PEMBUATAN ALAT PENGUJI KAPASITAS ADSORPSI PADA MESIN PENDINGIN ADSORPSI DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN KARBON AKTIF

Transkripsi

1 PEMBUATAN ALAT PENGUJI KAPASITAS ADSORPSI PADA MESIN PENDINGIN ADSORPSI DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN KARBON AKTIF SKRIPSI Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik OLOAN PURBA NIM DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2013

2 PEMBUATAN ALAT PENGUJI KAPASITAS ADSORPSI PADA MESIN PENDINGIN ADSORPSI DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN KARBON AKTIF OLOAN PURBA NIM Diketahui / Disahkan : Disetujui Oleh : Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing, Fakultas Teknik USU Ketua, Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Tulus B Sitorus, ST., MT NIP: NIP

3 PEMBUATAN ALAT PENGUJI KAPASITAS ADSORPSI PADA MESIN PENDINGIN ADSORPSI DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN KARBON AKTIF OLOAN PURBA NIM Telah Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Period ke-670 pada Tanggal 13 November 2013 Pembimbing, Tulus B Sitorus, ST., MT NIP

4 PEMBUATAN ALAT PENGUJI KAPASITAS ADSORPSI PADA MESIN PENDINGIN ADSORPSI DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN KARBON AKTIF OLOAN PURBA NIM Telah Disetujui Dari Hasil Seminar Skripsi Period ke-760 pada Tanggal 13 November 2013 Pembanding I, Pembanding II, Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST., MT NIP NIP

5 DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK USU MEDAN KARTU BIMBINGAN TUGAS SARJANA MAHASISWA Sub. Program Studi Bidang Studi Judul Tugas NO : 2097/ TS/ 2013 : Konversi Energi : Teknik Pendingin : Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi pada Mesin Pendingin Adsorpsi dengan Menggunakan Adsorben Karbon Aktif Diberikan Tgl. : 15 Mei 2013 Selesai Tgl.: 23 Oktober 2013 Dosen Pembimbing : Tulus B Sitorus, ST., MT Nama Mhs: Oloan Purba N.I.M: No. Tanggal Kegiatan Asistensi Bimbingan Tanda Tangan Dosen Pemb Mei 2013 Spesifikasi judul Mei 2013 Survei bahan dan alat penguji kapasitas adsorpsi Juni 2013 Perancangan alat penguji adsorpsi Juni2013 Assembling alat pengujian adsorpsi 5. 8 Agustus 2013 Pengujian alat adsorpsi Agustus 2013 Asistensi Laporan I Agustus 2013 Asistensi Laporan II 8. 2 September 2013 Asistensi Laporan III September 2013 Asistensi Laporan IV September 2013 Asistensi Laporan V September 2013 Asistensi Laporan VI 12 5 Oktober 2013 Asistensi Laporan VII Oktober 2013 Asistensi Laporan VIII Oktober 2013 Asistensi Laporan IX 15. ACC seminar CATATAN : Diketahui, 1. Kartu ini harus diperlihatkan kepada Ketua Departemen Teknik Mesin Dosen Pembimbing setiap Asistensi. F.T. U.S.U 2. Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi. 3. Kartu ini harus dikembalikan ke Departemen, bila kegiatan Asistensi telah selesai. Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP DEPARTEMEN TEKNIK MESIN AGENDA : /TS/2013 FAKULTAS TEKNIK USU DITERIMA : / /2013 MEDAN PARAF :

6 TUGAS SARJANA NAMA : OLOAN PURBA N I M : MATA PELAJARAN SPESIFIKASI : TEKNIK PENDINGIN : PEMBUATAN ALAT PENGUJI KAPASITAS ADSORPSI DARI ADSORBEN KARBON AKTIF TERHADAP BEBERAPA REFRIGERAN SEPERTI METANOL, ETANOL, AMONIA DAN MUSICOOL YANG DIGUNAKAN PADA MESIN PENDINGIN ADSORPSI TENAGA SURYA. DIBERIKAN TANGGAL : 15 Mei 2013 SELESAI TANGGAL : 23 Oktober 2013 MEDAN, 23 Oktober 2013 KETUA DEPARTEMEN TEKNIK MESIN, DOSEN PEMBIMBING, Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Tulus B Sitorus, ST., MT NIP NIP PEMBUATAN ALAT PENGUJI KAPASITAS ADSORPSI PADA MESIN PENDINGIN ADSORPSI DENGAN MENGGUNAKAN ADSORBEN KARBON AKTIF OLOAN PURBA NIM

7 Telah disetujui oleh: Pembimbing, Tulus B Sitorus, ST., MT NIP Penguji I, Penguji II, Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST., MT NIP NIP Diketahui oleh : Departemen Teknik Mesin Ketua, Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri NIP KATA PENGANTAR Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas penyertaannya kepada Penulis sehingga dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan dengan baik dan tepat pada waktunya.

8 Penulisan Skripsi ini merupakan salah satu syarat bagi mahasiswa S-1 untuk dapat menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjan di Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik,. Tugas Sarjana ini berjudul Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi pada Mesin Pendingin Adsorpsi dengan Menggunakan Adsorben Karbon Aktif yang akan membahas tentang pengujian terhadap beberapa refrigeran (metanol, etanol, amonia dan musicool) dan karbon aktif sebagai adsorben. Dalam penulisan skripsi ini, penulis banyak mendapat dukungan dan masukan ide dari beberapa pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada: 1. Bapak Tulus B Sitorus, ST., MT., selaku dosen Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktu untuk membimbing penulis dalam pengujian dan penulisan laporan skripsi, memberikan bahan-bahan referensi, jurnal, dll. 2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin,. 3. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin,. 4. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membantu dan melengkapi segala keperluan dalam pengerjaan laporan ini. 5. Kepada kedua Orang tua saya, P. Purba dan E. br. Ambarita yang selalu memberikan dukungan kepada penulis dan kasih sayang. 6. Kepada kakak dan abang saya: Ramaida Purba, Hotman M Purba, Parningotan Purba, Rostiar Purba, Bintur Tio Ria Purba yang memberikan dukungan, motivasi dan nasehat-nasehat kepada penulis. 7. Rekan satu tim, Vinsensius Ginting atas kerja sama yang baik untuk menyelesaikan penelitian ini. 8. Kepada Marisa Perucana Sinambela yang telah banyak memberikan dukungan kepada penulis.

9 9. Seluruh rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah membantu penulis sehingga skripsi ini dapat diselesaikan. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada seluruh pihak yang tidak dapat Penulis sebutkan satu per satu yang telah memberikan bantuan dan dukungan selama pengerjaan skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi pembaca dan peneliti selanjutnya. Medan, Desember 2013 Penulis, Oloan Purba ABSTRAK

10 Akhir-akhir ini mesin pendingin siklus adsorpsi semakin banyak diteliti oleh para ahli karena disamping ekonomis juga ramah lingkungan dan menggunakan energi terbarukan yaitu energi surya. Agar proses adsorpsi dan desorpsi mesin pendingin adsorpsi dapat berjalan dengan baik perlu diketahui jumlah perbandingan yang ideal antara adsorben dengan refrigeran yang digunakan. Data tersebut dapat dicari menggunakan alat penguji kapasitas adsorpsi. Alat penguji kapasitas adsorpsi yang digunakan dilengkapi dengan lampu halogen 1000 W sebagai sumber panas. Adsorber pada alat penguji ini terbuat dari bahan stainless steel yang bertujuan agar tahan terhadap korosi akibat dari variasi refrigeran yang digunakan. Karbon aktif yang digunakan sebagai adsorben yang terbuat dari bahan dasar batok kelapa sebanyak 1 kg. Sedangkan variasi refrigeran yang digunakan ada 4 yaitu metanol, etanol, amonia dan musicool. Diperoleh refrigeran yang paling optimal pada proses adsorpsi-desorpsi adalah metanol. Kapasitas metanol yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben karbon aktif adalah sebanyak 275 ml. Kata kunci: Adsorpsi, desorpsi, adsorber, karbon aktif, refrigeran. ABSTRACT

11 Lately adsorption refrigeration cycle more and more scrutinized by experts as well as eco-friendly and economical use of renewable energy is solar energy. In order for the process of adsorption and desorption adsorption refrigeration cycle can run well to note that the ideal number of comparisons between the adsorbent with a refrigerant used. The data can be searched using the adsorption capacity tester. Adsorption capacity tester is used equipped with a 1000 W halogen lamp as a heat source. Adsorber on this tester is made of stainless steel which aims to resist corrosion due to the variation of refrigerant used. Activated carbon is used as adsorbent materials made from coconut shell base as much as 1 kg. While variations exist 4 refrigerant used is methanol, ethanol, ammonia and Musicool. Obtained the optimum refrigerant adsorptiondesorption process is methanol. Capacity that can be adsorbed methanol and desorption by activated carbon adsorbent is 275 ml. Keywords: Adsorption, desorption, adsorption, activated carbon, refrigerants. DAFTAR ISI

12 KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... viii DAFTAR TABEL... xii DAFTAR SIMBOL... xiii BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Tujuan Penelitian Batasan Masalah Manfaat Penelitian Sistematika Penulisan... 3 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Siklus Adsorpsi Teori Umum Adsorpsi Adsorben Karbon Aktif Pembuatan Karbon Aktif Kegunaan Karbon Aktif Refrigeran Metanol Etanol Amonia Musicool Keamanan Refrigeran Kalor (Q) Kalor Laten Kalor sensibel Perpindahan Panas... 20

13 BAB III METODOLOGI 3.1 Tempat dan Waktu Bahan Alat Ukur yang Digunakan pada Pengujian Kapasitas Adsorpsi Peralatan yang Digunakan Set-Up Eksperimental Prosedur Pengujian Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi Dimensi Utama Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi Langkah Pembuatan Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi Pembuatan Adsorber Pembuatan Gelas Ukur Flowchart Penelitian BAB IV ANALISA DATA 4.1 Hasil Pengujian Pengujian dengan Gelas ukur Tidak Diisolasi Pengujian dengan Gelas Ukur Diisolasi Neraca Kalor Kalor yang Diserap Gelas Ukur Perhitungan Kalor Laten dengan Gelas Ukur tidak Diisolasi Perhitungan Kalor Laten dengan Gelas Ukur Diisolasi Analisa Perpindahan Panas pada Adsorber saat Desorpsi Perpindahan Panas pada Pengujian Metanol Perpindahan Panas pada Pengujian Etanol Perpindahan Panas pada Pengujian Amonia Analisa Perpindahan Panas pada saat Adsorpsi Konveksi Natural pada pengujian Metanol Konveksi Natural pada pengujian Etanol Konveksi Natural pada pengujian Amonia... 87

14 4.4.3 Effisiensi Gelas Ukur BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan Saran DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN

15 DAFTAR GAMBAR Gambar 2.1 Siklus Dasar Refrigerasi Adsorpsi... 5 Gambar 2.2 Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi... 6 Gambar 2.3 Adsorben Karbon Aktif... 8 Gambar 2.4 Struktur Karbon Aktif... 9 Gambar 2.5 Metanol ( CH 3 OH) Gambar 2.6 Etanol ( C 2 H 5 OH) Gambar 2.7 Amonia Cair (NH 3 ) Gambar 2.8 MC Gambar 2.9 Perpindahan Panas Konduksi Melalui Sebuah Pelat Gambar 2.10 Perpindahan Panas Konveksi dari Permukaan Pelat Gambar 2.11 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe a) Gambar 2.12 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe b) Gambar 3.1 Manometer Vakum Gambar 3.2 Agilent Gambar 3.3 Pompa Vakum Gambar 3.4 Katup Gambar 3.5 Pipa Penghubung Gambar 3.6 Selang Karet Gambar 3.7 Kotak Isolasi Syrofoam Gambar 3.8 Set-Up Eksperimental pada Proses Desorpsi Gambar 3.9 Set-Up Eksperimental pada Proses Adsorpsi Gambar 3.10 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi dengan gelas ukur tidak Disolasi Gambar 3.11 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi dengan gelas ukur Disolasi Gambar 3.12 Dimensi Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi Gambar 3.13 Dimensi Adsorber Gambar 3.14 Gelas Ukur Gambar 3.15 Bentuk Adsorber Gambar 3.16 Pengisian Adsorben Karbon Aktif... 37

16 Gambar 3.17 Pemasangan Kawat Nyamuk Gambar 3.18 Penyambungan Pelat Adsorber Gambar 3.19 Pemasangan Pipa, Manometer Vakum dan Katup Gambar 3.20 Adsorber Lengkap Gambar 3.21 Adsorber Setelah Dicat Warna Hitam Gambar 3.22 Pembuatan Gelas Ukur Gambar 3.23 Gelas Ukur Gambar 4.1 Letak Titik-Titik thermocouple pada Alat Penguji Gambar 4.2 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi (metanol) Gambar 4.3 Grafik Suhu Rata-Rata vs Waktu pada Adsorber (metanol) Gambar 4.4 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman (etanol) Gambar 4.5 Grafik rata-rata Temperatur vs Waktu pemvakuman Adsorber (etanol) Gambar 4.6 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakum (amonia) Gambar 4.7 Grafik Suhu Rata-Rata vs Waktu pada Adsorber (amonia) Gambar 4.8 Awal Sebelum Pengisian Musicool ke dalam Gelas Ukur Gambar 4.9 Proses Pengisian Musicool ke dalam Alat Penguji Gambar 4.10 Setelah Pengisian Musicool ke Alat Uji Gambar 4.11 Grafik Tekanan vs Waktu Adsorpsi Metanol Gambar 4.12 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi pada Adsorber (metanol) Gambar 4.13 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Metanol Pada Gelas Ukur Gambar 4.14 Grafik Tekanan vs Waktu (etanol) Gambar 4.15 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Etanol pada Adsorber Gambar 4.16 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Etanol Pada Gelas Ukur... 53

17 Gambar 4.17 Grafik Tekanan vs Waktu Adsorpsi Amonia Gambar 4.18 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Amonia pada Adsorber Gambar 4.19 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Amonia pada Gelas Ukur Gambar 4.20 Grafik Temperatur dan Waktu Desorpsi Metanol pada Adsorber Gambar 4.21 Grafik Temperatur Rata-Rata Desorpsi Metanol pada Adsorber Gambar 4.22 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Metanol pada Gelas Ukur Gambar 4.23 Grafik Temperatur dan Waktu Desorpsi pada Adsorber (etanol) Gambar 4.24 Grafik Temperatur Rata-Rata Desorpsi Etanol pada Adsorber Gambar 4.25 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi pada Gelas Ukur (etanol) Gambar 4.26 Grafik Temperatur dan Waktu Desorpsi Amonia pada Adsorber Gambar 4.27 Grafik Temperatur Rata-Rata Desorpsi Amonia pada Adsorber Gambar 4.28 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Amonia pada Gelas Ukur Gambar 4.29 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi (metanol) Gambar 4.30 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman (etanol) Gambar 4.31 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakum (amonia) Gambar 4.32 Grafik Tekanan vs Waktu Adsorpsi Metanol Gambar 4.33 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi pada Adsorber (metanol) Gambar 4.34 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Metanol Pada Gelas Ukur... 67

18 Gambar 4.35 Grafik Tekanan vs Waktu (etanol) Gambar 4.36 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Etanol pada Adsorber Gambar 4.37 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Etanol Pada Gelas Ukur Gambar 4.38 Grafik Tekanan vs Waktu Adsorpsi Amonia Gambar 4.39 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Amonia pada Adsorber Gambar 4.40 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Amonia pada Gelas Ukur Gambar 4.41 Grafik Temperatur dan Waktu Desorpsi Metanol pada Adsorber Gambar 4.42 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Metanol pada Gelas Ukur Gambar 4.43 Grafik Temperatur dan Waktu Desorpsi pada Adsorber (etanol) Gambar 4.44 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi pada Gelas Ukur (etanol) Gambar 4.45 Grafik Temperatur dan Waktu Desorpsi Amonia pada Adsorber Gambar 4.46 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Amonia pada Gelas Ukur Gambar 4.47 Mekanisme Perpindahan Panas pada Adsorber Gambar 4.48 Konveksi Natural pada Proses Adsorpsi... 85

19 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat Adsorben Karbon Aktif... 8 Tabel 2.2 Kegunaan Karbon Aktif Tabel 2.3 Standar Mutu Karbon Aktif Tabel 2.4 Sifat Metanol Tabel 2.5 Sifat Etanol Tabel 2.6 Sifat Amonia Tabel 2.7 Sifat Musicool Tabel 4.1 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata-Rata pada Proses Adsorpsi (metanol) Tabel 4.2 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata-Rata Adsorpsi Etanol Tabel 4.3 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata-Rata Adsorpsi Amonia Tabel 4.4 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata-Rata pada Proses Adsorpsi (metanol) Tabel 4.5 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata-Rata Adsorpsi Etanol Tabel 4.6 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata-Rata Adsorpsi Amonia Tabel 4.7 Hasil Pengujian Metanol, Etanol dan Amonia... 91

20 DAFTAR SIMBOL Simbol Arti Satuan Cp Kalor spesifik tekanan tetap J/kg.K Q L Kalor laten J Le Kapasitas kalor spesifik laten J/kg m Massa zat kg Qs Kalor sensibel J T Beda temperatur K x Panjang/tebal pelat m h koefisien konveksi W(m 2 K) A Luas penampang m 2 k Koefisien konduksi W/m.K t interval waktu s T gl Temperatur gelas ukur K T s Temperatur permukaan adsorber K T b Temperatur bawah adsorber K T f Temperatur film K T G Temperatur gelas ukur K Q c Laju perpindahan panas konduksi W Q h laju perpindahan panas konveksi W Q r laju perpindahan panas radiasi W P Tekanan Vakum cmhg ε emisitas dari pelat penyerap ρ Massa jenis kg/cm 3 Nu Bilangan Nusselt