STUDI EKSPERIMENTAL ABSORBSI AMONIA-AIR ENERGI SURYA MENGGUNAKAN KONDENSOR DAN EVAPORATOR BERPENDINGIN AIR TUGAS AKHIR - Studi eksperimental amonia-air energi surya menggunakan kondensor dan evaporator berpendingin air - USD Repository

  

STUDI EKSPERIMENTAL ABSORBSI AMONIA-AIR ENERGI

SURYA MENGGUNAKAN KONDENSOR DAN

EVAPORATOR BERPENDINGIN AIR

TUGAS AKHIR

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

  Diajukan Oleh:

  

AGUSTINUS SUPRIYONO

NIM: 085214035

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2012

  

EXPERIMENTAL STUDY OF SOLAR ENERGY

WATER-AMMONIA ABSOBTION USING WATER-COOLED

CONDENSOR AND EVAPORATOR

FINAL PROJECT

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

  By:

  

AGUSTINUS SUPRIYONO

Student Number: 085214035

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

  

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2012

  

ABSTRAK

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

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

  )

  evaporator (P2), intensitas energi surya (G dan waktu pencatatan data (t). Hasil penelitian menunjukkan bahwa temperatur terendah yang dapat dicapai evaporator adalah -5°C dan COP tertinggi dalam penelitian adalah 0,98.

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

KATA PENGANTAR

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

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

  Penelitian Tugas Akhir dengan judul “Studi Eksperimental Absorbsi Surya

  

Menggunakan Kondensor dan Evaporator Berpendingin Air” ini dapat berjalan

  dengan baik karena adanya bantuan secara langsung maupun tidak langsung dan kerjasama dari berbagai pihak. Menyadari hal itu, maka pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

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

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

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

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

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

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

  7. Rekan kerja Ricardo Redy Hanawijaya, Bayu Dwi Wicaksono, Heribertus Hari Bekti Pratama dan yang telah saling membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.

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

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

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

  Yogyakarta, 1 Agustus 2012 Penulis, AGUSTINUS SUPRIYONO

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

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

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

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

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

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

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

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

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

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

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

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

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

  1

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

  2

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

  1.4 Manfaat Penelitian ...................................................................... 3

  

BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................. 4

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

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

  2.3 Kolektor...................................................................................... 13

  2.4 Amonia(NH 3 )..........................................................................

  15 2.5 Kalsium Klorida......................................................................

  16 2.6 Litium bromida-Air.................................................................

  16 2.7 Zeoilit-Air................................................................................

  16 BAB III. METODE PENELITIAN ........................................................ 18

  3.1 Deskripsi Alat ............................................................................. 18

  3.2 Variabel Yang Diukur ................................................................. 21

  3.3 Langkah Penelitian ...................................................................... 21

  3.4 Peralatan Pendukung ................................................................... 23 _{……………………………….}

  BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

  24

  4.1 Data Hasil Penelitian …………………………………………... 24

  4.2 Pembahasan ................................................................................ 27

  

BAB V. PENUTUP .................................................................................... 36

  5.1 Kesimpulan .................................................................................. 36

  5.2 Saran ............................................................................................ 36

  

DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 37

LAMPIRAN ............................................................................................... 39

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1. Data pertama penelitian pendingin absobsi amonia-air tenaga surya menggunakan amonia-air 10.000ml.................

  24 Tabel 4.2. Data kedua penelitian pendinginan absobsi amonia-air Tenaga surya menggunakan amonia-air 10.000ml...............

  25 Tabel 4.3. Data ketiga penelitian absobsi amonia-air Tenaga surya menggunakan amonia-air 10.000ml..............

  26 DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Skema Alat Pendingin absorbsi generator horizontal Probo,(2010).................................................................

  6 Gambar 2.2. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator tanpa receiver, Yudhokusumo, (2011)…………………………………

  7 Gambar 2.3. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator menggunakan receiver, Budigunawan, (2011)………………….………………

  8 Gambar 2.4. Siklus pendinginan absorbsi .............................................

  9 Gambar 2.5 Skema diagram alir refrigerator carnot………………….

  12 Gambar 2.6. collector thermosyphon plat datar ....................................... 13

Gambar 2.7. .......................................................14

  Evacuated tube collector

  Gambar 28b. Parabolic Trough Collector...................................................14

Gambar 3.1 Skema alat pendingin absorbs tenaga surya…………………

  18 Gambar 3.2 Dimensi Generator……………………………………………

  19 Gambar 3.3 Dimensi Pipa Celup…………………………………………..

  20 Gambar 3.4 Variable yang diukur………………………………………….

  21 Gambar 4.1 Grafik tekanan terhadap waktu dari ketiga data………………

  28 Gambar 4.2 Grafik temperatur evaporator (T3) terhadap waktu………….

  29 Gambar 4.3 Grafik temperature kotak pendingin (T4) terhadap waktu……

  30 Gambar 4.4 Grafik hubungan antara tekanan dan intensitas cahaya matahari Data pertama…………………………………………………… 31

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara tekanan dan intensitas cahaya matahari

  Data kedua……………………………………………………

  31 Gambar 4.6 Grafik hubungan antara tekanan dan intensitas cahaya matahari Data ketiga……………………………………………………

  32 Gambar 4.7 Grafik Perbandingan Unjuk kerja/COP rata-rata semua data…

  33 Gambar 4.8 Grafik Tekanan Terhadap Waktu Ketiga Data Wicaksono,(2012)………………………………………….

  33 Gambar 4.9 Grafik tekanan terhadap waktu dari ketiga data Hanawijaya,(2012)………………………………………….

  34

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Kebutuhan akan sistem pendingin untuk pengawetan dan penyimpanan bahan makanan, hasil panen, obat-obatan dan keperluan lainnya dirasakan semakin meningkat. Namun pada sampai saat ini kebanyakan sistem pendingin yang ada bekerja dengan sistem kompresi uap yang membutuhkan energi listrik dan menggunakan refrijeran sintetik seperti R-11, R-12, R134a, R-502. Hal ini bisa menjadi masalah, karena sampai saat ini banyak desa, khususnya di daerah terpencil, yang belum memiliki jaringan listrik, sehingga sistem pendingin sederhana yang dapat bekerja tanpa membutuhkan energi listrik merupakan alternatif pemecahan permasalahan kebutuhan sistem pendingin di daerah-daerah tersebut. Selain itu refrijeran sintetik juga menimbulkan dampak negatif pada lingkungan, yaitu merusak lapisan ozon, yang tentu akan memperparah efek pemanasan global di bumi ini.

  Pada dasarnya penelitian ini bertujuan untuk menjajagi kemungkinan penerapan sistim pendingin absorbsi energi panas menggunakan refrijeran air untuk memenuhi kebutuhan sistim pendingin di masyarakat terutama di daerah yang belum terdapat jaringan listrik. Dapat tidaknya suatu sistim pendingin diterapkan pada masyarakat ditentukan oleh beberapa hal. Hal pertama adalah bagaimana unjuk kerja yang dapat dihasilkan oleh sistim pendingin tersebut.

  2 Unjuk kerja suatu sistim pendingin dapat dilihat dari temperatur terendah yang dapat dicapai dan koefisien unjuk kerja (COP) yang dapat dihasilkan. Temperatur terendah dan COP yang dihasilkan harus dapat memenuhi kapasitas pendinginan (laju pendinginan) yang diperlukan masyarakat. Hal kedua yang juga penting adalah disain alat pendingin tersebut harus dapat dioperasikan dan dirawat sendiri oleh masyarakat pengguna serta dapat dibuat dengan teknologi dan bahan yang ada di daerah.

  1.2. Batasan Masalah Penelitian ini meneliti sistem pendingin absorsi ammonia-air energi surya.

  Sangat mengandalkan alat ukur (logger) namun alat ukur (logger) hanya mampu mencatat sampai -5 °C dan tidak bisa mencatat secara otomatis. Selain itu penelitian ini sangat mengandalkan energi surya, untuk daerah kampus 3

  ° LS atau pada bulan juli Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang berada di 8 matahari di sekitar tempat tersebut sering tertutup awan.

  1.3. Tujuan Penelitian

  Tujuan yang ingin dicapai oleh pada penelitian ini: 1. Membuat sistem pendingin absorbsi amonia-air energi.

  2. Meneliti temperatur pendinginan yang dapat dihasilkan oleh sistem pendingin absorbsi amonia-air dengan variasi massa air dalam evaporator.

  3. Meneliti COP atau unjuk kerja yang dapat dihasilkan oleh sistem pendingin absorbsi amonia-air energi surya.

  3

1.4. Manfaat Penelitian

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

  2. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan lebih lanjut untuk membuat prototipe dan produk teknologi pendingin absorbsi yang dapat diterima masyarakat dan industri sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan dan mengurangi ketergantungan penggunaan energi listrik dengan menggunakan energi surya.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1. Penelitian yang Pernah Dilakukan

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

  o zeolit-air akan medekati konstan pada temperatur pemanasan 160 C atau lebih.

  eksperimen sistem pendingin adsorpsi surya yang menggunakan zeolit-air dan mendapatkan harga COP sebesar 0,12 Grenier (1983). adsorpsi serupa yaitu dengan menggunakan zeolit-air tetapi COP nya hanya 0,1 Pons (1986). pengetesan pada sistem pendingin adsorpsi surya menggunakan zeolit-air dengan kolektor plat datar dan kondensor berpendingin udara dimana ia mendapatkan COP yang rendah sebesar 0,054 Zhu Zepei (1987). Di sini terlihat bahwa modifikasi yang ia lakukan dengan memvakumkan sistem dan penggunaan kolektor datar tidak banyak menaikkan harga COP. penelitian dan hasilnya adalah

  o

  dengan pemanasan 150 C didapatkan energi pendinginan sebesar 250 kJ per kilogram zeolit Kreussler (1999). Sebuah penyimpan dengan volume 125 L dapat

  2

  didinginkan menggunakan kolektor seluas 3 m . Selanjutnya Ramos (2003) mendapatkan COP sebesar 0,25 dengan menggunakan kolektor parabola secara terpisah dari sistem pendingin sehingga setiap kali diperlukan proses pemvakuman. Sistem yang dipakai Ramos tidak menggunakan kondensor, namun Ramos juga mendapatkan kapasitas adsorpsi zeolit mencapai optimal o

  denganpemanasan tabung zeolit sebesar 250

  C. Penelitian-penelitian tersebut di atas menggunakkan zeolit yang diproduksi di Jerman, Slovnaft-Czech, dan Perancis.

  Penelitian serupa, yaitu mengenai sistem pendingin dengan menggunakan refrijeran amonia-air, juga pernah dilakukan sebelumnya dimana pada penelitian tersebut digunakan generator horisontal yang tercelup sebagai absorbernya

  

(Prastowo, A. S. P/2010). Variasi yang dilakukan adalah dengan memvariasikan

  sistem pendinginan evaporator, konsentrasi amonia dan tekanan evaporator. Hasil penelitian tersebut menyimpulkan beberapa hal, antaralain, bahwa semakin rendah konsentrasi amonia yang digunakan maka akan semakin cepat juga uap amonia diserap oleh absorber pada proses absorbsi sehingga jangka waktu pendinginanya juga akan semakin cepat. Selain itu didapatkan juga kesimpulan, bahwa, semakin tinggi tekanan evaporator dan kemampuan pendingin evaporator, maka semakin banyak pula uap amonia yang terdesorbsi, sehingga kalor yang terserap oleh uap amonia saat proses absorbsi juga semakin banyak, hal ini menyebabkan temperatur evaporator menjadi rendah.

  Berikut adalah skema alat dari penelitian Songko Probo P. A.

Gambar 2.1. Skema alat pendingin absorbsi generator horizontal (Probo,2010)

  Keterangan:

  1. Generator yang juga berfungsi sebagai absorber

  2. Saluran masuk amonia

  3. Kondensor yang juga berfungsi sebagai evaporator

  4. Manometer

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

  0.91.Karena dalam penelitian tersebut dikatakan bahwa unjuk kerja dari alat tersebut menurun setelah pengambilan data berulang dan penambahan amonia dilakukan maka dilakukan indentifikasi alat dan menemukan bahwa ada air yang tertinggal pada evaporator yang mempengaruhi kerja pendinginan tersebut.

  8. Kondensor sekaligus evaporator

  8

  6

  5

  4

  3

  2

  1

  7. Manometer

  Berikut adalah skema alat dari penelitian Abimael Sony Yudhokusumo.

  6. Penguat generator

  5. Generator yang juga sekaligus sebagai absorber

  4. Penguat katup fluida satu arah

  3. Pipa ¾ inci

  2. Keran ball valve ¾ inci

  Bagian ini bisa diganti dengan pentil saat alat akan divakum.

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

Gambar 2.2. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporato tanpa receiver, (Yudhokusumo,2011)

  7 Kemudian hal ini berkembang pada penelitian Paul Alexander Budi Gunawan yang menembahkan receiver pada evaporator untuk menampung air agar tidak masuk kedalam evaporator, berikut adalah sekema alat tersebut.

  1

  5

  2

  6

  7

  3

  4 Gambar 2.3. Skema alat pendingin absorbsi generator vertikal dan evaporator menggunakan receiver. (Gunawan,2011) Keterangan:

  1. Corong pengisi

  2. Keran

  3. Tabung Generator atas

  4. Tabung Generator bawah

  5. Manometer

  6. Evaporator

  7. Reciever (penampung) Banyak hal yang mempengaruhi dari unjuk kerja pendinginan ini maka sangat penting penelitian-penelitian semacam ini dilakukan agar alat yang dihasilkan nantinya akan menjadi lebih baik.

2.2 Dasar Teori

  Pendingin absorbsi pada umumnya terdiri dari 4 (empat) komponen utama yaitu : (1) absorber, (2) generator, (3) kondensor, (4) evaporator. Namun pada penelitian ini model pendingin absorbsi yang dibuat hanya terdiri dari dua komponen utama yaitu, generator yang juga berfungsi sebagai absorber, dan evaporator yang juga berfungsi sebagai kondensor.

Gambar 2.4 Siklus pendinginan absorbsi

  Siklus pendinginan absorbsi terdiri dari proses absorbsi (penyerapan) refrijeran (amonia) ke dalam absorber (air) dan proses pelepasan refrijeran dari absorber (proses desorbsi). Proses ini dapat dilihat pada Gambar 2.2. Proses desorbsi dan absorbsi terjadi pada absorber (pada generator). Pada proses desorbsi generator memerlukan energi panas untuk dapat menguapkan amonia. Energi panas dapat berasal dari pembakaran kayu, batubara, minyak bumi, gas alam, panas bumi, biogas, dan sebagainya. Namun pada dalam penelitian ini energi yang digunakan adalah energi surya.

  Proses kerja yang terjadi di dalam sistem pendingin absorbsi adalah sebagai berikut: energi panas dari energi surya menaikkan temperatur campuran ammonia-air yang ada dalam tabung generator. Karena amonia mempunyai titik didih yang lebih rendah dibanding air maka amonia akan menguap terlebih dahulu. Uap amonia ini akan mengalir dari generator menuju ke evaporator. Di dalam evaporator uap amonia akan mengalami pendinginan dan mengembun sehingga berubah fase menjadi cair. Selanjutnya cairan amonia di dalam evaporator akan mengalami ekspansi sehingga tekanannya turun. Karena tekanan amonia di dalam evaporator turun maka temperaturnya pun turun hingga di bawah

  o o

  C. Karena mampu mencapai suhu di bawah 0

  C, maka evaporator umumnya diletakkan di dalam kotak pendingin bersama bahan-bahan yang ingin didinginkan. Karena mendinginkan bahan-bahan tersebut maka cairan amonia di dalam evaporator akan menyerap kalor dari bahan-bahan tersebut dan menguap, lalu mengalir kembali ke dalam generator. Di dalam generator uap amonia tersebut diserap oleh air, proses ini disebut absorbsi. Siklus tersebut akan berlangsung terus-menerus jika ada sumber panas. Selama proses desorbsi pendinginan di dalam evaporator tidak dapat terjadi karena amonia masih bercampur dengan air di dalam generator.

  Unjuk kerja pendingin absorbsi umumnya dinyatakan dengan koefisien prestasi absorbsi (COP Absorbsi ) dan dapat dihitung dengan persamaan: (1)

  COP =

  absorbsi

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

  tabung ammonia ammonia

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

  o

  T awal : temperatur amonia sebelum dipanasi (

  C)

  o

  T akhir : temperatur ammonia setelah dipanasi (

  C) ∆t : lama waktu pemanasan (menit)

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

  Energi = G . A (4)

  surya

  Dengan :

  2 G : Intensitas Energi Surya (watt/menit )

2 A : Luas Apertur (m )

  Sehingga untuk mengetahui efisiensi kolektor ( ) dapat diketahui

  Kolektor

  dengan membandingkan kerja pemanasan untuk menaikkan temperatur sejumlah massa pada generator berbanding terbalik dengan energi radiasi surya yang diterima oleh generator melalui kolektor:

  = (5)

  η kolektor Pada penelitian ini, analisa digunakan pendekatan siklus pendingin carnot. Refrigerator (pendingin) carnot

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

  Refrigerator carnot menerima kerja luar (W) dan menyerap panas Q1 dari reservoir dengan (hent sink) temperature T1 serta member panas Q2 ke reservoir panas temperature T2.

  Skema diagram alir refrigerator carnot:

Gambar 2.5. Skema diagram alir refrigerator carnot

  Jadi dapat dibuat hubungan, W = Q – Q

  (1)

  1

2 Koefisien performance,

  COP =

  = (3)

  Dari persamaan diatas 2 dan 3 dapat

  =

  (4)

2.3 Kolektor

  Terdapat tiga jenis kolektor surya yang diklasifikasikan ke dalam Solar

  

Thermal Collector System dan juga memiliki korelasi dengan pengklasifikasian

  kolektor surya berdasarkan dimensi dan geometri dari receiver yang dimilikinya:

  1. Flat-Plate Collectors ( kolektor plat datar)

  2. Parabolic Collectors ( kolektor parabola )

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

  o

  susah. kolektor pelat datar (gambar 2.1) dapat menghasilkan suhu antara 70-80 C.

  Evacuated tube collectors ( Gambar 2.7 ) menghasilkan energi panas yang

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

Gambar 2.7 Evacuated Tube Collectors

  Berdasarkan bentuk komponen absorber-nya, jenis Parabolic collectors dikelompokan menjadi dua jenis yaitu Parabolic trough collectors dan Parabolic

  

dish collectors . Parabolic dish collectors (Gambar 2.8.a) berguna untuk

  memfokuskan pantulan radiasi sinar matahari ke satu titik receiver, Sedangkan

  

Parabolic trough collectors (Gambar 2.8.b), berguna untuk mamfokuskan

  pantulan radiasi matahari ke suatu titik memanjang yang berbentuk garis. Agar pemanasan dapat berjalan maksimal kolektor harus di ubah posisinya tiap

  Gambar 2.7a Kolektor parabola Gambar 2.7b Kolektor parabola silinder kolektor yang dipilih untuk penelitian ini adalah kolektor Parabolic trough

  

collectors (parabola silinder), karena kolektor surya jenis ini yang paling cocok

  diaplikasikan pada generator yang berbentuk horizontal dan kolektor ini mampu memfokuskan energi radiasi cahaya matahari yang besar pada receiver(generator ) dibandingkan dengan kedua jenis kolektor yang lain, sehingga dengan itu diharapkan bisa menghasilkan temperatur yang tinggi. Dengan menggunakan sistem pemanasan yang terfokus maka akan dapat meningkatkan kuantitas energi panas yang diserap oleh absorber. Berikut ini merupakan keterangan lebih lanjut tentang sifat-sifat adsorber dan ammonia yang digunakan.

2.4 Amonia(NH 3 )

  Amonia (NH , adalah gas beracun dan tak bewarna dengan bau

  3)

  mengiritasi yang khas. Walaupun gas ini digunakan dalam banyak kasus sebagai larutan amonia dalam air, yakni dengan dilarutkan dalam air, amonia cair juga digunakan sebagai pelarut non-air untuk reaksi khusus. Sejak dikembangkannya proses Harber-Bosch untuk sintesis amonia di tahun 1913, amonia telah menjadi senyawa yang paling penting dalam industri kimia dan digunakan sebagai bahan baku banyak senyawa yang mengandung nitrogen. Amonia juga digunakan sebagai refrigeran (di lemari pendingin), selain itu dalam pembuatan polimer dan bahan letupan.

  Sifat-sifat Amonia

  Selain memiliki bau khas yang menyengat, ada beberapa sifat lain dari amonia, yaitu:

  1. Titik beku -77,74C dan titik didih -33,5C.

  2. Pada suhu dan tekanan biasa bersifat gas dan tidak berwarna, beratnya lebih ringan daripada udara dan baunya menyengat.

  3. Amonia memiliki sifat basa, larutan amonia yang pekat mengandung 28%-29% amonia pada suhu 25C.

  4. Amonia bersifat korosif pada tembaga dan timah

  Manfaat dan kegunaan amonia

  Amonia umum digunakan sebagai bahan pembuat obat-obatan, amonia yang dilarutkan dalam air dapat digunakan untuk membersihkan berbagai perkakas rumah tangga, zat ini juga digunakan sebagai campuran pembuat pupuk untuk menyediakan unsur nitrogen bagi tanaman, Amonia juga dapat digunakan sebagai refrijeran dalam sistem pendingin. Namun dalam penggunannya, diperlukan kehati-hatian karena konsentrasi tinggi amonia bisa sangat berbahaya bila terhirup.

  Selain ammonia-air beberapa refijeran yang bisa dipakai dalam penelitian ini antara lain:

  2.5 Kalsium klorida 2)

  Kalsium klorida (CaCl , merupakan salah satu jenis garam yang terdiri dari unsur kalsium (Ca) dan klorin (Cl). Garam ini berwarna putih dan mudah larut dalam air. Kalsium klorida tidak berbau, tidak berwarna, dan tidak mudah terbakar. Kalsium klorida termasuk dalam tipe ion halida, dan padat pada suhu kamar. Karena sifat higroskopisnya, kalsium klorida harus disimpan dalam kontainer kedap udara rapat tertutup.

  2.6 Litium bromida-Air

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

  2 O, yaitu pada keadaan yang

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

  2.7 Zeolit-Air

  Zeolit memiliki beberapa sifat, berikut adalah sifatnya sebagai adsobrsi : Pada keadaan normal, ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air bebas yang berada disekitar kation. Bila Kristal zeolit dipanaskan pada suhu sekitar 300-400  C air tersebut akan keluar sehingga zeolit dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan. zeolit mempunyai struktur pori yang sangat terbuka, dan mempunyai luas permukaan internal yang luas sehingga mampu mengadsorbsi sejumlah besar subtansi selain air dan mampu memisahkan molekul zat berdasarkan ukuran molekul dan kepolarannya. Karena sifatnya yang mampu mengadsorbsi uap dan gas, maka zeolit biasa digunakan sebagai absorban sistem pendingina absorbsi

BAB III METODE PENELITIAN

3.1. Deskripsi Alat

Gambar 3.1. Skema alat pendingin absorbsi

  Keterangan :

  1. Generator

  11. Kotak Evaporator

  2. Pipa Celup

  12. Rangka pendukung Evaporator

  3. Torong Pengisian

  13. Kerangka pendukung Generator

  4. Manometer atas (P1)

  14. Reflektor

  5. Keran atau Katup

  6. Water Mur

  7. Kondensor

  8. Kotak kondensor

  9. Manometer Bawah (P2) 10. Evaporator.

  Pada Gambar 3.1. dapat dilihat ukuran generator dan ukuran katup fluida satu arah. Generator ini mempunyai tinggi 200 cm dan berdiameter 10 cm sedangkan katup fluida satu arah mempunyai tinggi 30 cm dan berdiameter 10 cm. Di dalam generator ini terdapat pipa celup dan pipa uap. Pipa celup berfungsi sebagai tempat masuknya campuran amonia-air ke dalam generator sekaligus sebagai jalan masuknya uap amonia saat proses absorbsi agar uap amonia dapat bercampur dan terserap langsung oleh air sedangkan pipa uap berfungsi sebagai jalan masuknya uap amonia yang kemudian menuju ke evaporator saat proses desorbsi

Gambar 3.2 Dimensi Generator

  Dimensi pipa celup ditunjukkan pada Gambar 3.3. Pipa celup sepanjang 33 cm terletak di antara generator dan katup fluida satu arah. Pipa celup ini menggantung sepanjang 8 cm dalam generator dan 5 cm menonjol dalam katup fluida satu arah.

Gambar 3.3 Dimensi Pipa celup

  Bagian-bagian yang terdapat didalam generator dan katup fluida satu arah pada penelitian ini terdiri dari 3 komponen yaitu:

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

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

  3. Pipa diameter 1’’ panjang 23 cm yang bagian atasnya tertutup.

3.2. Variabel Yang Diukur

Gambar 3.4 Skema variable yang diukur

  Dalam penelitian ini variabel-variabel yang diukur antara lain :

  1. Temperatur generator (T1)

  2. Temperatur Kondensor (T2)

  3. Temperatur evaporator (T3)

  4. Temperatur kotak evaporator (T4)

  5. Tekanan manometer atas (P1)

  6. Tekanan manometer bawah (P2)

  7. Intensitas energi ( g)

  8. Waktu pencatatan data (t)

  3.3 Langkah Penelitian 1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti pada Gambar 3.1.

  2. Setelah itu termokopel dipasang pada bagian yang akan diukur temperaturnya.

  3. Tekanan sistem divakumkan dengan menggunakan pompa vakum.

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

  5. Kemudian alat dipanasi dengan menggunakan panas matahari hingga tekanan konstan atau mulai terlihat turun secara perlahan. Proses ini adalah proses desorbsi.

  6. Setelah tekanan konstan maka reflektor ditutup, kemudian dilanjutkan dengan proses pendinginan generator. Ketika proses pendinginan generator ini keran penghubung evaporator

  7. Data yang dicatat saat proses desorbsi adalah waktu (t), tekanan manometer atas (P1), tekanan manometer bawah (P2), temperatur generator (T1), temperatur pipa spiral (T2), temperatur evaporator (T3), temperatur bak evaporator (T4) sedangkan data yang dicatat saat proses absorbsi adalah waktu (t), tekanan manometer bawah (P2), temperatur generator (T1), temperatur pipa spiral (T2), temperatur evaporator (T3), temperatur bak evaporator (T4). Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (1). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan :

  1. Hubungan tekanan (P) terhadap waktu

  2. Hubungan temperatur evaporator (T3) terhadap waktu

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

  4. COP rata-rata setiap data

3.4 Peralatan Pendukung

  Adapun peralatan yang digunakan dalam penelitian tersebut adalah :

  a. Penghitung Waktu (Stopwatch) Digunakan untuk mengukur waktu pencatatan tekanan dan temperatur.

b. Penampil Termokopel (Logger)

  Digunakan untuk menampilkan nilai temperatur di setiap titik yang terukur oleh termokopel.

  c. Termokopel Digunakan untuk pengukuran temperatur pada titik yang diinginkan.

  d. Kotak Evaporator Digunakan untuk merendam evaporator saat proses desorbsi dan merendam generator saat proses pendinginan dan absorbsi.

  e. Kolektor Alat ini digunakan untuk memantulkan cahaya matahari dalam memanaskan generator saat proses desorbsi.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Hasil Penelitian

  22

  34

  26 25 250 9 120 4,0 4,0

  68

  35

  27 26 500 10 0,0 2,8

  24

  19

  19 20 0,98 proses absorbsi

  11 5 0,0 0,0

  22

  20

  14 20 0,97

  12 10 0,0 0,0

  14 20 0,97

  20

  26 25 945 8 105 3,8 3,8

  13 15 0,0 0,0

  21

  20

  16 21 0,98

  14 20 0,0 0,0

  21

  19

  18 21 0,99

  15 25 0,0 0,0

  22

  19

  19 21 0,99

  16 COP RATA-RATA 0,98

  67

  Pengambilan data pada penelitian pendingin absorbsi amonia-air tenaga surya menggunakan ammonia-air 10.000 ml

Tabel 4.1. Data pertama sistem pendingin absobsi amonia-air tenaga surya pengambilan data dilakukan pada hari jumat 20 juli 2012 pukul 11.30 WIB

  3 30 1,5 1,5

  No Waktu

  (t) Tekanan

  (kg/cm2) Suhu (

  ˚C) COP intensitas

  Surya(watt/m2) Keterangan

  P1 P2 T1 T2 T3 T4 1 0,0 0,0

  21

  21

  21 21 507

  proses desobsi

  2 15 0,0 0,0

  32

  21

  21 21 134

  48

  57

  27

  7 90 2,9 2,9

  24 24 906

  29

  52

  6 75 2,3 2,3

  26 26 217

  46

  27

  5 60 1,9 1,9

  26 26 130

  27

  49

  4 45 1,9 1,9

  24 24 840

  32

Tabel 4.2. Data kedua sistem pendingin absobsi amonia-air tenaga surya pengambilan data dilakukan pada hari sabtu 21 juli 2012 pukul 10.32 WIB

  23 45 0,0 0,4

  1 11 0,93

  21

  22

  27 65 0,0 0,4

  22 21 -3 11 0,92

  26 60 0,0 0,4

  22 20 -3 11 0,92

  25 55 0,0 0,4

  21 20 -4 10 0,91

  24 50 0,0 0,4

  21 20 -5 9 0,91

  21 21 -5 9 0,91

  22

  22 40 0,0 0,4

  21 19 -5 10 0,91

  21 35 0,0 0,4

  20 19 -5 9 0,91

  20 30 0,0 0,4

  20 19 -5 10 0,91

  19 25 0,0 0,4

  20 19 -5 11 0,91

  18 20 0,0 0,4

  20 19 -5 11 0,91

  17 15 0,0 0,4

  28 70 0,0 0,4

  21

  16 10 0,0 0,5

  11 16 0,96

  15 19 0,97

  23

  25

  14 19 0,96 34 100 0,0 0,0

  23

  25

  33 95 0,0 0,2

  13 18 0,96

  23

  25

  32 90 0,0 0,2

  22

  6 12 0,95

  24

  31 85 0,0 0,3

  11 16 0,96

  22

  24

  30 80 0,0 0,3

  0.95

  11

  9

  22

  24

  29 75 0,0 0,4

  21 19 -5 12 0,91

  21 20 -5 12 0,91

  No Waktu

  56

  6 75 7,6 7,6

  25 20 945

  34

  78

  5 60 5,7 5,7

  24 19 928

  30

  68

  4 45 3,9 3,9

  27 18 911

  27

  3 30 2,2 2,2

  36

  22 19 905

  22

  45

  2 15 1,1 1,1

  16 16 902 proses desobsi

  19

  27

  P1 P2 T1 T2 T3 T4 COP 1 0,0 0,0

  Intensitas Surya (watt/m2) keterangan

  Suhu ( ˚C)

  (t) Tekanan (kg/cm2)

  86

  27 20 945

  15 5 0,0 0,5

  42

  19 1 proses absorbsi

  20

  20

  21

  27 27 925 14 0,0 7,8

  43

  99

  27 27 935 13 180 10,6 10,6

  43

  99

  27 25 935 12 165 10,6 10,6

  97

  7 90 9,0 9,0

  27 26 942 11 150 10,9 10,9

  41

  96

  27 26 945 10 135 10,6 10,6

  42

  98

  27 25 935 9 120 10,5 10,5

  40

  91

  27 22 980 8 105 9,9 9,9

  38

  91

  35 COP RATA-RATA 0,93

Table 4.3. Data ke 3 Data pertama sistem pendingin absobsi amonia-air tenaga surya diambil pada hari minggu 22 juli 2012, 10.42 WIB

  22

  21 35 0,0 0,4

  13 19 0,97

  23

  21

  20 30 0,0 0,4

  12 17 0,97

  23

  21

  19 25 0,0 0,5

  11 18 0,97

  21

  23

  18 20 0,0 0,5

  8 18 0,95

  22

  22

  17 15 0,0 0,5

  4 17 0,94

  22

  22

  16 10 0,0 0,5

  3 17 0,94

  23

  22

  16 19 0,98

  15 5 0,0 0,5

  24

  19 22 0,98

  24

  24

  27 65 0,0 0,0

  18 22 0,98

  24

  24

  26 60 0,0 0,1

  18 21 0,98

  23

  25 55 0,0 0,2

  22 40 0,0 0,4

  17 21 0,98

  23

  24