Pengujian Kemampuan Adsorpsi Dari Adsorben Karbon Aktif Dan Alumina Aktif Yang Digunakan Untuk Mesin Pendingin Tenaga Surya

PENGUJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI DARI ADSORBEN KARBON AKTIF DAN ALUMINA AKTIF YANG DIGUNAKAN UNTUK MESIN

PENDINGIN TENAGA SURYA

SKRIPSI

Skripsi Yang DiajukanUntukMelengkapi SyaratMemperolehGelarSarjanaTeknik

TRI ARFANDI

NIM. 110421043

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 KARBON AKTIF DAN ALUMINA AKTIF YANG

DIGUNAKAN 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) Arianto dan (Ibu) Pantasiati

yang senantiasa memberikan kasih sayang, dukungan, motivasi dan nasihat yang tak ternilai harganya. Serta kepada kakak dan abang saya yaitu Eka Prastiwayuni dan Dwi Agus Suroto yang telah banyak memberi saya semangat

2. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST. MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing, memotivasi, dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini.

3. Bapak Dr.Eng Himsar Ambarita yang juga banyak membantu dalam memberikan fasilitas alat penelitian dalam perancangan ini.

4. Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME (Dekan Fakultas Teknik USU), beserta segenap staf dan jajarannya.

5. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

6. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara.

7. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU.

8. Rekan satu tim Muhammad Eka Juanda Ginting dan Andika Restu Fauzi atas kerja sama yang baik untuk menyelesaikan penelitian ini.

9. Kepada Risna yang telah banyak memberikan dukungan kepada penulis. 10. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin, khususnya kepada kawan-kawan seperjuangan Angkatan 2011 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, Juni 2014 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 karbon aktif dan alumina aktif menggunakan mimis maupun tidak menggunakan mimis. 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. Campuran karbon aktif dan alumina aktif yang digunakan sebagai adsorben sebanyak 1 kg. Sedangkan variasi refrigeran yang digunakan yaitu metanol. Kapasitas metanol yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben karbon aktif dan alumina aktif mengunakan mimis adalah sebanyak 350 mL. Sedangkan kapasitas metanol yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben karbon aktif dan alumina aktif tidak menggunakan mimis adalah sebanyak 250 mL.

Kata kunci: Adsorpsi, desorpsi, adsorber, karbon aktif, alumia aktif, refrigeran.

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 between the absorbent activated carbon and activated alumina using or not using a pellet shot. 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 activated carbon and activated alumina are used as much as 1 kg of adsorbent. While the variation of refrigerant used is methanol. The capacity of methanol which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated carbon and activated alumina pellet use is as much as 350 mL. While the capacity of methanol which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated carbon and activated alumina pellet is not used as much as 250 mL.

Keywords: Adsorption, desorption, adsorption, activated carbon, active alumia, refrigerants.

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... vii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR SIMBOL ... xi

BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang ... 1

Tujuan Penelitian ... 2

Tujuan Umum Tujuan Khusus Batasan Masalah ... 2

Manfaat Penelitian ... 3

Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Siklus Adsorpsi ... 5

2.1.1 Teori Umum Adsorpsi ... 5

2.2 Adsorben ... 8

2.2.1 Karbon Aktif ... 8

2.2.2 Pembuatan Karbon Aktif ... 10

2.2.3 Kegunaan Karbon Aktif ... 12

2.2.4 Alumina Aktif ... 12

2.2.5 Pembuatan Alumina Aktif ... 13

2.2.6 Kegunaan Alumina Aktif ... 15

2.3 Refrigeran ... 16

2.3.1 Metanol ... 18

2.4 Keamanan Refrigeran ... 19

2.5 Kalor (Q) ... 20

2.5.2 Kalor sensibel ... 21

2.5.3 Perpindahan Panas ... 21

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Tempat dan Waktu ... 27

3.2 Bahan ... 27

3.3 Alat Ukur yang Digunakan pada Pengujian Kapasitas Adsorpsi 27 3.4 Peralatan yang Digunakan ... 29

3.5 Set-Up Eksperimental ... 29

3.5.1 Prosedur Pengujian ... 33

3.6 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi ... 34

3.6.1 Dimensi Utama Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi 36

3.7 Langkah Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi ... 38

3.7.1 Pembuatan Adsorber ... 38

3.7.2 Pembuatan Gelas Ukur ... 41

3.8 Flowchart Penelitian ... 42

BAB IV ANALISA DATA 4.1 Hasil Pengujian ... 43

4.1.1 Pengujian dengan Gelasukur Diisolasi Styrofoam 45

4.2 Neraca Kalor ... 61

4.2.1 Kalor yang Diserap Gelas Ukur ... 61

4.2.2 Perhitungan Kalor Laten dengan Gelas Ukur Diisolasi Styrofoam ... 62

4.3 Analisa Perpindahan Panas pada Adsorber saat Desorpsi ... 63

4.3.1 Perpindahan Panas pada Pengujian Metanol ... 63

4.4 Analisa Perpindahan Panas pada saat Adsorpsi ... 65

4.4.1 Konveksi Natural pada pengujian Metanol ... 65

4.4.2 Effisiensi Gelas Ukur ... 67

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan ... 70

5.2 Saran ... 71 DAFTAR PUSTAKA

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 Alumina Aktif ... 13

Gambar 2.6 Diagram proses pembuatan alumina ... 15

Gambar 2.7 Metanol( CH3OH) ... 19

Gambar 2.8 Perpindahan Panas Konduksi Melalui Sebuah Pelat ... 22

Gambar 2.9 Perpindahan Panas Konveksi dari Permukaan Pelat ... 23

Gambar 2.10 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe a) ... 25

Gambar 2.11 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe b) ... 25

Gambar 3.1 Manometer Vakum ... 28

Gambar 3.2 Agilent ... 28

Gambar 3.3 Pompa Vakum ... 29

Gambar 3.4 Katup ... 30

Gambar 3.5 Pipa penghubung ... 30

Gambar 3.6 Selang Karet ... 30

Gambar 3.7 Stainless steel ball(mimis) ... 31

Gambar 3.8 Kotak Isolasi Styrofoam ... 31

Gambar 3.9 Set-Up Eksperimental pada Proses Desorpsi ... 32

Gambar 3.10 Set-Up Eksperimental pada Proses Adsorpsi ... 33

Gambar 3.11 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi dengan gelas ukur ... 35

Gambar 3.12 Alat Penguji Kapasitas Desorpsi dan adsorpsi dengan gelas ukur Disolasi ... 36

Gambar 3.13 Dimensi Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi ... 37

Gambar 3.14 Dimensi Adsorber ... 37

Gambar 3.15 Gelas Ukur... 38

Gambar 3.16 Bentuk Adsorber ... 38

Gambar 3.17 Pengisian Adsorben Karbon Aktif dan Alumina Aktif ... 39

Gambar 3.19 Penyambungan Pelat Adsorber ... 40

Gambar 3.20 Pemasangan Pipa, Manometer Vakum dan Katup ... 40

Gambar 3.21 Adsorber Lengkap ... 40

Gambar 3.22 Adsorber Setelah Dicat Warna Hitam ... 41

Gambar 3.23 Pembuatan Gelas Ukur ... 41

Gambar 3.24 Gelas Ukur... 41

Gambar 4.1 Letak Titik-Titik thermocouple pada Alat Penguji ... 44

Gambar4.2 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi (metanol) menggunakan mimis ... 45

Gambar 4.3 Grafik Temperatur Rata-Rata vs Waktupada Adsorber (metanol) menggunakan mimis ... 46

Gambar 4.4 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi (metanol) tidak menggunakan mimis ... 47

Gambar 4.5 Grafik Temperatur Rata-Rata vs Waktu pada Adsorber (metanol) Tidak menggunakan mimis ... 48

Gambar 4.6 Grafik Tekanan vs Waktu Adsorpsi Metanol Dengan Menggunakan mimis ... 50

Gambar 4.7 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi pada Adsorber (metanol) Dengan menggunakan mimis ... 51

Gambar 4.8 Grafik Tekanan vs Waktu Adsorpsi Metanol tanpa Menggunakan mimis ... 52

Gambar 4.9 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi pada Adsorber (metanol) Tanpa menggunakan mimis ... 53

Gambar 4.10 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Metanol Menggunakan Mimis pada Gelas Ukur ... 54

Gambar 4.11 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Metanol Tidak Menggunakan Mimis pada Gelas Ukur ... 56

Gambar 4.12 Grafik Temperatur dan Waktu Desorpsi Metanol pada Adsorber DenganMenggunakan mimis ... 57

Gambar 4.13 Grafik Temperatur dan Waktu Desorpsi Metanol pada Adsorber Tidak Menggunakan mimis ... 58

Gambar 4.14 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Metanol pada Gelas Ukur Dengan Mimis ... 59 Gambar 4.15 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Metanol pada Gelas Ukur Tanpa Mimis ... 60 Gambar 4.16 Mekanisme Perpindahan Panas pada Adsorber ... 63 Gambar 4.17 Konveksi Natural pada Proses Adsorpsi ... 65

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Sifat Adsorben Karbon Aktif ... 9

Tabel 2.2 Kegunaan Karbon Aktif ... 12

Tabel 2.3 Standar Mutu Karbon Aktif ... 12

Table 2.4 Sifat alumina aktif ... 13

Tabel 2.5 Sifat Metanol ... 19

Tabel 4.1 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata-Rata pada Proses Adsorpsi (metanol) yang menggunakan mimis... 49

Tabel 4.2 Data Pengukuran Tekanan danTemperatur Rata-Rata pada Proses Adsorpsi (metanol) tanpa menggunakan mimis ... 51

Tabel 4.3 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata-Rata pada Proses Adsorpsi (metanol) pada gelas ukur yang menggunakan mimis ... 53

Tabel 4.4 Data PengukuranTekanan danTemperatur Rata-Rata pada Proses Adsorpsi (metanol) pada gelas ukur tanpa menggunakan Mimis ... 55

Tabel4.5 Hasil Pegujian Adsorber dan Gelas Ukur dengan Refrigeran Metanol ... 68

DAFTAR SIMBOL

Simbol Arti Satuan

Cp Kalor spesifik tekanan tetap J/kg.K

QL Kalor laten J

Le Kapasitas kalor spesifik laten J/kg

m Massa zat kg

Qs Kalor sensibel J

∆T Beda temperatur K

∆x Panjang/tebal pelat m

h koefisien konveksi W(m2K)

A Luas penampang m2

k Koefisien konduksi W/m.K

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

Qc Laju perpindahan panas konduksi W

Qh laju perpindahan panas konveksi W

Qr laju perpindahan panas radiasi W

P Tekanan Vakum cmHg

ε emisitas dari pelat penyerap

ρ Massa jenis kg/cm3

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 dan alumina aktif menggunakan mimis maupun tidak menggunakan mimis. 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. Campuran karbon aktif dan alumina aktif yang digunakan sebagai adsorben sebanyak 1 kg. Sedangkan variasi refrigeran yang digunakan yaitu metanol. Kapasitas metanol yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben karbon aktif dan alumina aktif mengunakan mimis adalah sebanyak 350 mL. Sedangkan kapasitas metanol yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben karbon aktif dan alumina aktif tidak menggunakan mimis adalah sebanyak 250 mL.

Kata kunci: Adsorpsi, desorpsi, adsorber, karbon aktif, alumia aktif, refrigeran.

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 between the absorbent activated carbon and activated alumina using or not using a pellet shot. 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 activated carbon and activated alumina are used as much as 1 kg of adsorbent. While the variation of refrigerant used is methanol. The capacity of methanol which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated carbon and activated alumina pellet use is as much as 350 mL. While the capacity of methanol which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated carbon and activated alumina pellet is not used as much as 250 mL.

Keywords: Adsorption, desorption, adsorption, activated carbon, active alumia, refrigerants.

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Dalam perancangan sebuah alat pendingin dapat kita ketahui bahwa sistem pendingin adalah untuk mengembalikan gas menjadi cairan dan selanjutnya kembali menguap menjadi gas. Dalam bidang teknik, istilah pendinginan harus dibayangkan lebih dari sekedar pendingin atau menjaga sesuatu tetap dingin, melainkan suatu sistem yang menghasilkan perpindahan kalor dari sumber (source) yang lebih dingin ke penyerap (sink) yang lebih panas dimana hal

tersebut membutuhkan masukan berupa kerja atau energi tambahan.

Proses pendinginan merupakan suatu usaha untuk menurunkan suhu pada ruangan ataupun pada suatu material, dengan kata lain mendapatkan kondisi yang diinginkan oleh produk atau material, dalam hal ini temperatur yang rendah agar produk atau material dapat disimpan dalam waktu yang relatif lama, baik untuk konsumsi, produksi, maupun perdagangan. Penyimpanan dan transportasi bahan pangan, proses pengolahan makanan dan minuman, pembuatan es (ice making)

merupakan beberapa contoh kegiatan yang memerlukan proses pendinginan dan pembekuan. Proses pendinginan merupakan proses pengambilan kalor / panas suatu ruang atau benda untuk menurunkan suhunya dengan jalan memindahkan kalor yang terkandung dalam ruangan atau benda tersebut. Sehingga proses pendinginan merupakan rangkaian proses pindah panas. Proses pindah panas dapat terjadi secara konveksi, konduksi maupun radiasi.

Salah satu opsi yang cukup potensial memanfaatan energi surya termal adalah untuk menggerakkan siklus adsorpsi untuk daerah-daerah yang tidak mempunyai aliran listrik. Sementara banyak desa-desa di Indonesia yang sangat membutuhkan mesin pendingin (refrigerasi) untuk membantu aktivitas ekonomi. Misalnya untuk pengawetan dan pembuatan makanan, atau untuk penyimpanan vaksin dan lain-lain. Oleh karena itu mesin pendingin yang dapat digerakkan

energi matahari dan tidak memerlukan listrik sangat dibutuhkan terutama untuk daerah-daerah pedesaan di Indonesia.

Skripsi ini berjudul Pengujian Kemampuan Adsorpsi dari Adsorben yang Digunakan untuk Mesin Pendingin Tenaga Surya. Skripsi ini merupakan tahap lanjutan dari skripsi sebelumnya. Pada penelitian ini digunakan digunakan adsorben karbon aktif dan alumina aktif dan refrigeran seperti metanol. Penelitian ini dilakukan untuk mendapatkan refrigeran yang paling baik diserap oleh adsorben karbon aktif dan alumina aktif tersebut.

1.2 Tujuan Penelitian 1.2.1 Tujuan Umum

Tujuan umum penelitian ini adalah untuk merancang sebuah mesin pendingin yang bekerja berdasarkan siklus adsorpsi dan memanfaatkan energi matahari sebagai sumber tenaganya. Komponen-komponen utama siklus adsorpsi ini terdiri dari evaporator, kondensor, dan solar kolektor yang sekaligus sebagai generator. Semua komponen ini akan dirancang, dipabrikasi dan dirakit mejadi 1 unit prototipe mesin pendingin kemudian dilakukan pengujian.

1.2.2 Tujuan Khusus

Penelitian ini dikerjakan oleh satu tim yang terdiri dari 3 orang, termasuk penulis. Secara khusus penulis bertanggung jawab pada perancangan dan pabrikasi. Tujuan khusus penelitian ini adalah untuk perhitungan kapasitas adsorpsi berdasarkan data pengujian mesin pendingin mesin tenaga surya.

1.3 Batasan Masalah

Dalam skripsi ini penulis mengambil batasan untuk memperjelas ruang lingkup permasalahan. Batasan itu antara lain :

1. Perancangan dan pembuatan alat penguji kapasitas adsorpsi pada mesin pendingin tenaga surya.

2. Pasangan adsorben dan refrigeran yang dipakai adalah adsorben karbon aktif dan alumina aktif-metanol.

3. Variabel yang diamati adalah temperatur, kapasitas adsorpsi, tekanan dan waktu.

1.4 Manfaat Penulisan

Manfaat yang akan dicapai dari penelitian ini adalah :

1. Memberikan rekomendasi kapasitas adsorpsi-desorpsi adsorben karbon aktif dan alumina aktif terhadap beberapa refrigeran

2. Menciptakan teknologi alternatif pendingin yang ramah terhadap ligkungan dan hemat energi.

3. Menambah referensi di Laboratorium Pendingin Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara.

4. Sebagai wacana dalam sistem refrigerasi yang dapat dilanjutkan untuk penelitian yang lebih lanjut .

1.5 Sistematika Penulisan

Skripsi ini dibagi menjadi beberapa bab dengan garis besar tiap bab sebagai berikut :

Bab I Pendahuluan

Pada bab ini akan membahas latar belakang penulisan skripsi, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat serta sistematika penulisan skripsi.

Bab II Tinjauan Pustaka

Pada bab ini membahas teori-teori yang dapat mendukung dan menjadi pedoman dalam penyusunan skripsi. Pada bab ini dibahas refrigeran, seperti

methanol dan adsorben, prinsip kerja alat penguji kapasitas adsorpsi dan perpindahan panas

Bab III Metodologi Penelitian

Pada bab ini penulis membahas tentang alat dan bahan yang digunakan dalam perancangan alat. Serta gambar alat-alat dan bahan yang digunakan.

Bab IV Hasil Pengujian dan Analisa

Pada bab ini penulis membahas tentang data pengujian dalam bentuk tabel dan dalam bentuk grafik dan dianalisa data yang didapat dari pengujian alat dan perhitungan teknik hasilnya.

Bab V Kesimpulan

Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari skripsi yang telah selesai dikerjakan dan saran-saran yang diperlukan untuk penyempurnaan hasil penelitian.

Daftar Literatur/Pustaka

Daftar Pustaka berisikan literatur-literatur yang digunakan untuk menyusun laporan ini.

Lampiran

Lampiran berisikan data dari hasil penelitian yang didapatkan dan gambar selama proses pengerjaan alat perakitan/pembuatan mesin pendingin dan saat pengujian

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1

Siklus Adsorpsi

2.1.1 Teori Umum Adsorpsi

Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida (cairan maupun gas) terikat pada suatu padatan (zat penyerap, adsorben) dan akhirnya membentuk suatu lapisan tipis atau film (zat terserap: adsorbat) pada permukaannya. Berbeda dengan absorpsi yang merupakan penyerapan fluida oleh fluida lainnya dengan membentuk suatu larutan.

Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut (soluble) yang ada dalam larutan oleh permukaan zat atau benda penyerap dimana

terjadi suatu ikatan kimia fisika antara substansi dengan penyerapnya.

Adsorpsi adalah pengumpulan dari adsorbat di atas permukaan adsorben, sedang absorpsi adalah penyerapan dari adsorbat ke dalam adsorben dimana disebut dengan fenomena sorption. Materi atau partikel yang diadsorpsi disebut adsorbat, sedangkan bahan yang berfungsi sebagai pengadsorpsi disebut adsorben. Adsorpsi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu adsorpsi fisika yang disebabkan oleh gaya Van Der dan secara kimia (terjadi reaksi antara zat yang

diserap dengan adsorben).

Apabila daya tarik menarik antara zat terlarut dengan adsorben besar maka zat yang terlarut akan diadsorpsi pada permukaan adsorben. Inilah yang disebut dengan gaya Van Der Waals. Pada proses ini gaya yang menahan molekul fluida

pada permukaan solid relatif lemah, dan besarnya sama dengan gaya kohesi molekul pada fase cair (gaya Van Der Waals) mempunyai derajat

permukaan solid dengan molekul fluida biasanya cepat tercapai dan bersifat reversibel.[12]

Adsorpsi kimia adalah reaksi yang terjadi antara zat padat dengan zat terlarut yang teradsorpsi. Adsorpsi ini bersifat spesifik dan melibatkan gaya yang jauh lebih besar daripada adsorpsi fisika. Karena adanya ikatan kimia maka pada permukaan adsorben akan terbentuk suatu lapisan, di mana terbentuknya lapisan tersebut akan menghambat proses penyerapan selanjutnya oleh bantuan adsorben sehingga efektifitasnya berkurang.[18]

Perhatikan siklus dasar refrigerasi adsorpsi di bawah ini. [16]

Pada kondisi awal sistem berada pada tekanan dan temperatur rendah, adsorben memiliki konsentrasi refrigeran yang tinggi dan vessel lain terdapat refrigeran dalam bentuk gas (gambar a). Vessel yang terdapat adsorben dipanaskan yang mengakibatkan naiknya temperatur dan tekanan sistem sehingga kandungan adsorbat yang ada di dalam adsorben berkurang atau menguap. Proses berkurangnya kandungan adsorbat pada adsorben pada kasus ini disebut desorpsi.

Refrigeran yang terdesorpsi kemudian terkondensasi sebagai cairan di dalam labu kedua dengan dikeluarkannya panas ke lingkungan dimana tekanan dan temperatur sistem masih tinggi (gambar b). Pemanasan pada labu pertama dihentikan, lalu pada botol labu yang pertama terjadi perpindahan panas ke lingkungan sehingga tekanan sistem menjadi rendah. Tekanan sistem yang rendah menyebabkan adsorbat cair pada botol labu yang kedua menguap dan terserap ke botol pertama yang berisi adsorben. Proses terserapnya adsorbat ke adsorben pada kasus ini disebut adsorpsi. Proses adsorpsi menghasilkan efek pendinginan yang terjadi pada botol labu kedua, dimana pada tekanan rendah panas dari lingkungan diserap untuk menguap adsorbat (d) sampai sistem kembali ke kondisi awal.

Siklus mesin pendingin adsorpsi dapat digambarkan pada diagram Clayperon berikut ini.

Proses yang terjadi dapat di uraikan sebagai berikut ini. 1. Proses Pemanasan (pemberian tekanan)

Proses pemanasan dimulai dari titik A dimana adsorben berada pada temperatur rendah TA dan tekanan rendah Pe (tekanan evaporator). Adsorber akan menerima panas sehingga temperatur adsorber meningkat dan diikuti peningkatan tekanan evaporasi menjadi tekanan kondensasi. Selama proses ini tidak ada aliran refrigeran.

2. Proses desorpsi

Proses desorpsi berlangsung pada waktu panas diberikan dari titik B ke D sehingga adsorber mengalami peningkatan temperatur yang menyebabkan timbulnya uap desorpsi. Sehingga, adsorbat yang berada pada adsorben dalam bentuk gas mengalir ke kondensor untuk mengalami proses kondensasi menjadi cair.

3. Proses Pendinginan (penurunan tekanan)

Proses pendinginan berlangsung dari titik D ke F yang berlangsung pada malam hari. Adsorber melepaskan panas dengan cara didinginkan sehingga suhu di adsorber turun dan diikuti oleh penurunan tekanan dari tekanan kondensasi ke tekanan evaporasi.

4. Proses Adsorpsi

Proses adsorpsi berlangsung dari titik F ke A. Adsorber terus melepaskan panas sehingga adsorber mengalami penurunan temperatur dan tekanan yang menyebabkan timbulnya uap adsorpsi.

2.2 Adsorben 2.2.1 Karbon Aktif

Karbon aktif merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara di dalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Karbon aktif selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben

(penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap karbon aktif tersebut dilakukan aktivasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi.

Karbon aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu karbon aktif sebagai pemucat dan sebagai penyerap uap. Karbon aktif sebagai pemucat biasanya berbentuk bubuk yang sangat halus, digunakan dalam fase cair, berfungsi untuk memindahkan zat-zat pengganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan, membebaskan pelarut dari zat-zat pengganggu dan kegunaan lain yaitu pada industri kimia dan industri baru. Diperoleh dari serbuk-serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah.

Gambar 2.3 Adsorben Karbon Aktif

Adsorben karbon aktif yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari cangkang kelapa. Adapun sifat dari adsorben karbon aktif yang digunakan adalah sebagai berikut ini.

Tabel 2.1 Sifat Adsorben Karbon Aktif.[18,10]

Sifat Adsorben Karbon Aktif

Massa Jenis 352,407-544,629 m3/kg Pore Volume 0,56-1,20 cm3/g

Diameter rata-rata pori 15-25 Å

Regeneration Temperature 100-140 oC

(Steaming)

Ukuran karbon aktif yang dilakukan di percobaan ini adalah 1,19 mm. Ukuran tersebut dilakukan melalui tahapan penggilingan di lab.foundry fakultas teknik mesin usu. Ukuran ini di pilih karena saringan kain kasa (jaring kawat) yang paling halus/paling kecil didapat dengan seukuran 1,19 mm, dimana kain kasa (jaring kawat) berfungsi sebagai penahan karbon aktif agar tidak jatuh kebawah cairan metanol yang berada di gelas ukur.

Untuk lebih jelasnya perhatikan bagian-bagian dari struktur satu adsorben karbon aktif berikut ini.

Gambar 2.4 Struktur Karbon Aktif [18]

Karbon aktif merupakan arang yang diproses sedemikian rupa sehingga mempunyai daya serap/adsorpsi yang tinggi terhadap bahan yang berbentuk larutan atau gas.

2.2.2 Pembuatan Karbon Aktif

Untuk membuat arang aktif, setidaknya minimal dilakukan dengan 2 cara. antara lain:

1. Karbonisasi atau pembuatan arang dari batok kelapa tua 2. Aktivasi arang batok

Untuk membuat arang dari batok kelapa perlu memenuhi syarat antara lain: tempurung dari kelapa tua dan berkadar air rendah. Syarat ini akan memudahkan proses pengarangan, pematangannya akan berlangsung baik dan merata.

Prinsip dasar aktivasi arang aktif adalah distilasi kering atau pirolisis yaitu pembakaran tanpa menggunakan udara atau oksigen dengan suhu tinggi.

Berikut cara kerja pembuatan arang aktif: 1. Karbonisasi atau pembuatan arang

Untuk membuat arang ada beberapa cara, yang pertama cukup dimasukkan ke dalam drum minyak, kemudian tempurung dibakar saat awal saja, kemudian setelah menyala ditutup. Harap ingat, drum harus dikasih lubang udara sedikit untuk melihat apakah arang sudah jadi atau belum, bisa dilihat dari indikasi asap yang keluar.

Cirinya adalah jika asap tebal dan putih, berarti batok sedang mengering, jika asap tebal dan kuning, berarti sedang terjadi pengkarbonan, Pada fase ini sebaiknya tungku ditutup dengan maksud agar oksigen pada ruang pengarangan serendah-rendahnya sehingga diperoleh hasil arang yang baik. Untuk pengaturan udara di dalam tungku bisa diatur dengan membuka tutup lubang udara.

Kemudian jika asap semakin menipis dan berwarna biru, berarti pengarangan hampir selesai, tunggu sampai arang menjadi dingin. Setelah dingin arang bisa di bongkar.

2. Aktivasi Arang Aktif

Adapun prosedur atau langkah-langkah untuk mengaktifkan karbon dapat dilakukan dengan berikut ini.

a. Arang dimasukkan ke dalam tangki aktivasi (pirolisis) dan ditutup rapat. b. Pastikan sambungan pipa pendingin, dan termocouple untuk pengamatan

temperatur berfungsi sebagaimana mestinya.

c. Alirkan air pendingin ke dalam pipa pendingin, kemudian kompor tungku pirolisis mulai dinyalakan. Kompor bisa menggunakan bahan bakar minyak tanah atau solar. Pengaturan api bisa diatur menggunakan kompresor.

d. Melakukan pengamatan terhadap kerja dari tungku aktivasi dengan mengamati kenaikan temperatur. Temperatur selama proses sekitar 600°C apabila temperatur telah mencapai 600°C dan terlihat pada ujung pendingin tidak adanya tar (cairan berwarna coklat) yang keluar, ditandai

dengan adanya gelembung air, maka pembakaran dipertahankan selama 3 jam. Setelah waktu tersebut proses telah selesai.

e. Kemudian api dimatikan, dan tungku aktivasi dibiarkan sampai dingin, setelah itu bisa dibuka dan dikeluarkan untuk dilakukan penggilingan sesuai mesh yang diinginkan. Arang aktif atau karbon aktif siap digunakan.

2.2.3 Kegunaan Karbon Aktif

Karbon aktif digunakan secara luas dalam industri kimia, makanan dan farmasi. Pada umumnya karbon aktif digunakan sebagai bahan penyerap dan penjernih. Dalam jumlah yang kecil digunakan juga sebagai katalisator. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat dalam tabel berikut ini.

Tabel 2.2 Kegunaan Karbon Aktif [17]

Maksud/Tujuan Pemakaian

1. Pemurnian gas Desulfurisasi, menghilangkan gas beracun, bau busuk, asap, menyerap racun.

2. Pengolahan LNG Desulfurisasi dan penyaringan berbagai bahan mentah dan reaksi gas.

3. Katalisator Reaksi katalisator atau pengangkut vinil klorida dan vinil acetat

4. Lain-lain Menghilangkan bau dalam kamar pendingin dan mobil, bahan adsorben pada mesin pendingin siklus adsorpsi

Syarat mutu karbon aktif menurut Standar Industri Indonesia (SII No. 0254-79) adalah seperti tabel berikut ini.

Tabel 2.3 Standar Mutu Karbon Aktif [17]

Jenis Uji Satuan Persyaratan

1. Bagian yang hilang pada pemanasan 95oC % Maksimum 15

3. Abu % Maksimum 2,5 4. Bagian yang tidak mengarang % Tidak ternyata

2.2.4 Alumina Aktif

Alumina aktif dibuat dari aluminium hidroksida dengan dehydroxylating dengan cara yang menghasilkan bahan yang sangat berpori, bahan ini dapat memiliki luas permukaan signifikan lebih dari 200 meter persegi / g. Senyawa ini digunakan sebagai pengering dan sebagai filter fluoride, arsenik dan selenium dalam air minum. Alumina aktif terbuat dari aluminium oksida (alumina, Al2O3), substansi kimia yang sama seperti safir dan ruby. Ini memiliki luas permukaan yang sangat tinggi untuk rasio berat, karena banyak "terowongan seperti" pori-pori.

Gambar 2.5 Alumina Aktif Table 2.1 Sifat alumina aktif [18]

Luas Permukaan 320 m2 / grm ( minimal )

Total Volume Pori - Pori 0.50 CC / grm

Kapasitas adsorptive ( R.H 60% )

22% ( dari berat )

Pengausan 0.2% ( dari berat )

Pengausan akibat gesekan 99.6% ( dari berat )

Kepadatan 47lbs/ft3 ( 753 kgs/m3 )

Ukuran alumina aktif yang dilakukan di percobaan ini adalah 1,19 mm. Ukuran tersebut dilakukan melalui tahapan penggilingan di lab.foundry fakultas teknik mesin usu. Ukuran ini di pilih karena saringan kain kasa (jaring kawat) yang paling halus/paling kecil didapat dengan seukuran 1,19 mm, dimana kain kasa (jaring kawat) berfungsi sebagai penahan alumina aktif agar tidak jatuh kebawah cairan metanol yang berada di gelas ukur.

2.2.5 Pembuatan Alumina Aktif

Aluminium oksida adalah sebuah senyawa kimia dari aluminium dan oksida, dengan rumus kimia Al2O3. Nama mineralnya adalah alumina, dan dalam bidang pertambangan, kramik dan teknik material senyawa ini lebih banyak disebut dengan nama alumina

Proses pemurnian bauksit dilakukan dengan metode Bayer dan hasil akhir adalah alumina. Secara alami, aluminium oksida terdapat dalam bentuk kristal corundum. Batu mulia rubi dan sapphire tersusun atas corundum dengan warna-warna khas yang disebabkan kadar ketidakmurnian dalam struktur corundum. Aluminium oksida, atau alumina, merupakan komponen utama dalam bauksit bijih aluminium yang utama.

Pabrik alumina terbesar di dunia adalah Alcoa, Alcan, dan Rusal. Perusahaan yang memiliki spesialisasi dalam produksi dari aluminium oksida dan aluminium hidroksida misalnya adalah Alcan dan Almatis. Bijih bauksit terdiri dari Al2O3, Fe2O3, and SiO2 yang tidak murni. Campuran ini dimurnikan terlebih dahulu melalui Proses Bayer:

Al2O3 + 3H2O + 2NaOH + panas → 2NaAl(OH)4

Fe2O3 tidak larut dalam basa yang dihasilkan, sehingga bisa dipisahkan melalui penyaringan. SiO2 larut dalam bentuk silikat Si(OH)62-. Ketika cairan yang dihasilkan didinginkan, terjadi endapan Al(OH)3, sedangkan silikat masih larut dalam cairan tersebut. Al(OH)3 yang dihasilkan kemudian dipanaskan

Al2O3 yang terbentuk adalah alumina. Pada 1961,perusahaan General Electric mengembangkan Lucalox, alumina transparan yang digunakan dalam lampu natrium. Pada Agustus 2006, ilmuwan Amerika Serikat yang bekerja untuk 3M berhasil mengembangkan teknik untuk membuat alloy dari aluminium oksida dan unsur-unsur lantanida, untuk memproduksi kaca yang kuat, yang disebutalumina transparan. Aloi adalah campuran dua atau lebih unsur pada komposisi tetap tertentu yang mana juzuk utamanya adalah logam.

Tahapan pemurnian aluminium bisa dilihat pada gambar 10. Pertama-tama bauksit dicampur dengan larutan kimia seperti kaustik soda. Campuran tersebut kemudian dipompa ke tabung tekan dan kemudian dilakukan pemanasan. Proses selanjutnya dilakukan penyaringan dan diikuti dengan proses penyemaian untuk membentuk endapan alumina basah (hydrated alumina). Alumina basah kemudian dicuci dan diteruskan dengan proses pengeringan dengan cara memanaskan sampai suhu 1200 oC. Hasil akhir adalah partikel-partikel alumina dengan rumus kimianya adalah Al2O3.

2.3.6 Kegunaan Alumina Aktif

Alumina aktif digunakan untuk berbagai macam aplikasi adsorben dan katalis termasuk adsorpsi katalis dalam produksi polyethylene , dalam produksi hidrogen peroksida , sebagai adsorben selektif untuk bahan kimia, termasuk arsenik , fluoride , dalam penghapusan belerang dari aliran gas ( Claus proses Catalyst ) .

Alumina aktif juga banyak digunakan untuk menghilangkan fluoride dari air minum . Di AS , ada program luas untuk fluoridate air minum . Namun , di daerah tertentu , seperti daerah Jaipur India , ada cukup fluoride dalam air menyebabkan fluorosis . Filter alumina aktif dapat dengan mudah mengurangi kadar fluoride dari 0,5 ppm sampai kurang dari 0,1 ppm . Jumlah fluoride kehabisan dari air yang disaring tergantung pada berapa lama air benar-benar menyentuh media filter alumina . Pada dasarnya , semakin alumina di filter, semakin sedikit fluoride bias mencapai akhir , air disaring . Suhu air yang lebih rendah , dan air pH rendah ( air asam ) akan disaring lebih efektif juga. pH yang ideal untuk pengobatan adalah 5.5 yang memungkinkan sampai tingkat penghapusan 95 % .

2.3 Refrigeran

Refrigeran adalah zat yang mengalir dalam mesin pendingin (refrigerasi) atau mesin pengkondisian udara. Zat ini berfungsi untuk menyerap panas dari benda atau udara yang didinginkan dan membawanya kemudian membuangnya ke udara sekeliling di luar benda.

Berdasarkan jenis senyawanya, refrigeran dapat dikelompokan menjadi 7 kelompok yaitu sebagai berikut [19]:

1. Kelompok refrigeran senyawa halokarbon.

Kelompok refrigeran senyawa halokarbon diturunkan dari hidrokarbon (HC) yaitu metana (CH4), etana (C2H6), atau dari propana (C3H8) dengan mengganti atom-atom hidrogen dengan unsur-unsur halogen seperti khlor (Cl), fluor (F), atau brom (Br). Jika seluruh atom hidrogen tergantikan oleh atom Cl dan F maka

refrigeran yang dihasilkan akan terdiri dari atom khlor, fluor dan karbon. Refrigeran ini disebut refrigeran chlorofluorocarbon (CFC). Jika hanya sebagian

saja atom hidrogen yang digantikan oleh Cl dan atau F maka refrigeran yang terbentuk disebut hydrochlorofluorocarbon (HCFC). Refrigeran halokarbon yang

tidak mengandung atom khlor disebut hydrofluorocarbon (HFC).

2. Kelompok refrigeran senyawa organik cyclic.

Kelompok refrigeran ini diturunkan dari butana. Aturan penulisan nomor refrigeran adalah sama dengan cara penulisan refrigeran halokarbon tetapi ditambahkan huruf C sebelum nomor. Contoh dari kelompok refrigeran ini adalah:

1. R-C316 C4Cl2F6 1,2-dichlorohexafluorocyclobutane 2. R-C317 C4ClF7 chloroheptafluorocyclobutane 3. R-318 C4F8 octafluorocyclobutane

4. Kelompok refrigeran campuran Zeotropik.

Kelompok refrigeran ini merupakan refrigeran campuran yang bisa terdiri dari campuran refrigeran CFC, HCFC, HFC, dan HC. Refrigeran yang terbentuk merupakan campuran tak bereaksi yang masih dapat dipisahkan dengan cara destilasi.

5. Kelompok refrigeran campuran Azeotropik.

Kelompok refrigeran Azeotropik adalah refrigeran campuran tak bereaksi yang tidak dapat dipisahkan dengan cara destilasi. Refrigeran ini pada konsentrasi, tekanan dan temperatur tertentu bersifat azeotropik, yaitu mengembun dan menguap pada temperatur yang sama, sehingga mirip dengan refrigeran tunggal. Namun demikian pada kondisi (konsentrasi, temperatur atau tekanan) yang lain refrigeran ini bisa saja menjadi bersifat zeotropik.

6. Kelompok refrigeran senyawa organik biasa

Kelompok refrigeran ini sebenarnya terdiri dari unsur C, H dan lainnya. Namun demikian cara penulisan nomornya tidak dapat mengikuti cara penomoran

refrigeran halokarbon karena jumlah atom H nya jika ditambah dengan 1 lebih dari 10 sehingga angka kedua pada nomor refrigeran menjadi dua digit. Sebagai contoh butana (C4H10), jika dipaksakan dituliskan sesuai dengan cara penomoran refrigeran halokarbon, maka refrigeran ini akan bernomor R-3110, sehingga akan menimbulkan kerancuan.

7. Kelompok refrigeran senyawa anorganik.

Kelompok refrigeran ini diberi nomor yang dimulai dengan angka 7 dan digit selanjutnya menyatakan berat molekul dari senyawanya. Contoh dari refrigeran ini adalah:

 R-702 : hidrogen  R-704 : helium  R-717 : amonia  R-718 : air  R-744 : O2  R-764 : SO2

8. Kelompok refrigeran senyawa organik tak jenuh.

Kelompok refrigeran ini mempunyai nomor empat digit, dengan menambahkan angka keempat yang menunjukkan jumlah ikatan rangkap di depan ketiga angka yang sudah dibahas dalam sistem penomoran refrigeran halokarbon.[19]

2.3.1 Metanol

Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Adapun sifat Metanol dapat dilihat seperti tabel berikut ini.

Tabel 2.4 Sifat Metanol[18,10] Sifat Metanol

Massa jenis Titik lebur Titik didih Klasifikasi EU

Panas Laten Penguapan (Le)

787 kg/m³, cair -97,7oC

64,5oC

Flammable (F), Toxic (T) 1100 kJ/kg

Metanol juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus.

Metanol merupakan bentuk alkohol paling sederhana. Pada keadaan atmosfer, metanol berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan dari pada etanol). Metanol digunakan sebagai bahan pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan aditif bagi etanol industri.

Metanol diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri. Hasil proses tersebut adalah uap metanol (dalam jumlah kecil) di udara.

Setelah beberapa hari uap metanol tersebut akan teroksidasi oleh oksigen dengan bantuan sinar matahari menjadi karbon dioksida dan air.[17]

2.4 Keamanan Refrigeran

Refrigeran dirancang untuk digunakan pada ruangan tertutup atau tidak bercampur dengan udara luar. Jika ada kebocoran karena sesuatu hal yang tidak diinginkan, maka refrigeran ini akan keluar sistem dan bisa saja terhirup oleh manusia. Untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan maka refrigeran harus dikategorikan aman atau tidak aman. Ada dua faktor yang digunakan untuk mengklasifikasikan refrigeran berdasarkan keamanan, yaitu bersifat racun dan mudah terbakar.

Berdasarkan toxicity, refrigeran dapat dibagi dua kelas, yaitu kelas A

bersifat tidak beracun pada konsentrasi yang ditetapkan dan kelas B jika bersifat racun. Batas yang digunakan untuk mendefinisikan sifat racun atau tidak adalah sebagai berikut. Refrigeran dikategorikan tipe A jika pekerja tidak mengalami gejala keracunan meskipun bekerja lebih dari 8 jam/hari (40 jam/minggu) di lingkungan yang mengandung konsentrasi refrigeran sama atau kurang dari 400 ppm (part per million by mass). Sementara kategori B sebaliknya.

Berdasarkan sifat mudah terbakar, refrigeran dapat dibagi atas 3 kelas, kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Yang disebut kelas 1 jika mudah terbakar jika diuji pada tekanan 1 atm (101 kPa) temperatur 18,3oC. Kelas 2 jika menunjukkan keterbakaran yang rendah saat konsentrasinya lebih dari 0,1 kg/m3 _{pada 1 atm dan} temperatur 21,1o_{C atau kalor pembakarannya kurang dari 19 MJ/kg. Kelas 3} sangat mudah terbakar. Refrigeran ini akan terbakar jika konsentrasinya kurang dari 0,1 kg/m3 ataun kalor pembakarannya lebih dari 19 MJ/kg.

Berdasarkan defenisi ini, sesuai dengan standar 34-1997. Refrigeran diklasifikasikan menjadi 6 kategori.[2]

1. A1 : sifat racun rendah dan tidak terbakar.

2. A2 : Sifat racun rendah dan sifat terbakar rendah. 3. A3 : Sifat racun rendah dan mudah terbakar. 4. B1 : sifat racunlebih tinggi dan tidak terbakar.

5. B2 : sifat racun lebih tinggi dan sifat terbakar rendah. 6. B3 : sifat racun lebih tinggi dan mudah terbakar.

2.5 Kalor (Q)

Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat mengakibatkan perubahan suhu. Pada abad ke 19 berkembang teori bahwa kalor merupakan fluida ringan yang dapat mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah, jika suatu benda mengandung banyak kalor, maka suhu benda itu tinggi (panas). Sebaliknya, jika benda itu mengandung sedikit kalor, maka dikatakan benda itu bersuhu rendah (dingin). Kuantitas energi kalor (Q) dihitung dalam satuan joules (J). Laju aliran

kalor dihitung dalam satuan joule per detik (J/s) atau watt (W). Laju aliran energi ini juga disebut daya, yaitu laju dalam melakukan usaha

2.5.1 Kalor Laten

Suatu bahan biasanya mengalami perubahan temperatur bila terjadi perpindahan kalor antara bahan dengan lingkungannya. Pada suatu situasi tertentu, aliran kalor ini tidak merubah temperaturnya. Hal ini terjadi bila bahan mengalami perubahan fasa. Misalnya padat menjadi cair, cair menjadi uap dan perubahan struktur kristal (zat padat). Energi yang diperlukan disebut kalor transformasi. Kalor yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassa m adalah

QL = Le m ... (2.1) Dimana :

QL = Kalor laten (J)

Le = Kapasitas kalor spesifik laten (J/kg) M = Massa zat (kg)

2.5.2 Kalor Sensibel

Tingkat panas atau intensitas panas dapat diukur ketika panas tersebut merubah temperatur dari suatu substansi. Perubahan intensitas panas dapat diukur dengan termometer. Ketika perubahan temperatur didapatkan, maka dapat diketahui bahwa intensitas panas telah berubah dan disebut sebagai kalor sensibel. Dengan kata lain, kalor sensibel adalah kalor yang diberikan atau yang dilepaskan oleh suatu jenis fluida sehingga temperaturnya naik atau turun tanpa menyebabkan perubahan fasa fluida tersebut.

Qs = m Cp∆T ... (2.2) Dimana:

Qs = Kalor sensible (J)

Cp = Kapasitas kalor spesifik sensibel (J/kg.K)

∆T = Beda temperatur (K)

2.5.3 Perpindahan Panas

Panas hanya akan berpindah jika ada perbedaan temperatur, yaitu dari sistem yang bertemperatur tinggi ke sistem bertemperatur rendah. Perbedaan temperatur ini mutlak diperlukan sebagai syarat terjadinya perpindahan panas. Selama ada perbedaan temperatur antara dua sistem maka akan terjadi perpindahan panas. Mekanisme perpindahan panas yang terjadi dapat dikategorikan atas 3 jenis yaitu: konduksi, konveksi dan radiasi

1. Konduksi

Perpindahan panas dari partikel yang lebih panas ke partikel yang lebih dingin sebagai hasil dari interaksi antara partikel tersebut. Karena partikelnya tidak berpindah, umumnya konduksi terjadi pada medium padat, tetapi bisa juga cair dan gas. Perpindahan panas di sini terjadi akibat interaksi antara partikel tanpa diikuti perpindahan partikelnya. Perhatikan gambar di bawah ini.

Secara matematik, untuk plat datar seperti gambar di atas ini, laju perpindahan panas konduksi dirumuskan dengan persamaan:

Atau sering dirumuskan dengan persamaan berikut ini.

[ lit.3] Dimana:

= Laju aliran energi (W) A = Luas penampang (m2)

∆T = Beda temperatur (K)

∆x = Panjang (m)

k = Daya hantar (konduktivitas) (W/m.K)

2. Konveksi

Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas antara permukaan padat yang berbatasan dengan fluida mengalir. Fluida di sini bisa dalam fasa cair atau fasa gas. Syarat utama

mekanisme perpindahan panas konveksi adalah adanya aliran fluida. Perhatikan gambar di bawah ini.

Gambar 2.9 Perpindahan Panas Konveksi dari Permukaan Pelat

Secara matematik perpindahan panas konveksi pada permukaan pelat rata dapat dirumuskan dengan persamaan berikut ini.

Qc

Aliran Udara

Aliran Udara Aliran Udara

Qh = hA(Ts-TL) ... (2.5) [lit.4] Dimana:

Qh = Laju perpindahan panas konveksi (W)

h = Koefisien konveksi (W/m2K)

A = Lluas penampang perpidahan panas (m2) Ts = Temperatur permukaan

TL = Temperatur fluida 3. Radiasi

Perpindahan panas radiasi adalah panas yang dipindahkan dengan cara memancarkan gelombang elektromagnetik. Berbeda dengan mekanisme konduksi dan konveksi, radiasi tidak membutuhkan medium perpindahan panas. Sampainya sinar matahari ke permukaan bumi adalah contoh yang jelas dari perpindahan panas radiasi.

Persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung laju perpindahan panas radiasi antara permukaan pelat (gambar 2.10) dan lingkungannya adalah:

Qr= eσAT4 ...(2.6) Dimana

Qr = Laju perpindahan panas radiasi (W) σ = Konstanta Boltzman: 5,67 x 10-8 _W/m2 _K4 e _{= Emisivitas (0 ≤ e ≤ 1)}

T = Temperatur (K)

4. Konveksi Natural

Jika aliran fluida terjadi secara alami, sebagai akibat perpindahan panas yang terjadi. Konveksi ini disebut konveksi natural atau kadang disebut konveksi bebas dalam bahasa Inggris disebut natural convection atau free convection.

Pada kasus konveksi natural pada bidang horizontal panjang yang digunakan menghitung bilangan RaL adalah panjang karakteristik yang didefinisikan dengan persamaan:

Dimana A menyatakan luas bidang horizontal dan K adalah keliling. Dengan

menggunakan panjang karakteristik (L) ini bilangan RaLdapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut (2.8).

RaL = ...(2.8)

Pola konveksi natural pada permukaan horizontal diperlihatkan seperti gambar berikut ini.

Gambar 2.10 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe a)

Persamaan untuk menghitung Nu seperti gambar di atas (bidang

horizontal) dapat digunakan yang diajukan oleh Llyod Moran (1974): Untuk 104 < RaL < 107 :

Nu = 0,54R ...(2.9)

Untuk 107 < RaL < 109

Nu = 0,15R ...(2.10)

Jika polanya ditunjukkan seperti gambar di bawah ini, yaitu fluida panas akan terdesak dari permukaan yang panas dan mengalir ke sebelah luar. Untuk mengisi kekosongan akibat aliran ini maka fluida dibawahnya akan mengalir ke atas.

Gambar 2.11 Konveksi natural pada bidang horizontal (tipe b) Tr < Ts

Ts Tr < Ts

Persamaan menghitung bilangan Nu untuk kasus ini dapat digunakan persamaan dapat dituliskan:

Nu = 0,27 ...(2.11) Persamaan ini berlaku untuk 105 < RaL <1010

BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Tempat penelitian adalah laboratorium Teknik Pendingin, gedung Fakultas Teknik USU. Waktu pelaksanaan penelitian ± 5 bulan.

3.2 Bahan

Pada penelitian ini, bahan pengujian yang digunakan adalah sebagai berikut.

1. Adsorben karbon aktif dan alumina aktif

Adsorben yang digunakan pada penelitian ini adalah karbon aktif sebanyak 500 gram dan 500 gram alumina aktif. Dimana pengujian ini membedakan isinya

dalam adsorben menggunakan mimis dan tidak menggunakan mimis. 2. Refrigeran

Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Refrigeran yang digunakan pada pengujian ini adalah:

 Metanol dengan kadar kemurnian 99% sebanyak 1 liter

3.3 Alat Ukur yang Digunakan pada Pengujian Kapasitas Adsorpsi

Alat-alat ukur yang digunakan pada pengujian kapasitas adsorpsi ini adalah sebagai berikut.

1. Manometer Vakum

Manometer vakum digunakan untuk mengukur tekanan di dalam alat penguji kapasitas adsorpsi. Alat ini juga dapat dipakai untuk melihat/mengecek apakah alat penguji mengalami bocor atau tidak.

Gambar 3.1 Manometer Vakum Spesifikasi:

Buatan : Jerman Max. tekanan : 0 cmHg Min. tekanan : -76 cmHg 2. Agilent

Agilent digunakan untuk mengukur temperatur pada adsorber dan gelas ukur dimana alat ini bekerja secara otomatis dan mencatat hasil pengukuran dalam bentuk exel.

Gambar 3.2 Agilent Spesifikasi

Tipe : Agilent 34970A

Buatan : Belanda

Jumlah sensor thermocouple : 20 channels multiplexer

3.4 Peralatan yang Digunakan 1. Pompa Vakum

Pompa vakum digunakan untuk memvakumkan alat penguji kapasitas adsorpsi dan mengeluarkan partikel-partikel/kotoran dan mengeluarkan uap air dari adsorber.

Gambar 3.3 Pompa Vakum Spesifikasi:

Merek : ROBINAIR

Model No. : 15601 Kapasitas : 142 l/m

Motor H.p : ½

Volt : 110-115 V / 220-250 V 2. Katup

Katup ini berfungsi sebagai pengatur aliran refrigeran pada alat penguji ketika pengujian berlangsung. Pada desain ini digunakan katup sebanyak empat buah. Pada adsorber dipasang dua buah katup yang masing-masing berfungsi sebagai pengatur aliran refrigeran dari gelas ukur ke adsorber (pada saat adsorpsi) dan sebaliknya. Katup yang satu lagi berfungsi untuk pemvakuman alat penguji kapasitas adsorpsi.

Gambar 3.4 Katup

Pada gelas ukur juga dipakai 2 katup. Satu katup berfungsi untuk mengatur aliran dari gelas ukur ke adsorber (pada saat adsorpsi) dan sebaliknya. Katup yang lain berfungsi untuk pemasukan refrigeran ke gelas ukur.

3. Pipa Penghubung

Pipa penghubung ini mengunakan bahan stainless steel yang berdiameter

¾” dengan panjang keseluruhan 40 cm.

Gambar 3.5 Pipa penghubung 4. Selang Karet

Selang karet berfungsi untuk menghubungkan aliran refrigeran dari gelas

ukur ke adsorber. Selang karet yang berdiameter ¾” memiliki panjang 1 meter.

5. Stainless steel ball (Mimis)

Dimana mimis tersebut berfungsi sebagai penyimpan panas dan menyerap panas yg berdiameter 22 mm, berat 0,53 kg berjumlah 10 buah.

Gambar 3.7 Stainless steel ball(mimis) 6. Kotak Isolasi gelas ukur

Kotak isolasi ini berfungsi untuk mengisolasi gelas ukur supaya tidak ada dipengaruhi oleh lingkungan. Kotak isolasi terbuat dari bahan syrofoam. Tebal styrofoam adalah 2,5 cm. Adapun ukuran styrofoam adalah P x L x T = 47 cm x

32cm x 32 cm. Berikut ini gambar styrofoam yang digunakan

Gambar 3.8 Kotak Isolasi Styrofoam 3.5 Set-Up Eksperimental

Wadah yang berisi adsorben karbon aktif (adsorber) dipanaskan sehingga temperatur dan tekanan meningkat yang menyebabkan timbulnya uap desorpsi. Adsorbat dalam bentuk cair akan mengalir ke gelas ukur.

Set-Up eksperimental dapat dilihat seperti gambar 3.8 s.d 3.9 berikut ini.

Gambar 3.9 Set-Up Eksperimental pada Proses Desorpsi

Proses desorpsi terjadi karena panas yang berasal dari lampu penguji berpindah secara radiasi ke adsorber. Refrigeran yang berada dalam adsorben karbon aktif akan menimbulkan uap desorpsi. Uap ini akan mengalir ke gelas ukur melalui selang. Uap ini akan berubah fasa menjadi cair di dalam gelas ukur.

Kemudian adsorber melepaskan panas sehingga adsorber terus mengalami penurunan temperatur dan tekanan yang menyebabkan timbulnya uap adsorpsi. Adsorbat dalam bentuk uap mengalir dari gelas ukur ke adsorber. Adsorbat dalam bentuk uap dihasilkan dari proses penyerapan kalor oleh adsorbat dari lingkungan sebesar kalor laten penguapan adsorbat tersebut. Proses ini berlangsung pada tekanan saturasi yang rendah sehingga penyerapan kalor berlangsung pada temperatur yang rendah pula. Proses tersebut dinamakan adsorpsi.

Qin

Refrigeran cair

Gambar 3.10 Set-Up Eksperimental pada Proses Adsorpsi

3.5.1 Prosedur Pengujian

Prosedur pengujian dapat diuraikan sebagai berikut ini.

1. Proses assembling/penyambungan alat penguji kapasitas adsorpsi. Komponen

adsorber dengan gelas ukur dirangkai/dihubungkan dengan baik. Pada persambungan pipa dilem dengan baik dan kuat untuk menghindari kebocoran.

2. Kemudian dipasang termokopel agilent, pada adsorber (4 titik) dan pada gelas ukur (3 titik). Agilent dinyalakkan sehingga data-data temperatur pada setiap titik termokopel tersimpan otomatis.

3. Adsorber dipanaskan selama 9 jam (mulai pukul 9.00 WIB sampai dengan pukul 17.00 WIB).

Refrigeran menguap Konveksi

Alami

4. Kemudian pada pukul 17.00 WIB dilakukan pemvakuman dengan mengunakan pompa vakum untuk mengeluarkan gas/udara dan air/uap air yang terdapat pada adsorben karbon aktif. Setelah kondisi vakum, kemudian semua katup ditutup.

5. Pada gelas ukur diisi refrigeran. Pengujian pertama mengunakan metanol, pengujian kedua menggunakan etanol, pengujian ketiga menggunakan amonia dan pengujian terakhir adalah refrigeran musicool. Kemudian lampu alat penguji kapasitas adsorpsi dimatikan. Data temperatur adsorber dan gelas ukur akan otomatis tersimpan pada agilent dalam bentuk excel.

6. Kemudian gelas ukur dimasukkan ke dalam kotak styrofoam dan pada styrofoam diisikan es sebanyak 5 kg. Hal ini bertujuan untuk melihat berapa refrigeran yang dapat diserap oleh karbon aktif dengan kondisi bagian luarnya sudah menjadi es. Karena gelas ukur nantinya akan digantikan fungsinya oleh evaporator pada mesin pendingin siklus adsorpsi tenaga surya.

7. Katup antara adsorber dan gelas ukur dibuka untuk memulai proses adsorpsi (pukul 17.00 WIB sampai keesokan harinya pukul 9.00 WIB). Temperatur adsorber akan turun seiring dengan turunnya temperatur lingkungan. Pada malam hari dengan turunya temperatur adsorber, maka karbon aktif akan menyerap refrigeran sehingga refrigeran akan menguap dan naik ke adsorben karbon aktif. Tekanan adsorpsi dicatat setiap jamnya.

8. Proses desorpsi mulai pukul 9.00 WIB sampai dengan pukul 17.00 WIB dengan menyalakkan lampu pemanas alat penguji kapasitas adsorpsi (1000 W). Seiring dengan naiknya temperatur adsorber maka refrigeran akan menguap dari adsorben karbon aktif dan masuk ke gelas ukur dalam fasa cair.

3.6 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi

Alat penguji kapasitas adsorpsi ini dirancang untuk adsorben kabon aktif sebanyak 500 gram dan alumina aktif 500 kg beserta 10 mimis maupun tidak menggunakan mimis di dalam adsorber. Lampu yang digunakan ada dua buah (lampu halogen) dengan daya masing-masing sebesar 500 W (total 1000 W). Pada alat penguji adsorpsi dilengkapi sensor thermocoupel 7 titik (untuk mengukur

Thermocuople (6 titik)

juga gelas ukur untuk mengukur volume refrigeran yang dapat di serap dan dilepaskan oleh adsorben karbon aktif.

Alat penguji kapasitas adsorpsi dapat dilihat secara jelas seperti gambar 3.11 berikut ini.

Gambar 3.11 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi dengan gelas ukur tidak Disolasi

Double Spot

Light (1000 W)

Manometer Vakum

Selang

Katup

Gelas Ukur

Thermocuople (6 titik)

Gambar 3.12 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi dengan gelas ukur Disolasi

3.6.1 Dimensi Utama Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi

Adapaun dimensi-dimensi alat penguji kapasitas adsorpsi dapat digambarkan sebagai berikut ini.

Kotak isolasi styrofoam

Gambar 3.13 Dimensi Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi a. Adsorber

Adsorber adalah alat yang digunakan untuk menangkap panas dari radiasi lampu. Adsorber terbuat dari pelat rata yang terbuat dari stainless steel dengan ketebalan 1 mm dengan luas permukaan 0,07 m2. Pada bagian atas sebelah dalam adsorber diisi dengan karbon aktif dan alumina aktif beserta mimis maupun tidak menggunakan mimis sebanyak 1 kg. Perhatikan gambar di bawah ini.

10 b. Gelas Ukur

Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume refrigeran yang dapat diserap oleh adsorben karbon aktif pada saat adsorpsi dan volume refrigeran yang kembali pada saat desorpsi. Adapun dimensi gelas ukur sebagai berikut ini.

Gambar 3.15 Gelas Ukur

3.7 Langkah Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi 3.7.1 Pembuatan Adsorber

1. Adsober terbuat dari pelat stainless steel dengan tebal 1 mm. Adsorber dibentuk sesuai dengan bentuk dan ukuran yang ditentukan. Setelah pelat stainless steel tersebut dipotong kemudian dihubungkan/disambung dengan las argon. Las argon dipilih supaya hasil sambungan lebih kuat dan terhindar dari kebocoran.

Gambar 3.16 Bentuk Adsorber

2. Kemudian adsorber diisi dengan adsorben karbon aktif. Adsorben karbon aktif diisi sebanyak 500 gram dan alumina aktif 500 gram beserta mimis 10 buah dan tanpa mimis. Kemudian semua diratakan di dalam adsorber.

Gambar 3.17 Pengisian Adsorben Karbon Aktif dan Alumina aktif

3. Setelah adsorben karbon aktif dimasukkan ke dalam adsorber, langkah selanjutnya adalah memasang kawat nyamuk. Tujuan pelapisan kawat nyamuk ini adalah supaya adsorben tidak jatuh pada saat adsorber dibalikkan dan juga supaya tidak terhisap pada saat proses pemvakuman.

Gambar 3.18 Pemasangan Kawat Nyamuk

3. Setelah proses ini, pelat penutup kemudian dihubungkan dengan mengunakan las argon. Pada adsorber ini dilengkapi dengan manometer vakum dan katup yang dipasang pada pipa adsorber.

Gambar 3.19 Penyambungan Pelat Adsorber

5. Pemasangan pipa-pipa, manometer vakum dan katup pada adsorber. Katup berfungsi untuk menutup dan membuka saluran dan manometer vakum berfungsi untuk melihat tekanan pada adsorber. Dengan adanya manometer ini, dapat diketahui bocor atau tidak alat penguji kapasitas adsorpsi.

Gambar 3.20 Pemasangan Pipa, Manometer Vakum dan Katup

6. Langkah terakhir adalah melakukan pengecatan adsorber. Adsorber dicat dengan cat warna hitam gelap. Tujuan pengecatan adalah agar adsorber dapat menyerap panas dengan baik.

Gambar 3.22 Adsorber Setelah Dicat Warna Hitam

3.7.2 Pembuatan Gelas Ukur

1. Gelas ukur dibuat sesuai dengan ukuran dimensi yang dirancang. Kemudian pada gelas ukur dipotong untuk pada bagian tengah depan. Hal ini bertujuan untuk menempelkan kaca akralik sehingga terlihat volume refrigeran ketika pengujian nanti.

Gambar 3.23 Pembuatan Gelas Ukur

2. Pada gelas ukur dilakukan pengecatan dan pada kaca akralik ditempelkan skala volume.

3.8 Flowchart Penelitian

Berikut merupakan tahapan dalam pengujian kapasitas adsorpsi adsorben. Mulai

Studi Literatur

Studi literatur dan jurnal

Tahapan Persiapan

 Survei bahan dan alat  Gambar sketsa alat

penguji

Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi

 Adsorber (500 gram karbon aktif dan alumina aktif 500 gram beserta mimis 10 buah maupun tidak menggunakan mimis)  Gelas Ukur

Assembling Alat Uji

 Pemvakuman  Pengujian:

 Metanol (1 Liter)

Data Output  Temperatur  Tekanan  Volume

 Kapasitas Adsorpsi

Analisa  Kesimpulan  Saran

BAB IV

ANALISA DATA

4.1 Hasil Pengujian

Data yang diambil dari pengujian adalah data temperatur adsorber, data temperatur gelas ukur, kapasitas adsorpsi dari adsorben karbon aktif dan alumina aktif dengan menggunakan mimis terhadap beberapa jenis refrigeran dan juga tekanan dalam alat uji kapasitas adsorpsi.

Ada dua kali dilakukan pengujian yaitu:

1. Pada kapasitas adsorpsi terutama terhadap temperatur dan kapasitas adsorpsi dari adsorben karbon aktif dan alumina aktif dengan menggunakan mimis dengan kondisi gelas ukur diisolasi dengan styrofoam.

2. Pada kapasitas adsorpsi terhadap temperatur dan kapasitas adsorpsi dari adsorben karbon aktif dan alumina aktif tanpa menggunakan mimis dengan kondisi gelas ukur diisolasi dengan styrofoam.

Isolasi dilakukan untuk melihat pengaruh lingkungan luar terhadap alat uji kapasitas adsorpsi terutama terhadap temperatur dan kapasitas adsorpsi dari adsorben karbon aktif dan alumina aktif dengan menggunakan mimis maupun tidak menggunakan mimis.

Pada gelas ukur yang diisolasi styrofoam ditambahkan es sebanyak 5 kg. Penambahan es ini dilakukan untuk memposisikan gelas ukur sebagai evaporator, karena fungsi gelas ukur ini akan digantikan oleh evaporator pada mesin pendingin siklus adsorpsi tenaga surya.

Untuk lebih jelasnya perhatikan gambar 4.1 di bawah ini.

Gambar 4.1 Letak Titik-Titik thermocouple pada Alat Penguji

Keterangan: Angka 6, 7, 8, 9, 10, 17 dan 20 adalah letak titik-titik channel thermocouple. Pada letak titik-tittik channel thermocouple ini akan

dicatat temperaturnya secara otomatis oleh agilent.

Pada alat uji kapasitas adsorpsi dipasang 7 titik sensor thermocouple, 4

titik pada adsorber (angka 6, 7, 8, dan 9) dan 3 titik pada gelas ukur (angka 10, 17 dan 20) perhatikan gambar 4.1 di atas.

Hasil pengujian yang didapatkan dapat dibagi menjadi tiga bagian, yaitu: 1. Data pemvakuman.

Data pemvakuman yang terdiri dari data temperatur pada adsorber. 2. Data Adsorpsi.

Data adsorpsi yang diperoleh adalah data temperatur di adsorber dan temperatur pada gelas ukur, data tekanan pada alat uji (per jam) dan kapasitas adsorpsi karbon aktif dan alumina aktif dengan menggunakan mimis dengan kondisi gelas ukur yang diisolasi mengunakan styrofoam.

6 9 8 10 20 17 7 Adsorber Isolasi kayu Gelas Ukur Isolasi Styrofo

3. Data desorpsi.

Data desorpsi terdiri dari data temperatur dan jumlah volume refrigeran yang kembali ke gelas ukur setelah dipanaskan mengunakan lampu halogen 1000 W.

4.1.1 Pengujian dengan Gelas ukur Diisolasi

Pada pengujian ini, gelas ukur tidak dipengaruhi oleh lingkungan luar. Hal ini akan berpengaruh terhadap kapasitas, temperatur dan tekanan pada alat uji. Data-data atau hasil pengujian dengan gelas ukur yang diisolasi dapat dijabarkan sebagai berikut ini.

A. Data Pemakuman Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi 1. Metanol

Pengujian pertama adalah refrigeran metanol. Adsorber mulai dipanaskan mulai pukul 9.00 WIB sampai dengan pukul 17.00 WIB dengan mengunakan lampu pemanas alat uji kapasitas adsorpsi. Kemudian pada pukul 17.00 WIB dilakukan pemvakuman alat pengujian kapasitas adsorpsi dengan menggunakan pompa vakum. Pemvakuman dilakukan untuk mengeluarkan partikel-partikel pengotor dan uap air. Perhatikan gambar grafik di bawah ini.

- Pada menggujian absorber menggunakan mimis.

Gambar 4.2 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi (metanol) menggunakan mimis

Data-data temperatur pada adsorber dan gelas ukur saat pemvakuman adalah seperti berikut ini.

Temperatur awal percobaan pada adsorber adalah 26,95oC. Temperatur maksimum adsorber yang dapat dicapai ketika pemanasan adalah 255,68oC yaitu berada titik 8 thermocouple (pada pukul 14.57 WIB).

Perhatikan gambar grafik rata-rata temperatur adsorber di bawah ini.

Gambar 4.3 Grafik Temperatur Rata-Rata vs Waktu pada Adsorber (metanol)menggunakan mimis

Temperatur rata-rata adsorber bagian atas pada proses pemvakuman adalah 204,98oC. Temperatur pada titik channel 7 (adsorber bawah) Tb adalah 184,28oC.

- Pada penggujian absorber tidak menggunakan mimis.

Gambar 4.4 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi (metanol) tidak menggunakan mimis

Data-data temperatur pada adsorber dan gelas ukur saat pemvakuman adalah seperti berikut ini.

Temperatur awal percobaan pada adsorber adalah 27,01oC. Temperatur maksimum adsorber yang dapat dicapai ketika pemanasan adalah 171,39oC yaitu berada titik 8 thermocouple (pada pukul 16.55 WIB).

Perhatikan gambar grafik rata-rata temperatur adsorber di bawah ini.

Gambar 4.5 Grafik Temperatur Rata-Rata vs Waktu pada Adsorber (metanol) tidak menggunakan mimis

Temperatur rata-rata adsorber bagian atas pada proses pemvakuman adalah 119,40oC. Temperatur pada titik channel 7 (adsorber bawah) Tb adalah 79,13oC.

B. Data Pengujian Adsorpsi 1. Metanol

Adsorpsi dimulai pada pukul 17.00 WIB setelah selesai proses pemanasan dan pemvakuman. Es dengan massa 5 kg dimasukkan ke dalam ke kotak styrofoam gelas ukur. Pemasukan es ini dilakukan untuk melihat berapa banyak refrigeran yang dapat diserap dengan baik oleh karbon aktif dengan kondisi luaran gelas ukur adalah es. Kerena fungsi gelas ukur ini akan digantikan menjadi evaporator pada mesin pendingin siklus adsorpsi tenaga surya.

Adapun data-data pada adsorber dan gelas ukur seperti temperatur, tekanan, volume refrigeran yang terserap (adsorpsi) oleh 1 kg adsorben karbon aktif dan alumina aktif adalah sebagai berikut ini.

a. Adsorber

- Berikut ini ditampilkan tabel data-data tekanan dan temperatur rata-rata setiap jam pada proses adsorpsi metanol dengan adsorben karbon aktif dan alumina aktif dengan menggunakan mimis.

Tabel 4.1 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata-Rata pada Proses Adsorpsi (metanol) yang menggunakan mimis.

Waktu Tekanan

(Bar)

Temperatur (C )

17.00 - 0.5333 224.97

18.00 - 0.7333 61.74

19.00 - 0.7599 57.96

20.00 - 0.7733 57.49

21.00 - 0.7999 29.76

22.00 - 0.7999 27.71

23.00 - 0.7999 27.50

00.00 - 0.8133 26.48

01.00 - 0.8133 25.50

02.00 - 0.8133 25.97

03.00 - 0.8133 26.48

04.00 - 0.8133 26.06

05.00 - 0.8266 25.02

06.00 - 0.8266 25.45

07.00 - 0.8266 26.64

08.00 - 0.8266 28.57

Berikut ini ditampilkan grafik tekanan vs waktu (tiap jam) pada pengujian methanol dengan menggunakan mimis.

Gambar 4.6 Grafik Tekanan vs Waktu Adsorpsi Metanol Dengan menggunakan mimis

Tekanan awal pada proses adsorpsi ini adalah -0.5333 Bar. Tekanan ini diperoleh setelah dilakukan pemvakuman dengan mengunakan pompa vakum. Tekanan pada keesokan harinya menurun menjadi -0.8333 pada pukul 9.00 WIB. Penurunan tekanan ini disebabkan oleh penurunan temperatur alat uji kapasitas adsorpsi.

-0.90 -0.80 -0.70 -0.60 -0.50 -0.40 -0.30 -0.20 -0.10 0.00

17 18 19 20 21 22 23 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10

Waktu(jam)

Gambar 4.7 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi pada Adsorber (metanol) dengan menggunakan mimis

Temperatur rata-rata terendah yang dapat dicapai pada adsorber terjadi pada pukul 05.00 WIB yaitu 25,02oC.

- Berikut ini ditampilkan tabel data-data tekanan dan temperatur rata-rata setiap jam pada proses adsorpsi methanol dengan adsorben karbon aktif dan alumina aktif tanpa menggunakan mimis.

Tabel 4.2 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata-Rata pada Proses Adsorpsi (metanol) tanpa menggunakan mimis.

Waktu Tekanan

(Bar)

Temperatur (C )

17.00 -0.5333 125.28

18.00 -0.5599 35.49

19.00 -0.5599 30.72

3057.00 02/23/2014 01:17:25:043

25.73 25.27 25.42 25.23 10.12 10.18 10.12 3058.00 02/23/2014

01:22:25:067

25.65 25.09 25.26 25.08 10.19 10.14 10.13 3059.00 02/23/2014

01:27:25:045

25.45 25.03 25.07 25.96 10.18 10.12 10.11 3060.00 02/23/2014

01:32:25:084

25.40 25.88 25.94 25.82 10.15 10.12 10.10 3061.00 02/23/2014

01:37:25:087

25.27 25.77 25.78 25.71 10.14 10.08 10.12 3062.00 02/23/2014

01:42:25:056

25.09 25.67 25.62 25.57 10.15 10.05 10.13 3063.00 02/23/2014

01:47:25:049

25.03 25.52 25.45 25.42 10.12 10.01 10.09 3064.00 02/23/2014

01:52:25:065

25.88 25.38 25.23 25.28 10.18 9.99 10.07 3065.00 02/23/2014

01:57:25:042

25.77 25.29 25.12 25.17 10.16 9.87 10.08 3066.00 02/23/2014

02:02:25:088

25.67 25.15 25.00 25.05 10.14 9.79 10.06 3067.00 02/23/2014

02:07:25:049

25.52 25.00 25.88 25.98 10.13 9.68 10.05 3068.00 02/23/2014

02:12:25:049

25.38 25.92 25.64 25.84 10.12 9.56 10.07 3069.00 02/23/2014

02:17:25:083

25.29 25.11 25.52 25.69 10.17 9.44 10.03 3070.00 02/23/2014

02:22:25:039

25.15 25.70 25.33 25.53 10.18 9.35 10.01 3071.00 02/23/2014

02:27:25:068

25.00 26.54 25.16 25.43 10.15 9.23 10.02 3072.00 02/23/2014

02:32:25:082

25.92 26.47 26.02 25.33 10.11 9.26 10.02 3073.00 02/23/2014

02:37:25:063

25.11 26.35 26.84 26.18 10.18 9.26 10.01 3074.00 02/23/2014

02:42:25:070

25.70 26.26 26.76 26.91 10.17 9.27 9.98

3075.00 02/23/2014 02:47:25:056

26.54 26.25 26.65 26.93 10.14 9.29 9.96

3076.00 02/23/2014 02:52:25:082

26.47 26.14 26.52 26.95 10.11 9.27 9.94

3077.00 02/23/2014 02:57:25:082

26.35 26.00 26.36 26.87 10.18 9.32 9.91

3078.00 02/23/2014 03:02:25:065

26.26 26.86 26.25 26.77 10.16 8.89 9.88

3079.00 02/23/2014 03:07:25:078

26.25 26.57 26.17 26.68 10.15 8.78 9.86

3081.00 02/23/2014 03:17:25:087

26.00 26.44 26.77 26.04 10.11 8.66 9.82

3082.00 02/23/2014 03:22:25:087

26.86 26.45 26.68 26.02 10.12 8.58 9.80

3083.00 02/23/2014 03:27:25:067

26.57 26.31 26.64 26.95 10.19 8.52 9.78

3084.00 02/23/2014 03:32:25:046

26.57 26.34 26.58 26.87 10.16 8.49 9.74

3085.00 02/23/2014 03:37:25:040

26.44 26.51 26.50 26.81 10.14 8.49 9.75

3086.00 02/23/2014 03:42:25:081

26.45 26.23 26.57 26.25 10.12 8.51 9.73

3087.00 02/23/2014 03:47:25:039

26.31 26.10 26.25 26.94 10.18 8.51 9.71

3088.00 02/23/2014 03:52:25:086

26.34 26.97 26.20 26.83 10.16 8.50 9.67

3089.00 02/23/2014 03:57:25:082

26.51 26.05 26.08 26.75 10.14 8.48 9.69

3090.00 02/23/2014 04:02:25:049

26.23 26.96 26.99 26.71 10.15 8.49 9.65

3091.00 02/23/2014 04:07:25:073

26.10 26.90 26.97 26.64 10.10 8.49 9.63

3092.00 02/23/2014 04:12:25:044

26.97 26.86 26.85 26.64 10.09 8.89 9.61

3093.00 02/23/2014 04:17:25:079

26.05 26.80 26.88 26.58 10.06 8.78 9.59

3094.00 02/23/2014 04:22:25:043

26.96 26.67 26.83 26.54 10.05 8.76 9.57

3095.00 02/23/2014 04:27:25:039

26.90 26.71 26.70 26.47 9.96 8.66 9.56

3096.00 02/23/2014 04:32:25:055

26.86 25.62 26.56 26.40 9.89 8.58 9.53

3097.00 02/23/2014 04:37:25:065

26.80 25.56 25.46 26.33 9.75 8.52 9.48

3098.00 02/23/2014 04:42:25:077

26.67 25.47 25.47 26.23 9.68 8.49 9.45

3099.00 02/23/2014 04:47:25:039

26.71 25.49 25.30 26.23 9.62 8.49 9.43

3100.00 02/23/2014 04:52:25:039

25.62 25.34 25.33 26.10 9.53 8.51 9.40

3101.00 02/23/2014 04:57:25:046

25.56 25.35 25.13 26.09 9.47 8.51 9.40

3102.00 02/23/2014 05:02:25:039

25.47 25.30 25.05 25.95 9.30 8.50 9.42

3103.00 02/23/2014 05:07:25:087

24.49 25.16 25.99 25.89 9.72 8.48 9.39

3104.00 02/23/2014 05:12:25:076

3105.00 02/23/2014 05:17:25:070

24.35 25.02 25.84 25.81 9.62 8.78 9.37

3106.00 02/23/2014 05:22:25:058

24.29 25.92 25.67 25.73 9.53 8.76 9.35

3107.00 02/23/2014 05:27:25:053

24.28 25.83 25.62 25.66 9.47 8.66 9.33

3108.00 02/23/2014 05:32:25:064

24.19 25.81 25.57 25.62 9.28 8.58 9.33

3109.00 02/23/2014 05:37:25:064

24.14 25.85 25.54 25.55 9.12 8.52 9.34

3110.00 02/23/2014 05:42:25:059

24.07 24.77 25.40 25.42 9.13 8.49 9.45

3111.00 02/23/2014 05:47:25:078

24.05 24.66 24.27 25.38 9.52 8.49 9.45

3112.00 02/23/2014 05:52:25:051

24.06 24.58 24.14 25.31 9.69 8.51 9.43

3113.00 02/23/2014 05:57:25:061

24.90 24.49 24.10 25.28 9.71 8.51 9.40

3114.00 02/23/2014 06:02:25:073

24.87 24.49 24.06 25.21 9.72 8.50 9.40

3115.00 02/23/2014 06:07:25:039

25.90 24.35 24.93 25.06 9.68 8.48 9.42

3116.00 02/23/2014 06:12:25:083

25.81 24.29 24.90 25.06 9.62 8.49 9.39

3117.00 02/23/2014 06:17:25:040

25.28 24.28 24.74 24.99 9.53 8.49 9.37

3118.00 02/23/2014 06:22:25:063

25.54 24.19 25.76 25.90 9.47 8.66 9.37

3119.00 02/23/2014 06:27:25:039

25.74 24.14 26.69 26.86 9.28 8.58 9.35

3120.00 02/23/2014 06:32:25:055

26.54 24.07 26.49 26.77 9.12 8.52 9.33

3121.00 02/23/2014 06:37:25:079

26.65 24.05 26.45 26.75 9.13 8.49 9.33

3122.00 02/23/2014 06:42:25:052

26.66 24.06 26.48 26.65 9.42 8.44 9.34

3123.00 02/23/2014 06:47:25:087

26.65 24.90 26.34 26.56 9.59 8.44 9.05

3124.00 02/23/2014 06:52:25:068

26.76 24.87 26.27 26.59 9.61 8.45 9.81

3125.00 02/23/2014 06:57:25:052

26.56 25.90 26.20 26.55 9.49 8.47 9.85

3126.00 02/23/2014 07:02:25:087

26.76 25.81 26.76 26.12 9.65 8.65 9.93

3127.00 02/23/2014 07:07:25:039

26.65 25.75 26.87 26.34 9.81 8.78 9.81

3129.00 02/23/2014 07:17:25:040

26.81 25.86 26.86 26.55 9.94 8.87 9.78

3130.00 02/23/2014 07:22:25:063

26.83 25.24 26.98 26.67 9.95 8.94 9.89

3131.00 02/23/2014 07:27:25:039

26.11 25.53 27.11 26.63 9.97 9.19 9.34

3132.00 02/23/2014 07:32:25:055

26.21 25.25 27.15 26.76 9.98 9.21 9.31

3133.00 02/23/2014 07:37:25:079

26.23 25.55 27.43 26.87 10.15 9.26 9.31

3134.00 02/23/2014 07:42:25:052

26.32 26.24 27.41 26.89 10.19 9.27 9.32

3135.00 02/23/2014 07:47:25:087

27.35 26.31 27.54 26.96 10.25 9.36 9.32

3136.00 02/23/2014 07:52:25:068

27.55 26.36 27.57 27.19 10.27 9.48 9.30

3137.00 02/23/2014 07:57:25:052

27.56 26.76 28.04 27.27 10.31 9.59 9.28

3138.00 02/23/2014 08:02:25:087

27.74 26.86 28.15 27.31 10.37 9.79 9.20

3139.00 02/23/2014 08:07:25:039

27.87 26.78 28.17 27.48 10.43 9.76 10.72 3140.00 02/23/2014

08:12:25:083

27.93 26.98 28.26 27.59 10.55 9.96 10.87 3141.00 02/23/2014

08:17:25:040

28.44 27.12 28.49 27.98 10.58 9.78 10.93 3142.00 02/23/2014

08:22:25:063

28.89 27.21 28.57 28.22 10.61 10.11 11.01 3143.00 02/23/2014

08:27:25:039

28.56 27.31 28.86 28.35 10.70 10.17 11.11 3144.00 02/23/2014

08:32:25:055

28.78 27.46 29.24 28.47 10.82 10.23 11.13 3145.00 02/23/2014

08:37:25:079

28.87 27.56 29.65 28.68 10.87 10.14 11.18 3146.00 02/23/2014

08:42:25:052

29.34 27.84 29.74 29.22 10.95 10.21 11.23 3147.00 02/23/2014

08:47:25:087

29.65 28.67 29.96 29.46 11.27 10.16 11.34 3148.00 02/23/2014

08:52:25:068

29.89 28.89 30.21 29.53 11.39 10.38 11.36 3149.00 02/23/2014

08:57:25:052

29.97 28.97 30.37 29.75 11.42 10.41 11.38 3150.00 02/23/2014

09:02:25:087

29.98 28.98 30.68 29.89 11.59 10.21 11.45 3151.00 02/23/2014

09:07:25:039

29.98 28.89 30.69 29.88 11.62 10.28 11.49 3152.00 02/23/2014

09:12:25:083

3153.00 02/23/2014 09:17:25:040

30.11 29.10 30.73 30.04 11.79 10.41 11.61 3154.00 02/23/2014

09:22:25:063

30.18 29.16 30.79 30.13 11.89 10.59 11.76 3155.00 02/23/2014

09:27:25:039

30.21 29.19 30.87 30.19 11.97 10.61 11.87 3156.00 02/23/2014

09:32:25:055

30.23 29.22 30.96 30.22 12.13 10.78 11.98 3157.00 02/23/2014

09:37:25:079

30.26 29.23 30.98 30.24 12.24 10.86 12.18 3158.00 02/23/2014

09:42:25:052

30.30 29.28 31.05 30.31 12.35 10.97 12.21 3159.00 02/23/2014

09:47:25:087

30.34 29.33 31.08 30.43 12.43 11.15 12.35 3160.00 02/23/2014

09:52:25:068

30.39 29.46 31.12 30.54 12.52 11.28 12.48 3161.00 02/23/2014

09:57:25:052

30.45 29.53 31.19 30.62 12.67 11.35 12.61 3162.00 02/23/2014

10:02:25:087

30.51 29.64 31.32 30.76 12.79 11.48 12.82 3163.00 02/23/2014

10:03:10:780

31.05 29.64 31.90 30.11 12.46 11.95 12.97 3164.00 02/23/2014

10:04:10:789

31.08 29.65 31.47 30.13 12.51 11.86 12.39 3165.00 02/23/2014

10:05:10:790

31.12 29.74 32.13 30.12 12.97 11.64 12.29 3166.00 02/23/2014

10:06:10:775

31.19 29.96 32.14 30.24 12.39 11.44 12.37 3167.00 02/23/2014

10:07:10:764

31.32 30.21 32.34 30.23 12.29 11.23 12.29 3168.00 02/23/2014

10:08:10:792

31.90 30.37 32.33 30.26 12.37 11.76 12.22 3169.00 02/23/2014

10:09:10:781

31.47 30.68 32.62 30.25 12.29 11.52 12.17 3170.00 02/23/2014

10:10:10:775

32.13 30.69 32.25 30.24 12.22 11.34 12.15 3171.00 02/23/2014

10:11:10:770

32.14 30.71 32.44 30.27 12.17 11.47 12.13 3172.00 02/23/2014

10:12:10:784

32.34 30.73 32.72 30.21 12.15 11.51 12.11 3173.00 02/23/2014

10:13:10:768

32.33 30.79 32.13 30.24 12.13 11.21 12.12 3174.00 02/23/2014

10:14:10:766

32.62 30.77 32.14 30.33 12.11 11.19 12.13 3175.00 02/23/2014

10:15:10:758

32.25 30.62 32.34 30.35 12.12 11.19 12.06 3176.00 02/23/2014 32.13 30.81 32.33 30.36 12.13 11.98 12.24

3177.00 02/23/2014 10:17:10:757

32.14 30.87 32.62 30.44 12.06 11.95 12.35 3178.00 02/23/2014

10:18:10:768

32.34 30.84 32.25 30.45 12.24 11.89 12.43 3179.00 02/23/2014

10:19:10:792

32.33 30.83 32.44 30.46 12.35 11.93 12.52 3180.00 02/23/2014

10:20:10:775

32.62 30.79 32.72 30.46 12.43 11.89 12.67 3181.00 02/23/2014

10:21:10:765

32.25 30.81 32.13 30.46 12.52 11.87 12.79 3182.00 02/23/2014

10:22:10:750

32.44 30.98 32.14 30.45 12.67 11.98 12.46 3183.00 02/23/2014

10:23:10:753

32.72 30.37 32.34 30.49 12.79 11.95 12.51 3184.00 02/23/2014

10:24:10:750

32.13 30.43 32.33 30.54 12.46 11.89 12.97 3185.00 02/23/2014

10:25:10:766

32.13 30.59 32.62 30.13 12.51 11.93 12.39 3186.00 02/23/2014

10:26:10:765

32.14 30.68 32.25 30.12 12.97 11.89 12.29 3187.00 02/23/2014

10:27:10:753

32.34 30.49 32.44 30.24 12.39 11.87 12.37 3188.00 02/23/2014

10:28:10:798

32.33 30.72 32.72 30.23 12.29 11.98 12.29 3189.00 02/23/2014

10:29:10:789

32.62 30.59 32.13 30.26 12.37 11.95 12.22 3190.00 02/23/2014

10:30:10:750