PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

Transkripsi

1 PENGUJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI DARI ADSORBEN KARBON AKTIF DAN ALUMINA AKTIF YANG DIGUNAKAN UNTUK MESIN PENDINGIN TENAGA SURYA SKRIPSI Skripsi Yang DiajukanUntukMelengkapi SyaratMemperolehGelarSarjanaTeknik TRI ARFANDI NIM PROGRAM PENDIDIKAN SARJANA EKSTENSI DEPARTEMEN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2014

2

3

4

5

6

7

8

9 KATA PENGANTAR Puji dan syukur atas kehadirat Tuhan Yang Maha Esa, atas berkat dan karunianya serta nikmat kesehatan yang diberikannya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Sarjana ini dengan sebaik-baiknya dan dalam waktu yang sesingkat-singkatnya. Tugas Sarjana ini merupakan salah satu syarat yang harus dilaksanakan mahasiswa untuk menyelesaikan pendidikan agar memperoleh gelar sarjana di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik. Adapun Tugas Sarjana yang dipilih dengan judul PENGUJIAN KEMAMPUAN ADSORPSI DARI ADSORBEN KARBON AKTIF DAN ALUMINA AKTIF YANG DIGUNAKAN UNTUK MESIN PENDINGIN TENAGA SURYA Dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini penulis banyak mendapat dukungan dari berbagai pihak. Maka pada kesempatan ini dengan ketulusan hati penulis ingin menghaturkan rasa terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Kedua orang tua dan keluarga tercinta (Ayah) Arianto dan (Ibu) Pantasiati yang senantiasa memberikan kasih sayang, dukungan, motivasi dan nasihat yang tak ternilai harganya. Serta kepada kakak dan abang saya yaitu Eka Prastiwayuni dan Dwi Agus Suroto yang telah banyak memberi saya semangat 2. Bapak Tulus Burhanuddin Sitorus, ST. MT, selaku Dosen Pembimbing yang telah banyak meluangkan waktunya membimbing, memotivasi, dan membantu penulis dalam menyelesaikan Tugas Sarjana ini. 3. Bapak Dr.Eng Himsar Ambarita yang juga banyak membantu dalam memberikan fasilitas alat penelitian dalam perancangan ini. 4. Bapak Prof.Dr.Ir. Bustami Syam, MSME (Dekan Fakultas Teknik USU), beserta segenap staf dan jajarannya.

10 5. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri, selaku Ketua Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 6. Bapak Ir. M. Syahril Gultom, MT, selaku Sekretaris Departemen Teknik Mesin,. 7. Bapak/Ibu Staff Pengajar dan Pegawai di Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik USU. 8. Rekan satu tim Muhammad Eka Juanda Ginting dan Andika Restu Fauzi atas kerja sama yang baik untuk menyelesaikan penelitian ini. 9. Kepada Risna yang telah banyak memberikan dukungan kepada penulis. 10. Seluruh rekan-rekan mahasiswa Departemen Teknik Mesin, khususnya kepada kawan-kawan seperjuangan Angkatan 2011 yang tidak dapat disebutkan satu per satu yang telah banyak membantu dan memberi masukan yang berguna demi kelengkapan Tugas Sarjana ini, "Solidarity Forever". Penulis menyadari bahwa masih banyak kekurangan baik dalam penulisan maupun penyajian Tugas Sarjana ini. Untuk itu penulis sangat mengharapkan saran-saran yang membangun dari semua pihak demi kesempurnaan Tugas Sarjana ini dikemudian hari. Akhir kata, dengan segala kerendahan hati penulis memanjatkan doa kepada Tuhan Yang Maha Esa semoga Tugas Sarjana ini bermanfaat untuk kita semua. Medan, Juni 2014 Penulis TRI ARFANDI

11 ABSTRAK Akhir-akhir ini mesin pendingin siklus adsorpsi semakin banyak diteliti oleh para ahli karena disamping ekonomis juga ramah lingkungan dan menggunakan energy 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. Disini untuk mencari perbandingan antara absorben karbon aktif dan alumina aktif menggunakan mimis maupun tidak menggunakan mimis. 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. Campuran karbon aktif dan alumina aktif yang digunakan sebagai adsorben sebanyak 1 kg. Sedangkan variasi refrigeran yang digunakan yaitu metanol. Kapasitas metanol yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben karbon aktif dan alumina aktif mengunakan mimis adalah sebanyak 350 ml. Sedangkan kapasitas metanol yang dapat diadsorpsi dan didesorpsi oleh adsorben karbon aktif dan alumina aktif tidak menggunakan mimis adalah sebanyak 250 ml. Kata kunci: Adsorpsi, desorpsi, adsorber, karbon aktif, alumia aktif, refrigeran.

12 ABSTRACT Lately adsorption refrigeration cycle more and more scrutinized by experts as well as ecofriendly and economical use of renewable energy is solar energy. In order for the process of adsorption and desorption adsorption refrigerating machine can run well to note that the ideal number of comparisons between the adsorbent with a refrigerant used. Here to find a comparison between the absorbent activated carbon and activated alumina using or not using a pellet shot. The data can be searched using the adsorption capacity testers. Adsorption capacity testers are 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. Mixture of activated carbon and activated alumina are used as much as 1 kg of adsorbent. While the variation of refrigerant used is methanol. The capacity of methanol which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated carbon and activated alumina pellet use is as much as 350 ml. While the capacity of methanol which can be adsorbed by the adsorbent and didesorpsi activated carbon and activated alumina pellet is not used as much as 250 ml. Keywords: Adsorption, desorption, adsorption, activated carbon, active alumia, refrigerants.

13 DAFTAR ISI KATA PENGANTAR... i ABSTRAK... iii ABSTRACT... iv DAFTAR ISI... v DAFTAR GAMBAR... vii DAFTAR TABEL... x DAFTAR SIMBOL... xi BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang... 1 Tujuan Penelitian... 2 Tujuan Umum Tujuan Khusus Batasan Masalah... 2 Manfaat Penelitian... 3 Sistematika Penulisan... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Siklus Adsorpsi Teori Umum Adsorpsi Adsorben Karbon Aktif Pembuatan Karbon Aktif Kegunaan Karbon Aktif Alumina Aktif Pembuatan Alumina Aktif Kegunaan Alumina Aktif Refrigeran Metanol Keamanan Refrigeran Kalor (Q) Kalor Laten... 20

14 2.5.2 Kalor sensibel Perpindahan Panas BAB III METODOLOGI PENELITIAN 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 Gelasukur Diisolasi Styrofoam Neraca Kalor Kalor yang Diserap Gelas Ukur Perhitungan Kalor Laten dengan Gelas Ukur Diisolasi Styrofoam Analisa Perpindahan Panas pada Adsorber saat Desorpsi Perpindahan Panas pada Pengujian Metanol Analisa Perpindahan Panas pada saat Adsorpsi Konveksi Natural pada pengujian Metanol 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... 6 Gambar 2.2 Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi 7 Gambar 2.3 AdsorbenKarbonAktif... 9 Gambar 2.4 StrukturKarbonAktif Gambar 2.5 Alumina Aktif Gambar 2.6 Diagram proses pembuatan alumina Gambar 2.7 Metanol( CH 3 OH) Gambar 2.8 Perpindahan Panas Konduksi Melalui Sebuah Pelat Gambar 2.9 Perpindahan Panas Konveksi dari Permukaan Pelat Gambar 2.10 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe a) Gambar 2.11 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 Stainless steel ball(mimis) Gambar 3.8 Kotak Isolasi Styrofoam Gambar 3.9 Set-Up Eksperimental pada Proses Desorpsi Gambar 3.10 Set-Up Eksperimental pada Proses Adsorpsi Gambar 3.11 Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi dengan gelas ukur Gambar 3.12 Alat Penguji Kapasitas Desorpsi dan adsorpsi dengan gelas ukur Disolasi Gambar 3.13 Dimensi Alat Penguji Kapasitas Adsorpsi Gambar 3.14 Dimensi Adsorber Gambar 3.15 Gelas Ukur Gambar 3.16 Bentuk Adsorber Gambar 3.17 Pengisian Adsorben Karbon Aktif dan Alumina Aktif Gambar 3.18 Pemasangan Kawat Nyamuk... 39

16 Gambar 3.19 Penyambungan Pelat Adsorber Gambar 3.20 Pemasangan Pipa, Manometer Vakum dan Katup Gambar 3.21 Adsorber Lengkap Gambar 3.22 Adsorber Setelah Dicat Warna Hitam Gambar 3.23 Pembuatan Gelas Ukur Gambar 3.24 Gelas Ukur Gambar 4.1 Letak Titik-Titik thermocouple pada Alat Penguji Gambar4.2 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi (metanol) menggunakan mimis Gambar 4.3 Grafik Temperatur Rata-Rata vs Waktupada Adsorber (metanol) menggunakan mimis Gambar 4.4 Grafik Temperatur vs Waktu Pemvakuman Alat Penguji Adsorpsi (metanol) tidak menggunakan mimis Gambar 4.5 Grafik Temperatur Rata-Rata vs Waktu pada Adsorber (metanol) Tidak menggunakan mimis Gambar 4.6 Grafik Tekanan vs Waktu Adsorpsi Metanol Dengan Menggunakan mimis Gambar 4.7 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi pada Adsorber (metanol) Dengan menggunakan mimis Gambar 4.8 Grafik Tekanan vs Waktu Adsorpsi Metanol tanpa Menggunakan mimis Gambar 4.9 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi pada Adsorber (metanol) Tanpa menggunakan mimis Gambar 4.10 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Metanol Menggunakan Mimis pada Gelas Ukur Gambar 4.11 Grafik Temperatur vs Waktu Adsorpsi Metanol Tidak Menggunakan Mimis pada Gelas Ukur Gambar 4.12 Grafik Temperatur dan Waktu Desorpsi Metanol pada Adsorber DenganMenggunakan mimis Gambar 4.13 Grafik Temperatur dan Waktu Desorpsi Metanol pada Adsorber Tidak Menggunakan mimis... 58

17 Gambar 4.14 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Metanol pada Gelas Ukur Dengan Mimis Gambar 4.15 Grafik Temperatur vs Waktu Desorpsi Metanol pada Gelas Ukur Tanpa Mimis Gambar 4.16 Mekanisme Perpindahan Panas pada Adsorber Gambar 4.17 Konveksi Natural pada Proses Adsorpsi... 65

18 DAFTAR TABEL Tabel 2.1 Sifat Adsorben Karbon Aktif... 9 Tabel 2.2 Kegunaan Karbon Aktif Tabel 2.3 Standar Mutu Karbon Aktif Table 2.4 Sifat alumina aktif Tabel 2.5 Sifat Metanol Tabel 4.1 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata-Rata pada Proses Adsorpsi (metanol) yang menggunakan mimis Tabel 4.2 Data Pengukuran Tekanan dantemperatur Rata-Rata pada Proses Adsorpsi (metanol) tanpa menggunakan mimis Tabel 4.3 Data Pengukuran Tekanan dan Temperatur Rata-Rata pada Proses Adsorpsi (metanol) pada gelas ukur yang menggunakan mimis Tabel 4.4 Data PengukuranTekanan dantemperatur Rata-Rata pada Proses Adsorpsi (metanol) pada gelas ukur tanpa menggunakan Mimis Tabel4.5 Hasil Pegujian Adsorber dan Gelas Ukur dengan Refrigeran Metanol... 68

19 DAFTAR SIMBOL Simbol Arti Satuan Cp Kalor spesifik tekanan tetap J/kg.K QL 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(m2K) A Luas penampang m2 k Koefisien konduksi W/m.K t Interval waktu s Tgl Temperatur gelas ukur K Ts Temperatur permukaan adsorber K Tb Temperatur bawah adsorber K Tf Temperatur film K TG Temperatur gelas ukur K Qc Laju perpindahan panas konduksi W Qh laju perpindahan panas konveksi W Qr laju perpindahan panas radiasi W P Tekanan Vakum cmhg ε emisitas dari pelat penyerap ρ Massa jenis kg/cm3 Nu Bilangan Nusselt