PROSES ADSORBSI PADA PENDINGIN METANOL-KARBON AKTIF MENGGUNAKAN EVAPORATOR VERTIKAL 2,4 LITER

  

PROSES ADSORBSI PADA

PENDINGIN METANOL-KARBON AKTIF

MENGGUNAKAN EVAPORATOR VERTIKAL 2,4 LITER

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

  Jurusan Teknik Mesin Diajukan oleh :

  

PURADITYA BAYU SUHADIYONO

NIM : 095214047

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNVERSITAS SANATA DHARMA

  

ADSORBTION PROCESS

USING METHANOL-ACTIVATED CARBON

WITH 2.4 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

  

PURADITYA BAYU SUHADIYONO

Student Number : 095214047

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

ABSTRAK

  Sejak dahulu Indonesia dikenal dunia dengan sumber daya alam dan sumber energi panas yang melimpah. Saat ini dirasakan kesejahteraan hidup dan kesadaran masyarakat Indonesia terhadap kesehatan dan gizi semakin meningkat. Hal ini menyebabkan meningkatnya kebutuhan alat pendingin untuk menyimpan bahan pangan dan obat-obatan. Alat pendingin yang banyak tersedia di Indonesia menggunakan sistem kompresi uap yang membutuhkan energi listrik. Permasalahan muncul karena belum semua daerah di Indonesia tersedia jaringan listrik. Solusi yang muncul pun beragam, salah satunya adalah pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif. Pendingin ini hanya memerlukan energi panas dan tidak menggunakan energi listrik. Penelitian ini menggunakan metanol dan karbon aktif yang diproduksi oleh industri lokal. Tujuan penelitian ini adalah membuat model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif sederhana dan mengetahui temperatur pendinginan dan COP yang dapat dihasilkan. Tujuan yang lain adalah mengetahui kemampuan karbon aktif lokal sebagai adsorbent.

  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 gen ), temperatur evaporator (T eva ), temperatur 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 keran katup 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 yang lain adalah temperatur evaporator terendah yang bisa dihasilkan adalah 9°C pada variasi menggunakan 200 ml metanol, kondisi awal keran katup penghubung ditutup, menggunakan 4 kg karbon aktif dan menggunakan tabung generator vertikal berkapasitas 16 kg. Sedangkan COP tertinggi yang dihasilkan adalah 0,971 yaitu pada variasi menggunakan 200 ml metanol, 1 kg karbon aktif, kondisi keran katup penghubung ditutup dan menggunakan generator vertikal berkapasitas 16 kg. Selain itu karbon aktif lokal tidak direkomendasikan untuk menjadi adsorbent pendingin adsorbsi.

  LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Puraditya Bayu Suhadiyono Nomor Mahasiswa : 095214047 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 2,4 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 royalty kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta Pada tanggal : 15 Desember 2010 Yang menyatakan (Puraditya Bayu Suhadiyono)

KATA PENGANTAR

  Puji dan syukur kepada Tuhan yang Maha Esa atas berkat dan kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari bahwa semua usaha, karya dan doa yang telah penulis ciptakan adalah hanya untuk lebih mengasihi-Nya.

  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.

  Penulis menyadari bahwa penyusunan Tugas Akhir ini juga melibatkan banyak pihak. Dalam kesempatan ini, penulis ingin mengucapkan banyak terima kasih kepada :

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

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

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

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

  6. Bapak Kim Hae dan Bapak Wangdi, yang telah membantu dalam proses pembuatan alat.

  7. Papa, Mama, dan adik-adik penulis yaitu Baskoro, Bintang & Badra yang memotivasi penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini.

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

  Usaha yang penulis lakukan sudah semaksimal mungkin, namun penulis menyadari bahwa kemampuan penulis terbatas termasuk dalam penyusunan Tugas Akhir ini. 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, 15 Desember 2010

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

  2.1.1 Pendingin Adsorbsi…………………………………………………... 4

  2.1.2 Karbon Aktif...........………………………………………………...... 8

  2.1.3 Metanol...................………………………………………………...... 11

  2.2 Penelitian yang Pernah Dilakukan………………………......………….......... 14

  BAB III METODE

  3.1 Skema Alat.........................................................................................................16

  3.2 Variabel yang Diukur..........................................………………….................. 20

  3.3 Variabel yang Divariasikan .............................................................................. 20

  3.4 Langkah Penelitian .......................................................................................... 21

  BAB IV PEMBAHASAN

  4.1 Data.........…….……………………………………………............................. 25

  4.2 Pembahasan…..........................................………………………………........ 60

  BAB V PENUTUP

  5.1 Kesimpulan.....……..........................………………………………….......... 67

  5.2 Saran..…………………………………………….………………………… 68

  

DAFTAR PUSTAKA……………………………………………………............. 69

LAMPIRAN

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Siklus pendinginan adsorbsi.....................................................…..... 4Gambar 2.2 Karbon aktif tipe granulat.........................................................….... 8Gambar 3.1 Model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator horizontal ................…............................................................….

  16 Gambar 3.2 Model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator vertikal................…….................................................................… 17

Gambar 3.3 Model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator horizontal.....................................................................................… 18Gambar 3.4 Model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator vertikal.........................................................................................… 19Gambar 3.5 Rangkaian alat pemanas saat proses desorbsi..............................

  22 Gambar 4.1 Grafik perbandingan T-P-t pada pendingin adsorbsi-evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup ...........................................

  40 Gambar 4.2 Grafik perbandingan T-P-t pada pendingin adsorbsi-evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup ...........................................

  40 Gambar 4.3 Grafik perbandingan T-P-t pada pendingin adsorbsi-evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 300 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup ...........................................

  41 Gambar 4.4 Grafik perbandingan T-P-t pada pendingin adsorbsi-evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi

Gambar 4.5 Grafik perbandingan T-P-t pada pendingin adsorbsi-evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml

  metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup ...........................................

  42 Gambar 4.6 Grafik perbandingan T-P-t pada pendingin adsorbsi-evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup ...........................................

  42 Gambar 4.7 Grafik perbandingan temperatur evaporator (T ) proses adsorbsi

  eva

  pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi jumlah metanol 100 ml, 200 ml, dan 300 ml ..................................................................

  43 Gambar 4.8 Grafik perbandingan temperatur evaporator (T eva ) proses adsorbsi pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi kondisi awal keran katup penghubung ditutup dan dibuka ...........................................

  44 Gambar 4.9 Grafik perbandingan temperatur evaporator (T eva ) proses adsorbsi pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi tabung generator horizontal dan vertikal …..……………………………………….

  44 Gambar 4.10 Grafik perbandingan temperatur evaporator (T eva ) proses adsorbsi pada pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi jumlah karbon aktif 1 kg dan 4 kg ...................................................................................

  45 Gambar 4.11 Grafik perbandingan unjuk kerja dari semua variasi pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 2,4 liter ...........................................................................................

  46 Gambar 4.12 Grafik perbandingan temperatur evaporator (T eva ) pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 2,4 liter pada proses adsorbsi pertama, adsorbsi kedua, adsorbsi ketiga, desorbsi, dan adsorbsi keempat ..........................................

  58 Gambar 4.13 Grafik perbandingan tekanan sistem (P) pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator vertikal 2,4 liter pada proses adsorbsi pertama, adsorbsi kedua, adsorbsi ketiga, desorbsi, dan adsorbsi keempat ….................................................. 59

Gambar 4.14 Bagan penelitian proses tiga tahap: adsorbsi-desorbsi-

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data pendingin adsorbsi-evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator

  horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup ...........................................……………….

  25 Tabel 4.2 Data pendingin adsorbsi-evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup ...............................……………………….

  26 Tabel 4.3 Data pendingin adsorbsi-evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 300 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup ...................................…………………….

  31 Tabel 4.4 Data pendingin adsorbsi-evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator horizontal kapasitas 1 kg dan kondisi awal keran katup penghubung dibuka .................................……………………… 35

Tabel 4.5 Data pendingin adsorbsi-evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi 1 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator

  vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup ...………………………………………….

  32 Tabel 4.6 Data pendingin adsorbsi-evaporator vertikal 2,4 liter dengan variasi 4 kg karbon aktif, 200 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup .......................…………………………….

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

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

  50

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

  kapasitas 0,6 L, 4 kg karbon aktif, 100 ml metanol, tabung generator vertikal kapasitas 16 kg dan kondisi awal keran katup penghubung ditutup.........………………………………............

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

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

  57

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

  Sejak dahulu hingga sekarang, Indonesia dikenal dunia dengan sumber daya alam dan sumber energi panas yang melimpah. Saat ini dapat dirasakan bahwa kesejahteraan hidup dan kesadaran masyarakat Indonesia terhadap kesehatan dan gizi semakin meningkat. Pengetahuan akan hidup sehat dan pentingnya gizi makanan yang dulu hanya dimiliki oleh masyarakat kota, kini telah disadari juga oleh masyarakat desa atau di daerah yang terpencil. Hal ini menyebabkan meningkatnya kebutuhan alat pendingin di desa atau di daerah terpencil untuk menyimpan bahan pangan, obat-obatan, hasil panen, hasil perikanan maupun keperluan yang lain yang membutuhkan pengawetan/penyimpanan. Alat pendingin yang banyak tersedia di Indonesia menggunakan sistem kompresi uap yang membutuhkan energi listrik. Permasalahan muncul karena belum semua daerah di Indonesia tersedia jaringan listrik terutama di desa-desa dan daerah yang terpencil.

  Solusi yang muncul pun beragam, salah satunya adalah pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif. Pendingin ini hanya memerlukan energi panas untuk dapat bekerja dan tidak menggunakan energi listrik. Energi panas dapat berasal dari pembakaran kayu bakar, bahan bakar minyak dan gas bumi. Selain itu energi panas dapat berasal dari panas bumi, panas surya, pembakaran biomassa, pembakaran biogas, ataupun limbah dari proses industri.

  2 Masyarakat pada umumnya menyukai desain alat yang sederhana, berfungsi dengan baik dan mudah untuk dirawat. Industri menyukai desain alat yang bahannya mudah didapat, desainnya mudah dibuat, dan hasilnya mudah diperbaiki bila ada kerusakan. Desain alat pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif ini harus sederhana, mudah dibuat, berfungsi, mudah diperbaiki dan mudah dirawat. Bahan dari alat, metanol dan karbon aktif yang akan digunakan haruslah berasal dari pasar lokal. Selain itu pembuatan alat pun dilakukan oleh industri lokal.

1.2 RUMUSAN MASALAH

  Indikator dari unjuk kerja suatu alat pendingin dapat diketahui dari temperatur terendah yang dapai dicapai dan COP (Coefficent of Performance) yang dihasilkan. Temperatur terendah yang dapat dicapai dan COP pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif tergantung pada jumlah metanol, jumlah karbon aktif, kondisi awal keran katup penghubung, dan konstruksi tabung generator. COP pendingin tergantung pada temperatur kerja evaporator dan generator. Temperatur kerja generator ditentukan oleh kemampuan generator dalam melakukan penyerapan uap metanol oleh karbon aktif (pada proses pendinginan).

  Temperatur 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 konstruksi tabung generator akan divariasikan lalu diamati bagaimana pengaruhnya terhadap temperatur pendinginan dan COP yang dapat dihasilkan oleh pendingin adsorbsi

  3

  1.3 TUJUAN PENELITIAN

  Tujuan yang ingin dicapai oleh penulis dalam penelitian ini adalah:

  a. Membuat model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator 2,4 liter yang sederhana dengan bahan yang ada di pasar lokal dan teknologi yang didukung kemampuan industri lokal.

  b. Mengetahui temperatur pendinginan dan COP yang dihasilkan oleh pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif menggunakan evaporator 2,4 liter.

  c. Mengetahui kemampuan karbon aktif lokal sebagai adsorbent pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif.

  1.4 MANFAAT PENELITIAN

  Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini adalah:

  a. Menambah kepustakaan teknologi pendingin sistem adsorbsi terutama yang tidak menggunakan energi listrik.

  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 masyarakat.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 DASAR TEORI

2.1.1 PENDINGIN ADSORBSI

  Pendingin adsorbsi umumnya terdiri dari 4 (empat) komponen utama yaitu: (1) adsorber, (2) generator, (3) kondensor, dan (4) evaporator. Adsorber berfungsi sebagai penyerap refrijeran. Generator berfungsi sebagai pembebas refrijeran dari adsorber. Kondensor berfungsi sebagai pengembun refrijeran. Evaporator berfungsi sebagai penguap refrijeran. Refrijeran berfungsi sebagai penyerap panas (kalor) dari evaporator ke adsorber.

  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).

  Generator Adsorber Menyerap uap ke dalam Proses adsorber sambil Adsorbsi melepaskan kalor 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 dari energi alam seperti panas bumi dan energi panas surya. Pada penelitian ini, sumber energi panas yang digunakan adalah pemanas listrik sehingga panas yang digunakan dapat diatur.

  Proses yang terjadi jika menggunakan refrijeran metanol dan adsorber karbon aktif adalah sebagai berikut: Evaporator yang berisi campuran uap dan cairan metanol berada di dalam kotak pendingin. Di dalam kotak pendingin tersebut diletakkan bahan-bahan yang akan didinginkan/diawetkan. Generator berada di luar kotak pendingin dan berisi karbon aktif. Karbon aktif akan menyerap uap metanol. Tekanan sistem pada awalnya tinggi karena banyak berisi uap metanol. Ketika uap metanol terserap oleh karbon aktif maka tekanan sistem akan turun sehingga menyebabkan cairan metanol menguap dan berubah menjadi uap metanol. Cairan metanol membutuhkan kalor untuk menjadi uap metanol, maka kalor tersebut diambil dari kalor di sekitar evaporator yaitu bahan-bahan di kotak pendingin. Kalor yang dibawa oleh uap metanol ke adsorber akan menyebabkan temperatur karbon aktif naik. Selanjutnya kalor tersebut akan dilepaskan ke udara sekitar tabung generator. Proses penyerapan uap metanol oleh karbon aktif menjadi jenuh (artinya karbon aktif tidak mampu menyerap uap metanol lagi) atau uap metanol sudah habis terserap yang ditandai oleh tekanan sistem yang rendah. Selanjutnya generator harus dipanasi dengan sumber panas. Energi panas ini akan menaikkan temperatur karbon aktif yang berisi uap metanol. Metanol mempunyai titik didih yang lebih rendah dibanding karbon aktif sehingga 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. Pada 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 tidak kontinyu maka proses pendinginannya disebut berlangsung secara intermitten.

  Menurut Prasad (2006), Bila T g adalah temperatur generator, T a adalah temperatur adsorber, T e adalah temperatur evaporator dan T c adalah temperatur kondenser maka COP adsorbsi dengan pendinginan kontinyu dituliskan dengan persamaan:

  T T − g a T e

  COP = ⋅

  (1)

  T T − T g a e Pada pendingin adsorbsi dengan pendinginan intermitten seperti pada penelitian ini, komponen generator dan adsorber digabungkan menjadi satu sehingga didapat persamaan:

  T = T

  (2)

  g a

  Komponen kondenser dan evaporator digabungkan menjadi satu sehingga didapat persamaan:

  T = T

  (3)

  c e

  Persamaan 2 dan 3 dapat disubstitusikan ke persamaan 1 menjadi sebuah persamaan baru yaitu:

  T − T g c T e

  COP = ⋅

  T T T − g g c

  T e

  COP =

  (4)

  T g

  Keterangan: COP : COP pendingin adsorbsi T : Temperatur generator ( K )

  g

  T e : Temperatur evaporator ( K )

2.1.1 KARBON AKTIF

   Karbon aktif merupakan senyawa karbon amorph, yang dapat dihasilkan

  dari bahan-bahan yang mengandung karbon atau dari karbon yang diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Luas permukaan karbon aktif berkisar antara 300-3500 m²/gram dan ini berhubungan dengan struktur pori internal yang menyebabkan karbon aktif mempunyai sifat sebagai adsorber. Karbon aktif dapat mengadsorpsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorpsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap karbon aktif sangat besar, yaitu 25- 100% terhadap berat karbon aktif.

Gambar 2.2. Karbon aktif tipe granulat

  Karbon aktif merupakan suatu bentuk karbon yang memiliki daya adsorpsi tinggi dan banyak digunakan dalam industri obat-obatan, industri bahan makanan yang berfungsi sebagai penghilang warna, untuk mengadsorpsi bahan-bahan beracun dalam respirator. Daya serap dari karbon aktif umumnya bergantung kepada jumlah senyawaan karbon yang berkisar antara 85% sampai 95% karbon

  Prinsip pembuatan karbon aktif adalah proses karbonasi yaitu proses pembentukan bahan menjadi karbon (arang), kemudian diaktivasi dengan menggunakan bahan kimia seperti ZnCl

  2 atau dengan menggunakan steam (uap

  air). Proses pembuatan karbon aktif dapat dibagi dua cara yaitu: a) Proses Kimia, yaitu bahan baku dicampur dengan bahan-bahan kimia tertentu.

  Selanjutnya diaktivasi pada temperatur 100°C. Karbon aktif yang dihasilkan, dicuci dengan air selanjutnya dikeringkan pda temperatur 300°C. Melalui proses kimia, bahan baku dapat dikarbonisasi terlebih dahulu, kemudian dicampur dengan bahan-bahan kimia.

  b) Proses Fisika, yaitu bahan baku terlebih dahulu dibuat menjadi karbon.

  Selanjutnya karbon tersebut digiling, diayak untuk selanjutnya diaktivasi dengan cara pemanasan pada temperature 1000°C yang disertai pengaliran uap.

  Bahan proses pembuatan karbon aktif terdiri dari tiga tahap yaitu :

  a) Dehidrasi, yaitu proses penghilangan air. Bahan baku dipanaskan sampai temperatur 170°C.

  b) Karbonisasi, yaitu pemecahan bahan-bahan organik menjadi karbon.

  Temperatur di atas 170°C akan menghasilkan CO, CO dan asam asetat. Pada

  2

  temperatur 275°C, dekomposisi menghasilkan tar, methanol dan hasil samping lainnya. Pembentukan karbon terjadi pada temperatur 400-600°C.

  c) Aktivasi, yaitu dekomposisi tar dan perluasan pori-pori. Dapat dilakukan memperbesar pori yaitu dengan cara memecahkan ikatan hidrokarbon atau mengoksidasi molekul-molekul permukaan sehingga sehingga karbon mengalami perubahan sifat baik fisika maupun kimia yaitu luas permukaannya bertambah besar dan berpengaruh terhadap daya adsorpsi.

  Metode aktivasi yang umum digunakan dalam pembuatan arang aktif ada dua macam yaitu: a. Aktivasi Kimia, yaitu proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan pemakaian bahan-bahan kimia. Aktivator yang digunakan adalah bahan-bahan kimia seperti : hidroksida logam alkali, garam-garam karbonat, klorida misalnya ZnCl , sulfat, fosfat dari logam alkali tanah dan asam-asam

  2

  anorganik seperti H

  2 SO 4 dan H

3 PO 4 .

  b. Aktivasi Fisika, yaitu proses pemutusan rantai karbon dari senyawa organik dengan bantuan panas, uap, dan CO

  2 . Biasanya arang dipanaskan dalam dapur pada temperatur 800-900°C.

  Penggunaan karbon aktif antara lain digunakan dalam proses pemurnian gas, pengolahan LNG, desulfurisasi, sebagai katalisator, pengolahan pulp, pengolahan pupuk, pemurnian dalam industri makanan dan minuman, pengolahan limbah, dan pemurnian air pada industri perikanan. (Sumber http://radensomad.blogspot.com/search/label/artikel%20ilmiah/ dan diakses pada tanggal 2 Desember 2010)

2.1.3 METANOL

  Metanol, juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus, adalah senyawa kimia dengan rumus kimia CH

  3 OH. Ia merupakan bentuk alkohol

  paling sederhana. Pada "keadaan atmosfer" ia berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan daripada etanol). Metanol digunakan sebagai bahan pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan aditif bagi etanol industri.

  Pada zaman dulu metanol diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri. Hasil proses tersebut adalah uap metanol (dalam jumlah kecil) di udara. Setelah beberapa hari, uap metanol tersebut akan teroksidasi oleh oksigen dengan bantuan sinar matahari menjadi karbon dioksida dan air.

  Saat ini, metanol dihasilkan dari metana yang diproses secara kimiawi. Gas sintesis umumnya dihasilkan dari metana yang merupakan komponen dari gas alam. Terdapat tiga proses yang dipraktekkan secara komersial. Pada tekanan sedang 1 hingga 2 MPa (10–20 atm) dan temperatur tinggi (sekitar 850 °C), metana bereaksi dengan uap air (steam) dengan katalis nikel untuk menghasilkan gas sintesis menurut reaksi kimia berikut:

  CH

  4 + H

  2

  2 O → CO + 3 H Reaksi ini, umumnya dinamakan steam-methane reforming (SMR), merupakan reaksi endotermik dan limitasi perpindahan panasnya menjadi batasan dari ukuran reaktor katalitik yang digunakan.

  Metana juga dapat mengalami oksidasi parsial dengan molekul oksigen untuk menghasilkan gas sintesis melalui reaksi kimia berikut:

  2 CH

  4 + O

  

2

  2

  → 2 CO + 4 H Reaksi ini adalah eksotermik dan panas yang dihasilkan dapat digunakan secara in-situ untuk menggerakkan reaksi steam-methane reforming. Ketika dua proses tersebut dikombinasikan, proses ini disebut sebagai autothermal reforming. Rasio CO and H dapat diatur dengan menggunakan reaksi perpindahan air-gas

  2

  (the water-gas shift reaction): CO + H

  2 2 + H 2 ,

  O → CO untuk menghasilkan stoikiometri yang sesuai dalam sintesis metanol.

  Karbon monoksida dan hidrogen kemudian bereaksi dengan katalis kedua untuk menghasilkan metanol. Saat ini, katalis yang umum digunakan adalah campuran tembaga, seng oksida, dan alumina, yang pertama kali digunakan oleh

  ICI di tahun 1966. Pada 5–10 MPa (50–100 atm) dan 250 °C, campuran tersebut dapat mengkatalisis produksi metanol dari karbon monoksida dan hidrogen dengan selektifitas yang tinggi:

  CO + 2 H OH

  2 → CH

  3 Sangat perlu diperhatikan bahwa setiap produksi gas sintesis dari metana menghasilkan 3 mol hidrogen untuk setiap mol karbon monoksida, sedangkan sintesis metanol hanya memerlukan 2 mol hidrogen untuk setiap mol karbon monoksida. Salah satu cara mengatasi kelebihan hidrogen ini adalah dengan menginjeksikan karbon dioksida ke dalam reaktor sintesis metanol, dimana ia akan bereaksi membentuk metanol sesuai dengan reaksi kimia berikut:

  CO

  2 + 3 H

  2

  3 OH + H

  2 O

  → CH Walaupun gas alam merupakan bahan yang paling ekonomis dan umum digunakan untuk menghasilkan metanol, namun bahan baku lain juga dapat digunakan. Ketika tidak terdapat gas alam, produk petroleum ringan juga dapat digunakan. Di Afrika Selatan, sebuah perusahaan (Sasol) menghasilkan metanol dengan menggunakan gas sintesis dari batu bara.

  Reaksi kimia metanol yang terbakar di udara dan membentuk karbon dioksida dan air adalah sebagai berikut:

  2 CH OH + 3 O + 4 H O

  3 2 → 2 CO

  2

  2 Api dari metanol biasanya tidak berwarna. Oleh karena itu, harus berhati-

  hati bila berada dekat metanol yang terbakar untuk mencegah cedera akibat api yang tak terlihat.

  Metanol digunakan secara terbatas dalam mesin pembakaran dalam, dikarenakan metanol tidak mudah terbakar dibandingkan dengan bensin. Metanol kelemahan metanol sebagai bahan bakar adalah sifat korosi terhadap beberapa logam, termasuk aluminium. Metanol, merupakan asam lemah, menyerang lapisan oksida yang biasanya melindungi aluminium dari korosi:

  6 CH

  3 OH + Al

  2 O

  3 3 ) 3 + 3 H

  2 O

  → 2 Al(OCH Ketika diproduksi dari kayu atau bahan oganik lainnya, metanol organik tersebut merupakan bahan bakar terbarui yang dapat menggantikan hidrokarbon.

  Namun mobil modern pun masih tidak bisa menggunakan BA100 (100% bioalkohol) sebagai bahan bakar tanpa modifikasi.

  Metanol juga digunakan sebagai solven dan sebagai antifreeze, dan fluida pencuci kaca depan mobil. Penggunaan metanol terbanyak adalah sebagai bahan pembuat bahan kimia lainnya. Sekitar 40% metanol diubah menjadi formaldehyde, dan dari sana menjadi berbagai macam produk seperti plastik,

  

plywood , cat, peledak, dan tekstil. (Sumber http://www.wikipedia.com dan

  diakses pada tanggal 2 Desember 2010)

2.2 PENELITIAN YANG PERNAH DILAKUKAN

  Beberapa penelitian pendingin adsorpsi menggunakan zeolit-air dengan energi surya yang pernah dilakukan diantaranya oleh Hinotani (1983) mendapatkan bahwa harga COP sistem pendingin adsorpsi surya menggunakan

  O zeolit-air akan mendekati konstan pada temperatur pemanasan 160 C atau lebih.

  Grenier (1983) melakukan eksperimen sistem pendingin adsorpsi surya menggunakan zeolit-air dan mendapatkan harga COP sebesar 0,12. Pons (1986)

  Zepei (1987) melakukan pengetesan pada sistem pendingin adsorpsi 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 dan hasilnya

  O

  adalah dengan pemanasan 150 C didapatkan energi pendinginan sebesar 250 kJ per kilogram zeolit. Sebuah penyimpan dengan volume 125 L dapat didinginkan

  2

  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 adsorpsi

  O

  zeolit mencapai optimal dengan pemanasan tabung zeolit sebesar 250 C. Penelitian-penelitian tersebut menggunakan zeolit yang diproduksi di Jerman, Slovnaft-Czech, dan Perancis.

BAB III METODE

3.1 PERALATAN PENELITIAN

  Model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif yang dibuat meliputi beberapa bagian yang bisa dirangkai menjadi satu. Bagian-bagian dari model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif diilustrasikan dalam Gambar 3.1 dan Gambar 3.2.

  6

  7

  3

  5

  4

  1

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

  3

  4

  5

  6

  7

  2

  1 Gambar 3.2. Model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator vertikal.

  Keterangan gambar: 1. Tabung generator.

  2. Keran untuk saluran memasukkan dan mengeluarkan karbon aktif.

  3. Keran katup penghubung.

  4. Manometer.

  6. Keran untuk saluran memasukkan metanol.

  7. Saluran untuk menampung metanol yang akan dimasukkan ke alat. Bagian ini bisa diganti dengan pentil (nipple) saat alat akan divakum.

Gambar 3.3. Ukuran model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator horizontal.

  Model pendingin dibuat dari bahan stainless steel jenis 304. Bahan stainless steel ini dipilih karena tidak bereaksi dengan metanol dan karbon aktif. Jenis 304 dipilih karena yang banyak terdapat di pasar lokal Yogyakarta. Manometer dan semua keran yang digunakan pada model pendingin juga berbahan stainless steel dikarenakan alasan yang sama. Model pendingin dibuat dengan pengerjaan las

Gambar 3.4. Ukuran model pendingin adsorbsi metanol-karbon aktif dengan generator vertikal.

  Karbon aktif yang digunakan adalah karbon aktif yang berasal dari tempurung kelapa dan berbentuk granulat atau pelet. 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 digunakan dalam penelitian ini dipilih yang banyak terdapat di toko kimia lokal dan biasa digunakan oleh masyarakat.

  3.2 VARIABEL YANG DIUKUR

  Beberapa variabel yang akan diukur dan dicatat dalam penelitian ini antara lain:

  1. Temperatur generator (T gen ).

  2. Temperatur evaporator (T eva ).

  3. Temperatur lingkungan sekitar (T lingk ).

  4. Tekanan sistem alat (P).

  5. Waktu pencatatan data (t).

  Pengukuran temperatur menggunakan termokopel, pengukuran tekanan menggunakan manometer dan pengukuran waktu digunakan stopwatch.

  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.