KAJIAN EKSERGI PADA MESIN PENDINGIN ADSORPSI INTERMITTEN MENGGUNAKAN PASANGAN SILICAGEL METHANOL BAYU RUDIYANTO

Transkripsi

1 KAJIAN EKSERGI PADA MESIN PENDINGIN ADSORPSI INTERMITTEN MENGGUNAKAN PASANGAN SILICAGEL METHANOL BAYU RUDIYANTO SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

2 KAJIAN EKSERGI PADA MESIN PENDINGIN ADSORPSI INTERMITTEN MENGGUNAKAN PASANGAN SILICAGEL METHANOL BAYU RUDIYANTO SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

3 PERNYATAAN MENGENAI PENELITIAN DAN SUMBER INFORMASI Dengan ini saya menyatakan bahwa penelitian Kajian Eksergi Pada Mesin Pendingin Adsorpsi Intermitten Menggunakan Pasangan Silicagel Methanol adalah karya sendiri dibawah bimbingan Prof. Dr. Ir. Kamaruddin Abdullah, MSA, APU dan Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr. dan belum diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan dari penulis lain telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka pada bagian akhir usulan penelitian ini. Bogor, Pebruari 2008 Bayu Rudiyanto

4 ABSTRACT BAYU RUDIYANTO. Exergy Analysis on the Adsorption Refrigeration System Using Silicagel Methanol. Under direction of KAMARUDDIN ABDULLAH and ARMANSYAH H. TAMBUNAN Adsorption refrigeration system (ARS) is one of environment friendly refrigerating machines, which can be operated by using renewable energy sources available locally such as solar and biomass The experimental adsorption refrigeration system developed in this study utilizes silica gel methanol combination as the adsorbent and refrigerant which harmless for human being. The objectives of the research are identify the performance of adsorption refrigeration system using silicagel methanol and to conduct exergy analysis of adsorption refrigeration system. The research was started by testing of ARS and than developing energy and exergy balance to determine the exergy loss, from the ARS. The results show that the value of exergy loss was obtained for each the process in ARS. The exergy loss expresses the most ineffective operation of ARS. The exergy loss in desorption process was found Watt (90.57 %). The Condensation process was found 0.2 Watt (0.51 %). The Evaporation was found 0.07 Watt (0.18 %) and adsorption process was found 1.37 Watt (3.51 %). Key word : Adsorption system, silica gel, methanol, exergy

5 RINGKASAN BAYU RUDIYANTO. Kajian Eksergi pada Mesin Pendingin Adsorpsi Intermitten Menggunakan Pasangan Silicagel Methanol. Dibimbing oleh KAMARUDDIN ABDULLAH, ARMANSYAH H. TAMBUNAN. Perkembangan mutakhir bidang refrigerasi utamanya didorong oleh permasalahan lingkungan yaitu menipisnya lapisan ozon. Menipisnya lapisan ozon menyebabkan berkurangnya kemampuan ozon untuk melindungi dari radiasi sinar ultraviolet yang dapat menyebabkan kanker, katarak dan penyakit lainnya. Lapisan ozon yang mengalami kerusakan tersebut diantaranya disebabkan oleh penggunaan fluorocarbon (CFC, HCFC, HFC) sebagai refrigerant dalam bidang pendinginan. Selain itu permasalahan besar lain yang terjadi adalah krisis energi. Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan kinerja mesin pendingin adsorpsi intermitten pasangan Silicagel Methanol dan melakukan analisis eksergi pada mesin pendingin adsorpsi intermitten pasangan Silicagel Methanol. Metode penelitian diawali dengan pengujian terhadap kebocoran pada semua komponen didalam sistem pendingin adsorpsi dan dilanjutkan dengan pengujian sistem pendingin adsorpsi menggunakan pasangan Silicagel Methanol. Suhu tiap komponen yaitu generator, kondensor, evaporator dan pipa-pipa masukan dan keluaran diukur dengan menggunakan termokopel tipe C-C yang dihubungan dengan alat perekam suhu. Sedangkan untuk analisis eksergi diawali dengan perancangan model pada masing-masing komponen dalam system pendingin adsorpsi intermitten. Hasil percobaan yang dilakukan bahwa temperatur terendah yang mampu dicapai di ruang evaporator untuk tiga kali percobaan, berturut-turut adalah sebesar 24.5 C pada tekanan torr, 24 C pada tekanan kerja torr dan 27 C pada tekanan torr. Dimana temperatur awal beban sebesar 30 C. Sedangkan untuk menganalisis transfer energi yang terjadi pada tiap-tiap komponen dilakukan dengan menggunakan analisis eksergi menunjukkan bahwa pada komponen generator memberikan nilai eksergi hilang (exergy destroy) terbesar baik untuk proses desorpsi ataupun adsorpsi. Rincian hasil yang dicapai dari perhitungan dengan analisis eksergi memberikan data pada generator desorpsi kehilangan eksergi (exergy destroy) sebesar Watt atau persen. Kondensor memberikan nilai sebesar 0.20 Watt atau 0.51 persen. Evaporator memberikan nilai sebesar 0.07 Watt atau sebesar 0.18 persen dan pada generator adsorpsi memberikan nilai sebesar 3.51 persen. Besarnya nilai kehilangan eksergi akan memberikan nilai efisiensi eksergi yang berkebalikan. Artinya nilai kehilangan eksergi yang besar akan menghasikan nilai efisiensi eksergi yang kecil. Karena besaran nilai efisiensi eksergi sangat dipengaruhi oleh nilai asupan ekserginya. Selain itu kecilnya nilai efisiensi eksergi pada komponen memberikan arti bahwa pada komponen itu menunjukkan bahwa tranfer eksergi yang terjadi tidak berjalan dengan baik.

6 KAJIAN EKSERGI PADA MESIN PENDINGIN ADSORPSI INTERMITTEN MENGGUNAKAN SILICAGEL METHANOL BAYU RUDIYANTO Tesis sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Magister Sains pada Departemen Ilmu Keteknikan Pertanian SEKOLAH PASCASARJANA INSTITUT PERTANIAN BOGOR BOGOR 2008

7 Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Suroso, M.Agr.

8 Judul Tesis Nama NIM : Kajian Eksergi Pada Mesin Pendingin Adsorpsi Intermitten Menggunakan Pasangan Silicagel Dan Methanol : Bayu Rudiyanto : F Disetujui Komisi Pembimbing Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah, M.SA Prof. Dr. Armansyah H.Tambunan,M.Agr. Ketua Anggota Diketahui Ketua Program Studi Ilmu Keteknikan Pertanian Dekan Sekolah Pascasarjana Prof. Dr. Armansyah H.Tambunan, M.Agr. Prof. Dr.Ir. Khairil A.Notodiputro,MS Tanggal Ujian: 12 Pebruari 2008 Tanggal Lulus:

9 PRAKATA Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karunia- Nya sehingga tesis ini dapat diselesaikan dengan baik. Penelitian yang dilaksanakan sejak bulan September 2006 ini dengan judul Kajian Eksergi Pada Mesin Pendingin Adsorpsi Intermitten Menggunakan Pasangan Silicagel Methanol. Terima kasih penulis ucapkan kepada Prof. Dr. Ir. Kamaruddin Abdullah, MSA, APU, selaku ketua komisi pembimbing dan Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, MAgr., selaku anggota komisi pembimbing yang telah banyak memberikan saran dan arahan mulai dari perencanaan hingga selesainya penulisan Tesis ini. Selanjutnya penulis mengucapkan terima kasih kepada Penelitian Tim Pascasarjana (HPTP) No.317/SP3/PP/DP2M/II/2006 atas bantuan dana penelitian. Selanjutnya penulis mengucapkan terima kasih kepada pengelola beasiswa BPPS atas bantuan beasiswa dan pimpinan Politeknik Negeri Jember atas kesempatan untuk melanjutkan studi. Terima kasih juga penulis haturkan kepada serta Dr. Ir. Suroso, M.Agr selaku penguji yang telah banyak memberi saran. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada Dr. Leopold O. Nelwan yang banyak membantu selama penulisan dan semua peneliti di lab. Bersama Leuwikopo, yaitu Yogi Sirodz G., Nuruddin, Omil, Kapid, Sulikah, Riris, dan Amna, dan teman-teman mahasiswa Pascasarjana program studi Ilmu Keteknikan Pertanian angkatan 2005 khususnya Lukman A.H, Hendrisyah, dan semua pihak yang telah memberikan bantuan selama penelitian berlangsung. Terimakasih juga diucapkan kepada teman-teman di asrama Buchori atas pengertiannya. Akhinya ungkapan terima kasih yang dalam disampaikan kepada Ayahanda H. M. Sunarno, Ibu Hj. Siti Sumarsih, istri tercinta Indah Yuli A., putriku tersayang Kartika Aulia Tsabitah, keluarga mas Gunawan dan keluarga mas Bambang, Ibu Hj. Horimah beserta keluarga, serta seluruh keluarga atas segala doa dan kasih sayangnya. Semoga karya ilmiah ini bermanfaat Bogor, Pebruari 2008 Bayu Rudiyanto

10 RIWAYAT HIDUP Penulis dilahirkan di Jember pada tanggal 21 Desember 1973 sebagai anak bungsu dari pasangan H.M. Sunarno dan Hj. Siti Sumarsih. Pada tahun 1993, penulis diterima di Politeknik Universitas Brawijaya Malang, jurusan Teknik Mesin, lulus tahun 1996 dan pada tahun 1998 melanjutkan pendidikan sarjana (S1) di jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang, lulus pada tahun Pada tahun 2005, penulis mendapat kesempatan untuk melanjutkan pendidikan pada Program Pascasarjana IPB jurusan Teknik Pertanian. Beasiswa pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan Tinggi (DIKTI). Penulis bekerja sebagai staf pengajar sejak tahun 2002 di Politeknik Negeri Jember dan ditempatkan di jurusan Teknologi Pertanian pada program studi Keteknikan Pertanian. Selama menjadi staf pengajar di Politeknik Negeri Jember, mata kuliah yang menjadi tanggung jawab penulis adalah Elemen Mesin, Ilmu Bahan, Energi dan Elektrifikasi Pertanian serta Perawatan dan Pemeliharaan Alat Mesin Pertanian (ALSINTAN).

11 DAFTAR TABEL Halaman 1. Temperatur dan Tekanan Generator percobaan Data laju desorpsi antara adsorbat adsorber pada percobaan Perhitungan kesetimbangan energi percobaan Perhitungan kesetimbangan energi percobaan Perhitungan Pindah Panas Overall Pengujian Perhitungan Pindah Panas Overall Pengujian Eksergi dan Kehilangan Eksergi Sistem Pendingin Adsorpsi pengujian Eksergi dan Kehilangan Eksergi Sistem Pendingin Adsorpsi pengujian

12 DAFTAR GAMBAR Halaman 1. Skema sistem pendingin adsorpsi intermitten Aliran energi, eksergi, dan entropi masuk dan keluar dari sistem Model Fisik di Generator Desorpsi Model Fisik Kondensor Model Fisik Evaporator Sistem Pendingin Adsorpsi Intemitten Unit Generator Unit Kondensor Unit Receiver Unit Evaporator Mesin Diesel dan Heat exchanger Sistem Menara Pendingin Pompa Vakum Hibrid Recorder Silicagel Hubungan Temperatur generator, kondensor terhadap waktu Hubungan Temperatur adsorber, evaporator terhadap waktu Grafik P-T-X Tekanan-Temperatur Silica gel (MeOH) percobaan Grafik Temperatur, Waktu dan Tekanan pada proses desorpsi adsorpsi percobaan Grafik Siklus desorpsi adsorpsi percobaan Grafik Siklus desorpsi-adsorpsi percobaan Grafik konsentrasi methanol terhadap Silicagel methanol percobaan Diagram Aliran Energi pada Sistem Pendingin Adsorpsi percobaan Diagram Aliran Energi pada Sistem Pendingin Adsorpsi percobaan Skema Sistem Pendingin Adsorpsi Intermitten Skema Proses Generasi Adsorpsi Kondensasi Skema Proses Evaporasi Adsorpsi Diagram aliran eksergi Sistem Pendingin Adsorpsi pengujian

13 29. Diagram aliran eksergi Sistem Pendingin Adsorpsi pengujian Model generator desorpsi Perubahan irreversibilitas padalaju berbeda selama proses Perubahan efisiensi eksergi pada laju alir berbeda selama proses... 58

14 DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Gambar Generator-Adsorber Gambar Evaporator Gambar Kondensor Grafik Proses Desorpsi Adsorpsi percobaan 2 dan percobaan Notasi Tabel sifat-sifat methanol Perhitungan Laju Panas Data proses desorpsi kondensasi percobaan Data proses evaporasi adsorpsi percobaan Data proses desorpsi kondensasi percobaan Data proses evaporasi adsorpsi percobaan Data proses desorpsi kondensasi percobaan Data proses evaporasi adsorpsi percobaan

15 DAFTAR ISI Halaman DAFTAR TABEL... vi DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR LAMPIRAN...viii PENDAHULUAN... 1 TINJAUAN PUSTAKA Proses pendinginan... 4 Pemilihan Fluida Kerja Mesin Pendingin Adsorpsi... 4 Prinsip Kerja Mesin Pendingin Adsorpsi Intermitten... 6 Perkembangan Mesin Pendingin Adsorpsi... 9 Konsep Keseimbangan Energi, Entropi dan Eksergi LANDASAN TEORI Model Persamaan Thermodinamika Siklus Pendingin Adsorpsi Kondisi Steady Model Pindah Panas Generator Desorpsi Model Pindah Panas Kondensor Model Pindah Panas Evaporasi BAHAN DAN METODA Waktu dan Tempat Alat dan Bahan Prosedur Penelitian HASIL DAN PEMBAHASAN Uji Kinerja mesin Pendingin Adsorpsi Laju Penguapan Keseimbangan panas Coeficient of Performance Analisis Eksergi Mesin Pendingin Adsorpsi SIMPULAN DAN SARAN DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN... 63