2.3.6 Bilangan Prandtl
Bilangan Prandtl menunjukan perbandingan difusivitas molekul dari momentum dan difusivitas molekul panas Cengel 2003.
Pr = =
µ
15
2.3.7 Bilangan Reynolds
Bilangan Reynolds merupakan perbandingan antara gaya inersia dan viskositas dalam suatu fluida.
Re =
ρν µ
16 Dimana
� merupakan kecepatan aliran. Bilangan Reynolds menunjukan suatu aliran bersifat turbulen atau laminar. Aliran bersifat turbulen terjadi jika
gaya inersia yang merupakan kerapatan dan kecepatan fluida relatif lebih besar terhadap gaya viskos sehingga fluida cenderung acak dan berfluktuasi. Sedangkan
aliran laminar terjadi jika gaya viskos cukup besar untuk mampu menahan gaya inersia yang terjadi dalam aliran fluida dan menjaga fluida untuk tetap berada
pada garis aliran Cengel 2003.
2.4 Energi, Entropi, dan Eksergi
Energi merupakan salah satu sumber kebutuhan mendasar bagi masyarakat, indeks kesejahteraan masyarakat suatu negara dapat diukur dari besarnya laju
konsumsi energi. Hampir seluruh negara maju merupakan negara-negara yang mempunyai tingkat konsumsi energi paling tinggi. Oleh sebab itu, diperlukan
sebuah terobosan untuk mampu menggunakan energi seefektif mungkin sehingga keberlanjutannya dapat dipertanggungjawabkan Lee et al. 2007.
Energi merupakan konsep termodinamika yang fundamental dan merupakan salah satu aspek yang paling penting dalam suatu analisis keteknikan. Energi
dapat terkandung dalam suatu sistem dengan berbagai bentuk makroskopik seperti energi kinetik, energi potensial, energi gravitasi, dan energi internal, yang dapat
dikelompokkan sebagai inventory energy. Energi juga dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk lainnya dan dapat dipindahkan diantara sistem atau biasa disebut
sebagai transitory energy. Pada sistem tertutup dapat dipindahkan melalui bentuk kerja dan pindah panas Bejan et al. 1996.
Dincer dan Cengel 2001 menjelaskan bahwa energi tidak dapat diciptakan dan dimusnahkan, hanya dapat berubah bentuk, pengertian ini disebut sebagai
hukum termodinamika pertama. Hukum termodinamika pertama menerangkan mengenai energi internal dan pengembangan konservasi energi. Energi pada suatu
sistem terbuka dapat berpindah dengan tiga bentuk: panas q, kerja W, dan aliran massa m. Interaksi energi dapat diketahui pada batasan suatu sistem apakah
bertambah atau hilang dalam batasan sistem tersebut selama berlangsungnya proses. Persamaan umum untuk kesetimbangan energi atau hukum termodinamika
pertama pada suatu proses dalam sistem adalah E
− E �����������
, ,
= ∆E
�����
, ,
17
Hubungan ini dapat juga ditulis dalam bentuk per unit massa, diferensial, dan laju seperti;
e − e
= ∆e
18 E
− E = dE
19 Ė
− Ė �����������
, ,
= ∆Ė
�����
, ,
20
Menurut Bejan et al. 1996 entropi merupakan bagian dari energi yang mengalami perubahan wujud dan tidak mampu melakukan kerja. Dincer dan
Cengel 2001 menyatakan bahwa penjelasan mengenai perbedaan nyata antara proses reversible mampu balik dan irreversible ketidakmampuan balik
dikenalkan pertama kali melalui konsep entropi. Dan hukum kedua termodinamika menyatakan bahwa setiap proses nyata berlangsung secara
irreversible. Ketika sebuah sistem terisolasi, peningkatan energi akan nol, sehingga entropi akan naik dikarenakan proses irreversible dan kemungkinan
akan mencapai nilai maksimumnya dan terjadi kesetimbangan termodinamika. Perubahan yang terjadi pada sistem menyebabkan mutu dari energi yang
dimanfaatkan pun naik-turun, perubahan mutu energi yang terjadi dapat diukur menggunakan konsep eksergi. Analisis eksergi digunakan untuk mencapai
penggunaan sumber energi yang lebih efektif karena mampu menentukan kehilangan energi pada setiap posisi. Sehingga informasi tersebut dapat digunakan
untuk mendesain sistem baru yang lebih efisien energi ataupun untuk meningkatkan efisiensi pada sistem yang sudah ada Bejan et al. 1996.
Dincer dan Cengel 2001 menjelaskan bahwa analisis eksergi berdasarkan hukum termodinamika pertama dan kedua. Tujuan utama analisis eksergi adalah
untuk mengidentifikasi penyebab dan menghitung secara tepat kehilangan atau kemusnahan eksergi. Namun, terkadang masih ada yang salah menafsirkan antara
keduanya, oleh karena itu diperlukan perbandingan untuk menjelaskan perbedaan diantara keduanya. Perbandingan antara energi dan eksergi dapat dilihat pada Tabel 3.
Tabel 3 Perbandingan energi dan eksergi Energi
Eksergi Hanya tergantung pada parameter
bahan atau aliran energi, dan tidak tergantung pada parameter lingkungan.
Tergantung pada parameter bahan atau aliran energi dan juga parameter
lingkungan.
Mengikuti hukum termodinamika pertama untuk seluruh proses.
Pada proses mampu balik mengikuti hukum termodinamika pertama
pada proses tak mampu balik dapat musnah sebagian atau seluruhnya.
Dibatasi oleh hukum temodinamika kedua untuk seluruh proses termasuk
yang mampu balik – reversible. Tidak dibatasi untuk proses mampu
balik dikarenakan hukum termodinamika kedua.
Kemampuan untuk menghasilkan
gerak. Kemampuan untuk menghasilkan
kerja. Selalu dikonservasi pada sebuah proses,
jadi tidak dapat diproduksi ataupun musnah.
Selalu dikonservasi pada proses mampu balik, tapi dikonsumsi pada
proses tak mampu balik.
Hanya menghitung kuantitas. Menghitung kuantitas dan kualitas
dikarenakan entropi.
Sumber: Dincer dan Cengel 2001
3 METODE PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Penelitian telah dilaksanakan pada bulan Desember 2010 sampai dengan Juni 2011, bertempat di Laboratorium Surya, Bagian Teknik Energi Terbarukan,
Departemen Teknik Mesin dan Biosistem, Fateta-IPB.
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat
Alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah prototype reaktor kolom gelembung bubble column reactor hibah dari NFRI National Food
Research Institute; Jepang, alat penukar panas hasil rancangan, timbangan digital, gelas ukur, thermocouple tipe CC, rotary evaporator, botol sampel, dan
GC-MS. 3.2.2
Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian adalah palm olein sebagai bahan utama pembuatan biodiesel, metanol sebagai reaktan dan gas pembuat gelembung,
dan nitrogen sebagai gas pencegah masuknya minyak ke dalam pipa saluran metanol maupun ke kolom pemanas metanol.
3.3 Prosedur Penelitian
Penelitian diawali dengan pembuatan alat penukar panas. Diagram alir pada Gambar 3 menunjukan garis besar pembuatan alat penukar panas, dimulai dengan
penentuan sifat fisik dan termal bahan yang akan dialirkan palm olein dan metanol guna merancang penukar panas yang akan digunakan dalam sistem baru
alat produksi biodiesel non-katalitik. Penentuan setiap parameter dijelaskan dalam subbab fisik dan termal Bab 2 Subbab 2.3.
Kategori