Studi eksperimental pendingin absorbsi amonia–air energi surya tanpa katup pemisah generator dan evaporator - USD Repository

  

STUDI EKSPERIMENTAL PENDINGIN ABSORBSI

AMONIA–AIR ENERGI SURYA TANPA KATUP PEMISAH

GENERATOR DAN EVAPORATOR

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

  Diajukan Oleh:

  

PETRUS DAMIANUS BAYU DWI WICAKSONO

NIM: 085214050

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

EXPERIMENTAL STUDY OF SOLAR ENERGY ABSORBTION AMMONIA-WATER REFRIGERATION WITHOUT GENERATOR AND EVAPORATOR SEPARATOR VALVE FINAL PROJECT

  Presented as a partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Bachelor of Engineering degree in Mechanical Engineering Study Program

  By:

PETRUS DAMIANUS BAYU DWI WICAKSONO NIM: 085214050 MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2012

  lr . FA. Rusd i S am ba da, M . T .

  

ABSTRAK

  Di negara berkembang seperti Indonesia kebutuhan akan sistem pendingin semakin meningkat, pendingin tersebut banyak digunakan untuk pengawetan makanan, hasil pertanian, obat-obatan, kini semakin meningkat. Sistem pendingin yang ada saat ini pada umumnya menggunakan sistem kompresi uap yang membutuhkan energi listrik dan menggunakan refrijeran sintetik. Namun di daerah terpencil hal ini sering menjadi kendala dalam pengadaanya Maka pendingin absorbsi amonia-air menjadi suatu gagasan yang dapat diterapkan, sistem pendingin ini terdiri dari dua bagian yaitu desorbsi (menguapnya amonia murni saat proses pemanasan) dan absorbsi (kembalinya amonia ke absorbernya yaitu air). Tujuan penelitian ini adalah membuat model pendingin absorbsi amonia-air dengan energi surya, meneliti temperatur pendinginan yang dapat dicapai dan meneliti COP yang dapat dihasilkan.

  Pendingin ini terdiri dari generator, kondensor, reflektor dan evaporator. Generator ini terbuat dari stainlees steel dengan diameter 10 cm dan penjang 200 cm. Kondensor terbuat dari pipa stainlees steel yang berbentuk spiral dengan diameter 25 mm. Reflektor yang digunakan adalah reflektor parabola silinder. Evaporator disini terbuat dari pipa stainlees steel dengan diameter 10 cm dengan panjang 50 cm. Variabel yang diukur dalam penelitian ini adalah temperatur generator (T1), temperatur kondensor (T2), temperatur evaporator (T3), temperatur ruangan di dalam kotak pendingin (T4), tekanan generator (P1), tekanan evaporator (P2), intensitas radiasi surya (G) dan waktu (t), alat yang digunakan untuk pengukuran suhu adalah Termokopel sedangkan untuk mengukur tekanan disebut manometer dan untuk mengetahui intensitas radiasi surya adalah solar meter.

  Hasil penelitian telah berhasil membuat sebuah sistem pendingin absorbsi

  o

  amonia-air dengan energi surya. Temperatur terendah yang dicapai adalah 24 C. COP terbaik adalah 0.94.

  Kata kunci: pendingin absorbsi, reflektor, ammonia, intensitas radiasi surya

KATA PENGANTAR

  Puji syukur bagi-Mu Tuhan Yang Maha Kasih atas segala berkah dan rahmat, sehingga laporan tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik untuk program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Penulis merasakan bahwa penelitian tugas akhir ini merupakan penelitian yang tidak mudah, dituntut keterlibatan langsung dalam pengambilan data, pemahaman terhadap sistem alat dan persamaan yang digunakan, serta penanggulangan yang tepat terhadap permasalahan yang dihadapi.

  Penelitian Tugas Akhir dengan judul “Studi Eksperimental Pendingin

  

Absorbsi Amonia-Air Energi Surya Tanpa Katup Pemisah Generator Dan

Evaporator” ini dapat berjalan dengan baik karena adanya bantuan secara

  langsung maupun tidak langsung dan kerjasama dari berbagai pihak. Menyadari hal itu, maka pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Paulina Heruningsih Prima Rosa. S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Ir. P.K. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program studi Teknik Mesin.

  3. Bapak Ir. P.K. Purwadi, M.T. Selaku Dosen Pembimbing Akademik

  4. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir yang telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  5. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama penulis berkuliah di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  6. Laboran (Ag. Rony Windaryawan) yang telah membantu memberikan ijin dalam penggunakan fasilitas yang diperlukan dalam penelitian ini.

  7. Rekan kerja saya Agustinus Supriyono dan Ricardo Redy Hanawijaya yang telah saling membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.

  8. Orang tua dan orang-orang yang saya sayangi yang sudah mensuport saya baik Doa maupun Tenaga dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  9. Veronica Sulistyani yang sudah mensuport saya baik Doa maupun Tenaga dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

  Menyadari keterbatasan Penulis dalam penyusunan laporan tugas akhir ini, maka berbagai kritik dan saran yang bersifat membangun demi perbaikan laporan tugas akhir ini akan diterima dengan senang hati.

  Akhir kata semoga karya tulis ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin pada khususnya dan pembaca lain pada umumnya. Terima kasih.

  Yogyakarta, 14 Agustus 2012 Penulis,

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ............................................................................... i

TITLE PAGE ........................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................. iii

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ........................... iv

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................. v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ............................................... vi

ABSTRAK ............................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ............................................................................. viii

DAFTAR ISI ............................................................................................ x

DAFTAR TABEL ................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................... xiii

BAB I. PENDAHULUAN .......................................................................

  1

  1.l. Latar Belakang ........................................................................... 1

  1.2. Batasan Masalah ........................................................................ 2

  1.3. Tujuan Penelitian ........................................................................ 3

  1.4. Manfaat Penelitian ...................................................................... 3

  

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................. 4

  2.1. Penelitian yang Pernah Dilakukan ............................................. 4

  2.2. Dasar Teori ................................................................................ 9

  2.3. Reflektor.................................................................................. ..14

  2.3.2.Reflektor parabola……………………...………….16

  2.4. Amonia........................................................................................16

  

BAB III. METODE PENELITIAN ........................................................ 19

  3.1. Deskripsi Alat ............................................................................. 19

  3.2. Variabel Yang Diukur .................................................................22

  3.3. Langkah Penelitian ......................................................................23

  3.4. Peralatan Pendukung ...................................................................24

  

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ………………………………. 27

  4.1. Data Hasil Penelitian …………………………………………...27

  4.2. Grafik dan Pembahasan .............................................................. 30

  

BAB V. PENUTUP .................................................................................... 43

  5.1 Kesimpulan .................................................................................. 43

  5.2 Saran ............................................................................................ 43

  

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 44

LAMPIRAN ............................................................................................... 45

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Data pertama pada tanggal 27 juli 2012 ............................. ........27Tabel 4.2. Data kedua pada tanggal 28 juli 2012.......................................... 28Tabel 4.3. Data ketiga pada tanggal 27 juli 2012.................................. ....... 29

  

DAFTAR GAMBAR

  Reflektor piringan……………………… …………………………… .

  24 Gambar 3.6. Reflektor .......................................................................... .........25 Gambar 3.7. Logger..........................................................................................

Gambar 3.4. Varibel yang diukur........................................................... .........22 Gambar 3.5. Stopwatch.....................................................................................Gambar 3.3. Dimensi pipa celup .....................................................................21Gambar 3.2. Skema generator .........................................................................20Gambar 3.1. Skema alat pendingin absorbsi ...................................................19

  14 Gambar 2.7. Amonia+Air..…………………………………………………...15

  14 Gambar 2.6.b Reflektor parabola………… ………………………………………….

  Gambar 2.6.a

Gambar 2.1. Skema alat pendingin absorbsi generator horizontal ( Probo,Gambar 2.5 Reflektor plat datar……………….…………………….............13Gambar 2.4. Siklus pendinginan absorbsi ........................................................9

  (Gunawan, 2011)………………………..………………………8

Gambar 2.3. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator menggunakan receiver,

  (Yudhokusumo, 2011)…………………………..……… ……..7

Gambar 2.2. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator tanpa receiver,

  2010)...........................................................................................5

  25

Gambar 3.9. Solar meter.................................................................... ............

  26 Gambar 4.1. Grafik tekanan terhadap waktu dari ketiga data .........................31

Gambar 4.2. Grafik temperatur evaporator (T3) terhadap waktu....................32Gambar 4.3. Grafik temperatur kotak evaporator (T4) terhadap

  Waktu...........................................................................................33

Gambar 4.4. Grafik hubungan antara intensitas radiasi surya terhadap tekanan data 1.......................................................34Gambar 4.5. Grafik hubungan antara intensitas radiasi surya terhadap tekanan data 2......................................................35Gambar 4.6. Grafik hubungan antara intensitas radiasi surya terhadap tekanan data 3......................................................36Gambar 4.7. Grafik temperatur evaporator (T3) terhadap waktu

  Absorbsi amonia-air energi surya menggunakan kondensor dan evaporator berpendingin air (Supriono, 2012)..........................................................................37

Gambar 4.8. Grafik temperatur kotak evaporator (T4) terhadap waktu

  Absorbsi amonia-air energi surya menggunakan kondensor dan evaporator berpendingin air (Supriono, 2012).......................................................................... 38

Gambar 4.9. Hasil absorbsi yang mencapai suhu -5°C Absorbsi amonia-air energi surya menggunakan kondensor

  dan evaporator berpendingin air (Supriono, 2012)...........................................................................38

Gambar 4.10. Grafik tekanan terhadap waktu dari ketiga data

  Pendingin absorbsi amonia-air energi surya dengan katup pemisah generator dan evaporator (Hanawijaya, 2012).....................................................................39

Gambar 4.11. Grafik temperatur evaporator (T3) terhadap waktu

  Pendingin absorbsi amonia-air energi surya dengan katup pemisah generator dan evaporator (Hanawijaya, 2012)................................................................... 40

Gambar 4.12. Grafik temperatur kotak evaporator (T3) terhadap waktu

  Pendingin absorbsi amonia-air energi surya dengan katup pemisah generator dan evaporator (Hanawijaya, 2012)....................................................................40

Gambar 4.13. Hasil absorbsi yang mencapai suhu 3°C Pendingin absorbsi amonia-air energi surya dengan katup pemisah

  generator dan evaporator (Hanawijaya, 2012)....................... .....41

Gambar 4.14 .Grafik perbandingan COP rata-rata semua data..................... .....41

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Negara Indonesia merupakan negara tropis yang memiliki kebutuhan besar akan sistem pendingin untuk pengawetan makanan, hasil pertanian, sterilisasi obat-obatan, dsb. Namun sistem pendinginan yang ada saat ini sebagian besar bekerja dengan sistem kompresi uap yang menggunakan energi listrik dan refrijeran sintetik. Permasalah yang terjadi adalah belum semua daerah terutama didaerah terpencil yang belum memiliki jaringan listrik sehingga sistem pendingin yang menggunakan energi surya diharapkan dapat menjadi pengganti dari sumber energi listrik tersebut.

  Sistem pendinginan dengan energi surya ini dapat bekerja tanpa adanya jaringan listrik, sehingga diharapkan dapat menjadi salah satu alternatif pemecahan permasalahan akan kebutuhan sistem pendingin di daerah yang masih belum ada jaringan listrik.

  Salah satu sistem pendingin yang tidak membutuhkan energi listrik adalah sistem pendingin absorbsi amonia-air. Sistem pendingin ini hanya memerlukan energi panas untuk dapat bekerja. Energi panas dapat diperoleh dari pembakaran kayu, bahan bakar minyak, batubara, dan gas bumi. Selain itu energi panas juga dapat berasal dari buangan proses industri, biomassa, biogas atau energi alam seperti panas bumi dan energi surya. Amonia dan air bukan merupakan refrijeran sintetik sehingga tidak memiliki dampak negatif terhadap lingkungan. Siklus pada sistem pendingin ini hanya terdiri dari dua proses yaitu proses desorbsi (Penguapan amonia murni terpisah dengan air ) dan absorbsi ( Penyerapan amonia oleh air ).

  Desain pendingin dengan energi panas untuk negara-negara berkembang haruslah sederhana dan mudah perawatannya dengan kata lain harus dapat dibuat dan diperbaiki oleh industri lokal.

1.2. Batasan Masalah

  Sumber energi panas yang biasa digunakan pada daerah terpencil atau desa pada umumnya berasal dari kayu bakar, biomassa, biogas dan arang.

  Penggunaan energi surya belum banyak digunakan, karena energi surya dipengaruhi juga pada lokasi suatu wilayah, sehingga antara satu daerah dengan daerah yang lain memiliki intensitas radiasi surya yang berbeda. Penggunaan sistem pendingin absorbsi ini juga terbentur oleh pengaruh dari cuaca yang ada. Cuaca di Indonesia hanya memiliki dua musim, bila saat musim hujan maka penggunaan pendingin absorbsi energi surya ini akan menjadi sulit dan akan tidak bias berkerja dalam jangka waktu yang lama, sehingga musim yang tepat adalah musim panas agar didapatkan intensitas radasi matahari yang maksimal. Namun perlu disadari bahwa walaupun berkendala terhadap cuaca dan lokasi yang menyebabkan intensitas radiasi tidak besar, energi surya merupakan energi yang ramah lingkungan dan tersedia di alam dengan jumlah yang tidak terbatas.

  1.3. Tujuan Penelitian

  Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini: 1. Membuat model pendingin absorbsi amonia-air.

  2. Meneliti temperatur pendinginan yang dapat dihasilkan oleh sistem pendingin absorbsi amonia-air dengan energi surya.

  3. Meneliti COP atau unjuk kerja yang dapat dihasilkan oleh sistem pendingin absorbsi amonia-air dengan tenaga surya.

  1.4. Manfaat Penelitian

  Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini:

  1. Menambah kepustakaan teknologi tentang pendingin sistem absorbsi energi surya.

  2. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi pendingin absorbsi yang dapat diterima di dunia industri pada khususnya dan mengurangi ketergantungan penggunaan minyak bumi dan listrik.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian yang Pernah Dilakukan

  Beberapa penelitian pendingin adsorbsi menggunakan zeolit-air dengan energi surya mendapatkan harga COP sistem pendingin adsorbsi surya menggunakan zeolit-air akan mendekati konstan pada temperatur pemanasan 160℃ Hinotani, (1983). Eksperimen sistem pendingin adsorbsi surya menggunakan zeolit-air dan mendapatkan harga COP sebesar 0,12 Grenier, (1983). Pendingin adsorbsi surya zeolit-air namun COP nya hanya 0,10 Pons, (1986). Pada penelitian sistem pendingin adsorbsi surya zeolit-air dengan kolektor plat datar dan kondensor berpendingin udara mendapatkan COP sebesar 0,054 Zhu Zepei, (1987). Pada penelitian dengan pemanasan menggunakan kolektor parabola mendapatkan COP sebesar 0,25 Ramos, (2003). Penelitian-penelitian tersebut menggunakan zeolit yang diproduksi di Jerman, Slovnaft-Czech, dan Prancis. Penelitian sistem pendingin absorbsi amonia air menggunakan generator horizontal dengan variasi kadar amonia dan tekanan saat proses desorbsi mendapatkan COP sebesar 0,98 Probo, (2010) . Pada penelitian sistem pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator tanpa receiver mendapatkan COP sebesar 0,91 Yudhokusumo, (2011). Penelitian sistem pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator menggunakan receiver Gunawan, (2011). Sedangkan penelitian untuk mengetahui efek massa air dalam evaporator terhadap unjuk kerja pendingin absorbsi amonia-air Pratama, (2012)

Gambar 2.1. Skema alat pendingin absorbsi generator horizontal

  ( Probo, 2010) Keterangan:

  1. Generator yang juga berfungsi sebagai absorber

  2. Saluran masuk amonia

  3. Kondensor yang juga berfungsi sebagai evaporator

  4. Manometer

  5. Torong masuk amonia Penelitian yang serupa pernah dilakukan adalah penelitian menggunakan tabung generator vertikal dan evaporator tanpa reciver (penampung) variabel yang divariasikan dalam penelitian tersebut adalah variasi volume campuran amonia-air 900 cc dan 1300 cc. Variasi bukaan keran saat proses absorbsi sebesar 30°, 60°, dan 90° dengan volume campuran amonia-air 900 cc kemudian penelitian tersebut menyimpulkan bahwa.Temperatur evaporator terendah yang dihasilkan adalah -5℃ yang dapat bertahan selama 80 menit dan COP yang dihasilkan adalah 0.91.

  Karena dalam penelitian tersebut dikatakan bahwa unjuk kerja dari alat tersebut menurun setelah pengambilan data berulang dan penambahan amonia dilakukan maka dilakukan indentifikasi alat dan menemukan bahwa ada air yang tertinggal pada evaporator yang mempengaruhi kerja pendinginan tersebut. Berikut adalah skema alat dari penelitian Yudhokusumo, (2011).

  11

  2

  7

  3

  8

  4

  5

  6 Gambar 2.2. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator

  tanpa receiver, (Yudhokusumo, 2011) Keterangan : 1. Saluran untuk menampung amonia yang akan dimasukkan ke alat.

  Bagian ini bisa diganti dengan pentil saat alat akan divakum.

  2. Keran ball valve ¾ inci

  3. Pipa ¾ inci

  4. Penguat katup fluida satu arah

  5. Generator yang juga sekaligus sebagai absorber

  6. Penguat generator

  7. Manometer

  8. Kondensor sekaligus evaporator

  Kemudian hal ini berkembang pada penelitian Gunawan (2012) yang menembahkan receiver pada evaporator untuk menampung air agar tidak masuk kedalam evaporator.

  1

  5

  2

  6

  3

  7

  4 Gambar 2.3. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator menggunakan receiver, (Gunawan, 2011).

  Keterangan :

  1. Torong pengisi

  2. Kran

  3. Tabung Generator atas

  4. Tabung Generator bawah

  5. Manometer

  6. Evaporator

  7. Reciever (penampung) Banyak hal yang mempengaruhi dari unjuk kerja pendinginan ini maka sangat penting penelitian-penelitian semacam ini dilakukan agar alat yang dihasilkan nantinya akan menjadi lebih baik.

2.2. Dasar Teori

  Pendingin absorbsi pada umumnya terdiri dari 4 (empat) komponen utama yaitu : (1) absorber, (2) generator, (3) kondensor, (4) evaporator.

  Namun pada penelitian ini model pendingin absorbsi yang dibuat hanya terdiri dari tiga komponen utama yaitu, generator yang juga berfungsi sebagai absorber, evaporator yang juga berfungsi sebagai kondensor.

Gambar 2.4 Siklus pendinginan absorbsi

  Siklus pendinginan absorbsi terdiri dari proses absorbsi (penyerapan) dari absorber (proses desorbsi). Proses ini dapat dilihat pada Gambar 2.4. Proses desorbsi dan absorbsi terjadi pada absorber (pada generator). Pada proses desorbsi generator memerlukan energi panas untuk dapat menguapkan amonia. Energi panas dapat berasal dari pembakaran kayu, batubara, minyak bumi, gas alam, panas bumi, biogas, dan sebagainya. Pada penelitian digunakan reflektor parabola, hal ini karena dibutuhkan fokus yang berupa garis pada generator. Hal tersebut tidak dapat dihasilkan jika menggunakan reflektor piringan, karena fokus pada reflektor piringan berupa titik.

  Proses kerja yang terjadi di dalam sistem pendingin absorbsi adalah sebagai berikut: energi panas dari radiasi surya yang dipantulkan oleh reflektor menaikkan temperatur campuran ammonia-air yang ada dalam tabung generator. Karena amonia mempunyai titik didih yang lebih rendah dibanding air maka amonia akan menguap terlebih dahulu. Uap amonia ini akan mengalir dari generator menuju ke evaporator. Di dalam evaporator uap amonia akan mengalami pendinginan dan mengembun sehingga berubah fase menjadi cair. Selanjutnya cairan amonia di dalam evaporator akan mengalami ekspansi sehingga tekanannya turun. Karena tekanan amonia di dalam evaporator turun maka temperaturnya pun turun hingga di

  o o

  bawah 0

  C. Karena mampu mencapai suhu di bawah 0

  C, maka evaporator umumnya diletakkan di dalam kotak pendingin bersama bahan-bahan yang ingin didinginkan. Karena mendinginkan bahan-bahan tersebut maka cairan dan menguap, lalu mengalir kembali ke dalam generator. Di dalam generator uap amonia tersebut diserap oleh air, proses ini disebut absorbsi.

  Siklus tersebut akan berlangsung terus-menerus jika ada sumber panas. Selama proses desorbsi pendinginan di dalam evaporator tidak dapat terjadi karena amonia masih bercampur dengan air di dalam generator.

  Unjuk kerja pendingin absorbsi umumnya dinyatakan dengan koefisien prestasi absorbsi (COP Absorbsi ) dan dapat dihitung dengan persamaan :

  (1)

  COP absorbsi = Kerja pendinginan dapat dihitung dengan persamaan :

  Kerja pendinginan = (m. Cp ) + ∆(m.h) evaporator (2)

  tabung

  Kerja pemanasan pada generator dapat dihitung dengan persamaan : Kerja pemanasan = (m. Cp ) tabung + (m. Cp ) amonia + m.h (3)

  fg amonia

  Energi surya yang digunakan untuk menaikan temperatur sejumlah massa pada generator adalah sebesar intensitas energi surya yang diterima oleh reflektor berbanding dengan luasan permukaan reflektornya:

  Energi = G . A (4)

  surya Sehingga untuk mengetahui efisiensi reflektor (

  reflektor

  awal-

  ) Pada penelitian ini, digunakan analisa pendekatan siklus pendingin carnot.

  2

  ) A : luas aperture (m

  2

  ∆t : lama waktu pemanasan (menit) G : intensitas energi surya (Watt/m

  akhir

  T

  C) ∆T : T

  ) dapat diketahui dengan membandingkan kerja pemanasan untuk menaikkan temperatur sejumlah massa pada generator berbanding terbalik dengan energi radiasi surya yang diterima oleh generator melalui kolektor:

  o

  C) T akhir : temperatur amonia setelah dipanasi (

  o

  : panas jenis (amonia dan tabung) (J/(kg.K)) T awal : temperatur amonia sebelum dipanasi (

  P

  = (5) dengan : m : massa (amonia dan tabung) yang dipanasi reflektor (kg) C

  η reflektor

  Refrigerator (pendingin) carnot Karena proses melingkar carnot adalah reversible, maka proses dapat dibalik. Proses yang dibalik disebut Refrigerator Carnot. Jadi refrigerator carnot bekerja dengan kebalikan dari mesin carnot. Mesin carnot disebut direct cycle, sedangkan refrigerator carnot disebut reversed cycle.

  Refrigerator carnot menerima kerja luar (W) dan menyerap panas Q1 dari reservoir dengan (hent sink) temperature T1 serta member panas Q2 ke reservoir panas temperature T2. Skema diagram alir refrigerator carnot:

Gambar 2.5. Skema diagram alir refrigerator carnot

  Jadi dapat dibuat hubungan, W = Q

  1 – Q

  2

  (6) Koefisien performance,

  COP =

  = (7)

  = (8)

  Dari persamaan 7 dan 8 diatas didapat,

2.3. Reflektor

  Dalam proses desorbsi atau pemanasan pada tabung generator dibutuhkan reflektor yang befungsi untuk memantulkan radiasi surya matahari ke generator. Reflektor surya dapat didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi sinar matahari sebagai sumber energi utama, ketika sinar matahari menimpa allumunium foil pada reflektor surya, cahaya akan di fokuskan ke sesuatu titik, dalam hal ini adalah tabung generator.

  Alat pendingin surya yang dapat diproleh dipasaran dalam bentuk pendingin air (water chilers), ada beberapa reflektor yang sering kita temui, antara lain:

  1. Reflektor plat datar

  2. Reflektor parabola

2.3.1. Reflektor plat datar

  Reflektor surya plat datar bisa memanfaatkan paparan radiasi matahari melalui sorotan langsung dan juga sebaran, tidak memerlukan tracking matahari atau perubahan posisi mengikuti matahari dan juga karena desainnya yang sederhana, hanya sedikit memerlukan perawatan dan biaya pembuatan yang tidak susah. Reflektor plat datar (Gambar 2.5) dapat

  o

  menghasilkan suhu antara 70-90 C.

Gambar 2.6 Reflektor plat datar

  Reflektor plat datar (Gambar 2.6) digunakan untuk menguapkan air dari larutan litium bromida dan air yang berada di dalam generator. Uap air diembunkan dan secepatnya diuapkan pada evaporator kemudian melepaskan panas dari air didalam pipa, sehingga mendinginkannya untuk beban penyegaran udara.

2.3.2. Reflektor parabola

  Gambar 2.7.a Reflektor piringan Gambar 2.7.b Reflektor parabola

  Reflektor yang dipilih untuk penelitian ini adalah reflektor parabola, karena reflektor surya jenis ini yang paling cocok diaplikasikan pada generator yang berbentuk horizontal dan reflektor ini mampu memfokuskan energi radiasi surya yang besar pada generator dibandingkan dengan jenis reflektor plat datar yang lain, sehingga dengan itu diharapkan bisa menghasilkan temperatur yang tinggi. Dengan menggunakan sistem pemanasan yang terfokus maka akan dapat meningkatkan kuantitas energi panas yang diserap oleh absorber.

2.4. Amonia

Gambar 2.8. Amonia + Air

  Amonia adalah bahan kimia dengan nama kimia NH3. Titik bekunya adalah -75 °C dan titik didihnya adalah -33.7 °C. Pada suhu dan tekanan yang tinggi, amonia adalah gas yang tidak mempunyai warna dan lebih ringan daripada udara.. Amonia cair terkenal dengan sifat mudah larut.

  Amonia tidak menyebabkan kebakaran, dan tidak akan terbakar kecuali dicampur dengan oksigen. Nyala amonia apabila terbakar adalah hijau kekuningan. amonia murni tidak korosif terhadap logam ya ng bercampur dengan air akan menjadi k o r o s i f t e r h a d a p l o g a m , t e r u t a m a t e m b a g a , k u n i n g a n , s e n g d a n t i m a h . Manfaat dan kegunaan amonia, amonia umum digunakan sebagai bahan pembuat obat-obatan,

  amonia yang dilarutkan dalam air dapat digunakan untuk membersihkan berbagai perkakas rumah tangga, zat ini juga digunakan sebagai campuran pembuat pupuk untuk menyediakan unsur nitrogen bagi tanaman, Amonia juga dapat digunakan sebagai refrijeran dalam sistem pendingin. Namun dalam penggunannya, diperlukan kehati-hatian karena konsentrasi tinggi amonia bisa sangat berbahaya bila terhirup, tertelan, atau tersentuh.

  Beberapa pasangan absorbsi yang banyak digunakan adalah:

  1. Amonia-Air Sistem amonia-air digunakan secara luas untuk mesin pendingin berskala kecil (perumahan) maupun industri, yang mana suhu evaporasi yang dibutuhkan mendekati atau di bawah 0ºC. Sistem amonia-air mempunyai hampir seluruh kriteria yang diperlukan di atas, kecuali bahwa zat-zat tersebut dapat bersifat korosif terhadap tembaga, kuningan, seng dan timah. Serta sifat amonia yang sedikit beracun sehingga membatasi penggunaannya untuk pengkondisian udara. Kelemahan sistem amonia-air yang paling utama adalah air yang juga mudah menguap sehingga amonia yang berfungsi sebagai refrijeran masih mengandung uap air pada saat keluar dari generator dan masuk keevaporator melalui kondensor. Keadaan ini dapat menyebabkan uap air meninggalkan panas di evaporator dan meningkatkan suhunya sehingga dapat menurunkan efek pendinginan.

  2. Litium bromida- Air Sistem litium bromida-air banyak digunakan untuk pengkondisian udara dimana suhu evaporasi berada di atas 0 ºC. Litium Bromida (LiBr) adalah suatu kristal garam padat, yang dapat menyerap uap air. Larutan cair yang terjadi memberi tekanan uap yang merupakan fungsi suhu dan konsentrasi larutan. Hubungan antara entalpi dengan persentase litium-bromida dalam larutan LiBr pada berbagai suhu larutan. Proses terjadi kristalisasi larutan LiBr-H2O, yaitu pada keadaan yang mana larutan mengalami pemadatan. Proses yang terjadi pada wilayah melewati batas kristalisasi akan mengakibatkan pembentukan lumpur padat dan penyumbatan sehingga mengganggu aliran di dalam pipa.

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Deskripsi Alat

Gambar 3.1. Skema alat pendingin absorbsi

  Keterangan :

  1. Generator yang juga berfungsi sebagai absorber

  2. Pipa celup yang berfungsi sebagai jalan uap amonia

  3. Torong masuk amonia

  4. Manometer untuk mengetahui tekanan generator

  5. Keran ¾ inchi utama untuk memasukkan amonia-air

  6. Water mur berfungsi untuk memudahkan pemasangan kondensor

  7. Kondensor yang berbentuk pipa spiral berfungsi untuk mengembunkan uap amonia

  21

  11. Kotak pendingin untuk meletakkan benda-benda yang ingin didinginkan. Evaporator diletakkan di dalam kotak ini saat proses absorbsi.

  12. Rangka pendukung evaporator

  13. Rangka pendukung generator

  14. Reflektor yang berfugsi untuk memantulkan cahaya matahari yang digunakan untuk memanaskan generator.

  Pada Gambar 3.2. dapat dilihat ukuran generator dan ukuran katup fluida satu arah. Generator ini mempunyai panjang 200 cm dan berdiameter 10 cm sedangkan katup fluida satu arah mempunyai tinggi 30 cm dan berdiameter 10 cm. Di dalam generator ini terdapat pipa celup dan pipa uap.

  Pipa celup berfungsi sebagai tempat masuknya campuran amonia-air ke dalam generator sekaligus sebagai jalan masuknya uap amonia saat proses absorbsi agar uap amonia dapat bercampur dan terserap langsung oleh air sedangkan pipa uap berfungsi sebagai jalan masuknya uap amonia yang kemudian menuju ke evaporator saat proses desorbsi.

  Pipa celup

Gambar 3.2. Dimensi generator

  22 Pipa celup ini menggantung sepanjang 8 cm dalam generator dan 5 cm menonjol dalam katup fluida satu arah.

Gambar 3.3. Dimensi pipa celup

  Bagian dalam generator dan katup fluida satu arah pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen yaitu:

  1. Pipa diameter 1 inci panjang 33 cm sebagai tempat masuknya campuran amonia-air.

  2. Pipa diameter ¼ inci panjang 24 cm untuk jalan uap amonia.

  3. Pipa diameter 1 inci panjang 23 cm yang bagian atasnya tertutup.

  23

3.2. Variabel yang Diukur

  G _{T2 P1 T1} P2 _T3 T4

Gambar 3.4 . Variabel yang diukur

  Keterangan :

  1. Temperatur generator (T1)

  2. Temperatur kondensor (T2)

  3. Temperatur evaporator (T3)

  4. Temperatur kotak Pendingin (T4)

  5. Tekanan generator (P1)

  6. Tekanan evaporator (P2)

  7. Waktu pencatatan data (t)

  8. Intensitas radiasi surya (G)

  24

  3.3. Langkah Penelitian 1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti pada Gambar 3.1.

  2. Setelah itu termokopel dipasang pada bagian yang akan diukur temperaturnya.

  3. Tekanan sistem divakumkan dengan menggunakan pompa vakum.

  4. Alat diisi dengan campuran amonia-air dengan konsentrasi 30%.

  5. Kemudian generator dipanasi dengan menggunakan panas matahari yang dipantulkan oleh reflektor hingga tekanan konstan atau mulai terlihat turun secara perlahan. Proses ini adalah proses desorbsi. Pengambilan data dilakukan setiap 15 menit.

  6. Setelah tekanan konstan maka reflektor digeser, kemudian dilanjutkan dengan proses absorbsi. Pada variasi ini generator tidak didinginkan terlebih dahulu. Pengambilan data dilakukan setiap 15 menit hingga tekanan kembali ke angka 0.

  7. Data yang dicatat kemudian dimasukkan kedalam tabel. Data tersebut mencakup: waktu (t), tekanan manometer atas (P1), tekanan manometer bawah (P2), temperatur generator (T1), temperatur pipa spiral (T2), temperatur evaporator (T3), temperatur kotak pendingin (T4), dan intensitas energi surya (G).

  Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan (1). Analisa akan lebih mudah dilakukan

  25

  3. Hubungan temperatur terendah dalam kotak evaporator (T4) terhadap waktu.

  4. Hubungan intensitas energi surya terhadap tekanan

  5. COP rata-rata setiap data

3.5. Peralatan Pendukung

  Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :

  a. Penghitung Waktu (Stopwatch) Digunakan untuk mengukur waktu pencatatan tekanan, temperatur dan intensitas radiasi surya.

Gambar 3.5. Stopwatch

  b. Reflektor Digunakan untuk memantulkan radiasi surya agar panas dapat terfokus tepat pada generator saat proses desorbsi.

  26 Gambar 3.6. Reflektor

c. Penampil Termokopel (Logger)

  Digunakan untuk menampilkan nilai temperatur di setiap titik yang terukur oleh termokopel.

  27

  d. Termokopel Digunakan untuk pengukuran temperatur pada titik yang diinginkan.

Gambar 3.8. Termokopel

e. Solar meter Digunakan untuk mengukur intensitas energi radiasi surya.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Hasil Penelitian

  16 30 2,0 2,0

  18 60 1,2 1,2

  25 26 0,92

  30

  50

  17 45 1,5 1,5

  26 26 0,92

  32

  53

  27 27 0,90

  30

  34

  60

  15 15 2,5 2,5

  28 28 0,89 absorbsi

  34

  67

  30 29 700 14 3,5 3,5

  33

  46

  19 75 1,0 1,0

  25 26 0,93

  40

  24 26 0,96

  28

  37

  24 26 0,95 24 150 0,0 0,0

  28

  39

  24 26 0,95 23 135 0,2 0,2

  29

  24 26 0,94 22 120 0,5 0,5

  32 28 803 13 180 4,5 4,5

  29

  42

  24 26 0,94 21 105 0,7 0,7

  29

  43

  20 90 1,0 1,0

  24 26 0,94

  29

  44

  67

  Pengambilan data pada penelitian pendingin absorbsi amonia-air dengan tiga kali pengambilan data untuk mengetahui unjuk kerja alat absorbsi energi surya.

Tabel 4.1. Data pertama pada tanggal 27 juli 2012

  3 30 1,5 1,5

  5 60 2,5 2,5

  27 27 186

  27

  53

  4 45 2,5 2,5

  25 26 1053

  24

  43

  22 22 1073

  27

  22

  40

  2 15 1,0 1,0

  19 24 926 desorbsi

  29

  29

  (Watt/m²) keterangan P1 P2 T1 T2 T3 T4 COP 1 0,0 0,0

  Suhu ( ˚C) Radiasi surya

  No Waktu (menit) Tekanan (Bar)

  59

  23 27 163

  67

  67

  33 29 557 12 165 4,5 4,5

  34

  69

  33 30 605 11 150 5,0 5,0

  33

  75

  32 29 959 10 135 5,5 5,5

  29

  30 28 844 9 120 5,5 5,5

  6 75 2,5 2,5

  27

  69

  29 27 918 8 105 4,5 4,5

  27

  64

  7 90 3,5 3,5

  28 26 274

  28

  57

  33

  29 Tabel 4.2. Data kedua tanggal 28 juli 2012 No Waktu (menit)

  15 60 2,5 2,5

  17 90 1,7 1,7

  29 27 0,93

  30

  53

  16 75 2,0 2,0

  28 28 0,90

  32

  60

  29 27 0,89

  30

  34

  67

  14 45 3,5 3,5

  29 28 0,88

  34

  72

  13 30 4,0 4,0

  32 24 0,87

  50

  28 27 0,93 18 105 1,5 1,5

  77

  24 27 0,95 22 165 0,5 0,5

  27

  32

  24 26 0,96 24 195 0,0 0,0

  27

  35

  24 26 0,96 23 180 0,0 0,0

  28

  36

  30

  48

  38

  24 26 0,95 21 150 0,7 0,7

  29

  40

  28 27 0,95 20 135 1,1 1,1

  28

  44

  27 28 0,93 19 120 1,3 1,3

  28

  32

  12 15 5,5 5,5

  Tekanan (Bar) Suhu ( ˚C) Radiasi energi surya (Watt/m²)

  28 27 458

  30 27 164

  27

  66

  4 45 3,5 3,5

  32 27 819

  28

  51

  3 30 2,5 2,5

  24

  53

  42

  1.5

  1.5

  15

  2

  25 24 935 Desorbsi

  19

  29

  Keterangan P1 P2 T1 T2 T3 T4 COP 1 0,0 0,0

  5 60 3,7 3,7

  27

  34 28 0,86 Absorbsi

  34 30 945 9 120 6,5 6,5

  33

  85

  35 30 1014 11 6,2 6,2

  28

  82

  35 29 600 10 135 6,8 6,8

  27

  76

  27

  32 27 1009

  69

  32 28 1037 8 105 5,5 5,5

  29

  66

  7 90 4,5 4,5

  32 27 1007

  28

  64

  6 75 4,2 4,2

  24 26 0,97 25 rata-rata COP 0,92

Tabel 4.3. Data ketiga pada tanggal 27 juli 2012

  17 15 1,7 1,7

  19 45 0,8 0,8

  28 27 0,93

  27

  51

  18 30 1,0 1,0

  27 27 0,92

  27

  52

  27 28 0,90 Absorbsi

  27

  30

  59

  27 28 746 16 2,5 2,5

  28

  58

  28 28 630 14 195 2,5 2,5

  29

  58

  50

  27 27 0,93

  27

  27

  Keterangan: t : Waktu (Menit) P1 : Tekanan generator (Bar) P2 : Tekanan evaporator (Bar) T1 : Temperatur generator (℃) T2 : Temperatur kondensor (℃)

  27 27 0,96

  27

  39

  27 27 0,96 24 120 0,0 0,0

  27

  40

  27 27 0,96 23 105 0,1 0,1

  40

  20 60 0,5 0,5

  22 90 0,2 0,2

  27 27 0,95

  27

  44

  21 75 0,4 0,4

  27 27 0,94

  27

  46

  27 27 355 13 180 2,7 2,7

  51

  No Waktu (menit) Tekanan (Bar)

  3 30 0,2 0,2

  5 60 1,5 1,5

  27 28 244

  26

  48

  4 45 1,4 1,4

  26 27 271

  25

  42

  26 27 521

  27

  25

  38

  2 15 0,2 0,2

  26 25 450 Desorbsi

  25

  32

  Keterangan P1 P2 T1 T2 T3 T4 COP 1 0,0 0,0

  

Suhu (

˚C) Radiasi energi surya (Watt/m²)

  44

  27 27 205

  27 28 282 12 165 2,5 2,5

  26 28 316 9 120 2,5 2,5

  28

  51

  27 29 243 11 150 2,2 2,2

  29

  56

  26 27 1019 10 135 2,5 2,5

  27

  53

  27

  6 75 1,2 1,2

  55

  27 27 162 8 105 2,0 2,0

  26

  48

  7 90 1,4 1,4

  27 28 174

  26

  52

25 Rata-rata COP 0,94

  T4 : Temperatur kotak pendingin (℃) G : Radiasi energi surya (W/m²)

4.2. Grafik dan Pembahasan

  Berdasarkan data penelitian, dapat dilihat bahwa proses pendinginan telah mulai berlangsung ditandai dengan turunnya temperatur evaporator saat proses absorbsi. Pendinginan dengan menggunakan siklus absorbsi berlangsung dalam beberapa proses yaitu:

  4.2.1. Proses desorbsi, yaitu proses pelepasan amonia dari absorber (air) melalui proses penguapan saat tabung generator dipanaskan.

  4.2.2. Proses kondensasi, yaitu proses pendinginan dan pengembunan uap amonia di dalam kondenser yang terdesorbsi menjadi amonia cair di dalam evaporator.