Data Penelitian DATA DAN ANALISIS

commit to user 51

BAB IV DATA DAN ANALISIS

Pada bab ini akan dianalisis mengenai pengaruh temperatur air laut terhadap unjuk kerja unit desalinasi air laut berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. Pengujian dilakukan dengan variasi temperatur air laut sebesar 28 o C, 30 o C, 45 o C, dan 60 o C. Data yang diperoleh dalam pengujian ini, yaitu: tekanan, temperatur, laju aliran massa refrigeran, dan produksi air tawar yang dihasilkan. Unit desalinasi dijalankan selama 180 menit untuk setiap variasi pengujian dan setiap 20 menit untuk pengambilan data.

4.1. Data Penelitian

Pengujian dilakukan di Laboratorium Perpindahan Panas dan Thermodinamika Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dari hasil pengamatan temperatur dan tekanan saat pengujian dengan variasi temperatur laut 60 C dan pada menit ke-60 sebagai berikut: Gambar. 4.1 Data temperatur dan tekanan menit ke-60 variasi temperatur air laut 60 C commit to user 52 Selanjutnya untuk data temperatur dan tekanan variasi lainnya tercantum dalam lampiran. Data pengujian air sebelum dan sesudah proses desalinasi seperti terlihat pada tabel 4.1 dan tabel 4.2. Tabel 4.1. Hasil pengujian kadar garam air laut sebelum proses desalinasi No Parameter Satuan Hasil Analisis Metode 1 Kadar NaCl ppm 31.342 SNI 06-6989. 19-2004 Tabel 4.2. Hasil pengujian salinitas air tawar setelah proses desalinasi No Parameter Satuan Hasil Analisis Metode 1 Salinitas ppm 715 SNI 6989.6-2009

4.1.1. Data produksi air tawar untuk seluruh variasi temperatur

Dari hasil pengamatan produksi air tawar yang dihasilkan maka akan didapatkan hasil seperti pada tabel 4.3 dibawah ini. Tabel 4.3 Produksi air tawar untuk seluruh variasi Waktu menit Akumulasi produksi air tawar ml 28°C 30°C 45°C 60°C 20 120 160 400 600 40 240 300 820 1100 60 360 460 1.100 1.600 80 490 600 1.500 2.200 100 600 870 1.900 2.700 120 720 1.000 2.280 3.180 140 840 1.220 2.620 3.790 160 960 1.420 3.020 4.300 180 1.120 1.630 3.540 4.820 commit to user 53

4.1.2. Proses humidifikasi dan dehumidifikasi yang terjadi pada unit

desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi Proses humidifikasi dan dehumidifikasi yang terjadi pada unit desalinasi berbasis pompa kalor menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi pada menit ke-60 variasi temperatur air laut 60°C dapat dilihat pada diagram psikrometrik seperti pada gambar 4.2 dibawah ini. Proses humidifikasi dan dehumidifikasi untuk keseluruhan variasi temperatur air laut dapat dilihat pada diagram psikrometrik seperti pada gambar 4.3. Gambar 4.2 Diagram psikrometrik proses humidifikasi dan dehumidifikasi pada menit ke-60 dengan variasi temperatur air 60 C commit to user 54 Gambar 4.3 diagram psikrometrik untuk keseluruhan variasi temperatur air laut Temperatur 60 C menit ke 60 Temperatur 45 C menit ke 60 Temperatur 30 C menit ke 60 Temperatur 28 C menit ke 60 Tabel 4.4 Data proses humidifikasi dan dehumidifikasi pada menit ke-60 dan variasi temperatur 60 C T db o C T wb o C w gkg h kJkg v m 3 kg RH Sebelum humidifier 30,2 23,4 15,3919 69,7145 0,8804 56,7204 Setelah humidifier 38,4 34 32,7208 122,7319 0,9288 74,3777 Setelah dehumidifier 25,5 22,2 15,5569 65,2725 0,867 75,408 Selanjutnya untuk data kelembaban relatif, entalpi, rasio kelembaban dan volume spesifik variasi 28 o C, 30 o C, dan 45 o C dapat dilihat dalam lampiran. commit to user 55

4.1.3. Perhitungan massa air tawar yang dihasilkan

Sesuai dengan persamaan 2. 18, maka : - dt dimana: = massa air tawar yang dihasilkan selama proses kg = laju aliran massa udara kgs = rasio kelembaban udara setelah melewati evaporator kgkg = rasio kelembaban udara sebelum melewati evaporator kgkg = periode jamhari Data pengujian menit ke 60 variasi temperatur air 60 °C • Sebelum humidifier T db = 30,2ºC w 1 = 15,3919 gkg T wb = 23,4ºC ρ 1 = 1,1358 kg • Sesudah humidifier sebelum dehumidifier T db = 38,4ºC w 2 = w i = 32,7208 gkg T wb = 34 ºC ρ 2 = 1,0767 kg • Sesudah dehumidifier T db = 25,5 ºC w 3 = 15,5569 gkg T wb = 22,2 ºC ρ 3 = 1,1534 kg • Kecepatan udara dalam duct V= 0,1461 ms • Luas penampang duct A= 0, 156 • Densitas air laut ρ = 1.005,939 kg

1. Menghitung laju aliran massa udara dalam duct

• Sebelum humidifier = ρ 1 .V.A = 1,1358 kg × 0, 1461 ms × 0,156 = 0,025886 kgs • Sesudah humidifier sebelum dehumidifier commit to user 56 = ρ 2 .V.A = 1,0767 kg × 0, 1461 ms × 0,156 = 0,024537 kgs • Sesudah dehumidifier = ρ 3 .V.A = 1,1534 kg × 0, 1461 ms × 0,156 = 0,026286 kgs

2. Menghitung massa uap total

• Penambahan massa uap total sesudah humidifier Sesuai dengan persamaan 2.9 Δ = kgs = 0,025886 kgs × 32,7208 – 15,3919 gkg = 0,0004486 kgs • Pengurangan massa uap total sesudah dehumidifier Δ = kgs = 0,024537 kgs × 32,7208 – 15,5569 gkg = 0,0004212 kgs

3. Menghitung massa air tawar yang dihasilkan

Sesuai dengan persamaan 2. 18, maka - dt = - dt = , kgs × 32,7208 – 15,5569 gkg dt = , kgs × 0,0327208 – 0,0155569 kgkg × 60 x 60 = 1,51616 kg V = = , kg = 1,5162 x 10 -3 m 3 = 1.516,16 ml commit to user 57 Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel hasil perhitungan laju aliran massa udara, volume air tawar yang dihasilkan, penambahan massa uap total dan pengurangan massa uap total secara keseluruhan untuk variasi temperatur air laut 60 o C sebagai berikut : Tabel 4.5. Hasil perhitungan laju aliran massa udara, penambahan massa uap total, pengurangan massa uap total dan volume air tawar yang dihasilkan pada variasi temperatur air 60°C Waktu menit ms ms ∆W 1 kgs ∆W 2 kgs V ml 20 0,025898 0,024548 0,0004666 0,0004343 521,1324 40 0,025892 0,024532 0,0004729 0,0004354 1.044,9712 60 0,025886 0,024537 0,0004486 0,0004212 1.516,1629 80 0,025904 0,024516 0,0004763 0,0004438 2.130,2044 100 0,025886 0,024516 0,0004741 0,0004402 2.641,0440 120 0,025892 0,024516 0,0004732 0,0004345 3.128,1950 140 0,025904 0,024593 0,0004882 0,0004489 3.771,0779 160 0,025892 0,024516 0,0004732 0,0004428 4.250,5004 180 0,025898 0,024524 0,0004784 0,0004440 4.794,0105 Selanjutnya untuk tiap variasi temperatur air 28 o C, 30°C, dan 45°C tercantum di lampiran. Berikut data hasil perhitungan volume air tawar yang dihasilkan, penambahan massa uap total dan pengurangan massa uap total secara keseluruhan dapat dilihat pada tabel 4.6 – 4.8 di bawah ini. Tabel 4.6. Hasil perhitungan volume air tawar yang dihasilkan untuk seluruh variasi temperatur air laut. Waktu menit Volume air tawar yang dihasilkan ml 28°C 30°C 45°C 60°C 20 115,4948 170,8705 371,7641 521,1324 40 241,0968 356,5818 777,5907 1.044,9712 60 337,4241 542,8844 1.079,4656 1.516,1629 80 387,9292 688,4353 1.470,7165 2.130,2044 100 568,4829 911,8591 1.838,3956 2.641,0440 120 658,5871 1.085,9761 2.206,7968 3.128,1950 140 733,1010 1.283,7425 2.582,6014 3.771,0779 160 1047,6370 1.478,4832 2.930,0380 4.250,5004 180 1.031,7929 1.674,3759 3.498,7358 4.794,0105 commit to user 58 Tabel 4.7. Hasil perhitungan penambahan massa uap total untuk seluruh variasi temperatur air laut Waktu menit Penambahan massa uap air total kgs 28°C 30°C 45°C 60°C 20 8,07 x10 -5 11,6 x10 -5 30,9 x10 -5 46,7 x10 -5 40 8,75 x10 -5 10,9 x10 -5 31,7 x10 -5 47,3 x10 -5 60 7,74 x10 -5 11,6 x10 -5 30,6 x10 -5 44,9 x10 -5 80 6,08 x10 -5 11,1 x10 -5 30,7 x10 -5 47,6 x10 -5 100 7,78 x10 -5 10,9 x10 -5 31,0 x10 -5 47,4 x10 -5 120 7,16 x10 -5 12,0 x10 -5 30,1 x10 -5 47,3 x10 -5 140 7,56 x10 -5 12,2 x10 -5 30,0 x10 -5 48,8 x10 -5 160 8,61 x10 -5 12,0 x10 -5 29,8 x10 -5 47,3 x10 -5 180 7,33 x10 -5 12,4 x10 -5 31,8 x10 -5 47,8 x10 -5 Tabel 4.8. Hasil perhitungan pengurangan massa uap total untuk seluruh variasi temperatur air laut Waktu menit Pengurangan massa uap air total kgs 28°C 30°C 45°C 60°C 20 9,62 x10 -5 14,2 x10 -5 31,0 x10 -5 43,4 x10 -5 40 1,00 x10 -4 14,9 x10 -5 32,4 x10 -5 43,5 x10 -5 60 9,37 x10 -5 15,1 x10 -5 29,9 x10 -5 42,1 x10 -5 80 8,08 x10 -5 14,3 x10 -5 30,6 x10 -5 44,4 x10 -5 100 9,47 x10 -5 15,2 x10 -5 30,6 x10 -5 44,0 x10 -5 120 9,15 x10 -5 15,1 x10 -5 30,6 x10 -5 43,4 x10 -5 140 8,73 x10 -5 15,3 x10 -5 30,7 x10 -5 44,9 x10 -5 160 1,09 x10 -4 15,4 x10 -5 30,5 x10 -5 44,3 x10 -5 180 9,55 x10 -5 15,5 x10 -5 32,4 x10 -5 44,4 x10 -5

4.1.4. Perhitungan COP secara aktual.

Pada siklus aktual terjadi perbedaan bila dibandingkan dengan siklus ideal, antara lain: 1. Terjadi penurunan tekanan di sepanjang pipa kondensor dan evaporator. 2. Adanya proses pembawah dingin sub-cooling cairan yang meninggalkan kondensor sebelum memasuki alat ekspansi. 3. Pemanasan lanjut uap superheating yang meninggalkan evaporator sebelum memasuki kompresor. commit to user 59 4. Terjadi kenaikan entropi pada saat proses kompresi kompresi tak isentropik dan terdapat ketidakefisienan yang disebabkan oleh gesekan dan kerugian- kerugian lain. 5. Proses ekspansi berlangsung non-adiabatik. Skema siklus aktual: Gambar 4.4 Diagram p- h siklus aktual Contoh perhitungan. 1. Menghitung COP aktual . Sesuai dengan persamaan 2.2, maka: COP aktual = dimana: h 1 = Entalpi refrigeran keluar evaporator kJkg h 2a = Entalpi refrigeran masuk kondensor kJkg h 3 = Entalpi refrigeran keluar kondensor kJkg Data pengujian menit ke-60 dengan variasi temperatur air laut 60 o C Titik 1. Kondisi uap panas lanjut keluar evaporator T 1 = 27,4 ºC h 1 = 271,65 kJkg P 1 = 0,3289 MPa Titik 2a. Kondisi uap panas lanjut masuk kondensor T 2 = 86,3 ºC h 2a = 311,58kJkg P 2 = 1,5838 MPa Titik 3. Kondisi cairan bawah dingin keluar kondensor T 3 = 48,2 ºC h 3 = 118,65 kJkg commit to user 60 P 3 = 1,30795 MPa Titik 4. Kondisi campuran uap dan cairan masuk evaporator P 4 = 0,4116 MPa x = 0,2930 kJkg h 4 = h 3 = 118,65 kJkg COP aktual , , , , 4,8317 Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel COP aktual secara keseluruhan untuk variasi temperatur air laut 60 o C sebagai berikut: Tabel 4.9. COP aktual untuk variasi temperatur air laut 60 o C Waktu menit Entalpi kJkg h 2a -h 1 kJkg h 2a -h 3 kJkg COP aktual h 1 h 2a h 3 h 4 20 273,98 313,36 121,76 121,76 39,38 191,60 4,8654 40 273,04 311,94 118,04 118,04 38,90 193,90 4,9846 60 271,65 311,58 118,65 118,65 39,93 192,93 4,8317 80 271,15 310,77 118,19 118,19 39,62 192,58 4,8607 100 270,97 311,56 118,04 118,04 40,59 193,52 4,7677 120 270,81 311,06 117,88 117,88 40,25 193,18 4,7995 140 270,78 310,82 117,26 117,26 40,04 193,56 4,8342 160 271,06 310,49 117,63 117,63 39,43 192,86 4,8912 180 270,87 310,82 117,57 117,57 39,95 193,25 4,8373 Selanjutnya untuk tiap variasi temperatur air laut 28 o C, 30 o C, dan 45 o C tercantum di lampiran. Berikut data COP aktual secara keseluruhan dapat dilihat pada tabel 4.10 di bawah ini: Tabel 4.10. COP aktual seluruh variasi temperatur air laut Waktu menit COP aktual 28 o C 30°C 45°C 60°C 20 5,3225 5,1606 5,0981 4,8654 40 5,4437 5,1236 5,0797 4,9846 60 5,3547 5,1559 5,1042 4,8317 80 5,3899 5,1256 5,0247 4,8607 100 5,3333 5,2148 5,1057 4,7677 120 5,4937 5,2295 5,1551 4,7995 140 5,4677 5,2136 5,0156 4,8342 160 5,4984 5,2417 5,0464 4,8912 180 5,4672 5,2098 5,0794 4,8373 commit to user 61

2. Menghitung laju aliran massa refrigeran aktual

ref Sesuai dengan persamaan 2.3 maka: = ρ . Q kgs dimana: ρ = Densitas refrigeran kgm 3 Q = Debit refrigeran m 3 s Data pengujian menit ke-60 dengan variasi temperatur air laut 60 o C Dari kondisi cairan sub-cooled yang melewati flowmeter diperoleh: Debit, Q = 0,000006952 m 3 s T = 45,8 o C ρ = 1.122 kgm 3 P = 1,2045 MPa Sehingga : ref = ρ .Q = 1.122 kgm 3 x 0,000006952 m 3 s = 0,0078 kgs Analogi dengan perhitungan di atas, maka diperoleh tabel secara keseluruhan untuk variasi temperatur air laut 60 o C sebagai berikut: Tabel 4.11. untuk variasi temperatur air laut 60 o C Waktu menit P MPa T o C ρ kgm 3 Q m 3 s m ref kgs 20 0,1013 48,2 1.112 6,1151 x 10- 6 0,0068 40 0,1013 45,6 1.123 6,7676 x 10- 6 0,0076 60 0,1013 45,8 1.122 6,9519 x 10- 6 0,0078 80 0,1013 45,8 1.122 7,2193 x 10- 6 0,0081 100 0,1013 45,6 1.123 7,0347 x 10- 6 0,0079 120 0,1013 45,7 1.123 7,3909 x 10- 6 0,0083 140 0,1013 45,6 1.123 7,6581 x 10- 6 0,0086 160 0,1013 45,6 1.123 7,6581 x 10- 6 0,0086 180 0,1013 45,6 1.123 7,6581 x 10- 6 0,0086 Selanjutnya untuk tiap variasi temperatur air laut 28 o C, 30 o C, dan 45 o C tercantum di lampiran dan data secara keseluruhan dapat dilihat pada tabel 4.12 di bawah ini: commit to user 62 Tabel 4.12. untuk seluruh variasi temperatur air laut Waktu menit kgs 28 o C 30°C 45°C 60°C 20 0,0042 0,0048 0,0055 0,0068 40 0,0042 0,0046 0,0056 0,0076 60 0,0044 0,0048 0,0055 0,0078 80 0,0042 0,0046 0,0055 0,0081 100 0,0041 0,0048 0,0058 0,0079 120 0,0039 0,0048 0,0058 0,0083 140 0,0040 0,0050 0,0058 0,0086 160 0,0042 0,0050 0,0055 0,0086 180 0,0042 0,0048 0,0061 0,0086

4.2. Analisis data.