PROSES ADSORBSI
PADA PENDINGIN METANOL-KARBON AKTIF
MENGGUNAKAN EVAPORATOR VERTIKAL 0,6 LITER
TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin Jurusan Teknik Mesin
Diajukan oleh :
ANANG TIAS BRIGITA NIM : 095214051
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNVERSITAS SANATA DHARMA
ii
FINAL PROJECT
As partitial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree
Mechanical Engineering Study Program Mechanical Engineering Department
by
ANANG TIAS BRIGITA Student Number : 095214051
SAINS AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY
vi
sistem kompresi uap menggunakan energi listrik dan refrijeran sintetik. Sementara belum semua daerah memiliki jaringan listrik sehingga sistem pendingin sederhana yang bekerja tanpa energi listrik merupakan alternatif pemecahan permasalahan kebutuhan sistem pendingin di daerah ini. 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. Tujuan penelitian ini adalah membuat model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif sederhana dan mengetahui unjuk kerja dan temperatur pendinginan yang dapat dihasilkan.
Alat penelitian terdiri dari generator (sekaligus sebagai adsorber) dan evaporator (sekaligus sebagai kondensor). Bahan yang digunakan dalam pembuatan alat adalah stainless steel. Variabel yang diukur dalam penelitian ini adalah temperatur generator (Tgen), temperatur evaporator (Teva), temperatur lingkungan sekitar (Tlingk), tekanan sistem (P) dan waktu pencatatan data (t). Untuk pengukuran suhu digunakan termokopel dan untuk pengukuran tekanan digunakan manometer. Variabel yang divariasikan adalah adalah konstruksi tabung generator, jumlah karbon aktif, jumlah metanol, kondisi awal keran katup penghubung dan diamati pengaruhnya terhadap temperatur pendinginan dan Coeffisien Of Performance (COP) yang dihasilkan.
viii
rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari, bahwa penulis tidak dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini tanpa campur tangan Tuhan.
Tugas Akhir merupakan sebagian persyaratan yang wajib ditempuh oleh setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tugas Akhir ini juga dapat dikatakan
sebagai wujud pemahaman dari hasil belajar mahasiswa setelah mengikuti kegiatan perkuliahan selama di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas mengenai proses adsorbsi pada pendingin adsorbsi methanol-karbon aktif menggunakan evaporator 0,6 liter. Dalam Tugas Akhir tersebut, penulis berencana untuk meneliti suhu terendah dan
unjuk kerja dari alat pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif .
Penulis menyadari bahwa penyusunan Tugas Akhir ini juga melibatkan
banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih 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.
ix
5. Agustinus Rony Windaryawan, Laboran Lab. Perpindahan Kalor Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
6. Kim Hae dan Wangdi, yang telah membantu dalam proses pembuatan alat. 7. Orang tua penulis yang telah memberikan dukungan paling kuat dan
membiayai penulis dalam menyelesaikan kuliah dan Tugas Akhir ini.
8. Rekan sekelompok penulis yaitu Bernadus David Wijaya, Setiawan Hatmaji dan Puraditya Bayu Suhadiyono, yang telah membantu dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
Usaha yang penulis lakukan sudah semaksimal mungkin, namun penulis
menyadari bahwa kemampuan penulis terbatas termasuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, penulis mohon maaf atas segala kekurangan dan kesalahan yang terdapat dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Saran serta kritik
yang membangun dari pembaca sangat penulis harapkan demi perbaikan dikemudian hari.
Penulis berharap semoga Tugas Akhir yang telah penulis susun ini dapat memberikan manfaat bagi para pembaca.
Yogyakarta, 20 Desember 2010
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
xi BAB III METODE
3.1 Peralatan Penelitian ... 8
3.2 Variabel yang Diukur ... 9
3.3 Variabel yang Divariasikan ... 10
3.4 Langkah Penelitian ... 10
BAB IV DATA DAN PEMBAHASAN 4.1 Data ... 13
4.2 Pembahasan ... 46
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 53
5.2 Saran ... 53
DAFTAR PUSTAKA ... 55
xii
Gambar 3.1 Model alat pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif ... 8
Gambar 4.1 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 1 Kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup ... 24 Gambar 4.2 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi
terhadap waktu pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup ... 25 Gambar 4.3 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi
terhadap waktu pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 300 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup ... 26 Gambar 4.4 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi
terhadap waktu pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran penghubung dibuka ... 27 Gambar 4.5 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi
terhadap waktu pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup ... 28 Gambar 4.6 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi
xiii
Gambar 4.7 Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses adsorbsi pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi volume metanol 100 ml, 200 ml, dan 300 ml ... 30 Gambar 4.8 Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses
adsorbsi pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi
kondisi awal keran penghubung ditutup dan dibuka ... 31 Gambar 4.9 Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses
adsorbsi pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi generator horizontal dan vertikal ... 31
Gambar 4.10 Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses adsorbsi pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi jumlah karbon aktif 1 kg dan 4 kg. ... 32 Gambar 4.11 Perbandingan COP dari semua variasi pendingin adsorbsi
metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter ... 33 Gambar 4.12 Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses
adsorbsi pertama, adsorbsi kedua, adsorbsi ketiga, desorbsi, dan adsorbsi keempat ... 45 Gambar 4.13 Perbandingan tekanan sistem (P) pada proses adsorbsi
xiv
liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup ... 13 Tabel 4.2 Data proses adsorbsi menggunakan evaporator vertikal 0,6
liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup ... 14 Tabel 4.3 Data proses adsorbsi menggunakan evaporator vertikal 0,6
liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 300 ml metanol, generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup ... 16 Tabel 4.4 Data proses adsorbsi menggunakan evaporator vertikal 0,6
liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran penghubung dibuka ... 17
Tabel 4.5 Data proses adsorbsi menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung dibuka ... 18 Tabel 4.6 Data proses adsorbsi menggunakan evaporator vertikal 0,6
liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung dibuka ... 21 Tabel 4.7 Data proses adsorbsi pertama menggunakan evaporator
vertikal 0,6 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup ... 34 Tabel 4.8 Data proses adsorbsi kedua menggunakan evaporator vertikal
xv
Tabel 4.9 Data proses adsorbsi ketiga menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup ... 41 Tabel 4.10 Data proses desorbsi pada pendingin adsorbsi menggunakan
evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup ... 43 Tabel 4.11 Data proses adsorbsi keempat menggunakan evaporator
1
Di Indonesia, khususnya di daerah pedesaan atau di daerah terpencil,
kebutuhan akan sistem pendingin dirasakan semakin meningkat. Meningkatnya
kebutuhan akan sistem pendingin di desa atau di daerah terpencil tersebut
digunakan untuk menyimpan bahan pangan, obat-obatan, hasil panen, hasil
perikanan maupun kebutuhan lain yang membutuhkan sistem pendingin untuk
menyimpan maupun mengawetkan. Sistem pendinginan yang ada saat ini
kebanyakan bekerja dengan sistem kompresi uap menggunakan energi listrik.
Masalah yang timbul dengan adanya sistem pendingin kompresi uap adalah
belum semua desa atau daerah terpencil memiliki jaringan listrik, sehingga
perlu adanya solusi yang dapat digunakan untuk menggantikan sistem kompresi
uap yaitu dengan membuat sistem pendingin sederhana yang dapat bekerja
tanpa adanya jaringan listrik di daerah tersebut.
Salah satu solusi sistem pendingin yang tidak memerlukan energi listrik
adalah sistem pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif. Sistem pendingin
adsorbsi metanol-karbon aktif ini hanya memerlukan energi panas untuk dapat
bekerja. Sumber energi panasnya dapat berasal dari pembakaraan kayu, bahan
bakar minyak dan gas bumi. Namun energi panas ini juga dapat berasal dari
2
Pada umumnya masyarakat lebih menyukai alat yang sederhana, murah
harganya, berfungsi maksimal, mudah diganti dan mudah dalam perawatannya.
Sehingga dalam mendesain pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif ini
haruslah sederhana, berfungsi dengan baik, mudah dalam penggantian bahannya
dan mudah dalam perawatannya. Oleh karena hal tersebut maka bahan harus
mudah dicari dan alat harus dapat dibuat di pasar lokal.
1.2 RUMUSAN MASALAH
Temperatur terendah yang dapat dicapai alat pendingin adsorbsi
metanol-karbon aktif tergantung pada jumlah metanol, jumlah karbon aktif,
kondisi awal keran katup penghubung, dan konstruksi tabung generator.
Kemudian COP pendinginnya tergantung pada temperatur kerja evaporator dan
generator. Temperatur kerja generator ditentukan oleh kemampuan karbon aktif
pada generator dalam melakukan penyerapan uap metanol (pada proses
pendinginan). Temperatur evaporator ditentukan oleh kemampuan evaporator
dalam melakukan penyerapan kalor di lingkungan sekitar evaporator. Dalam
penelitian ini generator juga berfungsi sebagai adsorber. Pada penelitian ini
akan divariasikan jumlah metanol, jumlah karbon aktif, kondisi awal keran
penghubung metanol-karbon aktif, dan konstruksi tabung generator kemudian
diamati bagaimana pengaruh proses pendinginannya dan COP yang bisa
1.3 TUJUAN PENELITIAN
Tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti yaitu :
a. Membuat model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif sederhana dengan
bahan yang ada di pasar lokal dan teknologi yang didukung kemampuan
industri lokal.
b. Mengetahui temperatur pendinginan dan COP yang dihasilkan oleh
pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator 0,6 liter.
1.4 MANFAAT PENELITIAN
Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini :
a. Menambah kepustakaan teknologi pendingin sistem adsorbsi.
b. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat
prototipe dan produk teknologi pendingin absorbsi yang dapat diterima
4 komponen karena komponen adsorber dan generator disatukan, dan
komponen kondensor dan evaporator disatukan.
Gambar 2.1. Siklus pendinginan adsorbsi
Siklus pendinginan adsorbsi terdiri dari proses adsorbsi (penyerapan) refrijeran (metanol) ke dalam adsorber (karbon aktif) dan proses desorbsi
(pelepasan) refrijeran dari adsorber. Proses ini dapat dilihat pada Gambar 2.1. Proses adsorbsi dan desorbsi terjadi pada adsorber (pada penelitian ini pada generator). Pada proses desorbsi generator memerlukan energi panas
biomassa, biogas atau dari energi alam seperti panas bumi dan energi surya. Untuk kepraktisan pada penelitian ini digunakan pemanas listrik yang dapat
diatur dayanya sebagai sumber panas. Energi panas menaikkan temperatur campuran metanol-karbon aktif yang ada di dalam generator. Sehingga
metanol akan menguap oleh hasil pemanasan tersebut. Uap metanol ini mengalir dari generator menuju evaporator melalui kondenser. Di dalam kondenser uap metanol mengalami pendinginan dan mengembun. Cairan
metanol di dalam kondensor (juga berfungsi sebagai evaporator) mengalami ekspansi sehingga tekanannya turun. Karena tekanan metanol di dalam
evaporator turun maka temperaturnya pun turun sampai 6OC. Evaporator umumnya diletakkan di dalam kotak pendingin. Di dalam kotak pendingin tersebut diletakkan bahan-bahan yang akan didinginkan. Karena
mendinginkan bahan maka cairan metanol dalam evaporator akan menguap dan mengalir kembali ke dalam generator. Di dalam generator uap metanol
tersebut diserap oleh karbon aktif, proses ini disebut adsorbsi. Siklus tersebut akan berlangsung terus selama ada sumber panas. Selama proses adsorbsi pendinginan di dalam evaporator tidak dapat terjadi karena seluruh
metanol berada di dalam generator, oleh karena proses pendinginan tidak berlangsung secara kontinyu maka pendinginannya dikatakan berlangsung
6
Unjuk kerja pendingin adsorbsi pada umumnya dinyatakan dengan COP, sehingga dapat dihitung dengan persamaan Manohar Prasad (2006) :
e
Dalam kasus fungsi adsorbsi, suhu suatu sistem diketahui :
a
Sehingga persamaan (1) dapat disederhanakan menjadi :
c
2.2 PENELITIAN YANG PERNAH DILAKUKAN
Beberapa penelitian pendingin adsorpsi menggunakan zeolit-air
dengan energi surya yang pernah dilakukan diantaranya oleh Hinotani (1983) mendapatkan bahwa harga COP sistem pendingin adsorpsi surya menggunakan zeolit-air akan medekati konstan pada temperatur pemanasan
160OC atau lebih. Grenier (1983) melakukan eksperimen sistem pendingin adsorpsi surya menggunakan zeolit-air dan mendapatkan harga COP sebesar
0,12. Pons (1986) meneliti pendingin adsorpsi zeolit-air tetapi COP nya hanya 0,1. Zhu Zepei (1987) melakukan pengetesan pada sistem pendingin adsorpsi surya menggunakan zeolit-air dengan kolektor plat datar dan
kondensor berpendingin udara mendapatkan COP yang rendah sebesar 0,054 modifikasi yang dilakukan dengan memvakumkan sistem dan
penggunaan reflektor datar tidak banyak menaikkan harga COP. Kreussler (1999) melakukan penelitian dan hasilnya adalah dengan pemanasan 150OC didapatkan energi pendinginan sebesar 250 kJ per kilogram zeolit. Sebuah
penyimpan dengan volume 125 liter dapat didinginkan menggunakan kolektor seluas 3 m2. Ramos (2003) mendapatkan COP sebesar 0,25 dengan menggunakan kolektor parabola secara terpisah dari sistem pendingin sehingga setiap kali diperlukan proses pemvakuman. Sistem yang dipakai Ramos tidak menggunakan kondensor, Ramos juga mendapatkan kapasitas
8
BAB III
METODE
3.1 PERALATAN PENELITIAN
Model alat pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif yang dibuat terdiri dari beberapa bagian yang bisa dirangkai menjadi satu. Di bawah ini
merupakan gambar model alat yang dibuat.
Gambar 3.1 Model alat pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif
1
2
3
4
5
7
Keterangan :
1. Generator.
2. Keran untuk memasukkan dan mengeluarkan karbon aktif.
3. Keran penghubung generator dengan evaporator.
4. Manometer.
5. Evaporator.
6. Keran untuk memasukkan metanol.
7. Saluran untuk menampung amoniak yang akan dimasukkan ke alat. Bagian ini bisa diganti dengan pentil saat alat akan divakum.
3.2 VARIABEL YANG DIUKUR
Variabel-variabel yang diukur dalam penelitian ini antara lain:
1. Temperatur generator ( Tgen ) 2. Temperatur evaporator ( Teva )
3. Temperatur lingkungan sekitar ( Tlingk ) 4. Tekanan evaporator ( P )
5. Waktu pencatatan data ( t )
Untuk pengukuran temperatur digunakan termokopel, pengukuran
10
3.3 VARIABEL YANG DIVARIASIKAN
Variabel-variabel yang divariasikan dalam penelitian ini antara lain:
1. Volume metanol
Volume metanol yang digunakan sebagai refrijeran divariasikan sebanyak
100 ml, 200 ml dan 300 ml. 2. Kondisi awal keran penghubung
Kondisi awal keran penghubung sebelum proses adsorbsi divariasikan
dibuka dan ditutup. 3. Konstruksi generator
Konstruksi generator yang akan digunakan pada alat pendingin divariasikan generator horizontal kapasitas 1 kg dan generator vertikal kapasitas 16 kg.
4. Jumlah karbon aktif
Karbon aktif yang akan digunakan sebagai adsorber divariasikan sejumlah
1 kg dan 4 kg.
3.4 LANGKAH PENELITIAN
1. Penelitian diawali dengan penyiapan model pendingin adsorbsi seperti pada Gambar 3.1. Dalam penelitian ini konstruksi generator yang akan
digunakan disesuaikan dengan variasi.
2. Tabung generator diisi dengan karbon aktif dalam jumlah tertentu. Jumlah karbon aktif yang akan dimasukkan disesuaikan dengan variasi.
4. Alat dipasang termokopel pada beberapa titik yang akan diukur temperaturnya.
5. Keran penghubung kondisi awalnya seperti yang telah ditentukan (dibuka/ditutup) dan disesuaikan dengan variasi.
6. Tabung evaporator diisi dengan metanol dengan volume tertentu. Volume metanol yang akan dimasukkan disesuaikan dengan variasi.
7. Pengambilan data dilakukan dengan memvariasikan konstruksi generator,
jumlah karbon aktif, volume metanol dan kondisi awal keran penghubung. 8. Pengambilan data dilakukan tiap menit dengan mencatat perubahan
temperatur di setiap titik yang telah dipasang termokopel.
9. Data yang dicatat adalah temperatur generator (Tgen), temperatur evaporator (Teva), temperatur lingkungan (Tlingk), tekanan evaporator (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 dicatat perubahannya dengan
waktu pencatatan data untuk semua variasi volume metanol, jumlah karbon aktif, konstruksi generator dan kondisi awal keran penghubung. 2. Hubungan tekanan sistem alat dengan temperatur evaporator untuk semua
12
3. Hubungan unjuk kerja alat dengan waktu pencatatan data untuk semua variasi volume metanol, jumlah karbon aktif, konstruksi generator dan
13
4.1 DATA
Dalam pengambilan data penelitian alat pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif ini dibagi menjadi 2 (dua) proses, yaitu:
1. PROSES ADSORBSI
Berikut ini adalah data-data hasil penelitian proses adsorbsi pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan beberapa
variasi:
14
Tabel 4.1 Data proses adsorbsi menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup. (Lanjutan)
16
18
20
Tabel 4.5 Data proses adsorbsi menggunakan evaporator vertikal 0,6
22
24
Tabel 4.6 Data proses adsorbsi menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, diperoleh beberapa perbandingan temperatur, waktu dan tekanan proses adsorbsi yang disajikan dalam bentuk grafik, yaitu:
Gambar 4.1 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup.
Pendingin adsorbsi dengan kondisi seperti pada gambar 4.1,
18OC. Temperatur evaporator mulai naik stabil setelah 30 menit dengan temperatur generator tertinggi mencapai 32OC dan tekanan sistem terakhir mencapai -0,91.
Gambar 4.2 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup.
Pendingin adsorbsi dengan kondisi seperti pada gambar 4.2,
26
Gambar 4.3 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 300 ml metanol, generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup.
Gambar 4.4 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran penghubung dibuka.
Pendingin adsorbsi dengan kondisi seperti pada gambar 4.4, temperatur evaporator terendah yang dapat dicapai adalah 20OC. Temperatur evaporator mulai naik stabil setelah 30 menit dengan
28
Gambar 4.5 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup.
Gambar 4.6 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup.
Pendingin adsorbsi dengan kondisi seperti pada gambar 4.6,
30
Berikut ini adalah grafik perbandingan temperatur evaporator (Teva) dari berbagai variasi:
Gambar 4.7 Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses adsorbsi pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi volume metanol 100 ml, 200 ml, dan 300 ml.
Gambar 4.8. Perbandingan temperatur evaporator (Teva) padaproses adsorbsi pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi kondisi awal keran penghubung ditutup dan dibuka.
Berdasarkan pengambilan data dengan variasi kondisi awal keran penghubung ditutup dan dibuka, temperatur evaporator (Teva) terendah adalah 18OC. Variasi dengan kondisi awal keran penghubung ditutup mampu mencapai temperatur 18OC. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.8. Oleh sebab itu pengambilan data dengan variasi selanjutnya hanya mengkondisikan awal keran penghubung ditutup.
32
Berdasarkan pengambilan data dengan variasi generator horizontal dan vertikal, temperatur evaporator (Teva) terendah adalah 11OC yaitu saat menggunakan variasi tabung generator vertikal. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.9. Oleh sebab itu pengambilan data dengan variasi selanjutnya hanya menggunakan tabung generator vertikal.
Gambar 4.10 Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses adsorbsi pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi jumlah karbon aktif 1 kg dan 4 kg.
Gambar4.11 Perbandingan COP dari semua variasi pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter.
Berdasarkan pengambilan data dari semua variasi, COP yang tertinggi adalah 0,978 yaitu saat menggunakan variasi volume metanol 300 ml. Hal ini dapat dilihat pada Gambar 4.11.
2. PROSES DESORBSI
34
300 W yang diletakkan dibawah panci besar dan dua buah water heater 1000 W yang dicelup di permukaan air. Selain itu agar terjadi proses kondensasi maka tabung evaporator direndam di ember besar yang berisi air biasa.
Tabel 4.7 Data proses adsorbsi pertama menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup.
Tabel 4.7 Data proses adsorbsi pertama menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup. (lanjutan)
36
Tabel 4.7 Data proses adsorbsi pertama menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup. (lanjutan)
t temperatur evaporator telah mulai naik dan stabil.
• Keran katup penghubung ditutup ketika pengambilan data dihentikan.
38
Tabel 4.8 Data proses adsorbsi kedua menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup. (lanjutan)
Tabel 4.8 Data proses adsorbsi kedua menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup. (lanjutan)
40
Tabel 4.8 Data proses adsorbsi kedua menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup. (lanjutan)
t
• Pengambilan data dihentikan pada menit ke-120 karena temperatur evaporator telah mulai naik dan stabil.
• Keran penghubung langsung ditutup ketika pengambilan data dihentikan.
42
Tabel 4.9 Data proses adsorbsi ketiga menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup. (lanjutan)
t temperatur evaporator telah mulai naik dan stabil.
Tabel 4.10 Data proses desorbsi pada pendingin adsorbsi menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, generator vertikal
• Pengambilan data dihentikan pada menit ke-120 karena tekanan sistem telah melebihi tekanan awal sistem dan waktunya sama dengan waktu terlama dari proses adsorbsi. • Keran penghubung langsung ditutup ketika pengambilan data
dihentikan.
44
Catatan:
• Pengambilan data dihentikan pada menit ke-30 karena temperatur evaporator telah mulai naik dan stabil.
• Keran penghubung langsung ditutup ketika pengambilan data dihentikan.
Berdasarkan data-data tersebut maka dapat diperoleh perbandingan antara temperatur dan tekanan dengan waktu yang disajikan dalam bentuk grafik.
Gambar 4.12 Perbandingan temperatur evaporator (Teva) pada proses adsorbsi pertama, adsorbsi kedua, adsorbsi ketiga, desorbsi, dan adsorbsi keempat.
46
4.2 PEMBAHASAN
Dari data yang berhasil didapat menunjukkan proses pendinginan (adsorbsi) telah berlangsung. Hal ini ditunjukkan dengan turunnya
temperatur evaporator (Teva) pada setiap proses adsorbsi. Variasi yang dilakukan pada penelitian ini adalah dengan memvariasikan volume metanol, kondisi awal keran penghubung, konstruksi generator dan jumlah
karbon aktif.
Pendinginan intermitten dengan menggunakan siklus adsorbsi
berlangsung dalam beberapa proses yaitu:
a. Proses adsorbsi yaitu proses penyerapan metanol oleh adsorber (karbon aktif). Saat proses adsorbsi berlangsung, kalor di sekitar evaporator
akan terserap. Proses penyerapan kalor ini akan menyebabkan temperatur evaporator turun.
b. Proses desorbsi yaitu proses pelepasan uap metanol dari adsorber (karbon aktif) saat generator dipanaskan.
c. Proses kondensasi yaitu proses pendinginan dan pengembunan uap
metanol yang terdesorbsi menjadi metanol cair. Metanol cair yang dihasilkan ditampung di evaporator.
ketiga macam variasi ini ketika proses adsorbsi dilakukan, didapat hasil
temperatur evaporator yang berbeda. Hasil perbandingan temperatur evaporator (Teva) ini disajikan pada Gambar 4.7. Dari data ini dapat diketahui bahwa jumlah metanol berpengaruh terhadap temperatur evaporator pada saat proses adsorbsi. Jika jumlah metanol terlalu sedikit maka proses pendinginan di evaporator hanya berlangsung secara singkat.
Singkatnya proses pendinginan disebabkan karena metanol telah habis diserap oleh karbon aktif. Jika jumlah metanol terlalu banyak maka proses
pendinginan di evaporator sedikit terhambat. Terhambatnya proses pendinginan ini disebabkan volume metanol terlalu besar sehingga kalor latent yang dimiliki juga semakin besar pula. Bila kalor latent semakin besar
maka semakin besar pula jumlah kalor yang dibutuhkan untuk menguapkan metanol di dalam evaporator. Bila jumlah kalor di sekitar evaporator masih
kurang maka metanol tidak akan menguap dan diserap oleh karbon aktif sehingga proses pendinginan tidak terjadi. Hasil penelitian dengan ketiga variasi ini adalah volume metanol yang terbaik sejumlah 100 ml. Variasi ini
mampu mencapai temperatur terendah 18OC.
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 kedua variasi ini ketika proses adsorbsi dilakukan, didapatkan hasil temperatur
48
lebih dapat mencapai temperatur terendah daripada variasi kondisi awal
keran penghubung dibuka. Apabila kondisi awal keran penghubung langsung dibuka lalu metanol dimasukkan ke sistem alat pendingin maka
uap metanol langsung terserap oleh karbon aktif di generator. Artinya kalor yang terserap untuk menguapkan metanol adalah kalor yang berada di sekitar saluran penghubung dan sedikit yang di sekitar evaporator. Jadi
ketika akan menyerap kalor di sekitar evaporator, jumlah metanol tinggal sedikit. Sebaliknya jika kondisi awal keran katup penghubung ditutup,
metanol yang masuk ke sistem alat akan tertampung dahulu di evaporator. Setelah keran katup penghubung dibuka maka kalor di sekitar evaporator akan banyak terserap (dan hal ini sesuai dengan direncanakan yaitu
evaporator menyerap kalor dari sekitar evaporator saja).
Variasi lain yang dilakukan adalah variasi generator yang
dirangkaikan pada alat pendingin adsorbsi. Generator yang divariasikan adalah generator horizontal kapasitas 1 kg dan generator vertikal kapasitas 16 kg. Setelah dilakukan proses absorbsi dengan kedua variasi ini dihasilkan
temperatur pendinginan yang berbeda. Hal ini dapat dicermati pada Gambar 4.9. Variasi generator vertikal kapasitas 16 kg menghasilkan temperatur
terendah evaporator yang lebih rendah daripada variasi generator horizontal kapasitas 1 kg. Hal ini disebabkan karena variasi generator vertikal kapasitas 16 kg menghasilkan luas penampang karbon aktif yang lebih luas
karbon aktif akan semakin tinggi. Semakin tinggi debit uap metanol yang
terserap maka semakin rendah pula temperatur pendinginan di evaporator.
Pada penelitian ini variasi yang lain adalah variasi 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. Dan hasil penelitian dari dua variasi ini adalah jumlah karbon
aktif berpengaruh sekali terhadap temperatur terendah pendinginan oleh evaporator. Hal ini dapat dicermati pada Gambar 4.10. Semakin banyak
karbon aktif (adsorber) yang ada di alat pendingin adsorbsi maka semakin tinggi debit uap metanol (refrijeran) yang terserap. Semakin tinggi debit uap metanol yang terserap karbon aktif maka semakin banyak 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 6OC.
COP alat pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif pada penelitian ini dihitung menggunakan persamaan (2). COP tertinggi yang dihasilkan dalam
penelitian ini adalah 0,978 pada variasi 300 ml metanol, kondisi awal keran penghubung ditutup, generator horizontal dan 1 kg karbon aktif. Hal ini
dapat dilihat pada Gambar 4.11.
Walaupun temperatur evaporator mencapai temperatur 6OC namun temperatur ini masih dianggap tidak layak untuk menjadi alat pendingin.
0-50
5OC. Hal ini disebabkan karena jenis karbon aktif yang digunakan sebagai adsorber 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. 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 tidak hanya dilakukan satu kali. Selanjutnya dilakukan proses desorbsi, yang diakhiri sampai tekanan sistem sama atau melebihi tekanan awal proses adsorbsi. Selanjutnya dilakukan proses adsorbsi tahap
Adsorbsi tahap kedua Adsorbsi
tahap pertama Desorbsi
kedua, dimana hasilnya akan dibandingkan 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 diamati 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.
Ada beberapa kemungkinan penyebab yang dapat terjadi sehingga proses pendinginan intermitten tidak dapat terjadi. Kemungkinan pertama
adalah jarak antara generator dan evaporator terlalu jauh sehingga uap metanol tidak dapat mengalir dan mengembun di evaporator. Itulah sebabnya pada proses desorbsi, tekanan sistem tinggi. Hal ini dapat diamati
52
mengalir ke tabung evaporator. Sedangkan tabung evaporator haruslah
memiliki temperatur yang rendah agar uap metanol dapat mengembun. Kemungkinan kedua adalah kurangnya panas yang digunakan untuk proses
desorbsi. Temperatur air panas yang digunakan untuk memanasi tabung generator sekitar 90OC, 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 di dalam
tabung generator maka model menjadi rumit dan bertolak belakang dengan tujuan awal yaitu membuat model yang sederhana.
53 5.1 KESIMPULAN
Dari penelitian alat pendingin metanol-karbon aktif yang dilakukan, dapat ditarik kesimpulan bahwa.
1. Dalam penelitian ini, telah berhasil dibuat sebuah model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif sederhana yang mudah di buat dengan kemampuan industri lokal.
2. Temperatur evaporator terendah yang bisa dihasilkan adalah 6oC pada variasi 100 ml metanol, menggunakan generator vertikal dengan jumlah karbon
aktif sebanyak 4 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup.
3. COP tertinggi yang dihasilkan dalam penelitian ini adalah 0,978 pada variasi 300 ml metanol, menggunakan generator horizontal dengan jumlah
karbon aktif sebanyak 1 kg dan kondisi awal keran penghubung ditutup.
5.2 SARAN
Dari penelitian alat pendingin metanol-karbon aktif yang telah dilakukan, penulis dapat memberikan beberapa saran yang mungkin berguna untuk penelitian selanjutnya.
54
diperbandingkan dengan menggunakan konstruksi generator lain yang memiliki volume lebih besar.
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, 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.
Pons, M. (1986), Design of solar powered solid adsorption ice-maker. ASME J. of Solar Engineering, 108, 332-337, 1986.
Prasad, Manohar. (2006), Refrigeration and Air Conditioning. New Age International Publisers, New Delhi, India.
Ramos A., Miguel. (2003), Evaluation Of A Zeolite-Water Solar Adsorption Refrigerator. ISES Solar World Congress (June, 14-19, 2003), Goteborg, Sweden
56
LAMPIRAN
Model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 0,6 liter dan generator vertikal kapasitas 16 kg.
