PENGUJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI DARI ADSORBEN ALUMINA AKTIF UNTUK MESIN PENDINGIN TENAGA SURYA
SKRIPSI
Skripsi Yang DiajukanUntukMelengkapi SyaratMemperolehGelarSarjanaTeknik
ABDI ZENTRA AORNA MANIK
NIM. 120421044
PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan karuniaNya serta nikmat kesehatan yang diberikanNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaik-baiknya dan dalam waktu yang sesingkat-singkatnya.
Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara. Adapun Tugas Sarjana yang dipilih dengan judul “PENGUJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI DARI ADSORBEN ALUMINA AKTTIF UNTUK MESIN PENDINGIN TENAGA SURYA”
Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini penulis banyak mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini dengan ketulusan hati penulis ingin menghaturkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Kedua orang tua dan keluarga tercinta (Ayah) Jahillim Manik dan (Ibu)
Nursaini Sigalingging yang senantiasa memberikan kasih sayang, dukungan, motivasi dan nasihat yang tak ternilai harganya. Serta kepada adik-adik saya yaitu Apri R. Manik, S.pd, Andriana Yunilia Manik, Astri N. Manik, Ardi S. D. Manik, Anita S. Manik yang terus mendoakan saya dalam menyelesaikan Tugas sarjana ini.
2. Bapak Dr.Eng. Himsar Ambarita.ST.MT.selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing, memotivasi, dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.
3. Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME (Dekan Fakultas Teknik USU), beserta segenap staf dan jajarannya.
5. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.
6. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.
7. Rekan satu tim Hakimin Nasution dan Bonardo Sormin atas kerja sama yang baik untuk menyelesaikan penelitian ini.
8. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin, khususnya kepada kawan-kawan seperjuangan Angkatan 2012 yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah banyak membantu dan memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Tugas Sarjana ini, "Solidarity Forever".
Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajian Tugas Sarjana ini. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran-saran yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan Tugas Sarjana ini dikemudian hari.
Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis memanjatkan doa kepada Tuhan Yang Maha Esa semoga Tugas Sarjana ini bermanfaat untuk kita semua.
Medan, April 2015 Penulis
ABSTRAK
Akhir-akhir ini mesin pendingin siklus adsorpsi semakin banyak diteliti oleh para ahli karena disamping ekonomis juga ramah lingkungan dan menggunakan energy terbarukan yaitu energi surya. Agar proses adsorpsi dan desorpsi mesin pendingin adsorpsi dapat berjalan dengan baik perlu diketahui jumlah perbandingan yang ideal antara adsorben dengan refrigeran yang digunakan. Disini untuk mencari perbandingan antara absorben alumina aktif menggunakan baut maupun tidak menggunakan baut. Data tersebut dapat dicari menggunakan alat penguji kapasitas adsorpsi. Alat penguji kapasitas adsorpsi yang digunakan dilengkapi dengan lampu halogen 1000 W sebagai sumber panas. Adsorber pada alat penguji ini terbuat dari bahan stainless steel yang bertujuan agar tahan terhadap korosi akibat dari variasi refrigeran yang digunakan. Alumina aktif yang digunakan sebagai adsorben sebanyak 1 kg. Sedangkan variasi refrigeran yang digunakan yaitu amonia. Kapasitas amonia yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben alumina aktif mengunakan baut diisolasi adalah sebanyak 300 mL. Sedangkan kapasitas amonia yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben alumina aktif tidak menggunakan baut diisolasi adalah sebanyak 220 mL.
ABSTRACT
Lately adsorption refrigeration cycle more and more scrutinized by experts as well as eco-friendly and economical use of renewable energy is solar energy. In order for the process of adsorption and desorption adsorption refrigerating machine can run well to note that the ideal number of comparisons between the adsorbent with a refrigerant used. Here to find a comparison the absorbent activated alumina using or not using a bolt. The data can be searched using the adsorption capacity testers. Adsorption capacity testers are used equipped with a 1000 W halogen lamp as a heat source. Adsorber on this tester is made of stainless steel which aims to resist corrosion due to the variation of refrigerant used. Mixture of active alumina used as much as 1 kg of adsorbent. While the refrigerant used is amonia. The capacity of amonia which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated alumina using bolt isolated is much as 300 mL. While the capacity of amonia which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated alumina not using bolt isolated is much as 220 mL.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Tempat dan Waktu ... 23
3.2 Bahan ... 23
3.3 Alat Ukur yang Digunakan pada Pengujian Kapasitas Adsorpsi 23 3.4 Peralatan yang Digunakan ... 25
3.5 Set-Up Eksperimental ... 29
3.5.1 Prosedur Pengujian ... 30
3.6 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi ... 31
3.6.1 Dimensi Utama Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi 33
3.7 Langkah Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi ... 34
3.7.1 Pembuatan Adsorber ... 34
4.1.2 Data Alat Pengujian Kapasitas Adsorbsi Menggunakan Fin Dan Tanpa Fin Dengan Gelas
4.4 Analisa Perpindahan Panas pada Adsorber saat Desorpsi ... 59
4.4.1 Perpindahan Panas Pada Pengujian Amonia ... 59
4.5 Analisa Perpindahan Panas pada saat adsrobsi ... 63
4.5.1 Konveksi Natural Pada Pengujian Amonia ... 63
4.5.2 Efisiansi Gelas Ukur ... 78
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 80
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus Dasar Refrigerasi Adsorpsi ... 6
Gambar 2.2 Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi 7 Gambar 2.3 Adsorben Alumina Aktif ... 9
Gambar 2.4 Diagram Proses Pembuatan Alumina ... 12
Gambar 2.5 Amonia( NH3)... 16
Gambar 2.6 Perpindahan Panas Konduksi Melalui Sebuah Pelat ... 19
Gambar 2.7 Perpindahan Panas Konveksi dari Permukaan Pelat ... 20
Gambar 2.8 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe a) ... 21
Gambar 2.9 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe b) ... 22
Gambar 3.1 Pace XR5 Data Logger ... 24
Gambar 3.8 Kotak Isolasi Styrofoam ... 28
Gambar 3.9 Laptop ... 28
Gambar 3.10 Set-Up Eksperimental pada Proses Desorpsi ... 29
Gambar 3.11 Set-Up Eksperimental pada Proses Adsorpsi ... 30
Gambar 3.12 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi dengan gelas ukur ... 32
Gambar 3.13 Dimensi Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi ... 33
Gambar 3.14 Dimensi Adsorber ... 33
Gambar 3.15 Gelas Ukur... 34
Gambar 3.16 Bentuk Adsorber ... 34
Gambar 3.17 Pengisian Adsorben Alumina Aktif ... 35
Gambar 3.18 Pemasangan Kawat Kasa ... 35
Gambar 3.19 Penyambungan Pelat Adsorber ... 36
Gambar 3.20 Pemasangan Pipa, Manometer Vakum dan Katup ... 36
Gambar 3.22 Adsorber Setelah Dicat Warna Hitam ... 37
Gambar 3.23 Pembuatan Gelas Ukur ... 37
Gambar 3.24 Gelas Ukur... 37
Gambar 4.1 Letak Titik-Titik thermocouple pada Alat Penguji ... 39
Gambar 4.2 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi (amonia) menggunakan fin ... 41
Gambar 4.3 Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu pada Adsorber Pada Saat Pemvakuman ... 42
Gambar 4.4 Grafik Tekanan vs Waktu ... 43
Gambar 4.5 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi (amonia) menggunakan fin ... 43
Gambar 4.6 Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu pada Adsorber Pasa Saat Pemvakuman ... 44
Gambar 4.7 Grafik Tekanan vs Waktu ... 45
Gambar 4.8 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Alat Penguji Adsorpsi (amonia) menggunakan Fin ... 46
Gambar 4.9 Grafik Temperatur vs Waktu adsorpsi Gelas Ukur Refrigerant (amonia) ... 46
Gambar 4.10 Grafik Tekanan vs Waktu ... 47
Gambar 4.11 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Alat Penguji Adsorpsi (amonia) tanpa menggunakan Fin ... 47
Gambar 4.12 Grafik Temperatur vs Waktu adsorpsi Gelas Ukur Refrigerant (amonia) ... 48
Gambar 4.13 Grafik Tekanan vs Waktu ... 49
Gambar 4.14 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Alat Penguji Adsorpsi (amonia) menggunakan Fin ... 50
Gambar 4.15 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Gelas Ukur Refrigerant (amonia) ... 50
Gambar 4.16 Grafik Tekanan vs Waktu ... 51
(amonia) ... 53
Gambar 4.19 Grafik Tekanan vs Waktu ... 54
Gambar 4.20 Mekanisme Perpindahan Panas Pada Adsorber ... 59
DAFTAR TABEL
DAFTAR SIMBOL
Simbol Arti Satuan
A Luas penampang m2
Cp Kalor spesifik tekanan tetap J/kg.K
h koefisien konveksi W(m2K)
k Koefisien konduksi W/m.K
Le Kapasitas kalor spesifik laten J/kg
m Massa zat kg
Nu Bilangan Nusselt
Qc Laju perpindahan panas konduksi W
Qh laju perpindahan panas konveksi W
Qr laju perpindahan panas radiasi W
P Tekanan Vakum psi
QL Kalor laten J
Qs Kalor sensibel J
t Interval waktu s
Tgl Temperatur gelas ukur K
Ts Temperatur permukaan adsorber K
Tb Temperatur bawah adsorber K
Tf Temperatur film K
TG Temperatur gelas ukur K
∆T Beda temperatur K
∆x Panjang/tebal pelat m ε emisitas dari pelat penyerap
