PROSES ADSORBSI PADA PENDINGIN METANOL-KARBON AKTIF MENGGUNAKAN EVAPORATOR HORISONTAL 2,4 LITER

(1)

MENGGUNAKAN EVAPORATOR HORISONTAL 2,4 LITER

TUGAS AKHIR

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin

Diajukan oleh :

BERNADUS DAVID WIJAYA NIM : 095214045

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

ii

FINAL PROJECT

As partitial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree

Mechanical Engineering Study Program Mechanical Engineering Department

by

BERNADUS DAVID WIJAYA Student Number : 095214045

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

(4)

(5)

v

Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

Yogyakarta,15 Desember 2010

(6)

vi

pengawetan/penyimpanan bahan makanan atau vaksin imunisasi. Kebanyakan sistem pendinginan yang ada saat ini bekerja dengan sistem kompresi uap menggunakan energi listrik dan refrijeran sintetik. Namun pemasangan jaringan listrik belum mencakup semua daerah hingga pelosok-pelosok, oleh karena itu sistem pendingin sederhana yang bekerja tanpa energi listrik merupakan alternatif pemecahan permasalahan kebutuhan sistem pendingin di daerah seperti ini, selain itu refrijeran sintetik mempunyai dampak negatif pada lingkungan. Salah satu sistem pendingin yang tidak memerlukan energi listrik adalah sistem pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif. Sistem pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif hanya memerlukan energi panas untuk dapat bekerja. Metanol dan karbon aktif bukan merupakan refrijeran sintetik sehingga dampak negatif terhadap lingkungan tidak terjadi. Tujuan penelitian ini adalah membuat model pendingin adsorbsi sederhana dengan refrijeran metanol dan mengetahui COP dan suhu pendinginan yang dapat dihasilkan.

Alat penelitian terdiri dari generator (juga sebagai absorber) dan evaporator (juga sebagai kondensor). Bahan yang digunakan dalam pembuatan alat adalah stainless steel 304. Variabel yang diukur dalam penelitian ini adalah suhu generator (Tgen), suhu evaporator (Teva), suhu lingkungan (Tlingk), tekanan sistem (P), waktu pencatatan data (t). Untuk pengukuran suhu digunakan termokopel dan untuk pengukuran tekanan digunakan manometer. Variabel yang divariasikan adalah volume metanol, kondisi awal keran penghubung, volume dan bentuk generator dan jumlah karbon aktif dan diamati pengaruhnya terhadap penurunan temperatur evaporator serta unjuk kerja yang dapat dihasilkan.

(7)

vii

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Bernadus David Wijaya

Nomor Mahasiswa : 095214045

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

PROSES ADSORBSI PADA PENDINGIN METANOL-KARBON AKTIF

MENGGUNAKAN EVAPORATOR HORISONTAL 2,4 LITER

beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.

Dibuat di Yogyakarta

Pada tanggal : 15 Desember 2010 Yang menyatakan

(8)

viii

memberikan kemudahaan, kekuatan dan petunjuk kepada penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan laporan tugas akhir ini dengan judul PROSES ADSORBSI PADA PENDINGIN METANOL-KARBON AKTIF

MENGGUNAKAN EVAPORATOR HORISONTAL 2,4 LITER

Dalam kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada semua pihak yang telah memberikan bantuan, bimbingan, dan dorongan dalam menyelesaikan laporan tugas akhir ini. Ucapan terima kasih yang tulus penulis ucapkan kepada:

1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

2. Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

3. Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T., Dosen pembimbing Tugas Akhir. 4. Wibowo Kusbandono, S.T., M.T., Dosen pembimbing akademik.

5. Keluarga penulis, khususnya orangtua yang telah membiayai, memberikan doa restu, dukungan semangat, rasa kasih sayang, serta memotivasi penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

(9)

ix

Brigita dan Setiawan Hatmaji, yang telah membantu dalam perancangan, pembuatan, perbaikan alat dan pengambilan data.

8. Semua pihak yang telah membantu penyusun dalam pelaksanaan dan kelancaran Tugas Akhir yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu.

Penulis menyadari bahwa Laporan Tugas Akhir ini masih jauh dari kesempurnaan. Penulis tetap mengharapkan kritik dan saran demi perbaikan dan sempurnanya laporan ini. Semoga isi laporan ini bermanfaat bagi semua pihak. Terima kasih.

Yogyakarta, 15 Desember 2010

(10)

x

TITLE PAGE ...……… ii

HALAMAN PERSETUJUAN... iii

HALAMAN PENGESAHAN ……… iv

PERNYATAAN……….. v

ABSTRAK ……….. vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ……….. x

DAFTAR GAMBAR ………. xii

DAFTAR TABEL ……….. xiv

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ……… 1

1.2 Rumusan Masalah ………. 2

1.3 Tujuan Penelitian ……….. 3

1.4 Manfaat Penelitian ………. 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori ………... 4

(11)

xi

3.1 Peralatan Penalitian ...………... 10

3.2 Variabel yang Diukur ...………... 13

3.3 Variabel yang Divariasikan ...………. 14

3.4 Langkah Penelitian ...………. 15

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian ...………. 17

4.2 Pembahasan Proses Adsorbsi...………. 26

4.3 Pembahasan Proses Desorbsi...………. 33

BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ...……...………... 56

5.2 Saran ……….……… 57

(12)

xii

Gambar 2.2 Sistem pendingin adsorbsi kontinyu ...…. 7 Gambar 3.1 Skema alat pendingin adsorbsi dengan tabung generator

vertikal ...………... 10 Gambar 3.2 Skema alat pendingin adsorbsi dengan tabung generator

horisontal ...……... 11 Gambar 3.3 Ukuran model pendingin adsorbsi metanol-karbon

aktif dengan generator vertikal ..…... 12 Gambar 3.4 Ukuran model pendingin adsorbsi metanol-karbon

aktif dengan generator horisontal …... 13 Gambar 4.1 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi

terhadap waktu pada variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan

kondisi awal keran katup penghubung ditutup ... 26 Gambar 4.2 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi

kondisi awal keran katup penghubung ditutup ... 27 Gambar 4.3 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi

kondisi awal keran katup penghubung ditutup ... 28

Gambar 4.4 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan

kondisi awal keran katup penghubung dibuka ... 29 Gambar 4.5 Perbandingan temperatur dan tekanan sistem adsorbsi

terhadap waktu pada variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan

(13)

xiii

metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan

kondisi awal keran katup penghubung ditutup ... 30 Gambar 4.7 Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses

adsorbsi dengan variasi jumlah metanol 100 ml, 200 ml, dan

300 ml ……… 30

Gambar 4.8 Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses adsorbsi dengan variasi kondisi awal keran katup

penghubung ditutup dan dibuka …... 31 Gambar 4.9 Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses

adsorbsi dengan variasi tabung generator horizontal dan

vertikal ... 32 Gambar 4.10 Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses

adsorbsi dengan variasi jumlah karbon aktif 1 kg dan 4 kg ... 32 Gambar 4.11 Perbandingan unjuk kerja dari semua variasi ... 33 Gambar 4.12 Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses

adsorbsi pertama, adsorbsi kedua, adsorbsi ketiga, desorbsi,

dan adsorbsi keempat ... 47 Gambar 4.13 Perbandingan tekanan sistem (P) pada proses adsorbsi

pertama, adsorbsi kedua, adsorbsi ketiga, desorbsi, dan

adsorbsi keempat ... 48 Gambar 4.14 Bagan penelitian proses tiga tahap:

(14)

xiv

ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan

kondisi awal keran katup penghubung ditutup ... 17 Tabel 4.2 Data proses adsorbsi dengan variasi 1 kg karbon aktif, 200

kondisi awal keran katup penghubung ditutup ……….. 18 Tabel 4.3 Data proses adsorbsi dengan variasi 1 kg karbon aktif, 300

kondisi awal keran katup penghubung dibuka ... 22 Tabel 4.5 Data proses adsorbsi dengan variasi 1 kg karbon aktif, 200

ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan

kondisi awal keran katup penghubung ditutup ... 25 Tabel 4.7 Data proses adsorbsi pertama pada pendingin adsorbsi

metanol-karbon aktif dengan menggunakan tabung evaporator vertikal kapasitas 0,6 L, 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan

kondisi awal keran katup penghubung ditutup ………..…… 34 Tabel 4.8 Data proses adsorbsi kedua pada pendingin adsorbsi

kondisi awal keran katup penghubung ditutup ... 38 Tabel 4.9 Data proses adsorbsi ketiga pada pendingin adsorbsi

(15)

xv

vertikal kapasitas 0,6 L, 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal

keran katup penghubung ditutup ………... 44 Tabel 4.11 Data proses adsorbsi keempat pada pendingin adsorbsi

(16)

1

1.1LATAR BELAKANG

Kebutuhan akan sistem pendingin di negara-negara berkembang seperti

Indonesia, khususnya di daerah pedesaan atau di daerah terpencil dirasakan

semakin meningkat. Sistem pendingin biasanya digunakan untuk

pengawetan/penyimpanan bahan makanan, hasil panen, hasil perikanan atau

vaksin imunisasi masal untuk mengontrol wabah penyakit dan keperluan lainnya.

Namun kebanyakan sistem pendinginan yang tersedia saat ini bekerja dengan

sistem kompresi uap yang membutuhkan energi listrik dan menggunakan

refrijeran sintetik seperti : R-11, R-12, R-22, R-134a, dan R-502. Masalah yang

menghambat penggunaan sistem pendingin kompresi uap adalah pemasangan

jaringan listrik yang belum merata hingga mencakup daerah-daerah terpencil,

sehingga diperlukan sistem pendingin sederhana yang dapat bekerja tanpa adanya

jaringan listrik sebagai alternatif pemecahan masalah. Selain itu refrijeran sintetik

bersifat tidak ramah lingkungan karena dapat merusak lapisan ozon dan

mennyebabkan pemanasan global.

Salah satu sistem pendingin yang tidak memerlukan energi listrik adalah

sistem pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif. Sistem pendingin adsorbsi

(17)

Sumber energi panas yang digunakan dapat berasal dari banyak sumber. Sebagai

contoh pembakaraan kayu, bahan bakar minyak dan gas bumi. Namun dapat juga

memanfaatkan panas dari buangan proses industri, biogas, biomassa atau dari

energi alam seperti energi surya dan panas bumi. Metanol bukan merupakan

refrijeran sintetik. Resiko yang ditimbulkan sistem pendingin adsorbsi

metanol-karbon aktif jauh lebih kecil daripada sistem pendingin kompresi uap.

Desain pendingin energi panas yang cocok digunakan di negara-negara

berkembang harus dibuat dalam bentuk sederhana agar dalam pengoperasian dan

perawatannya mudah, sehingga dapat dibuat dan diperbaiki oleh industri lokal.

1.2RUMUSAN MASALAH

Temperatur terendah yang dapat dicapai tergantung pada jenis karbon

aktif yang digunakan, perbandingan jumlah methanol dan karbon aktif yang

digunakan, dan konstruksi dari tabung generator dan evaporator. Unjuk kerja

pendingin tergantung pada unjuk kerja evaporator dan generator. Unjuk kerja

generator tergantung pada kemampuan karbon aktif melakukan penyerapan

terhadap gas metanol (pada proses pendinginan). Penelitian ini menggunakan

generator yang berfungsi sebagai absorber. Pada penelitian ini yang dijadikan

sebagai variasi adalah volume methanol yang digunakan, jumlah karbon aktif,

bentuk dan volume tabung generator, dan kondisi awal kran penghubung antara

(18)

variasi yang dilakukan, akan diamati bagaimana pengaruhnya terhadap

temperatur pendinginan dan unjuk kerja yang dapat dihasilkan.

1.3TUJUAN PENELITIAN

Tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti yaitu :

a. Membuat model pendingin adsorbsi yang sederhana dengan menggunakan

bahan yang ada di pasar lokal dan teknologi yang didukung kemampuan

industri lokal.

b. Mengetahui koefisien unjuk kerja dan temperatur pendinginan yang dapat

dihasilkan.

c. Mengetahui kemampuan karbon aktif dan metanol yang dijual di Indonesia

untuk digunakan pada sistem pendingin adsorber.

1.4MANFAAT PENELITIAN

Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini :

a. Menambah kepustakaan teknologi pendingin sistem absorbsi.

b. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat

prototipe dan produk teknologi pendingin absorbsi yang dapat diterima

(19)

4 komponen utama, karena komponen kondensor disatukan dengan evaporator, dan komponen absorber disatukan dengan generator.

Gambar 2.1. Siklus pendinginan adsorbsi

(20)

seperti panas bumi dan energi surya. Pada penelitian ini menggunakan pemanas listrik dengan kapasitas 400W yang dapat diatur dayanya dan dua buah heater dengan kapasitas tiap heater sebesar 500W sebagai sumber panas.

(21)

metanol akan keluar dari karbon aktif dan mengalir ke tabung evaporator. Kemudian uap metanol akan mengembun metanol cair di dalam tabung evaporator, hal ini dikarenakan temperatur di dalam tabung evaporator lebih rendah dari tabung generator. Proses pelepasan uap metanol dari karbon aktif ini disebut proses desorbsi. Pada saat proses desorbsi berlangsung tidak ada proses pendinginan yang terjadi. Proses ini akan berlangsung hingga semua uap metanol terlepas dari karbon aktif. Hal ini ditandai dengan tekanan sistem yang naik hingga tekanan semula (tekanan sebelum diadsorbsi). Proses adsorbsi dapat dilakukan kembali setelah temperatur karbon aktif turun hingga temperatur semula. Proses pendinginan ini disebut proses pendinginan secara intermitten, karena proses pendinginan tidak berlangsung secara terus-menerus atau kontinyu.

Unjuk kerja pada pendingin adsorbsi secara umum dinyatakan dengan koefisien unjuk kerja (COP) dan dapat dihitung dengan persamaan yang dianalogikan dengan persamaan untuk mencari COP pada sistem pendingin adsorbsi kontinyu.

Persamaan pendingin adsorbsi kontinyu dikutip dari buku “Refrigerator and Air Conditioning” oleh Manohar Prasad:

(22)

Tg : Suhu generator pada saat proses desorbsi (K)

Te : Suhu evaporator pada saat proses adsorbsi (K)

Ta : Suhu adsorber pada saat proses desorbsi (K)

Gambar 2.2. Sistem pendingin adsorbsi kontinyu

Pada Gambar 2.2 dapat dilihat bahwa temperatur kondensor sama dengan temperatur adsorber. Kemudian untuk pendingin adsorbsi metanol - karbon aktif ini bagian kondensor dan evaporator dijadikan satu, sehingga temperatur kondensor sama dengan temperatur evaporator.

Penganalogian persamaan untuk sistem pendingin adsorbsi metanol – karbon aktif dari persamaan untuk sistem pendingin adsorbsi kontinyu:

T generator = T adsorber

T adsober = T kondensor

(23)

T generator = T evaporator

2.2 PENELITIAN YANG PERNAH DILAKUKAN

(24)

(25)

10

BAB III

METODE

3.1 PERALATAN PENELITIAN

Alat yang dibuat terdiri dari beberapa bagian yang bisa dirangkai menjadi satu. Skema alat yang dibuat ditunjukan pada Gambar 3.1. dan Gambar 3.2. dibawah ini.

Gambar 3.1. Skema alat pendingin absorbsi dengan tabung generator vertikal

Keterangan :

1. Tabung generator vertikal dengan kapasitas 16 kg

(26)

3. Manometer

4. Tabung untuk menampung metanol yang akan dimasukkan ke alat. Untuk menghubungkan dengan pompa vakum ketika alat akan divakum, tabung ini dapat diganti pentil.

5. Keran

6. Tabung Evaporator

Gambar 3.2. Skema alat pendingin absorbsi dengan tabung generator horisontal

Keterangan :

1. Tabung generator horisontal dengan kapasitas 1 kg

2. Keran penghubung

(27)

4. Tabung untuk menampung metanol yang akan dimasukkan ke alat. Untuk menghubungkan dengan pompa vakum ketika alat akan divakum, tabung ini dapat diganti pentil.

5. Keran

6. Tabung Evaporator

Gambar 3.3. Ukuran model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator vertikal.

(28)

pengelasan alat menggunakan las argon. Pengerjaan ini dilakukan di bengkel lokal daerah Solo dan Yogyakarta.

Gambar 3.4. Ukuran model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator horisontal.

Karbon aktif yang digunakan berasal dari tempurung kelapa dengan tipe granulat. Metanol yang digunakan merupakan metanol yang biasa digunakan sebagai pelarut. Karbon aktif dan metanol ini didapat dari toko kimia daerah Solo dan Yogyakarta.

3.2 VARIABEL YANG DIUKUR

1. Temperatur generator (Tgen) 2. Temperatur evaporator (Teva)

(29)

4. Tekanan sistem (P) 5. Waktu pencatatan data (t)

Penelitian ini menggunakan termokopel untuk melakukan pengukuran temperatur dan menggunakan manometer untuk melakukan pengukuran terhadap tekanan sistem.

3.3 VARIABEL YANG DIVARIASIKAN

Pada penelitian ini dilakukan beberapa variasi, variabel yang divariasikan antara lain:

1. Volume metanol yang digunakan

Volume metanol yang divariasikan ada tiga ukuran volume yaitu, 100 ml, 200 ml dan 300 ml.

2. Kondisi awal keran penghubung

Variasi kondisi awal keran penghubung yang dilakukan ada dua kondisi yaitu, kondisi awal keran penghubung langsung dibuka saat metanol dimasukkan dan kondisi awal keran penghubung tertutup dahulu kemudian dibuka setelah metanol dimasukkan.

3. Volume dan bentuk tabung generator

(30)

kapasitas 1 kg dan tabung kedua memiliki bentuk vertikal dengan kapasitas 16 kg.

4. Jumlah karbon aktif yang digunakan

Karbon aktif yang digunakan sebagai adsorber divariasikan dengan jumlah 1 kg dan 4 kg.

3.3 LANGKAH PENELITIAN

1. Langkah pertama alat disiapkan dan dirangkai seperti pada Gambar 3.1. dan Gambar 3.2.

2. Memasukkan karbon aktif ke dalam tabung generator.

3. Memasang termokopel pada tabung generator, tabung evaporator dan lingkungan sekitar alat.

4. Memvakum alat menggunakan pompa vakum hingga tekanan -1bar.

5. Mengisi tabung evaporator dengan metanol cair. Metanol cair yang digunakan adalah metanol yang dijual dipasaran.

6. Pengambilan data dilakukan dengan memvariasikan volume metanol, jumlah karbon aktif, bentuk dan volume tabung generator, dan kondisi keran penghubung antara tabung generator dan tabung evaporator (kondisi keran langsung terbuka pada saat memasukkan metanol atau keran dibuka setelah metanol selesai dimasukkan ke dalam alat).

(31)

8. Data yang dicatat adalah temperatur generator (Tgen), temperatur evaporator (Teva), temperatur lingkungan sekitar (Tlingk), tekanan sistem (P) dan waktu pencatatan data (t).

Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (1). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan :

1. Hubungan temperatur di bagian-bagian yang perubahannya dicatat dengan waktu pencatatan data untuk semua variasi volume metanol, jumlah karbon aktif, bentuk dan volume tabung generator, dan kondisi awal dari keran penghubung.

2. Hubungan tekanan sistem dengan suhu di evaporator untuk semua variasi volume metanol, jumlah karbon aktif, bentuk dan volume tabung generator, dan kondisi awal dari keran penghubung.

(32)

17 4.1 HASIL PENELITIAN

Tabel 4.1 - Tabel 4.6 menunjukkan data-data hasil penelitian proses adsorbsi dari pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan beberapa variasi:

(33)

Tabel 4.1 Data proses adsorbsi dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup. (Lanjutan)

Waktu keran katup penghubung ditutup.

(34)

Waktu keran katup penghubung ditutup.

(35)

(36)

(37)

(38)

Tabel 4.4 Data proses adsorbsi dengan variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran katup penghubung dibuka. (Lanjutan)

(39)

(40)

(41)

Keterangan Tabel:

Waktu : Waktu pengambilan data ( menit ) Tgen : Temperatur di generator ( oC ) Teva : Temperatur di evaporator ( oC ) Tlingk : Temperatur lingkungan sekitar ( oC ) Tekanan : Tekanan sistem ( bar )

4.2 PEMBAHASAN PROSES ADSORBSI

Untuk lebih memudahkan dalam pembacaan tabel data hasil penelitian, maka dibuat grafik data hasil penelitian yang ditunjukkan pada Gambar 4.1 sampai Gambar 4.10.

(42)

Pada gambar 4.1 ditunjukkan grafik variasi untuk volume metanol sebanyak 100 ml. Pada variasi ini temperatur evaporator terendah yang dapat dicapai adalah 20˚C. COP tertinggi dari variasi ini mencapai 0.98. Temperatur terendah yang dicapai tidak bertahan lama, hal ini kemungkinan disebabkan oleh jumlah metanol pada tabung evaporator tinggal sedikit sehingga tidak mampu untuk mempertahankan temperatur terendah lebih lama, tetapi hanya mampu memperlambat proses kenaikan temperatur.

Gambar 4.2. Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup.

(43)

untuk mempertahankan temperatur terendah lebih lama, tetapi hanya mampu memperlambat proses kenaikan temperatur. Disamping itu faktor lingkungan dan alat juga berpengaruh terhadap pengukuran temperatur.

Gambar 4.3. Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada variasi 1 kg karbon aktif, 300 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup.

(44)

Gambar 4.4. Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada variasi 1 kg karbon aktif, 300 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran katup penghubung dibuka.

(45)

Gambar 4.6. Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada variasi 4 kg karbon aktif, 300 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup.

Berikut adalah grafik perbandingan temperatur evaporator (Teva) dari berbagai variasi yang ditunjukkan pada gambar 4.7 sampai gambar 4.10 :

Gambar 4.7. Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses adsorbsi dengan variasi jumlah metanol 100 ml, 200 ml, dan 300 ml.

(46)

saat menggunakan variasi jumlah metanol 300 ml. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.7. Karena temperatur terendah dapat dicapai pada variasi dengan 300ml metanol maka pengambilan data dengan variasi selanjutnya hanya menggunakan jumlah metanol 300 ml.

Gambar 4.8. Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses adsorbsi dengan variasi kondisi awal keran katup penghubung ditutup dan dibuka.

(47)

menggunakan kondisi awal keran penghubung tertutup, karena konstruksi alat memang didisain untuk kondisi awal keran penghubung tertutup.

Gambar 4.9. Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses adsorbsi dengan variasi tabung generator horizontal dan vertikal.

Berdasarkan pengambilan data dengan variasi tabung generator horizontal dan vertikal, temperatur evaporator (Teva) terendah adalah 18°C yaitu saat menggunakan variasi tabung generator horisontal. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.9.

(48)

Berdasarkan pengambilan data dengan variasi jumlah karbon aktif 1 kg dan 4 kg, temperatur evaporator (Teva) terendah adalah 11°C yaitu saat menggunakan variasi jumlah karbon aktif 4 kg. Hal ini kemungkinan disebabkan jumlah karbon aktif yang digunakan banyak sehingga penyerapan terhadap uap metanol juga bertambah banyak, maka kalor disekitar evaporator yang terserap juga banyak. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.10. Temperatur 11°C ini adalah temperatur paling rendah dari semua variasi yang telah dilakukan.

Berdasarkan pengambilan data di atas, unjuk kerja yang tertinggi adalah 0,97 yaitu saat menggunakan variasi jumlah metanol 100 ml. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.11.

Gambar 4.11. Perbandingan COP dari semua variasi.

4.3 PEMBAHASAN PROSES DESORBSI

(49)

metanol selain itu juga untuk mengetahui proses desorbsi berjalan atau tidak, dengan cara membandingkan hasil adsorbsi sebelum desorbsi dengan hasil adsorbs setelah desorbsi. Apabila hasil kedua proses adsorbsi tersebut tidak mengalami perbedaan yang jauh, maka dapat diambil kesimpulan bahwa proses desorbsi berjalan dengan baik atau dengan kata lain uap metanol yang terserap di dalam karbon aktif dapat dikeluarkan kembali kemudian dapat dikembalikan menuju evaporator. Sehingga uap metanol pada evaporator dapat terkondensasi dan berubah fase menjadi cair. Pada pengambilan data kali ini menggunakan tabung evaporator kapasitas 0,6 L. Mekanisme proses desorbsi yang dilakukan, tabung generator direndam dalam panci besar yang berisi air panas. Pemanasan didapatkan dengan menggunakan sebuah kompor listrik 400W yang diletakkan dibawah panci besar dan dua buah water heater 1000W yang dicelup di dalam air. Selain itu agar terjadi proses kondensasi maka tabung evaporator direndam di ember besar yang berisi air biasa.

(50)

(51)

(52)

Tabel 4.7 Data proses adsorbsi pertama pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan menggunakan tabung evaporator vertikal kapasitas 0,6 L, 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung temperatur evaporator telah mulai naik dan stabil.

• Keran katup penghubung ditutup ketika pengambilan data dihentikan.

(53)

(54)

(55)

(56)

Tabel 4.8 Data proses adsorbsi kedua pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan menggunakan tabung evaporator vertikal kapasitas 0,6 L, 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung

• Pengambilan data dihentikan pada menit ke-120 karena temperatur evaporator telah mulai naik dan stabil.

• Keran katup penghubung langsung ditutup ketika pengambilan data dihentikan.

(57)

(58)

(59)

Catatan:

• Pengambilan data dihentikan pada menit ke-60 karena temperatur evaporator telah mulai naik dan stabil.

(60)

Catatan:

• Pengambilan data dihentikan pada menit ke-120 karena tekanan sistem telah melebihi tekanan awal sistem dan waktunya sama dengan waktu terlama dari proses adsorbsi.

(61)

Tabel 4.11 Data proses adsorbsi keempat pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan menggunakan tabung evaporator vertikal kapasitas 0,6 L, 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung temperatur evaporator telah mulai naik dan stabil.

Keterangan Tabel:

(62)

Teva : Temperatur di evaporator ( oC ) Tlingk : Temperatur lingkungan sekitar ( oC )

Tair panas : Temperatur air panas sekitar generator ( oC ) Tair biasa : Temperatur air biasa sekitar evaporator ( oC ) Tekanan : Tekanan pada sistem alat ( bar )

Gambar 4.12. Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses adsorbsi pertama, adsorbsi kedua, adsorbsi ketiga, desorbsi, dan adsorbsi keempat.

(63)

Gambar 4.13. Perbandingan tekanan sistem (P) pada proses adsorbsi pertama, adsorbsi kedua, adsorbsi ketiga, desorbsi, dan adsorbsi keempat.

Data grafik pada gambar 4.13 menunjukkan kondisi tekanan sistem pada saat proses adsorbsi dan desorbsi. Tekanan sistem pada saat proses adsorbsi cenderung mengalami penurunan drastis dikarenakan uap metanol yang terbentuk langsung diserap oleh karbon aktif. Kemudian pada proses desorbsi terlihat tekanan sistem naik dikarenakan uap metanol yang terserap karbon aktif keluar.

Keterangan Grafik:

waktu : Waktu pengambilan data ( menit )

Teva Ads (I) : Temperatur evaporator pada proses adsorbsi pertama (oC)

Teva Ads (II) : Temperatur evaporator pada proses adsorbsi kedua (oC)

(64)

Teva Des : Temperatur evaporator pada proses desorbsi (oC)

Dari data penelitian yang diperoleh dapat dilihat bahwa proses pendinginan (adsorbsi) telah berlangsung. Hal ini ditunjukkan dengan turunnya temperatur evaporator (Teva) pada setiap proses adsorbsi. Beberapa variasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah dengan memvariasikan jumlah metanol, kondisi awal keran penghubung, bentuk dan volume tabung generator dan jumlah karbon aktif.

Proses pendinginan intermitten dengan menggunakan siklus adsorbsi berlangsung dalam beberapa proses yaitu:

(65)

2. Proses desorbsi yaitu proses pelepasan uap metanol dari adsorber (karbon aktif) dengan cara memanaskan generator.

3. Proses kondensasi yaitu proses pendinginan dan pengembunan uap metanol yang terdesorbsi menjadi metanol cair. Metanol cair yang dihasilkan ditampung di evaporator.

(66)

Selain jumlah metanol yang dipakai, variasi lain yang dilakukan dalam penelitian ini adalah variasi kondisi awal keran penghubung dari alat pendingin absorbsi. Kondisi awal keran penghubung yang divariasikan adalah dibuka dan ditutup. Dari variasi ini ketika proses adsorbsi dilakukan, hasil temperatur terendah evaporator yang didapat pada kondisi keran penghubung langsung dalam kondisi terbuka yaitu sebesar 14 °C. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.8. Jika kondisi awal keran penghubung langsung dibuka lalu metanol dimasukkan ke sistem alat pendingin maka pada saat metanol masuk kedalam tabung evaporator masih berupa percikan, metanol langsung terserap karbon aktif. Artinya kalor di sekitar evaporator akan lebih cepat terserap karena metanol dalam bentuk percikan lebih mudah menguap. Sebaliknya jika kondisi awal keran katup penghubung ditutup, metanol yang masuk ke sistem alat akan tertampung dahulu di evaporator. Banyaknya metanol yang tertampung akan mengakibatkan semakin besar pula kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan metanol. Disamping itu tampungan metanol juga dapat menjadi beban pendinginan sistem.

(67)

generator vertikal kapasitas 16 kg menghasilkan luas penampang karbon aktif yang lebih luas daripada variasi tabung generator horizontal kapasitas 1 kg. Dengan luasnya penampang karbon aktif ini maka jumlah uap metanol yang terserap oleh karbon aktif akan semakin tinggi maka semakin rendah pula temperatur pendinginan di evaporator.

Variasi terakhir yang dilakukan adalah jumlah karbon aktif yang digunakan sebagai adsorber dalam sistem alat pendingin adsorbsi. Variasi yang dilakukan adalah menvariasikan jumlah karbon aktif sebanyak 1 kg dan 4 kg. Hasil penelitian yang didapat adalah jumlah karbon aktif berpengaruh sekali terhadap temperatur terendah pendinginan oleh evaporator. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.10. Semakin banyak karbon aktif (adsorber) yang ada di alat pendingin adsorbsi maka semakin tinggi jumlah uap metanol (refrijeran) yang mampu diserap sehingga semakin banyak pula kalor dari sekitar evaporator yang terserap. Semakin banyak kalor yang terserap maka menyebabkan temperatur evaporator semakin rendah. Hal ini dibuktikan dengan temperatur evaporator mencapai temperatur 11°C.

Unjuk kerja alat pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif pada penelitian ini dihitung menggunakan persamaan (1). Unjuk kerja tertinggi yang dihasilkan dalam penelitian ini adalah 0,97 pada variasi jumlah metanol 300 ml. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.11.

(68)

Hal ini disebabkan karena jenis karbon aktif yang digunakan sebagai absorber memiliki daya serap terhadap metanol yang rendah. Jenis karbon aktif yang digunakan adalah karbon aktif yang dibuat dari tempurung kelapa dan berasal dari pasar lokal. Rupanya kualitas karbon aktif lokal tergolong rendah dan belum bisa menyamai kualitas karbon aktif yang ada di luar Indonesia.

Gambar 4.14. Bagan penelitian proses tiga tahap: adsorbsi-desorbsi-adsorbsi.

Penelitian selanjutnya adalah proses tiga tahap: adsorbsi-desorbsi-adsorbsi. Penelitian ini ingin mengetahui apakah setelah proses desorbsi, proses adsorbsi dapat berlangsung kembali sama dengan proses adsorbsi pertama kali. Proses adsorbsi tahap pertama diakhiri sampai proses pendinginan tidak dapat terjadi lagi. Oleh karena itu wajar apabila pengambilan datanya berlangsung hingga berkali-kali. Selanjutnya dilakukan proses desorbsi, yang diakhiri sampai tekanan sistem sama atau melebihi tekanan awal proses adsorbsi. Selanjutnya dilakukan proses adsorbsi tahap kedua, dimana hasilnya akan dibandingkan

Proses adsorbsi

pertama

_desorbsi

Proses

Proses adsorbsi

kedua

(69)

dengan proses adsorbsi tahap pertama. Hal ini ditunjukkan seperti pada Gambar 4.14.

Hasil penelitian ini adalah proses adsorbsi tahap pertama berlangsung dengan baik, artinya proses adsorbsi dapat terjadi. Proses adsorbsi tahap pertama dilakukan sebanyak tiga kali hingga proses pendinginan tidak terjadi lagi. Pada data yang termasuk proses adsorbsi tahap pertama adalah proses adsorbsi pertama, kedua dan ketiga. Proses desorbsi juga berlangsung dengan baik, artinya tekanan sistem melebihi tekanan sistem pertama kali saat proses adsorbsi terjadi. Proses desorbsi yang dilakukan cukup hanya sekali saja karena telah memenuhi syarat. Proses adsorbsi tahap kedua berlangsung dengan baik, artinya proses adsorbsi dapat terjadi namun hasilnya lebih buruk jika dibandingkan dengan proses adsorbsi tahap pertama. Hal ini dapat dicermati pada Gambar 4.12. Pada data yang termasuk proses adsorbsi tahap dua adalah proses adsorbsi keempat. Karena buruknya hasil perbandingan maka dapat disimpulkan bahwa proses pendinginan intermitten tidak dapat terjadi.

(70)

metanol dapat mengembun. Kemungkinan kedua adalah kurangnya panas yang digunakan untuk proses desorbsi. Temperatur air panas yang digunakan untuk memanasi tabung generator sekitar 90°C, bila lebih dari itu maka tentu saja air tersebut akan mulai menguap karena pemanasan dilakukan di lingkungan terbuka. Kemungkinan ketiga adalah terlalu rendahnya daya hantar panas dari luar tabung generator ke dalam karbon aktif. Baik bahan stainless steel maupun karbon aktif memiliki sifat daya hantar panas yang tergolong rendah. Sehingga temperatur di luar tabung generator tentu tidak sama dengan di dalam karbon aktif. Apabila membuat model dengan pemanas didalam tabung generator maka model menjadi rumit dan bertolak belakang dengan tujuan awal yaitu membuat model yang sederhana.

(71)

56

PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Beberapa kesimpulan yang dapat diambil dari penelitian alat pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif yang dilakukan, yaitu:

1. Penelitian ini berhasil membuat sebuah model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif sederhana yang dapat bekerja tanpa energi listrik dan berasal dari bahan dari pasar lokal serta dibuat dengan kemampuan industri lokal. Tetapi Proses desorbsi dan kondensasi tidak dapat berlangsung dikarenakan model alat pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif kurang mendukung. Sehingga pendinginan secara intermitten tidak dapat terjadi.

(72)

3. Karbon aktif yang dijual dipasar lokal tidak cocok untuk menjadi adsorber pada pendingin adsorbsi karena rendahnya daya serap terhadap metanol.

5.2 SARAN

Melihat dari penelitian tentang pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif yang telah dilakukan, penulis dapat memberikan beberapa saran kepada peneliti lain, antara lain:

1. Bagi peneliti lain yang akan meneliti tentang siklus pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif. Penelitian pendingin adsorbsi ini dapat diperbandingkan dengan menggunakan konstruksi evaporator dan generator lain seperti evaporator yang bervolume lebih kecil atau generator yang lebih lebar.

(73)

58

Grenier, Ph. (1983), Experimental Result on a 12 m3 Solar Powered Cold Store Using the Intermittent Zeolite 13x-Water Cycle. Solar World Congress, Pergamon Press, pp. 353-358, 1984

Hinotani, K. (1983), Development of Solar Actuated Zeolite Refrigeration System. Solar World Congress, Vol.1, Pergamon Press, pp. 527-531.

Kreussler, S (1999), Experiments on Solar adsorption refrigeration Using Zeolite and Water. Laboratory for Solar Energy, university of Applied Sciences Germany.

Meunier A., Francis (2004), Experimental Performance Of An Advanced Solar-Powered Adsorptive Ice Maker. Proceedings of the 10th Brazilian Congress of Thermal Sciences and Engineering (Nov.29 – Dec.03, 2004), Rio de Janeiro, Brazil.

Pons, M. (1986), Design of solar powered solid adsorption ice-maker. ASME J. of Solar Engineering, 108, 332-337, 1986.

Ramos A., Miguel (2003), Evaluation Of A Zeolite-Water Solar Adsorption Refrigerator. ISES Solar World Congress (June, 14-19, 2003), Goteborg, Sweden

Zhu, Zepei. (1987), Testing of a Solar Powered Zeolite-Water Refrigerator. M. Eng. Thesis, AIT, Bangkok.

(74)

(konstruksi alat pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator horisontal 2.4 liter dan generator

(75)

(76)

(77)

(78)

(79)