vii
ABSTRAK
Negara berkembang seperti Indonesia kebutuhan akan sistem pendingin untuk pengawetan makanan, hasil pertanian, obat-obatan, kini semakin meningkat. Sistem pendingin yang ada saat ini pada umumnya menggunakan sistem kompresi uap yang membutuhkan energi listrik dan menggunakan refrijeran sintetik. Namun didaerah terpencil hal ini sering menjadi kendala dalam pengadaanya Maka pendingin absorbsi amonia-air menjadi suatu gagasan yang dapat diterapkan, sistem pendingin ini terdiri dari dua bagian yaitu desorbsi (menguapnya amonia murni saat proses pemanasan) dan absorbsi (kembalinya amonia ke absorbernya yaitu air). Tujuan penelitian ini adalah membuat model pendingin absorbsi amonia-air dengan energi surya, serta mengetahui pengaruh intensitas energi surya terhadap tekanan pada saat proses desorbsi dan temperatur pendinginan yang dapat dicapai.
Pendingin ini terdiri dari generator, kondensor, reflektor dan evaporator. Generator ini terbuat dari stainlees steel dengan diameter 10 cm dan penjang 200 cm. Kondensor terbuat dari pipa stainlees steel yang berbentuk spiral dengan diameter 25 mm. Reflektor yang digunakan adalah reflektor parabola silinder. Evaporator disini terbuat dari pipa stainlees steeldengan diameter 10 cm dengan panjang 50 cm. Variabel yang diukur dalam penelitian ini adalah temperatur generator (T1), temperatur kondensor (T2), temperatur evaporator (T3), temperatur ruangan di dalam kotak pendingin (T4), tekanan generator (P1), tekanan evaporator (P2), intensitas radiasi surya (G) dan waktu (t), alat yang digunakan untuk pengukuran suhu adalah Termokopel sedangkan untuk mengukur tekanan disebut manometer dan untuk mengetahui intensitas radiasi surya adalah solar meter.
Hasil penelitian telah berhasil membuat sebuah sistem pendingin absorbsi amonia-air dengan energi surya. Temperatur terendah yang dicapai adalah 24oC. COP terbaik adalah 0.94, serta dapat mengetahui pengaruh intensitas radiasi energi surya terhadap tekanan pada saat proses desorbsi.
STUDI EKSPERIMENTAL PENDINGIN ABSORBSI
AMONIA
–
AIR ENERGI SURYA TANPA KATUP PEMISAH
GENERATOR DAN EVAPORATOR
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Program
Studi Teknik Mesin
Diajukan Oleh:
PETRUS DAMIANUS BAYU DWI WICAKSONO NIM: 085214050
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2012
EXPERIMENTAL STUDY OF SOLAR ENERGY
ABSORBTION AMMONIA-WATER REFRIGERATION
WITHOUT GENERATOR AND EVAPORATOR
SEPARATOR VALVE
FINAL PROJECT
Presented as a partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Bachelor of Engineering degree
in Mechanical Engineering Study Program
By:
PETRUS DAMIANUS BAYU DWI WICAKSONO NIM: 085214050
MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2012
lr.FA. Rusdi
S
am
ba
da,
M
.
T
.
Di negara berkembang seperti Indonesia kebutuhan akan sistem pendingin semakin meningkat, pendingin tersebut banyak digunakan untuk pengawetan makanan, hasil pertanian, obat-obatan, kini semakin meningkat. Sistem pendingin yang ada saat ini pada umumnya menggunakan sistem kompresi uap yang membutuhkan energi listrik dan menggunakan refrijeran sintetik. Namun di daerah terpencil hal ini sering menjadi kendala dalam pengadaanya Maka pendingin absorbsi amonia-air menjadi suatu gagasan yang dapat diterapkan, sistem pendingin ini terdiri dari dua bagian yaitu desorbsi (menguapnya amonia murni saat proses pemanasan) dan absorbsi (kembalinya amonia ke absorbernya yaitu air). Tujuan penelitian ini adalah membuat model pendingin absorbsi amonia-air dengan energi surya, meneliti temperatur pendinginan yang dapat dicapai dan meneliti COP yang dapat dihasilkan.
Pendingin ini terdiri dari generator, kondensor, reflektor dan evaporator. Generator ini terbuat dari stainlees steel dengan diameter 10 cm dan penjang 200 cm. Kondensor terbuat dari pipa stainlees steel yang berbentuk spiral dengan diameter 25 mm. Reflektor yang digunakan adalah reflektor parabola silinder. Evaporator disini terbuat dari pipa stainlees steel dengan diameter 10 cm dengan panjang 50 cm. Variabel yang diukur dalam penelitian ini adalah temperatur generator (T1), temperatur kondensor (T2), temperatur evaporator (T3), temperatur ruangan di dalam kotak pendingin (T4), tekanan generator (P1), tekanan evaporator (P2), intensitas radiasi surya (G) dan waktu (t), alat yang digunakan untuk pengukuran suhu adalah Termokopel sedangkan untuk mengukur tekanan disebut manometer dan untuk mengetahui intensitas radiasi surya adalah solar meter.
Hasil penelitian telah berhasil membuat sebuah sistem pendingin absorbsi amonia-air dengan energi surya. Temperatur terendah yang dicapai adalah 24oC. COP terbaik adalah 0.94.
Kata kunci: pendingin absorbsi, reflektor, ammonia, intensitas radiasi surya
KATA PENGANTAR
Puji syukur bagi-Mu Tuhan Yang Maha Kasih atas segala berkah dan rahmat, sehingga laporan tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik untuk program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Penulis merasakan bahwa penelitian tugas akhir ini merupakan penelitian yang tidak mudah, dituntut keterlibatan langsung dalam pengambilan data, pemahaman terhadap sistem alat dan persamaan yang digunakan, serta penanggulangan yang tepat terhadap permasalahan yang dihadapi.
Penelitian Tugas Akhir dengan judul “Studi Eksperimental Pendingin
Absorbsi Amonia-Air Energi Surya Tanpa Katup Pemisah Generator Dan
Evaporator” ini dapat berjalan dengan baik karena adanya bantuan secara langsung maupun tidak langsung dan kerjasama dari berbagai pihak. Menyadari hal itu, maka pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa. S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Bapak Ir. P.K. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program studi Teknik Mesin. 3. Bapak Ir. P.K. Purwadi, M.T. Selaku Dosen Pembimbing Akademik
4. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama penulis berkuliah di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
6. Laboran (Ag. Rony Windaryawan) yang telah membantu memberikan ijin dalam penggunakan fasilitas yang diperlukan dalam penelitian ini.
7. Rekan kerja saya Agustinus Supriyono dan Ricardo Redy Hanawijaya yang telah saling membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.
8. Orang tua dan orang-orang yang saya sayangi yang sudah mensuport saya baik Doa maupun Tenaga dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
9. Veronica Sulistyani yang sudah mensuport saya baik Doa maupun Tenaga dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Menyadari keterbatasan Penulis dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, maka berbagai kritik dan saran yang bersifat membangun demi perbaikan laporan tugas akhir ini akan diterima dengan senang hati.
Akhir kata semoga karya tulis ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin pada khususnya dan pembaca lain pada umumnya. Terima kasih.
Yogyakarta, 14 Agustus 2012 Penulis,
Petrus Damianus Bayu Dwi Wicaksono
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... iv
HALAMAN PENGESAHAN ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi
ABSTRAK ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xii
DAFTAR GAMBAR ... xiii
BAB I. PENDAHULUAN ... 1
1.l. Latar Belakang ... 1
1.2. Batasan Masalah ... 2
1.3. Tujuan Penelitian ... 3
1.4. Manfaat Penelitian ... 3
BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1. Penelitian yang Pernah Dilakukan ... 4
2.2. Dasar Teori ... 9
2.3. Reflektor... ..14
2.3.1.Reflektor plat datar………...14
2.3.2.Reflektor parabola………...………….16
2.4. Amonia...16
BAB III. METODE PENELITIAN ... 19
3.1. Deskripsi Alat ... 19
3.2. Variabel Yang Diukur ...22
3.3. Langkah Penelitian ...23
3.4. Peralatan Pendukung ...24
BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN………. 27
4.1. Data Hasil Penelitian………...27
4.2. Grafik dan Pembahasan ... 30
BAB V. PENUTUP ... 43
5.1 Kesimpulan ... 43
5.2 Saran ... 43
DAFTAR PUSTAKA ... 44
LAMPIRAN ... 45
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Data pertama pada tanggal 27 juli 2012 ... ...27 Tabel 4.2. Data kedua pada tanggal 28 juli 2012... 28 Tabel 4.3. Data ketiga pada tanggal 27 juli 2012... ... 29
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Skema alat pendingin absorbsi generator horizontal ( Probo,
2010)...5
Gambar 2.2. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator tanpareceiver, (Yudhokusumo, 2011)………..……… ……..7
Gambar 2.3. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator menggunakan receiver, (Gunawan, 2011)………..………8
Gambar 2.4. Siklus pendinginan absorbsi ...9
Gambar 2.5 Reflektor plat datar……….………...13
Gambar 2.6.a Reflektor piringan……… ……….14
Gambar 2.6.b Reflektor parabola………………….14
Gambar 2.7. Amonia+Air..………...15
Gambar 3.1. Skema alat pendingin absorbsi ...19
Gambar 3.2. Skema generator ...20
Gambar 3.3. Dimensi pipa celup ...21
Gambar 3.4. Varibel yang diukur... ...22
Gambar 3.5. Stopwatch...24
Gambar 3.6. Reflektor ... ...25
Gambar 3.7. Logger...25
Gambar 3.8. Termokopel... ...26
Gambar 3.9. Solar meter... ...26 Gambar 4.1. Grafik tekanan terhadap waktu dari ketiga data ...31 Gambar 4.2. Grafik temperatur evaporator (T3) terhadap waktu...32 Gambar 4.3. Grafik temperatur kotak evaporator (T4) terhadap
Waktu...33 Gambar 4.4. Grafik hubungan antara intensitas radiasi surya
terhadap tekanan data 1...34 Gambar 4.5. Grafik hubungan antara intensitas radiasi surya
terhadap tekanan data 2...35 Gambar 4.6. Grafik hubungan antara intensitas radiasi surya
terhadap tekanan data 3...36 Gambar 4.7. Grafik temperatur evaporator (T3) terhadap waktu
Absorbsi amonia-air energi surya menggunakan kondensor dan evaporator berpendingin air
(Supriono, 2012)...37 Gambar 4.8. Grafik temperatur kotak evaporator (T4) terhadap waktu
Absorbsi amonia-air energi surya menggunakan kondensor dan evaporator berpendingin air
(Supriono, 2012)... 38 Gambar 4.9. Hasil absorbsi yang mencapai suhu -5°C Absorbsi
amonia-air energi surya menggunakan kondensor dan evaporator berpendingin air
(Supriono, 2012)...38 Gambar 4.10. Grafik tekanan terhadap waktu dari ketiga data
Pendingin absorbsi amonia-air energi surya dengan katup pemisah generator dan evaporator
(Hanawijaya, 2012)...39
Gambar 4.11. Grafik temperatur evaporator (T3) terhadap waktu
Pendingin absorbsi amonia-air energi surya dengan katup pemisah generator dan evaporator
(Hanawijaya, 2012)... 40 Gambar 4.12. Grafik temperatur kotak evaporator (T3) terhadap waktu
Pendingin absorbsi amonia-air energi surya dengan katup pemisah generator dan evaporator
(Hanawijaya, 2012)...40 Gambar 4.13. Hasil absorbsi yang mencapai suhu 3°C Pendingin absorbsi
amonia-air energi surya dengan katup pemisah
generator dan evaporator (Hanawijaya, 2012)... ...41 Gambar 4.14 .Grafik perbandingan COP rata-rata semua data... ...41
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Negara Indonesia merupakan negara tropis yang memiliki kebutuhan besar akan sistem pendingin untuk pengawetan makanan, hasil pertanian, sterilisasi obat-obatan, dsb. Namun sistem pendinginan yang ada saat ini sebagian besar bekerja dengan sistem kompresi uap yang menggunakan energi listrik dan refrijeran sintetik. Permasalah yang terjadi adalah belum semua daerah terutama didaerah terpencil yang belum memiliki jaringan listrik sehingga sistem pendingin yang menggunakan energi surya diharapkan dapat menjadi pengganti dari sumber energi listrik tersebut. Sistem pendinginan dengan energi surya ini dapat bekerja tanpa adanya jaringan listrik, sehingga diharapkan dapat menjadi salah satu alternatif pemecahan permasalahan akan kebutuhan sistem pendingin di daerah yang masih belum ada jaringan listrik.
Salah satu sistem pendingin yang tidak membutuhkan energi listrik adalah sistem pendingin absorbsi amonia-air. Sistem pendingin ini hanya memerlukan energi panas untuk dapat bekerja. Energi panas dapat diperoleh dari pembakaran kayu, bahan bakar minyak, batubara, dan gas bumi. Selain itu energi panas juga dapat berasal dari buangan proses industri, biomassa, biogas atau energi alam seperti panas bumi dan energi surya. Amonia dan air
bukan merupakan refrijeran sintetik sehingga tidak memiliki dampak negatif terhadap lingkungan. Siklus pada sistem pendingin ini hanya terdiri dari dua proses yaitu proses desorbsi (Penguapan amonia murni terpisah dengan air ) dan absorbsi ( Penyerapan amonia oleh air ).
Desain pendingin dengan energi panas untuk negara-negara berkembang haruslah sederhana dan mudah perawatannya dengan kata lain harus dapat dibuat dan diperbaiki oleh industri lokal.
1.2. Batasan Masalah
tidak besar, energi surya merupakan energi yang ramah lingkungan dan tersedia di alam dengan jumlah yang tidak terbatas.
1.3. Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini: 1. Membuat model pendingin absorbsi amonia-air.
2. Meneliti temperatur pendinginan yang dapat dihasilkan oleh sistem pendingin absorbsi amonia-air dengan energi surya.
3. Meneliti COP atau unjuk kerja yang dapat dihasilkan oleh sistem pendingin absorbsi amonia-air dengan tenaga surya.
1.4. Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini:
1. Menambah kepustakaan teknologi tentang pendingin sistem absorbsi energi surya.
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1. Penelitian yang Pernah Dilakukan
Beberapa penelitian pendingin adsorbsi menggunakan zeolit-air dengan energi surya mendapatkan harga COP sistem pendingin adsorbsi surya menggunakan zeolit-air akan mendekati konstan pada temperatur pemanasan 160℃ Hinotani, (1983). Eksperimen sistem pendingin adsorbsi
surya menggunakan zeolit-air dan mendapatkan harga COP sebesar 0,12 Grenier, (1983). Pendingin adsorbsi surya zeolit-air namun COP nya hanya 0,10 Pons, (1986). Pada penelitian sistem pendingin adsorbsi surya zeolit-air dengan kolektor plat datar dan kondensor berpendingin udara mendapatkan COP sebesar 0,054 Zhu Zepei, (1987). Pada penelitian dengan pemanasan menggunakan kolektor parabola mendapatkan COP sebesar 0,25 Ramos, (2003). Penelitian-penelitian tersebut menggunakan zeolit yang diproduksi di Jerman, Slovnaft-Czech, dan Prancis. Penelitian sistem pendingin absorbsi amonia air menggunakan generator horizontal dengan variasi kadar amonia dan tekanan saat proses desorbsi mendapatkan COP sebesar 0,98 Probo, (2010) . Pada penelitian sistem pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator tanpa receiver mendapatkan COP sebesar 0,91 Yudhokusumo, (2011). Penelitian sistem pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator menggunakan receiver Gunawan, (2011).
Sedangkan penelitian untuk mengetahui efek massa air dalam evaporator terhadap unjuk kerja pendingin absorbsi amonia-air Pratama, (2012)
Gambar 2.1. Skema alat pendingin absorbsi generator horizontal ( Probo, 2010)
Keterangan:
1. Generator yang juga berfungsi sebagai absorber 2. Saluran masuk amonia
3. Kondensor yang juga berfungsi sebagai evaporator 4. Manometer
Penelitian yang serupa pernah dilakukan adalah penelitian menggunakan tabung generator vertikal dan evaporator tanpa reciver
(penampung) variabel yang divariasikan dalam penelitian tersebut adalah variasi volume campuran amonia-air 900 cc dan 1300 cc. Variasi bukaan keran saat proses absorbsi sebesar 30°, 60°, dan 90° dengan volume campuran amonia-air 900 cc kemudian penelitian tersebut menyimpulkan bahwa.Temperatur evaporator terendah yang dihasilkan adalah -5℃ yang
11
Gambar 2.2. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator tanpareceiver, (Yudhokusumo, 2011)
Keterangan :
1. Saluran untuk menampung amonia yang akan dimasukkan ke alat. Bagian ini bisa diganti dengan pentil saat alat akan divakum. 2. Keranball valve¾ inci
3. Pipa ¾ inci
4. Penguat katup fluida satu arah
5. Generator yang juga sekaligus sebagai absorber 6. Penguat generator
7. Manometer
Kemudian hal ini berkembang pada penelitian Gunawan (2012) yang menembahkan receiver pada evaporator untuk menampung air agar tidak masuk kedalam evaporator.
Gambar 2.3. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator menggunakan receiver, (Gunawan, 2011).
Keterangan :
1. Torong pengisi 2. Kran
3. Tabung Generator atas 4. Tabung Generator bawah 5. Manometer
6. Evaporator
Banyak hal yang mempengaruhi dari unjuk kerja pendinginan ini maka sangat penting penelitian-penelitian semacam ini dilakukan agar alat yang dihasilkan nantinya akan menjadi lebih baik.
2.2. Dasar Teori
Pendingin absorbsi pada umumnya terdiri dari 4 (empat) komponen utama yaitu : (1) absorber, (2) generator, (3) kondensor, (4) evaporator. Namun pada penelitian ini model pendingin absorbsi yang dibuat hanya terdiri dari tiga komponen utama yaitu, generator yang juga berfungsi sebagai absorber, evaporator yang juga berfungsi sebagai kondensor.
Gambar 2.4 Siklus pendinginan absorbsi
dari absorber (proses desorbsi). Proses ini dapat dilihat pada Gambar 2.4. Proses desorbsi dan absorbsi terjadi pada absorber (pada generator). Pada proses desorbsi generator memerlukan energi panas untuk dapat menguapkan amonia. Energi panas dapat berasal dari pembakaran kayu, batubara, minyak bumi, gas alam, panas bumi, biogas, dan sebagainya. Pada penelitian digunakan reflektor parabola, hal ini karena dibutuhkan fokus yang berupa garis pada generator. Hal tersebut tidak dapat dihasilkan jika menggunakan reflektor piringan, karena fokus pada reflektor piringan berupa titik.
dan menguap, lalu mengalir kembali ke dalam generator. Di dalam generator uap amonia tersebut diserap oleh air, proses ini disebut absorbsi. Siklus tersebut akan berlangsung terus-menerus jika ada sumber panas. Selama proses desorbsi pendinginan di dalam evaporator tidak dapat terjadi karena amonia masih bercampur dengan air di dalam generator.
Unjuk kerja pendingin absorbsi umumnya dinyatakan dengan koefisien prestasi absorbsi (COPAbsorbsi) dan dapat dihitung dengan persamaan :
COPabsorbsi= (1)
Kerja pendinginan dapat dihitung dengan persamaan :
Kerja pendinginan =(m. Cp )tabung+∆(m.h)evaporator (2)
Kerja pemanasan pada generator dapat dihitung dengan persamaan :
Kerja pemanasan =(m. Cp )tabung+ (m. Cp )amonia+ m.hfg amonia (3)
Energi surya yang digunakan untuk menaikan temperatur sejumlah massa pada generator adalah sebesar intensitas energi surya yang diterima oleh reflektor berbanding dengan luasan permukaan reflektornya:
Sehingga untuk mengetahui efisiensi reflektor (reflektor) dapat diketahui dengan membandingkan kerja pemanasan untuk menaikkan temperatur sejumlah massa pada generator berbanding terbalik dengan energi radiasi surya yang diterima oleh generator melalui kolektor:
η
reflektor = (5)dengan :
m : massa (amonia dan tabung) yang dipanasi reflektor (kg) CP : panas jenis (amonia dan tabung) (J/(kg.K))
Tawal : temperatur amonia sebelum dipanasi (oC) Takhir : temperatur amonia setelah dipanasi (oC)
∆T :Tawal-Takhir
∆t : lama waktu pemanasan (menit) G : intensitas energi surya (Watt/m2) A : luas aperture (m2)
Pada penelitian ini, digunakan analisa pendekatan siklus pendingin carnot. Refrigerator (pendingin) carnot
Refrigerator carnot menerima kerja luar (W) dan menyerap panas Q1 dari reservoir dengan (hent sink) temperature T1 serta member panas Q2 ke reservoir panas temperature T2.
Skema diagram alir refrigerator carnot:
Gambar 2.5. Skema diagram alir refrigerator carnot Jadi dapat dibuat hubungan,
W = Q1–Q2 (6)
Koefisien performance,
COP =
= (7)
= (8)
2.3. Reflektor
Dalam proses desorbsi atau pemanasan pada tabung generator dibutuhkan reflektor yang befungsi untuk memantulkan radiasi surya matahari ke generator. Reflektor surya dapat didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi sinar matahari sebagai sumber energi utama, ketika sinar matahari menimpa allumunium foil pada reflektor surya, cahaya akan di fokuskan ke sesuatu titik, dalam hal ini adalah tabung generator.
Alat pendingin surya yang dapat diproleh dipasaran dalam bentuk pendingin air (water chilers), ada beberapa reflektor yang sering kita temui, antara lain:
1. Reflektor plat datar 2. Reflektor parabola
2.3.1. Reflektor plat datar
Gambar 2.6 Reflektor plat datar
2.3.2. Reflektor parabola
Gambar 2.7.a Reflektor piringan Gambar 2.7.bReflektor parabola
Reflektor yang dipilih untuk penelitian ini adalah reflektor parabola,
2.4. Amonia
Gambar 2.8. Amonia + Air
bercampur dengan air akan menjadi k o r o s i f t e r h a d a p l o g a m , t e r u t a m a t e m b a g a , k u n i n g a n , s e n g d a n t i m a h . Manfaat dan kegunaan amonia,amonia umum digunakan sebagai bahan pembuat obat-obatan, amonia yang dilarutkan dalam air dapat digunakan untuk membersihkan berbagai
perkakas rumah tangga, zat ini juga digunakan sebagai campuran pembuat pupuk
untuk menyediakan unsur nitrogen bagi tanaman, Amonia juga dapat digunakan
sebagai refrijeran dalam sistem pendingin. Namun dalam penggunannya,
diperlukan kehati-hatian karena konsentrasi tinggi amonia bisa sangat berbahaya
bila terhirup, tertelan, atau tersentuh.Beberapa pasangan absorbsi yang banyak digunakan adalah:
1. Amonia-Air
2. Litium bromida- Air
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1. Deskripsi Alat
Gambar 3.1. Skema alat pendingin absorbsi Keterangan :
1. Generator yang juga berfungsi sebagai absorber 2. Pipa celup yang berfungsi sebagai jalan uap amonia 3. Torong masuk amonia
4. Manometer untuk mengetahui tekanan generator 5. Keran ¾ inchi utama untuk memasukkan amonia-air
6. Water mur berfungsi untuk memudahkan pemasangan kondensor 7. Kondensor yang berbentuk pipa spiral berfungsi untuk
mengembunkan uap amonia
8. Kotak kondensor berfungsi untuk merendam pipa spiral 9. Manometer untuk mengetahui tekanan evaporator 10. Evaporator berfungsi untuk menampung uap amonia.
11. Kotak pendingin untuk meletakkan benda-benda yang ingin didinginkan. Evaporator diletakkan di dalam kotak ini saat proses absorbsi.
12. Rangka pendukung evaporator 13. Rangka pendukung generator
14. Reflektor yang berfugsi untuk memantulkan cahaya matahari yang digunakan untuk memanaskan generator.
Pada Gambar 3.2. dapat dilihat ukuran generator dan ukuran katup fluida satu arah. Generator ini mempunyai panjang 200 cm dan berdiameter 10 cm sedangkan katup fluida satu arah mempunyai tinggi 30 cm dan berdiameter 10 cm. Di dalam generator ini terdapat pipa celup dan pipa uap. Pipa celup berfungsi sebagai tempat masuknya campuran amonia-air ke dalam generator sekaligus sebagai jalan masuknya uap amonia saat proses absorbsi agar uap amonia dapat bercampur dan terserap langsung oleh air sedangkan pipa uap berfungsi sebagai jalan masuknya uap amonia yang kemudian menuju ke evaporator saat proses desorbsi.
Pipa celup
Gambar 3.2. Dimensi generator
Pipa celup ini menggantung sepanjang 8 cm dalam generator dan 5 cm menonjol dalam katup fluida satu arah.
Gambar 3.3. Dimensi pipa celup
Bagian dalam generator dan katup fluida satu arah pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen yaitu:
1. Pipa diameter 1 inci panjang 33 cm sebagai tempat masuknya campuran amonia-air.
3.2. Variabel yang Diukur
G
T2 P1
T1
P2 T3
T4
Gambar 3.4 . Variabel yang diukur Keterangan :
1. Temperatur generator (T1) 2. Temperatur kondensor (T2) 3. Temperatur evaporator (T3) 4. Temperatur kotak Pendingin (T4) 5. Tekanan generator (P1)
3.3. Langkah Penelitian
1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti pada Gambar 3.1. 2. Setelah itu termokopel dipasang pada bagian yang akan diukur
temperaturnya.
3. Tekanan sistem divakumkan dengan menggunakan pompa vakum. 4. Alat diisi dengan campuran amonia-air dengan konsentrasi 30%.
5. Kemudian generator dipanasi dengan menggunakan panas matahari yang dipantulkan oleh reflektor hingga tekanan konstan atau mulai terlihat turun secara perlahan. Proses ini adalah proses desorbsi. Pengambilan data dilakukan setiap 15 menit.
6. Setelah tekanan konstan maka reflektor digeser, kemudian dilanjutkan dengan proses absorbsi. Pada variasi ini generator tidak didinginkan terlebih dahulu. Pengambilan data dilakukan setiap 15 menit hingga tekanan kembali ke angka 0.
7. Data yang dicatat kemudian dimasukkan kedalam tabel. Data tersebut mencakup: waktu (t), tekanan manometer atas (P1), tekanan manometer bawah (P2), temperatur generator (T1), temperatur pipa spiral (T2), temperatur evaporator (T3), temperatur kotak pendingin (T4), dan intensitas energi surya (G).
Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan (1). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik:
1. Hubungan tekanan (P) terhadap waktu
3. Hubungan temperatur terendah dalam kotak evaporator (T4) terhadap waktu.
4. Hubungan intensitas energi surya terhadap tekanan 5. COP rata-rata setiap data
3.5. Peralatan Pendukung
Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : a. Penghitung Waktu (Stopwatch)
Digunakan untuk mengukur waktu pencatatan tekanan, temperatur dan intensitas radiasi surya.
Gambar 3.5.Stopwatch
b. Reflektor
Gambar 3.6. Reflektor
c. Penampil Termokopel (Logger)
Digunakan untuk menampilkan nilai temperatur di setiap titik yang terukur oleh termokopel.
d. Termokopel
Digunakan untuk pengukuran temperatur pada titik yang diinginkan.
Gambar 3.8. Termokopel
e. Solar meter
Digunakan untuk mengukur intensitas energi radiasi surya.
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1. Data Hasil Penelitian
Pengambilan data pada penelitian pendingin absorbsi amonia-air dengan tiga kali pengambilan data untuk mengetahui unjuk kerja alat absorbsi energi surya.
Tabel 4.1. Data pertama pada tanggal 27 juli 2012
No Waktu (menit)
Tabel 4.2. Data kedua tanggal 28 juli 2012
No Waktu (menit)
Tekanan (Bar) Suhu (˚C) Radiasi energi
No Waktu (menit)
Tekanan (Bar) Suhu (˚C) Radiasi energi
25 Rata-rata COP 0,94
Keterangan:
t : Waktu (Menit)
P1 : Tekanan generator (Bar) P2 : Tekanan evaporator (Bar) T1 : Temperatur generator (℃)
T2 : Temperatur kondensor (℃)
T4 : Temperatur kotak pendingin (℃)
G : Radiasi energi surya (W/m²)
4.2. Grafik dan Pembahasan
Berdasarkan data penelitian, dapat dilihat bahwa proses pendinginan telah mulai berlangsung ditandai dengan turunnya temperatur evaporator saat proses absorbsi. Pendinginan dengan menggunakan siklus absorbsi berlangsung dalam beberapa proses yaitu:
4.2.1. Proses desorbsi, yaitu proses pelepasan amonia dari absorber (air) melalui proses penguapan saat tabung generator dipanaskan.
4.2.2. Proses kondensasi, yaitu proses pendinginan dan pengembunan uap amonia di dalam kondenser yang terdesorbsi menjadi amonia cair di dalam evaporator.
4.2.3. Proses absorbsi, yaitu proses penyerapan amonia oleh absorber (air). Saat proses absorbsi berlangsung, amonia yang berada di dalam evaporator akan terhisap kedalam generator karena adanya perbedaan tekanan. Saat terhisap amonia cair akan menguap menjadi uap amonia. Proses penguapan amonia ini akan menyerap kalor di sekitar evaporator sehingga menyebabkan temperatur evaporator turun dan menjadi dingin.
absorbsi desorbsi
Gambar 4.1. Grafik tekanan terhadap waktu dari ketiga data
Gambar 4.2. Grafik temperatur evaporator (T3) terhadap waktu
suhu didalam kotak dapat kita lihat pada grafik dbawah ini.
Gambar 4.3. Grafik temperatur kotak evaporator (T4) terhadap waktu.
Gambar 4.4. Grafik hubungan antara intensitas radiasi surya terhadap tekanan data 1
Gambar 4.5. Grafik hubungan antara intensitas radiasi surya terhadap tekanan data 2
Gambar 4.6. Grafik hubungan antara intensitas radiasi surya terhadap tekanan data 3
Dari Gambar 4.6 dapat dilihat bahwa intensitas radiasi surya pada saat pengambilan data kurang maksimal, dapat dilihat dengan intensitas radiasi surya yang rendah yaitu 164 W/m² pada menit ke 90. Hal tersebut yang mengakibatkan tekanan hanya mencapai 2,7 bar.
mencapai suhu 24°C pada evaporator dan 24 °C pada kotak evaporator, ini dikarenakan pada saat proses absorbsi berlangsung amonia hanya secara perlahan dalam menyerap kalor disekitar evaporator, hal ini dipengaruhi juga dengan temperatur generator yang masih panas. Berikut adalah grafik hubungan antara waktu dengan temperatur evaporator (T3) Absorbsi amonia-air energi surya menggunakan kondensor dan evaporator berpendingin air (Supriono, 2012).
Gambar 4.7. Grafik temperatur evaporator (T3) terhadap waktu absorbsi amonia-air energi surya menggunakan
Sedangakan untuk mengetahui hasil temperatur kotak evaporator (T4), berikut adalah grafik hubungan antara temperatur kotak evaporator (T4) terhadap waktu Absorbsi amonia-air energi surya menggunakan kondensor dan evaporator berpendingin air (Supriono, 2012).
Gambar 4.8. Grafik temperatur kotak evaporator (T4) terhadap waktu Absorbsi amonia-air energi surya menggunakan kondensor dan evaporator berpendingin air (Supriono, 2012).
Sedangkan jika metode penelitian ini dibandingkan dengan hasil dari percobaan Pendingin absorbsi amonia-air energi surya dengan katup pemisah generator dan evaporator (Hanawijaya, 2012) adalah sebagai berikut:
Gambar 4.10. Grafik tekanan terhadap waktu dari ketiga data
Gambar 4.11. Grafik temperatur evaporator (T3) terhadap waktu Pendingin absorbsi amonia-air energi surya dengan katup pemisah generator dan evaporator (Hanawijaya, 2012)
Gambar 4.13. Hasil absorbsi yang mencapai suhu 3°C Pendingin absorbsi amonia-air energi surya dengan katup pemisah generator dan evaporator (Hanawijaya, 2012)
Gambar 4.14. Grafik Perbandingan COP rata-rata semua Data
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang dilakukan, dapat ditarik beberapa kesimpulan, antara lain:
1. Telah berhasil dibuat sistem pendingin absorbsi amonia-air dengan bahan yang ada di pasar lokal dan didukung kemampuan industri lokal. 2. Temperatur pendinginan terendah yang bisa tercatat adalah 24oC. 3. COP atau unjuk kerja terbaik yang dihasilkan pada penelitian ini adalah
0,94, yaitu COP pada data ketiga.
5.2 Saran
1. Perancangan pipa celup dan pipa uap dapat dioptimalkan untuk volume campuran amonia-air yang lebih banyak sehingga dapat menyerap kalor lebih banyak.
2. Bagi peneliti lain yang akan meneliti siklus pendingin absorbsi energi surya tanpa katup pemisah, dapat menggunakan katup searah yang diletakkan pada pipa kondensor, kemudian dibuat saluran untuk proses absorbsi.
DAFTAR PUSTAKA
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
Gunawan, A.P, 2011. Pendingin Absorbsi Amonia-air dengan kapasitas 1300 cc menggunakan pipa celup 85 mm. Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma Hari, P.H.P. 2012. Pendingin Absorbsi Amonia-air dengan kapasitas 1300 cc
menggunakan pipa celup 85 cm. Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma Hinotani, K. 1983. Development of Solar Actuated Zeolite Refrigeration System.
Solar World Congress, Pergamon Press, pp. 527-531
Pons, M. 1986. Design of solar powered solid adsorption ice-maker.ASME J. of Solar Engineering, 108, 327-337
Probo, S. 2010. Pendingin Absorbsi Amonia-Air Generator Horisontal Tercelup, Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma
Ramos, M. 2003. Evaluation Of A Zeolite-Water Solar Adsorption Refrigerator. Sweden, Goteborg: ISES Solar World Congress
Yudhokusumo, A.S, 2011.Pendingin Absorbsi Amonia-air kapasitas 900cc Menggunakan pipa celup 17 cm. Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma Zepei, Z. 1987. Testing of a Solar Powered Zeolite-Water Refrigeration,
Bangkok: M. Eng. Thesis. AIT
LAMPIRAN
Kerangka Reflektor
Manometer saat proses desorbsi
