Uji Kinerja Mesin Pendingin Tenaga Surya Dengan Luas Kolektor 0.25 m2 Chapter III V
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Metode Pelaksanaan Penelitian
Dalam pelaksaan penelitian ini dilakukan kegiatan-kegiatan yang
meliputi tahapan yaitu:
MULAI
TAHAPAN PERSIAPAN
SURVEY
LAPANGAN
PERANCANGAN ALAT ADSORPSI
KARBON AKTIF-ALUMINA-METANOL
PENGUJIAN ALAT ADSORPSI
KARBON AKTIF-ALUMINA-METANOL
PERANCANGAN KOLEKTOR
PERANCANGAN KONDENSOR
PERANCANGAN EVAPORATOR
ASSEMBLING MESIN PENDINGIN
SIKLUS ADSORPSI
PEGUJIAN MESIN PENDINGIN
SIKLUS ADSORPSI
ANALISA DATA
SELESAI
Universitas Sumatera Utara
3.2 Tempat dan Waktu
Tempat penelitian adalah laboratorium Teknik Pendingin, gedung Fakultas
Teknik USU. Waktu pelaksanaan penelitian 7 bulan.
3.3. Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Pelat stainless
Pelat stainless digunakan sebagai bahan utama pembuatan kolektor, sirip
kondensor, dan evaporator. Ketebalan plat stainless yang digunakan dalam
perancangan mesin pendingin tenaga surya adalah 1 mm sebanyak 2 lembar.
Gambar 3.1 Pelat stainless
2. Karbon aktif
Karbon Aktif digunakan sebagai adsorben untuk menyerap metanol pada
proses adsorpsi. Karbon aktif dalan penelitian ini dibutuhkan sebanyak 5 kg.
3.Alumina
Alumina dalam penelitian ini berperan sebagai adsorben sama halnya
dengan fungsi karbon aktif menyerap metanol pada saat proses adsorpsi.
Alumina pada penelitian ini dibutuhkan sebanyak 5 kg.
4.Metanol
Metanol
pada
penelitian
ini
dibutuhkan sebanyak 3 L. Hal ini
dikarenakan pada saat pengujian kemampuan adsorpsi menggunakan 0,5
Universitas Sumatera Utara
kg karbon aktif + 0.5 kg Alumina aktif beserta peletakan 10 buah steel
ball berdiameter 22 mm jumlah refrigeran yang diserap adalah 350 mm.
5. Bola Stainless (mimis)
Bola stainless (mimis) digunakan sebagai bahan campuran karbon aktif
dan
alumina. Kegunaannya adalah sebagai
penyerap dan penyimpan
panas pada kolektor. Jumlah bola stainless yang digunakan sebanyak 80
buah.
Gambar 3.2 Bola Stainless (mimis)
6. Pipa Stainless
Pipa stainless berukuran 1/2” dengan panjang 4 m dan 1” dengan panjang
1m digunakan sebagai bahan pembuat kondensor dan juga sebagai pipa
penyambung antara kolektor, kondensor, dan evaporator.
Gambar 3.3 Pipa Stainless
Universitas Sumatera Utara
7. Rockwool
Bahan rockwool digunakan sebagai lapisan isolator pada dinding kolektor
surya. Bahan ini berfungsi untuk mencegah kehilangan panas keluar dari
solar collector . Jenis Rockwool yang dipakai adalah jenis Wire Mesh yang
memiliki konduktivitas 0,043 W/mk. Pada rancang bangun ini ketebalan
rockwool yang dirancang pada kolektor adalah 30 mm.
Gambar 3.4 Rockwool
8. Kaca
Bahan ini digunakan sebagai jalur masuknya radiasi matahari dan untuk
meningkatkan performance dari solar collector. Kaca yang digunakan
memiliki ketebalan 5 mm, konduktivitas termal 0,81 W/m.K, transmisivitas
( ) = 0,85, refleksi (ρ) = 0,09, absorsivitas (α) = 0,06 dan emisivitas ( ) =
0,88
Gambar 3.5 Kaca
Universitas Sumatera Utara
9. Plat besi siku
Plat siku digunakan sebagai bahan pembuat rangka/ konstruksi mesin
pendingin tenaga surya. Bahan ini berukuran 5 cm x 5 cm.
Gambar 3.6 Plat besi siku
10. Papan
Papan digunakan untuk membuat kotak isolasi kolektor. Dalam pembuatan
kotak isolasi kolektor papan dibutuhkan sepanjang 3 m.
Gambar 3.7 Papan
11. Selang Karet
Selang
karet berukuran ¾” sepanjang 1 m digunakan sebagai
penyambung antara kolektor, kondensor, dan evaporator dan juga sebagai
jalur sirkulasi refrigeran pada saat proses adsorpsi dan desorpsi berlangsung.
Gambar 3.8 Selang karet
Universitas Sumatera Utara
12. Kotak isolasi styrofoam
Kotak isolasi berfungsi untuk mengisolasi ruangan evaporator tempat
proses pendinginan air agar tidak dioengaruhi suhu lingkungan. Kotak
isolasi terbuat dari bahan styrofoam dengan ketebalan 25 mm.
Gambar 3.9 Kotak isolasi styrofoam
13. Jaring kawat
Jaring kawat berfungsi untuk menahan karbon aktif, alumina, dan
mimis agar tidak jatuh ke ruangan kosong yang ada pada kolektor. Jaring
kawat dibutuhkan 63 cm x 63 cm.
Gambar 3.10 Jaring kawat
14. Katup (valve)
Katup adalah alat yang berfungsi menutup dan membuka/ memutus
dan menghubungkan aliran fluida atau refrigeran saat berlangsungnya
proses adsorpsi dan desorpsi berlangsung. Katup yang dibutuhkan
sebanyak 4 buah yang masing masing fungsinya adalah sebagai
penghubung antara kolektor, kondensor, dan evaporator dan sebagai
keran penghubung pada proses pemvakuman.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.11 Katup (valve)
13. Lem araldite
Bahan ini berfungsi untuk menutupi atau mengisolasi sambungan antara
katup dengan selang karet agar tidak terjadi kebocoran pada saat proses
adsorpsi dan desorpsi berlangsung. Alat perekat ini juga digunakan untuk
menutupi dan melapisi bagian yang mengalami kebocoran baik yang
terdapat pada kolektor, kondensor, dan evaporator.
Gambar 3.12 Lem Araldite
14. Cat
Bahan ini digunakan untuk mengecat kolektor. Cat yang dipakai
adalah wana hitam dop (kabut). Warna hitam dipakai karena benda hitam
dapat menyerap semua radiasi yang disengaja (irradiasi) tanpa melihat
panjang gelombang dan arah datangnya sinar (bersifat diffuse).
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.13 Cat semprot
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut
1. Pompa vakum
Pompa
vakum
adalah sebuah alat untuk mengeluarkan
molekul- molekul gas dari dalam kolektor, kondensor, dan evaporator
untuk mencapai tekanan vakum.
Gambar 3.14 Pompa vakum
Spesifikasi:
Merk
: Robinair
Model No.
: 15601
Capacity
: 142 liter/menit
Universitas Sumatera Utara
Motor
: ½ HP
Volts
: 110-115 V / 220-250 V
2. Agilent
Alat ini dihubungkan dengan termokopel yang dipasang pada titiktitik yang akan diukur temperaturnya. Pencatatan data pengukuran disimpan
pada flashdisk yang dihubungkan pada bagian belakang alat ini.
Gambar 3.15 Agilent
Spesifikasi alat :
a. Daya 35 Watt
b. Jumlah saluran termokopel 20 buah
c. Mempunyai 3 saluran utama
d. Ketelitian termokopel 0.03C
e. Dapat memindai data hingga 250 saluran per detik
f. Mempunyai 8 tombol panel dan sistem kontrol
g.Fungsional
antara
lain
pembacaan
suhu
termokopel,
Resistance
Temperature Detector (RTD), dan termistor, serta arus listrik AC
3. Station data log Hobo Micro Station
Alat ini dihubungkan
ke
data
logger
untuk
kemudian
dihubungkan ke komputer untuk diolah datanya.
Spesifikasi alat :
a. Skala pengoperasian: 20 oC - 50 oC dengan baterai alkalin 40 oC-70 oC
Universitas Sumatera Utara
dengan baterai lithium
b. Input Processor: 3 buah sensor pintar multi channel monitoring
c. Ukuran: 8,9 cm x 11,4 cm x 5,4 cm
d. Berat: 0,36 Kg
e. Memori: 512 Kb Penyimpanan data nonvolatile flash
f. Interval Pengukuran: 1 detik - 18 jam (tergantung pengguna)
g. Akurasi Waktu: 0 deti - 2 detik
Gambar 3.16 Hobo Microstation data logger
Terdapat beberapa alat ukur pada Hobo Micro station data logger yaitu :
a. Pyranometer
Alat ini digunakan untuk mengukur radiasi matahari pada suatu lokasi. Satuan
alat ukur ini adalah W/m2.
Tabel 3.1 Spesifikasi Pyranometer
Parameter pengukuran
Intensitas radiasi dengan interval 1 detik
Rentang Pengukuran
0 sampai 1280 W/m2
Temperatur kerja
Temperature: -40° C to 75 °C (-40° F to 167 °F)
Akurasi
± 10,0 W/m2 or ± 5%. Tambahan temperatur error 0,38
W/m2/°C from 25 °C (0,21 W/m2/°F from 77 °F)
Universitas Sumatera Utara
Resolusi
1,5 W/m2
Penyimpangan
< ± 2% per Year
Panjang kabel
3 Meters (9,8 ft)
Berat
120 grams (4,0 oz)
Dimensi
41 mm Height x 32 mm Diameter (1 5/8" x 1 1/4")
b. Wind Velocity Sensor
Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan angin. Satuan alat ukur ini
adalah m/s. Berikut adalah spesifikasi wind velocity sensor.
Tabel 3.2 Spesifikasi Wind Velocity Sensor
Parameter pengukuran
Kecepatan angin rata-rata
Kecepatan angin tertinggi
Data Channels
2 Channel, 1 Port
Rentang pengukuran
0 to 45 m/s (0 to 100 mph)
Operasi kerja
Temperatur: -40oC to 75oC (-40 oF to 167 oF)
Akurasi
±1.1 m/s (2.4 mph) atau 4%
Resolusi
0,38 m/s (0,85 mph)
Ambang batas awal
1 m/s (2,2 mph)
Kecepatan angin maksimum
54 m/s (120 mph)
Radius pengukuran
3 Meter
Housing
3 buah Anemometer dengan bantalan Teflon
Bearings dan poros Hardened Beryllium
Panjang kabel
3,0 Meters (10 ft)
Dimensi
190 cm x 51 cm (7,5" x 3,2")
Berat
300 gram (10 oz)
Universitas Sumatera Utara
c. Ambient Measurement apparatus
Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur lingkungan sekitar. Satuan alat
ukur ini adalah °C. Dengan spesifikasi:
Tabel 3.3 Spesifikasi Measurement Apparatus
Rentang pengukuran
-40 °C to 125 °C (-40 °F to 257 °F)
Akurasi
±0,22 °C at 25 °C (±0.4 °F at 77 °F) see Diagram
Resolusi
0,02 °C @ 25 °C (0,04 °F @ 77 °F)
Penyimpangan
0,05 °C/yr + 0,1 °C/1000 hrs above 100 °C
Waktu Respon
Water: 3,5 minutes to 90%
Air: 10 minutes to 90% ( Moving at 1 m/sec)
Akurasi Waktu
±2 Minutes per Month at 25 °C (77 °F)
Sampling Rate
1 Second to 18 Hours
Kapasitas penyimpanan
43,000 12-bit Samples/Readings
data
Konstruksi housing
316L Stainless Steel with O-ring seal
Tekanan/kedalaman kerja
2200 psi (1500 m/4900 ft) maximum
Lingkungan kerja
Air, Water, Steam (0 to 100% RH)
Berat
72 g (2,5 oz)
Dimensi
10,1 cm long x 1,75 cm diameter
d. T and RH Smart Sensor
Alat ini digunakan untuk mengukur kelembaban. Besarnya nilai yang diukur
oleh alat ini dalam persen (%).
Tabel 3.4 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor
Channel
1 Channel kelembapan
Rentang pengukuran
-40 °C - 100 °C (-40 °F - 212 °F)
Akurasi
< ±0.2 °C - 0 °C sampai 50 °C (< ±0.36 °F @ 32
°C - 122 °F)
Universitas Sumatera Utara
Resolusi
< ±0,03 °C dari 0 °C - 50 °C
(< ±0,054°F dari 32°F - 122°F)
Penyimpangan
< ±0,1 °C (0,18 °F)/tahun
Waktu Respon
kurang 2,5 Menit sampai RH 90% dalam 1 m/det
gerakan udara
Housing
Stainless Steel Sensor Tip
Pilihan operasi pengukuran
Tersedia
Kondisi Lingkungan
Kabel dan Sensor Tahan air selama 1 tahun
dengan Temperatur sampai 50 °C
Berat
w/ 17 Meter Cable: 880 grams (12,0 oz)
Dimensi
7 mm x 38 mm (0,28" x 1,50") - (Sensor saja)
4. Manometer vakum
Manometer vakum digunakan untuk mengukur tekanan di dalam alat
penguji kapasitas adsorpsi. Alat ini juga dapat dipakai untuk melihat/mengecek
adsorber, kondensor, dan evaporator mengalami kebocoran atau tidak.
Gambar 3.17 Manometer
Spesifikasi
Buatan
: Jerman
Max. tekanan
: 0 cmHg
Min. tekanan
: -76 cmHg
Universitas Sumatera Utara
5. Thermometer raksa
Thermometer dalam pengujian ini digunakan untuk mengukur suhu air
yang akan didinginkan/dibekukan.
Gambar 3.18 Thermometer Raksa
Spesifikasi :
Max. Temperatur : 110C
Min. Temperatur
: -10C
6. Gelas ukur
Gelas ukur digunakan untuk mengetahui jumlah refrigeran metanol yang
akan dimasukkan ke dalam evaporator. Gelas ukur yang digunakan berukuran
1 liter.
Gambar 3.19 Gelas ukur
Universitas Sumatera Utara
3.4 Perancangan Alat Penelitian
Dalam penelitian mesin pendingin tenaga surya, sebelumnya untuk
menentukan jenis refrigeran dan adsorber yang akan
digunakan, kami
membuat alat pengujian adsorpsi agar kami dapat mengetahui jenis
adsorben apa yang paling baik untuk digunakan dalam mesin pendingin
tenaga surya.
1
2
3
4
5
6
7
Gambar 3.20 Alat pengujian adsorpsi
Universitas Sumatera Utara
Keterangan gambar :
1. Double Spot Light
2. Kolektor diisolasi papan
3. Manometer vakum
4. Thermocouple
5. Selang karet
6. Katup (valve)
7. Gelas ukur
Agar suhu gelas ukur tidak bercampur dengan suhu lingkungan, maka
gelas ukur diisolasi dengan kotak styrofoam dengan peletakan 5 kg es di
dalamnya agar suhu ruangan di dalam kotak styrofoam tetap stabil.
Gambar 3.21 Alat pengujian adsorpsi dengan gelas ukur diisolasi
Universitas Sumatera Utara
3.5 Dimensi utama alat pengujian adsorpsi
Adapun dimensi-dimensi alat penguji kapasitas adsorpsi dapat
digambarkan sebagai berikut ini.
Gambar 3.22 Dimensi alat pengujian adsorpsi
3.5.1 Kolektor
Kolektor dalam pengujian kapasitas adsorpsi terbuat dari bahan plat
stainless steel dengan ketebalan 1 mm dengan luas permukaan 0.07 m2.
Jumlah kolektor dibuat sebanyak 2 buah. Satu buah kolektor diisi dengan
adsorben karbon aktif dan alumina masing masing memiliki berat 0,5 kg dan
kolektor yang satu lagi diisi dengan adsorben yang sama, namun di dalamnya
terdapat penambahan 10 buah mimis berdiameter 22 mm. Tujuannya adalah
untuk mengetahui apakah mimis tersebut berpengaruh terhadap daya serap
panas kolektor ketika proses adsorpsi dan desorpsi berlangsung.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.23 Dimensi kolektor (adsorber)
3.5.2 Gelas ukur
Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume refrigeran yang dapat
diserap oleh adsorben karbon aktif pada saat adsorpsi dan volume refrigeran
yang kembali pada saat desorpsi. Adapun dimensi gelas ukur sebagai berikut
ini. Gelas ukur terbuat dari bahan plat stainless steel dengan keteblan plat 1
mm.
3.6 Prosedur dan hasil pengujian adsorpsi
Prosedur pengujian dapat diuraikan sebagai berikut ini.
1. Proses assembling/penyambungan alat penguji kapasitas adsorpsi.
Komponen
adsorber dengan gelas ukur dirangkai/dihubungkan dengan
baik. Pada persambungan pipa dilem dengan baik dan kuat untuk
menghindari kebocoran.
2. Kemudian dipasang termokopel agilent, pada adsorber (4 titik) dan pada
gelas ukur (3 titik). Agilent dinyalakan sehingga data-data temperatur pada
setiap titik termokopel tersimpan otomatis.
3. Adsorber dipanaskan selama 8 jam (mulai pukul 09.00 WIB sampai
dengan pukul 17.00 WIB).
Universitas Sumatera Utara
4. Pada pukul 17.00 WIB dilakukan pemvakuman dengan mengunakan
pompa vakum untuk mengeluarkan gas/udara dan air/uap air yang terdapat
pada adsorben. Setelah kondisi vakum, kemudian semua katup ditutup.
5. Pada gelas ukur diisi refrigeran. Refrigeran yang digunakan adalah
metanol. Kemudian lampu alat penguji kapasitas adsorpsi dimatikan. Data
temperatur adsorber dan gelas ukur akan otomatis tersimpan pada agilent
dalam bentuk excel.
6. Kemudian gelas ukur dimasukkan ke dalam kotak styrofoam dan pada
styrofoam diisikan es sebanyak 5 kg. Hal ini bertujuan untuk melihat
berapa refrigeran yang dapat diserap oleh adsorben dengan kondisi bagian
luarnya sudah menjadi es. Karena gelas ukur nantinya akan digantikan
fungsinya oleh evaporator pada mesin pendingin siklus adsorpsi tenaga
surya.
7. Katup antara adsorber dan gelas ukur dibuka untuk memulai proses
adsorpsi (pukul 17.00 WIB sampai keesokan harinya pukul 09.00 WIB).
Temperatur adsorber akan turun seiring dengan turunnya temperatur
lingkungan. Pada malam hari dengan turunya temperatur adsorber, maka
adsorben akan menyerap refrigeran sehingga refrigeran akan menguap dan
naik ke adsorben. Tekanan adsorpsi dicatat setiap jamnya.
8. Proses desorpsi mulai pukul 09.00 WIB sampai dengan pukul 17.00 WIB
dengan menyalakan lampu pemanas alat penguji kapasitas adsorpsi (1000
W). Seiring dengan naiknya temperatur adsorber maka refrigeran akan
menguap dari adsorben dan masuk ke gelas ukur dalam fasa cair.
Universitas Sumatera Utara
Berikut adalah data hasil pengujian adsorpsi hari pertama dengan adsorben
karbon aktif dan alumina tanpa menggunakan campuran mimis.
Tabel 3.5 Data hasil pengujian I pada kolektor
Tanggal
Waktu
Tekanan
Temperatur
(CmHg)
(C )
20 Februari 2014
17.00
-40
125.28
20 Februari 2014
18.00
-42
35.49
20 Februari 2014
19.00
-42
30.72
20 Februari 2014
20.00
-43
29.32
20 Februari 2014
21.00
-43
28.70
20 Februari 2014
22.00
-44
28.49
20 Februari 2014
23.00
-45
28.30
21 Februari 2014
00.00
-46
28.11
21 Februari 2014
01.00
-52
27.87
21 Februari 2014
02.00
-53
27.71
21 Februari 2014
03.00
-54
27.57
21 Februari 2014
04.00
-55
27.40
21 Februari 2014
05.00
-56
27.45
21 Februari 2014
06.00
-56
27.25
21 Februari 2014
07.00
-57
27.10
21 Februari 2014
08.00
-57
26.71
21 Februari 2014
09.00
-57
26.90
Universitas Sumatera Utara
Tabel 3.6 Data hasil pengujian I pada gelas ukur
Tanggal
Waktu
Tekanan
Temperatur
(CmHg)
(C )
20 Februari 2014
17.00
-40
29.08
20 Februari 2014
18.00
-42
28.44
20 Februari 2014
19.00
-42
28.07
20 Februari 2014
20.00
-43
27.97
20 Februari 2014
21.00
-43
27.82
20 Februari 2014
22.00
-44
25.96
20 Februari 2014
23.00
-45
19.58
21 Februari 2014
00.00
-46
18.22
21 Februari 2014
01.00
-52
13.96
21 Februari 2014
02.00
-53
12.02
21 Februari 2014
03.00
-54
10.69
21 Februari 2014
04.00
-55
9.64
21 Februari 2014
05.00
-56
10.12
21 Februari 2014
06.00
-56
10.79
21 Februari 2014
07.00
-57
12.05
21 Februari 2014
08.00
-57
12.78
21 Februari 2014
09.00
-57
14.69
Berdasarkan hasil pengujian hari pertama, hasil penyerapan
metanol
dengan adsorber menggunakan campuran Karbon Aktif 500 gram dan Alumina
500 gram jumlah metanol yang diserap selama proses adsorpsi adalah 250 ml.
Setelah pengujian hari pertama selesai dilakukan dan data hasil percobaan
telah diketahui, maka dilanjutkan dengan pengujian adsorpsi dengan adsorben
karbon aktif dan alumina dengan campuran 10 buah mimis. Berikut adalah data
hasil pengujian adsorpsi tersebut.
Universitas Sumatera Utara
Berikut adalah data hasil pengujian adsorpsi hari pertama dengan adsorben
karbon aktif dan alumina menggunakan campuran mimis.
Tabel 3.7 Data hasil pengujian II pada kolektor
Tanggal
Waktu
Tekanan
Temperatur
(CmHg)
(C )
22 Februari 2014
17.00
- 40
224.97
22 Februari 2014
18.00
- 55
61.74
22 Februari 2014
19.00
- 57
57.96
22 Februari 2014
20.00
- 58
57.49
22 Februari 2014
21.00
- 60
29.76
22 Februari 2014
22.00
- 60
27.71
22 Februari 2014
23.00
- 60
27.50
23 Februari 2014
00.00
- 61
26.48
23 Februari 2014
01.00
- 61
25.50
23 Februari 2014
02.00
- 61
25.97
23 Februari 2014
03.00
- 61
26.48
23 Februari 2014
04.00
- 61
26.06
23 Februari 2014
05.00
- 62
25.02
23 Februari 2014
06.00
- 62
25.45
23 Februari 2014
07.00
- 62
26.64
23 Februari 2014
08.00
- 62
28.57
23 Februari 2014
09.00
- 61
30.39
23 Februari 2014
10.00
- 61
30.48
Universitas Sumatera Utara
Tabel 3.8 Data hasil pengujian II pada gelas ukur
Tanggal
Waktu
Tekanan
Temperatur
(CmHg)
(C )
22 Februari 2014
17.00
- 40
26.57
22 Februari 2014
18.00
- 55
24.67
22 Februari 2014
19.00
- 57
22.10
22 Februari 2014
20.00
- 58
19.73
22 Februari 2014
21.00
- 60
19.12
22 Februari 2014
22.00
- 60
17.61
22 Februari 2014
23.00
- 60
16.52
23 Februari 2014
00.00
- 61
13.62
23 Februari 2014
01.00
- 61
11.86
23 Februari 2014
02.00
- 61
10.63
23 Februari 2014
03.00
- 61
9.73
23 Februari 2014
04.00
- 61
9.67
23 Februari 2014
05.00
- 62
9.20
23 Februari 2014
06.00
- 62
9.18
23 Februari 2014
07.00
- 62
9.48
23 Februari 2014
08.00
- 62
10.31
23 Februari 2014
09.00
- 61
11.44
23 Februari 2014
10.00
- 61
12.15
Berdasarkan hasil pengujian, hasil penyerapan Metanol dengan Adsorber
menggunakan campuran Karbon Aktif 500 gram, Alumina 500 gram dan
peletakan 10 buah mimis berdiameter 22 jumlah metanol yang diserap selama
proses adsorpsi berlangsung adalah 350 ml.
Setelah data hasil pengujian menggunakan alat adsorpsi telah diketahui.
Maka dapat diambil kesimpulan bahwa peletakan bola stainless (mimis)
memiliki pengaruh terhadap daya serap adsorben terhadap metanol karena bola
stainless atau mimis dapat menyerap atau menyimpan panas pada saat proses
Universitas Sumatera Utara
desorpsi berlangsung sehingga karbon aktif dan alumina mendapatkan panas
maksimal.
3.7 Perancangan mesin pendingin tenaga surya
Gambar 3.24 Proses desorpsi mesin pendingin tenaga surya
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.25 Proses adsorpsi mesin pendingin tenaga surya
3.8 Dimensi utama alat penelitian
3.8.1 Kolektor
3.8.1.1 kolektor
Kolektor adalah alat yang digunakan untuk menangkap panas dari radiasi
matahari pada proses desorpsi berlangung. Adsorber terbuat dari bahan pelat
stainless steel dengan ketebalan 1 mm dengan luas permukaan 0,25 m2.
Adsorber dilapisi dengan 2 lapisan kaca dengan jarak antar kaca adalah 30
mm dan jarak kaca dengan adsorber adalah 30 mm.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.26 Dimensi kolektor mesin pendingin tenaga surya
Gambar 3.27 Ruang bagian dalam kolektor
Keterangan gambar :
Tebal pelat
: 1 mm
Tebal fin
: 1 mm
Jarak antar fin
: 50 mm
Tinggi fin `
: 50 mm
Jumlah fin
: 12 buah
Tinggi adsorber
: 80 mm
Diameter pipa ( ) : ½ “
Universitas Sumatera Utara
3.8.1.2 Kotak isolasi kolektor
Kotak isolasi adalah tempat generator/kolektor yang diisolasi dengan
baik sehingga panas yang diserap kolektor tidak terbuang ke luar.
1
2
2
3
2
4
5
6
Gambar 3.28 Posisi kolektor pada kotak isolasi
Keterangan Gambar :
1. Kaca penutup kolektor
2. Kotak isolasi kayu
3. Permukaan pelat kolektor
4. Alas pelat kolektor
5. Manometer
6. Katup (Valve)
Bahan kotak isolasi
: kayu
Ukuran kotak isolasi
: 600 mm x 600 mm x 210 mm
Tebal kotak isolasi
: 15 mm
Universitas Sumatera Utara
3.8.1.3 Kaca penutup
Kaca penutup berfungsi untuk menangkap sekaligus mengurangi kerugian
panas yang mengalir ke luar.
Gambar 3.30 Model kaca penutup kolektor
Gambar 3.31 Model kaca kolektor dua lapis
Jarak antar kaca
: 30 mm
Tebal kaca
: 3 mm
Ukuran kaca
: 570 x 570 mm
Jumlah kaca
: 2 lapis
Jarak generator ke kaca
: 30 mm
Universitas Sumatera Utara
3.8.2 kondensor
Kondensor terdiri dari 17 buah sirip yang terbuat dari bahan stainless steel
dengan ukuran sirip 400 mm x 100 mm dan tebal plat 1 mm. Udara
disirkulasikan ke sirip kondensor sehingga uap refrigeran yang berada di
dalam pipa akan memindahkan panas ke udara pendingin melalui permukaan
sirip tersebut.
Gambar 3.32 Model kondensor
3.8.3 Evaporator
Salah satu komponen utama mesin pendingin adsorpsi yang akan
dirancang adalah evaporator. Evaporator dibuat sesuai dengan kapasitas
metanol yang mampu diserap oleh karbon aktif dan alumina pada generator
dengan dimensi 220× 220×10 (mm).
Gambar 3.33 Model evaporator
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.34 Ukuran evaporator
3.8.3.1 Kotak insulasi
Kotak insulasi adalah ruang sekaligus tempat evaporator dan wadah air
yang akan didinginkan. Kotak insulasi terbuat dari bahan plat stainless
dengan ketebalan 1 mm. Ruang bagian dalam kotak insulasi diisolasi dengan
karet agar ruangan di dalam kotak insulasi tidak berhubungan dengan udara
luar dan bagian luar kotak insulasi dilapisi lagi dengan styrofoaam agar suhu
udara luar atau udara lingkungan tidak bersinggungan dengan suhu kamar
ruang pendingin.
Gambar 3.35 Kotak insulasi
Universitas Sumatera Utara
3.8.3.2 Wadah penampung air
Dalam penelitian ini media yang didinginkan adalah air. Air ditampung di
dalam sebuah wadah dan diletakkan di dalam kotak insulasi. Ukuran wadah
disesuaikan dengan ukuran evaporator dan kapasitas air yang akan
didinginkan. Wadah ini terbuat dari bahan aluminium.
Gambar 3.36 Wadah penampung air
3.9 Langkah pembuatan mesin pendingin tenaga surya
3.9.1 Kolektor (adsorber)
1. Adsorber terbuat dari bahan pelat stainless steell dengan ketebalan 1 mm.
Langkah awal dalam pembuatan adsorber adalah proses pemotongan plat
sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan. Pembentukan pelat menjadi
sebuah kotak stainless atau proses pembendingan.Setelah proses
pembendingan selesai dilakukan maka proses pengelasan dilakukan agar
tidak ada sedikitpun celah udara masuk atau keluar dari adsorber. Bagian
yang di las adalah bagian siku atau bagian sudut kolektor beserta
pemasangan fin pada kolektor. Proses pengelasan ini menggunakan las
argon. Las argon dipilih karena bahan atau material yang akan dilas terbuat
dari bahan stainless steel dan
memiliki ketebalan 1 mm, dan hasil
Universitas Sumatera Utara
sambungan lebih kuat dan menghindari tingkat kebocoran sehingga las
argon memenuhi kriteria dalam proses pengelasan ini.
2. Setelah adsorber dibentuk, maka adsorber diisi dengan adsorben. Jumlah
adsorben yang dimasukkan adalah 4 kg karbon aktif dan 4 kg alumina
beseta peletakan 80 buah mimis. Adsorben karbon aktif dan alumina
dicampur secara merata agar proses penyerapan metanol pada proses
adsorpsi nantinya berjalan dengan merata disetiap bagian kolektor.
Gambar 3.37 Pengisian adsorben dan mimis
3. Setelah proses pengisian adsorben selesai, maka adsorben dilapisi dengan
jaring kawat. Tujuannya adalah agar adsorben tidak jatuh ke bawah pada
saat adsorber dibalikkan dan pada proses pemvakuman dilakukan
adsorben tidak ada yang terhisap oleh pompa vakum, sehingga adsorben
tidak ada yang terbuang.
Gambar 3.38 Pemasangan jaring kawat
Universitas Sumatera Utara
4. Setelah jaring kawat terpasang dengan baik, maka adsorber pun ditutup
dengan penutup adsorben. Adsorber dilengkapi juga dengan dua buah pipa
yang masing-masing pipa dilengkapi dengan valve atau katup dan salah
satu pipa dilengkapi dengan manometer untuk mengukur tekanan pada
adsorber.
Gambar 3.39 Penyambungan kolektor
5. Setelah semua bagian dari adsorber dilas dan dilakukan pengecekan
adsorber menggunakan pompa. Pengecekan dilakukan untuk mengetahui
apakah adsorber mengalami kebocoran atau tidak, maka langkah
selanjutnya adalah proses pengecatan adsorber. Warna yang dipilih adalah
warna hitam kabut (dop).
3.9.2 Kondensor
1. Langkah yang pertama dilakukan adalah pemotongan pelat untuk
pembuatan sirip sirip kondensor. Pelat dipotong sesuai dengan ukuran sirip
yang telah dirancang. Jumlah sirip adalah 17 buah sirip dengan ukuran 400
mm x 100 mm.
Gambar 3.40 Pembuatan sirip kondensor
Universitas Sumatera Utara
2. Kemudian setelah itu bagian sirip dilaskan ke pipa pipa kondensor. Jarak
antar sirip adalah 2 cm. Sirip kondensor dilaskan ke pipa pipa kondensor
agar perpindahan panas antara pipa dan sirip kondensor terjadi merata.
Gambar 3.41 Pengelasan sirip kondensor
3. Setelah proses pengelasan selesai dilakukan, maka proses finishing
dilakukan dengan mengecek apakah kondensor mengalami kebocoran atau
tidak. Untuk mencegah terjadinya kebocoran, bagian bagian yang rentan
mengalami kebocoran misalnya sambungan antara pipa pipa kondensor di
lem dengan lem araldite.
Gambar 3.42 Pengeleman kondensor
3.9.3 Evaporator
1. Langkah awal pembuatan evaporator adalah pemotongan pelat sesuai
dengan ukuran evaporator yang telah dirancang. Setelah itu plat dibending
untuk membentuk bagian alas permukaan evaporator.
Universitas Sumatera Utara
2. Setelah evaporator selesai dibentuk, langkah selanjutnya adalah proses
pengelasan pipa pada evaporator.
Gambar 3.43 Pengelasan pipa kondensor
3. Setelah itu proses finishing, Pengecekan seluruh bagian dari evaporator
serta dilanjutkan dengan pemasangan kaca agar nantinya kita dapat
mengetahui jumlah metanol yang diserap pada proses adsorpsi dan berapa
jumlah methanol yang kembali pada proses desorpsi berlangsung.
3.10 Pelaksanaan penelitian
3.10.1 Persiapan penelitian
1. Proses assembling/ penyambungan komponen mesin pendingin tenaga
surya. Komponen dari mesin kolektor, kondensor, dan evaporator
dihubungkan/ dirangkai. Bagian yang mengalami sambungan yaitu antar
pipa dan selang karet di lem dengan baik agar tidak rerjadi kebocoran.
2. Kemudian apabila komponen mesin pendingin di rangkai/ dihubungkan.
Maka, pemasangan thermokopel dilakukan. Sebelum pemasangan
sebaiknya kabel thermokopel dicek di setiap titiknya apakah terjadi eror
atau tidak. Apabila kabel sudah dalam keadaan baik, maka pemasangan
pun dilakukan di setiap titik yang telah ditentukan.
3. Setelah titik thermokopel selesai dipasang. Maka penelitian pun dilakukan
dengan penjemuran adsorber di bawah sinar matahari. Penjemuran ini
dilakukan di lantai 4 gedung Magister Teknik Mesin. Proses desorpsi
berlangsung ± 9 jam dari pukul 08.00 WIB – 17.00 WIB.
Universitas Sumatera Utara
4. Setelah proses desorpsi berakhir, maka pemvakuman dilakukan. Tujuannya
adalah untuk mengeluarkan partikel-partikel kotoran dari adsorben baik
itu gas dan air. Proses pemvakuman dilakukan ± 20 menit.
5. Kemudian metanol diisi pada evaporator dan katup evaporator ditutup
setelah itu, kemudian semua sambungan dihubungkan. Kemudian
dilakukan
pemvakuman
kembali
dari
katup
pembuangan
untuk
mengosongkan udara yang ada pada pipa-pipa setelah itu katup evaporator
dibuka secara pelan. Setelah metanol kelihatan mendidih, pemvakuman
dihentikan dan katup buang pun ditutup.
6. Proses adsorpsi terjadi pada malam hari , temperatur pada proses adsorpsi
turun seiring dengan turunnya temperatur lingkungan. Pada malam hari
dengan turunnya temperatur adsorpsi, maka karbon aktif dan alumina akan
menyerap metanol sehingga metanol akan menguap pada evaporator dan
naik ke adsorben. Dengan penguapan metanol ini maka temperatur
evaporator pun akan turun yang mengakibatkan temperatur air yang ada di
sekitarnya juga akan turun. Pengukuran tekanan dilakukan setiap satu jam
sekali.
7. Proses desorpsi terjadi pada siang hari, dan kaca kolektor dipasang dan
diisolsi dengan sempurna sehingga tidak ada udara yang mengalir masuk
dan keluar dari adsorber. Kotak isolasi dipastikan terisolasi dengan baik.
Kemudian adsorpsi di jemur di bawah matahari. Dengan naiknya
temperatur adsorber maka diharapkan terjadi proses desorpsi yaitu metanol
akan menguap dan mengalir ke kondensor ,pada kondensor uap metanol
tersebut mencair dan kembali ke evaporator. Tekanan adsorpsi dicatat
setiap satu jam sekali. Pengujian ini dilakukan berulang untuk
mendapatkan hasil yang maksimal.
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian
Adapun data temperatur adsorber yang diperoleh dari hasil pengujian
dilampirkan pada lampiran A :
Berikut adalah data data dari hasil pengujian yang telah dilakukan.
4.1.1 Hari pertama
Tabel 4.1 Tekanan dan temperatur pada proses desorpsi hari pertama
Adsorber
Evaporator
Waktu
P (Bar)
09:02:25:058
-0.62
78.54
10:02:25:017
-0.62
11:02:25:028
Kondensor
P (Bar)
T(C)
35.65
-0.62
26.71
91.31
36.99
-0.62
26.87
-0.61
90.90
38.01
-0.61
27.37
12:02:25:048
-0.61
86.25
38.89
-0.61
27.72
13:02:25:033
-0.61
87.08
38.92
-0.60
28.55
14:02:25:035
-0.59
91.87
38.14
-0.59
29.08
15:02:25:026
-0.59
87.31
36.63
-0.59
29.27
16:02:25:024
-0.59
85.79
38.56
-0.59
28.67
17:02:25:015
-0.61
70.85
34.62
-0.62
26.92
T(C)
T (C)
Tabel 4.2 Tekanan dan temperatur pada proses adsorpsi hari pertama
Adsorber
Evaporator
Waktu
P (Bar)
T(C)
Kondensor
T (C)
P (Bar)
T(C)
18:04:00:039
-0.75
29.10
28.17
-0.75
28.22
19:04:00:060
-0.78
28.29
28.10
-0.78
24.65
20:04:00:042
-0.79
27.26
27.28
-0.79
24.24
21:04:00:084
-0.81
25.41
26.63
-0.81
23.84
Universitas Sumatera Utara
22:04:00:039
-0.82
25.18
26.13
-0.82
22.60
23:04:00:071
-0.83
25.27
25.99
-0.83
18.96
00:04:00:039
-0.83
25.31
25.55
-0.83
13.78
01:04:00:085
-0.83
25.93
25.31
-0.83
11.44
02:04:00:088
-0.83
26.13
25.38
-0.83
11.16
03:04:00:065
-0.83
25.65
25.26
-0.83
9.45
04:04:00:049
-0.83
25.29
25.11
-0.83
8.31
05:04:00:039
-0.85
25.13
24.95
-0.85
7.84
06:04:00:073
-0.85
25.03
25.76
-0.85
7.73
07:04:00:087
-0.85
26.55
28.23
-0.85
7.71
08:04:00:087
-0.85
30.64
31.83
-0.85
7.64
4.1.2 Hari kedua
Tabel 4.3 Tekanan dan temperatur pada proses desorpsi hari kedua
Adsorber
Kondensor
Evaporator
T (C)
P (Bar)
T(C)
68.66
33.29
-0.63
26.01
-0.62
87.17
34.87
-0.62
26.70
11:13:22:346
-0.61
89.21
35.42
-0.61
26.89
12:13:22:345
-0.61
97.33
38.24
-0.61
27.26
13:13:22:384
-0.59
103.50
37.71
-0.59
28.20
14:13:22:366
-0.59
98.20
36.59
-0.59
29.08
15:13:22:345
-0.59
93.98
36.53
-0.59
29.14
16:13:22:344
-0.61
79.32
35.34
-0.61
28.33
17:13:22:348
-0.66
60.71
31.17
-0.66
26.89
Waktu
P (Bar)
T (C)
09:13:22:360
-0.63
10:13:22:365
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.4 Tekanan dan temperatur pada proses adsorpsi hari kedua
Adsorber
Evaporator
Waktu
Kondensor
P(Bar)
P(Bar) T(C)
T(C)
T(C)
18:13:22:356
-0.69
48.76
31.13
-0.69
18.85
19:13:22:378
-0.73
42.69
28.53
-0.73
14.03
20:13:22:344
-0.79
37.81
28.21
-0.79
12.23
21:13:22:393
-0.82
35.53
27.86
-0.82
12.21
22:23:22:378
-0.82
33.61
27.99
-0.82
11.95
23:13:22:358
-0.83
31.90
27.67
-0.83
9.96
00:13:22:344
-0.83
30.23
27.34
-0.83
9.19
01:13:22:364
-0.85
29.03
26.29
-0.85
8.74
02:13:22:380
-0.85
28.37
25.42
-0.85
7.14
03:13:22:356
-0.85
27.64
25.42
-0.85
5.58
04:13:22:372
-0.86
27.07
24.31
-0.86
5.07
05:13:22:378
-0.86
26.61
23.18
-0.86
4.58
06:13:22:372
-0.87
27.23
23.92
-0.87
4.35
07:13:22:378
-0.87
32.45
24.37
-0.87
4.34
08:13:22:378
-0.87
37.42
26.85
-0.87
4.34
4.1.3 Hari ketiga
Tabel 4.5 Tekanan dan temperatur pada proses desorpsi hari ketiga
Adsorber
Evaporator
Kondensor
Waktu
P(Bar)
T (C)
T(C)
T(C) P (Bar)
08:43:37:135
-0.65
54.38
30.73
-0.65
26.79
09:43:37:120
-0.65
68.46
33.62
-0.65
27.68
10:43:37:139
-0.63
82.17
34.98
-0.63
27.73
11:43:37:120
-0.63
87.00
35.45
-0.63
27.89
12:43:37:156
-0.63
95.16
36.46
-0.63
28.02
13:43:37:152
-0.62
98.99
36.89
-0.62
28.14
Universitas Sumatera Utara
14:43:37:167
-0.62
96.52
37.15
-0.62
28.28
15:43:37:151
-0.62
95.71
38.60
-0.62
28.33
16:43:37:128
-0.70
88.01
34.54
-0.70
24.11
Tabel 4.6 Tekanan dan temperatur pada proses adsorpsi hari ketiga
Adsorber
Evaporator
Kondensor
Waktu
P(Bar)
P(Bar) T(C)
T (C)
T(C)
17:42:19:787
-0.75
32.45
29.80
-0.75
19.54
18:42:19:811
-0.77
29.08
30.56
-0.77
14.65
19:42:19:784
-0.78
28.13
29.19
-0.78
12.14
20:42:19:770
-0.79
28.13
29.01
-0.79
11.12
21:42:19:792
-0.81
27.18
27.53
-0.81
11.08
22:42:19:804
-0.82
26.28
26.93
-0.82
10.69
23:42:19:771
-0.83
26.11
26.48
-0.83
9.31
00:42:19:817
-0.83
25.27
26.23
-0.83
9.13
01:42:19:773
-0.83
25.00
25.84
-0.83
8.17
02:42:19:778
-0.85
24.30
25.36
-0.85
8.07
03:42:19:772
-0.85
23.16
24.74
-0.85
7.24
04:42:19:792
-0.85
23.04
24.73
-0.85
5.96
05:42:19:767
-0.85
23.17
23.73
-0.85
5.51
06:42:19:784
-0.86
23.28
24.12
-0.86
5.28
07:42:19:784
-0.86
24.51
29.87
-0.86
5.27
Universitas Sumatera Utara
4.2 Pengolahan data
Pada penelitian mesin pendingin siklus adsorpsi kolektor dipanaskan
dengan radiasi matahari. Kolektor, kondensor, dan evaporator terbuat dari
bahan stainless steel dengan ketebalan pelat 1 mm.
Dalam
penelitian
yang
telah
dilaksanakan
sebelumnya,
peneliti
menyimpulkan bahwa :
1. Untuk kolektor dengan luas 1 m2 jumlah adsorben yang digunakan adalah 20
Kg – 26 Kg.
2. Untuk 1 Kg adsorben karbon aktif dan alumina, jumlah bola stainless yang
digunakan sebanyak 10 buah.
3. Untuk 1 Kg Adsorben karbon aktif dan alumina, jumlah refrigeran yang
digunakan sebanyak 350 mm.
Berdasarkan kesimpulan di atas
1.Untuk kolektor dengan
Panjang = 0,5 m
Lebar
= 0,5 m
Luas
= 0,25 m2
Jumlah adsorben yang digunakan adalah
26 Kg : 4 = 6.5 Kg
Pada mesin pendingin siklus adsorpsi peneliti menggunakan adsorben
sebanyak 8 Kg.
2. Jumlah bola stainless yang digunakan adalah
8 x 10 = 80 bola stainless
3. Jumlah refrigeran
8 x 350 ml = 2.800 ml = 2,8 Liter
Universitas Sumatera Utara
Suhu lingkungan (Ta)
Tc
Kotak
isolasi
Tp1
Tp2
M
Katup
Keterangan gambar :
Tc
= Temperatur kaca
Tp1
= Temperatur rata rata permukaan pelat
Tp2
= Temperatur rata rata alas pelat
Ta
= Suhu lingkungan
M
= Manometer
Laju perpindahan panas pada kolektor surya dapat dilihat pada keterangan di
bawah ini :
1. Titik no.1 dan titik no.3 menunjukkan laju perpindahan radiasi antara pelat
penutup kaca dengan pelat kolektor.
2. Laju perpindahan panas konduksi ditunjukkan pada titik no. 3 dan titik no. 4
yaitu antara permukaan pelat penyerap dengan bagian alas pelat penyerap.
3. Laju perpindahan panas konveksi ditunjukkan pada titik no.3 yaitu antara
temperatur rata rata permukaan kolektor dengan temperatur rata rata
lingkungan.
4. Laju perpindahan radiasi ditunjukkan pada titik no.3 yaitu antara temperatur
rata rata permukaan kolektor dengan temperatur langit.
Universitas Sumatera Utara
Temperatur rata rata kolektor (Tp) pada hari pertama yaitu
Tp = (T7 + T8 +T9 +T10):4
= (69,75 ºC +75,33 ºC+ 82,63 ºC+75,24 ºC): 4 = 75,74 ºC
= 75,74 ºC +273= 348,74 K
Dimana Tmax = 91,86 ºC
Tmin = 57,27 ºC
Temperatur rata rata kaca kolektor (Tc) hari pertama yaitu
Tc = T6 = 61,25 ºC +273 = 334,25 K
Temperatur rata rata kolektor (Tp) pada hari kedua yaitu
Tp = (T7 + T8 +T9 +T10):4
= (67ºC +74,44 ºC+ 83,72 ºC+72,19 ºC): 4 = 74,73ºC
= 74,33 ºC +273= 347,33 K
Dimana Tmax = 103,50 ºC
Tmin = 56,04 ºC
Temperatur rata rata kaca kolektor (Tc) hari kadua yaitu
Tc = T6 = 60,54 ºC +273 = 333,54 K
Temperatur rata rata kolektor (Tp) pada hari ketiga yaitu
Tp = (T7 + T8 +T9 +T10):4
= (69,55 ºC +76,55 ºC+ 79,10 ºC+78,38 ºC): 4 = 75,89ºC
= 75,89 ºC +273= 348,89 K
Dimana Tmax = 98,46 ºC
Tmin = 40,86 ºC
Temperatur rata rata kaca kolektor (Tc) hari katigayaitu
Tc = T6 = 60,73 ºC +273 = 333,73K
Universitas Sumatera Utara
4.2.1 Pengujian hari pertama
4.2.1.1 Kolektor (Adsorber)
Dalam penelitian mesin pendingin tenaga surya
Laju perpindahan panas antara kaca kolektor dan pelat penyerap dapat
dihitung dengan :
Tp = (T7 + T8 +T9 +T10):4 = (69,75 ºC +75,33 ºC+ 82,63 ºC+75,24 ºC): 4
= 75,74 ºC +273= 348,74 K
Tc = T6 = 61,25 ºC +273 = 334,25 K
Dimana : Tp = Temperatur rata-rata pelat kolektor
Tc = Temperatur rata- rata pelat penutup kaca
p = Emisivitas pelat kolektor
c = Emisivitas pelat kaca
Koefesien kerugian puncak pada kolektor dengan kemiringan 30
Dimana : Tp = Temperatur rata rata pelat kolektor
Ta = Temperatur rata – rata lingkungan
p = Emisivitas pelat kolektor
g = Emisivitas kayu (kotak isolasi kolektor)
C = 250[1-0,0044( -90o)]
C = 250[1-0,0044(30-90)] = 316
H0 = 5,7 + 3,8 V W/m2.K
Universitas Sumatera Utara
= 5,7 + 3,8 x 5,71 W/m2.K = 27,39
F = (1- 0,04 ho + 0,0005ho2)(1+0,091N)
F = (1- 0,04 (27,39))+ 0,0005
(1+0,091(2))
= 0,33
Ut = 2,84
Maka, koefesien kerugian puncak adalah 2,84
Laju perpindahan kalor secara konduksi pada adsorber dapat ditentukan
dengan :
A = Luas penampang kolektor + Luas penampang mimis
= 0,25 m2 + (3,799 x 10-4)
= 0,25038 m2
Tebal pelat (
) adalah 1 x 10-3 m
Nilai k dapat dicari dari tabel sifat-sifat logam ( lampiran E).
W/m.K
= 24.710,75
Universitas Sumatera Utara
Laju perpind8ahan kalor secara konveksi pada adsorber dapat ditentukan
dengan :
q = hA (Tp - Ta) (W)
= 10
= 106,91
Laju perpindahan kalor secara radiasi pada adsorber dapat ditentukan dengan
q = A (Tp4-Tl4)
Tlangit = 0.0552
= 0.0552
= 292.9154 k
q = 0,98 .( 5,67 x 10-8 ). 0,25038 . (346,7 4 – 292,58 4)
= 98,59 W/m2
Sehingga, energi panas total yang diserap oleh adsorber adalah :
218.704,9 W/m2
Maka, panas netto yang dibangkitkan adsorber adalah = 218.704,9 W/m2
Effisiensi kolektor adalah
= 0,89
Universitas Sumatera Utara
4.2.1.2 Kondensor
Persamaan-persamaan yang berlaku pada perpindahan panas ini adalah
sebagai berikut:
Tebal lapisan batas
dimana : Pr adalah bilangan Prandtl untuk udara yaitu 0,72.
GrL adalah bilangan Grasholf yang dihitung engan persamaan :
Dari tebal lapisan batas ini nanti ditentukan apakah pola aliran masih dalam
kondisi boundary layer atau telah berkembang penuh. Jika aliran masih
berkembang, 2 lebih kecil dari jarak kedua plat.
Laju perpindahan panas pada permukaan plat dihitung dengan persamaan:
549
A
dimana
adalah bilangan Rayleigh, dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan berikut ini.
Jika aliran telah berkembang penuh, syaratnya 2 lebih besar atau sama
dengan jarak kedua plat, maka laju perpindahan panas dihitung dengan
persamaan berikut ini.
= 43 C
= 31,23 C
= 1,165
Universitas Sumatera Utara
Menghitung Bilangan Grasholf dengan cara :
= 1.494808 x 106
Menghitung tebal lapisan batas
= 0,0150852cm
= 2 x 0,0150852 = 0,0301 jarak kedua plat. Maka aliran yang terjadi masih
berkembang
Menghitung perpindahan panas pada satu permukaan plat vertikal, dengan
menggunakan persamaan :
A
549
= 4,59 W/m
Jumlah plat pada kondensor ada 17 buah, setiap plat mempunyai 2
permukaan, panjang tiap plat 0,4 m maka laju perpindahan panas total dari
kondensor adalah :
Universitas Sumatera Utara
= 62,526 W
Menghitung laju aliran metanol pada kondensor.
W/m2
= 1,74
= 0,000483
Maka, laju aliran methanol pada kondensor adalah 0,000483
4.2.1.3 Evaporator
Untuk menghitung kalor yang diserap oleh pelat evaporator, digunakan
persamaan panas sensibel.
Kapasitas kalor spesifik sensibel plat evaporator 480
massa plat evaporator 2,39 kg
kalor sensibel plat evaporator
Perubahan suhu (k)
Perubahan temperaur diambil dari temperatur rata rata sore hari
sampai
temperatur terendah plat evaporator pagi hari.
Sehingga untuk pengujian diperoleh besar perubahan temperatur sebagai
berikut:
hari pertama pengujian = (29,03 C – 9,53 C ) + 273 = 292,5 K
Sehingga kalor sensibel plat evaporator
2,39 kg x 480
x 292,5 K = 335.55 J = 336,4 kJ
Universitas Sumatera Utara
Untuk menghitung kalor yang dibutuhkan metanol dalam proses penguapan
pada saat proses adsorpsi digunakan persamaan kalor laten.
= kalor laten metanol (J)
= kapasitas kalor spesifik laten
= massa metanol (kg)
= 1,7 L
= 1,7 x 10-3 m3
= 787 kg/m3
Dari data di atas massa metanol adalah
= 1,7 x 10-3 x 787
= 1,33 kg
Massa (m) metanol yang dapat teradsorpsi dan terdesorpsi dengan baik
pada pengujian hari pertama adalah 1,33 kg.
Sehingga dapat dihitung kalor laten penguapan metanol dapat dihitung
dengan persamaan berikut ini.
= 1100 kJ/kg x 1,33 kg
= 1471.69kJ
Analisa kalor pada air
Pada penelitian ini, media yang didinginkan adalah air, dalam hal ini kalor
yang dihitung adalah panas sensibel dari air, dengan menggunakan
persamaan :
Dimana
kalor sensibel air (j)
massa air (kg)
Universitas Sumatera Utara
Massa air 1,992 kg
= kapasitas kalor spesifik sensibel air
Perubahan suhu (k)
Perubahan temperaur diambil dari temperatur rata rata sore hari
sampai
temperatur terendah plat evaporator pagi hari.
hari pertama pengujian
= 20,26 C +273 = 293,26 K
Panas sensibel air untuk pengujian pertama yaitu :
1,992 kg x 4,179
x 293,26 K = 2.441,26 kJ
Kesetimbangan energi
Proses terjadinya pendinginan pada sistem ini dipengaruhi oleh kalor yang
diperlukan metanol untuk menguap, dimana panas yang diserap metanol
harus lebih besar dengan kalor yang dikeluarkan oleh plat evaporator dan
air.
Penyerapan panas oleh metanol
– Volume = 1,7 liter ( 1,7 x 10-3)
– Massa jenis (30) = 787 kg/m3
– Massa metanol = 787 kg/m3 x 1 x 10-3 m3 = 0, 787 kg
– Panas laten penguapan = 1100 kJ/kg
– Total panas yang diserap metanol selama menguap :
= 0,787 kg x 1100 kJ/kg = 865,7,61 Kj
Penggunaan panas penyerapan
– Volume = 2 liter ( 2 x 10-3 m3)
– Massa jenis air (30C) = 791 kg/ m3
Universitas Sumatera Utara
– Massa air = 1 x 10-3 m3 x 1992 kg = 1,992 kg/m3
– Panas jenis air pada 30 C = 4,179 kJ/kg C
– Panas Pembekuan = 334 Kj/Kg
Menurunkan suhu air dari 28,24 C menjadi 7,98 C
Hari pertama pengujian
= 1,992 kg x 4,179
x 20,26 C
= 168,65 kJ
Menurunkan suhu evaporator dari 29,03C menjadi 9,53 C
Hari pertama pengujian
= 2,39 kg x 0,48
x 292,55 K
= 335,61 J
Total energi panas yang digunakan untuk mengubah air menjadi es
335,61 kJ + 168,65 kJ = 508,98 kJ
Sehingga,
1287,21 Kj
508,98 Kj
Efisiensi evaporator
=
x100 = 0,28
Universitas Sumatera Utara
4.2.2 Pengujian hari kedua
4.2.2.1 Kolektor (Adsorber)
Laju perpindahan panas antara kaca kolektor dan pelat penyerap dapat dihitung
dengan :
Tp = (T7 + T8 +T9 +T10):4 = (67ºC +74,44 ºC+ 83,72 ºC+72,19 ºC): 4
= 74,33 ºC +273= 347,33 K
Tc = T6 = 60,54 ºC +273 = 333,54 K
Koefesien kerugian puncak pada kolektor dengan kemiringan 30
Dimana : Tp = Temperatur rata rata pelat kolektor
Ta = Temperatur rata – rata lingkungan
p = Emisivitas pelat kolektor
g = Emisivitas kayu (kotak isolasi kolektor)
C = 250[1-0,0044( -90o)]
C = 250[1-0,0044(30-90)] = 316
H0 = (5,7 + 3,8 V) W/m2.K
= (5,7 + 3,8 x 3,43) W/m2.K
= 18,73
f = (1- 0,04 ho + 0,0005ho2)(1+0,091N)
f = (1- 0,04 (18,73))+ 0,0005
(1+0,091(2))
= 0,503
Universitas Sumatera Utara
Ut = 2,43
Maka, koefesien kerugian puncak adalah
K
Laju perpindahan kalor secara konduksi pada adsorber dapat ditentukan
dengan :
A = Luas penampang kolektor + Luas penampang mimis
= 0,25 m2 + (3,799 x 10-4)
= 0,25038 m2
Tebal pelat (
) adalah 1 x 10-3 m
Nilai k dapat dicari dari tabel sifat-sifat logam ( lampiran E).
W/m.K
= 26.217,59
Laju perpindahan kalor secara konveksi pada adsorber dapat ditentukan
dengan :
q = hA (Tp - Ta) Watt
= 10
Universitas Sumatera Utara
= 93,04
Laju perpindahan kalor secara radiasi pada adsorber dapat ditentukan dengan
q = A (T14-T24)
Ts = 0.0552
= 0.0552
= 298,38 k
q = 0,98 .( 5,67 x 10-8 ). 0,25038 . (345,164 – 298,38 4)
= 82,91 W/m2
Sehingga, energi panas total yang diserap oleh adsorber adalah :
251590,9 W/m2
Maka, panas netto yang dibangkitkan adsorber adalah = 251590,9 W/m2
Effisiensi kolektor adalah
x 100
x100
4.2.2.2 Kondensor
Persamaan-persamaan yang berlaku pada perpindahan panas ini adalah
sebagai berikut:
Tebal lapisan batas
Universitas Sumatera Utara
dimana : Pr adalah bilangan Prandtl untuk udara yaitu 0,72.
GrL adalah bilangan Grasholf yang dihitung engan persamaan :
Dari tebal lapisan batas ini nanti ditentukan apakah pola aliran masih dalam
kondisi boundary layer atau telah berkembang penuh. Jika aliran masih
berkembang, 2 lebih kecil dari jarak kedua plat.
Laju perpindahan panas pada permukaan plat dihitung dengan persamaan:
549
A
dimana
adalah bilangan Rayleigh, dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan berikut ini.
Jika aliran telah berkembang penuh, syaratnya 2 lebih besar atau sama
dengan jarak kedua plat, maka laju perpindahan panas dihitung dengan
persamaan berikut ini.
= 45,35 C
= 36,96 C
= 1,165
Universitas Sumatera Utara
Menghitung Bilangan Grasholf dengan cara :
= 1,065543.
Menghitung tebal lapisan batas
= 0,0150852 cm
= 2 x 0,0150852 = 0,0301 jarak kedua plat. Maka aliran yang terjadi masih
berkembang
Menghitung perpindahan panas pada satu permukaan plat vertikal, dengan
menggunakan persamaan :
A
549
= 4,5975 W/m
Jumlah plat pada kondensor ada 17 buah, setiap plat mempunyai 2
permukaan, panjang tiap plat 0,4 m maka laju perpindahan panas total dari
kondensor adalah :
= 62,526 W
Menghitung laju aliran metanol pada kondensor.
200,7 W/m2
Universitas Sumatera Utara
= 2,02
= 0,000561
4.2.2.3 Evaporator
Untuk menghitung kalor yang diserap oleh pelat evaporator, digunakan
persamaan panas sensibel.
Kapasitas kalor spesifik sensibel plat evaporator 480
massa plat evaporator 2,39 kg
kalor sensibel plat evaporator
Perubahan suhu (K)
Perubahan temperaur diambil dari temperatur rata rata sore hari
sampai
temperatur terendah plat evaporator pagi hari.
Sehingga untuk pengujian diperoleh besar perubahan temperatur sebagai
berikut:
hari kedua pengujian
= (28,91 C – 7,71C ) + 273= 294,2 K
Sehingga kalor sensibel plat evaporator
2,39 kg x 480
x 296,27 K = 337.506 J = 337,5 kJ
Untuk menghitung kalor yang dibutuhkan metanol dalam proses penguapan
pada saat proses adsorpsi digunakan persamaan kalor laten.
= kalor laten metanol (J)
Universitas Sumatera Utara
= kapasitas kalor spesifik laten
= massa metanol (kg)
Pengujian hari kedua
= 2,1 L
= 2,1 x 10-3 m3
= 787 kg/m3
Dari data di atas massa metanol adalah
= 2,1 x 10-3 x 787
= 1,65 kg
Massa (m) metanol yang dapat teradsorpsi dan terdesorpsi dengan baik
pada pengujian hari pertama adalah 1,65 kg.
Sehingga dapat dihitung kalor laten penguapan metanol dapat dihitung
dengan persamaan berikut ini.
= 1100 kJ/kg x 1,65 kg
= 1817,97 kJ
Analisa kalor pada air
Pada penelitian ini, media yang didinginkan adalah air, dalam hal ini kalor
yang dihitung adalah panas sensibel dari air, dengan menggunakan
persamaan :
Dimana
kalor sensibel air (J)
massa air (kg)
Massa air 1,992 kg
= kapasitas kalor spesifik sensibel air
Perubahan suhu (K)
Universitas Sumatera Utara
Perubahan temperaur diambil dari temperatur rata rata sore hari
sampai
temperatur terendah plat evaporator pagi hari.
hari kedua pengujian= 27,64 C - 4,37C = 23,27 C + 273= 296,27 K
1,992 kg x 4,179
x 296,27 K = 2.466,32 kJ
Kesetimbangan energi
Proses terjadinya pendinginan pada sistem ini dipengaruhi oleh kalor yang
diperlukan metanol untuk menguap, dimana panas yang diserap metanol
harus lebih besar dengan kalor yang dikeluarkan oleh plat evaporator dan
air.
Penyerapan panas oleh metanol
– Volume = 1,7 liter ( 1,7 x 10-3)
– Massa jenis (30) = 787 kg/m3
– Massa metanol = 787 kg/m3 x 1 x 10-3 m3 = 0, 787 kg
– Panas laten penguapan = 1100 kJ/kg
– Total panas yang diserap metanol selama menguap :
= 0,787 kg x 1100 kJ/kg = 865,7,61 kJ
Penggunaan panas penyerapan
– Volume = 2 liter ( 2 x 10-3 m3)
– Massa jenis air (30C) = 791 kg/ m3
– Massa air = 1 x 10-3 m3 x 1992 kg = 1,992 kg/m3
– Panas jenis air pada 30 C = 4,179 kJ/kg C
– Panas Pembekuan = 334 kJ/kg
Menurunkan suhu air dari 27,64 C menjadi 4,37 C
Hari kedua pengujian
Universitas Sumatera Utara
= 1,992 kg x 4,179
x 23,27 C
= 193,71 kJ
Menurunkan suhu evaporator dari 28,91 C menjadi 7,71 C
Hari kedua pengujian
= 2,39 kg x 0,48
x 294,2 K
= 336.829 J= 337,506 kJ
Total energi panas yang digunakan untuk mengubah air menjadi es
337,506 kJ + 193,71 kJ = 531,21 kJ Sehingga,
1287,21 kJ j
531,21 kJ
Efisiensi evaporator adalah
=
= 0,15
Universitas Sumatera Utara
4.2.3 Pengujian hari ketiga
4.2.3.1 Kolektor (Adsorber)
Laju perpindahan panas antara kaca kolektor dan pelat penyerap dapat
dihitung dengan :
Tp = (T7 + T8 +T9 +T10):4 = (69,55 ºC +76,55 ºC+ 79,10 ºC+78,38 ºC): 4
METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Metode Pelaksanaan Penelitian
Dalam pelaksaan penelitian ini dilakukan kegiatan-kegiatan yang
meliputi tahapan yaitu:
MULAI
TAHAPAN PERSIAPAN
SURVEY
LAPANGAN
PERANCANGAN ALAT ADSORPSI
KARBON AKTIF-ALUMINA-METANOL
PENGUJIAN ALAT ADSORPSI
KARBON AKTIF-ALUMINA-METANOL
PERANCANGAN KOLEKTOR
PERANCANGAN KONDENSOR
PERANCANGAN EVAPORATOR
ASSEMBLING MESIN PENDINGIN
SIKLUS ADSORPSI
PEGUJIAN MESIN PENDINGIN
SIKLUS ADSORPSI
ANALISA DATA
SELESAI
Universitas Sumatera Utara
3.2 Tempat dan Waktu
Tempat penelitian adalah laboratorium Teknik Pendingin, gedung Fakultas
Teknik USU. Waktu pelaksanaan penelitian 7 bulan.
3.3. Bahan dan Alat
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Pelat stainless
Pelat stainless digunakan sebagai bahan utama pembuatan kolektor, sirip
kondensor, dan evaporator. Ketebalan plat stainless yang digunakan dalam
perancangan mesin pendingin tenaga surya adalah 1 mm sebanyak 2 lembar.
Gambar 3.1 Pelat stainless
2. Karbon aktif
Karbon Aktif digunakan sebagai adsorben untuk menyerap metanol pada
proses adsorpsi. Karbon aktif dalan penelitian ini dibutuhkan sebanyak 5 kg.
3.Alumina
Alumina dalam penelitian ini berperan sebagai adsorben sama halnya
dengan fungsi karbon aktif menyerap metanol pada saat proses adsorpsi.
Alumina pada penelitian ini dibutuhkan sebanyak 5 kg.
4.Metanol
Metanol
pada
penelitian
ini
dibutuhkan sebanyak 3 L. Hal ini
dikarenakan pada saat pengujian kemampuan adsorpsi menggunakan 0,5
Universitas Sumatera Utara
kg karbon aktif + 0.5 kg Alumina aktif beserta peletakan 10 buah steel
ball berdiameter 22 mm jumlah refrigeran yang diserap adalah 350 mm.
5. Bola Stainless (mimis)
Bola stainless (mimis) digunakan sebagai bahan campuran karbon aktif
dan
alumina. Kegunaannya adalah sebagai
penyerap dan penyimpan
panas pada kolektor. Jumlah bola stainless yang digunakan sebanyak 80
buah.
Gambar 3.2 Bola Stainless (mimis)
6. Pipa Stainless
Pipa stainless berukuran 1/2” dengan panjang 4 m dan 1” dengan panjang
1m digunakan sebagai bahan pembuat kondensor dan juga sebagai pipa
penyambung antara kolektor, kondensor, dan evaporator.
Gambar 3.3 Pipa Stainless
Universitas Sumatera Utara
7. Rockwool
Bahan rockwool digunakan sebagai lapisan isolator pada dinding kolektor
surya. Bahan ini berfungsi untuk mencegah kehilangan panas keluar dari
solar collector . Jenis Rockwool yang dipakai adalah jenis Wire Mesh yang
memiliki konduktivitas 0,043 W/mk. Pada rancang bangun ini ketebalan
rockwool yang dirancang pada kolektor adalah 30 mm.
Gambar 3.4 Rockwool
8. Kaca
Bahan ini digunakan sebagai jalur masuknya radiasi matahari dan untuk
meningkatkan performance dari solar collector. Kaca yang digunakan
memiliki ketebalan 5 mm, konduktivitas termal 0,81 W/m.K, transmisivitas
( ) = 0,85, refleksi (ρ) = 0,09, absorsivitas (α) = 0,06 dan emisivitas ( ) =
0,88
Gambar 3.5 Kaca
Universitas Sumatera Utara
9. Plat besi siku
Plat siku digunakan sebagai bahan pembuat rangka/ konstruksi mesin
pendingin tenaga surya. Bahan ini berukuran 5 cm x 5 cm.
Gambar 3.6 Plat besi siku
10. Papan
Papan digunakan untuk membuat kotak isolasi kolektor. Dalam pembuatan
kotak isolasi kolektor papan dibutuhkan sepanjang 3 m.
Gambar 3.7 Papan
11. Selang Karet
Selang
karet berukuran ¾” sepanjang 1 m digunakan sebagai
penyambung antara kolektor, kondensor, dan evaporator dan juga sebagai
jalur sirkulasi refrigeran pada saat proses adsorpsi dan desorpsi berlangsung.
Gambar 3.8 Selang karet
Universitas Sumatera Utara
12. Kotak isolasi styrofoam
Kotak isolasi berfungsi untuk mengisolasi ruangan evaporator tempat
proses pendinginan air agar tidak dioengaruhi suhu lingkungan. Kotak
isolasi terbuat dari bahan styrofoam dengan ketebalan 25 mm.
Gambar 3.9 Kotak isolasi styrofoam
13. Jaring kawat
Jaring kawat berfungsi untuk menahan karbon aktif, alumina, dan
mimis agar tidak jatuh ke ruangan kosong yang ada pada kolektor. Jaring
kawat dibutuhkan 63 cm x 63 cm.
Gambar 3.10 Jaring kawat
14. Katup (valve)
Katup adalah alat yang berfungsi menutup dan membuka/ memutus
dan menghubungkan aliran fluida atau refrigeran saat berlangsungnya
proses adsorpsi dan desorpsi berlangsung. Katup yang dibutuhkan
sebanyak 4 buah yang masing masing fungsinya adalah sebagai
penghubung antara kolektor, kondensor, dan evaporator dan sebagai
keran penghubung pada proses pemvakuman.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.11 Katup (valve)
13. Lem araldite
Bahan ini berfungsi untuk menutupi atau mengisolasi sambungan antara
katup dengan selang karet agar tidak terjadi kebocoran pada saat proses
adsorpsi dan desorpsi berlangsung. Alat perekat ini juga digunakan untuk
menutupi dan melapisi bagian yang mengalami kebocoran baik yang
terdapat pada kolektor, kondensor, dan evaporator.
Gambar 3.12 Lem Araldite
14. Cat
Bahan ini digunakan untuk mengecat kolektor. Cat yang dipakai
adalah wana hitam dop (kabut). Warna hitam dipakai karena benda hitam
dapat menyerap semua radiasi yang disengaja (irradiasi) tanpa melihat
panjang gelombang dan arah datangnya sinar (bersifat diffuse).
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.13 Cat semprot
Alat yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut
1. Pompa vakum
Pompa
vakum
adalah sebuah alat untuk mengeluarkan
molekul- molekul gas dari dalam kolektor, kondensor, dan evaporator
untuk mencapai tekanan vakum.
Gambar 3.14 Pompa vakum
Spesifikasi:
Merk
: Robinair
Model No.
: 15601
Capacity
: 142 liter/menit
Universitas Sumatera Utara
Motor
: ½ HP
Volts
: 110-115 V / 220-250 V
2. Agilent
Alat ini dihubungkan dengan termokopel yang dipasang pada titiktitik yang akan diukur temperaturnya. Pencatatan data pengukuran disimpan
pada flashdisk yang dihubungkan pada bagian belakang alat ini.
Gambar 3.15 Agilent
Spesifikasi alat :
a. Daya 35 Watt
b. Jumlah saluran termokopel 20 buah
c. Mempunyai 3 saluran utama
d. Ketelitian termokopel 0.03C
e. Dapat memindai data hingga 250 saluran per detik
f. Mempunyai 8 tombol panel dan sistem kontrol
g.Fungsional
antara
lain
pembacaan
suhu
termokopel,
Resistance
Temperature Detector (RTD), dan termistor, serta arus listrik AC
3. Station data log Hobo Micro Station
Alat ini dihubungkan
ke
data
logger
untuk
kemudian
dihubungkan ke komputer untuk diolah datanya.
Spesifikasi alat :
a. Skala pengoperasian: 20 oC - 50 oC dengan baterai alkalin 40 oC-70 oC
Universitas Sumatera Utara
dengan baterai lithium
b. Input Processor: 3 buah sensor pintar multi channel monitoring
c. Ukuran: 8,9 cm x 11,4 cm x 5,4 cm
d. Berat: 0,36 Kg
e. Memori: 512 Kb Penyimpanan data nonvolatile flash
f. Interval Pengukuran: 1 detik - 18 jam (tergantung pengguna)
g. Akurasi Waktu: 0 deti - 2 detik
Gambar 3.16 Hobo Microstation data logger
Terdapat beberapa alat ukur pada Hobo Micro station data logger yaitu :
a. Pyranometer
Alat ini digunakan untuk mengukur radiasi matahari pada suatu lokasi. Satuan
alat ukur ini adalah W/m2.
Tabel 3.1 Spesifikasi Pyranometer
Parameter pengukuran
Intensitas radiasi dengan interval 1 detik
Rentang Pengukuran
0 sampai 1280 W/m2
Temperatur kerja
Temperature: -40° C to 75 °C (-40° F to 167 °F)
Akurasi
± 10,0 W/m2 or ± 5%. Tambahan temperatur error 0,38
W/m2/°C from 25 °C (0,21 W/m2/°F from 77 °F)
Universitas Sumatera Utara
Resolusi
1,5 W/m2
Penyimpangan
< ± 2% per Year
Panjang kabel
3 Meters (9,8 ft)
Berat
120 grams (4,0 oz)
Dimensi
41 mm Height x 32 mm Diameter (1 5/8" x 1 1/4")
b. Wind Velocity Sensor
Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan angin. Satuan alat ukur ini
adalah m/s. Berikut adalah spesifikasi wind velocity sensor.
Tabel 3.2 Spesifikasi Wind Velocity Sensor
Parameter pengukuran
Kecepatan angin rata-rata
Kecepatan angin tertinggi
Data Channels
2 Channel, 1 Port
Rentang pengukuran
0 to 45 m/s (0 to 100 mph)
Operasi kerja
Temperatur: -40oC to 75oC (-40 oF to 167 oF)
Akurasi
±1.1 m/s (2.4 mph) atau 4%
Resolusi
0,38 m/s (0,85 mph)
Ambang batas awal
1 m/s (2,2 mph)
Kecepatan angin maksimum
54 m/s (120 mph)
Radius pengukuran
3 Meter
Housing
3 buah Anemometer dengan bantalan Teflon
Bearings dan poros Hardened Beryllium
Panjang kabel
3,0 Meters (10 ft)
Dimensi
190 cm x 51 cm (7,5" x 3,2")
Berat
300 gram (10 oz)
Universitas Sumatera Utara
c. Ambient Measurement apparatus
Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur lingkungan sekitar. Satuan alat
ukur ini adalah °C. Dengan spesifikasi:
Tabel 3.3 Spesifikasi Measurement Apparatus
Rentang pengukuran
-40 °C to 125 °C (-40 °F to 257 °F)
Akurasi
±0,22 °C at 25 °C (±0.4 °F at 77 °F) see Diagram
Resolusi
0,02 °C @ 25 °C (0,04 °F @ 77 °F)
Penyimpangan
0,05 °C/yr + 0,1 °C/1000 hrs above 100 °C
Waktu Respon
Water: 3,5 minutes to 90%
Air: 10 minutes to 90% ( Moving at 1 m/sec)
Akurasi Waktu
±2 Minutes per Month at 25 °C (77 °F)
Sampling Rate
1 Second to 18 Hours
Kapasitas penyimpanan
43,000 12-bit Samples/Readings
data
Konstruksi housing
316L Stainless Steel with O-ring seal
Tekanan/kedalaman kerja
2200 psi (1500 m/4900 ft) maximum
Lingkungan kerja
Air, Water, Steam (0 to 100% RH)
Berat
72 g (2,5 oz)
Dimensi
10,1 cm long x 1,75 cm diameter
d. T and RH Smart Sensor
Alat ini digunakan untuk mengukur kelembaban. Besarnya nilai yang diukur
oleh alat ini dalam persen (%).
Tabel 3.4 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor
Channel
1 Channel kelembapan
Rentang pengukuran
-40 °C - 100 °C (-40 °F - 212 °F)
Akurasi
< ±0.2 °C - 0 °C sampai 50 °C (< ±0.36 °F @ 32
°C - 122 °F)
Universitas Sumatera Utara
Resolusi
< ±0,03 °C dari 0 °C - 50 °C
(< ±0,054°F dari 32°F - 122°F)
Penyimpangan
< ±0,1 °C (0,18 °F)/tahun
Waktu Respon
kurang 2,5 Menit sampai RH 90% dalam 1 m/det
gerakan udara
Housing
Stainless Steel Sensor Tip
Pilihan operasi pengukuran
Tersedia
Kondisi Lingkungan
Kabel dan Sensor Tahan air selama 1 tahun
dengan Temperatur sampai 50 °C
Berat
w/ 17 Meter Cable: 880 grams (12,0 oz)
Dimensi
7 mm x 38 mm (0,28" x 1,50") - (Sensor saja)
4. Manometer vakum
Manometer vakum digunakan untuk mengukur tekanan di dalam alat
penguji kapasitas adsorpsi. Alat ini juga dapat dipakai untuk melihat/mengecek
adsorber, kondensor, dan evaporator mengalami kebocoran atau tidak.
Gambar 3.17 Manometer
Spesifikasi
Buatan
: Jerman
Max. tekanan
: 0 cmHg
Min. tekanan
: -76 cmHg
Universitas Sumatera Utara
5. Thermometer raksa
Thermometer dalam pengujian ini digunakan untuk mengukur suhu air
yang akan didinginkan/dibekukan.
Gambar 3.18 Thermometer Raksa
Spesifikasi :
Max. Temperatur : 110C
Min. Temperatur
: -10C
6. Gelas ukur
Gelas ukur digunakan untuk mengetahui jumlah refrigeran metanol yang
akan dimasukkan ke dalam evaporator. Gelas ukur yang digunakan berukuran
1 liter.
Gambar 3.19 Gelas ukur
Universitas Sumatera Utara
3.4 Perancangan Alat Penelitian
Dalam penelitian mesin pendingin tenaga surya, sebelumnya untuk
menentukan jenis refrigeran dan adsorber yang akan
digunakan, kami
membuat alat pengujian adsorpsi agar kami dapat mengetahui jenis
adsorben apa yang paling baik untuk digunakan dalam mesin pendingin
tenaga surya.
1
2
3
4
5
6
7
Gambar 3.20 Alat pengujian adsorpsi
Universitas Sumatera Utara
Keterangan gambar :
1. Double Spot Light
2. Kolektor diisolasi papan
3. Manometer vakum
4. Thermocouple
5. Selang karet
6. Katup (valve)
7. Gelas ukur
Agar suhu gelas ukur tidak bercampur dengan suhu lingkungan, maka
gelas ukur diisolasi dengan kotak styrofoam dengan peletakan 5 kg es di
dalamnya agar suhu ruangan di dalam kotak styrofoam tetap stabil.
Gambar 3.21 Alat pengujian adsorpsi dengan gelas ukur diisolasi
Universitas Sumatera Utara
3.5 Dimensi utama alat pengujian adsorpsi
Adapun dimensi-dimensi alat penguji kapasitas adsorpsi dapat
digambarkan sebagai berikut ini.
Gambar 3.22 Dimensi alat pengujian adsorpsi
3.5.1 Kolektor
Kolektor dalam pengujian kapasitas adsorpsi terbuat dari bahan plat
stainless steel dengan ketebalan 1 mm dengan luas permukaan 0.07 m2.
Jumlah kolektor dibuat sebanyak 2 buah. Satu buah kolektor diisi dengan
adsorben karbon aktif dan alumina masing masing memiliki berat 0,5 kg dan
kolektor yang satu lagi diisi dengan adsorben yang sama, namun di dalamnya
terdapat penambahan 10 buah mimis berdiameter 22 mm. Tujuannya adalah
untuk mengetahui apakah mimis tersebut berpengaruh terhadap daya serap
panas kolektor ketika proses adsorpsi dan desorpsi berlangsung.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.23 Dimensi kolektor (adsorber)
3.5.2 Gelas ukur
Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume refrigeran yang dapat
diserap oleh adsorben karbon aktif pada saat adsorpsi dan volume refrigeran
yang kembali pada saat desorpsi. Adapun dimensi gelas ukur sebagai berikut
ini. Gelas ukur terbuat dari bahan plat stainless steel dengan keteblan plat 1
mm.
3.6 Prosedur dan hasil pengujian adsorpsi
Prosedur pengujian dapat diuraikan sebagai berikut ini.
1. Proses assembling/penyambungan alat penguji kapasitas adsorpsi.
Komponen
adsorber dengan gelas ukur dirangkai/dihubungkan dengan
baik. Pada persambungan pipa dilem dengan baik dan kuat untuk
menghindari kebocoran.
2. Kemudian dipasang termokopel agilent, pada adsorber (4 titik) dan pada
gelas ukur (3 titik). Agilent dinyalakan sehingga data-data temperatur pada
setiap titik termokopel tersimpan otomatis.
3. Adsorber dipanaskan selama 8 jam (mulai pukul 09.00 WIB sampai
dengan pukul 17.00 WIB).
Universitas Sumatera Utara
4. Pada pukul 17.00 WIB dilakukan pemvakuman dengan mengunakan
pompa vakum untuk mengeluarkan gas/udara dan air/uap air yang terdapat
pada adsorben. Setelah kondisi vakum, kemudian semua katup ditutup.
5. Pada gelas ukur diisi refrigeran. Refrigeran yang digunakan adalah
metanol. Kemudian lampu alat penguji kapasitas adsorpsi dimatikan. Data
temperatur adsorber dan gelas ukur akan otomatis tersimpan pada agilent
dalam bentuk excel.
6. Kemudian gelas ukur dimasukkan ke dalam kotak styrofoam dan pada
styrofoam diisikan es sebanyak 5 kg. Hal ini bertujuan untuk melihat
berapa refrigeran yang dapat diserap oleh adsorben dengan kondisi bagian
luarnya sudah menjadi es. Karena gelas ukur nantinya akan digantikan
fungsinya oleh evaporator pada mesin pendingin siklus adsorpsi tenaga
surya.
7. Katup antara adsorber dan gelas ukur dibuka untuk memulai proses
adsorpsi (pukul 17.00 WIB sampai keesokan harinya pukul 09.00 WIB).
Temperatur adsorber akan turun seiring dengan turunnya temperatur
lingkungan. Pada malam hari dengan turunya temperatur adsorber, maka
adsorben akan menyerap refrigeran sehingga refrigeran akan menguap dan
naik ke adsorben. Tekanan adsorpsi dicatat setiap jamnya.
8. Proses desorpsi mulai pukul 09.00 WIB sampai dengan pukul 17.00 WIB
dengan menyalakan lampu pemanas alat penguji kapasitas adsorpsi (1000
W). Seiring dengan naiknya temperatur adsorber maka refrigeran akan
menguap dari adsorben dan masuk ke gelas ukur dalam fasa cair.
Universitas Sumatera Utara
Berikut adalah data hasil pengujian adsorpsi hari pertama dengan adsorben
karbon aktif dan alumina tanpa menggunakan campuran mimis.
Tabel 3.5 Data hasil pengujian I pada kolektor
Tanggal
Waktu
Tekanan
Temperatur
(CmHg)
(C )
20 Februari 2014
17.00
-40
125.28
20 Februari 2014
18.00
-42
35.49
20 Februari 2014
19.00
-42
30.72
20 Februari 2014
20.00
-43
29.32
20 Februari 2014
21.00
-43
28.70
20 Februari 2014
22.00
-44
28.49
20 Februari 2014
23.00
-45
28.30
21 Februari 2014
00.00
-46
28.11
21 Februari 2014
01.00
-52
27.87
21 Februari 2014
02.00
-53
27.71
21 Februari 2014
03.00
-54
27.57
21 Februari 2014
04.00
-55
27.40
21 Februari 2014
05.00
-56
27.45
21 Februari 2014
06.00
-56
27.25
21 Februari 2014
07.00
-57
27.10
21 Februari 2014
08.00
-57
26.71
21 Februari 2014
09.00
-57
26.90
Universitas Sumatera Utara
Tabel 3.6 Data hasil pengujian I pada gelas ukur
Tanggal
Waktu
Tekanan
Temperatur
(CmHg)
(C )
20 Februari 2014
17.00
-40
29.08
20 Februari 2014
18.00
-42
28.44
20 Februari 2014
19.00
-42
28.07
20 Februari 2014
20.00
-43
27.97
20 Februari 2014
21.00
-43
27.82
20 Februari 2014
22.00
-44
25.96
20 Februari 2014
23.00
-45
19.58
21 Februari 2014
00.00
-46
18.22
21 Februari 2014
01.00
-52
13.96
21 Februari 2014
02.00
-53
12.02
21 Februari 2014
03.00
-54
10.69
21 Februari 2014
04.00
-55
9.64
21 Februari 2014
05.00
-56
10.12
21 Februari 2014
06.00
-56
10.79
21 Februari 2014
07.00
-57
12.05
21 Februari 2014
08.00
-57
12.78
21 Februari 2014
09.00
-57
14.69
Berdasarkan hasil pengujian hari pertama, hasil penyerapan
metanol
dengan adsorber menggunakan campuran Karbon Aktif 500 gram dan Alumina
500 gram jumlah metanol yang diserap selama proses adsorpsi adalah 250 ml.
Setelah pengujian hari pertama selesai dilakukan dan data hasil percobaan
telah diketahui, maka dilanjutkan dengan pengujian adsorpsi dengan adsorben
karbon aktif dan alumina dengan campuran 10 buah mimis. Berikut adalah data
hasil pengujian adsorpsi tersebut.
Universitas Sumatera Utara
Berikut adalah data hasil pengujian adsorpsi hari pertama dengan adsorben
karbon aktif dan alumina menggunakan campuran mimis.
Tabel 3.7 Data hasil pengujian II pada kolektor
Tanggal
Waktu
Tekanan
Temperatur
(CmHg)
(C )
22 Februari 2014
17.00
- 40
224.97
22 Februari 2014
18.00
- 55
61.74
22 Februari 2014
19.00
- 57
57.96
22 Februari 2014
20.00
- 58
57.49
22 Februari 2014
21.00
- 60
29.76
22 Februari 2014
22.00
- 60
27.71
22 Februari 2014
23.00
- 60
27.50
23 Februari 2014
00.00
- 61
26.48
23 Februari 2014
01.00
- 61
25.50
23 Februari 2014
02.00
- 61
25.97
23 Februari 2014
03.00
- 61
26.48
23 Februari 2014
04.00
- 61
26.06
23 Februari 2014
05.00
- 62
25.02
23 Februari 2014
06.00
- 62
25.45
23 Februari 2014
07.00
- 62
26.64
23 Februari 2014
08.00
- 62
28.57
23 Februari 2014
09.00
- 61
30.39
23 Februari 2014
10.00
- 61
30.48
Universitas Sumatera Utara
Tabel 3.8 Data hasil pengujian II pada gelas ukur
Tanggal
Waktu
Tekanan
Temperatur
(CmHg)
(C )
22 Februari 2014
17.00
- 40
26.57
22 Februari 2014
18.00
- 55
24.67
22 Februari 2014
19.00
- 57
22.10
22 Februari 2014
20.00
- 58
19.73
22 Februari 2014
21.00
- 60
19.12
22 Februari 2014
22.00
- 60
17.61
22 Februari 2014
23.00
- 60
16.52
23 Februari 2014
00.00
- 61
13.62
23 Februari 2014
01.00
- 61
11.86
23 Februari 2014
02.00
- 61
10.63
23 Februari 2014
03.00
- 61
9.73
23 Februari 2014
04.00
- 61
9.67
23 Februari 2014
05.00
- 62
9.20
23 Februari 2014
06.00
- 62
9.18
23 Februari 2014
07.00
- 62
9.48
23 Februari 2014
08.00
- 62
10.31
23 Februari 2014
09.00
- 61
11.44
23 Februari 2014
10.00
- 61
12.15
Berdasarkan hasil pengujian, hasil penyerapan Metanol dengan Adsorber
menggunakan campuran Karbon Aktif 500 gram, Alumina 500 gram dan
peletakan 10 buah mimis berdiameter 22 jumlah metanol yang diserap selama
proses adsorpsi berlangsung adalah 350 ml.
Setelah data hasil pengujian menggunakan alat adsorpsi telah diketahui.
Maka dapat diambil kesimpulan bahwa peletakan bola stainless (mimis)
memiliki pengaruh terhadap daya serap adsorben terhadap metanol karena bola
stainless atau mimis dapat menyerap atau menyimpan panas pada saat proses
Universitas Sumatera Utara
desorpsi berlangsung sehingga karbon aktif dan alumina mendapatkan panas
maksimal.
3.7 Perancangan mesin pendingin tenaga surya
Gambar 3.24 Proses desorpsi mesin pendingin tenaga surya
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.25 Proses adsorpsi mesin pendingin tenaga surya
3.8 Dimensi utama alat penelitian
3.8.1 Kolektor
3.8.1.1 kolektor
Kolektor adalah alat yang digunakan untuk menangkap panas dari radiasi
matahari pada proses desorpsi berlangung. Adsorber terbuat dari bahan pelat
stainless steel dengan ketebalan 1 mm dengan luas permukaan 0,25 m2.
Adsorber dilapisi dengan 2 lapisan kaca dengan jarak antar kaca adalah 30
mm dan jarak kaca dengan adsorber adalah 30 mm.
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.26 Dimensi kolektor mesin pendingin tenaga surya
Gambar 3.27 Ruang bagian dalam kolektor
Keterangan gambar :
Tebal pelat
: 1 mm
Tebal fin
: 1 mm
Jarak antar fin
: 50 mm
Tinggi fin `
: 50 mm
Jumlah fin
: 12 buah
Tinggi adsorber
: 80 mm
Diameter pipa ( ) : ½ “
Universitas Sumatera Utara
3.8.1.2 Kotak isolasi kolektor
Kotak isolasi adalah tempat generator/kolektor yang diisolasi dengan
baik sehingga panas yang diserap kolektor tidak terbuang ke luar.
1
2
2
3
2
4
5
6
Gambar 3.28 Posisi kolektor pada kotak isolasi
Keterangan Gambar :
1. Kaca penutup kolektor
2. Kotak isolasi kayu
3. Permukaan pelat kolektor
4. Alas pelat kolektor
5. Manometer
6. Katup (Valve)
Bahan kotak isolasi
: kayu
Ukuran kotak isolasi
: 600 mm x 600 mm x 210 mm
Tebal kotak isolasi
: 15 mm
Universitas Sumatera Utara
3.8.1.3 Kaca penutup
Kaca penutup berfungsi untuk menangkap sekaligus mengurangi kerugian
panas yang mengalir ke luar.
Gambar 3.30 Model kaca penutup kolektor
Gambar 3.31 Model kaca kolektor dua lapis
Jarak antar kaca
: 30 mm
Tebal kaca
: 3 mm
Ukuran kaca
: 570 x 570 mm
Jumlah kaca
: 2 lapis
Jarak generator ke kaca
: 30 mm
Universitas Sumatera Utara
3.8.2 kondensor
Kondensor terdiri dari 17 buah sirip yang terbuat dari bahan stainless steel
dengan ukuran sirip 400 mm x 100 mm dan tebal plat 1 mm. Udara
disirkulasikan ke sirip kondensor sehingga uap refrigeran yang berada di
dalam pipa akan memindahkan panas ke udara pendingin melalui permukaan
sirip tersebut.
Gambar 3.32 Model kondensor
3.8.3 Evaporator
Salah satu komponen utama mesin pendingin adsorpsi yang akan
dirancang adalah evaporator. Evaporator dibuat sesuai dengan kapasitas
metanol yang mampu diserap oleh karbon aktif dan alumina pada generator
dengan dimensi 220× 220×10 (mm).
Gambar 3.33 Model evaporator
Universitas Sumatera Utara
Gambar 3.34 Ukuran evaporator
3.8.3.1 Kotak insulasi
Kotak insulasi adalah ruang sekaligus tempat evaporator dan wadah air
yang akan didinginkan. Kotak insulasi terbuat dari bahan plat stainless
dengan ketebalan 1 mm. Ruang bagian dalam kotak insulasi diisolasi dengan
karet agar ruangan di dalam kotak insulasi tidak berhubungan dengan udara
luar dan bagian luar kotak insulasi dilapisi lagi dengan styrofoaam agar suhu
udara luar atau udara lingkungan tidak bersinggungan dengan suhu kamar
ruang pendingin.
Gambar 3.35 Kotak insulasi
Universitas Sumatera Utara
3.8.3.2 Wadah penampung air
Dalam penelitian ini media yang didinginkan adalah air. Air ditampung di
dalam sebuah wadah dan diletakkan di dalam kotak insulasi. Ukuran wadah
disesuaikan dengan ukuran evaporator dan kapasitas air yang akan
didinginkan. Wadah ini terbuat dari bahan aluminium.
Gambar 3.36 Wadah penampung air
3.9 Langkah pembuatan mesin pendingin tenaga surya
3.9.1 Kolektor (adsorber)
1. Adsorber terbuat dari bahan pelat stainless steell dengan ketebalan 1 mm.
Langkah awal dalam pembuatan adsorber adalah proses pemotongan plat
sesuai dengan ukuran yang telah ditentukan. Pembentukan pelat menjadi
sebuah kotak stainless atau proses pembendingan.Setelah proses
pembendingan selesai dilakukan maka proses pengelasan dilakukan agar
tidak ada sedikitpun celah udara masuk atau keluar dari adsorber. Bagian
yang di las adalah bagian siku atau bagian sudut kolektor beserta
pemasangan fin pada kolektor. Proses pengelasan ini menggunakan las
argon. Las argon dipilih karena bahan atau material yang akan dilas terbuat
dari bahan stainless steel dan
memiliki ketebalan 1 mm, dan hasil
Universitas Sumatera Utara
sambungan lebih kuat dan menghindari tingkat kebocoran sehingga las
argon memenuhi kriteria dalam proses pengelasan ini.
2. Setelah adsorber dibentuk, maka adsorber diisi dengan adsorben. Jumlah
adsorben yang dimasukkan adalah 4 kg karbon aktif dan 4 kg alumina
beseta peletakan 80 buah mimis. Adsorben karbon aktif dan alumina
dicampur secara merata agar proses penyerapan metanol pada proses
adsorpsi nantinya berjalan dengan merata disetiap bagian kolektor.
Gambar 3.37 Pengisian adsorben dan mimis
3. Setelah proses pengisian adsorben selesai, maka adsorben dilapisi dengan
jaring kawat. Tujuannya adalah agar adsorben tidak jatuh ke bawah pada
saat adsorber dibalikkan dan pada proses pemvakuman dilakukan
adsorben tidak ada yang terhisap oleh pompa vakum, sehingga adsorben
tidak ada yang terbuang.
Gambar 3.38 Pemasangan jaring kawat
Universitas Sumatera Utara
4. Setelah jaring kawat terpasang dengan baik, maka adsorber pun ditutup
dengan penutup adsorben. Adsorber dilengkapi juga dengan dua buah pipa
yang masing-masing pipa dilengkapi dengan valve atau katup dan salah
satu pipa dilengkapi dengan manometer untuk mengukur tekanan pada
adsorber.
Gambar 3.39 Penyambungan kolektor
5. Setelah semua bagian dari adsorber dilas dan dilakukan pengecekan
adsorber menggunakan pompa. Pengecekan dilakukan untuk mengetahui
apakah adsorber mengalami kebocoran atau tidak, maka langkah
selanjutnya adalah proses pengecatan adsorber. Warna yang dipilih adalah
warna hitam kabut (dop).
3.9.2 Kondensor
1. Langkah yang pertama dilakukan adalah pemotongan pelat untuk
pembuatan sirip sirip kondensor. Pelat dipotong sesuai dengan ukuran sirip
yang telah dirancang. Jumlah sirip adalah 17 buah sirip dengan ukuran 400
mm x 100 mm.
Gambar 3.40 Pembuatan sirip kondensor
Universitas Sumatera Utara
2. Kemudian setelah itu bagian sirip dilaskan ke pipa pipa kondensor. Jarak
antar sirip adalah 2 cm. Sirip kondensor dilaskan ke pipa pipa kondensor
agar perpindahan panas antara pipa dan sirip kondensor terjadi merata.
Gambar 3.41 Pengelasan sirip kondensor
3. Setelah proses pengelasan selesai dilakukan, maka proses finishing
dilakukan dengan mengecek apakah kondensor mengalami kebocoran atau
tidak. Untuk mencegah terjadinya kebocoran, bagian bagian yang rentan
mengalami kebocoran misalnya sambungan antara pipa pipa kondensor di
lem dengan lem araldite.
Gambar 3.42 Pengeleman kondensor
3.9.3 Evaporator
1. Langkah awal pembuatan evaporator adalah pemotongan pelat sesuai
dengan ukuran evaporator yang telah dirancang. Setelah itu plat dibending
untuk membentuk bagian alas permukaan evaporator.
Universitas Sumatera Utara
2. Setelah evaporator selesai dibentuk, langkah selanjutnya adalah proses
pengelasan pipa pada evaporator.
Gambar 3.43 Pengelasan pipa kondensor
3. Setelah itu proses finishing, Pengecekan seluruh bagian dari evaporator
serta dilanjutkan dengan pemasangan kaca agar nantinya kita dapat
mengetahui jumlah metanol yang diserap pada proses adsorpsi dan berapa
jumlah methanol yang kembali pada proses desorpsi berlangsung.
3.10 Pelaksanaan penelitian
3.10.1 Persiapan penelitian
1. Proses assembling/ penyambungan komponen mesin pendingin tenaga
surya. Komponen dari mesin kolektor, kondensor, dan evaporator
dihubungkan/ dirangkai. Bagian yang mengalami sambungan yaitu antar
pipa dan selang karet di lem dengan baik agar tidak rerjadi kebocoran.
2. Kemudian apabila komponen mesin pendingin di rangkai/ dihubungkan.
Maka, pemasangan thermokopel dilakukan. Sebelum pemasangan
sebaiknya kabel thermokopel dicek di setiap titiknya apakah terjadi eror
atau tidak. Apabila kabel sudah dalam keadaan baik, maka pemasangan
pun dilakukan di setiap titik yang telah ditentukan.
3. Setelah titik thermokopel selesai dipasang. Maka penelitian pun dilakukan
dengan penjemuran adsorber di bawah sinar matahari. Penjemuran ini
dilakukan di lantai 4 gedung Magister Teknik Mesin. Proses desorpsi
berlangsung ± 9 jam dari pukul 08.00 WIB – 17.00 WIB.
Universitas Sumatera Utara
4. Setelah proses desorpsi berakhir, maka pemvakuman dilakukan. Tujuannya
adalah untuk mengeluarkan partikel-partikel kotoran dari adsorben baik
itu gas dan air. Proses pemvakuman dilakukan ± 20 menit.
5. Kemudian metanol diisi pada evaporator dan katup evaporator ditutup
setelah itu, kemudian semua sambungan dihubungkan. Kemudian
dilakukan
pemvakuman
kembali
dari
katup
pembuangan
untuk
mengosongkan udara yang ada pada pipa-pipa setelah itu katup evaporator
dibuka secara pelan. Setelah metanol kelihatan mendidih, pemvakuman
dihentikan dan katup buang pun ditutup.
6. Proses adsorpsi terjadi pada malam hari , temperatur pada proses adsorpsi
turun seiring dengan turunnya temperatur lingkungan. Pada malam hari
dengan turunnya temperatur adsorpsi, maka karbon aktif dan alumina akan
menyerap metanol sehingga metanol akan menguap pada evaporator dan
naik ke adsorben. Dengan penguapan metanol ini maka temperatur
evaporator pun akan turun yang mengakibatkan temperatur air yang ada di
sekitarnya juga akan turun. Pengukuran tekanan dilakukan setiap satu jam
sekali.
7. Proses desorpsi terjadi pada siang hari, dan kaca kolektor dipasang dan
diisolsi dengan sempurna sehingga tidak ada udara yang mengalir masuk
dan keluar dari adsorber. Kotak isolasi dipastikan terisolasi dengan baik.
Kemudian adsorpsi di jemur di bawah matahari. Dengan naiknya
temperatur adsorber maka diharapkan terjadi proses desorpsi yaitu metanol
akan menguap dan mengalir ke kondensor ,pada kondensor uap metanol
tersebut mencair dan kembali ke evaporator. Tekanan adsorpsi dicatat
setiap satu jam sekali. Pengujian ini dilakukan berulang untuk
mendapatkan hasil yang maksimal.
Universitas Sumatera Utara
BAB IV
ANALISA DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Hasil Pengujian
Adapun data temperatur adsorber yang diperoleh dari hasil pengujian
dilampirkan pada lampiran A :
Berikut adalah data data dari hasil pengujian yang telah dilakukan.
4.1.1 Hari pertama
Tabel 4.1 Tekanan dan temperatur pada proses desorpsi hari pertama
Adsorber
Evaporator
Waktu
P (Bar)
09:02:25:058
-0.62
78.54
10:02:25:017
-0.62
11:02:25:028
Kondensor
P (Bar)
T(C)
35.65
-0.62
26.71
91.31
36.99
-0.62
26.87
-0.61
90.90
38.01
-0.61
27.37
12:02:25:048
-0.61
86.25
38.89
-0.61
27.72
13:02:25:033
-0.61
87.08
38.92
-0.60
28.55
14:02:25:035
-0.59
91.87
38.14
-0.59
29.08
15:02:25:026
-0.59
87.31
36.63
-0.59
29.27
16:02:25:024
-0.59
85.79
38.56
-0.59
28.67
17:02:25:015
-0.61
70.85
34.62
-0.62
26.92
T(C)
T (C)
Tabel 4.2 Tekanan dan temperatur pada proses adsorpsi hari pertama
Adsorber
Evaporator
Waktu
P (Bar)
T(C)
Kondensor
T (C)
P (Bar)
T(C)
18:04:00:039
-0.75
29.10
28.17
-0.75
28.22
19:04:00:060
-0.78
28.29
28.10
-0.78
24.65
20:04:00:042
-0.79
27.26
27.28
-0.79
24.24
21:04:00:084
-0.81
25.41
26.63
-0.81
23.84
Universitas Sumatera Utara
22:04:00:039
-0.82
25.18
26.13
-0.82
22.60
23:04:00:071
-0.83
25.27
25.99
-0.83
18.96
00:04:00:039
-0.83
25.31
25.55
-0.83
13.78
01:04:00:085
-0.83
25.93
25.31
-0.83
11.44
02:04:00:088
-0.83
26.13
25.38
-0.83
11.16
03:04:00:065
-0.83
25.65
25.26
-0.83
9.45
04:04:00:049
-0.83
25.29
25.11
-0.83
8.31
05:04:00:039
-0.85
25.13
24.95
-0.85
7.84
06:04:00:073
-0.85
25.03
25.76
-0.85
7.73
07:04:00:087
-0.85
26.55
28.23
-0.85
7.71
08:04:00:087
-0.85
30.64
31.83
-0.85
7.64
4.1.2 Hari kedua
Tabel 4.3 Tekanan dan temperatur pada proses desorpsi hari kedua
Adsorber
Kondensor
Evaporator
T (C)
P (Bar)
T(C)
68.66
33.29
-0.63
26.01
-0.62
87.17
34.87
-0.62
26.70
11:13:22:346
-0.61
89.21
35.42
-0.61
26.89
12:13:22:345
-0.61
97.33
38.24
-0.61
27.26
13:13:22:384
-0.59
103.50
37.71
-0.59
28.20
14:13:22:366
-0.59
98.20
36.59
-0.59
29.08
15:13:22:345
-0.59
93.98
36.53
-0.59
29.14
16:13:22:344
-0.61
79.32
35.34
-0.61
28.33
17:13:22:348
-0.66
60.71
31.17
-0.66
26.89
Waktu
P (Bar)
T (C)
09:13:22:360
-0.63
10:13:22:365
Universitas Sumatera Utara
Tabel 4.4 Tekanan dan temperatur pada proses adsorpsi hari kedua
Adsorber
Evaporator
Waktu
Kondensor
P(Bar)
P(Bar) T(C)
T(C)
T(C)
18:13:22:356
-0.69
48.76
31.13
-0.69
18.85
19:13:22:378
-0.73
42.69
28.53
-0.73
14.03
20:13:22:344
-0.79
37.81
28.21
-0.79
12.23
21:13:22:393
-0.82
35.53
27.86
-0.82
12.21
22:23:22:378
-0.82
33.61
27.99
-0.82
11.95
23:13:22:358
-0.83
31.90
27.67
-0.83
9.96
00:13:22:344
-0.83
30.23
27.34
-0.83
9.19
01:13:22:364
-0.85
29.03
26.29
-0.85
8.74
02:13:22:380
-0.85
28.37
25.42
-0.85
7.14
03:13:22:356
-0.85
27.64
25.42
-0.85
5.58
04:13:22:372
-0.86
27.07
24.31
-0.86
5.07
05:13:22:378
-0.86
26.61
23.18
-0.86
4.58
06:13:22:372
-0.87
27.23
23.92
-0.87
4.35
07:13:22:378
-0.87
32.45
24.37
-0.87
4.34
08:13:22:378
-0.87
37.42
26.85
-0.87
4.34
4.1.3 Hari ketiga
Tabel 4.5 Tekanan dan temperatur pada proses desorpsi hari ketiga
Adsorber
Evaporator
Kondensor
Waktu
P(Bar)
T (C)
T(C)
T(C) P (Bar)
08:43:37:135
-0.65
54.38
30.73
-0.65
26.79
09:43:37:120
-0.65
68.46
33.62
-0.65
27.68
10:43:37:139
-0.63
82.17
34.98
-0.63
27.73
11:43:37:120
-0.63
87.00
35.45
-0.63
27.89
12:43:37:156
-0.63
95.16
36.46
-0.63
28.02
13:43:37:152
-0.62
98.99
36.89
-0.62
28.14
Universitas Sumatera Utara
14:43:37:167
-0.62
96.52
37.15
-0.62
28.28
15:43:37:151
-0.62
95.71
38.60
-0.62
28.33
16:43:37:128
-0.70
88.01
34.54
-0.70
24.11
Tabel 4.6 Tekanan dan temperatur pada proses adsorpsi hari ketiga
Adsorber
Evaporator
Kondensor
Waktu
P(Bar)
P(Bar) T(C)
T (C)
T(C)
17:42:19:787
-0.75
32.45
29.80
-0.75
19.54
18:42:19:811
-0.77
29.08
30.56
-0.77
14.65
19:42:19:784
-0.78
28.13
29.19
-0.78
12.14
20:42:19:770
-0.79
28.13
29.01
-0.79
11.12
21:42:19:792
-0.81
27.18
27.53
-0.81
11.08
22:42:19:804
-0.82
26.28
26.93
-0.82
10.69
23:42:19:771
-0.83
26.11
26.48
-0.83
9.31
00:42:19:817
-0.83
25.27
26.23
-0.83
9.13
01:42:19:773
-0.83
25.00
25.84
-0.83
8.17
02:42:19:778
-0.85
24.30
25.36
-0.85
8.07
03:42:19:772
-0.85
23.16
24.74
-0.85
7.24
04:42:19:792
-0.85
23.04
24.73
-0.85
5.96
05:42:19:767
-0.85
23.17
23.73
-0.85
5.51
06:42:19:784
-0.86
23.28
24.12
-0.86
5.28
07:42:19:784
-0.86
24.51
29.87
-0.86
5.27
Universitas Sumatera Utara
4.2 Pengolahan data
Pada penelitian mesin pendingin siklus adsorpsi kolektor dipanaskan
dengan radiasi matahari. Kolektor, kondensor, dan evaporator terbuat dari
bahan stainless steel dengan ketebalan pelat 1 mm.
Dalam
penelitian
yang
telah
dilaksanakan
sebelumnya,
peneliti
menyimpulkan bahwa :
1. Untuk kolektor dengan luas 1 m2 jumlah adsorben yang digunakan adalah 20
Kg – 26 Kg.
2. Untuk 1 Kg adsorben karbon aktif dan alumina, jumlah bola stainless yang
digunakan sebanyak 10 buah.
3. Untuk 1 Kg Adsorben karbon aktif dan alumina, jumlah refrigeran yang
digunakan sebanyak 350 mm.
Berdasarkan kesimpulan di atas
1.Untuk kolektor dengan
Panjang = 0,5 m
Lebar
= 0,5 m
Luas
= 0,25 m2
Jumlah adsorben yang digunakan adalah
26 Kg : 4 = 6.5 Kg
Pada mesin pendingin siklus adsorpsi peneliti menggunakan adsorben
sebanyak 8 Kg.
2. Jumlah bola stainless yang digunakan adalah
8 x 10 = 80 bola stainless
3. Jumlah refrigeran
8 x 350 ml = 2.800 ml = 2,8 Liter
Universitas Sumatera Utara
Suhu lingkungan (Ta)
Tc
Kotak
isolasi
Tp1
Tp2
M
Katup
Keterangan gambar :
Tc
= Temperatur kaca
Tp1
= Temperatur rata rata permukaan pelat
Tp2
= Temperatur rata rata alas pelat
Ta
= Suhu lingkungan
M
= Manometer
Laju perpindahan panas pada kolektor surya dapat dilihat pada keterangan di
bawah ini :
1. Titik no.1 dan titik no.3 menunjukkan laju perpindahan radiasi antara pelat
penutup kaca dengan pelat kolektor.
2. Laju perpindahan panas konduksi ditunjukkan pada titik no. 3 dan titik no. 4
yaitu antara permukaan pelat penyerap dengan bagian alas pelat penyerap.
3. Laju perpindahan panas konveksi ditunjukkan pada titik no.3 yaitu antara
temperatur rata rata permukaan kolektor dengan temperatur rata rata
lingkungan.
4. Laju perpindahan radiasi ditunjukkan pada titik no.3 yaitu antara temperatur
rata rata permukaan kolektor dengan temperatur langit.
Universitas Sumatera Utara
Temperatur rata rata kolektor (Tp) pada hari pertama yaitu
Tp = (T7 + T8 +T9 +T10):4
= (69,75 ºC +75,33 ºC+ 82,63 ºC+75,24 ºC): 4 = 75,74 ºC
= 75,74 ºC +273= 348,74 K
Dimana Tmax = 91,86 ºC
Tmin = 57,27 ºC
Temperatur rata rata kaca kolektor (Tc) hari pertama yaitu
Tc = T6 = 61,25 ºC +273 = 334,25 K
Temperatur rata rata kolektor (Tp) pada hari kedua yaitu
Tp = (T7 + T8 +T9 +T10):4
= (67ºC +74,44 ºC+ 83,72 ºC+72,19 ºC): 4 = 74,73ºC
= 74,33 ºC +273= 347,33 K
Dimana Tmax = 103,50 ºC
Tmin = 56,04 ºC
Temperatur rata rata kaca kolektor (Tc) hari kadua yaitu
Tc = T6 = 60,54 ºC +273 = 333,54 K
Temperatur rata rata kolektor (Tp) pada hari ketiga yaitu
Tp = (T7 + T8 +T9 +T10):4
= (69,55 ºC +76,55 ºC+ 79,10 ºC+78,38 ºC): 4 = 75,89ºC
= 75,89 ºC +273= 348,89 K
Dimana Tmax = 98,46 ºC
Tmin = 40,86 ºC
Temperatur rata rata kaca kolektor (Tc) hari katigayaitu
Tc = T6 = 60,73 ºC +273 = 333,73K
Universitas Sumatera Utara
4.2.1 Pengujian hari pertama
4.2.1.1 Kolektor (Adsorber)
Dalam penelitian mesin pendingin tenaga surya
Laju perpindahan panas antara kaca kolektor dan pelat penyerap dapat
dihitung dengan :
Tp = (T7 + T8 +T9 +T10):4 = (69,75 ºC +75,33 ºC+ 82,63 ºC+75,24 ºC): 4
= 75,74 ºC +273= 348,74 K
Tc = T6 = 61,25 ºC +273 = 334,25 K
Dimana : Tp = Temperatur rata-rata pelat kolektor
Tc = Temperatur rata- rata pelat penutup kaca
p = Emisivitas pelat kolektor
c = Emisivitas pelat kaca
Koefesien kerugian puncak pada kolektor dengan kemiringan 30
Dimana : Tp = Temperatur rata rata pelat kolektor
Ta = Temperatur rata – rata lingkungan
p = Emisivitas pelat kolektor
g = Emisivitas kayu (kotak isolasi kolektor)
C = 250[1-0,0044( -90o)]
C = 250[1-0,0044(30-90)] = 316
H0 = 5,7 + 3,8 V W/m2.K
Universitas Sumatera Utara
= 5,7 + 3,8 x 5,71 W/m2.K = 27,39
F = (1- 0,04 ho + 0,0005ho2)(1+0,091N)
F = (1- 0,04 (27,39))+ 0,0005
(1+0,091(2))
= 0,33
Ut = 2,84
Maka, koefesien kerugian puncak adalah 2,84
Laju perpindahan kalor secara konduksi pada adsorber dapat ditentukan
dengan :
A = Luas penampang kolektor + Luas penampang mimis
= 0,25 m2 + (3,799 x 10-4)
= 0,25038 m2
Tebal pelat (
) adalah 1 x 10-3 m
Nilai k dapat dicari dari tabel sifat-sifat logam ( lampiran E).
W/m.K
= 24.710,75
Universitas Sumatera Utara
Laju perpind8ahan kalor secara konveksi pada adsorber dapat ditentukan
dengan :
q = hA (Tp - Ta) (W)
= 10
= 106,91
Laju perpindahan kalor secara radiasi pada adsorber dapat ditentukan dengan
q = A (Tp4-Tl4)
Tlangit = 0.0552
= 0.0552
= 292.9154 k
q = 0,98 .( 5,67 x 10-8 ). 0,25038 . (346,7 4 – 292,58 4)
= 98,59 W/m2
Sehingga, energi panas total yang diserap oleh adsorber adalah :
218.704,9 W/m2
Maka, panas netto yang dibangkitkan adsorber adalah = 218.704,9 W/m2
Effisiensi kolektor adalah
= 0,89
Universitas Sumatera Utara
4.2.1.2 Kondensor
Persamaan-persamaan yang berlaku pada perpindahan panas ini adalah
sebagai berikut:
Tebal lapisan batas
dimana : Pr adalah bilangan Prandtl untuk udara yaitu 0,72.
GrL adalah bilangan Grasholf yang dihitung engan persamaan :
Dari tebal lapisan batas ini nanti ditentukan apakah pola aliran masih dalam
kondisi boundary layer atau telah berkembang penuh. Jika aliran masih
berkembang, 2 lebih kecil dari jarak kedua plat.
Laju perpindahan panas pada permukaan plat dihitung dengan persamaan:
549
A
dimana
adalah bilangan Rayleigh, dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan berikut ini.
Jika aliran telah berkembang penuh, syaratnya 2 lebih besar atau sama
dengan jarak kedua plat, maka laju perpindahan panas dihitung dengan
persamaan berikut ini.
= 43 C
= 31,23 C
= 1,165
Universitas Sumatera Utara
Menghitung Bilangan Grasholf dengan cara :
= 1.494808 x 106
Menghitung tebal lapisan batas
= 0,0150852cm
= 2 x 0,0150852 = 0,0301 jarak kedua plat. Maka aliran yang terjadi masih
berkembang
Menghitung perpindahan panas pada satu permukaan plat vertikal, dengan
menggunakan persamaan :
A
549
= 4,59 W/m
Jumlah plat pada kondensor ada 17 buah, setiap plat mempunyai 2
permukaan, panjang tiap plat 0,4 m maka laju perpindahan panas total dari
kondensor adalah :
Universitas Sumatera Utara
= 62,526 W
Menghitung laju aliran metanol pada kondensor.
W/m2
= 1,74
= 0,000483
Maka, laju aliran methanol pada kondensor adalah 0,000483
4.2.1.3 Evaporator
Untuk menghitung kalor yang diserap oleh pelat evaporator, digunakan
persamaan panas sensibel.
Kapasitas kalor spesifik sensibel plat evaporator 480
massa plat evaporator 2,39 kg
kalor sensibel plat evaporator
Perubahan suhu (k)
Perubahan temperaur diambil dari temperatur rata rata sore hari
sampai
temperatur terendah plat evaporator pagi hari.
Sehingga untuk pengujian diperoleh besar perubahan temperatur sebagai
berikut:
hari pertama pengujian = (29,03 C – 9,53 C ) + 273 = 292,5 K
Sehingga kalor sensibel plat evaporator
2,39 kg x 480
x 292,5 K = 335.55 J = 336,4 kJ
Universitas Sumatera Utara
Untuk menghitung kalor yang dibutuhkan metanol dalam proses penguapan
pada saat proses adsorpsi digunakan persamaan kalor laten.
= kalor laten metanol (J)
= kapasitas kalor spesifik laten
= massa metanol (kg)
= 1,7 L
= 1,7 x 10-3 m3
= 787 kg/m3
Dari data di atas massa metanol adalah
= 1,7 x 10-3 x 787
= 1,33 kg
Massa (m) metanol yang dapat teradsorpsi dan terdesorpsi dengan baik
pada pengujian hari pertama adalah 1,33 kg.
Sehingga dapat dihitung kalor laten penguapan metanol dapat dihitung
dengan persamaan berikut ini.
= 1100 kJ/kg x 1,33 kg
= 1471.69kJ
Analisa kalor pada air
Pada penelitian ini, media yang didinginkan adalah air, dalam hal ini kalor
yang dihitung adalah panas sensibel dari air, dengan menggunakan
persamaan :
Dimana
kalor sensibel air (j)
massa air (kg)
Universitas Sumatera Utara
Massa air 1,992 kg
= kapasitas kalor spesifik sensibel air
Perubahan suhu (k)
Perubahan temperaur diambil dari temperatur rata rata sore hari
sampai
temperatur terendah plat evaporator pagi hari.
hari pertama pengujian
= 20,26 C +273 = 293,26 K
Panas sensibel air untuk pengujian pertama yaitu :
1,992 kg x 4,179
x 293,26 K = 2.441,26 kJ
Kesetimbangan energi
Proses terjadinya pendinginan pada sistem ini dipengaruhi oleh kalor yang
diperlukan metanol untuk menguap, dimana panas yang diserap metanol
harus lebih besar dengan kalor yang dikeluarkan oleh plat evaporator dan
air.
Penyerapan panas oleh metanol
– Volume = 1,7 liter ( 1,7 x 10-3)
– Massa jenis (30) = 787 kg/m3
– Massa metanol = 787 kg/m3 x 1 x 10-3 m3 = 0, 787 kg
– Panas laten penguapan = 1100 kJ/kg
– Total panas yang diserap metanol selama menguap :
= 0,787 kg x 1100 kJ/kg = 865,7,61 Kj
Penggunaan panas penyerapan
– Volume = 2 liter ( 2 x 10-3 m3)
– Massa jenis air (30C) = 791 kg/ m3
Universitas Sumatera Utara
– Massa air = 1 x 10-3 m3 x 1992 kg = 1,992 kg/m3
– Panas jenis air pada 30 C = 4,179 kJ/kg C
– Panas Pembekuan = 334 Kj/Kg
Menurunkan suhu air dari 28,24 C menjadi 7,98 C
Hari pertama pengujian
= 1,992 kg x 4,179
x 20,26 C
= 168,65 kJ
Menurunkan suhu evaporator dari 29,03C menjadi 9,53 C
Hari pertama pengujian
= 2,39 kg x 0,48
x 292,55 K
= 335,61 J
Total energi panas yang digunakan untuk mengubah air menjadi es
335,61 kJ + 168,65 kJ = 508,98 kJ
Sehingga,
1287,21 Kj
508,98 Kj
Efisiensi evaporator
=
x100 = 0,28
Universitas Sumatera Utara
4.2.2 Pengujian hari kedua
4.2.2.1 Kolektor (Adsorber)
Laju perpindahan panas antara kaca kolektor dan pelat penyerap dapat dihitung
dengan :
Tp = (T7 + T8 +T9 +T10):4 = (67ºC +74,44 ºC+ 83,72 ºC+72,19 ºC): 4
= 74,33 ºC +273= 347,33 K
Tc = T6 = 60,54 ºC +273 = 333,54 K
Koefesien kerugian puncak pada kolektor dengan kemiringan 30
Dimana : Tp = Temperatur rata rata pelat kolektor
Ta = Temperatur rata – rata lingkungan
p = Emisivitas pelat kolektor
g = Emisivitas kayu (kotak isolasi kolektor)
C = 250[1-0,0044( -90o)]
C = 250[1-0,0044(30-90)] = 316
H0 = (5,7 + 3,8 V) W/m2.K
= (5,7 + 3,8 x 3,43) W/m2.K
= 18,73
f = (1- 0,04 ho + 0,0005ho2)(1+0,091N)
f = (1- 0,04 (18,73))+ 0,0005
(1+0,091(2))
= 0,503
Universitas Sumatera Utara
Ut = 2,43
Maka, koefesien kerugian puncak adalah
K
Laju perpindahan kalor secara konduksi pada adsorber dapat ditentukan
dengan :
A = Luas penampang kolektor + Luas penampang mimis
= 0,25 m2 + (3,799 x 10-4)
= 0,25038 m2
Tebal pelat (
) adalah 1 x 10-3 m
Nilai k dapat dicari dari tabel sifat-sifat logam ( lampiran E).
W/m.K
= 26.217,59
Laju perpindahan kalor secara konveksi pada adsorber dapat ditentukan
dengan :
q = hA (Tp - Ta) Watt
= 10
Universitas Sumatera Utara
= 93,04
Laju perpindahan kalor secara radiasi pada adsorber dapat ditentukan dengan
q = A (T14-T24)
Ts = 0.0552
= 0.0552
= 298,38 k
q = 0,98 .( 5,67 x 10-8 ). 0,25038 . (345,164 – 298,38 4)
= 82,91 W/m2
Sehingga, energi panas total yang diserap oleh adsorber adalah :
251590,9 W/m2
Maka, panas netto yang dibangkitkan adsorber adalah = 251590,9 W/m2
Effisiensi kolektor adalah
x 100
x100
4.2.2.2 Kondensor
Persamaan-persamaan yang berlaku pada perpindahan panas ini adalah
sebagai berikut:
Tebal lapisan batas
Universitas Sumatera Utara
dimana : Pr adalah bilangan Prandtl untuk udara yaitu 0,72.
GrL adalah bilangan Grasholf yang dihitung engan persamaan :
Dari tebal lapisan batas ini nanti ditentukan apakah pola aliran masih dalam
kondisi boundary layer atau telah berkembang penuh. Jika aliran masih
berkembang, 2 lebih kecil dari jarak kedua plat.
Laju perpindahan panas pada permukaan plat dihitung dengan persamaan:
549
A
dimana
adalah bilangan Rayleigh, dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan berikut ini.
Jika aliran telah berkembang penuh, syaratnya 2 lebih besar atau sama
dengan jarak kedua plat, maka laju perpindahan panas dihitung dengan
persamaan berikut ini.
= 45,35 C
= 36,96 C
= 1,165
Universitas Sumatera Utara
Menghitung Bilangan Grasholf dengan cara :
= 1,065543.
Menghitung tebal lapisan batas
= 0,0150852 cm
= 2 x 0,0150852 = 0,0301 jarak kedua plat. Maka aliran yang terjadi masih
berkembang
Menghitung perpindahan panas pada satu permukaan plat vertikal, dengan
menggunakan persamaan :
A
549
= 4,5975 W/m
Jumlah plat pada kondensor ada 17 buah, setiap plat mempunyai 2
permukaan, panjang tiap plat 0,4 m maka laju perpindahan panas total dari
kondensor adalah :
= 62,526 W
Menghitung laju aliran metanol pada kondensor.
200,7 W/m2
Universitas Sumatera Utara
= 2,02
= 0,000561
4.2.2.3 Evaporator
Untuk menghitung kalor yang diserap oleh pelat evaporator, digunakan
persamaan panas sensibel.
Kapasitas kalor spesifik sensibel plat evaporator 480
massa plat evaporator 2,39 kg
kalor sensibel plat evaporator
Perubahan suhu (K)
Perubahan temperaur diambil dari temperatur rata rata sore hari
sampai
temperatur terendah plat evaporator pagi hari.
Sehingga untuk pengujian diperoleh besar perubahan temperatur sebagai
berikut:
hari kedua pengujian
= (28,91 C – 7,71C ) + 273= 294,2 K
Sehingga kalor sensibel plat evaporator
2,39 kg x 480
x 296,27 K = 337.506 J = 337,5 kJ
Untuk menghitung kalor yang dibutuhkan metanol dalam proses penguapan
pada saat proses adsorpsi digunakan persamaan kalor laten.
= kalor laten metanol (J)
Universitas Sumatera Utara
= kapasitas kalor spesifik laten
= massa metanol (kg)
Pengujian hari kedua
= 2,1 L
= 2,1 x 10-3 m3
= 787 kg/m3
Dari data di atas massa metanol adalah
= 2,1 x 10-3 x 787
= 1,65 kg
Massa (m) metanol yang dapat teradsorpsi dan terdesorpsi dengan baik
pada pengujian hari pertama adalah 1,65 kg.
Sehingga dapat dihitung kalor laten penguapan metanol dapat dihitung
dengan persamaan berikut ini.
= 1100 kJ/kg x 1,65 kg
= 1817,97 kJ
Analisa kalor pada air
Pada penelitian ini, media yang didinginkan adalah air, dalam hal ini kalor
yang dihitung adalah panas sensibel dari air, dengan menggunakan
persamaan :
Dimana
kalor sensibel air (J)
massa air (kg)
Massa air 1,992 kg
= kapasitas kalor spesifik sensibel air
Perubahan suhu (K)
Universitas Sumatera Utara
Perubahan temperaur diambil dari temperatur rata rata sore hari
sampai
temperatur terendah plat evaporator pagi hari.
hari kedua pengujian= 27,64 C - 4,37C = 23,27 C + 273= 296,27 K
1,992 kg x 4,179
x 296,27 K = 2.466,32 kJ
Kesetimbangan energi
Proses terjadinya pendinginan pada sistem ini dipengaruhi oleh kalor yang
diperlukan metanol untuk menguap, dimana panas yang diserap metanol
harus lebih besar dengan kalor yang dikeluarkan oleh plat evaporator dan
air.
Penyerapan panas oleh metanol
– Volume = 1,7 liter ( 1,7 x 10-3)
– Massa jenis (30) = 787 kg/m3
– Massa metanol = 787 kg/m3 x 1 x 10-3 m3 = 0, 787 kg
– Panas laten penguapan = 1100 kJ/kg
– Total panas yang diserap metanol selama menguap :
= 0,787 kg x 1100 kJ/kg = 865,7,61 kJ
Penggunaan panas penyerapan
– Volume = 2 liter ( 2 x 10-3 m3)
– Massa jenis air (30C) = 791 kg/ m3
– Massa air = 1 x 10-3 m3 x 1992 kg = 1,992 kg/m3
– Panas jenis air pada 30 C = 4,179 kJ/kg C
– Panas Pembekuan = 334 kJ/kg
Menurunkan suhu air dari 27,64 C menjadi 4,37 C
Hari kedua pengujian
Universitas Sumatera Utara
= 1,992 kg x 4,179
x 23,27 C
= 193,71 kJ
Menurunkan suhu evaporator dari 28,91 C menjadi 7,71 C
Hari kedua pengujian
= 2,39 kg x 0,48
x 294,2 K
= 336.829 J= 337,506 kJ
Total energi panas yang digunakan untuk mengubah air menjadi es
337,506 kJ + 193,71 kJ = 531,21 kJ Sehingga,
1287,21 kJ j
531,21 kJ
Efisiensi evaporator adalah
=
= 0,15
Universitas Sumatera Utara
4.2.3 Pengujian hari ketiga
4.2.3.1 Kolektor (Adsorber)
Laju perpindahan panas antara kaca kolektor dan pelat penyerap dapat
dihitung dengan :
Tp = (T7 + T8 +T9 +T10):4 = (69,55 ºC +76,55 ºC+ 79,10 ºC+78,38 ºC): 4