52
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Diagram Alir Penelitian
Pada penelitian ini langkah – langkah penelitian mengacu pada diagram
alir pada Gambar 3.1 berikut: START
Studi pustaka dan membuat desain
Konsultasi desain ejektor dengan pembimbing
Persiapan alat dan bahan
Pembuatan alat:
1.
Boiler
2.
Evaporator
3.
Ejektor
4.
Kondenser
5.
Bed mesin
Pengambilan data dengan variasi area ratio throat
Tendensi hasil pengujian sesuai
referensi jurnal? No
A PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
53
Gambar 3.1 Diagram alir penelitian.
3.2 Skema Alat Uji Penelitian
3.2.1 Skema Sistem
Skema sistem yang digunakan untuk mengetahui performa steam ejector yang dapat dilihat pada Gambar 3.2.
Gambar 3.2 Skema sistem alat uji. Keterangan:
1. Boiler
2. Evaporator
Analisa hasil dan pembahasan
Kesimpulan
END Yes
A PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
54
3. Ejector
4. Kondenser
5. Reservoir
6. Pompa
7. Pressure gauge
8. Orifice flow meter
9. Elemen pemanas
3.2.2 Skema Steam Ejector
Penelitian ini menggunakan tipe ejector conventional dengan variasi konfigurasi vertikal. Design steam ejector menggunakan program SolidWork
2014 seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Skema steam ejector. 1.
Primary Nozzle 2.
Suction chamber 3.
Convergence area 4.
Mixing chamber 5.
Diffuser
Primary Fluid dari Boiler
Secondary Fluid dari Evaporator
Mixed Fluid menuju
Kondenser
1
2 3
4 5
55
3.2.2.1 Mixing chamber
a. Area Ratio Throat LD = 6,25
Gambar 3.4 Desain mixing chamber dengan area ratio throat = 6,25. b.
Area Ratio Throat LD = 12,5
Gambar 3.5 Desain mixing chamber dengan area ratio throat = 12,5. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
56
c. Area Ratio Throat LD = 18,75
Gambar 3.6 Desain mixing chamber dengan area ratio throat = 18,75.
3.3 Material Penelitian
Pada penelitian ini akan digunakan air R718 sebagai refrijeran pada steam ejector refrigeration system. Sifat
– sifat fisik air sebagai refrijeran dapat dilihat pada Tabel 3.1.
Tabel 3.1 Spesifikasi sifat – sifat fisik refrijeran air R718 pada temperatur 15 °C
dan tekanan 1 atm Crowe, Clayton T., et. al., 2010.
No Parameter
Nilai Satuan
1 Massa jenis
1,22 kg m
3
2 Viskositas kinematic
1,46 x 10
-5
m
2
s
3 Konstanta gas, R
287 J kg K
4 C
p
1004 J kg K
Material yang digunakan dalam menkonstruksi boiler dan evaporator adalah besi baja dengan ketebalan pipa 10 mm. Sedangkan untuk kondenser,
material yang digunakan adalah stainless steel dengan ketebalan 2 mm. Ejector dikonstruksikan menggunakan material baja lunak mild steel dengan diameter
raw material 3 inchi. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
57
Sedangkan untuk material yang digunakan pada pipa – U untuk mengukur
debit aliran melalui orifice meter adalah mercury atau air raksa. Sifat – sifat fisik
air raksa dapat dilihat pada Tabel 3.2. Tabel 3.2 Spesifikasi sifat
– sifat fisik air raksa pada 20 °C dan tekanan 1 atm White, 1998.
No Parameter
Nilai Satuan
1
Massa jenis 13,550
kg m
3
2 Viskositas kinematic
1,56 x 10
-5
m
2
s
3 Konstanta gas, R
287 J kg K
4
Bulk Modulus 2,55 x 10
10
Nm
2
3.4 Alat Penelitian
Alat – alat yang digunakan pada penelitian ini sebagai berikut:
1. Steam ejector single phase dengan konfigurasi vertikal.
2. Water heater dengan daya 2000 watt pada boiler dan 1000 watt pada
evaporator. 3.
Alat ukur temperatur thermocoupel dipasang pada boiler, pada evaporator, pada input dan output kondenser.
4. Alat pengukur tekanan manometer tabung bourdon pressure gauge pada
boiler, pada evaporator, pada ejektor, dan pada kondenser. 5.
Alat pengukur debit aliran dengan plat orifis pada boiler dan pada evaporator.
6. Roll meter untuk orifice boiler dan orifice evaporator.
7. Temperature controller APPA.
8. Stopwatch.
3.4.1 Steam Ejector
Steam ejector yang digunakan pada penelitian ini berjenis single phase ejector dengan konfigurasi vertikal, dapat dilihat pada Gambar 3.7. Spesifikasi
steam ejector dapat dilihat pada Tabel 3.3. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
58
Gambar 3.7 Steam ejector. Tabel 3.3 Spesifikasi steam ejector.
Parameter Ukuran
Diameter nozzle 2 mm
Jarak NXP 0 mm
Diameter pipa secondary 33 mm
Diameter suction chamber
26,5 mm
Sudut konvergen suction chamber 18º
Diameter mixing chamber 8 mm
Sudut divergen diffuser
18,5º
Diameter diffuser 24 mm
Panjang steam ejector tanpa mixing chamber
218,8 mm
Panjang mixing chamber a.
50 mm b.
100 mm c.
150 mm PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
59
3.4.2 Water Heater
Water heater yang digunakan pada penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.8 dan 3.9. Spesifikasi alat dapat dilihat pada Tabel 3.4 dan 3.5.
Gambar 3.8 Water heater daya 2000 watt. Tabel 3.4 Spesifikasi water heater 2000 watt.
Product Name Water Heater Element
Main Material Stainless Steel
Rated Voltage AC 220 V
Power
2 kW
Tube Diameter 10 mm 0.39
Overall SizeApprox. 28 x 8,5 x 2.3 cm 11 x 3,3 x
0.9LDH
Screw Dia 4 mm 0,16
Male Thread Diameter 16 mm 0,6
Color Silver Tone
Weight
252 g PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
60
Gambar 3.9 Water heater daya 1000 watt. Tabel 3.5 Spesifikasi water heater 1000 watt.
Product Name Electric Heating Tube
Design U Shape
Material Stainless steel
Rated voltage AC 220 V
Power
1 kW
Bar Diameter 10
mm0.39”
Heater Size
22 x 8 cm 8.7” x 3,1” LW
Thread diameter
15 mm 0,59”, 4 mm 0,16
Weight 212 g
61
3.4.3 Thermocouple
Thermocouple yang digunakan pada penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.10 dan spesifikasi alat pada Tabel 3.6.
Gambar 3.10 Thermocouple tipe K. Tabel 3.6 Spesifikasi Thermocouple.
Specification Value
Thermocouple Type K
Overall Range, °C -270 to 1370
0,1 °C resolution -270 to 1370
0,025 °C resolution
270 to 1370 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
62
3.4.4 Pressure Gauge Bourdon Tube
Pressure Gauge yang digunakan pada penelitian dapat dilihat pada Gambar 3.11 dan spesifikasi alat pada Tabel 3.7.
Gambar 3.11 Pressure gauge bourdon tube. Tabel 3.7 Spesifikasi pressure gauge bourdon tube.
Specification Value
Bourdon Tube Type
Tekiro AU PG100C
Overall range, Bar 0 to 6
Overall range, psi 0 to 80
Resolution, Bar
0,25
Resolution psi 2,5
3.4.5 Orifice Plate Flowmeter
Orifice plate adalah salah satu alat yang dapat digunakan untuk mengukur laju aliran masa dari aliran, prinsip kerjanya aliran melewati orifice plate
kemudian akan mengecil dan membentuk suatu daerah yang disebut vena contracta selanjutnya akan terjadi perbedaan tekanan aliran antara sebelum dan
63
setelah melewati orifice plate dan setelah itu laju aliran massa dari aliran dihitung menggunakan persamaan Bernoulli dan persamaan kontinuitas. Orifice plate dapat
dilihat pada Gambar 3.12.
Gambar 3.12 Orifice plate flowmeter.
3.4.6 Roll Meter
Roll meter yang digunakan sebagai alat bantu ukur flowmeter dapat dilihat pada Gambar 3.13
Gambar 3.13 Roll meter. PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
64
3.4.6 Temperature Controller
Temperature controller yang digunakan pada penelitian adalah digital termometer APPA dapat dilihat pada Gambar 3.14 dengan spesifikasi temperature
controller pada Tabel 3.8.
Gambar 3.14 Temperature controller APPA. Tabel 3.8 Spesifikasi temperature controller APPA.
Type APPA
Measurement Range
Resolution K-type Accuracy
Temperature Coefficient
53II -200ºC to
1372ºC 0.1ºC ≤
1000ºC ±0.3 + 1.1ºC at -
210ºC to -100ºC; ±0.1 + 0.8ºC at -99ºC
to -999.9ºC; ±0.3 + 1ºC at -1000ºC
to -1200ºC 0.1 x Spec
Acc. ºC, 18ºC or ºC
65
3.4.8 Stopwatch
Alat pencatat waktu disini digunakan untuk mengukur debit cooling water pada kondenser yang dapat dilihat pada Gambar 3.15.
Gambar 3.15 Stopwatch.
3.5 Variabel Penelitian
Dalam penelitian ini peneliti memilih variabel bebas dan variabel terikat sesuai dengan referensi penelitian-penelitian yang telah dilakukan oleh peneliti
sebelumnya. Variabel bebas dan variabel terikat yang digunakan dalam penelitian ini mengacu pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Meyer, A.J. et. al.,
2008 dan Bando, et. al., 1990. Variabel bebas:
a. Tekanan pada primary flow 100 kPa, 200 kPa, 300 kPa, dan 400 kPa.
b. Suhu pada secondary flow adalah 50 °C, 60 °C, 70 °C dan 80 °C.
c. Panjang mixing chamber 50 mm, 100 mm, dan 150 mm.
Variabel terikat a.
Viskositas dinamik dynamic viscosity b.
Massa jenis density c.
Kecepatan v d.
Bilangan Renolds Re PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI
66
e. Laju aliran massa m
f. Expansion ratio ER
g. Entrainment ratio ω
3.6 Prosedur Penelitian
Kategori