Studi ekperimental pendingin absorbsi ammonia-air energi surya dengan katup pemisah generator dan evaporator - USD Repository

STUDI EKSPERIMENTAL PENDINGIN ABSORBSI AMMONIA-AIR ENERGI SURYA DENGAN KATUP PEMISAH GENERATOR DAN EVAPORATOR TUGAS AKHIR

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

  Diajukan Oleh:

RICARDO REDY HANAWIJAYA NIM: 085214045 JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2012

EXPERIMENTAL STUDY OF ABSORPTION

  

REFRIGERATION AMMONIA-WATER SOLAR ENERGI

WITH SEPARATOR VALVE GENERATOR AND

EVAPORATOR FINAL PROJECT

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

  By:

  RICARDO REDY HANAWIJAYA Student Number: 085214045 MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2012

  

PERSETUJUAN

  Skripsi yang berjudul “Studi Eksperimental Pendingin Absorbsi Ammonia-Air Energi Surya Dengan Katup Pemisah Generator dan Evaporator” telah disetujui oleh dosen pembimbing untuk diujikan.

  Yogyakarta, 15 Agustus 2012 Pembimbing Utama Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T.

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA

  Dengan ini saya menyatakan bahwa Tugas Akhir ini adalah asli karya tulisan saya dan di dalamnya tidak terdapat karya tulis yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, ataupun pernah diajukan dan atau dibuat di perguruan tinggi lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.

  Yogyakarta, 15 Agustus 2012 Penulis, Ricardo Redy Hanawijaya NIM. 085214045

  

PENGESAHAN

  Skripsi yang berjudul “Studi eksperimental pendingin absorbsi ammonia-air energi surya dengan katup pemisah generator dan evaporator” ini telah dipertahankan di depan Dewan Penguji pada tanggal 15 Agustus 2102 dan dinyatakan “LULUS” dengan gelar Sarjana Teknik

  

PANITIA PENGUJI

Ketua : Ir. P.K. Purwadi, M.T. ………………… Sekretaris : Dr. Drs. Vet. Asan Damanik, M.Si. ………………… Anggota : Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. …………………

  Yogyakarta, 27 Agustus 2012 Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Dekan, Paulina Heruningsih Proma Rosa. S.Si., M.Sc.

  

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

  Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta : Nama : RICARDO REDY HANAWIJAYA NIM : 085214045 Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta karya ilmiah dengan judul :

  

STUDI EKSPERIMENTAL PENDINGIN ABSORBSI

AMMONIA-AIR ENERGI SURYA DENGAN KATUP

PEMISAH GENERATOR DAN EVAPORATOR

  Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta 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 : 15 Agustus 2012 Yang menyatakan, RICARDO REDY HANAWIJAYA

  

ABSTRAK

  Sistem pendingin yang ada pada saat ini umumnya menggunakan sistem kompresi uap dengan berbagai macam tipe refrijeran sintetik misalnya R-11, R-12, R-22, R-505 dan sebagainya. Selain membutuhkan energi listrik pada sistem kompresi uap ini, kebocoran akan refrijeran yang digunakan akan menimbulkan kerusakan lapisan ozon, sehingga untuk mengatasi permasalahan ini dibutuhkan sistem pendingin sederhana yang dapat bekerja tanpa menggunakan energi listrik. Salah satu sistem pendingin tersebut adalah sistem pendingin absorbsi amonia-air energi surya. Sistem pendingin absorbsi amonia-air hanya memerlukan energi panas untuk dapat bekerja selain itu amonia dan air bukan merupakan refrijeran sintetik sehingga dampak negatif kerusakan pada lapisan ozon tidak terjadi. Tujuan penelitian ini adalah membuat model pendingin absorbsi amonia-air dengan amonia sebagai refrijeran dan meneliti unjuk kerja dan temperatur pendinginan yang dapat dihasilkan.

  Dalam penelitian ini digunakan generator berfungsi juga sebagai absorber, kondensor berbentuk spiral dan evaporator. Generator ini mempunyai panjang 200 cm dan berdiameter 10 cm sedangkan katup fluida satu arah mempunyai tinggi 30 cm dan berdiameter 10 cm. Di dalam generator ini terdapat pipa celup dan pipa uap. Bahan yang digunakan dalam pembuatan alat adalah stainless steel. Kolektor yang digunakan dalam penelitian ini adalah kolektor parabola silinder (Parabolic trough collectors). Variabel yang diukur dalam penelitian ini adalah temperatur generator (T1), temperatur kondensor (T2), temperatur evaporator (T3), temperatur kotak evaporator (T4), tekanan generator (P1), tekanan

  )

  evaporator (P2), intensitas energi surya (G dan waktu pencatatan data (t). Hasil penelitian menunjukkan bahwa temperatur terendah yang dapat dicapai evaporator adalah 3 °C dan COP tertinggi dalam penelitian adalah 0,97.

  Kata kunci: pendingin absorbsi, ammonia, unjuk kerja, temperatur pendinginan

KATA PENGANTAR

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

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

  Penelitian Tugas Akhir dengan judul “Studi eksperimental pendingin absorbsi ammonia-air energi surya dengan katup pemisah generator dan evaporator” ini dapat berjalan dengan baik karena adanya bantuan secara langsung maupun tidak langsung dan kerjasama dari berbagai pihak. Menyadari hal itu, maka pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

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

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

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

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

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

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

  7. Rekan kerja Agustinus Supriyono, Bayu Dwi Wicaksono yang telah saling membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.

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

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

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

  Yogyakarta, Penulis, Ricardo Redy Hanawijaya

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

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

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

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

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

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

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

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

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

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

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

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

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

  1

  1.l Latar Belakang ........................................................................... 1 1.2 Batasan Masalah ........................................................................

  2

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

  1.4 Manfaat Penelitian ...................................................................... 3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA .............................................................

  4

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

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

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

  20

  3.1 Deskripsi Alat ............................................................................. 20

  3.2 Variabel Yang Diukur ................................................................. 23

  3.3 Langkah Penelitian ...................................................................... 24

  3.4 Peralatan Pendukung ................................................................... 25

  

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ………………………………. 29

  4.1 Data Hasil Penelitian …………………………………………... 29

  4.2 Grafik dan Pembahasan ............................................................... 33

  

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

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

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

  

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 45

LAMPIRAN ............................................................................................... 47

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Pengambilan data pertama tanggal 23 juli 2012 …………….28Tabel 4.2. Pengambilan data kedua tanggal 24 juli 2012………………...29Tabel 4.3. Pengambilan data ketiga tanggal 26 juli 2012………………..30

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema alat pendingin absorbsi generator horizontal

  (Songko Probo, 2010)............................................................ 5

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

  (Yudhokusumo, A. S, 2011)…………..…………………… 6

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

  (Gunawan, P. A.B, 2011)………………...…………………7

Gambar 2.4. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator menggunakan receiver untuk mengetahui

  efek massa air dalam evaporator, (Heribertus, H. B. P, 2012)………….……………….............8

  Gambar 2.5a. Siklus pendinginan absorbsi ...................................................9 Gambar 2.5b. Skema diagram alir refrigerator carnot...................................13

Gambar 2.6. Kolektor thermosyphon plat datar .........................................14Gambar 2.7. Evacuated tube collectors ......................................................15

  Gambar 2.8a. Parabolic dish collectors ........................................................16 Gambar 2.8b. Parabolic trough collectors ....................................................16

Gambar 2.9. Ammonia-Air ........................................................................18Gambar 3.1. Skema alat pendingin absorbsi ..............................................20Gambar 3.2. Peletakan termokopel ............................................................21Gambar 3.3. Dimensi generator .................................................................22

  Gambar. 3.5. Variabel yang diukur………………………..………….......23

  

Gambar. 3.6. Stopwatch……………………………………….……………..… 25

Gambar. 3.7. Kolektor….……………………………………………….…….. 26

Gambar. 3.8. Logger…………………………………………………………… 26

Gambar. 3.9. Termokopel……………………………………………………… 27

Gambar. 3.10. Manometer………………………………………………………. 27

Gambar 3.11. The daystar meter…………………………………………... 28

  Gambar 4.4a. Grafik tekanan terhadap waktu.............................................. 33 Gambar 4.4b. Diagram tekanan maksimal terhadap waktu..........................34

Gambar 4.5. Grafik temperatur evaporator (T3) terhadap waktu.............. 35

  Gambar 4.6a. Grafik temperatur kotak evaporator (T4) terhadap waktu.... 35 Gambar 4.6b. Diagram suhu terendah kotak evaporator (T4) terhadap waktu......................................................................................36

Gambar 4.7. Grafik hubungan antara tekanan dan intensitas energi surya data pertama..........................................................................36Gambar 4.8. Grafik hubungan antara tekanan dan intensitas energi surya data kedua.............................................................................. 37Gambar 4.9. Grafik hubungan antara tekanan dan intensitas energi surya data ketiga.............................................................................. 38Gambar 4.10. Grafik tekanan waktu, Absorbsi ammonia-air energi surya mwngunakan kondensor dan evaporator berpendingin air

  (Supriyono, A. 2012).............................................................39 Gambar4.11. Grafik temperatur evaporator (T3) terhadap waktu, Absorbsi ammonia-air energi surya menggunakan kondensor dan

Gambar 4.11. Grafik perbandingan COP rata-rata semua data...................41

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Kebutuhan akan sistem pendingin untuk pengawetan bahan makanan, hasil panen, hasil perikanan dan obat-obatan dan sebagainya dirasakan semakin meningkat khususnya didaerah pedesaan dan daerah terpencil. Sistem pendingin merupakan pelepasan kalor dari suatu substansi dengan cara penurunan temperatur dan pemindahan panas ke substansi lainnya.

  Pemakaian sistem pendingin dari keperluannya dapat dibagi menjadi dua macam: untuk keperluan industri dan untuk membuat udara didalam ruangan sejuk dan nyaman. Saat ini banyak refrigeran yang digunakan untuk sistem pendingin seperti R-11, R-12, R-22, dan R-505. Dominasi penggunaan refrigeran tersebut disebabkan karena memiliki beberapa kelebihan misalnya kestabilan yang tinggi, tidak mudah terbakar, tidak beracun, dan relative mudah diperoleh. Namun disamping sifat-sifat yang menguntungkan, beberapa refrigeran terutama yang mengandung senyawa CFC (Cloro Flouro Carbon) seperti R-11 dan R-12 mempunyai efek negatif terhadap lingkungan seperti merusak lapisan ozon dan sifat menimbulkan pemanasan global.

  Salah satu sistem pendingin sederhana yang tidak memerlukan energi listrik adalah sistem pendingin absorbsi ammonia-air. Pada sistem pendingin absorbsi ammonia-air ini digunakan pipa celup yang berfungsi untuk masuknya uap ammonia saat proses absorbsi agar uap ammonia dapat terserap dengan cepat oleh absorber. Sistem pendingin absorbsi ammonia- air hanya memerlukan energi panas yang dari pembakaran kayu, bahan bakar minyak, batubara, gas bumi dan sebagainya. Tetapi energi panas juga dapat berasal dari buangan proses industri, biomassa, biogas atau energi dari alam seperti panas bumi dan energi surya, selain itu ammonia dan air bukan merupakan refrijeran sintetik sehingga resiko kerusakan alam tidak terjadi.

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

1.2. Batasan Masalah

  Unjuk kerja alat pendingin tergantung pada unjuk kerja generator dan evaporator. Unjuk kerja generator selain ditentukan oleh kemampuan generator dalam menghasilkan uap pada proses pemanasan juga tergantung pada kemampuan generator menyerap ammonia dalam air pada proses absorbsi serta intensitas energi surya yang dipantulkan oleh kolektor ke generator. Intensitas energi surya sangat tergantung pada letak daerah, musim, cuaca, waktu, dll.

  Pada penelitian ini digunakan generator yang berfungsi sebagai absorber, kondensor dan evaporator serta logger yang digunakan untuk mencatat dan menampilkan temperatur. Logger yang saya gunakan hanya bisa menampilkan suhu terendah -5°C. Penelitian ini meneliti pengaruh intensitas energi surya terhadap tekanan, perubahan temperatur pendinginan dan unjuk kerja yang dihasilkan. Pengambilan data ini dilakukan sebanyak 3 kali, untuk pengambilan data proses desorbsi dilakukan tiap 15 menit pada siang hari dan proses absorbsi dilakukan tiap 5 menit pada pagi hari.

  Pengambilan data ini dilakukan pada bulan Juni-Juli 2012 tempat di Kampus III Universitas Sanata Dharma Sleman, Yogyakarta. Alat yang digunakan untuk pengambilan data tidak bisa mencatat secara otomatis.

  1.3. Tujuan Penelitian

  Tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti yaitu :

  1. Membuat model pendingin absorbsi amonia-air dengan bahan yang mudah didapatkan di pasar lokal dan dapat dikerjakan dengan teknologi yang didukung kemampuan industri lokal.

  2. Mengetahui temperatur pendinginan yang dapat dihasilkan oleh sistem pendingin absorbsi ammonia-air.

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

  1.4. Manfaat Penelitian

  Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini: 1. Menambah kepustakaan teknologi tentang pendingin sistem absorbsi.

  2. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi pendingin absorbsi yang dapat diterima di dunia industri dan masyarakat, sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan dan mengurangi ketergantungan penggunaan minyak bumi dan listrik yang semakin tinggi.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian yang Pernah Dilakukan

  Beberapa penelitian pendingin adsorbsi menggunakan zeolit-air dengan energi surya mendapatkan harga COP sistem pendingin adsorbsi surya menggunakan zeolit-air akan mendekati konstan pada temperatur pemanasan 160℃ (Hinotani, 1983). Melakukan eksperimen sistem pendingin adsorbsi surya menggunakan zeolit-air dan mendapatkan harga COP sebesar 0,12 (Grenier, 1983). Meneliti pendingin adsorbsi surya zeolit- air namun COP nya hanya 0,1 (Pons, 1986). Melakukan penelitian pada sistem pendingin adsorbsi surya zeolit-air dengan kolektor plat datar dan kondensor berpendingin udara mendapatkan COP sebesar 0,054 (Zhu, 1987). Melakukan penelitian dan hasilnya adalah dengan pemanasan 150℃ didapatkan energi pendinginan sebesar 250 kJ per kilogram zeolit (Kreussler, 1999). Mendapatkan COP sebesar 0,25 dengan pemanasan menggunakan kolektor parabola (Ramos, 2003). Penelitian-penelitian tersebut menggunakan zeolit yang diproduksi di Jerman, Slovnaft-Czech, dan Prancis. Melakukan penelitian sistem pendingin absorbsi ammonia air menggunakan generator horizontal dengan variasi kadar ammonia dan tekanan saat proses desorbsi mendapatkan COP sebesar 0,98 (Songko Probo, 2010). Melakukan penelitian sistem pendingin absorbsi

  0,91 (Yudhokusumo, 2011). Melakukan penelitian sistem pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator menggunakan receiver (Budigunawan, 2011). Melakukan penelitian untuk mengetahui efek massa air dalam evaporator terhadap unjuk kerja pendingin absorbsi ammonia-air (Heribertus, 2012).

  Berikut adalah skema alat dari penelitian Songko Probo (2010).

Gambar 2.1. Skema alat pendingin absorbsi generator horizontal

  Keterangan :

  1. Generator yang juga berfungsi sebagai absorber

  2. Saluran masuk ammonia

  3. Kondensor yang juga berfungsi sebagai evaporator

  4. Manometer

  5. Torong masuk ammonia

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

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

  1

  2

  7

  3

  8

  4

  5

  6 Keterangan : 1. Saluran untuk menampung amonia yang akan dimasukkan ke alat.

  Bagian ini bisa diganti dengan pentil saat alat akan divakum.

  2. Keran ball valve ¾ inci

  3. Pipa ¾ inci

  4. Penguat katup fluida satu arah

  5. Generator yang juga sekaligus sebagai absorber

  6. Penguat generator

  7. Manometer

  8. Kondensor sekaligus evaporator Hal ini berkembang pada penelitian Alexander Budi, P,.G, yang menembahkan receiver pada evaporator untuk menampung air agar tidak masuk kedalam evaporator, berikut adalah sekema alat penelitian tersebut (Gunawan, 2011).

  .

  1

  5

  2

  6

  7

  3

  4 Keterangan :

  1. Corong pengisi

  2. Keran

  3. Tabung Generator atas

  4. Tabung Generator bawah

  5. Manometer

  6. Evaporator

  7. Reciever (penampung) Kemudian hal ini berkembang pada penelitian selanjutnya

  (Heribertus, 2012) yang meneliti efek massa air dalam evaporator terhadap unjuk kerja pendingin absorbsi ammonia-air dengan volume ammonia 30% sebanyak 1250cc, berikut adalah sekema alat penelitian tersebut (Heribertus, 2012).

Gambar 2.4. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator menggunakan receiver untuk mengetahui efek massa air dalam

  evaporator Banyak hal yang mempengaruhi dari unjuk kerja pendinginan ini maka sangat penting penelitian-penelitian semacam ini dilakukan agar alat

2.2 Dasar Teori

  Pendingin absorbsi umumnya terdiri dari 4 (empat) komponen utama yaitu : (1) absorber, (2) generator, (3) kondensor, (4) evaporator. Pada penelitian ini model pendingin absorbsi yang dibuat terdiri dari tiga komponen karena komponen absorber dan generator disatukan, komponen kondensor dan evaporator.

  Gambar 2.5a. Siklus pendinginan absorbsi Ammonia merupakan salah satu refrijeran dalam suatu sistem pendingin. Ammonia murni mempunyai titik didih -33,7℃ pada tekanan 1 atm dan bersifat sangat korosif terhadap tembaga dan kuningan sehingga dalam pembuatan alat penelitian semua bahan menggunakan stainless steel.

  Dalam penelitian ini digunakan campuran ammonia air karena amonia merupakan refrijeran yang dapat melarutkan air dengan baik sehingga air dapat menyerap uap ammonia saat proses absorbsi.

  Siklus pendinginan absorbsi terdiri dari proses absorbsi (penyerapan) refrijeran (ammonia) ke dalam absorber (air) dan proses pelepasan refrijeran dari absorber (proses desorbsi). Proses desorbsi dan absorbsi terjadi pada absorber (pada generator). Pada proses desorbsi generator memerlukan energi panas untuk dapat menguapkan ammonia. Energi panas dapat berasal dari pembakaran kayu, batubara, minyak bumi, gas alam, panas bumi, biogas, dan sebagainya

  Energi panas dari kolektor menaikkan temperatur campuran ammonia- air yang ada dalam tabung generator. Karena ammonia mempunyai titik didih lebih rendah dibanding air maka ammonia menguap terlebih dahulu. Uap ammonia ini mengalir dari generator menuju ke evaporator melalui kondensor. Di dalam kondensor uap ammonia mengalami pendinginan dan mengembun. Cairan ammonia di evaporator mengalami ekspansi sehingga tekanannya turun. Karena tekanan ammonia di dalam evaporator turun maka temperaturnya pun turun hingga di bawah 0℃. Evaporator umumnya diletakkan di kotak pendingin. Di dalam kotak pendingin diletakkan bahan- bahan yang ingin didinginkan. Karena mendinginkan bahan-bahan tersebut maka cairan ammonia di dalam evaporator akan menguap dan mengalir kembali ke dalam generator melewati kondensor. Di dalam generator uap ammonia tersebut diserap oleh air, proses ini disebut absorbsi. Siklus tersebut akan berlangsung terus-menerus jika ada sumber panas. Selama proses desorbsi pendinginan di dalam evaporator tidak dapat terjadi karena

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

  Absorbsi

  persamaan :

  (1)

  COP =

  absorbsi

  Kerja pendinginan dapat dihitung dengan persamaan : Kerja pendinginan = ∆(m.h) evaporator (2)

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

  Energi surya yang digunakan untuk menaikan temperature sejumlah massa pada generator adalah sebesar intensitas energi surya yang diterima oleh kolektor berbanding dengan luasan permukaan kolektornya:

  Energi = G . A (4)

  surya

  Sehingga untuk mengetahui efisiensi kolektor ( Kolektor ) dapat diketahui dengan membandingkan kerja pemanasan untuk menaikkan temperatur sejumlah massa pada generator berbanding terbalik dengan

  η kolektor

  = (5) dengan : m : massa (ammonia dan tabung) yang dipanasi kolektor (kg) C P : panas jenis (ammonia dan tabung) (J/(kg.K)) T

  awal

  : temperatur ammonia sebelum dipanasi (

  o

  C) T

  akhir

  : temperatur ammonia setelah dipanasi (

  o

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

  2

  ) A : luas Apertur (m

  

2

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

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

  Refrigerator carnot menerima kerja luar (W) dan menyerap panas Q1 dari reservoir dengan (hent sink) temperature T1 serta member panas Q2 ke reservoir panas temperature T2. Skema diagram alir refrigerator carnot: Gambar 2.5b. Skema diagram alir refrigerator carnot Jadi dapat dibuat hubungan, W = Q

  1 – Q

  2

  (1) Koefisien performance,

  COP =

  = (2)

  = (3)

  Dari persamaan diatas 2 dan 3 dapat (4)

  =

2.2.1 Kolektor

  Terdapat tiga jenis kolektor surya yang diklasifikasikan ke dalam

  Solar Thermal Collector System dan juga memiliki korelasi dengan

  pengklasifikasian kolektor surya berdasarkan dimensi dan geometri dari receiver yang dimilikinya:

  1. Flat-Plate Collectors ( kolektor plat datar)

  2. Parabolic Collectors ( kolektor parabola )

  3. Evacuated Tube Collectors (kolektor plat datar tabung vakum) Kolektor surya plat datar bisa memanfaatkan paparan radiasi matahari melalui sorotan langsung dan juga sebaran, tidak memerlukan tracking matahari atau perubahan posisi mengikuti matahari dan juga karena desainnya yang sederhana, hanya sedikit memerlukan perawatan dan biaya pembuatan yang tidak susah. Kolektor pelat datar (Gambar 2.6)

  o

  dapat menghasilkan suhu antara 70-80 C.

Gambar 2.6 Kolektor thermosyphon plat datar

  Evacuated tube collectors (Gambar 2.7) menghasilkan energi

  panas yang lebih tinggi dibandingkan dengan dua jenis kolektor surya sebelumnya. Evacuated Tube Collectors memiliki efisiensi transfer panasnya yang tinggi tetapi faktor kehilangan panasnya yang relatif rendah. Hal ini dikarenakan fluida yang terjebak diantara absorber dan tutupnya dikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasi kehilangan panas yang terjadi secara konveksi dari permukaan luar absorber menuju lingkungan

Gambar 2.7 Evacuated Tube Collectors

  Kolektor ini menggunakan cermin berbentuk parabolis untuk merefleksikan radiasi surya dan mengkonsentrasikan energinya pada area tertentu. Agar tetap dapat memfokuskan radiasi surya yang datang kolektor ini harus dapat bergerak mengikuti gerak matahari dari terbit sampai tenggelam Ada 2 jenis kolektor plat parabolik :

  1. Parabolic dish collectors (Dish) berguna untuk memfokuskan pantulan radiasi sinar matahari ke satu titik receiver (Gambar 2.8.a).

  2. Parabolic trough collectors (Tabung) berguna untuk mamfokuskan pantulan radiasi matahari ke suatu titik memanjang yang berbentuk garis. Agar pemanasan dapat berjalan maksimal kolektor harus di ubah posisinya tiap beberapa waktu mengikuti paparan matahari. Jenis trough berbentuk setengah tabung memanjang.

  O O

  Jenis ini dapat menghasilkan temperatur 90 C sampai 290 C dengan efisiensi  maks 60% (pada tengah hari) maksudnya 60% energi surya yang datang dapat dikonversi langsung menjadi panas termal dan diserap fluida kerja (Gambar 2.8.b).

  Kolektor yang dipilih untuk penelitian ini adalah kolektor

  Parabolic trough collectors, karena kolektor surya jenis ini yang paling

  cocok diaplikasikan pada generator yang berbentuk horizontal dan kolektor ini mampu memfokuskan energi radiasi cahaya matahari yang besar pada receiver ( generator ) dibandingkan dengan kedua jenis kolektor yang lain, sehingga dengan itu diharapkan bisa menghasilkan temperature yang tinggi. Dalam proses disorbsi atau pemanasan pada tabung generator dibutuhkan kolektor yang befungsi untuk memantulkan radiasi surya matahari ke generator. Kolektor surya dapat didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi sinar matahari sebagai sumber energi utama, ketika cahaya matahari menimpa allumunium foil pada kolektor surya, cahaya akan di fokuskan ke sesuatu titik, dalam hal ini adalah tabung generator. Dengan menggunakan sistem pemanasan yang terfokus maka akan dapat meningkatkan kuantitas energi panas yang diserap oleh absorber. Berikut ini merupakan keterangan lebih lanjut tentang sifat-sifat adsorber dan ammonia yang digunakan.

2.2.2 Ammonia

  Ammonia adalah bahan kimia dengan formula kimia NH . Titik beku

  3

  ialah -77,74°C dan titik didihnya ialah -33.7 °C. Pada suhu dan tekanan yang tinggi, ammonia adalah gas yang tidak mempunyai warna dan lebih

  Ammonia cair terkenal dengan sifat mudah larut. Ia dapat melarutkan logam alkali dengan mudah untuk membentuk larutan yang berwarna dan dapat mengalirkan elektrik dengan baik. Ammonia dapat larut dalam air. Larutan ammonia dengan air mengandung sedikit ammonium hidroksida (NH

  4 OH).

  Ammonia tidak menyebabkan kebakaran, dan tidak akan terbakar kecuali dicampur dengan oksigen. Nyala ammonia apabila terbakar adalah hijau kekuningan. Dan meletup apabila dicampur dengan udara. Ammonia dapat digunakan untuk pembersih, pemutih dan mengurangi bau busuk. Larutan pembersih yang dijual kepada konsumen menggunakan larutan ammonia hidroksida cair sebagai pembersih utama. Tetapi, dalam penggunaanya haruslah berhati-hati karena penggunaan untuk jangka waktu yang lama dapat mengganggu pernafasan.

Gambar 2.9. Ammonia-Air Selain pasangan adsorbsi gas ammonia-Air terdapat beberapa pasangan pendingin adsorbsi yang lain, antara lain:

  1. Air-Litium bromida Sistem air-litium bromida banyak digunakan untuk pengkondisian udara dimana suhu evaporasi berada di atas 0 ºC. Litium Bromida (LiBr) adalah suatu kristal garam padat, yang dapat menyerap uap air. Larutan cair yang terjadi member tekanan uap yang merupakan fungsi suhu dan konsentrasi larutan. Hubungan antara entalpi dengan persentase litium-bromida dalam larutan LiBr pada berbagai suhu larutan. Proses terjadi kristalisasi larutan LiBr-H

  2 O, yaitu pada keadaan yang

  mana larutan mengalami pemadatan. Proses yang terjadi pada wilayah melewati batas kristalisasi akan mengakibatkan pembentukan lumpur padat dan penyumbatan sehingga mengganggu aliran didalam pipa.

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Deskripsi Alat

  Skema alat pendingin absorbsi amonia-air dengan kotak pendingin yang dirancang ditunjukkan pada Gambar 3.1. ₃

  4 _{5 6 1 2 8}

  7 _{1 10}

  9

  1

  15

  12

  13

  14

  13 Gambar 3.1. Skema alat pendingin absorbsi dengan kotak pendingin

  Keterangan :

  1. Generator

  9. Katup pemisah

  2. Pipa celup

  10. Manometer evaporator

  3. Torong pengisian

  11. Kotak evaporator

  4. Manometer generator

  12. Evaporator

  5. Katup / kran

  13. Rangka pendukung evaporator

  6. Water mur

  14. Rangka pendukung generator

  7. Kotak kondensor

  15. Kolektor

  8. Kondensor

  T2 T1 T3 T4

Gambar 3.2 Peletakan termokoper

  Keterangan :

  1. Temperatur generator (T1)

  2. Temperatur kondensor (T2)

  3. Temperatur evaporator (T3)

  4. Temperatur kotak evaporator (T4) Berikut adalah gambar dimensi generator. Pada Gambar 3.3. dapat dilihat ukuran generator dan ukuran katup fluida satu arah. Generator ini mempunyai panjang 200 cm dan berdiameter 10 cm sedangkan katup fluida satu arah mempunyai tinggi 30 cm dan berdiameter 10 cm. Di dalam generator ini terdapat pipa celup dan pipa uap. Pipa celup berfungsi sebagai tempat masuknya campuran ammonia-air ke dalam generator sekaligus sebagai jalan masuknya uap ammonia saat proses absorbsi agar uap ammonia dapat bercampur dan terserap langsung oleh air sedangkan pipa uap berfungsi sebagai jalan masuknya uap ammonia yang kemudian menuju ke evaporator saat proses desorbsi.

  Pipa celup

Gambar 3.3. Dimensi generator

  Dimensi pipa celup ditunjukkan pada Gambar 3.4. Pipa celup sepanjang 33 cm terletak di antara generator dan katup fluida satu arah. Pipa celup ini menggantung sepanjang 8 cm dalam generator dan 5 cm menonjol dalam katup fluida satu arah.

Gambar 3.4. Dimensi pipa celup Bagian dalam generator dan katup fluida satu arah pada penelitian ini terdiri dari 4 komponen yaitu:

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

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

  3. Pipa diameter 1 inci panjang 20 cm untuk jalan uap amonia.

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

3.2. Variabel yang Diukur

Gambar 3.5 Variabel yang diukur

  Dalam penelitian ini variabel-variabel yang diukur antara lain :

  1. Temperatur generator (T1)

  2. Temperatur kondensor (T2)

  3. Temperatur evaporator (T3)

  4. Temperatur kotak evaporator (T4)

  5. Tekanan generator (P1)

  6. Tekanan evaporator (P2)

3.3 Langkah Penelitian

  Pengambilan data dalam penelitian ini menggunakan metode langsung yaitu penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah dibuat. Langkah-langkah yang dilakukan adalah sebagai berikut :

  1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti Gambar 3.1

  2. Alat dipasang termokopel pada tempat yang akan diukur suhunya

  3. Alat divakumkan menggunakan pompa vakum

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

  5. Pengambilan data dilakukan dengan volume campuran amonia-air, bukaan keran saat proses absorbsi, dan keran terbuka penuh saat proses pendinginan.

  6. Pengambilan data dilakukan setiap 15 menit dengan mencatat suhu di setiap titik pada proses desorbsi dan pengambilan data dilakukan setiap 5 menit dengan mencatat suhu di setiap titik pada proses absorbsi.

  7. Data yang dicatat saat proses desorbsi adalah waktu (t), tekanan generator (P1), tekanan evaporator (P2), temperatur generator (T1), temperatur kondensor (T2), temperatur evaporator (T3), temperatur kotak evaporator (T4), intensitas energi surya (G) sedangkan data yang dicatat saat proses absorbsi adalah waktu (t), tekanan evaporator (P2), temperatur generator (T1), temperatur kondensor (T2), temperatur evaporator (T3), temperatur kotak evaporator (T4).

  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 tekanan (P) terhadap waktu

  2. Hubungan temperatur evaporator (T3) terhadap waktu

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

  4. COP rata-rata setiap data

3.4 Peralatan Pendukung

  Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :

  a. Stopwatch Alat ini digunakan untuk mengukur waktu pencatatan tekanan dan temperatur.

Gambar 3.6. Stopwatch b. Kolektor Alat ini digunakan untuk memantulkan energi surya dalam memanaskan generator saat proses desorbsi.

Gambar 3.7. Kolektor

  c. Penampil (Logger) Logger digunakan untuk mencatat dan menampilkan temperatur di

  setiap titik dari termokopel. d. Termokopel Termokopel digunakan untuk mengukur temperatur yang dihubungkan ke logger.

Gambar 3.9. Termokopel

  e. Manometer Manometer digunakan untuk mengukur tekanan evaporator.

Gambar 3.10. Manometer

  f. The daystar meter The daystar meter digunakan untuk mencatat dan menampilkan

  intensitas energi surya.

Gambar 3.11. The daystar meter

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Hasil Penelitian

  36

  33 29 804 17 240 8,00 8,00

  36

  82

  33 29 833 16 225 8,00 8,00

  37

  83

  33 28 901 15 210 8,00 8,00

  83

  36

  32 29 889 14 195 7,75 7,75

  35

  75

  32 30 969 13 180 7,40 7,40

  35

  75

  30 27 984 12 165 6,90 6,90

  82

  24

  32 29 902 18 245 0,00 5,25

  22

  11 18 0,97

  24

  21

  10 18 0,96 23 270 0,00 0,50

  24

  21

  9 19 0,96 22 265 0,00 0,50

  21

  75

  5 18 0,95 21 260 0,00 0,50

  24

  21

  3 17 0,94 20 255 0,00 0,50

  24

  21

  19 20 0,98 proses absorbsi 19 250 0,00 0,50

  24

  35

  Pengambilan data pada penelitian pendingin absorbsi ammonia-air menggunakan pipa celup 80 mm dengan tiga kali pengambilan data untuk mengetahui unjuk kerja alat absorbsi tenaga surya

Tabel 4.1. Pengambilan data pertama tanggal 23 Juli 2012

  22

  56

  4 45 2,00 2,00

  21 19 953

  27

  50

  3 30 1,00 1,00

  19 20 954

  34

  25 20 971

  2 15 0,75 0,75

  16 19 930 proses desorbsi

  19

  32

  Keterangan P1 P2 T1 T2 T3 T4 (Watt/m²) 1 0,00 0,00

  COP intensitas energi surya

  (bar) Suhu (˚C)

  No Waktu Tekanan

  28

  5 60 2,90 2,90

  33

  29 27 220 8 105 3,50 3,50

  66

  29 27 1015 10 135 5,10 5,10

  30

  60

  29 27 994 9 120 4,50 4,50

  29

  53

  33

  62

  66

  7 90 3,40 3,40

  27 26 162

  34

  67

  6 75 3,50 3,50

  27 21 271

  30

  30 29 985 11 150 6,00 6,00

Tabel 4.1. Pengambilan data pertama tanggal 23 Juli 2012 (lanjutan)

  42

  53

  6 75 3,00 3,00

  27 27 1027

  26

  52

  5 60 2,50 2,50

  25 26 962

  24

  4 45 1,50 1,50

  28 27 1046

  25 25 236

  26

  45

  3 30 1,50 1,50

  20 21 869

  19

  42

  2 15 1,00 1,00

  19 21 705 proses desorbsi

  27

  7 90 4,50 4,50

  26

  30 29 987 11 150 7,50 7,50

  36

  81

  33 29 181 13 180 7,25 7,25

  36

  86