RANCANG BANGUN ALAT PENGUJI KAPASITAS
ADSORPSI ADSORBEN ALUMINA AKTIF TERHADAP
REFRIGERAN
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
VINSENSIUS GINTING
NIM. 090401084
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
RANCANG BANGUN ALAT PENGUJI KAPASITAS
ADSORPSI ADSORBEN ALUMINA AKTIF TERHADAP
REFRIGERAN
VINSENSIUS GINTING
NIM. 09 0401 084
Diketahui / Disahkan :
Disetujui :
Departemen Teknik Mesin
Dosen Pembimbing,
Fakultas Teknik USU
Ketua,
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
Tulus B Sitorus, ST., MT
RANCANG BANGUN ALAT PENGUJI KAPASITAS
ADSORPSI ADSORBEN ALUMINA AKTIF TERHADAP
REFRIGERAN
VINSENSIUS GINTING
NIM. 09 0401 084
Telah Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi
Period ke 670 pada Tanggal 13 November 2013
Pembimbing,
RANCANG BANGUN ALAT PENGUJI KAPASITAS
ADSORPSI ADSORBEN ALUMINA AKTIF TERHADAP
REFRIGERAN
VINSENSIUS GINTING
NIM. 09 0401 084
Telah Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi
Period ke 670 pada Tanggal 13 November 2013
Pembanding I,
Pembanding II,
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK USU
MEDAN
KARTU BIMBINGAN
TUGAS SARJANA MAHASISWA
NO : 2096/TS/2013
Sub. Program Studi : Konversi Energi
Bidang Studi
: Perpindahan Panas
Judul Tugas
: Rancang Bangun Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi Adsorben Alumina Aktif
Terhadap Refrigeran
Diberikan Tgl.
: 15 Mei 2013
Selesai Tgl. : 23 Oktober 2013
Dosen Pembimbing : Tulus B Sitorus ST., MT
Nama Mhs : Vinsensius Ginting
N.I.M
: 090401084
No.
Tanggal
Kegiatan Asistensi Bimbingan
Tanda Tangan
Dosen Pemb.
1.
15 Mei 2013
Spesifikasi judul
2.
25 Mei 2013
Survei bahan dan alat penguji kapasitas adsorpsi
3.
10 Juni 2013
Perancangan alat penguji adsorpsi
4.
29 Juni 2013
Assembling alat pengujian adsorpsi
5.
8 Agustus 2013
Pengujian alat adsorpsi
6.
21 Agustus 2013
Asistensi Laporan I
7.
26 Agustus 2013
Asistensi Laporan II
8.
2 September 2013
Asistensi Laporan III
9.
11 September 2013
Asistensi Laporan IV
10.
16 September 2013
Asistensi Laporan V
11.
23 September 2013
Asistensi Laporan VI
12
5 Oktober 2013
Asistensi Laporan VII
13.
18 Oktober 2013
Asistensi Laporan VIII
14.
19 Oktober 2013
Asistensi Laporan IX
15.
ACC seminar
CATATAN :
Diketahui,
1.
Kartu ini harus diperlihatkan kepada Dosen
Ketua Departemen Teknik Mesin
Pembimbing setiap Asistensi.
F.T. U.S.U
2.
Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi.
3.
Kartu ini harus dikembalikan ke Departemen,
bila kegiatan Asistensi telah selesai.
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
AGENDA
: 2096 /TS/2013
FAKULTAS TEKNIK USU
DITERIMA TGL. : / /2013
MEDAN
PARAF
:
TUGAS SARJANA
N A M A
: VINSENSIUS GINTING
N I M
: 09 0401 084
MATA PELAJARAN
: PERPINDAHAN PANAS
SPESIFIKASI
: RANCANG BANGUN ALAT PENGUJI KAPASITAS ADSORPSI DARI ADSORBEN
ALUMINA AKTIF TERHADAP BEBERAPA REFRIGERAN SEPERTI METANOL,
ETANOL, ALUMINA DAN MUSICOOL YANG DIGUNAKAN PADA MESIN
PENDINGIN MESIN ADSORPSI TENAGA SURYA
DIBERIKAN TANGGAL
: 15 MEI 2013
SELESAI TANGGAL
: 23 OKTOBER 2013
MEDAN, 21 OKTOBER 2013
RANCANG BANGUN ALAT PENGUJI KAPASITAS ADSORPSI ADSORBEN
ALUMINA AKTIF TERHADAP REFRIGERAN
VINSENSIUS GINTING
NIM. 09 0401 084
Telah disetujui oleh:
Pembimbing,
Tulus B Sitorus, ST., MT
NIP. 197209232000121003
Penguji I,
Penguji II,
Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri
Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST., MT
NIP. 196412241992111001
NIP. 197206102000121001
Diketahui oleh :
Departemen Teknik Mesin
Ketua,
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas penyertaanNya kepada
Penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan dengan baik dan
tepat pada waktunya.
Penulisan Skripsi ini merupakan salah syarat mahasiswa S-1 untuk dapat
menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjan di Departemen Teknik
Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.
Tugas Sarjana ini berjudul “
Rancang Bangun Alat Penguji Kapasitor
Adsorpsi Adsorben Alumina Aktif Terhadap Refrigeran”
yang akan
membahas tentang pengujian terhadap beberapa refrigeran (metanol, etanol,
amonia, dan musicool ) dan Alumina Aktif sebagai adsorben.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat dukungan, masukan
ide dari beberapa pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih
kepada :
1.
Bapak Tulus B Sitorus, selaku dosen Pembimbing yang telah banyak
meluangkan waktu untuk membimbing dalam pengujian dan penulisan,
memberikan bahan-bahan referensi, jurnal, dll.
2.
Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
3.
Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara.
4.
Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang
telah membantu dan melengkapi segala keperluan yang diperlukan selama
kuliah.
5.
Kepada kedua Orang tua saya, Drs. S Ginting dan Maria T yang selalu
memberikan dukungan kepada penulis dan kasih sayang yang tak dapat
terbalaskan.
6.
Kak Magdalena Lucia Ginting,B.Eng dan Prisilia Jesica Ginting,SE yang
memberikan dukungan, motivasi, nasehat kepada penulis.
8.
Seluruh rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah memberikan bantuan
sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dan seluruh pihak yang
tidak dapat Penulis sebutkan satu per satu yang telah memberikan bantuan
dan dukungan selama pengerjaan skripsi ini.
Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan peneliti selanjutnya.
Tuhan memberkati.
Medan,
11
Oktober 2013
Penulis,
ABSTRAK
Salah satu faktor yang mempengaruhi merancang mesin pendingin siklus
adsorpsi adalah perbandingan yang ideal antara adsorben dan refrigeran. Pada
penelian ini menggunakan alumina aktif sebagai adsorben sebanya 1 kg.
Refrigeran yang digunakan yaitu metanol, etanol, amonia dan musicool. Alat
penguji kapasitas adsorpsi yang digunakan dilengkapi dengan lampu sorot
halogen 1000 W sebagai sumber panas. Adsorber yang digunakan terbuat dari
bahan stainless steel yang bertujuan agar tahan terhadap korosi akibat dari variasi
refrigeran yang digunakan ada pun luas penampang dari absorben ini 0,07 m
2.
Yang mempengaruhi sistem alat penguji mesin pendingin adsorpsi adalah
temperatur (T
adsorben),volume dan tekanan. Sedangkan variasi refrigeran yang
digunakan ada 4 yaitu metanol, etanol, amonia dan musicool. Diperoleh refrigeran
yang paling optimal pada proses adsorpsi-desorpsi adalah metanol. Kapasitas
metanol yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben alumina aktif adalah
sebanyak 320 mL.
ABSTRACT
One of the factors that influence the design of the cycle of adsorption of a
cooling machine is an ideal comparison between adsorbent and refrigerant. In
this experiment, the use of activated alumina as adsorbent is 1 kg. Refrigerant
that is used is methanol, ethanol, ammonia, and musicool. Adsorption capacity
testing equipment that is used is equipped with 1000 W halogen spot light as
source of heat. Adsorber that used is made of stainless steel that is meant to be
resistant with corrosive nature because of the variation of refrigerant that is used
and that the surface area of this absorbent is 0,07 m
2 .The thing which influence
the cycle of adsorption of a cooling machine is temperature, (T
adsorbant), volume,
and pressure. While variations exist 4 refrigerant used is methanol, ethanol,
ammonia and Musicool. Obtained the optimum refrigerant adsorption-desorption
process is methanol. Capacity that can be adsorbed methanol and desorption by
activated alumina adsorbent is 320 mL.
DAFTAR ISI
KATA PENGANTAR ... i
ABSTRAK ... iii
DAFTAR ISI ... v
DAFTAR GAMBAR ... viii
DAFTAR TABEL ... xi
DAFTAR SIMBOL ... xii
BAB I PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang ... 1
1.2
Tujuan Penlitian ... 1
1.3
Batasan Masalah ... 2
1.4
Manfaat Penelitian ... 2
1.5
Sistematika Penulisan ... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Siklus Adsorpsi ... 4
2.1.1 Teori Umum Adsorpsi ... 4
2.2 Adsorben ... 7
2.2.1 Alumina aktif ... 7
2.2.2 Pembuatan Alumina aktif ... 8
2.2.3 Kegunaan Alumina aktif ... 10
2.3 Refrigeran ... 10
2.3.1 Metanol ( CH3OH)... 12
2.3.3 Amonia
2.3.4
Musicool
... 15
2.4 Keamanan Refrigeran ... 17
2.5 Kalor (Q) ... 18
2.5.1 Kalor Laten ... 18
2.5.2 Kalor sensibel ... 18
2.5.3 Perpindahan Panas ... 19
BAB III METODOLOGI
3.1 Tempat dan Waktu ... 24
3.2 Bahan ... 24
3.3 Alat Ukur Yang Digunakan Pada Pengujian Kapasitas Adsorpsi ... 25
3.4 Peralatan ... 26
3.5 Set-Up Eksperimental ... 28
3.5.1 Prosedur Pengujian ... 30
3.6 Alat Penguji Kapasitas Adsopsi Dari Mesin Pendingin ... 32
3.6.1 Dimensi Utama Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi ... 34
3.7 Langkah Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi Padamesin
Pendingin Adsorpsi ... 36
3.7.1 Pembuatan adsorber ... 36
3.7.2 Pembuatan gelas ukur ... 39
3.8 Flowchart Penelitian ... 40
BAB IV ANALISIS DATA
4.1 Hasil Pengujian ... 41
4.1.1.1 Data Pemvakuman Alat Penguji Mesin Pendingin
Adsorpsi ... 42
4.1.1.2 Data Pengujian Adsorpsi ... 46
4.1.1.3 Data Pengujian Desorpsi ... 55
4.1.2 Pengujian Dengan Gelas Ukur Diisolasi ... 61
4.1.2.1 Data Pemvakuman Alat Penguji Mesin Pendingin
Adsorpsi ... 61
4.1.2.2 Data Pengujian Adsorpsi ... 64
4.1.2.3 Data Pengujian Desorpsi ... 72
4.2 Neraca Kalor ... 78
4.2.1 Perhitungan Kalor Laten dengan Gelas Ukur tidak
Diisolasi ... 78
4.2.2 Perhitungan Kalor Laten dengan Gelas Ukur Diisolasi ... 81
4.2.3 Kalor Yang Diserap Gelas Ukur ... 83
4.3 Analisa Perpindahan Panas pada Adsorber saat desorpsi (pemanasan).
85
4.4 Analisa Perpindahan Panas Pada Saat Adsorpsi ... 87
BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ... 97
5.2 Saran ... 98
DAFTAR PUSTAKA ... xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus Dasar Refrigerasi Adsorpsi ... 5
Gambar 2.2 Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi ... 6
Gambar 2.3 Alumina Aktif ... 7
Gambar 2.4 Diagram proses pembuatan alumina ... 9
Gambar 2.5 Metanol ( CH
3OH) ... 13
Gambar 2.6 Etanol/Alkohol Cair ( C
2H
5OH) ... 14
Gambar 2.7 Amonia Cair (NH
3) ... 15
Gambar 2.8 MC-134 ... 15
Gambar 2.9 Perpindahan Panas Konduksi Melalui Sebuah Pelat ... 20
Gambar 2.10 Perpindahan Panas Konveksi dari Permukaan Pelat ... 21
Gambar 2.11 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe A) ... 22
Gambar 2.12 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe B) ... 23
Gambar 3.1 Alumina aktif... 24
Gambar 3.2 Manometer Vakum ... 25
Gambar 3.3 Agilent ... 26
Gambar 3.4 Pompa Vakum ... 26
Gambar 3.5 Katub ... 27
Gambar 3.6 Pipa Penghubung ... 27
Gambar 3.7 Selang Karet ... 28
Gambar 3.8 Box Styrofoam ... 28
Gambar 3.9 Skema Proses Desorpsi ... 29
Gambar 3.10 Skema Proses Adsorpsi ... 30
Gambar 3.11 Alat Penguji Adsorpsi ... 32
Gambar 3.12 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi dengan gelas ukur Disolasi... 33
Gambar 3.13 Dimensi Alat Penguji ... 34
Gambar 3.14 Dimensi Kolektor ... 35
Gambar 3.15 Gelas Ukur ... 35
Gambar 3.16 Bentuk Adsorber ... 36
Gambar 3.18 Pemasangan Kawat Nyamuk ... 37
Gambar 3.19 Penyambungan Pelat Adsorber ... 37
Gambar 3.20 Pemasangan Pipa dan Valve ... 38
Gambar 3.21 Adsorber Lengkap ... 38
Gambar 3.22 Adsorber Setelah Dicat Hitam ... 38
Gambar 3.23 Pembuatan Gelas Ukur ... 39
Gambar 3.24 Gelas Ukur ... 39
Gambar 4.1 Letak Titik-Titik thermocouple pada Alat Penguji ... 41
Gambar 4.2 Grafik Temperatur Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi Metanol ... 42
Gambar 4.3 Grafik Suhu Rata-Rata Adsorber Metanol ... 43
Gambar 4.4 Grafik Temperatur Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi Etano ... 43
Gambar 4.5 Grafik Suhu Rata-Rata Adsorber Etanol ... 44
Gambar 4.6 Grafik Temperatur Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi Amonia .... 44
Gambar 4.7 Grafik Suhu Rata-Rata Adsorber Amonia ... 45
Gambar 4.8 Awal sebelum pengisian Musicool ke dalam Gelas Ukur ... 45
Gambar 4.9 Proses mengisi musicool ke dalam alat uji ... 46
Gambar 4.10 Pengisian musicool ( a ) Sebelum dan ( b ) Sesudah ... 46
Gambar 4.11 Grafik Adsober Pada Proses Adsorpsi Metanol ... 48
Gambar 4.12 Grafik Tekanan Metanol ... 48
Gambar 4.13 Grafik Adsorpsi Pada Gelas Ukur Metanol ... 49
Gambar 4.14 Grafik Adsober Pada Proses Adsorpsi Etanol ... 51
Gambar 4.15 Grafik Tekanan Etanol ... 51
Gambar 4.16 Grafik Adsorpsi Pada Gelas Ukur Etanol ... 52
Gambar 4.17 Grafik Adsober Pada Proses Adsorpsi Amonia ... 53
Gambar 4.18 Grafik Tekanan Amonia ... 54
Gambar 4.19 Grafik Adsorpsi Pada Gelas Ukur Amonia ... 54
Gambar 4.20 Grafik Desorpsi Pada Adsorber Metanol ... 55
Gambar 4.21 Grafik Desorpsi Temperatur Rata - Rata Metanol ... 56
Gambar 4.22 Grafik Desorpsi Pada Gelas Ukur Metanol ... 56
Gambar 4.23 Grafik Desorpsi Pada Adsorber Etanol ... 57
Gambar 4.24 Grafik Temperatur Rata – Rata Adsorber Etanol ... 58
Gambar 4.26 Grafik Desorpsi Pada Adsorber Amonia ... 59
Gambar 4.27 Grafik Temperatur Rata - Rata Adsorber Amonia ... 60
Gambar 4.28 Grafik Desorpsi Pada Gelas Ukur Amonia ... 60
Gambar 4.29 Grafik Temperatur Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi Metanol
Diisolasi ... 62
Gambar 4.30 Grafik Temperatur Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi Etanol
Diisolasi ... 63
Gambar 4.31 Grafik Temperatur Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi Amonia
Diisolasi ... 64
Gambar 4.32 Grafik Adsober Pada Proses Adsorpsi Metanol Diisolasi ... 66
Gambar 4.33 Grafik Tekanan Metanol Diisolasi ... 66
Gambar 4.34 Grafik Temperatur Adsorpsi Pada Gelas Ukur Metanol Diisolasi .. 67
Gambar 4.35 Grafik Temperatur Adsober Pada Proses Adsorpsi Etanol
Diisolasi ... 68
Gambar 4.36 Grafik Tekanan Etan ol Diisolasi ... 69
Gambar 4.37 Grafik Temperatur Adsorpsi Pada Gelas Ukur Etanol Diisolasi ... 69
Gambar 4.38 Grafik Temperatur Adsober Pada Proses Adsorpsi Amonia
Diisolasi ... 71
Gambar 4.39 Grafik Tekanan Amonia Diisolasi... 71
Gambar 4.40 Grafik Temperatur Pada Gelas Ukur Amonia Diisolasi... 72
Gambar 4.41 Grafik Desorpsi Pada Adsorber Metanol Diisolasi ... 73
Gambar 4.42 Grafik Desorpsi Temperatur Rata - Rata Metanol Diisolasi ... 73
Gambar 4.43 Grafik Desorpsi Pada Gelas Ukur Metanol Diisolasi... 74
Gambar 4.44 Grafik Desorpsi Pada Adsorber Etanol Diisolasi ... 75
Gambar 4.45 Grafik Temperatur Rata – Rata Adsorber Etanol Diisolasi ... 75
Gambar 4.46 Grafik Desorpsi Pada Gelas Ukur Etanol Diisolasi ... 76
Gambar 4.47 Grafik Desorpsi Pada Adsorber Amonia Diisolasi ... 77
Gambar 4.48 Grafik Temperatur Rata - Rata Adsorber Amonia Diisolasi ... 77
Gambar 4.49 Grafik Desorpsi Pada Gelas Ukur Amonia Diisolasi ... 78
Gambar 4.50 Mekanisme Perpindahan Panas pada Adsorber ... 85
DAFTAR TABEL
Table 2.1 Sifat Alumina Aktif ... 8
Tabel 2.2 Sifat Metanol ... 12
Tabel 2.3 Sifat Fisika dan Termodinamika Musicool ... 16
Tabel 4.1 Data Pengukuran Temperatur Rata – Rata Dan Tekanan Adsorpsi Pada
Metanol ... 47
Tabel 4.2 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata-Rata
Adsorpsi Etanol ... 49
Tabel 4.3 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata – Rata Adsorpsi Pada
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Arti
Satuan
Cp
Kalor spesifik tekanan tetap
J/kg.K
Cv
kalor spesifik volume tetap
J/kg.K
Q
LKalor laten
J
Le
Kapasitas kalor spesifik laten
J/kg
m
Massa zat
kg
Qs
Kalor sensible
J
∆
T
Beda temperatur
K
∆
x
Panjang/tebal pelat
m
Qsp
Kapasitas pendinginan spesifik
kJ/s/m
2h
Koefisien konveksi
W(m
2.K)
A
Total luas penampang plat
m
2k
Koefisien konduksi
W/mK
t
interval waktu
s
Tgl
Temperatur gelas ukur
K
Ts
Temperatur adsorber
K
T
bTemperatur bawah adsorber
K
Tf
Temperatur film
K
Q
Laju perpindahan panas
W
P
Tekanan Vakum
cmHg
ε
emisitas dari pelat penyerap
ABSTRAK
Salah satu faktor yang mempengaruhi merancang mesin pendingin siklus
adsorpsi adalah perbandingan yang ideal antara adsorben dan refrigeran. Pada
penelian ini menggunakan alumina aktif sebagai adsorben sebanya 1 kg.
Refrigeran yang digunakan yaitu metanol, etanol, amonia dan musicool. Alat
penguji kapasitas adsorpsi yang digunakan dilengkapi dengan lampu sorot
halogen 1000 W sebagai sumber panas. Adsorber yang digunakan terbuat dari
bahan stainless steel yang bertujuan agar tahan terhadap korosi akibat dari variasi
refrigeran yang digunakan ada pun luas penampang dari absorben ini 0,07 m
2.
Yang mempengaruhi sistem alat penguji mesin pendingin adsorpsi adalah
temperatur (T
adsorben),volume dan tekanan. Sedangkan variasi refrigeran yang
digunakan ada 4 yaitu metanol, etanol, amonia dan musicool. Diperoleh refrigeran
yang paling optimal pada proses adsorpsi-desorpsi adalah metanol. Kapasitas
metanol yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben alumina aktif adalah
sebanyak 320 mL.
ABSTRACT
One of the factors that influence the design of the cycle of adsorption of a
cooling machine is an ideal comparison between adsorbent and refrigerant. In
this experiment, the use of activated alumina as adsorbent is 1 kg. Refrigerant
that is used is methanol, ethanol, ammonia, and musicool. Adsorption capacity
testing equipment that is used is equipped with 1000 W halogen spot light as
source of heat. Adsorber that used is made of stainless steel that is meant to be
resistant with corrosive nature because of the variation of refrigerant that is used
and that the surface area of this absorbent is 0,07 m
2 .The thing which influence
the cycle of adsorption of a cooling machine is temperature, (T
adsorbant), volume,
and pressure. While variations exist 4 refrigerant used is methanol, ethanol,
ammonia and Musicool. Obtained the optimum refrigerant adsorption-desorption
process is methanol. Capacity that can be adsorbed methanol and desorption by
activated alumina adsorbent is 320 mL.
BAB I
PENDAHULUAN
1.1
Latar Belakang
Seperti kita ketahui energi surya dapat dimanfaatkan sebagai sumber
energi panas dan sebagai sumber energi listrik. Salah satu aplikasi dari
pemanfaatan energi termal matahari adalah mesin pendingin siklus adsorpsi.
Mesin ini digerakkan oleh tenaga matahari dan tidak menggunakan energi listrik
atau energi mekanik sama sekali. Dengan karakteristik iklim cuaca kota Medan,
sangat diperlukan pendinginan yang umumnya digunakan untuk pengkondisian
udara. Keunggulan utama siklus ini adalah temperatur regenerasi yang relatif
rendah sehingga cocok untuk aplikasi energi surya dan tidak memiliki bagian
yang berputar karena semua gerakan fluida memanfaatkan efek alamiah sehingga
tidak membutuhkan energi listrik sama sekali.
Berdasarkan penelitan sebelumnya yang dilakukan di departemen Teknik
Mesin Universitas Sumatera Utara siklus adsorpsi memiliki kelemahan sehingga
proses adsorpsi dan desobsi tidak berjalan dengan baik.
Salah satu cara untuk menanggulangi masalah tersebut yaitu dengan
mengetahui jumlah perbandingan optimum dari adsorben dan refrijeran yang
digunakan agar proses adsorpsi dan desorpsi yang terjadi dapat berjalan dengan
baik. Hal ini dapat dilakukan dengan menguji pasangan adsorben dan refrijeran
tersebut dengan alat uji di laboratorium. Pada penelitian ini digunakan variasi
refrijeran seperti metanol, amonia, etanol dan musicool dengan adsorben alumina
aktif untuk mendapatkan refrijeran yang paling baik diserap oleh alumina aktif
tersebut.
1.2
Tujuan Penelitian
Tujuan dilakukan penelitian skripsi ini adalah:
2.
Untuk mengetahui jumlah perbandingan yang ideal antara alumina
aktif dan refrigeran sehingga proses adsorpsi dan desorpsi dapat
berjalan dengan optimum.
3.
Untuk mengetahui berapa kapasitas adsorpsi dan desorpsi dari
alumina aktif terhadap refrigeran.
1.3
Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, penulis membatasi masalah pada:
1.
Perancangan alat penguji kapasitas adsorpsi dari adsorben pada mesin
penguji siklus adsorpsi.
2.
Pasangan adsorpsi yang dipakai adalah alumina aktif-metanol,
alumina etanol, alumina amonia dan alumina
aktif-musicool.
3.
Variabel yang diamati adalah temperatur, kapasitas, tekanan dan
waktu.
1.4
Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian :
1.
Memberikan masukan kapasitas adsorpsi untuk adsorben alumina
aktif.
2.
Sebagai wacana dalam sistem refrigerasi yang dapat dilanjutkan
untuk penelitian lebih lanjut.
1.5
Sistematika Penulisan
Skripsi ini disusun atas beberapa bab dengan garis besar tiap bab sebagai
berikut:
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini membahas latar belakang penulisan skripsi, tujuan
penulisan, batasan masalah dan manfaat penulisan skripsi.
Pada bab ini membahas teori-teori yang dapat mendukung dan menjadi
pedoman dalam penyusunan skripsi. Pada bab ini dibahas refrigerant sintetik dan
hidroalumina adsorben dan prinsip kerja mesin pendingin.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini membahas tentang alat dan bahan yang digunakan dan
tahapan-tahapan yang dilakukan dalam penelitian.
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
Pada bab ini membahas tentang data yang didapat dari pengujian alat dan
perhitungan hasilnya.
BAB V KESIMPULAN
Pada bab ini berisikan tentang kesimpulan dari skripsi yang telah selesai
dikerjakan dan saran-saran yang diperlukan untuk memperbaiki hasil penelitian
selanjutnya.
Daftar Pustaka
Daftar pustaka berisikan literatur-literatur yang digunakan untuk
menyusun lapuran ini.
Lampiran
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Siklus Adsorpsi
2.2.1 Teori Umum Adsorpsi
Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu
maupun
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.
Definisi lain menyatakan adsorpsi sebagai suatu peristiwa penyerapan
pada lapisan permukaan atau antar fasa dimana molekul dari suatu materi
terkumpul pada bahan pengadsorpsi atau adsorben.
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.
Gambar 2.1 Siklus Dasar Refrigerasi Adsorpsi
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.
Gambar 2.2 Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi
[8]Proses yang terjadi dapat di uraikan sebagai berikut ini.
1.
Proses Pemanasan ( pemberian tekanan )
menerima panas sehingga temperatur adsorber meningkat dan diikuti peningkatan
tekanan evaporasi menjadi tekanan kondensasi. Selama proses ini tidak ada aliran
refrigeran (metanol atau R134a yang masuk maupun yang keluar dari adsorber).
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 dan mengalir ke kondensor.
3.
Proses Pendinginan (penurunan tekanan)
Proses pendinginan berlangsung dari titik D ke F, 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. Adsorbat dalam bentuk uap dihasilkan dari
proses penyerapan kalor oleh adsorbat dari air yang ada disekitar evaporator
sebesar kalor laten penguapan adsorbat tersebut.
2.2
Adsorben
2.2.1 Alumina Aktif
yang sangat tinggi untuk rasio berat, karena banyak "terowongan seperti"
pori-pori.
Gambar 2.3 Alumina Aktif
Table 2.1 Sifat alumina aktif
[18]Fisik
Luas Permukaan
320 m
2/ 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/ft
3( 753 kgs/m
3)
Ukuran
1/16”, 1/8”, 3/16”, 1/4'”
1.5mm, 3mm, 5mm,
6mm
2.2.2 Pembuatan Alumina Aktif
Aluminium oksida adalah sebuah senyawa kimia dari aluminium dan
oksida, dengan rumus kimia Al
2O
3. Nama mineralnya adalah alumina, dan dalam
bidang pertambangan, kramik dan teknik material senyawa ini lebih banyak
disebut dengan nama alumina
Aluminium oksida, atau alumina, merupakan komponen utama
dalam bauksit bijih aluminium yang utama.
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)
4Fe
2O
3tidak larut dalam basa yang dihasilkan, sehingga bisa dipisahkan
melalui penyaringan. SiO
2larut 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)
3yang dihasilkan kemudian dipanaskan
2Al(OH)
3+ panas
→ Al
2O
3+ 3H
2O
Al
2O
3yang 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 ) .
Alumina aktif juga banyak digunakan untuk menghilangkan fluoride dari
air minum . Di AS , ada program luas untuk fluoridate air minum . Namun , di
daerah tertentu , seperti daerah Jaipur India , ada cukup fluoride dalam air
menyebabkan fluorosis . Filter alumina aktif dapat dengan mudah mengurangi
kadar fluoride dari 0,5 ppm sampai kurang dari 0,1 ppm . Jumlah fluoride
kehabisan dari air yang disaring tergantung pada berapa lama air benar-benar
menyentuh media filter alumina . Pada dasarnya , semakin alumina di filter,
semakin sedikit fluoride bias mencapai akhir , air disaring . Suhu air yang lebih
rendah , dan air pH rendah ( air asam ) akan disaring lebih efektif juga. pH yang
ideal untuk pengobatan adalah 5.5 yang memungkinkan sampai tingkat
penghapusan 95 % .
Refrigeran adalah zat yang mengalir dalam mesin pendingin (refrigerasi)
atau mesin pengkondisian udara (AC). Zat ini berfungsi untuk menyerap panas
dari benda atau udara yang didinginkan dan membawanya kemudian
membuangnya ke udara sekeliling di luar benda/ruangan yang didinginkan.
Berdasarkan jenis senyawanya, refrigeran dapat dikelompokan menjadi 7
kelompok yaitu sebagai berikut:
1.
Kelompok refrigeran senyawa halokarbon.
Kelompok refrigeran senyawa halokarbon diturunkan dari hidrokarbon
(HC) yaitu metana (CH
4), etana (C
2H
6), atau dari propana (C
3H
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 C4Cl2F6 1,2-dichlorohexafluorocyclobutane
2.
R-C317 C4ClF7 chloroheptafluorocyclobutane
3.
R-318 C4F8 octafluorocyclobutane
3.
Kelompok refrigeran campuran Zeotropik.
4.
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.
5.
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
4H
10), jika dipaksakan dituliskan sesuai dengan cara penomoran
refrigeran halokarbon, maka refrigeran ini akan bernomor R-3110, sehingga akan
menimbulkan kerancuan..
6.
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-702 : hidrogen
•
R-704 : helium
•
R-717 : amonia
•
R-718 : air
•
R-744 : O2
•
R-764 : SO2
7.
Kelompok refrigeran senyawa organik tak jenuh.
2.3.1 Metanol ( CH
3OH)
[image:35.595.265.394.499.673.2]Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang
mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Adapun
properties Metanol dapat dilihat seperti tabel berikut ini.
Tabel 2.2 Properties Metanol
[15]Properties Metanol
Massa jenis
Le
787 kg/m
3, cair
1100 kJ/kg
–97,7 °C
64.5 °C
Flammable (F), Toxic (T)
Metanol juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus.
Metanol merupakan bentuk
berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar,
dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan dari pada
Metanol digunakan sebagai bahan pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan
sebagai bahan aditif bagi etanol industri.
[15]Gambar 2.5 Metanol ( CH
3OH)
beberapa hari uap metanol tersebut akan
sinar
[15]2.3.2
Etanol
Etanol disebut juga etil alkohol, alkohol murni, alkohol absolut, atau
alkohol saja adalah sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tak
berwarna, dan merupakan alcohol yang paling sering digunakan dalam kehidupan
sehari – hari. Senyawa ini merupakan obat psikoaktif dan dapat ditemukan pada
minuman beralkohol dan thermometer modern. Etanol adalah salah satu obat
rekreasi yang paling tua.
Etanol termasuk ke dalam alcohol rantai tunggal, dengan rumus kimia
C
2H
5OH dan rumus empiris
[image:36.595.248.376.414.587.2]dimetil etil. Etanol sering disingkat menjadi EtOH, dengan "Et" merupakan
singkatan dari gugus etil (C
2H
5).
[15]Gambar 2.6 Alkohol Cair/Etanol ( C2H5OH)
Etanol banyak digunakan sebagai pelarut berbagai bahan-bahan kimia
yang ditujukan untuk konsumsi dan kegunaan manusia. Contohnya adalah pada
parfum, perasa, pewarna makanan, dan obat-obatan. Dalam kimia, etanol adalah
pelarut yang penting sekaligus sebagai stok umpan untuk sintesis senyawa kimia
lainnya. Dalam sejarahnya etanol telah lama digunakan sebagai bahan bakar.
2.3.3 Amonia
Amonia adalah
didapati berupa
amonia memiliki sumbangan penting bagi keberadaa
sendiri adalah senyaw
amonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusaka
bahkan
Sekalipun amonia diatur sebagai gas tak mudah terbakar,
[image:37.595.283.377.372.545.2]amonia masih digolongkan sebagai baha
[15]Gambar 2.7 Amonia Cair (NH3)
2.3.4 Musicool
Refrigeran hidrokarbon merupakan refrigeran alternatif jangka panjang
refrigeran CFC/HCFC. Dua keunggulaan penting yang dimilikinya adalah ramah
lingkungan dan karakteristik termodinamika yang handal sehingga meningkatkan
kinerja dan menghemat konsumsi energi sistem refrigerasi secara aman.
dirancang sebagai alternatif pengganti refrigeran sintetik yang masih memiliki
potensi merusak alam.
Gambar 2.8 MC-134
Musicool telah memenuhi persyaratan teknis sebagai refrigeran. Dari hasil
pengujian menunjukan bahwa dengan beban pendinginan yang sama Musicool
memiliki keunggulan-keunggulan dibanding refrigeran sintetik, diantaranya
beberapa parameter memberikan indikasi data lebih kecil, seperti: kerapatan
bahan (density), rasio tekanan kondensasi terhadap evaporasi, dan nilai
viskositasnya, sedangkan beberapa parameter lain memberikan indikasi data lebih
besar, seperti: efek refrigerasi, COP, kalor laten, dan konduktivitas bahan.
Perhatikan tabel sifat fisika dan termodinamika Musicool di bawah ini.
Tabel 2.3 Sifat Fisika dan Thermodinamika
[13]No
Parameter
MC-12 MC-22 MC-134
1.
Normal boiling point, °C
-32,90 -42,05
-33,98
2.
Temperatur kritis, °C
115,5
96,77
113,8
3.
Tekanan kritis, Psia
588,6
616,0
591,8
8.
Kerapatan uap jenuh pada 37,8°C (kg/m³)
17,12
28,53
17,76
Hidrokarbon dapat terbakar bila berada di dalam daerah segitiga api yaitu
tersedianya: hidrokarbon, udara dan sumber api. Jika salah satu dari ketiga faktor
tersebut tidak terpenuhi maka proses kebakaran tidak akan tejadi. Hal ini
mengakibatkan tidak akan terjadi kebakaran di dalam sistem refrigerasi karena
tidak adanya udara (tekanan sistem refrigerasi lebih tinggi dari tekanan atmosfer).
Hidrokarbon termasuk kelompok refrigeran A3, yaitu refrigeran tidak
beracun yang mempunyai batas nyala bawah (Low Flammability Limit/LFL)
kurang dari 3,5%. Hidrokarbon dapat terbakar jika berada di antara ambang batas
nyala 2-10% volume. Bila konsentrasi hidrokarbon di udara kurang dari 2% maka
tidak cukup hidrokarbon untuk terjadinya pembakaran, demikian juga bila
konsentrasinya di atas 10% karena oksigen tidak cukup untuk terjadinya
pembakaran.
[13]2.4
Keamanan Refrigeran
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 bedasarkan keamanan, yaitu bersifat racun dan
mudah terbakar.
Berdasarkan sifat mudah terbakar, refrigeran dapat dibagi atas 3 kelas,
kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Yang disebut kelas 1 jika mudah terbakar jika diuji
pada tekanan 1 atm (101 kPa) temperatur 18,3
oC. Kelas 2 jika menunjukkan
keterbakaran yang rendah saat konsentrasinya lebih dari 0,1 kg/m
3pada 1 atm dan
temperatur 21,1
oC 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
3ataun kalor pembakarannya lebih dari 19 MJ/kg.
Berdasarkan defenisi ini, sesuai dengan standar 34-1997. Refrigeran
diklasifikasikan menjadi 6 kategori.
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 dansifat 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 suhu. 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
struktur kristal (zat padat). Energi yang diperlukan disebut kalor transformasi.
Kalor yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassa m adalah
QL = Le m ... (2.1)
Dimana :
QL = Kalor laten zat (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 subtansi. Perubahan intensitas panas dapat diukur
dengan termometer. Ketika perubahan temperatur didapatkan, maka dapat
diketahui bahwa intensitas panas telah berubah dan disebut sebagai panas
sensible. 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 sensible (J/kg.K)
∆
T = Beda temperature (K)
2.5.3 Perpindahan Panas
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
Perpindahan panas dari partikel yang lebih panas ke partikel yang lebih
dingin sebagai hasil dari interkasi antara partikel tersebut. Karena partikelnya
tidak berpindah, umumnya konduksi terjadi pada medium padat, tetapi bisa juga
cair dan gas. Perpindahan panas di sini terjadi akibat interaksi antara partikel
tanpa diikuti perpindahan partikelnya. Perhatikan gambar di bawah ini.
Gambar 2.9 Perpindahan Panas Konduksi Melalui Sebuah Plat
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)
Dimana:
Q = laju aliran energi (W)
A = Luas penampang (m
2)
∆
x = panjang (m)
k = daya hantar (konduktivitas) (W/m.K)
2.
Konveksi
[image:43.595.253.418.310.453.2]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 mekanisme perpindahan panas konveksi adalah
adanya aliran fluida. Perhatikan gambar di bawah ini.
Gambar 2.10 Perpindahan Panas Konveksi dari Permukaan Pelat
Secara matematik perpindahan panas konveksi pada permukaan pelat rata
dapat dirumuskan dengan persamaan berikut ini.
Qh = hA(Ts-Tf) ... (2.5)
Dimana:
h = koefesien konveksi (W/m
2K)
A = luas penampang perpidahan panas (m
2)
Ts= Temperatur permukaan
Tf = Temperatur fluida
3.
Radiasi
Q
cAliran Udara
Aliran Udara
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 2.8) dan lingkungannya adalah:
Qr
= eσAT
4...(2.6)
Dimana
σ : konstanta Boltzmann: 5,67 x 10
-8W/m
2K
4e : 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 RaL adalaha panjang karakteristik yang
didefenisikan dengan persamaan:
�
=
�
�
. . . (2.7)
Dimana A menyatakan luas bidang horizontal dan K adalah keliling.
Dengan menggunakan panjang karakteristik (L) ini bilangan RaL
dapat dihitung
dengan menggunakan persamaan berikut (2.8).
Ra
L=
��(��−��)�3
�2
��
...(2.8)
Gambar 2.11 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):
Untuk 10
4< Ra
L< 10
7:
Nu = 0,54R
�
�0,25...(2.9)
Untuk 10
7< RaL < 10
9Nu = 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 2.12 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< RaL <10
10BAB III
METODOLOGI
3.1
Tempat dan Waktu
Tempat penelitian adalah laboratorium Teknik Pendingin, gedung Fakultas
Teknik USU. Waktu pelaksanaan penelitian ± 6 bulan.
3.2
Bahan
1.
Adsorben.
Adsorben yang digunakan pada penelitian ini adalah alumina aktif
sebanyak 1 kg.
Gambar 3.1 Alumina aktif
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:
•
Metanol ( 1liter )
•
Etanol ( 1liter )
•
Amonia ( 1liter )
•
Musicool ( 1liter )
3.3
Alat Ukur Yang Digunakan Pada Pengujian Kapasitas Adsorpsi
1.
Manometer Vakum
Gambar 3.2 Manometer Vakum
Spesifikasi:
Buatan
: Jerman
Max tekanan : 0 cmHg
Min tekanan : -76 cmHg
2.
Agilent
[image:48.595.267.394.102.254.2]Digunakan untuk mengukur temperatur pada generator/kolektor dan gelas
ukur dimana alat ini bekerja secara otomatis dan mencatat hasil pengukuran dalam
bentuk exel. Pada percobaan ini agilent yang dipergunakan berjumlah enam titik
diamana empat titik berada pada kolektor dan tiga titik berada pada gelas ukur.
Gambar 3.3 Agilent
Spesifikasi
Tipe
: Agilent 34970A
Buatan
: Belanda
Jumlah sensor thermocouple
: 20 channels multiplexer
3.4 Peralatan
1.
Pompa Vakum
Pompa vakum adalah sebuah alat untuk mengeluarkan molekul – molekul
gas dari dalam sebuah ruangan tertutup untuk mencapai tekanan vakum. Pada
percobaan ini pompa vakum digunakan untuk memvakumkan alat pengujian
sistem pendinginan adsorpsi dan mengeluarkan partikel-partikel/kotoran dan
mengeluarkan uap air dari generator/kolektor dan dari gelas ukur.
Gambar 3.4 Pompa Vakum
Spesifikasi:
Merek
: Robinair
Model No.
: 15601
Kapasitas
: 142 L/m
Motor H.p
: ½
Volt
: 110-115 V / 220-250 V
2.
Katup
Gambar 3.5 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 mengatur pemasukan refrigeran ke gelas ukur.
3. Pipa Penghubung
Pipa penghubung ini mengunakan bahan stainless steel yang berdiameter
¾” dengan panjang keseluruhan 40 cm.
Gambar 3.6 Pipa penghubung
4.
Selang Karet
Gambar 3.7 Selang Karet
5.
Box Styrofoam
Box styrofoam digunakan untuk mengisolasi gelas ukur agar tidak
terkontaminasi dengan udara luar.
Gambar 3.8 Box Styrofoam
3.5
Set-Up Eksperimental
Wadah yang berisi adsorben karbon aktif (adsorber) dipanaskan sehingga
temperatur dan tekanan meningkat yang menyebabkan timbulnya uap desorpsi.
Adsorbat dalam bentuk cair akan mengalir ke gelas ukur.
Skema alat penguji kapasitas adsorpsi dapat dilihat seperti gambar 3.8 s.d
3.9 berikut ini.
Gambar 3.9 Skema Proses Desorpsi
Proses desorpsi terjadi karena panas yang berasal dari lampu penguji
berpindah secara radiasi ke adsorber. Refrigeran yang berada dalam karbon 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
tekanan saturasi yang rendah sehingga penyerapan kalor berlangsung pada
temperatur yang rendah pula. Proses tersebut dinamakan adsorpsi.
Refrigeran cair
Gambar 3.10 Skema 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 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). Agilent dinyalakkan sehingga data-data temperatur pada setiap
titik termokopel tersimpan otomatis.
3.
Adsorber dipanaskan selama 7 jam (mulai pukul 10.00 WIB sampai dengan
pukul 17.00 WIB).
4.
Kemudian pada pukul 17.00 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.
5.
Pada gelas ukur diisi refrigeran. Pengujian pertama mengunakan metanol,
pengujian kedua menggunakan etanol, pengujian ketiga menggunakan amonia
dan pengujian terakhir adalah refrigeran musicool. Kemudian lampu alat
penguji kapasitas adsorpsi dimatikan. Data temperatur adsorber dan gelas ukur
akan otomatis tersimpan pada agilent dalam bentuk exel.
6.
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.
7.
Katup antara adsorber dan gelas ukur dibuka untuk memulai proses adsorpsi
(pukul 17.00 WIB sampai keesokan harinya pukul 10.00 WIB). Temperatur
adsorber akan turun seiring dengan turunnya temperatur lingkungan. Pada
malam hari dengan turunya temperatur adsorber, maka karbon aktif akan
menyerap refrigeran sehingga refrigeran akan menguap dan naik ke adsorben
karbon aktif. Tekanan adsorpsi dicatat setiap jamnya.
8.
Proses desorpsi mulai pukul 10.00 WIB sampai dengan pukul 17.00 WIB
dengan menyalakkan lampu pemanas alat penguji kapasitas adsorpsi
(1000
W). Seiring dengan naiknya temperatur adsorber maka refrigeran akan
menguap dari adsorben karbon aktif dan masuk ke gelas ukur dalam fasa cair.
3.6
Alat Penguji Kapasitas Adsopsi Dari Mesin Pendingin
Gambar 3.11 Alat Penguji Adsorpsi
Double Spot
Light
Manometer
Vakum
Selang
Katup
Gelas Ukur
Thermocuople
(6 titik)
Thermocuople
Gambar 3.12 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi dengan gelas ukur Disolasi
Alat penguji ini dirancang untuk kapasitas alumina aktif 1 kg dengan
mengunakan panas yang berasal dari lampu halogen . Lampu yang digunakan dua
buah dengan daya masing-masing sebesar 500 W. Pada alat penguji adsorpsi
dilengkapi sensor thermocoupel 7 titik (pengukur suhu), manometer vakum (
pengukur tekanan dalam alat penguji) dan juga gelas ukur untuk mengukur
volume refrigeran yang dapat di serap dan dilepaskan oleh alumina aktif.
3.6.1 Dimensi Utama Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi
Adapaun dimensi-dimensi mesin pendingin adsorpsi dapat digambarkan
sebagai berikut ini.
Gambar 3.13 Dimensi Alat Penguji
A.
Kolektor
Gambar 3.14 Dimensi Kolektor
B.
Gelas Ukur
[image:58.595.159.467.85.388.2]Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume refrigeran yang dapat
diserap oleh 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
280
50
250
3.7
Langkah Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi Padamesin
Pendingin Adsorpsi
3.7.1 Pembuatan adsorber
[image:59.595.235.396.270.421.2]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 Alumina aktif. Alumina aktif diisi
sebanyak 1 kg. Kemudian Alumina aktif diratakan didalam adsorber.
Gambar 3.17 Pengisian Alumina aktif
[image:59.595.238.393.524.677.2]adalah supaya Alumina aktif tidak jatuh pada saat adsorber dibalikkan dan
juga Alumina aktif tidak terhisap pada saat proses pemvakuman.
Gambar 3.18 Pemasangan Kawat Nyamuk
4.
Setelah proses ini, pelat penutup kemudian dihubungkan dengan
mengunakan las argon. Pada adsorber ini dilengkapi dengan manometer
vakum dan katup yang dipasang pada pipa adsorber.
Gambar 3.19 Penyambungan Pelat Adsorber
[image:60.595.243.383.402.568.2]Gambar 3.20 Pemasangan Pipa dan Valve
Gambar 3.21 Adsorber Lengkap
[image:61.595.224.403.529.690.2]6.
Langkah terakhir adalah melakukan pengecatan adsorber. Adsorber dicat
dengan cat warna hitam gelap. Tujuan pengecatan adalah agar adsorber
dapat menyerap panas dengan baik.
3.7.2 Pembuatan gelas ukur
[image:62.595.225.404.209.343.2]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 besar
volume refrigeran.
Gambar 3.23 Pembuatan gelas
2. Gelas ukur dilakukan pengecatan dan pada kaca akralik ditempel skala volume.
[image:62.595.239.389.429.550.2]3.8
Flowchart Penelitian
Berikut merupakan tahapan dalam pengujian adsorpsi pasangan Alumina
aktif-masing-masing refrigerant (metanol, etanol, ammonia).
Mulai
Analisa
•
Kesimpulan
•
Saran
Studi Literatur
Studi literatur dan jurnal
Tahapan Persiapan
•
Survei bahan dan alat
•
Gambar sketsa alat penguji
Pembuatan Alat Uji
•
Adsorber ( 1 kg Alumina aktif )
•
Gelas Ukur
Data Output
•
Temperatur ( agilent )
•
Tekanan
•
Volume
K
it d
i
Assembling Alat Uji
•
Pemvakuman
•
Pengujian:
BAB IV
ANALISA DATA
4.1
Hasil Pengujian
[image:64.595.165.514.296.571.2]Pengujian dilakukan pada bulan Juli sampai dengan bulan September.
Data yang diambil dari pengujian adalah temperatur adsorber, temperatur gelas
ukur, kapasitas refrigeran yang dapat diserap oleh alumina aktif beserta tekanan
dalam alat pengujian. Pada alat pengujian dipasang 7 titik sensor thermocouple, 4
titik pada adsorber dan 3 titik pada gelas ukur. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat
pada gambar 4.1 berikut ini.
Gambar 4.1 Letak titik thermocouple pada alat penguji
Keterangan :
•
Angka 6, 7, 8, 9, 10, 17 dan 20 adalah letak titik-titik
thermocouple. Pada
bagian atas adsorber terdapat 3 titik dimana peletakan titik 6 disebelah kiri
atas, titik 8 ditengah atas dan titik 9 disebelah kana atas. Bagian bawah
adsorber terdapat satu titik yaitu titik 7 yang berada ditengah. Pada bagian
gelas ukur terdapat 3 titik dimana peletakan titik 10 dibagian atas, titik 20
dibagian samping kanan dan titik 17 dibagian bawah.
6
9
8
10
20
17
7
•
Isolator yang digunakan pada :
-
Adsorber : Kayu
-
Gelas ukur : Styrofoam
4.1.1 Pengujian Dengan Gelas Ukur Tidak Diisolasi
4.1.1.1 Data Pemvakuman Alat Penguji Mesin Pendingin Adsorpsi
1.
Metanol
Pengujian refrigerant methanol (CH3OH). Mesin pengujian adsorpsi mulai
dipanaskan mulai pukul 10.00 WIB sampai dengan pukul 17.00 WIB. Pada pukul
17.00 WIB dilakukan pemvakuman alat pengujian adsorpsi dengan mengunakan
pompa vakum. Pemvakuman bertujuan untuk mengeluarkan partikel-partikel
pengotor dan uap air.
Temperatur maksimum adsorber yang dapat dicapai adalah 239,22
oC
(pada titik 8 thermocouple) dan temperatur terendah di awal percobaan adalah
adalah 27,13
oC. Di bawah ini grafik temperatur adsorber pada saat pemvakuman.
Gambar 4.2 Grafik Temperatur Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi Metanol
Gambar 4.3 Grafik Suhu Rata-Rata Adsorber Metanol
2.
Etanol
Pengujian refrigeran etanol (C2H5OH). Pengujian etanol sama perlakuannya saat
pengujian metanol. Adapaun hasil data pengujiaan pemvakuman dapat dipaparkan
seperti berikut ini.
Temperatur maksimum adsorber yang dapat dicapai adalah 223,93
oC
(pada thermocouple
8) dan temperatur terendah di awal percobaan adalah adalah
27,76
oC. Di bawah ini grafik temperatur adsorber pada saat pemvakuman.
Gambar 4.4 Grafik Temperatur Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi Etanol
Gambar 4.5 Grafik Suhu Rata-Rata Adsorber Etanol
3.
Amonia
Pengujian refrigeran amonia
saat pengujian metanol dan etanol. Adapaun hasil data pengujiaan pemvakuman
dapat dipaparkan seperti berikut ini.
Temperatur maksimum adsorber yang dapat dicapai adalah 215,98
oC
(pada titik 8 thermocouple) dan temperatur terendah di awal percobaan adalah
adalah 27,1
oC. Di bawah ini grafik temperatur adsorber pada saat pemvakuman.
Suhu rata-rata generator pada proses pemvakuman adalah 180,94
oC.
Berikut ini ditampilkan grafik suhu rata-rata pada generator.
Gambar 4.7 Grafik Suhu Rata-Rata Adsorber Amonia
4.
Musicool
Pengujian terakhir adalah pengujian refrigeran musicool ( MC-134 ).
Tetapi pada pengujian musicool tidak berhasil diuji. Karena musicool memiliki
tekanan yang tinggi sedangkan alat uji mesin pendingin adsorpsi yang dirancang
untuk refrigeran tekanan rendah. Oleh karena itu gelas ukur tidak dapat diisi
dengan musicool dan tidak dapat melakukan proses pemvakuman.
Berikut merupakan gambar ketika memasukkan musicool ke dalam gelas
ukur.
Gambar 4.9 Proses mengisi musicool ke dalam alat uji
Setelah dilakukan pengisian musicool katub antara gelas ukur dan adsorber
dibuka, yang terjadi adalah alat uji mengembung akibat tekanan dari musicool
yang tinggi. Perhatikan gambar adsorber berikut ini.
a b
Gambar 4.10 Pengisian musicool ( a ) Sebelum dan ( b ) Sesudah
4.1.1.2 Data Pengujian Adsorpsi
Setelah proses pemvakuman maka dilanjutkan proses adsorpsi. Adsorpsi
dimulai pada pukul 17.00 WIB sampai kesokan harinya pada pukul 10.00 WIB.
Mengembung
Permukaan datar
Adapun data-data pada adsorber dan gelas ukur ( seperti temperatur, tekanan dan
volume refrigeran yang terserap 1 kg alumina aktif ) sebagai berikut ini.
1.
Metanol
A.
Adsorber
[image:70.595.128.498.273.739.2]Tekanan awal pada proses ini adalah -0.5333 Bar. Temperatur terendah
yang dapat dicapai oleh adsorber adalah 25,16
oC. Data tekanan setiap jam pada
proses adsorpsi dapat ditampilkan seperti tabel 4.1.
Tabel 4.1 Data Pengukuran Temperatur Rata – Rata Dan Tekanan Adsorpsi Pada
Metanol
No
Pukul
Tekanan Bar
Temperatur rata-rata (
oC)
1.
17.00
-0.5333
206.93
2.
18.00
-0.7466
41.35
3.
19.00
-0.8066
29.38
4.
20.00
-0.8299
26.28
5.
21.00
-0.8299
26.31
6.
22.00
-0.8299
26.20
7.
23.00
-0.8299
26.33
8.
24.00
-0.8299
26.25
9.
01.00
-0.8399
26.05
10.
02.00
-0.8399
25.98
11.
03.00
-0.8399
25.84
12.
04.00
-0.8433
25.70
13.
05.00
-0.8466
25.61
14.
06.00
-0.8466
25.53
15.
07.00
-0.8499
25.46
16.
08.00
-0.8533
25.31
18.
10.00
-0.8399
26.79
[image:71.595.113.512.481.705.2]Untuk lebih jelasnya dapat ditampilkan dalam bentuk grafik berikut ini.
Gambar 4.11 Grafik Adsober
![Tabel 2.2 Properties Metanol[15]](https://thumb-ap.123doks.com/thumbv2/123dok/165118.12368/35.595.265.394.499.673/tabel-properties-metanol.webp)
