Analisa Komponen Evaporator Mesin Pendingin Adsorpsi Dengan Menggunakan Simulasi 3D
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Fenomena pasokan lisktrik defisit di Indonesia terutama di
Sumatera Utara telah dialami selama bertahun-tahun, salah satu faktor
pengguna energi listrik paling besar adalah dibidang pendinginan udara.
Konsumsi energi listrik untuk pendingin dan pengkondisian udara pada
gedung - gedung komersial di kota - kota besar Indonesia dapat mencapai
60%. Oleh karena itu, salah satu solusi yang dikembangkan saat ini adalah
renewable energy dengan menggunakan energi surya. Indonesia berada di
daerah katulistiwa yaitu 60 LU – 110LS, dimana lintasan semu matahari
tidak berubah sepanjang tahun. Maka wilayah Indonesia akan selalu
disinari matahari rata - rata 10 – 12 jam dalam sehari. Menurut data putih
energi Indonesia tahun 2006, diperkirakan rata – rata intesitas radiasi
matahari yang jatuh pada wilayah permukaan pulau – pulau di Indonesia
sekitar 4,8 kWh/m2 setiap harinya.[1] Energi ini dapat dimanfaatkan dalam
bentuk listrik langsung (fotovoltik) dan juga dalam bentuk termal.
Pemanfaatan energi surya dapat digunakan untuk beberapa aplikasi, seperti
pengeringan dan pendingin (solar cooling). Dari kedua fakta di atas,
kebutuhan akan pendingin yang cukup besar dan potensi energi surya yang
cukup besar, menjadi latar belakang penelitian ini. Tema besar penelitian
adalah menangkap energi radiasi surya dalam bentuk termal dan
memanfaatkannya untuk menghasilkan pendinginan (refrigerasi). Oleh
karena itu pada alat yang digunakan dibutuhkan alat (Alat Penukar Kalor)
yang
mampu
untuk
mengkonversi
energi
termal
tersebut,
dan
memanfaatkan siklus termodinamika yaitu siklus adsorpsi.
Sementara, penelitian dan perkembangan adsorbsi memerlukan
waktu dan biaya yang tidak sedikit. Oleh karena itu Untuk mengurangi
Universitas Sumatera Utara
waktu yang dibutuhkan dalam pengembangan dan mengurangi biaya
pengembangan diperlukan teknologi simulasi. Karena melibatkan aliran
fluida, bidang CFD (Computational Fluid Dynamics) dapat digunakan
untuk membantu pemodelan proses adsorbsi. Akhir-akhir ini, CFD
semakin banyak digunakan untuk melakukan analisa pemodelan simulasi.
Program CFD merupakan salah satu teknologi simulasi yang dapat
digunakan untuk melakukan penelitian dalam menganalisis permasalahan
pada proses adsorpsi.
1.2 Perumusan Masalah
Mesin pendingin siklus adsorpsi mempunyai 3 komponen utama,
yaitu kolektor, kondensor, dan evaporator. Kolektor sekaligus bertindak
sebagai absorber dan solar kolektor. Kolektor ini berisi adsorben dan
merupakan tempat terjadinya proses adsorpsi dari refrijeran. Pasangan
adsorben dan refrijeran yang umum digunakan adalah karbon aktif dan
metanol. Dapat dikatakan komponen ini adalah bagian yang paling penting
dari mesin ini. [2]
Dalam skripsi ini, permasalahan yang akan diselesaikan adalah
sebagai berikut :
1. Memodelkan evaporator menggunakan software CAD 3D dan
mensimulasikan pedinginan pada air menggunakan software ansys 15.0.
2. Membandingkan hasil simulasi dan teoritis dengan hasil
penelitian yang telah diteliti.
1.3 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, penulis membatasi masalah pada :
1. Analisa evaporator menggunakan Software ansys 15.0.
2. Kondisi simulasi yang dilakukan adalah transient
Universitas Sumatera Utara
3. Kondisi yang disimulasikan adalah selama setengah jam dimulai
dari jam 17:30 sampai 18:00 sore, pada saat terjadinya prosess
penguapan absorbat.
4. Permodelan evaporator menggunakan software CAD 3D.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari simulasi ini adalah :
1. Mengetahui berapa suhu air terendah pada simulasi dan ralatnya
dibandingkan dengan eksperimen.
2. Mengetahui terjadinya perubahan fasa yang ditandai dengan
berubahya volume fasa methanol-liquid pada evaporator.
3. Mengetahui effisiensi evaporator dari segi teoritis serta ralatnya
dibandingkan dengan eksperimen.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat penulisan skripsi ini adalah :
1. Aspek keilmuan dan akademis
Penelitian
ini
berhubungan
dengan
mata
kuliah
Computational Fluid Dynamic (CFD) serta Perpindahan Panas I
dan II, sehingga dengan dilakukannya penelitian ini diharapkan
dapat memberikan wawasan yang luas bagi peneliti seta
mengembangkan pengetahuan dibidang desalinasi.
2. Aspek praktek dan implementasi
Berfokus pada permodelan kasus pengeringan pada
software CFD yang kemudian dibandingkan dengan hasil
eksperimen.
Universitas Sumatera Utara
3. Analisa dengan menggunakan software akan menghemat biaya
penelitian
apabila
dibandingkan
dengan
menggunakan
peralatan yang akan menghabiskan biaya lebih mahal.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran secara menyeluruh, sistematika
penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah,
tujuan penelitian, manfaat penulisan serta sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menjelaskan teori-teori yang mendukung dan menjadi pedoman
dalam penyusunan skripsi.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini membahas mengenai metode pelaksanaan penelitian, tempat,
bahan dan alat serta prosedur simulasi yang digunakan dalam penelitian
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
Bab ini membahas mengenai data yang diperoleh dari hasil simulasi dan
perbandingan data pengujian dengan analisa numerik hasil simulasi.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini membahas mengenai kesimpulan yang diperoleh dari pengujian
skripsi dan saran-saran yang diperlukan untuk memperbaiki hasil
penelitian selanjutnya.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Fenomena pasokan lisktrik defisit di Indonesia terutama di
Sumatera Utara telah dialami selama bertahun-tahun, salah satu faktor
pengguna energi listrik paling besar adalah dibidang pendinginan udara.
Konsumsi energi listrik untuk pendingin dan pengkondisian udara pada
gedung - gedung komersial di kota - kota besar Indonesia dapat mencapai
60%. Oleh karena itu, salah satu solusi yang dikembangkan saat ini adalah
renewable energy dengan menggunakan energi surya. Indonesia berada di
daerah katulistiwa yaitu 60 LU – 110LS, dimana lintasan semu matahari
tidak berubah sepanjang tahun. Maka wilayah Indonesia akan selalu
disinari matahari rata - rata 10 – 12 jam dalam sehari. Menurut data putih
energi Indonesia tahun 2006, diperkirakan rata – rata intesitas radiasi
matahari yang jatuh pada wilayah permukaan pulau – pulau di Indonesia
sekitar 4,8 kWh/m2 setiap harinya.[1] Energi ini dapat dimanfaatkan dalam
bentuk listrik langsung (fotovoltik) dan juga dalam bentuk termal.
Pemanfaatan energi surya dapat digunakan untuk beberapa aplikasi, seperti
pengeringan dan pendingin (solar cooling). Dari kedua fakta di atas,
kebutuhan akan pendingin yang cukup besar dan potensi energi surya yang
cukup besar, menjadi latar belakang penelitian ini. Tema besar penelitian
adalah menangkap energi radiasi surya dalam bentuk termal dan
memanfaatkannya untuk menghasilkan pendinginan (refrigerasi). Oleh
karena itu pada alat yang digunakan dibutuhkan alat (Alat Penukar Kalor)
yang
mampu
untuk
mengkonversi
energi
termal
tersebut,
dan
memanfaatkan siklus termodinamika yaitu siklus adsorpsi.
Sementara, penelitian dan perkembangan adsorbsi memerlukan
waktu dan biaya yang tidak sedikit. Oleh karena itu Untuk mengurangi
Universitas Sumatera Utara
waktu yang dibutuhkan dalam pengembangan dan mengurangi biaya
pengembangan diperlukan teknologi simulasi. Karena melibatkan aliran
fluida, bidang CFD (Computational Fluid Dynamics) dapat digunakan
untuk membantu pemodelan proses adsorbsi. Akhir-akhir ini, CFD
semakin banyak digunakan untuk melakukan analisa pemodelan simulasi.
Program CFD merupakan salah satu teknologi simulasi yang dapat
digunakan untuk melakukan penelitian dalam menganalisis permasalahan
pada proses adsorpsi.
1.2 Perumusan Masalah
Mesin pendingin siklus adsorpsi mempunyai 3 komponen utama,
yaitu kolektor, kondensor, dan evaporator. Kolektor sekaligus bertindak
sebagai absorber dan solar kolektor. Kolektor ini berisi adsorben dan
merupakan tempat terjadinya proses adsorpsi dari refrijeran. Pasangan
adsorben dan refrijeran yang umum digunakan adalah karbon aktif dan
metanol. Dapat dikatakan komponen ini adalah bagian yang paling penting
dari mesin ini. [2]
Dalam skripsi ini, permasalahan yang akan diselesaikan adalah
sebagai berikut :
1. Memodelkan evaporator menggunakan software CAD 3D dan
mensimulasikan pedinginan pada air menggunakan software ansys 15.0.
2. Membandingkan hasil simulasi dan teoritis dengan hasil
penelitian yang telah diteliti.
1.3 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, penulis membatasi masalah pada :
1. Analisa evaporator menggunakan Software ansys 15.0.
2. Kondisi simulasi yang dilakukan adalah transient
Universitas Sumatera Utara
3. Kondisi yang disimulasikan adalah selama setengah jam dimulai
dari jam 17:30 sampai 18:00 sore, pada saat terjadinya prosess
penguapan absorbat.
4. Permodelan evaporator menggunakan software CAD 3D.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan dari simulasi ini adalah :
1. Mengetahui berapa suhu air terendah pada simulasi dan ralatnya
dibandingkan dengan eksperimen.
2. Mengetahui terjadinya perubahan fasa yang ditandai dengan
berubahya volume fasa methanol-liquid pada evaporator.
3. Mengetahui effisiensi evaporator dari segi teoritis serta ralatnya
dibandingkan dengan eksperimen.
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat penulisan skripsi ini adalah :
1. Aspek keilmuan dan akademis
Penelitian
ini
berhubungan
dengan
mata
kuliah
Computational Fluid Dynamic (CFD) serta Perpindahan Panas I
dan II, sehingga dengan dilakukannya penelitian ini diharapkan
dapat memberikan wawasan yang luas bagi peneliti seta
mengembangkan pengetahuan dibidang desalinasi.
2. Aspek praktek dan implementasi
Berfokus pada permodelan kasus pengeringan pada
software CFD yang kemudian dibandingkan dengan hasil
eksperimen.
Universitas Sumatera Utara
3. Analisa dengan menggunakan software akan menghemat biaya
penelitian
apabila
dibandingkan
dengan
menggunakan
peralatan yang akan menghabiskan biaya lebih mahal.
1.6 Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran secara menyeluruh, sistematika
penulisan skripsi ini adalah sebagai berikut :
BAB I PENDAHULUAN
Bab ini menjelaskan latar belakang, perumusan masalah, batasan masalah,
tujuan penelitian, manfaat penulisan serta sistematika penulisan.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menjelaskan teori-teori yang mendukung dan menjadi pedoman
dalam penyusunan skripsi.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini membahas mengenai metode pelaksanaan penelitian, tempat,
bahan dan alat serta prosedur simulasi yang digunakan dalam penelitian
BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
Bab ini membahas mengenai data yang diperoleh dari hasil simulasi dan
perbandingan data pengujian dengan analisa numerik hasil simulasi.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini membahas mengenai kesimpulan yang diperoleh dari pengujian
skripsi dan saran-saran yang diperlukan untuk memperbaiki hasil
penelitian selanjutnya.
Universitas Sumatera Utara