KARAKTERISTIK KARBON AKTIF SEBAGAI ADSORBER PADA PENDINGIN ADSORPSI MENGGUNAKAN GENERATOR HORISONTAL

  

KARAKTERISTIK KARBON AKTIF SEBAGAI ADSORBER PADA

PENDINGIN ADSORPSI MENGGUNAKAN GENERATOR HORISONTAL

TUGAS AKHIR

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

  Diajukan Oleh:

  

PETRUS AGUS DWI RATNATHA

NIM : 095214012

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2012

  

THE CHARACTERISTIC OF ACTIVE CARBON AS ADSORBENT IN

ADSORPTION REFIGERATION USING HORIZONTAL GENERATOR

FINAL PROJECT

  Presented as partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering

  By:

  

PETRUS AGUS DWI RATNATHA

Student Number : 095214012

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

ABSTRAK

  Karbon aktif merupakan senyawa karbon amorph dan berpori yang mengandung 85-95% karbon yang dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon (batubara, kulit kelapa, dan sebagainya). Karbon aktif bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja yang kontak dengan karbon tersebut. Karbon Aktif digunakan untuk menjernihkan air, pemurnian gas, industri minuman, farmasi, katalisator, dan berbagai macam penggunaan lain.

  Pada proses pendingin adsorpsi biasanya menggunakan adsorber berupa silika gel, zeolit, kalsium klorida dan karbon aktif. Karbon aktif bisa dibuat dari tempurung kelapa atau didapat dari batu bara. Selain ramah lingkungan karbon aktif mudah didapat dipasar lokal dan amonia sendiri bukan merupakan refrijeran sintetik sehingga tidak menyebabkan terjadinya resiko kerusakan alam seperti yang dapat disebabkan oleh sistem pendingin kompresi uap yang menggunakan refrijeran sintetik. Penelitian ini bertujuan meneliti karakteristik karbon aktif yang dijual dipasar lokal sebagai adsorber amonia melalui temperatur terendah yang dapat dihasilkan oleh sistem pendingin absorpsi.

  Alat penelitian terdiri dari generator, keran dan evaporator. Generator yang digunakan adalah generator horizontal berdiameter 10 cm dengan panjang 30 cm, lebar evaporator 5 cm dengan diameter 10 cm. Variabel yang divariasikan pada penelitian ini adalah jumlah massa karbon aktif 425 gr dan 850 gr dan variasi massa amonia 5,30 gr, 10,60gr, 12,88gr, 15,90gr, 17,30gr, 19,14 gr, 21,72gr dan 27,72gr.

  Hasil penelitian menunjukkan bahwa karbon aktif yang dijual dipasar lokal dapat menyerap amonia alami seperti yang ditunjukan setiap proses adsorpsi tekanan pada evaporator dapat mencapai nol atau vakum. Tetapi karbon aktif ini mempunyai karakteristik penyerapan yang lambat. Sehingga kurang baik dijadikan adsorber amonia. Hal ini ditunjukkan oleh temperatur terendah yang dihasilkan adalah 17 C pada variasi massa amonia 12,88 gr dan massa karbon aktif 425 gr.

  Kata kunci: karbon aktif , adsorber, amonia, pendingin adsorpsi.

KATA PENGANTAR

  Puji syukur atas berkah dan rahmat Tuhan Yang Maha Sempurna, sehingga tugas akhir ini dapat terselesaikan dengan baik. Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

  Penulis merasa bahwa penilitian yang sedang di lakukan merupakan penelitian yang tidak mudah, karena pada penelitian ini penulis melakukan langsung cara pembuatan dari awal, pengambilan data, pemahaman tentang prinsip kerja alat, dan solusi yang tepat terhadap masalah yang dihadapi.

  Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul

  “Karakteristik Karbon Aktif Sebagai Adsorber Pada Pendingin Adsorpsi Menggunakan Generator Horisontal ” ini karena adanya

  bantuan dan kerjasama dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada:

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

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

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

  4. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

  5. Laboran ( Ag. Rony Windaryawan ) yang telah membantu memberikan ijin dalam penggunakan fasilitas laboratorium untuk keperluan penelitian ini.

  6. Paulus Made Haryanto dan MM. Niluh Ratni selaku orang tua yang selalu memberi

  7. Katarina ayu susanti,S.Kep. yang selalu menemani dalam penyusunan tugas akhir ini.

  8. Eko, Dika, Tendi, Dodo,Toro, Candra, Briantony, Tomboy dan teman-teman teknik mesin angkatan 2009 yang membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.

  Penulis menyadari bahwa masih ada kekurangan dalam penyusunan laporan ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum diperoleh, oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari berbagai pihak yang bersifat membangun dalam penyempurnaan tugas ini. Semoga karya ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Terima kasih.

  Yogyakarta, 08 November 2012 Penulis

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ......................................................................................... i TITLE PAGE .................................................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN ......................................................................... iii HALAMAN PENGESAHAN ........................................................................... iv HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA................................ ..... v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ........................................................ vi ABSTRAK ......................................................................................................... vii KATA PENGANTAR ....................................................................................... viii DAFTAR ISI...................................................................................................... x DAFTAR TABEL ............................................................................................. xii

DAFTAR GAMBAR ......................................................................................... xiv

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

  1 1.l Latar Belakang ....................................................................................

  1 1.2 Rumusan Masalah ...............................................................................

  2 1.3 Tujuan Penelitian ................................................................................

  2 1.4 Manfaat Penelitian ..............................................................................

  2 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA .....................................................................

  3 2.1 Dasar Teori.........................................................................................

  3

  2.2 Penelitian Yang Pernah Dilakukan .................................................... 11

  BAB III. METODE PENELITIAN ................................................................ 14

  3.2 Variabel yang Divariasikan ................................................................. 19

  3.3 Variabel yang Diukur .......................................................................... 20

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

  3.5 Peralatan Pendukung ........................................................................... 22

  

BAB IV. DATA DAN PEMBAHASAN .......................................................... 25

  4.1. Pembahasan........................................................................................ 50

  BAB V. PENUTUP............................................................................................ 56

  5.1 Kesimpulan ......................................................................................... 56

  5.2 Saran ................................................................................................... 56

  DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 57

  LAMPIRAN

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Pengisian amonia murni 19,14 gram dengan massa karbon aktif 425 gram .... 28Tabel 4.2. Data desorpsi-adsorpsi variasi massa amonia 19,14 gram dengan massa karbon aktif 425 gram ................................................................. 28Tabel 4.3. Penambahan amonia murni 8,58 gram dengan massa karbon aktif 425 gram ... 30Tabel 4.4. Data desorpsi-adsorpsi variasi massa amonia 27,72 gram dengan karbon aktif 425 gram ........................................................................... 30Tabel 4.5. Data desorpsi-adsorpsi variasi massa amonia 27,72 gram dengan karbon aktif 425 gram ........................................................................... 31Tabel 4.6. Data desorpsi-adsorpsi variasi 21,72 gram dengan karbon aktif 425 gram ....... 33Tabel 4.7. Data desorpsi-adsorpsi variasi amonia 17,30 gram dengan karbon aktif 425 gram ........................................................................................ 34Tabel 4.8. Data desorpsi-adsorpsi variasi massa amonia 12,88 gram dengan karbon aktif 425 gram ........................................................................... 35Tabel 4.9. Data desorpsi-adsorpsi variasi monia 12,88 gram dengan karbon aktif 425 gram .......................................................................... 36Tabel 4.10. Data desorpsi-adsorpsi variasi amonia 12,88 gram dengan karbon aktif 425 gram ........................................................................... 38Tabel 4.11. Pengisian amonia murni 5,30 gram dengan massa karbon aktif 850 gram. ...... 42Tabel 4.12. Data desorbsi-adsorpsi variasi massa amonia 5,30 gram dengan karbon aktif 850 gram. .......................................................................... 42Tabel 4.13. Data desorbsi-adsorpsi ke 2 variasi massa amonia 5,30 gram dengan karbon aktif 850 gram .......................................................................... 43Tabel 4.15. Data desorbsi-adsorpsi ke 3 variasi massa amonia 10,60 gram dengan karbon aktif 850 gram. .......................................................................... 45Tabel 4.16. Data desorbsi-adsorpsi ke 4 variasi massa amonia 10,60 gram dengan karbon aktif 850 gram .......................................................................... 46Tabel 4.17. Penambahan ke 2 amonia murni 5,30 gram dengan massa karbon aktif 850 gram ........................................................................................ 47Tabel 4.18. Data desorbsi-adsorpsi ke 5 variasi massa amonia 15,90 gram dengan karbon aktif 850 gram .......................................................................... 47Tabel 4.19. Data desorbsi-adsorpsi ke 6 variasi massa amonia 15,90 gram dengan karbon aktif 850 gram .......................................................................... 49

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema pembuatan karbon aktif dari tempurung kelapa ...................................... 6Gambar 2.2. Karbon aktif bentuk serbuk ................................................................................ 8Gambar 2.3. Karbon aktif bentuk Granular ............................................................................ 8Gambar 2.4. Karbon aktif bentuk pelet ................................................................................... 9Gambar 2.5. Siklus Pendinginan Adsorbsi .............................................................................. 10Gambar 3.1. Skema alat pendingin absorbsi dengan kotak pendingin. ................................... 14Gambar 3.2. Skema alat pengisian gas amonia kedalam tabung generator. ............................ 15Gambar 3.3. Skema alat pendingin absorpsi............................................................................ 16Gambar 3.4. Dimensi generator ............................................................................................... 17Gambar 3.5. Dimensi evaporator ............................................................................................. 17Gambar 3.6. Posisi termokopel pada saat pengisian gas amonia............................................. 18Gambar 3.7. Stopwatch ............................................................................................................ 22Gambar 3.8. Kompor listrik ..................................................................................................... 23Gambar 3.9. Penampil termokopel .......................................................................................... 23Gambar 3.10. Termokopel ......................................................................................................... 24Gambar 3.11. Ember .................................................................................................................. 24Gambar 3.12. Manometer .......................................................................................................... 24Gambar 4.1. Grafik proses desorpsi-adsorpsi pada semua variasi ......................................... 51Gambar 4.2. Grafik perbandingan temperatur pada setiap tekanan ........................................ 53Gambar 4.3. Grafik perbandingan lamanya temperatur evaporator bertahan ......................... 54

BAB I PENDAHULUAN

1.1 LATAR BELAKANG

  Karbon aktif merupakan senyawa karbon amorph dan berpori yang mengandung 85-95% karbon yang dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon (batubara, kulit kelapa, dan sebagainya) atau dari karbon yang diperlakukan dengan cara khusus baik aktivasi kimia maupun fisika untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Pada proses pendingin adsorpsi biasanya sistem pendingin adsorpsi biasanya menggunakan adsorber berupa selika gel, zeolit, kalsium klorida, dan karbon aktif.

  Pada penelitian kali ini akan menguji karakteristik karbon aktif yang ada dipasar lokal sebagai adsorber amonia pada pendingin adsorpsi. Amonia bukan merupakan refrijeran sintetik sehingga tidak menyebabkan terjadinya resiko kerusakan alam seperti yang dapat disebabkan oleh sistem pendingin kompresi uap yang menggunakan refrijeran sintetik. Dalam satu gram karbon aktif, pada

  2

  umumnya memiliki luas permukaan seluas 500-1500 m , sehingga sangat efektif dalam menangkap partikel-partikel yang sangat halus berukuran 0.01-0.0000001 mm. Karbon aktif bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja yang kontak dengan karbon tersebut. Karbon aktif merupakan bagian dari batu bara. Selain ramah lingkungan batu bara jenis karbon aktif ini mudah dicari dipasar lokal.

  1.2 RUMUSAN MASALAH

  Temperatur terendah yang dapat dicapai tergantung jumlah massa amonia yang diserap adsorber dan kecepatan daya serap karbon aktif, temperatur fluida pendingin kondensor, konstruksi generator dan konsentrasi amoniak dalam generator. Pada penelitian ini generator juga berfungsi sebagai adsorber. Massa karbon aktif pada generator sebagai acuan untuk variasi massa amonia. Daya serap karbon aktif tergantung pada perbandingan jumlah massa amonia dengan karbon aktif dan tekanan pada evaporator. Pada penelitian ini akan meneliti karakteristik karbon aktif sebagai adsorber melalui termperatur terendah yang dapat dihasilkan oleh pendingin adsorpsi.

  1.3 TUJUAN PENELITIAN

  Tujuan yang ingin dicapai pada penelitian ini adalah meneliti karakteristik karbon aktif yang dijual di pasar lokal sebagai adsorber amonia melalui temperatur terendah yang dapat dihasilkan oleh sistem pendingin adsorpsi.

  1.4 MANFAAT PENELITIAN

  Manfaat yang dapat diperoleh dari penlitian ini adalah: 1.

  Menambah kepustakaan teknologi tentang jenis adsorber.

  2. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk adsorber pada pendingin adsorpsi yang dapat diterima masyarakat.

  3. Mengurangi ketergantungan penggunaan listrik dan minyak bumi.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 PENELITIAN YANG PERNAH DILAKUKAN

  Penelitian sistem pendingin absorbsi oleh Ayala (1994) menggunakan refrijeran amoniak-air dengan penggerak energi panas bumi

  O O

  yang menghasilkan temperatur pemanasan 90 C - 145 C di Meksiko untuk pendingin hasil pertanian menghasilkan kapasitas pendinginan sebesar 10,5 kW. Penelitian pendingin absorbsi oleh Eisa (2007) menggunakan refrijeran air-litium bromida dilakukan untuk mengetahui pengaruh perubahan kondisi kerja pada unjuk kerja yang dihasilkan. Hasil yang didapat menunjukan parameter yang penting adalah temperatur pemanasan dan perbandingan laju aliran. Semakin tinggi temperatur pemanasan semakin tinggi unjuk kerja yang dihasilkan. Laju aliran yang lebih besar memerlukan temperatur generator yang lebih tinggi. Shiming (2001) menggunakan refrijeran baru untuk sistem pendingin absorbsi yakni 2,2,2- trifluoroethanol (TFE)-N-methylpyrolidone (NMP). Refrijeran baru ini

  2 O

• – mempunyai keunggulan dibandingkan dengan refrijeran klasik seperti H

  LiBr and HNO

  3

2 O. Keunggulan refrijeran baru tersebut adalah dapat

• –H menghasilkan temperatur yang lebih rendah dengan menggunakan energi pemanas yang lebih sedikit. Keunggulan ini disebabkan terutama karena sifat refrijeran TFE
• –NMP tidak mengalami kristalisasi, tekanan kerja yang

pada temperatur tinggi. Kelemahan refrijeran baru ini adalah temperatur penguapan antara TFE dan NMP yang hampir sama. Studi untuk mengetahui karakteristik alat pendingin energi surya oleh Ali (2002) pada sebuah prototipe menghasilkan COP sebesar 0,19. Pengujian dilakukan dengan menghitung energi yang diberikan dan dihasilkan tiap komponen alat pada beberapa variasi kondisi kerja. Beberapa penelitian pendingin adsorpsi menggunakan zeolit-air oleh Hinotani (1983) mendapatkan bahwa harga COP sistem pendingin adsorpsi surya menggunakan zeolit-air akan

  O

  medekati konstan pada temperatur pemanasan 160 C atau lebih. Grenier (1983) melakukan eksperimen sistem pendingin adsorpsi surya menggunakan zeolit-air dan mendapatkan harga COP sebesar 0,12. Pons (1986) meneliti pendingin adsorpsi zeolit-air tetapi COP nya hanya 0,1. Zhu Zepei (1987) melakukan pengetesan pada sistem pendingin adsorpsi surya menggunakan zeolit-air dengan kolektor plat datar dan kondensor berpendingin udara mendapatkan COP yang rendah sebesar 0,054 modifikasi yang dilakukan dengan memvakumkan sistem dan penggunaan reflektor datar tidak banyak menaikkan harga COP. Kreussler (1999)

  O

  melakukan penelitian dan hasilnya adalah dengan pemanasan 150 C didapatkan energi pendinginan sebesar 250 kJ per kilogram zeolit. Sebuah penyimpan dengan volume 125 L dapat didinginkan menggunakan kolektor

  2

  seluas 3 m . Ramos (2003) mendapatkan COP sebesar 0,25 dengan menggunakan kolektor parabola secara terpisah dari sistem pendingin

  Ramos tidak menggunakan kondensor, Ramos juga mendapatkan kapasitas adsorpsi zeolit mencapai optimal dengan pemanasan tabung zeolit sebesar

  O

  250

  C. Modifikasi sistem pendingin adsorpsi ini dilakukan oleh Houtsma Simon Tomboy(2012) menggunakan refigeran amonia dengan adsorber CaCl Alat pendingin adsorpsi CaCl -Amonia yang digunakan pada 2.

  2

  penelitian ini terdiri dari 3 (tiga) komponen utama yakni (1) Katup desorpsi- adsorpsi (2) Generator dan (3) evaporator sekaligus berfungsi sebagai kondensor. COP yang dihasilkan pada penelitian ini sebesar 0,92. Temperatur evaporator terendah yang dihasilkan adalah 0 ℃.

2.2 DASAR TEORI

  Karbon aktif merupakan senyawa karbon armoph, yang dapat dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon atau dari arang yang diperlakukan dengan cara khusus untuk mendapatkan permukaan yang lebih luas. Secara luas karbon aktif digunakan sebagai adsorber pada proses pemisahan dan pemurnian baik pada fase gas maupun fase cair. Karbon aktif dapat digunakan untuk mengadsorbsi gas dan senyawa-senyawa kimia tertentu atau sifat adsorbsinya selektif, tergantung pada besar atau volume pori-pori dan luas permukaan. Daya serap karbon aktif sangat besar, yaitu 25-100% terhadap berat karbon aktif.

  Karbon aktif bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja yang kontak dengan karbon tersebut. Karbon Aktif digunakan untuk menjernihkan air, pemurnian gas, industri minuman, farmasi, katalisator, karbon aktif dapat digunakan di berbagai industri seperti pengolahan/tambang emas dengan berbagai ukuran mesh maupun iondine number. Juga digunakan untuk dinding partisi, penyegar kulkas, vas bunga, dan ornamen meja. Di balik legamnya, barang gosong itu ternyata sangat kaya manfaat. Karbon aktif dapat digunakan sebagai bahan pemucat, penyerap gas, penyerap logam, menghilangkan polutan mikro misalnya zat organic maupun anorganik, detergen, bau, senyawa phenol dan lain sebagainya. Apabila seluruh permukaan arang aktif sudah jenuh, atau sudah tidak mampu lagi menyerap maka kualitas air yang disaring sudah tidak baik lagi, sehingga arang aktif harus diganti dengan arang aktif yang baru.

  Sifat karbon aktif yang paling penting adalah daya serap. Ada beberapa faktor yang mempengaruhi daya serap adsorpsi, yaitu :

1. Sifat Serapan

  Banyak senyawa yang dapat diadsorpsi oleh karbon aktif, tetapi kemampuannya untuk mengadsorpsi berbeda untuk masing- masing senyawa. Adsorpsi akan bertambah besar sesuai dengan bertambahnya ukuran molekul serapan dari sturktur yang sama, seperti dalam deret homolog. Adsorbsi juga dipengaruhi oleh gugus fungsi, posisi gugus fungsi, ikatan rangkap, struktur rantai dari senyawa serapan.

2. Temperatur/ suhu.

  Dalam pemakaian karbon aktif dianjurkan untuk menyelidiki suhu pada saat berlangsungnya proses. Faktor yang mempengaruhi suhu proses adsoprsi adalah viskositas dan stabilitas thermal senyawa serapan. Jika pemanasan tidak mempengaruhi sifat-sifat senyawa serapan, seperti terjadi perubahan warna mau dekomposisi, maka perlakuan dilakukan pada titik didihnya. Untuk senyawa volatil, adsorpsi dilakukan pada suhu kamar atau bila memungkinkan pada suhu yang lebih kecil.

  Karbon aktif tersedia dalam berbagai bentuk misalnya gravel, pelet (0.8-5 mm) lembaran fiber, bubuk (PAC : powder active carbon, 0.18 mm

  atau US mesh 80) dan butiran-butiran kecil (GAC : Granular Active carbon, 0.2-5 mm) . (PAC) lebih mudah digunakan dalam pengolahan air dengan

  sistem pembubuhan yang sederhana. Metode ini adalah salah satu metode yang potensial, karena prosesnya yang sederhana, dapat bekerja pada konsentrasi rendah, dapat di daur ulang, dan biaya yang dibutuhkan relatif murah. (Arifin, 2008).

  Ada beberapa macam karbon aktif diantaranya karbon aktif dari tempurung kelapan dan karbon aktif dari batu bara. Proses Pembuatan Karbon Aktif dari bahan baku tempurung kelapa terbagi menjadi dua tahapan utama yaitu:

   Proses pembuatan arang dari tempurung Kelapa (karbonisasi)

Gambar 2.1 Skema pembuatan karbon aktif dari tempurung kelapa

  Dalam tahap karbonisasi, tempurung kelapa dipanaskan tanpa udara dan tanpa penambahan zat kimia. Tujuan karbonisasi adalah untuk menghilangkan zat terbang. Proses karbonisasi dilakukan pada temperatur 400-600

  C. Hasil karbonisasi adalah arang yang mempunyai kapasitas penyerapan rendah. Untuk mendapat karbon aktif dengan penyerapan yang tinggi maka harus dilakukan aktivasi terhadap arang hasil karbonisasi.

  Proses aktivasi dilakukan dengan tujuan membuka dan menambah pori-pori pada karbon aktif. Bertambahnya jumlah pori-pori pada karbon aktif akan meningkatkan luas permukaan karbon aktif yang mengakibatkan kapasitas penyerapannya menjadi bertambah besar. Proses aktivasi dapat dilakukan dengan dua metode yaitu teknik aktivasi fisik dan teknik aktivasi kimia. Proses aktivasi fisik dilakukan dengan cara mengalirkan gas pengaktif(CO2) melewati tumpukan arang tempurung kelapa hasil karbonisasi yang berada dalam suatu tungku. Aktivasi kimia dilakukan dengan menambahkan bahan baku dengan zat kimia tertentu pada saat Ada tiga jenis karbon aktif yang terbuat dari tempurung kelapa yang banyak dipasaran yaitu:

  

 Bentuk serbuk. Karbon aktif berbentuk serbuk dengan ukuran lebih kecil

dari 0,18 mm. Terutama digunakan dalam aplikasi fasa cair dan gas.

  Digunakan pada industry pengolahan air minum, industry farmasi, terutama untuk pemurnian monosodium glutamate, bahan tambahan makanan, penghilang warna asam furan, pengolahn pemurnian jus buah, penghalus gula, pemurnian asam sitrtat, asam tartarikk, pemurnian glukosa dan pengolahan zat pewarna kadar tinggi.

Gambar 2.2 Karbon aktif bentuk serbuk

   Bentuk Granular. Karbon aktif bentuk granular/tidak beraturan dengan ukuran 0,2mm-5 mm. Jenis ini umumnya digunakan dalam aplikasi fasa cair dan gas. Beberapa aplikasi dari jenis ini digunakan untuk: pemurnian emas, pengolahan air, air limbah dan air tanah, pemurni pelarut dan penghilang

Gambar 2.3 Karbon aktif bentuk Granular  Bentuk Pellet. Karbon aktif berbentuk pellet dengan diameter 0,8mm-5 mm.

  Kegunaaan utamanya adalah untuk aplikasi fasa gas karena mempunyai tekanan rendah, kekuatan mekanik tinggi dan kadar abu rendah.Digunakan untuk pemurnian udara, control emisi, tromol otomotif, penghilangbau kotoran dan pengontrol emisi pada gas buang.

Gambar 2.4 Karbon aktif bentuk pelet

  Proses pembuatan karbon aktif dari batubara dilakukan melalui proses persiapan bahan dasar, proses karbonisasi dan proses aktivasi.

  Persiapan bahan dasar dilakukan dengan melakukan penggerusan dan o

  dilakukan pada temperatur 900 C selama 60 menit dan mengalirkan gas nitrogen (N2) sebagai gas inert sebesar 80 ml/menit. Sedangkan proses

  o

  aktivasi dilakukan dengan metode aktivasi fisika pada temperatur 950 C dengan lama aktivasi 60 menit, 90 menit, 120 menit, 150 menit dan 180 menit dengan mengalirkan gas karbondioksida (CO ) sebagai activating

  2 agent sebesar 80 ml/menit.

  Amonia sebagai cairan utama dalam sistem pendingin absorbsi merupakan salah satu refrijeran dalam suatu sistem pendingin. Amonia murni mempunyai titik didih -33

  ℃ pada tekanan 1 atm, cairan amonia harus disimpan datinggi dan bersifat sangat korosif terhadap tembaga dan kuningan sehingga dalam pembuatan alat penelitian semua bahan menggunakan stainless steel dan dalam pengelasan juga memakai argon sebab dalam penyatuan bahan yang terbuat dari stainless stell ini pengelasan yang dianggap paling baik adalah menggunakan argon. Amonia yang dijual di pasar lokal khususnya di yogyakarta sudah dalam keadaan cair. Pada penelitian ini menggunakan amonia murni, maka untuk mendapatkan amonia murni dilakukan proses destilasi. Sehingga untuk menghitung massa amonia digunakan persamaan gas ideal (Thermodynamics 5th edition,hal 438 ) :

  P.v = m.R.T (1) m = n.mr (2)

  Proses Pendinginan Adsorbsi

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

  Uap Tekanan Tinggi

  1. Membebaskan uap Kondensor menggunakan kalor Proses Desorbsi Kondensor

  3.Menyerap uap ke dalam berfungsi karbon sambil melepaskan sebagai kalor Evaporator

  2.Menyerap uap ke dalam Uap Tekanan Rendah karbon aktif sambil Evaporator melepaskan kalor Proses Adsorbsi

Gambar 2.5. Siklus Pendinginan Adsorbsi

  Siklus pendinginan adsorbsi terdiri atas proses adsorbsi (penyerapan) refrijeran (amoniak) ke dalam absorber (karbon aktif) dan proses pelepasan refrijeran dari absorber (proses desorbsi) proses ini dapat dilihat pada gambar 2.5. Proses absorbsi dan desorbsi terjadi pada absorber (pada penelitian ini pada generator). Pada proses desorbsi generator memerlukan energi panas dari sumber panas. Energi panas dapat berasal dari energi alam seperti panas bumi dan energi surya. Selain itu juga dapat berasal dari pembakaran kayu, bahan bakar minyak dan gas bumi. Untuk diatur dayanya sebagai sumber panas. Energi panas menaikkan temperatur campuran amoniak-karbon aktif yang ada di dalam generator. Karena amoniak mempunyai titik didih yang rendah, maka amoniak akan menguap terlebih dahulu dari pada karbon aktif. Uap amoniak ini akan mengalir dari generator menuju evaporator melalui kondensor. Di dalam kondensor, uap amoniak mengalami pendinginan dan mengembun. Uap amoniak di dalam tabung kondensor (juga berfungsi sebagai evaporator) mengalami ekspansi sehingga tekanannya turun. Karena tekanan amoniak di dalam evaporator turun, maka temperaturnya pun turun sampai 0

  C. Evaporator umumnya diletakkan di dalam kotak pendingin. Di dalam kotak pendingin tersebut, diletakkan bahan-bahan yang akan didinginkan. Karena mendinginkan bahan, maka amoniak dalam evaporator akan menguap dan mengalir kembali ke generator. Di dalam generator, uap amoniak tersebut diserap oleh karbon aktif, proses ini disebut absorbsi. Siklus tersebut akan berlangsung terus selama ada sumber panas.

BAB III METODE PENELITIAN

3.1.Deskripsi Alat

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

Gambar 3.1. Skema alat pendingin absorbsi dengan kotak pendingin.

  Keterangan : 1.

  Generator 2. manometer 3. Evaporator 4. Kotak pendingin

  1

  2

  3

  4 Skema alat pengisian gas amonia kedalam tabung generator ditunjukkan pada Gambar 3.2.

  Tabung penyaringan Manometer 1 Manometer 2

  Tabung amonia cair generator

Gambar 3.2. Skema alat destilasi amonia-air kedalam tabung generator. Skema alat pendingin absorbsi amonia-karbon aktif tanpa kotak pendingin ditunjukkan pada Gambar 3.3.

  `

Gambar 3.3. Skema alat pendingin absorbsi

  Keterangan : 1.

  Nepel ¾ inchi 2. Keran ball valve ¾ inchi 3. Pipa 1 inchi 4. Penguat tabung generator 5. Generator yang juga sekaligus sebagai absorber

  1

  2

  3

  4

  5

  6

  7

7. Kondensor sekaligus evaporator

  Berikut adalah gambar dimensi generator pada Gambar 3.4. Generator ini mempunyai lebar 40 cm dan berdiameter 10 cm.

Gambar 3.4. Dimensi generator

  Dimensi evaporator pada Gambar 3.5. Evaporator ini mempunyai lebar 5 cm dan berdiameter 10 cm.

Gambar 3.5. Dimensi Evaporator . 40cm 25cm 8cm 5 cm 15 cm Posisi termokopel pada saat pengisian gas amonia data ditunjukan pada Gambar 3.6 :

Gambar 3.6. Posisi termokopel pada alat

  Temperatur 1 Temperatur 2

  Temperatur 4 Temperatur 3

  Temperatur 5 Temperatur 7

  Temperatur 6 Temperatur 8

  Temperatur 9

3.2.Variabel Yang Divariasikan

  Variabel yang divariasikan dalam penelitian yaitu: 1.

  Variasi jumlah massa karbon aktif 425 gr dan 850 gr.

2. Variasi massa amonia 5,30 gr, 10,60gr, 12,88gr, 15,90gr, 17,30gr, 19,14 gr, 21,72gr dan 27,72gr.

  Massa amonia dapat dihitung dengan persamaan 1 dan 2. Berikut contoh perhitungan massa amonia pada Table 4.1 :

  Diketahui : Tekanan terukur (P) = 5bar

  2 Pabsolut = 5+1bar = 6 bar = 600000 N/m

  Temperatur = 68 C = 341 K

  3 V total yang dilalui gas amonia = 0,00513 m

  Tetapan gas (R) = 8,013 J/mol K Massa per mol (mr) = 17 gr/mol

  ( ) Pada variasi massa amonia dilakukan penambahan dan pengurangan massa amonia. Berikut langkah untuk mendapatkan variasi massa amonia:

  1. Massa amonia 27,72gr didapat dari penambahan massa amonia dari 19,14gr ditambah 8,58gr.

  2. Massa amonia 21,72gr didapat dari pengurangan massa amonia 27,72gr dikurangi 6,00gr.

  3. Massa amonia 17,30gr didapat dari pengurangan massa amonia 21,72gr dikurangi 4,42gr.

  4. Massa amonia 12,88gr didapat dari pengurangan massa amonia 17,30gr dikurangi 4,42gr.

  5. Massa amonia 10,60gr didapat dari penambahan massa amonia dari 5,30gr ditambah 5,30gr.

  6. Massa amonia 15,90gr didapat dari penambahan massa amonia dari 10,60gr ditambah 5,30gr.

3.3.Variable yang diukur

  Dalam penelitian ini variabel-variabel yang diukur antara lain : 1. Temperatur generator 2.

  Temperatur minyak 3. Temperatur evaporator 4. Tekanan evaporator 5. Waktu pencatatan data

3.4.Langkah Penelitian

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

  1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat.

  2. Alat ukur termokopel yang telah disiapkan dipasang pada setiap bagian yang akan diukur temperaturnya.

  3. Generator diisi karbon aktif sebanyak 425gr.

  4. Alat Pendingin adsorpsi divakumkan selama beberapa menit dengan menggunakan pompa vakum.

  5. Alat Pendingin adsorpsi diisi amonia 5 bar pada alat pengisian amonia.

  6. Kemudian alat Pendingin adsorpsi dilepas dari alat pengisian ammonia lalu alat Pendingin adsorpsi dimasukkan kedalam bak yang telah diisi minyak kemudian dipanasi menggunakan kompor listrik. Pada kompor listrik, terdapat tingkatan-tingkatan level panas. Jadi jika panas yang diharapkan sudah konstan atau lampu pada penunjuk kompor mati, maka level kompor listrik dapat dinaikan. Keadaan tersebut bisa terus berlanjut hingga level kompor listrik maksimal. Proses pemanasan terjadi hingga tekanan yang ada di alat ukur manometer menunjukan tekanan maksimal saat alat bekerja (konstan)/ mangalami penurunan secara perlahan, proses

  7. Setelah tekanan konstan, keran pada evaporator ditutup lalu kompor dimatikan dan di geser. Lalu dilanjutkan ketahap kesalnjutnya yaitu proses pendinginan.

  8. Setelah generator didinginkan hingga temperatur T8 mendekati temperatur awal sebelum pemanasan, maka alat pendingin Adsorpsi memasuki proses Adsorpsi dengan cara memasukan evaporator kedalam kotak pendingin.

  9. Kemudian keran penghubung evaporator dibuka perlahan- lahan hingga terbuka penuh. Proses ini dinamakan proses adsorpsi.

  10. Pengambilan data dilakukan dengan memvariasikan volume karbon aktif.

  11. Pengambilan data dilakukan setiap 5 menit untuk proses adsorpsi dan proses desorpsi dengan mencatat suhu di setiap.

3.5.Peralatan Pendukung

  Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah : a.

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

Gambar 3.7. Stopwatch b.

  Kompor Listrik Kompor listrik yang dapat diatur dayanya digunakan untuk memanaskan generator saat proses desorbsi.

Gambar 3.8. Kompor listrik c.

  Penampil temperatur (Logger) Logger digunakan untuk mencatat dan menampilkan temperatur di setiap titik dari termokopel.

Gambar 3.9. Penampil temperatur d.

  Termokopel Termokopel digunakan untuk mengukur temperatur yang dihubungkan

Gambar 3.10. Termokopel e.

  Ember Ember digunakan untuk merendam evaporator saat proses desorbsi dan merendam generator saat proses Pendinginan dan absorbsi.

Gambar 3.11. Ember f.

  Manometer Manometer digunakan untuk mengukur tekanan evaporator.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Pengambilan data penelitian uji karakteristik karbon aktif terhadap

  pendingin absorbsi dengan variasi massa karbon aktif 425 gram ditunjukan pada diagram alur berikut ini : Pengisisan amonia (Tabel 4.1.)

  Didiamkan sampai vakum Proses desorpsi-adsorpsi sampai tekanan maksimum (Tabel 4.2.) pendingian

  Proses adsorpsi Hasil dan pembahasan

  Penambahan massa amonia 5,58gr (Tabel 4.3) Didiamkan sampai vakum

  Proses desorpsi-adsorpsi sampai tekanan maksimum (Tabel 4.4.) pendingian Proses adsorpsi

  Hasil dan pembahasan Kelanjutan diagram alur untuk massa karbon aktif 425gram. Setelah didapatkan hasil adsorpsi dari variasi penambahan gas amonia sebanyak 1,5 bar, lalu dilanjutkan proses desorbsi kembali tanpa penambahan gas amonia seperti pada diagram alur berikut :

  Didiamkan sampai vakum Proses desorpsi-adsorpsi sampai tekanan maksimum (Tabel 4.5.) pendingian

  Proses adsorpsi Hasil dan pembahasan

  Pengurangan gas amonia sebanyak 6,00 gr Didiamkan sampai tekanan 0,4 bar

  Proses desorpsi-adsorpsi sampai tekanan maksimum (Tabel 4.6.) pendingian Proses adsorpsi

  Hasil dan pembahasan Pengurangan massa amonia sebanyak 4,42 gr

  Proses desorpsi-adsorpsi sampai tekanan maksimum (Tabel 4.7.) pendingian Setelah dilakukan pengurangan amonia sebanyak dua kali dan tidak menghasilkan penurunan temperatur yang baik, maka dilakukan lagi pengurangan amonia sebanyak 0,2 bar seperti pada diagram alur berikut :

  Pengurangan gas amonia sebanyak 4,42 gr Proses desorpsi-adsorpsi sampai tekanan 3,5 (Tabel 4.8.) pendingian

  Proses adsorpsi Hasil dan pembahasan

  Proses desorpsi-adsorpsi sampai tekanan maksimum (Tabel 4.9.) pendingian Proses adsorpsi

  Hasil dan pembahasan Proses desorpsi-adsorpsi sampai tekanan maksimum (Tabel 4.10.) pendingian

  Proses adsorpsi Hasil dan pembahasan

Tabel 4.1. Pengisian amonia murni 19,14 gram dengan massa karbon aktif 425 gram.

  61

  60

  34 21 1:45 3,5

  34

  43

  61

  34 20 1:40 3,5

  34

  43

  61

  35 19 1:35 3,5

  35

  44

  35 18 1:30 3,5

  33

  35

  43

  60

  35 17 1:25 3,5

  35

  45

  61

  35 16 1:20 3,5

  35

  46

  61

  35 15 1:15 3,5

  34

  43

  34 22 1:50 3,6

  62

  36 26 2:10 5,0

  28

  C) 1 0:05 Vakum 27 35 16-6-2012 2 0:10 Vakum

  (

  C) T9

  (

  Keterangan T8

  (bar) Temperatur

  No. Waktu Tekanan

  37 Tabel 4.2. Data desorpsi-adsorpsi variasi massa amonia 19,14 gram dengan massa karbon aktif 425 gram.

  36

  46

  68

  35

  62

  45

  66

  35 25 2:05 4,6

  35

  44

  66

  35 24 2:00 4,2

  34

  43

  61

  33 23 1:55 3,9

  34

  43

  46

  35 14 1:10 3,5

  No. Waktu Tekanan 1

  25

  32

  40

  28 5 0:25 1,0

  28

  29

  35

  27 4 0:20 0,6

  27

  27

  30

  25 3 0:15 0,4

  25

  27

  30 6 0:30 1,2

  25 25 16-6-2012 2 0:10 0,0

  25

  25

  C) 1 0:05 0,0

  (

  C) T4

  (

  C) T3

  (

  C) T2

  (

  Keterangan T1

  (bar) Temperatur

  28

  43

  35

  56

  45

  61

  35 13 1:05 3,5

  35

  44

  60

  35 12 1:00 3,5

  35

  43

  57

  34 11 0:55 3,2

  34

  40

  34 10 0:50 2,7

  34

  33

  48

  56

  33 9 0:45 2,4

  33

  46

  51

  32 8 0:40 2,0

  32

  45

  46

  30 7 0:35 1,5

  30

  43 T8= Temperatur

Tabel 4.2. Data desorpsi-adsorpsi variasi massa amonia 19,14 gram dengan massa karbon aktif 425 gram. (lanjutan)

  58

  C, T7=25 C dan T8=26

  C, T6=26

  Hasil pada proses pengisian pertama amonia 19,14 gram dengan massa karbon aktif 425 gram. Tekanan terakhir pada evaporator 1,4 bar. Temperatur awal pada T5=25

  99 12 1:00 0,2 70 102 13 1:05 0,4 74 102 14 1:10 0,5 76 109 15 1:15 0,6 81 112 16 1:20 0,7 82 114 17 1:25 0,8 84 117 18 1:30 0,9 85 117 19 1:35 1,0 86 121 20 1:40 1,1 90 123 21 1:45 1,1 91 123 22 1:50 1,2 92 124 23 1:55 1,3 93 126 24 2:00 1,4 94 128

  67

  96 11 0:55 0,1

  64

  90 10 0:50 0,0

  59

  84 9 0:45 Vakum

  81 8 0:40 Vakum

  No. Waktu Tekanan

  58

  63 7 0:35 Vakum

  37

  56 T9= Temperatur minyak 5 0:25 Vakum

  33

  C) 4 0:20 Vakum

  (

  C) T9

  (

  Keterangan T8

  (bar) Temperatur

  C. Setelah dilakukan proses adsorpsi selama 5 menit, terjadi penurunan temperatur 1 C pada T6 yaitu 24 C. Pada variasi ini terjadi penurunan temperatur yang sangat kecil karena pada saat proses desorpsi tekanan maksimum yang dicapai hanya 1,6 bar. Sehingga pada saat proses adsorpsi, penyerapan amonia oleh adsorber tidak dapat maksimal.

Tabel 4.3. Penambahan amonia murni 8,58 gram dengan massa karbon aktif 425 gram.

  Temperatur Tekanan Tekanan

  No. Waktu Keterangan

  T1 T2 T3 T4 1 (bar) 2 (bar) (

  C) (

  C) (

  C) (

  C) 1 0:05 Vakum Vakum

  26

  26

  25 26 18-6-2012 2 0:10 Vakum Vakum

  27

  26

  26

  26 3 0:15 Vakum Vakum

  28

  26

  26

  26 4 0:20 0,0 Vakum

  30

  27

  26

  26 5 0:25 0,2 0,0

  33

  27

  27

  26 6 0:30 0,3 0,2

  35

  29

  27

  27 7 0:35 0,6 0,4

  36

  32

  27

  27 8 0:40 0,9 0,7

  41

  33

  28

  27 9 0:45 1,1 0,9

  44

  34

  27

  26 10 0:50 1,4 1,3

  44

  36

  29

  27 11 0:55 1,7 1,5

  44

  36

  29

  28 Tabel 4.4. Data desorpsi-adsorpsi variasi massa amonia 27,72 gram dengan karbon aktif 425 gram .

  Temperatur Tekanan

  No. Waktu Keterangan

  T8 T9 (bar)

  (

  C) (

  C) 1 0:05 1,1 33 37 18-6-2012 2 0:10 1,1

  34

  43 3 0:15 1,3

  35

  50 Massa amonia 27,72 gram 4 0:20 1,4

  36

  52 5 0:25 1,6

  41