PENGUJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI DARI ADSORBEN KARBON AKTIF UNTUK MESIN PENDINGIN TENAGA SURYA SKRIPSI

(1)

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

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

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.

Teristimewa penulis sampaikan terima kasih yang tak terhingga kepada

Ayahanda Hatuaon Sormin, Ibunda Jerni Hutapea, atas semua semangat, nasihat,

dan doa dalam setiap langkah penulis. Terima kasih juga penulis ucapkan kepada

abang dan kakak saya Hendrik Hatorangan Sormin SH, dan Betty Melinda

Sipayung SE yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam

(10)

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

BONARDO SORMIN

(11)

PENGUJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI _DARIADSORBEN _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.

(12)

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.

(13)

(14)

2.3.1 Metanol ... 15

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

(15)

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

(16)

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( CH3OH) ... 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 3.9 Kotak Isolasi Styrofoam ... 30

Gambar 3.10 Laptop ... 30

(17)

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

(18)

Adsorpsi (metanol) Tidak menggunakan Baut ... 48

Gambar 4.6 Grafik Temperatur Gelas Ukur vs Waktu pada Adsorber

Pasa Saat Pemanasan Awal ... 49

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 4.11 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 4.14 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 4.17 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Alat Penguji

(19)

Gambar 4.18 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Gelas Ukur Refrigerant

(metanol) ... 61

Gambar 4.20 Mekanisme Perpindahan Panas pada Adsorber ... 68

(20)

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

(21)

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

(22)

Tgl Temperatur gelas ukur K

∆T Beda temperatur K

∆x Panjang/tebal pelat m

ε emisitas dari pelat penyerap