsorpsi

(amonia) menggunakan fin

[image:68.595.127.506.103.356.2]

Temperatur terendah yang dapat dicapai pada adsorber yaitu 24.7

o

C.

1.

Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu

Gambar 4.9 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Gelas Ukur Refrigerant

(amonia)

[image:68.595.134.515.445.683.2]

Temperatur rata-rata pada gelas diisolasi menggunakan baut pada proses

adsorpsi

T

G

adalah 11.09

o

C

Pada proses adsorpsi ini, volume refrigeran amonia yang mampu diserap

oleh alumina aktif 1 kg beserta baut adalah sebanyak 300 mL.

[image:69.595.126.517.488.706.2]

2.

Grafik Tekanan Vs Waktu

Gambar 4.10 Grafik Tekana vs Waktu

Tekanan minimum yang dapat dicapai pada porses adsorpsi yaitu -12.10

Psi. Tekanan rata-rata pada proses pemanasan awal adalah -11.36 Psi.

3.

Adsorber Tanpa Menggunakan Baut

1.

Grafik Temperatur Adsorber vs Waktu

Temperatur terendah yang dapat dicapai pada adsorber terjadi yaitu

25

o

C. Temperature rata – rata pada pengujian adsorber tanpa menggunakan fin

adalah 29.13

o

C.

-

Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu

Gambar 4.12 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Gelas Ukur

Refrigerant (amonia)

Temperatur terendah yang dapat dicapai pada gelas ukur yaitu 8.29

o

C.

Temperatur rata-rata pada gelas diisolasi menggunakan fin pada proses

adsorpsi

T

G

adalah 11.79

o

C

Pada proses adsorpsi ini, volume refrigeran amonia yang mampu diserap

oleh alumina aktif 1 kg adalah sebanyak 220 mL.

[image:70.595.123.518.176.428.2]

--

Grafik Tekanan Vs Waktu

Gambar 4.13 Grafik Tekana vs Waktu

Tekanan minimum yang dapat dicapai pada porses adsorpsi yaitu -12.10

Psi. Tekanan rata-rata pada proses pemanasan awal adalah -11.36 Psi.

C.

Data Pengujian Desropsi Amonia

[image:71.595.135.538.94.310.2]

2.

Adsorber Menggunakan Fin

[image:72.595.128.518.92.331.2]

-

Grafik Temperatur Adsorber vs Waktu

Gambar 4.14 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Alat Penguji Adsorpsi

(amonia) menggunakan fin

Temperatur maksimum yang dapat dicapai pada adsorber ketika dilakukan

pemanasan adalah 239.99

o

C. Temperatur rata-rata yang diperoleh pada adsorber

pada proses desorpsi adalah 225.61

o

C. Temperature maximum adsorber bagian

bawah adalah 239.70

o

C.

-

Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu

[image:72.595.125.507.494.696.2]

Temperatur pada gelas ukur berangsur-angsur meningkat seperti terlihat

pada gambar di atas. Temperatur maksimum yang dicapai oleh gelas ukur adalah

17.9

o

C, dan temperature rata- rata gelas ukur adalah 15.35

0

C.

Pada gelas ukur dapat dilihat jumlah volume amonia yang kembali pada

proses desorpsi. Volume amonia yang kembali setelah dilakukan pemanas dari

pukul 09.30 WIB sampai dengan jam 16.30 WIB ke gelas ukur adalah sebanyak

300 mL.

Dari data yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa 1 kg alumina aktif

menggunakan fin mampu menyerap/mengadsorpsi amonia sebanyak 300 mL

dengan gelas ukur diisolasi. Semua amonia kembali ke gelas ukur pada proses

desorpsi yaitu 300 mL.

Jadi massa alumina aktif 1 kg dengan dengan menggunakan baut dapat

menyerap (adsorpsi) dan melepaskan (desorpsi) adalah

1 kg alumina aktif

banding 300 mL amonia

.

-

Grafik Tekanan vs waktu

Gambar 4.16 Grafik Tekana vs Waktu

[image:73.595.114.517.396.646.2]

2.

Adsorber Tidak menggunakan Fin

-

Grafik Temperatur Adsorber vs Waktu

Gambar 4.17 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Alat Penguji Adsorpsi

(amonia) tanpa menggunakan fin

[image:74.595.130.506.96.345.2]

-

Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu

Gambar 4.18 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Gelas Ukur

Refrigerant (amonia)

Temperatur pada gelas ukur berangsur-angsur meningkat seperti terlihat

pada gambar di atas. Temperatur mak