PENGUJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI DARI ADSORBEN KARBON
AKTIF UNTUK MESIN PENDINGIN TENAGA SURYA
SKRIPSI
Skripsi Yang DiajukanUntukMelengkapi
SyaratMemperolehGelarSarjanaTeknik
BONARDO SORMIN
NIM. 120421018
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTA
Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas segala
anugerah dan Kasih-Nya yang memberikan kesempatan kepada penulis sehingga
dapat menyelesaikan Skripsi ini dengan baik.
Skripsi berjudul “PENGUJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI DARI
ADSORBEN KARBON AKTIF UNTUK MESIN PENDINGIN TENAGA
SURYA”, disusun untuk memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada bapak
Dr.Eng. Himsar Ambarita.ST.MT. selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak
memberikan bimbingan dan saran – saran kepada penulis mulai dari awal
penyusunan proposal hingga peneliti sampai dengan selesainya penulisan skripsi
ini. Ucapan terima kasih juga disampaikan kepada bapak Ir. Syahrul Abda, MSc,
bapak Ir. A. Halim Nst, MSc, sebagai dosen pembanding, yang telah memberikan
masukan dan saran sehingga penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini.
Ucapan terima kasih kepada bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME selaku
Dekan Fakultas Teknik USU. Ucapan terima kasih juga penulis sampaikan kepada
bapak Dr.Ing.Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin
Fakultas Teknik USU dan kepada seluruh Bapak dan Ibu dosen beserta staf
pegawai Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
Penulis telah berupaya semaksimal mungkin dalam menyelesaikan skripsi
ini, namun penulis menyadari masih banyak kekurangan baik dari segi isi maupun
tata bahasa, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang bersifat
membangun dari pembaca demi sempurnanya skripsi ini.
Kiranya isi skripsi ini bermanfaat dalam memperkaya pengetahuan dalam
ilmu teknik khususnya teknik pendingin.
Medan, Maret 2015
Penulis
PENGUJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI DARI ADSORBEN KARBON
AKTIF UNTUK MESIN PENDINGIN TENAGA SURYA
Bonardo Sormin (120421018)
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 karbon 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 refrigeran yang digunakan.
karbon aktif yang digunakan sebagai adsorben sebanyak 1 kg. Sedangkan
refrigeran yang digunakan yaitu metanol. Kapasitas metanol yang dapat
diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben karbon aktif mengunakan baut adalah
sebanyak 350 mL. Sedangkan kapasitas metanol yang dapat diadsorpsi dan
didesorpsi oleh adsorben karbon aktif tidak menggunakan baut adalah sebanyak
275 mL.
ADSORPTION CAPACITY OF THE ADSORBENT TESTING OF
ACTIVATED CARBON FOR ENGINE COOLING SOLAR
Bonardo Sormin (120421018)
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 carbon 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 of refrigerant used. Mixture of activated carbon used as much
as 1 kg of adsorbent. While the refrigerant used is methanol. The capacity of
methanol which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated carbon
bolt use is as much as 350 mL. While the capacity of methanol which can be
adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated bolt is not used as much as
275 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 Batasan Masalah ...
2
1.3 Tujuan Peneitian ...
2
1.4 Manfaat Penelitian ...
3
1.5 Sistematika Penulisan ...
3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Siklus Adsorpsi ...
5
2.2 Adsorben ...
9
2.2.1 Karbon Aktif ...
9
2.2.2 Pembuatan Karbon Aktif ...
12
2.2.3 Kegunaan Karbon Aktif ...
13
2.3.1 Metanol ...
15
2.4 Keamanan Lingkungan ...
16
2.5 Kalor (Q) ...
17
2.5.1 Kalor Laten ...
17
2.5.2 Kalor sensibel ...
18
2.5.3 Perpindahan Panas ...
19
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu ...
24
3.2 Bahan ...
24
3.3 Alat Ukur yang Digunakan pada Pengujian Kapasitas Adsorpsi 24
3.4 Peralatan yang Digunakan ...
27
3.5 Set-Up Eksperimental ...
31
3.5.1 Prosedur Pengujian ...
32
3.6 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi ...
34
3.6.1 Dimensi Utama Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi
35
3.7 Langkah Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi ...
37
3.7.1 Pembuatan Adsorber ...
37
3.7.2 Pembuatan Gelas Ukur ...
40
3.8 Flowchart Penelitian ...
41
4.1.1 Pengujian dengan Gelas Ukur ...
44
4.1.2 Data Alat Pengujian Kapasitas Adsorbsi
Menggunakan Baut Dan Tanpa Baut Dengan Gelas
Ukur Diisolasi ...
44
4.2 Energi Adsorpsi Karbon Aktif ...
63
4.3 Neraca Kalor ……….
64
4.3.1 Kalor yang Diserap Gelas Ukur ...
64
4.3.2 Perhitungan Kalor Laten ...
65
4.4 Analisa Perpindahan Panas pada Adsorber saat Desorpsi ...
67
4.4.1 Konveksi Panas Pada Pengujian Metanol ...
67
4.5 Analisa Perpindahan Panas Pada Saat Adsorpsi ... 71
4.5.1 Konveksi Natural Pada Pengujian Metanol ...
71
4.5.2 Efisiensi Gelas Ukur ...
88
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan ...
91
5.2 Saran ...
92
DAFTAR PUSTAKA
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus Dasar Refrigerasi Adsorpsi ...
6
Gambar 2.2 Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi 7
Gambar 2.3 AdsorbenKarbonAktif ...
9
Gambar 2.4 StrukturKarbonAktif ...
10
Gambar 2.5 Metanol( CH
3OH) ...
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) ...
22
Gambar 2.9 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe b) ...
23
Gambar 3.1 Pace XR5 Data Logger ...
25
Gambar 3.2 Thermokopel Type J ... 25
Gambar 3.3 Sensor Tekanan ...
26
Gambar 3.4 Pompa Vakum ...
27
Gambar 3.5 Katup ...
28
Gambar 3.6 Pipa Penghubung ...
28
Gambar 3.7 Selang Karet ...
29
Gambar 3.8 Baut ...
29
Gambar 3.9 Kotak Isolasi Styrofoam ...
30
Gambar 3.10 Laptop ...
30
Gambar 3.12
Set-Up
Eksperimental pada Proses Adsorpsi ...
32
Gambar 3.13 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi dengan gelas ukur ...
34
Gambar 3.14 Dimensi Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi ...
35
Gambar 3.15 Dimensi Adsorber ...
36
Gambar 3.16 Gelas Ukur...
36
Gambar 3.17 Bentuk Adsorber ...
37
Gambar 3.18 Pengisian Adsorben Karbon Aktit...
37
Gambar 3.19 Pemasangan Kawat Kasa ...
38
Gambar 3.20 Penyambungan Pelat Adsorber ...
38
Gambar 3.21 Pemasangan Pipa, Sensor Tekanan dan Katup...
39
Gambar 3.22 Adsorber Lengkap ...
39
Gambar 3.23 Adsorber Setelah Dicat Warna Hitam ...
39
Gambar 3.24 Pembuatan Gelas Ukur ...
40
Gambar 3.25 Gelas Ukur...
40
Gambar 4.1 Letak Titik-Titik
thermocouple
pada Alat Penguji ...
43
Gambar 4.2 Grafik Temperatur vs Waktu Pemanasan Awal Alat Penguji
Adsorpsi (metanol) menggunakan Baut ...
45
Gambar 4.3 Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu pada Adsorber
Pada Saat Pemanasan Awal ...
46
Gambar 4.4 Grafik Tekanan vs Waktu ...
47
Adsorpsi (metanol) Tidak menggunakan Baut ...
48
Gambar 4.6 Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu pada Adsorber
Pasa Saat Pemanasan Awal ...
49
Gambar 4.7 Grafik Tekanan vs Waktu ...
50
Gambar 4.8 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Alat Penguji
Adsorpsi (metanol) menggunakan Baut ...
51
Gambar 4.9 Grafik Temperatur vs Waktu adsorpsi Gelas Ukur Refrigerant
(metanol) ...
52
Gambar 4.10 Grafik Tekanan vs Waktu ...
53
Gambar 4.11 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Alat Penguji
Adsorpsi (metanol) tanpa Baut...
54
Gambar 4.12 Grafik Temperatur vs Waktu adsorpsi Gelas Ukur Refrigerant
(metanol) ...
55
Gambar 4.13 Grafik Tekanan vs Waktu ...
56
Gambar 4.14 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Alat Penguji
Adsorpsi (metanol) menggunakan Baut ...
57
Gambar 4.15 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Gelas Ukur Refrigerant
(metanol) ...
58
Gambar 4.16 Grafik Tekanan vs Waktu ...
59
Gambar 4.17 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Alat Penguji
Gambar 4.18 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Gelas Ukur Refrigerant
(metanol) ...
61
Gambar 4.19 Grafik Tekanan vs Waktu ...
62
Gambar 4.20 Mekanisme Perpindahan Panas pada Adsorber ...
68
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1 Sifat Adsorben Karbon Aktif ...
10
Tabel 2.2 Kegunaan Karbon Aktif ...
14
Tabel 2.3 Standar Mutu Karbon Aktif ...
14
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Arti
Satuan
A
Luas penampang
m2
h
koefisien konveksi
W(m2K)
k
Koefisien konduksi
W/m.K
m
Massa zat
kg
P
Tekanan Vakum
cmHg
t
Interval waktu
s
Cp
Kalor spesifik tekanan tetap
J/kg.K
Le
Kapasitas kalor spesifik laten
J/kg
Nu
Bilangan Nusselt
Qc
Laju perpindahan panas konduksi
W
Qh
laju perpindahan panas konveksi
W
Qr
laju perpindahan panas radiasi
W
QL
Kalor laten
J
Qs
Kalor sensibel
J
Tb
Temperatur bawah adsorber
K
Tf
Temperatur film
K
T
LTemperatur lingkungan
K
TG
Temperatur gelas ukur
K
Tgl
Temperatur gelas ukur
K
∆
T
Beda temperatur
K
∆
x
Panjang/tebal pelat
m
ε
emisitas dari pelat penyerap
PENGUJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI DARI ADSORBEN KARBON
AKTIF UNTUK MESIN PENDINGIN TENAGA SURYA
Bonardo Sormin (120421018)
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 karbon 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 refrigeran yang digunakan.
karbon aktif yang digunakan sebagai adsorben sebanyak 1 kg. Sedangkan
refrigeran yang digunakan yaitu metanol. Kapasitas metanol yang dapat
diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben karbon aktif mengunakan baut adalah
sebanyak 350 mL. Sedangkan kapasitas metanol yang dapat diadsorpsi dan
didesorpsi oleh adsorben karbon aktif tidak menggunakan baut adalah sebanyak
275 mL.
ADSORPTION CAPACITY OF THE ADSORBENT TESTING OF
ACTIVATED CARBON FOR ENGINE COOLING SOLAR
Bonardo Sormin (120421018)
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 carbon 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 of refrigerant used. Mixture of activated carbon used as much
as 1 kg of adsorbent. While the refrigerant used is methanol. The capacity of
methanol which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated carbon
bolt use is as much as 350 mL. While the capacity of methanol which can be
adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated bolt is not used as much as
275 mL.
PENDAHULUAN
1.1
Latar belakang Masalah
Dalam pengujian 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 semua teknik yang dapat digunakan untuk menurunkan temperatur
suatu medium sampai lebih rendah daripada temperatur lingkungannya
(Ambarita,2012).
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 adsorber dengan
mengenakan baut dan tanpa baut. Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan
refrigeran
(metanol) yang paling baik diserap oleh adsorben yang menggunakan
karbon aktif (
adsorber
mengenakan baut atau tanpa baut).
1.2 Batasan Masalah
Penelitian ini dikerjakan oleh satu tim yang terdiri dari 3 orang, termasuk
penulis. Secara khusus penulis bertanggung jawab pada penelitian pengujian
karbon aktif sebagai adsorber dan metanol sebagai refrigannya.
Dalam skripsi ini penulis mengambil batasan untuk memperjelas ruang
lingkup permasalahan. Batasan itu antara lain :
1.
Pengujian kapsitas adsorpsi pada mesin pendingin tenaga surya.
2.
Pasangan adsorben dan refrigeran yang dipakai adalah adsorben karbon
aktif dengan metanol.
3.
Variable yang diamati adalah temperature, tekanan,waktu, dan kapasitas
adsorpsi.
1.3 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut.
1.
Untuk menghitung energi adsorpsi dari karbon aktif berdasarkan data
pengujian mesin pendingin tenaga surya.
2.
Untuk mengetahui kapasitas adsorpsi dari karbon aktif pada mesin
pendingin tenaga surya dengan refrigeran metanol.
3.
Untuk perhitungan efisiensi kolektor menggunakan baut dan tanpa
menggunakan baut berdasarkan data pengujian mesin pendingin tenaga
surya.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang akan dicapai dari penelitian ini adalah :
1.
Memberikan data masukan kapasitas adsorpsi-desorpsi adsorben karbon
aktif terhadap refrigeran metanol.
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, latar
belakang 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
grafik dan dianalisa data yang didapat dari pengujian alat dan perhitungan teknik
hasilnya.
Bab V Kesimpulan dan Saran
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
Lampiran berisikan data dari hasil penelitian yang didapatkan dan gambar
selama proses pengerjaan alat perakitan/pembuatan mesin pendingin dan saat
pengujian.
BAB II
Siklus adsorpsi adalah siklus termodinamika yang dapat digunakan untuk
menghasilkan efek pendinginan, siklus ini menggunakan panas sebagai sumber
energi utama untuk menghasilkan efek pendinginan (Ambarita, 2013).
Berdasarkan interaksi molekular anatara permukaan adsorben dengan
adsorbat, adsorpsi dapat dibagi menjadi dua jenis, yaitu penyerapan secar fisika
(adsorpsi) dan penyerapan secara kimia (absorpsi). Pada adsorpsi jenis ini,
adsorpsi terjadi tanpa adanya reaksi antara molekul – molekul adsorbat dengan
permukaan adsorben. Molekul – molekul adsorbat terikat secara lemah karena
adanya gaya
Van der Waals.
Adsorpsi ini relative berlangsung cepat dan bersifat
reversible. Karena dapat berlangsung di bawah temperature kritis adsorbat yang
relatife rendah, maka panas adsorpsi yang dilepaskan juga rendah. Adsorbat yang
terikat secara lemah pada permukaa adsorben, dapat bergerak dari suatu bagian
permukaan ke bagian permukaan lain. Peristiwa adsorpsi fisika menyebabkan
molekul – molekul gas yang teradsorpsi mengalami kondensasi. Besarnya panas
yang dilepaskan dalam proses adsorpsi fisika adalah kalor kondensasinya (Taufan,
2008)
Adsorpsi kimia adalah adsorpsi yang terjadi karena adanya reaksi kimia
antara molekul – molekul adsobat dengan permukaan adsorben. Adsorpsi jenis ini
diberi istilah sebagai
absorption
dan bersifat tidak reversible hanya membentuk
satu lapisan tunggal (
monolayer
). Adsorben yang mengadsorpsi secara kimia pada
umumnya sulit diregernerasi (Taufan, 2008).
Gambar 2.1 Siklus Dasar Refrigerasi Adsorpsi
(Sumber : Purba,2013)
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.
[image:31.595.141.492.375.651.2]Siklus mesin pendingin adsorpsi dapat digambarkan pada diagram
Clayperon berikut ini.
Gambar 2.2 Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi
(sumber : Purba, 2013)
a.
Dalam Proses Adsorber:
1.
Proses Pemanasan (pemberian tekanan)
Proses pemanasan dimulai dari titik A dimana adsorben berada pada
temperatur rendah
T
Adan 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.
b.
Dalam proses Evaporator – kondensor
1.
Proses Panas Keluar
Proses panas keluar berlangsung dari titik B – C. Pada proses ini terjadi
kondensasi
isobaric
, dimana terjadinya kenaikan temperatur yang
mengakibatkan panas kelur secara tekanan konstan.
Proses efek pendinginan berlangsung dari titik C – A’ – A. Pada proses ini
terjadi dua proses yaitu proses pendinginan oleh refrigerant (isokhorik
refrigerant), dan proses penguapan tekanan konstan (
isobaric
penguapan).
2.2
Adsorben
2.2.1 Karbon Aktif
Karbon aktif adalah suatu bahan berupa karbon armof yang sebagian besar
teridiri atas karbon bebas serta memiliki “permukaan dalam” (
internal surface
)
sehingga mempunyai kemampuan daya serap yang baik. Daya serap dari karbon
aktif umumnya bergantung pada senyawa karbon sehingga 85% sampai 95%
karbon bebas (Taufan, 2008).
Karbon aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu karbon aktif sebagai pemucat dan
sebagai penyerap uap. Karbon aktif sebagai pemucat biasanya berbentuk bubuk
yang sangat halus, digunakan dalam fase cair, berfungsi untuk memindahkan
zat-zat pengganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan,
membebaskan pelarut dari zat-zat pengganggu dan kegunaan lain yaitu pada
industri kimia. Diperoleh dari serbuk-serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau
dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang
lemah (Purba, 2013).
Adsorben karbon aktif yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari
cangkang kelapa. Adapun sifat dari adsorben karbon aktif yang digunakan adalah
sebagai berikut ini.
Tabel 2.1 Sifat Adsorben Karbon Aktif.
No.
Sifat Adsorben Karbon Aktif
Nilai Sifat Karbon Aktif
1.
Massa Jenis
352,407 – 544,629 m
3/Kg
2.
Pore Volume
0,56 – 1,20 cm
3/g
3.
Diameter rata – rata pori
15-25 Å
4.
Regeneration Temperatur
100 140
0C
5.
Ukuran Karbon Aktif
3 mm
(Purba, 2013)
Untuk lebih jelasnya perhatikan bagian-bagian dari struktur satu adsorben
karbon aktif berikut ini.
Gambar 2.4 Struktur Karbon Aktif
(sumber : Purba, 2013)
Pada adsorben berpori mikro seperti karbon 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
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 (Wuntu dan Kamu, 2008).
Persamaan adsorpsi dapat dilihat dibawah ini :
W = W
0exp
�
– (
�
/(
�
0)
��
(2.1)
Dimana :
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 adsorpsi dari karbon aktif
E
0= Energy adsorpsi (J/mole)
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 :
Persamaan (2.2) selanjutnya dapat diubah ke dalam bentuk :
Ln W = LnW
0- (1/(E
0)
2A
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 Karbon Aktif
Untuk membuat
antara lain:
1.
Karbonisasi atau pembuatan arang dari batok kelapa tua
2.
Aktivasi arang batok
Untuk membuat arang dari batok kelapa perlu memenuhi syarat antara lain
tempurung dari kelapa tua dan berkadar air rendah. Syarat ini akan memudahkan
proses pengarangan, pematangannya akan berlangsung baik dan merata. Prinsip
dasar aktivasi arang aktif adalah destilasi kering atau pirolisis yaitu pembakaran
tanpa menggunakan udara atau oksigen dengan suhu tinggi (Purba, 2013).
Berikut cara kerja pembuatan
1.
Karbonisasi atau pembuatan arang
Untuk membuat arang ada beberapa cara, yang pertama cukup dimasukkan
ke dalam drum minyak, kemudian tempurung dibakar saat awal saja, kemudian
setelah menyala ditutup. Harap ingat, drum harus dikasih lubang udara sedikit
untuk melihat apakah arang sudah jadi atau belum, bisa dilihat dari indikasi asap
yang keluar.
sebaiknya tungku ditutup dengan maksud agar oksigen pada ruang pengarangan
serendah-rendahnya sehingga diperoleh hasil arang yang baik. Untuk pengaturan
udara di dalam tungku bisa diatur dengan membuka tutup lubang udara.
Kemudian jika asap semakin menipis dan berwarna biru, berarti
pengarangan hampir selesai, tunggu sampai arang menjadi dingin. Setelah dingin
arang bisa di bongkar.
2.
Aktivasi
Adapun prosedur atau langkah-langkah untuk mengaktifkan karbon dapat
dilakukan dengan berikut ini.
a.
Arang dimasukkan ke dalam tangki aktivasi (pirolisis) dan ditutup rapat.
b.
Pastikan sambungan pipa pendingin, dan
termocouple
untuk pengamatan
temperatur berfungsi sebagaimana mestinya.
c.
Alirkan air pendingin ke dalam pipa pendingin, kemudian kompor tungku
pirolisis mulai dinyalakan. Kompor bisa menggunakan bahan bakar
minyak tanah atau solar. Pengaturan api bisa diatur menggunakan
kompresor.
d.
Melakukan pengamatan terhadap kerja dari tungku aktivasi dengan
mengamati kenaikan temperatur. Temperatur selama proses sekitar 600°C,
apabila temperatur telah mencapai 600°C dan terlihat pada ujung
pendingin tidak adanya tar (cairan berwarna coklat) yang keluar, ditandai
dengan adanya gelembung air, maka pembakaran dipertahankan selama 3
jam. Setelah waktu tersebut proses telah selesai. Kemudian api dimatikan,
dan tungku aktivasi dibiarkan sampai dingin, setelah itu bisa dibuka dan
dikeluarkan untuk dilakukan penggilingan sesuai mesh yang diinginkan.
Arang aktif atau karbon aktif siap digunakan.
2.2.3 Kegunaan Karbon Aktif
penjernih. Dalam jumlah yang kecil digunakan juga sebagai katalisator. Untuk
lebih jelasnya dapat dilihat dalam tabel berikut ini.
Tabel 2.2 Kegunaan Karbon Aktif
No.
Pemakaian
Kegunaan
1. Industry obat dan makanan
Menyaring, penghilangan baud an rasa
2. Minuman keras dan ringan
Penghilangan warna, bau pada inuman
3. Kimia perminyakan
Penyulingan bahan mentah
4. Pembersih air
Penghilang warna, bau penghilangan
resin
5. Pelarut yang digunakan kembali Penarikan kembali berbagai pelarut
6. Pemurnian gas
Menghilangkan sulfur, gas beracun,
bau busuk asap
7. Katalisator
Reaksi katalisator pengangkut vinil
kholorida , vinil asetat
(Pratama,2009)
[image:38.595.115.512.193.428.2]Syarat mutu karbon aktif menurut Standar Industri Indonesia (SII No.
0254-79) adalah seperti tabel berikut ini.
Tabel 2.3 Standar Mutu Karbon Aktif
No.
Jenis Uji
Satuan
Persyaratan
1.
Bagian yang hilang pada pemanasan
%
Maksimum 15
2.
Air
%
Maksimum 10
3
Abu
%
Maksimum 2,5
4.
Bagian yang tidak mengarang
%
Maksimum 2,5
(Purba,2013)
2.3
Refrigeran
Refrigeran adalah fluida kerja utama pada suatu siklus pendingin
dan membuang panas pada temperature dan tekanan tinggi. Umumnya refrigerant
yang digunakan adalah zat tunggal, tetapi adakalanya beberapa refrigerant akan
dicampur untuk menghasilkan refrigerant baru dengan sifat yang diinginkan
(Ambarita, 2013).
Berikut istilah – istilah campuran dari campuran refrigerant tersebut.
1.
Blends
adalah campuran beberapa refrigerant murni/tunggal. Misalnya
R-22 dengan R-134a.
2.
Azeotropic
jika campuran
refrigerant
memiliki sifat/titik yang sama saat
menguap dan mengembun. Dengan kata lain campuran ini tidak dapat
dipisahkan dengan cara destilasi.
3.
Zeotropic
jika campuran mempunyai titik didih dan titik embun yang
berbeda.
4.
Glide
adalah perbedaan temperature yang terjadi pada saat perubahan fasa.
2.3.1
Metanol
Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang
mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Adapun sifat
Metanol dapat dilihat seperti tabel berikut ini (Purba,2013).
Tabel 2.4 Sifat Metanol
No.
Sifat Metanol
Nilai Sifat Metanol
1.
Massa Jenis (cair)
787 Kg/m
32.
Titik Lebur
-97.7
0C
3.
Titik Didih
64,5
0C
4.
Klasifikasi EU
Flamamable (F), Toxic (T)
5.
Panas Laten Penguapan (L
e)
1100 kJ/kg
(Purba, 2013)
Metanol juga dikenal sebagai metil alkohol,
wood alcohol
atau spiritus.
metanol 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. Metanol diproduksi secara alami oleh
metabolisme
(dalam jumlah kecil) di udara. Setelah beberapa hari uap metanol tersebut
akan
Gambar 2.5 Metanol ( CH
3OH)
2.4
Keamanan Lingkungan
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
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 (Amabarita, 2012).
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 dan sifat terbakar rendah.
6.
B3 : sifat racun lebih tinggi dan mudah terbakar.
2.5
Kalor (Q)
Kalor adalah energi yang berpindah yang mengakibatkan perubahan
temperatur (Holman, 1984). 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
perubahan fasa. Misalnya padat menjadi cair, cair menjadi uap dan perubahan
struktur kristal (zat padat) (Holman,1984). Energi yang diperlukan disebut kalor
transformasi. Kalor yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassa m
adalah.
Q
L=
L
em
(2.6)
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 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 (Holaman, 1984).
Q
s= m C
p∆
T
(2.7)
Dimana:
Q
s= Kalor sensible
(
J
)
C
p= Kapasitas kalor spesifik sensibel (J/kg.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 (Ambarita, 2011)
1. Konduksi
Perpindahan panas dari partikel yang lebih panas ke partikel yang lebih
dingin sebagai hasil dari interaksi 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 (Ambarita, 2011). Perhatikan gambar
beriktu ini.
Gambar 2.6 Perpindahan Panas Konduksi Melalui Sebuah Pelat
(Sumber : Ambarita, 2011)
Secara matematik, untuk plat datar seperti gambar di atas ini, laju
perpindahan panas konduksi dirumuskan dengan persamaan:
�
�=
��
∆�Atau sering dirumuskan dengan persamaan berikut ini.
��
=
−��
����
(2.9)
Dimana:
�
�= Laju aliran energi (W)
A
= Luas penampang (m
2)
∆
T = Beda temperatur (K)
∆
x
= Panjang (m)
k
= Daya hantar (konduktivitas) (W/m.K)
Penggunaan tanada minus (-) dalam persamaan ini hanya menunjukkan
arah perpindahan temperature yaitu dari tempertar tinggi ke temperature rendah.
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 mekanisme perpindahan panas konveksi adalah
adanya aliran fluida (Ambarita, 2011). Perhatikan gambar di bawah ini.
Gambar 2.7 Perpindahan Panas Konveksi dari Permukaan Pelat
(Sumber : Ambarita, 2011)
Qc
Aliran Udara
Aliran Udara
Secara matematik perpindahan panas konveksi pada permukaan pelat rata
dapat dirumuskan dengan persamaan berikut ini.
Q
h=hA(T
s-T
L)
(2.10)
Dimana:
Q
h=
Laju perpindahan panas konveksi (W)
h
= Koefisien konveksi (W/m
2K)
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 (Ambarita, 2011).
Persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung laju perpindahan
panas radiasi antara permukaan pelat (gambar 2.7) dan lingkungannya adalah:
Q
r= eσAT
4(2.11)
Dimana
Q
r=
Laju perpindahan panas radiasi (W)
σ
= Konstanta Boltzman: 5,67 x 10
-8W/m
2K
4e
= Emisivitas (0
≤ e ≤ 1)
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
(Ambarita, 2011).
Pada kasus konveksi natural pada bidang horizontal panjang yang digunakan
menghitung bilangan
Ra
Ladalah panjang karakteristik yang didefinisikan dengan
persamaan:
�
=
��(2.12)
Dimana A menyatakan luas bidang horizontal dan
K
adalah keliling. Dengan
menggunakan panjang karakteristik (
L
) ini bilangan
Ra
Ldapat dihitung dengan
menggunakan persamaan berikut (2.8).
Ra
L=
��(��−��)�3
�2
�
(2.13)
Pola konveksi natural pada permukaan horizontal diperlihatkan seperti gambar
berikut ini.
Gambar 2.8 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe a)
(Sumber : Ambarita, 2011)
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(2.14)
Untuk 10
7<
Ra
L< 10
9Nu
= 0,15R
�
�1/3(2.15)
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)
(Sumber : Ambarita, 2011)
Persamaan menghitung bilangan Nu untuk kasus ini dapat digunakan
persamaan dapat dituliskan:
Nu = 0,27
��
�0,25(2.16)
Persamaan ini berlaku untuk 10
5< Ra
L<10
10BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1
Tempat dan Waktu
Tempat penelitian adalah laboratorium Teknik Pendingin, gedung Fakultas
Teknik USU. Waktu pelaksanaan penelitian ± 6 bulan.
3.2
Bahan
Pada penelitian ini, bahan pengujian yang digunakan adalah sebagai
berikut.
1.
Adsorben karbon aktif
Adsorben yang digunakan pada penelitian ini adalah karbon aktif sebanyak
1000 gram. Dimana pengujian ini membedakan isinya dalam adsorber
menggunakan baut dan tanpa menggunakan baut.
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 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. Thermokopel
Thermokopel adalah satu alat yang dapat membaca dan mengukur
besarnya tempertarur.
Spesifikasi :
Buatan
: Amerika Serikat
Tipe
: Type J
Range Temperatur : -130
0C – 350
0C
3. Sensor Tekanan
Sensor tekanan
(pressure Sensor)
ini digunakan untuk mengukur tekanan
[image:50.595.237.407.346.466.2]di dalam alat penguji kapasitas adsorpsi. Alat ini juga dapat dipakai untuk
melihat/mengecek apakah alat penguji mengalami bocor atau tidak.
Gambar 3.3 Sensor Tekanan
Spesifikasi:
Buatan
: Amerika Serikat
Tipe
: P1600 – vac – 150
Range
: -14.7 – 150 psig
Slope
: 41,18
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 3.4 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
dan sebaliknya. Katup yang satu lagi berfungsi untuk pemvakuman alat penguji
kapasitas adsorpsi.
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 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. Baut
Baut yang dipasangkan pada pengujian ini bukan untuk mengikat ataupun
sebagai penyambung, melainkan berfungsi sebagai penghantar panas (konduktor)
pada adsorben, sehingga panas yang diterima dari lampu pemanas (lampu
halogen) dapat didistribusi dengan merata ke dalam adsorben (karbon aktif). Oleh
karena itu pemasangan baut pada perlatan adsorber dilas titik dibagian dalam
adsorber.
Gambar 3.8 Baut
Dimensi Baut :
Diameter kepala baut : 24 mm
Tebal kepala baut
: 10 mm
Diameter ulir
: 16 mm
Panjang baut
: 50 mm
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 3.9 Kotak Isolasi Styrofoam
7. Laptop
Digunakan untuk menyimpan data yang diperoleh dari alat XR5 – SE – M
– 20 data logger.
\
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.
Set-Up
eksperimental dapat dilihat seperti gambar 3.11 s.d 3.13 berikut
ini.
Gambar 3.11
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
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.
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.
Gambar 3.12
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
2.
Kemudian dipasang termokopel dan sensor tekanan. Pemasanangan
termokopel 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 .
3.
Adsorber dipanaskan selama 7 jam (mulai pukul 13.05 WIB sampai dengan
pukul 20.05 WIB).
4.
Kemudian pada pukul 20.05 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 mengunakan metanol dengan
adsorber 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 microsoft xl.
6.
Kemudian gelas ukur dimasukkan ke dalam kotak styrofoam dan pada
styrofoam diisi 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 20.05 WIB sampai keesokan harinya pukul 13.05 WIB). Temperatur
adsorber dan tekanan 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.
3.6
Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi
Alat penguji kapasitas adsorpsi ini dirancang untuk adsorben kabon aktif
sebanyak 1000 gram dan 9 baut maupun tidak menggunakan baut di dalam
adsorber. Lampu yang digunakan ada dua buah (lampu halogen) dengan daya
masing-masing sebesar 500 W (total 1000 W). Pada alat penguji adsorpsi
dilengkapi sensor
thermocoupel
7 titik (untuk mengukur temperatur), sensor
tekanan (untuk mengukur tekanan dalam alat penguji) dan juga gelas ukur untuk
mengukur volume refrigeran yang dapat di serap dan dilepaskan oleh adsorben
karbon aktif.
Alat penguji kapasitas adsorpsi dapat dilihat secara jelas seperti gambar
3.13 berikut ini.
Gambar 3.13 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi dengan gelas ukur
Double spot light (1000 watt)adsorber
Sensor tekanan
Thermokoupel (4 titik di adsorber)
Pompa vakum Logger data Selang
penghubung
Thermokoupel (3 titik di gelas ukur )
3.6.1 Dimensi Utama Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi
Adapaun dimensi-dimensi alat penguji kapasitas adsorpsi dapat
digambarkan sebagai berikut ini.
a.
Adsorber
[image:59.595.156.483.157.533.2]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 karbon aktif sebanyak 1 kg beserta baut maupun tanpa baut.
Perhatikan gambar berikut:
Gambar 3.15 Dimensi Adsorber
b.
Gelas Ukur
[image:60.595.114.524.101.483.2]Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume refrigeran yang dapat
diserap oleh adsorben karbon aktif pada saat adsorpsi dan volume refrigeran yang
kembali pada saat desorpsi.
3.7
Langkah Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi
3.7.1 Pembuatan Adsorber
[image:61.595.213.404.283.417.2]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 3.17 Bentuk Adsorber
2.
Kemudian adsorber diisi dengan adsorben karbon aktif. Adsorben karbon
aktif diisi sebanyak 1000 gram beserta 9 buah baut dan tanpa baut.
Kemudian semua diratakan di dalam adsorber.
[image:61.595.230.405.539.692.2]3.
Setelah adsorben karbon 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 3.19 Pemasangan Kawat Kasa
4.
Setelah proses ini, pelat penutup kemudian dihubungkan dengan
mengunakan las argon. Pada adsorber ini dilengkapi dengan sensor
tekanan dan katup yang dipasang pada pipa adsorber.
Gambar 3.20 Penyambungan Pelat Adsorber
Gambar 3.21 Pemasangan Pipa, sensor tekanan dan Katup
Gambar 3.22 Adsorber Lengkap
6.
Langkah terakhir adalah melakukan pengecatan adsorber. Adsorber dicat
dengan cat warna hitam gelap. Tujuan pengecatan adalah agar adsorber
dapat menyerap panas dengan baik.
[image:63.595.219.417.555.679.2]3.7.2 Pembuatan Gelas Ukur
[image:64.595.222.409.239.411.2]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 volume refrigeran ketika
pengujian nanti.
Gambar 3.24 Pembuatan Gelas Ukur
2. Pada gelas ukur dilakukan pengecatan dan pada kaca akralik ditempelkan
skala volume.
[image:64.595.230.400.502.643.2]3.8
Flowchart Penelitian
Berikut merupakan tahapan dalam pengujian kapasitas adsorpsi adsorben.
Mulai
Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi
• Adsorber (alumina aktif 1000 gram beserta 9 buah baut maupun tidak menggunakan baut)
• Gelas Ukur
Assembling Alat Uji
• Pemvakuman
• Pengujian:
metanol (1 Liter)
Data Output
Temperatur Tekanan Volume
Kapasitas Adsorpsi
Kesimpulan Saran
Selesai
Studi Literatur Studi literature dan jurnal
Tahapan Persiapan
• Survai bahan dan alat
• Gambar sketsa alat penguji
[image:65.595.150.458.157.758.2]BAB IV
ANALISA DATA
4.1 Hasil Pengujian
Data yang diambil dari pengujian adalah data temperatur adsorber, data
temperatur gelas ukur, tekanan pada proses asorbsi dan desorpsi, dan kapasitas
adsorpsi dari adsorben karbon aktif dengan menggunakan baut maupun tanpa
menggunakan baut terhadap refrigerant methanol.
Ada dua kali dilakukan pengujian yaitu:
1.
Pada kapasitas adsorpsi terutama terhadap temperatur dan kapasitas
adsorpsi dari adsorben karbon aktif dengan menggunakan baut dengan
kondisi gelas ukur diisolasi dengan Styrofoam
2.
Pada kapasitas adsorpsi terhadap temperatur dan kapasitas adsorpsi
dari adsorben karbon aktif tanpa menggunakan baut dengan kondisi
gelas ukur diisolasi dengan Styrofoam.
Isolasi dilakukan untuk melihat pengaruh lingkungan luar terhadap alat uji
kapasitas adsorpsi terutama terhadap temperatur dan kapasitas adsorpsi dari
adsorben karbon aktif dengan menggunakan baut maupun tanpa menggunakan
baut.
Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 4.1 di bawah ini.
Gambar 4.1 Letak Titik-Titik
thermocouple
pada Alat Penguji
Keterangan: untuk angka 1 chanel sensor tekanan, angka 2, 3, 4, 5, 6, 7 dan 8
adalah letak titik-titik
channel
thermocouple.
Pada letak titik-tittik
channel
thermocouple
ini akan dicatat temperaturnya secara otomatis
oleh Pace XR5 Data Logger.
Pada alat uji kapasitas adsorpsi dipasang 7 titik sensor
thermocouple
, 4
titik pada adsorber (angka 2, 3, 4, dan 5) dan 3 titik pada gelas ukur (angka 6, 7
dan 8) 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
4 3
6
7
8
5 Adsorber
Isolasi
kayu
Gelas Ukur Isolasi
Styrofoam Es 5 kg
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
karbon aktif dengan menggunakan baut dengan kondisi gelas ukur yang
diisolasi mengunakan Styrofoam, kapasitas karbon aktif tanpa menggunakan
baut dengan kondisi gelas ukur disiolasi mengguanakan 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 yang digunakan diisolasi dengan
menggunakan Styrofoam, hal ini bertujuan untuk mengurangi pengaruh
temperature dan tekanan lingkungan luar.
4.1.2
Data Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi Menggunakan Baut dan Tanpa
Menggunakan Baut dengan Gelas Ukur diisolasi
A.
Data Pemanasan Awal Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi
1.
Adsorber Menggunakan Baut
a.
Grafik Temperatur Adsorber vs Waktu
Gambar 4.2 Grafik Temperatur vs Waktu Pemanasan Awal Alat Penguji
Adsorpsi (metanol) menggunakan baut
Data-data temperatur pada adsorber saat pemanasan awal adalah seperti
berikut ini.
Temperatur awal percobaan pada adsorber adalah 29,50
oC pada pukul
13.05 WIB. Temperatur maksimum adsorber yang dapat dicapai ketika
pemanasan adalah 259,3
oC yaitu berada titik 3
thermocouple
pada pukul 17.50
WIB
.
b.
Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu
Gambar 4.3 Grafik Temperatur gelas ukur vs Waktu Pada Saat Pemanasan
Awal
c.
Grafik Tekanan Vs Waktu
Gambar 4.4 Grafik Tekana vs Waktu
2.
Adsorber Tidak Menggunakan Baut
a.
Grafik Temperatur Adsorsi vs Waktu
Gambar 4.5 Grafik Temperatur vs Waktu Pemanasan Awal Alat Penguji
Adsorpsi (metanol) Tidak mengunakan baut
b.
Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu
Gambar 4.6 Grafik Temperatur gelas ukur vs Waktu Pada Saat
Pemanasan Awal
Temperatur terendah yang dapat dicapai pada gelas ukur yaitu 13,2
oC pada
pukul 18.50 WIB.
c.
Grafik Tekanan vs Waktu
Gambar 4.7 Grafik Tekana vs Waktu
Tekanan maximum yang dapat dicapai pada porses pemanasan awal yaitu
16,04 Psi pada pukul 15.59 WIB.
B.
Data Pengujian Adsorpsi Metanol
Adsorpsi dimulai pada pukul 20.08 WIB setelah selesai proses pemanasan
dan pemvakuman dan selasai pada pukul 13.02. Pada pengujian ini gelas ukur
diisolasi, sehingga temperatur lingkungan tidak berpengaruh terhadap gelas ukur.
1.
Adsorber Menggunakan Baut
a.
Grafik temperature Adsorber vs waktu
Gambar 4.8 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Alat Penguji Adsorpsi
(metanol) menggunakan baut
b.
Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu
[image:76.595.116.502.124.498.2]Gambar 4.9 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Gelas Ukur Refrigerant
(metanol)
Temperatur terendah yang dapat dicapai pada gelas ukur yaitu 8
oC pada
pukul 07.14 WIB.
c.
Grafik Tekanan Vs Waktu
Gambar 4.10 Grafik Tekana vs Waktu
2.
Adsorber Tanpa Menggunakan Baut
a.
Grafik Temperatur Adsorber vs Waktu
Gambar 4.11 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Alat Penguji Adsorpsi
(metanol) tanpa baut
b.
Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu
Gambar 4.12 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Gelas Ukur
Refrigerant (metanol)
Temperatur terendah yang dapat dicapai pada gelas ukur yaitu 8
oC pada
pukul 01.29.
c.
Grafik Tekanan Vs Waktu
Gambar 4.13 Grafik Tekana vs Waktu
Tekanan minimum yang dapat dicapai pada porses yaitu -12,95 Psi pada
pukul 02.38 WIB.
C.
Data Pengujian Desorpsi Metanol
1.
Adsorber Menggunakan Baut
a.
Grafik Temperatur Adsorber vs Waktu
Gambar 4.14 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Alat Penguji Adsorpsi
(metanol) menggunakan baut
b.
Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu
Gambar 4.15 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Gelas Ukur
Refrigerant (metanol)
Temperatur pada gelas ukur berangsur-angsur meningkat seperti terlihat
pada gambar di atas. Temperatur maksimum yang dicapai oleh gelas ukur adalah
17,9
oC pada pukul 18.05 WIB.
Dari data yang diperoleh dapat disimpulkan bahwa 1 kg karbon aktif
menggunakan baut mampu menyerap/mengadsorpsi metanol sebanyak 350 mL
dengan gelas ukur diisolasi. Semua metanol kembali ke gelas ukur pada proses
desorpsi yaitu 350 mL.
c.
Grafik Tekanan vs waktu
Gambar 4.16 Grafik Tekana vs Waktu
1.
Adsorber Tanpa Menggunakan Baut
a.
Grafik Temperatur Adsorber vs Waktu
Gambar 4.17 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Alat Penguji Adsorpsi
(metanol) tanpa menggunakan Baut
b.
Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu
Gambar 4.18 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Gelas Ukur
Refrigerant (metanol)
Temperatur pada gelas ukur berangsur-angsur meningkat seperti terlihat
