ANALISA DEFORMASI TERMAL PADA EVAPORATOR SISTEM
DESALINASI AIR LAUT SECARA EKSPERIMENTAL DAN
ANALITIK DENGAN BAHAN EVAPORATOR STAINLESS STEEL
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Oleh :
NOVENDY LEONARD (110401040)
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
M E D A N
2015
ABSTRAK
Deformasi adalah kondisi suatu benda dimana mengalami perubahan fisik yang
disebabkan benda tersebut menerima tegangan beban ataupun tegangan termal.
Penelitan ini menganalisa pemakaian bahan logam paduan Stainless Steel Tipe
304 sebagai material pembuatan evaporator sistem desalinasi air laut. Penelitian
ini bertujuan untuk menganalisa total deformasi yang dialami oleh evaporator dan
apakah penggunaan logam paduan Stainless Steel Tipe 304 layak digunakan
sebagai material pembuatan evaporator sistem desalinasi air laut untuk temperatur
pada 26oC sampai 50oC. Penelitian dilakukan dalam dua metode, metode pertama
secara eksperimental untuk mengukur deformasi evaporator dalam keadaan kerja
riil dan metode kedua secara perhitungan analitik. Penelitian dilakukan sebanyak
tiga kali dan mendapatkan hasil total deformasi untuk dinding evaporator sebesar
0,00208 mm; 0,00204 mm; 0,00214 mm; dan untuk alas evaporator sebesar
0,0021 mm; 0,0021 mm; 0,00216 mm. Validasi bentuk ralat rata-rata perbedaan
perhitungan diperoleh untuk dinding evaporator 5,63 % dan untuk alas evaporator
3,57 %.
Kata Kunci : Deformasi, Termal, Sistem Desalinasi, Stainless Steel 304,
Evaporator
ABSTRACT
Deformation is a condition in which the body undergo physical changes caused
these objects receives the load stress or thermal stress. This research analyzes the
use of metal alloys Type 304 Stainless Steel as a material manufacture seawater
desalination system evaporator. This study aims to analyze the total deformation
experienced by the evaporator and whether the use of metal alloys Type 304
Stainless Steel is used as material worthy of making seawater desalination system
evaporator to the temperature at 26oC to 50oC. The study was conducted in two methods, the first method experimentally to measure the deformation of the
evaporator in a state of real work and the second method is a analitical
calculation. The study was conducted three times and get the total deformation to
the walls of the evaporator of 0,00208 mm; 0,00204 mm; 0,00214 mm; and for the
base of the evaporator at 0,0021 mm; 0,0021 mm; 0,00216 mm. Validate the form
of errata average difference calculations for wall evaporator 5,63% and 3,57%
for the base evaporator.
Keywords: Deformation, Thermal, Desalination System, Stainless Steel 304,
Evaporator
i
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
berkat dan rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik.
Skripsi ini adalah salah satu syarat untuk mendapatkan Sarjana Teknik di
Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun
judul skripsi ini adalah “Analisa Deformasi Termal pada Evaporator Sistem Desalinasi Air Laut Secara Eksperimental dan Analitik Dengan Bahan Evaporator
Stainless Steel”
Selama pengujian dan penulisan skripsi ini penulis ingin berterima kasih
banyak kepada:
1. Bapak dan Ibu tercinta yang selalu memberi segala dukungan tak
terkiranya baik moril maupun materil,
2. Bapak Dr. Ir. M. Sabri, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah banyak
meluangkan waktu untuk membimbing sehingga skripsi ini dapat selesai,
3. Bapak Dr.Ing Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Jurusan Departemen
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara merangkap
sebagai dosen pembanding I yang dengan penuh kesabaran telah
memberikan kritik dan saran yang membangun.
4. Bapak Dr. Eng Taufiq Bin Nur, S.T. M.Eng.Sc selaku dosen pembanding
II yang dengan penuh kesabaran telah memberikan masukan dan kritik
yang membangun,
5. Kolega seperjuangan Alexander Jos, Richie Wijaya, Darman Sucitra, Peter
Sumarwan dan Frenky C. Nababan yang telah memberi semangat, bantuan
dan tempat sharing dalam masa-masa sulit dan bahagia.
6. Ayahanda Richie Wijaya yang telah banyak diganggu waktunya dalam
proses penyelesaian pembangunan Sistem Desalinasi Air Laut dalam
Keadaan Vakum ini.
7. Teman-teman seperjuangan Teknik Mesin yang juga tengah berjuang
terkhususnya stambuk 2011 yang sering memberi dukungan, dan sharing
ilmu kepada penulis.
ii
8. Kepada keluarga besar Cimed yang selalu memberi motivasi, tujuan dan
semangat kepada penulis untuk pengerjaan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa laporan ini masih belum sempurna dan terdapat
kesalahan. Oleh karena itu, penulis menerima kritik dan saran yang sifatnya
membangun untuk menyempurnakan skripsi ini.
Akhir kata, penulis berharap agar laporan ini dapat bermanfaat bagi
pembaca pada umumnya dan penulis sendiri pada khususnya.
Medan, 20 Desember 2015
Penulis,
Novendy Leonard
NIM: 110401040
iii
DAFTAR NOTASI ...viii
BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ...1
1.2 Tujuan Peneltian ...2
1.3 Manfaat Penelitian ...3
1.4 Batasan Masalah ...3
1.5 Metode Penelitian ...3
BAB 2 TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Teori Dasar Desalinasi ...4
2.2 Klasifikasi Sistem Desalinasi ...5
2.2.1 Solar Still...5
2.2.2 Solar Desalinasi Humidifikasi-Dehumidifikasi ...7
2.2.3 Solar Chimney...8
2.2.4 Solar Multi Stage Flash Desalination ...9
2.2.5 Solar Multi Effect Distillation...10
2.2.6 Desalinasi Kompresi Uap...11
2.2.7 Freeze Desalination ...12
2.2.8 Desalinasi Adsorpsi...14
2.2.9 Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya Termal ...15
2.2.10 Elektrodialisis Tenaga Surya (ED) ...17
2.3 Evaporator ...18
2.4 Jenis – Jenis Evaporator ...19
2.5 Koefisien Expansi Thermal...20
2.6 Thermal Stress ...21
2.7 Proses Pembentukan Thermal akibat Arus Listrik...22
iv
2.8 Tabel Koefisien Linear Expansi Termal ...24
2.9 Contoh Penelitian Mengenai Deformasi Thermal ...24
2.9.1 Pengujian pada Tembaga ...25
2.9.2 Pengujian pada Aluminium ...27
BAB 3 METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Desain Parameter Penelitian ( Design Of Experiment ) ...30
3.1.1 Komponen dan Fungsi ...30
3.1.2 Tabel Data Pengukuran ...31
3.2 Kelengkapan Penelitian ...32
3.2.1 Waktu dan Tempat ...32
3.2.2 Alat dan Bahan ...33
3.2.2.1 Alat ...33
3.2.2.2 Bahan ...37
3.2.3 Prosedur Pengujian ...38
3.2.4 Jadwal Pelaksaan Penelitian / Schedule ...38
3.2.5 Estimasi Biaya Penelitian ...38
BAB 4 HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Membangun Design Of Experimental (DOE) ...40
4.2 Membangun CAD ...40
4.3 Hasil Percobaan Deformasi pada Evaporator ...41
4.4 Hasil Deformasi pada Evaporator Berdasarkan Perhitungan ...43
4.5 Perhitungan Ralat dan Grafik Perbandingan Hasil Deformasi dari Perhitungan dengan Penelitian ...47
4.6 Perhitungan Temperatur Tegangan Batas Yield ...51
v
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1.1 Klasifikasi Sistem Desalinasi Surya ...2
Gambar 2.1 Desalinasi Sistem Vakum Natural ...5
Gambar 2.2 Solar Still Sederhana ...6
Gambar 2.3 Sistem Desalinasi Surya Humidifikasi – Dehumidifikasi ...7
Gambar 2.4 Instalasi Sistem Desalinasi Solar Chimney pada Air Laut ...9
Gambar 2.5 Sistem Desalinasi Solar Multi Stage Flash ...10
Gambar 2.6 Solar Multi Effect Distillation ...11
Gambar 2.7 Sistem Desalinasi Kompresi Uap Mekanik ...12
Gambar 2.8 Desalinasi Beku menggunakan Auto Reversed Vapor Compression Heat Pump ...14
Gambar 2.9 Sistem Desalinasi Adsorpsi ...15
Gambar 2.10 Unit Desalinasi Reverse Osmosis Bertenaga Siklus Rankine Organik Surya ...17
Gambar 2.11 Prinsip Kerja Unit Elektrodialisis ...18
Gambar 2.12 Evaporator ...19
Gambar 2.13 Grafik Pengujian pemuaian panjang, lebar dan tebal tembaga ...26
Gambar 2.14 Grafik pemuaian rata-rata panjang, lebar dan tebal pada tembaga ...27
Gambar 2.15 Grafik Pengujian pemuaian panjang, lebar dan tebal aluminium ...28
Gambar 2.16 Grafik pemuaian rata-rata panjang, lebar dan tebal pada Aluminium ...29
Gambar 3.1 Tangki Air Laut ...33
Gambar 3.2 Evaporator ...34
Gambar 3.3 Kondensor...35
Gambar 3.4 Tube in Tube Heat Exchanger ...36
Gambar 3.5 Manometer ...36
vi
Gambar 3.6 Ultrasonic Thickness Indicator ...37
Gambar 3.7 Sistem Desalinasi Air Laut ...37
Gambar 3.8 Bagan Alir Pengujian Penelitian ...39
Gambar 4.1 Evaporator dalam kondisi tertutup ...40
Gambar 4.2 Evaporator dalam kondisi terbuka ...41
Gambar 4.3 Grafik Tebal Dinding Perhitungan dan Penelitian pada Hari 1 ...48
Gambar 4.4 Grafik Tebal Alas Perhitungan dan Penelitian pada Hari 1 ...49
Gambar 4.5 Grafik Tebal Dinding Perhitungan dan Penelitian pada Hari 2 ...49
Gambar 4.6 Grafik Tebal Alas Perhitungan dan Penelitian pada Hari 2 ...50
Gambar 4.7 Grafik Tebal Dinding Perhitungan dan Penelitian pada Hari 3 ...50
Gambar 4.8 Grafik Tebal Alas Perhitungan dan Penelitian pada Hari 3 ...51
Gambar i Hasil Spesimen sebelum dilakukan Heat Treatment ...xii
Gambar ii Hasil Spesimen setelah dilakukan Heat Treatment ...xii
vii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 2.1 Tabel Koefisien Linear Expansi Termal untuk Steel ... 24
Tabel 2.2 Besar Pemuaian tembaga dengan menggunakan perhitungan ... 25
Tabel 2.3 Pengujian pemuaian panjang, lebar dan tebal tembaga ... 25
Tabel 2.4 Data nilai rata-rata pemuaian tembaga pada percobaan ... 26
Tabel 2.5 Besar Pemuaian aluminium dengan menggunakan perhitungan .. 27
Tabel 2.6 Pengujian pemuaian panjang, lebar dan tebal aluminium ... 28
Tabel 2.7 Data nilai rata-rata pemuaian aluminium pada percobaan ... 29
Tabel 3.1 Tabel Komponen dan Fungsi Penelitian ... 31
Tabel 3.2 Tabel Data Pengukuran untuk Tebal Dinding Evaporator ... 32
Tabel 3.3 Tabel Data Pengukuran untuk Tebal Alas Evaporator ... 32
Tabel 4.1 Parameter Design Of Experimental (DOE) ... 40
Tabel 4.2 Hasil Percobaan Hari 1 ... 41
Tabel 4.3 Hasil Percobaan Hari 2 ... 42
Tabel 4.4 Hasil Percobaan Hari 3 ... 43
Tabel 4.5 Hasil Perhitungan untuk Hari 1 ... 44
Tabel 4.6 Hasil Perhitungan untuk Hari 2 ... 45
Tabel 4.7 Hasil Perhitungan untuk Hari 3 ... 46
Tabel 4.8 Tabel Mechanical Properties Stainless Steel 304 oleh Euro Inox ... 51
Tabel i (a). Nilai diameter indentasi dan BHN pada temperatur awal (26oC), (b). Nilai diameter indentasi dan BHN pada temperatur akhir (50oC) ... xi
viii
DAFTAR NOTASI
Simbol Satuan
αL Linear coefficient of thermal expansion /oC
αA Area coefficient of thermal expansion /oC
αV Volumetric of thermal expansion /oC
σ Tegangan Thermal MPa
E Modulus Young MPa
BHN Brinell Hardness Number
P Load / Beban yang diberikan Kg
D Diameter Indentor mm
d Diameter Indentasi mm
