Analisa Komponen Evaporator Mesin Pendingin Adsorpsi Dengan Menggunakan Simulasi 3D
ANALISA KOMPONEN EVAPORATOR MESIN PENDINGIN
ADSORPSI DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI 3D
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DISUSUN OLEH:
ANTHONY TANNADY
110401139
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Energi surya merupakan energi terbesar di muka bumi, di Indonesia
sendiri energi surya dapat dimanfaatkan ke berbagai hal. Berdasarkan data
penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di
Indonesia untuk Kawasan Barat Indonesia (KBI) mencapai 4,5 kWh/m2 /hari
dengan variasi bulanan sekitar 10%, sementara itu untuk Kawasan Timur
Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kWh/m2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 9%.
Dengan demikian Energi surya tersebut dimanfaatkan sebagai sumber energi
utama pada mesin pendingin siklus adsorpsi untuk menghasilkan efek
pendinginan. Objek simulasi pada penelitian ini adalah evaporator dengan
menggunakan software ansys 15.0 dan dimodelkan dengan software 3D CAD.
Evaporator diisi dengan 5 liter metanol dan air yang akan didinginkan adalah
sebanyak 6 liter. Simulasi dilakukan selama 30 menit awal prosess desorpsi yaitu
dari jam 17.30 WIB sampai 18.00 WIB waktu aktual pengujian. Hasil simulasi
yang didapat adalah temperatur air terendah yang dapat pada adalah sebesar 19,79
℃ tekanan 12665 Pa, dengan ralat sebesar 7,21% dari hasil praktek. Efisiensi
evaporator yang dihitung secara teoritis adalah sebesar 57,292% dan memiliki
ralat terhadap praktek adalah sebesar 5,21%. Koefisien preformansi siklus secara
teoritis adalah sebesar 0,039.
Kata kunci: energi surya, mesin pendingin, adsorpsi, evaporator, 3D,
simulasi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Solar Energy is the biggest energy on the earth, solar enegy in Indonesia
can be utilized for variety of things. Based on solar radiation data collected from
18 locations in Indonesia, solar radiation for West Indonesia area has reached
4,5 kWh/m2 /day with monthly variation about 10%, while East Indonesia area
has reached about 5,1 kWh/m2 /day with monthly variation about 9%. Therefore,
the solar energy can be utilized as the main source of energy for the adsorption
refrigeration cycle cooling machine to produce cooling effect. The simulation
object of this research is evaporator, which simulated with Ansys 15.0 and
modeled with 3D CAD software. Evaporator is filled with 5 litres of methanol,
and 6 liters of chilled water. This simulation simulated 30 minutes of desorption
which start from 5.30 p.m to 6.00 p.m GMT+7 actual research time. The lowest
chilled water temperature get from this simulation is about 19,79 ℃ at 12665 Pa
pressure, and have an error presentage about 7,21% compared with the actual
experiment. Theoretical efficiency of the evaporator is about 57,292% and have
an error presentage about 5,21% compared with the actual experiment.
Coefficient of Preformance from this cycle is 0,039.
Keyword: solar energy, cooling machine, adsorption, evaporator, 3D,
simulation
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
kasih karunia-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini
dengan baik pada waktunya. Penulisan Skripsi ini merupakan salah satu syarat
bagi mahasiswa S-1 untuk dapat menyelesaikan pendidikan agar memperoleh
gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara.
Adapun Tugas Akhir yang dipilih merupakan bidang Teknik Pendingin
dengan judul “ANALISA KOMPONEN EVAPORATOR MESIN
PENDINGIN ADSORPSIDENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI 3D”.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis mendapat banyak dukungan dan
masukan ide dari beberapa pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan
banyak terima kasih kepada:
1. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST., MT., selaku dosen pembimbing
yang telah meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam pengujian
dan penyusunan laporan skripsi, serta memberikan bahan-bahan referensi
kepada penulis.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin, Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT., selaku Sekertaris Departemen Teknik
Mesin, Universitas Sumatera Utara.
4. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara, yang telah membantu dan melengkapi segala
keperluan dalam pengerjaan laporan ini.
5. Kepada kedua orang tua saya tercinta Andreal Tan dan Tan A Hun yang
tidak henti-hentinya memberikan dukungan baik secara moril maupun
materi kepada penulis dengan kasih sayang.
Universitas Sumatera Utara
6. Rekan satu tim penelitian, Efsartua Butarbutar, Daniel C Sibarani, dan John
Piter Simanjuntak atas kerja sama yang keras dalam melakukan pengujian
dan penyelesaian skripsi
7. Kepada teman saya Herry Gozali, S.Kom serta teman lainnya yang tidak
terucapkan satu per satu atas dukungan yang telah diberikan.
8. Seluruh teman-teman mahasiswa Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara
angkatan 2011 yang memberikan semangat serta solusi kepada penulis
dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis juga mengucapkan terima
kasih kepada seluruh pihak yang yang tidak dapat Penulis sebutkan satu
persatu yang telah memberikan bantuan dan dukungan selama penyelesaian
skripsi ini.
Akhir kata, Penulis juga berharap skripsi ini dapat bermafaat kedepannya,
sebagai referensi untuk meningkatkan penelitian terhadap sistem pendingin
adsorbsi ketahap yang lebih lanjut. Jika ada kesalahan pada penulisan dan
penyusunan skripsi dapat diberi masukan melalui email
penulis yaitu
anthonytannady@yahoo.com. Terimakasih.
Medan,
Desember 2016
Penulis,
Anthony Tannady
NIM. 110401139
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................... i
ABSTRACT ......................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ......................................................................................... iii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ v
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………..viii
DAFTAR TABEL…………………………………………………………….....x
DAFTAR SIMBOL…………………………………………………………….xi
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ................................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah …………………………………………………2
1.3. Batasan Masalah................................................................................. 2
1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................... 3
1.5. Manfaat Penelitian ............................................................................. 3
1.6. Sistematika Penulisan ........................................................................ 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA......................................................................... 5
2.1. Teori Umum Adsorpsi ........................................................................ 5
2.1.1. Jenis-jenis Adsorpsi .................................................................. 5
2.1.1.1. Adsorpsi Fisika ............................................................. 5
2.1.1.2. Adsorpsi Kimia ............................................................. 6
2.1.2. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi .................. 6
2.1.2.1. Jenis Adsorbat ............................................................... 6
2.1.2.2. Suhu .............................................................................. 7
2.1.2.3. Tekanan Adsorbat ......................................................... 7
2.1.2.4. Karakteristik Adsorben ................................................. 7
Universitas Sumatera Utara
2.1.3. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Efisiensi Adsorpsi ......... 8
2.1.4. Isoterm Adsorpsi ....................................................................... . 9
2.2. Sistem Refrigerasi Adsorpsi ............................................................... . 9
2.3. Adsorben ............................................................................................. 12
2.3.1. Jenis-jenis Adsorben ............................................................... 12
2.3.1.1.Adsorben Tidak Berpori (Non-Porous Sorbent) ............ 12
2.3.1.2.Adsorben Berpori( Porous Sorbents) ............................. 12
2.3.2. Kriteria Adsorben untuk Menjadi Adsorben Komersil ........... 13
2.4. Karbon Aktif sebagai Adsorben .......................................................... 14
2.5. Methanol sebagai Adsorbat ................................................................. 16
2.6. Studi Literatur Jurnal Internasional ..................................................... 17
2.7. Kalor (Q) …………………………………………………………… 22
2.7.1 Kalor Laten …………………………………………………… 22
2.7.2 Kalor Sensibel ……………………………………………….. 23
2.7.3 Perpindahan Kalor …………………………………………… 24
2.8. Computational Fluid Dynamics (CFD) ............................................... 29
2.8.1 Penggunaan CFD …………………………………………….. 29
2.8.2 Manfaat CFD ………………………………………………… 30
2.8.3 Metode Diskritisasi CFD …………………………………….. 31
2.8.4 Heat Conduction Equation…………………………………… 32
2.8.5 Energy Equation……………………………………………… 35
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 37
3.1. Objek Penelitian …………………………………………………….. 37
3.2. Waktu dan Tempat ............................................................................... 38
3.3. Alat dan Bahan ..................................................................................... 38
3.3.1. Perangkat keras (Hardware) ..................................................... 38
3.3.2. Perangkat lunak (Software)....................................................... 39
3.4.Diagram Alir Simulasi.......................................................................... 40
3.4.1 Studi Literatur …………………………………………………. 41
3.4.2 Eksperimen dan Pengumpulan Data …………………………... 41
3.4.3 Simulasi Secara CFD …………………………………………. 41
Universitas Sumatera Utara
3.4.4 Analisa Data …………………………………………………... 42
3.4.5 Penarikan Kesimpulan ………………………………………… 42
3.5. Skema Pengujian ................................................................................. 42
BAB IV HASIL ANALISA DAN PEMBAHASAN.......................................... 44
4.1. Desain 3D Evaporator ......................................................................... 44
4.2. Kondisi Batas dan Meshing pada Software Ansys 15.0 ...................... 45
4.3.Analisa pada Software Ansys 15.0 ...................................................... 46
4.3.1 Hasil Analisa pada Software Ansys 15.0 ………………..…….. 46
4.3.1.1 Analisa Kontur Fasa ………………………………….. 46
4.3.1.2 Analisa Kontur Temperatur …………………………... 47
4.3.1.3 Analisa Kontur Tekanan ……………………………… 49
4.4.Grafik Perbandingan Hasil Eksperimen dan Hasil Simulasi ............... 51
4.5. Perhitungan Teoritis Kondensor dan Evaporator ............................... 52
4.5.1. Kondensor .................................................................................. 52
4.5.2. Evaporator .................................................................................. 56
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 62
5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 62
5.2. Saran ................................................................................................... 63
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………..xiii
LAMPIRAN…………………………………………………………………….xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
2.1.
Siklus Dasar Refrigerasi Adsorpsi ..............................................
9
2.2.
Diagram Clayperon Ideal Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi ...
11
2.3.
Jenis-jenis adsorben ....................................................................
14
2.4.
Karbon Aktif ...............................................................................
16
2.5.
Methanol Pro Analisys ................................................................
18
2.6.
Komponen utama siklus adsorpsi……………………………….
19
2.7
Prinsip kerja mesin pendingin siklus adsorpsi……………………
21
2.8.
Perpindahan panas pada kolektor surya ………………………....
25
2.9
Diagram Heat Conduction pada sistem …………………………. . 33
3.1.
3D Modeling Evaporator dengan software 3D CAD. .................
38
3.2.
Laptop .........................................................................................
39
3.3.
Diagram Alir Simulasi ................................................................ .
40
3.4.
Skema Pengujian Mesin Pendingin Adsorpsi……………………… 42
4.1.
Dimensi Evaporator (dalam mm)................................................ ..… 44
4.2.
Tampak 3D Evaporator pada Ansys 15.0… ............................... … 45
4.3.
Model 3D Mesh Evaporator pada Ansys 15.0……………………... 45
Universitas Sumatera Utara
4.4.
Kontur fasa methanol liquid awal………………………………….. 46
4.5.
Hasil Analisa Kontur Fasa Methanol Liquid pada menit ke-30 …….. 47
4.6.
Hasil Analisa Kontur Fasa Methanol Liquid pada menit ke-30
(Potongan) …………………………………………………………… 47
4.7.
Kontur Suhu Air pada menit ke-30 ………………………………… 47
4.8.
Kontur Suhu pada menit ke-30 (Potongan) ………………………... 48
4.9.
Kontur Tekanan pada menit ke-30 ............................................. … . 49
4.10.
Kontur Tekanan pada menit ke-30 (Potongan) ……………………. 49
4.11.
Plot hasil temperature pada tengah-tengah methanol-liquid … .. ….. 50
4.12.
Plot hasil temperature pada tengah-tengah methanol-vapour………… 50
4.13.
Grafik Simulasi vs Analisa ......................................................... ….. 51
4.14.
Kotak Insulasi Evaporator …………………………………………. 56
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
2.1.
Sifat Metanol ...............................................................................
17
2.2.
Korelasi empiris bilangan Nusselt rata-rata yang terjadi ………
27
3.1.
Input dan Output Simulasi ..........................................................
43
4.1.
Data insulasi evaporator ………………………………………….
57
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Satuan
Qs
Kalor sensible
J
m
Massa zat
Cp
Panas jenis zat
J/kgoC
Le
Panas laten zat
J/kg
ΔT
Beda temperature
K
Konduktivitas termal
A
Luas bidang
m2
Δx
Tebal material
m
q cond
Laju perpindahan panas konduksi
W
q conv
Laju perpindahan panas konveksi
W
Ts
Temperatur permukaan
o
T∞
Temperatur lingkungan
o
mr
Massa refrigeran (metanol)
kg
Vr
Volume refrigeran (metanol)
Liter
xr
Ketinggian permukaan methanol
Cm
h sg
Panas laten methanol
Tw
Temperatur air
H
Koefisien Konveksi
W/m2.K
U
Koefisien perpindahan panas menyeluruh
W/m2oC
P
Tekanan
kg
o
C
W/moC
C
C
kJ/kg
o
C
Pa
Universitas Sumatera Utara
Nu
Bilangan Nusselt
ρ
Spesifik Volum
Kg/m3
�
Viskositas Dinamik
N.s/m2
�
Koefisien Ekspansi
K-1
Pr
Bilangan Prandtl
Gr
Bilangan Grashof
Ra
Bilangan Rayleigh
� ��ℎ
QL
Tahanan Termal Keseluruhan
o
C/W
Kapasitas Kalor Penguapan Metanol
J
h
Entalpi
kJ/kg
s
Entropi
kJ/kg.K
�
Efisiensi
%
Universitas Sumatera Utara
ADSORPSI DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI 3D
SKRIPSI
Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi
Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
DISUSUN OLEH:
ANTHONY TANNADY
110401139
DEPARTEMEN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016
Universitas Sumatera Utara
ABSTRAK
Energi surya merupakan energi terbesar di muka bumi, di Indonesia
sendiri energi surya dapat dimanfaatkan ke berbagai hal. Berdasarkan data
penyinaran matahari yang dihimpun dari 18 lokasi di Indonesia, radiasi surya di
Indonesia untuk Kawasan Barat Indonesia (KBI) mencapai 4,5 kWh/m2 /hari
dengan variasi bulanan sekitar 10%, sementara itu untuk Kawasan Timur
Indonesia (KTI) sekitar 5,1 kWh/m2 /hari dengan variasi bulanan sekitar 9%.
Dengan demikian Energi surya tersebut dimanfaatkan sebagai sumber energi
utama pada mesin pendingin siklus adsorpsi untuk menghasilkan efek
pendinginan. Objek simulasi pada penelitian ini adalah evaporator dengan
menggunakan software ansys 15.0 dan dimodelkan dengan software 3D CAD.
Evaporator diisi dengan 5 liter metanol dan air yang akan didinginkan adalah
sebanyak 6 liter. Simulasi dilakukan selama 30 menit awal prosess desorpsi yaitu
dari jam 17.30 WIB sampai 18.00 WIB waktu aktual pengujian. Hasil simulasi
yang didapat adalah temperatur air terendah yang dapat pada adalah sebesar 19,79
℃ tekanan 12665 Pa, dengan ralat sebesar 7,21% dari hasil praktek. Efisiensi
evaporator yang dihitung secara teoritis adalah sebesar 57,292% dan memiliki
ralat terhadap praktek adalah sebesar 5,21%. Koefisien preformansi siklus secara
teoritis adalah sebesar 0,039.
Kata kunci: energi surya, mesin pendingin, adsorpsi, evaporator, 3D,
simulasi
Universitas Sumatera Utara
ABSTRACT
Solar Energy is the biggest energy on the earth, solar enegy in Indonesia
can be utilized for variety of things. Based on solar radiation data collected from
18 locations in Indonesia, solar radiation for West Indonesia area has reached
4,5 kWh/m2 /day with monthly variation about 10%, while East Indonesia area
has reached about 5,1 kWh/m2 /day with monthly variation about 9%. Therefore,
the solar energy can be utilized as the main source of energy for the adsorption
refrigeration cycle cooling machine to produce cooling effect. The simulation
object of this research is evaporator, which simulated with Ansys 15.0 and
modeled with 3D CAD software. Evaporator is filled with 5 litres of methanol,
and 6 liters of chilled water. This simulation simulated 30 minutes of desorption
which start from 5.30 p.m to 6.00 p.m GMT+7 actual research time. The lowest
chilled water temperature get from this simulation is about 19,79 ℃ at 12665 Pa
pressure, and have an error presentage about 7,21% compared with the actual
experiment. Theoretical efficiency of the evaporator is about 57,292% and have
an error presentage about 5,21% compared with the actual experiment.
Coefficient of Preformance from this cycle is 0,039.
Keyword: solar energy, cooling machine, adsorption, evaporator, 3D,
simulation
Universitas Sumatera Utara
KATA PENGANTAR
Puji dan Syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
kasih karunia-Nya kepada penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini
dengan baik pada waktunya. Penulisan Skripsi ini merupakan salah satu syarat
bagi mahasiswa S-1 untuk dapat menyelesaikan pendidikan agar memperoleh
gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera
Utara.
Adapun Tugas Akhir yang dipilih merupakan bidang Teknik Pendingin
dengan judul “ANALISA KOMPONEN EVAPORATOR MESIN
PENDINGIN ADSORPSIDENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI 3D”.
Dalam penulisan skripsi ini, penulis mendapat banyak dukungan dan
masukan ide dari beberapa pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan
banyak terima kasih kepada:
1. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST., MT., selaku dosen pembimbing
yang telah meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam pengujian
dan penyusunan laporan skripsi, serta memberikan bahan-bahan referensi
kepada penulis.
2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik
Mesin, Universitas Sumatera Utara.
3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT., selaku Sekertaris Departemen Teknik
Mesin, Universitas Sumatera Utara.
4. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin
Universitas Sumatera Utara, yang telah membantu dan melengkapi segala
keperluan dalam pengerjaan laporan ini.
5. Kepada kedua orang tua saya tercinta Andreal Tan dan Tan A Hun yang
tidak henti-hentinya memberikan dukungan baik secara moril maupun
materi kepada penulis dengan kasih sayang.
Universitas Sumatera Utara
6. Rekan satu tim penelitian, Efsartua Butarbutar, Daniel C Sibarani, dan John
Piter Simanjuntak atas kerja sama yang keras dalam melakukan pengujian
dan penyelesaian skripsi
7. Kepada teman saya Herry Gozali, S.Kom serta teman lainnya yang tidak
terucapkan satu per satu atas dukungan yang telah diberikan.
8. Seluruh teman-teman mahasiswa Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara
angkatan 2011 yang memberikan semangat serta solusi kepada penulis
dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis juga mengucapkan terima
kasih kepada seluruh pihak yang yang tidak dapat Penulis sebutkan satu
persatu yang telah memberikan bantuan dan dukungan selama penyelesaian
skripsi ini.
Akhir kata, Penulis juga berharap skripsi ini dapat bermafaat kedepannya,
sebagai referensi untuk meningkatkan penelitian terhadap sistem pendingin
adsorbsi ketahap yang lebih lanjut. Jika ada kesalahan pada penulisan dan
penyusunan skripsi dapat diberi masukan melalui email
penulis yaitu
anthonytannady@yahoo.com. Terimakasih.
Medan,
Desember 2016
Penulis,
Anthony Tannady
NIM. 110401139
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
ABSTRAK ........................................................................................................... i
ABSTRACT ......................................................................................................... ii
KATA PENGANTAR ......................................................................................... iii
DAFTAR ISI ........................................................................................................ v
DAFTAR GAMBAR…………………………………………………………..viii
DAFTAR TABEL…………………………………………………………….....x
DAFTAR SIMBOL…………………………………………………………….xi
BAB I PENDAHULUAN .................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ................................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah …………………………………………………2
1.3. Batasan Masalah................................................................................. 2
1.4. Tujuan Penelitian ............................................................................... 3
1.5. Manfaat Penelitian ............................................................................. 3
1.6. Sistematika Penulisan ........................................................................ 4
BAB II TINJAUAN PUSTAKA......................................................................... 5
2.1. Teori Umum Adsorpsi ........................................................................ 5
2.1.1. Jenis-jenis Adsorpsi .................................................................. 5
2.1.1.1. Adsorpsi Fisika ............................................................. 5
2.1.1.2. Adsorpsi Kimia ............................................................. 6
2.1.2. Faktor-faktor yang Mempengaruhi Daya Adsorpsi .................. 6
2.1.2.1. Jenis Adsorbat ............................................................... 6
2.1.2.2. Suhu .............................................................................. 7
2.1.2.3. Tekanan Adsorbat ......................................................... 7
2.1.2.4. Karakteristik Adsorben ................................................. 7
Universitas Sumatera Utara
2.1.3. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Efisiensi Adsorpsi ......... 8
2.1.4. Isoterm Adsorpsi ....................................................................... . 9
2.2. Sistem Refrigerasi Adsorpsi ............................................................... . 9
2.3. Adsorben ............................................................................................. 12
2.3.1. Jenis-jenis Adsorben ............................................................... 12
2.3.1.1.Adsorben Tidak Berpori (Non-Porous Sorbent) ............ 12
2.3.1.2.Adsorben Berpori( Porous Sorbents) ............................. 12
2.3.2. Kriteria Adsorben untuk Menjadi Adsorben Komersil ........... 13
2.4. Karbon Aktif sebagai Adsorben .......................................................... 14
2.5. Methanol sebagai Adsorbat ................................................................. 16
2.6. Studi Literatur Jurnal Internasional ..................................................... 17
2.7. Kalor (Q) …………………………………………………………… 22
2.7.1 Kalor Laten …………………………………………………… 22
2.7.2 Kalor Sensibel ……………………………………………….. 23
2.7.3 Perpindahan Kalor …………………………………………… 24
2.8. Computational Fluid Dynamics (CFD) ............................................... 29
2.8.1 Penggunaan CFD …………………………………………….. 29
2.8.2 Manfaat CFD ………………………………………………… 30
2.8.3 Metode Diskritisasi CFD …………………………………….. 31
2.8.4 Heat Conduction Equation…………………………………… 32
2.8.5 Energy Equation……………………………………………… 35
BAB III METODOLOGI PENELITIAN ......................................................... 37
3.1. Objek Penelitian …………………………………………………….. 37
3.2. Waktu dan Tempat ............................................................................... 38
3.3. Alat dan Bahan ..................................................................................... 38
3.3.1. Perangkat keras (Hardware) ..................................................... 38
3.3.2. Perangkat lunak (Software)....................................................... 39
3.4.Diagram Alir Simulasi.......................................................................... 40
3.4.1 Studi Literatur …………………………………………………. 41
3.4.2 Eksperimen dan Pengumpulan Data …………………………... 41
3.4.3 Simulasi Secara CFD …………………………………………. 41
Universitas Sumatera Utara
3.4.4 Analisa Data …………………………………………………... 42
3.4.5 Penarikan Kesimpulan ………………………………………… 42
3.5. Skema Pengujian ................................................................................. 42
BAB IV HASIL ANALISA DAN PEMBAHASAN.......................................... 44
4.1. Desain 3D Evaporator ......................................................................... 44
4.2. Kondisi Batas dan Meshing pada Software Ansys 15.0 ...................... 45
4.3.Analisa pada Software Ansys 15.0 ...................................................... 46
4.3.1 Hasil Analisa pada Software Ansys 15.0 ………………..…….. 46
4.3.1.1 Analisa Kontur Fasa ………………………………….. 46
4.3.1.2 Analisa Kontur Temperatur …………………………... 47
4.3.1.3 Analisa Kontur Tekanan ……………………………… 49
4.4.Grafik Perbandingan Hasil Eksperimen dan Hasil Simulasi ............... 51
4.5. Perhitungan Teoritis Kondensor dan Evaporator ............................... 52
4.5.1. Kondensor .................................................................................. 52
4.5.2. Evaporator .................................................................................. 56
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................. 62
5.1. Kesimpulan ........................................................................................ 62
5.2. Saran ................................................................................................... 63
DAFTAR PUSTAKA…………………………………………………………..xiii
LAMPIRAN…………………………………………………………………….xv
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Judul
Halaman
2.1.
Siklus Dasar Refrigerasi Adsorpsi ..............................................
9
2.2.
Diagram Clayperon Ideal Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi ...
11
2.3.
Jenis-jenis adsorben ....................................................................
14
2.4.
Karbon Aktif ...............................................................................
16
2.5.
Methanol Pro Analisys ................................................................
18
2.6.
Komponen utama siklus adsorpsi……………………………….
19
2.7
Prinsip kerja mesin pendingin siklus adsorpsi……………………
21
2.8.
Perpindahan panas pada kolektor surya ………………………....
25
2.9
Diagram Heat Conduction pada sistem …………………………. . 33
3.1.
3D Modeling Evaporator dengan software 3D CAD. .................
38
3.2.
Laptop .........................................................................................
39
3.3.
Diagram Alir Simulasi ................................................................ .
40
3.4.
Skema Pengujian Mesin Pendingin Adsorpsi……………………… 42
4.1.
Dimensi Evaporator (dalam mm)................................................ ..… 44
4.2.
Tampak 3D Evaporator pada Ansys 15.0… ............................... … 45
4.3.
Model 3D Mesh Evaporator pada Ansys 15.0……………………... 45
Universitas Sumatera Utara
4.4.
Kontur fasa methanol liquid awal………………………………….. 46
4.5.
Hasil Analisa Kontur Fasa Methanol Liquid pada menit ke-30 …….. 47
4.6.
Hasil Analisa Kontur Fasa Methanol Liquid pada menit ke-30
(Potongan) …………………………………………………………… 47
4.7.
Kontur Suhu Air pada menit ke-30 ………………………………… 47
4.8.
Kontur Suhu pada menit ke-30 (Potongan) ………………………... 48
4.9.
Kontur Tekanan pada menit ke-30 ............................................. … . 49
4.10.
Kontur Tekanan pada menit ke-30 (Potongan) ……………………. 49
4.11.
Plot hasil temperature pada tengah-tengah methanol-liquid … .. ….. 50
4.12.
Plot hasil temperature pada tengah-tengah methanol-vapour………… 50
4.13.
Grafik Simulasi vs Analisa ......................................................... ….. 51
4.14.
Kotak Insulasi Evaporator …………………………………………. 56
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Nomor
Judul
Halaman
2.1.
Sifat Metanol ...............................................................................
17
2.2.
Korelasi empiris bilangan Nusselt rata-rata yang terjadi ………
27
3.1.
Input dan Output Simulasi ..........................................................
43
4.1.
Data insulasi evaporator ………………………………………….
57
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SIMBOL
Simbol
Keterangan
Satuan
Qs
Kalor sensible
J
m
Massa zat
Cp
Panas jenis zat
J/kgoC
Le
Panas laten zat
J/kg
ΔT
Beda temperature
K
Konduktivitas termal
A
Luas bidang
m2
Δx
Tebal material
m
q cond
Laju perpindahan panas konduksi
W
q conv
Laju perpindahan panas konveksi
W
Ts
Temperatur permukaan
o
T∞
Temperatur lingkungan
o
mr
Massa refrigeran (metanol)
kg
Vr
Volume refrigeran (metanol)
Liter
xr
Ketinggian permukaan methanol
Cm
h sg
Panas laten methanol
Tw
Temperatur air
H
Koefisien Konveksi
W/m2.K
U
Koefisien perpindahan panas menyeluruh
W/m2oC
P
Tekanan
kg
o
C
W/moC
C
C
kJ/kg
o
C
Pa
Universitas Sumatera Utara
Nu
Bilangan Nusselt
ρ
Spesifik Volum
Kg/m3
�
Viskositas Dinamik
N.s/m2
�
Koefisien Ekspansi
K-1
Pr
Bilangan Prandtl
Gr
Bilangan Grashof
Ra
Bilangan Rayleigh
� ��ℎ
QL
Tahanan Termal Keseluruhan
o
C/W
Kapasitas Kalor Penguapan Metanol
J
h
Entalpi
kJ/kg
s
Entropi
kJ/kg.K
�
Efisiensi
%
Universitas Sumatera Utara