PROSES ADSORBSI PADA PENDINGIN METANOL-KARBON AKTIF MENGGUNAKAN EVAPORATOR VERTIKAL 5,3 LITER

  

PROSES ADSORBSI PADA

PENDINGIN METANOL-KARBON AKTIF

MENGGUNAKAN EVAPORATOR VERTIKAL 5,3 LITER

  Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin

  Jurusan Teknik Mesin Diajukan oleh :

  

SETIAWAN HATMAJI

NIM : 095214046

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2010

  

ADSORBTION PROCESS

USING METHANOL-ACTIVATED CARBON

WITH 5.3 LITRES VERTICAL EVAPORATOR

FINAL PROJECT

  As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree Mechanical Engineering Study Program

  Mechanical Engineering Department by

  

SETIAWAN HATMAJI

Student Number : 095214046

SAINS AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2010

  

PERNYATAAN

  Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam tugas akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu Perguruan Tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 19 Desember 2010 Setiawan Hatmaji

  

ABSTRAK

  Indonesia merupakan negara yang cukup luas dan terdiri dari beribu-ribu pulau. Namun bisa dikatakan pembangunan yang dilakukan pemerintah belum merata dan menjangkau daerah-daerah yang terpencil. Masih ada pulau-pulau kecil berpenghuni yang belum mendapatkan aliran listrik dari PLN. Hal ini menjadi masalah bagi mereka yang membutuhkan sebuah alat pendingin sebagai media penyimpanan. Dengan menggunakan alat pendingin, mereka bisa menyimpan makanan, hasil pertanian, hasil laut, obat, maupun vaksin dengan lebih lama sehingga bisa meningkatkan kesejahteraan hidup. Namun, alat pendingin yang tersedia di Indonesia saat ini masih menggunakan listrik sebagai sumber daya utamanya.Pendingin dengan sistem adsorbsi metanol-karbon aktif merupakan salah satu alternatif sistem pendingin yang tidak menggunakan listrik. Pendingin dengan sistem adsorbsi metanol-karbon aktif hanya memerlukan energi panas. Fakta bahwa Indonesia merupakan negara dengan sumber daya alam dan memiliki energi panas yang melimpah bisa dimanfaatkan untuk kerja pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif. Tujuan penelitian ini adalah membuat model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif sederhana dan mengetahui temperatur pendinginan dan COP yang dapat dihasilkan.

  Alat penelitian terdiri dari generator (sekaligus sebagai adsorber) dan evaporator (sekaligus sebagai kondensor). Bahan yang digunakan dalam pembuatan alat adalah stainless steel. Variabel yang diukur dalam penelitian ini adalah temperatur generator (T ), temperatur evaporator (T ), temperatur

  gen evap

  lingkungan (T lingk ), tekanan sistem (P) dan waktu pencatatan data (t). Untuk pengukuran suhu digunakan termokopel, untuk pengukuran tekanan digunakan manometer dan untuk pengukuran waktu digunakan stopwatch. Variabel yang divariasikan adalah jumlah metanol, kondisi awal kran penghubung, konstruksi tabung generator dan jumlah karbon aktif lalu diamati pengaruhnya terhadap temperatur pendinginan dan COP yang dihasilkan.

  Penelitian menghasilkan sebuah model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif sederhana. Hasil penelitian juga menunjukkan bahwa temperatur evaporator terendah yang bisa dihasilkan adalah 11°C pada variasi menggunakan 100 ml metanol, kondisi awal kran penghubung ditutup, menggunakan 4 kg karbon aktif dan menggunakan tabung generator vertikal berkapasitas 16 kg. Sedangkan COP tertinggi yang dihasilkan adalah 0,97 yaitu pada variasi menggunakan 100 ml metanol, 1 kg karbon aktif, kondisi kran penghubung dibuka dan menggunakan generator horizontal berkapasitas 1 kg. Selain itu karbon aktif lokal tidak direkomendasikan untuk menjadi adsorber pendingin adsorbsi.

  LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Setiawan Hatmaji Nomor Mahasiswa : 095214046 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :

  

PROSES ADSORBSI PADA PENDINGIN METANOL-KARBON AKTIF

MENGGUNAKAN EVAPORATOR VERTIKAL 5,3 LITER

  beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 19 Desember 2010 Yang menyatakan (Setiawan Hatmaji)

KATA PENGANTAR

  Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena penyertaan, perlindungan, dan berkat-Nya dalam penyusunan Tugas Akhir ini, sehingga pada akhirnya Tugas Akhir ini dapat kami selesaikan dengan baik.

  Tugas Akhir merupakan sebagian persyaratan yang wajib ditempuh oleh setiap mahasiswa Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Tugas Akhir ini juga dapat dikatakan sebagai wujud pemahaman dari hasil belajar mahasiswa setelah mengikuti kegiatan perkuliahan selama di Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Dalam Tugas Akhir ini akan dibahas mengenai proses pendinginan pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif yang menggunakan evaporator 2,4 liter.

  Dalam Tugas Akhir ini, penulis berencana untuk meneliti unjuk kerja dari pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif tersebut.

  Selama pembuatan tugas akhir ini tentu penulis mengalami berbagai macam hambatan dan cobaan, namun pada akhirnya dapat diselesaikan dengan bantuan saran, nasihat, ide, maupun bimbingan dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, dengan segenap kerendahan hati kami mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  3. Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T., Dosen pembimbing Tugas Akhir.

  4. Wibowo Kusbandono, S.T., M.T., Dosen pembimbing akademik.

  5. Agustinus Rony Windaryawan, Laboran Lab. Perpindahan Kalor Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  6. Segenap karyawan bengkel las tempat pengerjaan Tugas Akhir yang telah banyak membantu.

  7. Keluarga penulis, khususnya orangtua yang telah membiayai dan memotivasi penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.

  8. Rekan sekelompok penulis yaitu Puraditya Bayu Suhadiyono, Anang Tias Brigita dan Bernadus David Wijaya, yang telah membantu dalam perancangan, pembuatan, perbaikan alat dan pengambilan data.

  Penulis telah berusaha semaksimal mungkin untuk menyelesaikan Tugas Akhir ini, namun sebagai manusia tentunya penulis juga menyadari bahwa yang penulis kerjakan masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu, penulis mohon maaf atas segala kekurangan dan kesalahan yang terdapat dalam penyusunan Tugas Akhir ini. Saran serta kritik yang membangun dari pembaca sangat penulis harapkan demi perbaikan dikemudian hari.

  Penulis berharap semoga Tugas Akhir yang telah penulis susun ini dapat memberikan manfaat bagi para pembaca.

  Yogyakarta, 19 Desember 2010 Penulis

  DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……………………………………….…………………. i

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

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

HALAMAN PENGESAHAN ………………………………………………… iv

PERNYATAAN ……………………………………………………………….. v

ABSTRAK …………………………………………………………………….. vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN ................................................ vii

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

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

DAFTAR GAMBAR …………………………………………………………. xii

DAFTAR TABEL …………………………………………………………….. xiv

  BAB I PENDAHULUAN

  1.1 Latar Belakang ……………………………………………………………

  1 1.2 Rumusan Masalah ……………………………………………………….

  2 1.3 Tujuan Penelitian ………………………………………………………..

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

  3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Dasar Teori ………………………………………………………….....

  4 2.2 Penelitian yang Pernah Dilakukan..............................................................

  8

  BAB III METODE 3.1 Peralatan Penelitian.....................................................................................

  9 3.2 Variabel yang Diukur..........................................…………………............

  13 3.3 Variabel yang Divariasikan ........................................................................

  13 3.4 Langkah Penelitian ....................................................................................

  14 BAB IV PEMBAHASAN 4.1 Proses Adsorbsi…………………………………………….......................

  16 4.2 Proses Desorbsi........................................………………………………...

  36 BAB V PENUTUP

  5.1 Kesimpulan ...................……..........................……………………………

  52 5.2 Saran..…………………………………………….………………............

  53 DAFTAR PUSTAKA …………………………………………………………

  54 LAMPIRAN …………………………………………………………................

  55

  DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Siklus pendinginan adsorbsi .....................................................

  4 Gambar 3.1 Model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator vertikal .....................................................…….........

  9 Gambar 3.2 Konstruksi pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator vertikal....................................................……...........

  10 Gambar 3.3 Model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator horizontal...........................……................................

  10 Gambar 3.4 Konstruksi pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator vertikal......................................................................……..........

  11 Gambar 4.1 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg, tabung evaporator kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup....................................................................

  24 Gambar 4.2 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg, tabung evaporator kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup....................................................................

  25 Gambar 4.3 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada variasi 1 kg karbon aktif, 300 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg, tabung evaporator kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup....................................................................

  25 Gambar 4.4 Perbandingan temperatur dan tekanan proses adsorbsi terhadap waktu pada variasi 1 kg karbon aktif, 300 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg, tabung evaporator kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup....................................................................

  26 Gambar 4.5 Perbandingan temperatur dan tekanan sistem adsorbsi terhadap waktu pada variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg, tabung

  evaporator vertikal kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup...................................................................

  27 Gambar 4.6 Perbandingan temperatur dan tekanan sistem adsorbsi terhadap waktu pada variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg, tabung evaporator vertikal kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup........................................................................................

  28 Gambar 4.7 Perbandingan temperatur evaporator (T ) pada proses

  evap

  adsorbsi dengan variasi jumlah metanol 100 ml, 200 ml, dan 300 ml. Menggunakan 1 kg karbon aktif, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg, tabung evaporator vertikal kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup ...............

  28 Gambar 4.8 Perbandingan temperatur evaporator (T ) pada proses

  evap

  adsorbsi dengan variasi kondisi awal kran penghubung ditutup dan dibuka. Menggunakan 1 kg karbon aktif, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg, tabung evaporator vertikal kapasitas 5,3 liter, dan volume metanol 100 ml........................................

  30 Gambar 4.9 Perbandingan temperatur evaporator (T ) pada proses

  evap adsorbsi dengan variasi generator horizontal dan vertikal.

  Menggunakan 1 kg karbon aktif, tabung evaporator vertikal kapasitas 5,3 liter, volume metanol 100 ml, dan kondisi awal kran penghubung tertutup..........................................................

  31 Gambar 4.10 Perbandingan temperatur evaporator (T ) pada proses

  evap adsorbsi dengan variasi jumlah karbon aktif 1 kg dan 4 kg.

  Menggunakan 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg, tabung evaporator vertikal kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung tertutup..............................

  33 Gambar 4.11 Perbandingan Temperatur evaporator dan COP dari semua variasi.........................................................................................

  34 Gambar 4.12 Bagan penelitian siklus pendingin adsorbsi …..........................

  36 Gambar 4.13 Perbandingan temperatur evaporator (T eva ) pada proses adsorbsi pertama, adsorbsi kedua, adsorbsi ketiga, desorbsi, dan adsorbsi keempat.................................................................

  49 Gambar 4.14 Perbandingan tekanan sistem (P) pada proses adsorbsi pertama, adsorbsi kedua, adsorbsi ketiga, desorbsi, dan adsorbsi keempat.…..................................................................

  49

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data proses adsorbsi dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg,

  tabung evaporator vertikal kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup................................................

  16 Tabel 4.2 Data proses adsorbsi dengan variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg, tabung evaporator vertikal kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup................................................

  17 Tabel 4.3 Data proses adsorbsi dengan variasi 1 kg karbon aktif, 300 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg, tabung evaporator vertikal kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup...............................………….

  19 Tabel 4.4 Data proses adsorbsi dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg, tabung evaporator vertikal kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung dibuka................................................

  20 Tabel 4.5 Data proses adsorbsi dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg, tabung evaporator vertikal kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup....…………………………....

  21 Tabel 4.6 Data proses adsorbsi dengan variasi 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg, tabung evaporator kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup..................……………...........................

  23 Tabel 4.7 Data proses adsorbsi pertama pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan menggunakan tabung evaporator vertikal kapasitas 0,6 liter, 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal kran penghubung ditutup ..................................

  37 Tabel 4.8 Data proses adsorbsi kedua pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan menggunakan tabung evaporator vertikal kapasitas 0,6 liter, 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal kran penghubung ditutup.........………………

  40

Tabel 4.9 Data proses adsorbsi ketiga pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan menggunakan tabung

  evaporator vertikal kapasitas 0,6 liter, 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal kran penghubung ditutup.........………………..

  44 Tabel 4.10 Data proses desorbsi pada pendingin adsorbsi metanol- karbon aktif dengan menggunakan tabung evaporator vertikal kapasitas 0,6 liter, 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal kran penghubung ditutup ....………………......

  47 Tabel 4.11 Data proses adsorbsi keempat pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan menggunakan tabung evaporator vertikal kapasitas 0,6 liter, 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal kran penghubung ditutup ..................................

  48

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

  Indonesia merupakan negara yang cukup luas dan terdiri dari beribu-ribu pulau. Namun bisa dikatakan pembangunan yang dilakukan pemerintah belum merata dan menjangkau daerah-daerah yang terpencil. Masih ada pulau-pulau kecil berpenghuni yang belum mendapatkan aliran listrik dari PLN. Beberapa dari mereka mengandalkan generator listrik yang biayanya lebih mahal daripada menggunakan listrik PLN yang telah disubsidi pemerintah. Namun masih banyak pulau-pulau terpencil yang belum teraliri listrik sama sekali. Hal ini menjadi masalah bagi mereka yang membutuhkan sebuah alat pendingin sebagai media penyimpanan. Dengan menggunakan alat pendingin, mereka bisa menyimpan makanan, hasil pertanian, hasil laut, obat, maupun vaksin dengan lebih lama sehingga bisa meningkatkan kesejahteraan hidup. Namun, alat pendingin yang tersedia di Indonesia saat ini masih menggunakan listrik sebagai sumber daya utamanya. Dengan ketiadaan listrik di daerah-daerah terpencil tersebut, maka dibutuhkan sebuah alat pendingin yang tidak bergantung pada energi listrik

  Pendingin dengan sistem adsorbsi metanol-karbon aktif merupakan salah satu alternatif sistem pendingin yang tidak menggunakan listrik. Pendingin dengan sistem adsorbsi metanol-karbon aktif hanya memerlukan energi panas. Fakta bahwa Indonesia merupakan negara dengan sumber daya alam dan

  2 memiliki energi panas yang melimpah bisa dimanfaatkan untuk kerja pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif. Energi panas bisa diperoleh dari pembakaraan kayu, bahan bakar minyak dan gas bumi. Selain itu, energi panas juga dapat diperoleh dari buangan proses industri, biomassa, biogas atau energi alam seperti panas bumi dan energi surya.

  Dari segi desain, pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dibuat dengan menggunakan teknologi lokal yang tersedia dan menggunakan bahan-bahan yang mudah diperoleh disekitar kita. Untuk perawatannya, pendingin adsorbsi juga

harus mudah, sehingga memudahkan proses perbaikan ketika terjadi kerusakan.

1.2 RUMUSAN MASALAH

  Temperatur terendah yang dapat dicapai dan unjuk kerja alat pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif tergantung pada jumlah metanol, jumlah karbon aktif, kondisi awal keran katup penghubung, dan jenis tabung generator. Selain itu unjuk kerja pendingin tergantung pada unjuk kerja evaporator dan generator.

  Unjuk kerja generator ditentukan oleh kemampuan generator dalam melakukan penyerapan uap metanol oleh karbon aktif (pada proses pendinginan). Unjuk kerja evaporator ditentukan oleh kemampuan evaporator dalam melakukan penyerapan kalor dari lingkungan sekitar evaporator. Pada penelitian ini generator juga berfungsi sebagai adsorber. Pada penelitian ini jumlah metanol, jumlah karbon aktif, kondisi awal keran katup penghubung, dan jenis tabung generator akan

  3 divariasikan lalu diamati bagaimana pengaruhnya terhadap temperatur pendinginan dan unjuk kerja yang dapat dihasilkan oleh pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif.

1.3 TUJUAN PENELITIAN

  Tujuan yang ingin dicapai oleh penulis dalam penelitian adalah:

  a. Membuat model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif sederhana dengan bahan yang ada di pasar lokal dan teknologi yang didukung kemampuan industri lokal.

b. Mengetahui unjuk kerja dan temperatur pendinginan yang dihasilkan oleh pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif.

  c. Mengetahui kualitas karbon aktif dan metanol lokal sebagai pendingin adsorbsi

1.4 MANFAAT PENELITIAN

  Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini : a. Menambah kepustakaan teknologi pendingin sistem adsorbsi.

  b. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi pendingin adsorbsi yang dapat diterima masyarakat/industri sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan serta mengurangi ketergantungan terhadap energi listrik.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 DASAR TEORI

  Kondensor

  Pendingin adsorbsi umumnya terdiri dari 4 (empat) komponen utama yaitu: (1) adsorber, (2) generator, (3) kondensor, dan (4) evaporator. Pada penelitian ini model pendingin adsorbsi yang dibuat hanya terdiri dari dua komponen utama karena komponen adsorber dan generator disatukan (selanjutnya disebut generator saja), dan komponen kondensor dan evaporator disatukan (selanjutnya disebut evaporator saja).

Gambar 2.1. Siklus pendinginan adsorbsi

  Siklus pendinginan adsorbsi terdiri dari proses adsorbsi (penyerapan) refrijeran (metanol) kedalam adsorber (karbon aktif) dan proses desorbsi (pelepasan) refrijeran dari adsorber. Proses ini dapat dilihat pada Gambar 2.1. Proses adsorbsi dan desorbsi terjadi pada adsorber (pada penelitian ini di dalam generator). Pada proses desorbsi generator memerlukan energi panas dari sumber panas. Energi panas dapat berasal dari pembakaran kayu, bahan bakar minyak dan gas bumi, buangan proses industri, biomassa, biogas atau

  2. Membebaskan uap menggunakan kalor

  1. Menyerap uap kedalam adsorbent sambil melepaskan kalor Uap tekanan tinggi

  Proses desorbsi Evaporator Uap tekanan rendah Proses adsorbsi dari energi alam seperti panas bumi dan energi panas surya. Untuk kepraktisan pada penelitian ini digunakan pemanas listrik yang dapat diatur dayanya sebagai sumber panas.

  Proses yang terjadi dalam sistem pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif adalah: Evaporator diletakan di dalam sebuah kotak pendingin, bersama bahan-bahan yang ingin didinginkan. Generator terletak di luar kotak pendingin dan berisi karbon aktif. Evaporator dan generator dihubungkan oleh pipa dan kran (katup/valve) sebagai pengatur. Metanol cair dimasukan kedalam tabung evaporator dengan perlahan untuk menjaga tekanan sistem agar tetap vakum. Metanol yang masuk pada sistem vakum, sebagian akan berubah fase menjadi uap dan membuat tekanan naik. Setelah kran penghubung dibuka, maka uap metanol akan terserap oleh karbon aktif yang berada di generator. Proses terserapnya uap metanol ke dalam karbon aktif membuat tekanan sistem turun dan membuat sebagian metanol yang masih dalam fase cair menguap. Sebagian metanol yang masih dalam fase cair membutuhkan kalor untuk menguap. Kalor yang diperlukan metanol untuk menguap diambil dari lingkungan sekitar. Proses penyerapan kalor dari lingkungan sekitar membuat temperatur evaporator menurun dan temperatur generator naik. Proses penyerapan metanol oleh karbon aktif ini disebut adsorbsi. Adsorbsi akan berhenti ketika metanol yang berada pada tabung evaporator sudah habis atau karbon aktif sudah jenuh dan tidak dapat menyerap lagi.

  Selanjutnya ketika adsorbsi sudah berhenti, generator dipanasi dengan sumber panas. Energi panas ini akan menaikkan temperatur karbon aktif yang berisi uap metanol. Setelah panas, uap metanol akan terlepas dari karbon aktif dan mengalir kembali ke evaporator. Karena temperatur evaporator lebih rendah dari generator maka uap metanol akan mengembun dan berubah menjadi cairan metanol di evaporator. Proses pelepasan uap metanol dari karbon aktif ini disebut proses desorbsi. Saat proses desorbsi, proses pendinginan tidak akan terjadi. Proses desorbsi ini tetap berlanjut hingga uap metanol terlepas semua dari karbon aktif. Hal ini ditandai dengan tekanan sistem yang naik ke tekanan semula. Proses adsorbsi dapat kembali terjadi setelah temperatur karbon aktif turun ke temperatur semula. Oleh karena proses pendinginan tidak berlangsung secara terus-menerus atau kontinyu maka proses pendinginannya disebut berlangsung secara intermitten.

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

  

T T T

^{gen − abs evap} • COP (1) =

  T T T _{gen evap cond} − (Sumber: Refrigeration and Air Conditioning, Manohar Prasad 2006)

  Dari buku Refrigeration and Air Conditioning oleh Manohar Prasad, juga diketahui bahwa:

  T T _{abs = cond}

  (2) Sedangkan berdasarkan alat yang dibuat, seperti yang tertulis pada halaman 4 naskah Tugas Akhir ini, diketahui bahwa: _{abs gen}

  

T T =

  (3) _{cond evap}

  

T T =

  (4) Setelah itu, persamaan (2), (3), dan (4) disubstitusikan dalam persamaan (1), sehingga diperoleh:

  cond gen ^evap

^gen

^{cond gen} T T T T T T COP

  − × − =

  Gen ^Evap T T COP

  =

  (5) Keterangan: COP : Unjuk kerja alat T

  Evap

  : Temperatur evaporator (K) T Gen : Temperatur generator (K) T cond : Temperatur kondensor (K) T

  abs

  : Temperatur absorber (K)

2.2 PENELITIAN YANG PERNAH DILAKUKAN

  Beberapa penelitian pendingin adsorbsi menggunakan zeolit-air dengan energi surya yang pernah dilakukan diantaranya oleh Hinotani (1983) mendapatkan bahwa harga COP sistem pendingin adsorbsi surya menggunakan zeolit-air akan medekati konstan pada temperatur pemanasan

  O

  160 C atau lebih. Grenier (1983) melakukan eksperimen sistem pendingin adsorbsi surya menggunakan zeolit-air dan mendapatkan harga COP sebesar 0,12. Pons (1986) meneliti pendingin adsorbsi zeolit-air tetapi COP nya hanya 0,1. Zhu Zepei (1987) melakukan pengetesan pada sistem pendingin adsorbsi surya menggunakan zeolit-air dengan kolektor plat datar dan kondensor berpendingin udara mendapatkan COP yang rendah sebesar 0,054 modifikasi yang dilakukan dengan memvakumkan sistem dan penggunaan reflektor datar tidak banyak menaikkan harga COP. Kreussler (1999) melakukan penelitian

  O

  dan hasilnya adalah dengan pemanasan 150 C didapatkan energi pendinginan sebesar 250 KJ per Kilogram zeolit. Sebuah penyimpan dengan volume 125

  2

  liter dapat didinginkan menggunakan kolektor seluas 3 m . Ramos (2003) mendapatkan COP sebesar 0,25 dengan menggunakan kolektor parabola secara terpisah dari sistem pendingin sehingga setiap kali diperlukan proses pemvakuman. Sistem yang dipakai Ramos tidak menggunakan kondensor, Ramos juga mendapatkan kapasitas adsorbsi zeolit mencapai optimal dengan

  O

  pemanasan tabung zeolit sebesar 250

  C. Penelitian-penelitian tersebut menggunakkan zeolit yang diproduksi di Jerman, Slovnaft-Czech, dan Perancis

BAB III METODE

3.1 PERALATAN PENELITIAN

  Model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dibuat dari beberapa alat yang dapat dirangkai menjadi satu. Dibawah ini adalah model yang telah dibuat tersebut

Gambar 3.1. Model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator vertikal

  1a

  2

  3

  

4

  5

  6

  7

Gambar 3.2. Konstruksi pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator vertikalGambar 3.3. Model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator horizontal

  1b

  2

  3

  4

  5

  6

  7

Gambar 3.4. Konstruksi pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator horizontal

  Model pada gambar 3.1 dan 3.2 meperlihatkan model pendingin adsorbsi yang menggunakan alat 1a, yaitu generator vertikal, sedangkan model pada

gambar 3.3 dan 3.4 memperlihatkan model pendingin adsorbsi yang menggunakan alat 1b, yaitu generator horizontal.

  Keterangan :

  1. Generator

  2. Saluran masuk karbon aktif

  3. Kran penghubung generator dan evaporator

  4. Manometer

  5. Saluran untuk menampung metanol yang akan dimasukkan ke alat.

  Bagian ini bisa diganti dengan pentil saat alat akan divakum.

  6. Kran untuk memasukkan metanol

  7. Evaporator Seluruh bagian yang bersinggungan dengan metanol, termasuk manometer dan kran, terbuat dari bahan stainless steel jenis 304. Stainless

  

steel 304 merupakan salah satu bahan yang tidak bereaksi dengan metanol.

  Selain itu, stainless steel 304 juga mudah ditemukan di Yogyakarta. Model pendingin ini dikerjakan di bengkel las yang terdapat di Solo dan Yogyakarta.

  Karbon aktif yang digunakan adalah karbon aktif yang berasal dari tempurung kelapa dan berbentuk granulat atau pelet dengan diameter rata-rata sekitar 2mm. Biasanya karbon aktif jenis ini digunakan oleh masyarakat sebagai penjernih air. Karbon aktif ini dibeli di toko kimia, di daerah Yogyakarta. Metanol yang digunakan adalah metanol yang biasa digunakan masyarakat dan industri sebagai pelarut. Metanol ini dibeli di toko kimia di daerah Solo dan Yogyakarta. Karbon aktif granulat dan metanol yang dipilih karena banyak terdapat di toko kimia lokal dan biasa digunakan oleh masyarakat

  3.2 VARIABEL YANG DIUKUR

  1. Temperatur generator (T gen )

  2. Temperatur evaporator (T evap )

  3. Temperatur lingkungan sekitar evaporator (T lingk )

  4. Tekanan sistem (P)

  5. Waktu pencatatan data (t) Untuk pengukuran temperatur digunakan termokopel dan untuk pengukuran tekanan digunakan manometer.

  3.3 VARIABEL YANG DIVARIASIKAN

  Beberapa variabel yang divariasikan dalam penelitian ini antara lain:

  1. Jumlah metanol Metanol yang digunakan sebagai refrijeran divariasikan sejumlah 100 ml, 200 ml dan 300 ml.

  2. Kondisi awal katup penghubung Kondisi awal katup penghubung sebelum proses adsorbsi divariasikan dibuka dan ditutup.

  3. Konstruksi tabung generator Kontruksi tabung generator yang digunakan pada pendingin divariasikan tabung horizontal kapasitas 1 kg dan tabung vertikal kapasitas 16 kg.

  4. Jumlah karbon aktif Karbon aktif yang digunakan sebagai adsorber divariasikan sejumlah 1 kg dan 4 kg.

3.4 LANGKAH PENELITIAN

  Pada penelitian ini akan dilakukan 2 penelitian utama, yaitu penelitian adsorbsi dan penelitian adsorbsi.

  Langkah penelitian proses adsorbsi:

  1. Penelitian diawali dengan penyiapan model pendingin adsorbsi seperti pada gambar 3.1.Konstruksi tabung generator yang digunakan disesuaikan dengan variasi

  2. Tabung generator diisi dengan karbon aktif dengan jumlah sesuai variasi

  3. Model divakumkan dengan pompa vakum

  4. Termokopel dipasang pada tempat yang suhunya hendak diukur

  5. Kondisi awal kran penghubung generator dan evaporator disesuaikan dengan variasi

  6. Metanol diisikan ke dalam model pendingin dengan jumlah sesuai yang divariasikan

  7. Pengambilan data dilakukan dengan memvariasikan konstruksi tabung generator, jumlah karbon aktif, jumlah metanol dan kondisi awal keran penghubung.

  8. Pengambilan data dilakukan tiap menit dengan mencatat temperatur di setiap titik yang diinginkan dan tekanan pada manometer

  9. Data yang dicatat adalah temperatur generator (T ), temperatur

  gen

  evaporator (T eva ), temperatur lingkungan (T lingk ), tekanan sistem alat (P) dan waktu pencatatan data (t). Langkah proses desorbsi:

  1. Penelitian diawali dengan dilakukan proses adsorbsi dengan langkah- langkah seperti diatas. Proses adsorbsi bisa dilakukan beberapa kali, sampai temperatur evaporator (T evap ) mencapai temperatur lingkungan (T )

  lingk

  2. Tabung evaporator dimasukkan dalam sebuah ember yang berisi air biasa

  3. Tabung generator dimasukan dalam panci yang berisi air 4. Panci diletakkan diatas kompor dan dipasangai juga 2 buah water heater.

  5. Kran penghubung dibuka

  6. Pengambilan data dilakukan tiap menit dengan mencatat temperatur di setiap titik yang diinginkan dan tekanan pada manometer Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan

  (1). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan :

  1. Hubungan temperatur di bagian-bagian yang dicatat perubahannya dengan waktu pencatatan data untuk semua variasi jumlah metanol, jumlah karbon aktif, konstruksi tabung generator dan kondisi awal kran penghubung.

  2. Hubungan unjuk kerja model pendingin dengan temperatur evaporator untuk semua variasi jumlah metanol, jumlah karbon aktif, konstruksi tabung generator dan kondisi awal kran penghubung.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 PROSES ADSORBSI

  Berikut ini adalah data-data hasil pencatatan selama penelitian proses adsorbsi dari pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan beberapa variasi:

Tabel 4.1 Data proses adsorbsi dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1

  kg, tabung evaporator vertikal kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup.

  t (menit) P (bar)

  T gen ( ^o

  C) T evap ( ^o

  C) T lingk ( ^o

  C) COP

• 0.81

  

35

  14

  14

  

36

  0.93 17 -0.95

  27

  14

  

37

  0.93 16 -0.95

  27

  

37

  0.93 18 -0.95

  0.93 15 -0.95

  27

  14

  

36

  0.93 14 -0.95

  27

  14

  

36

  27

  

36

  27

  

37

  

27

  0.93

  27

  16

  

37

  0.93 22 -0.95

  27

  16

  0.94 21 -0.95

  14

  27

  16

  

36

  0.93 20 -0.95

  27

  16

  

37

  0.93 19 -0.95

  27

  0.93 13 -0.95

  14

  14

  

36

  

36

  0.93 6 -0.93

  27

  12

  

35

  0.92 5 -0.93

  27

  12

  0.93 4 -0.93

  27

  27

  13

  

35

  0.93 3 -0.93

  27

  12

  

35

  0.93 2 -0.93

  27

  13

  0.93 7 -0.93

  

35

  0.93 10 -0.95

  0.93 12 -0.95

  27

  14

  

36

  27 27 - 1 -0.93

  27

  14

  

35

  27

  

35

  13

  

36

  0.93 9 -0.95

  27

  13

  

36

  0.93 8 -0.95

  27

  13

  0.93 11 -0.95

• 0.81

  

13

  36

  0.93 10 -0.93

  27

  

14

  35

  0.93 9 -0.93

  27

  

13

  35

  0.93 8 -0.93

  27

  35

  27

  0.93 7 -0.93

  27

  

14

  36

  0.93 6 -0.93

  27

  

14

  35

  0.93 5 -0.93

  27

  

14

  35

  

14

  0.93 11 -0.93

  27

  27

  27

  

14

  36

  0.93 17 -0.93

  27

  

14

  36

  0.93 16 -0.93

  27

  

14

  36

  0.93 15 -0.93

  

14

  35

  36

  0.93 14 -0.93

  27

  

13

  36

  0.93 13 -0.93

  27

  

14

  35

  0.93 12 -0.93

  27

  

14

  0.93 4 -0.93

  

14

Tabel 4.1 Data proses adsorbsi dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1

  0.93 25 -0.95

  27

  

16

  37

  0.93 27 -0.95

  27

  

16

  37

  0.93 26 -0.95

  27

  

16

  37

  27

  38

  

16

  37

  0.93 24 -0.95

  27

  

16

  37

  C) COP 23 -0.95

  

C)

T lingk ( ^o

  C) T evap ( ^o

  T gen ( ^o

  t (menit) P (bar)

  kg, tabung evaporator vertikal kapasitas 5,3 liter, dan kondisi awal kran penghubung ditutup. (Lanjutan)

  0.93 28 -0.95

  

16