BAB III METODOLOGI 1.1 Lokasi dan Waktu Penelitian dilakukan pada bulan April Juni 2011 di laboratorium Pindah Panas dan Massa dan laboratorium Surya, Departemen Teknik Mesin dan Biosistem Fakultas Teknologi Pertanian, Institut Pertanian Bogor. 1.2 Alat dan Bahan 3.2.1. Alat Alat Pengering Climate Chamber Alat pengering berakuisisi (Climate Chamber) memanfaatkan udara yang dipanaskan oleh elemen listrik berkapasitas 2000 W. Udara panas masuk ke dalam ruang pengering dengan suhu dan kelembaban tertentu yang dapat dikontrol sesuai yang diinginkan. Untuk mengontrol kelembaban digunakan humidifier. Udara panas yang basah dari ruang air heater akan didorong oleh blower ke dalam ruang pengering. Kecepatan udara yang masuk dalam ruang pengering dapat diatur dengan menarik atau mendorong tuas pada bagian flow controller. Apabila suhu dan kelembaban yang dicapai lebih tinggi daripada setpoint, maka dilakukan pembuangan kalor dan pembuangan uap air melalui dehumidifier yang memiliki efek pendinginan dan pengembunan. Untuk mencapai dan menjaga kondisi ruangan agar sesuai dengan setpoint, diimplementasikan dua buah subsistem kontrol yang independen yaitu kontrol suhu dan kelembaban. Alat-alat Ukur 1. Pengukur Suhu Digunakan termokopel type C-C untuk mengukur suhu larutan LiBr yang dihubungkan pada Chino Recorder Yokogawa tipe 3058 untuk membaca hasil pengukuran suhu selama proses penyerapan berlangsung. 2. Pengukur Massa Menggunakan timbangan digital model AandD seri GF-3000 dengan kapasitas maksimum 3000 gram (termasuk baki bahan), dengan ketelitian 0.01 gram. Cawan Merupakan wadah untuk menampung larutan garam yang akan diuji dengan ukuran tinggi 2.5 cm dan diameter 11 cm Gelas ukur dan pengaduk yang digunakan sebagai wadah untuk mencampurkan garam LiBr dan H 2 O Alat tulis dan hitung 3.2.2. Bahan Bahan yang akan digunakan dalam penelitian ini yaitu : Garam LiBr Aquades 11
1.3 Prosedur Penelitian Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui apakah laju penyerapan uap air larutan LiBr pada pendinginan absorpsi. Masing- masing larutan dengan konsentrasi yang berbeda-beda akan diuji pada ruang pengering berakuisisi (Climate Chamber) dengan mengatur terlebih dahulu suhu dan kelembaban udara sesuai dengan perlakuan yang dilakukan. Tabel 1. Perlakuan penelitian pada masing-masing suhu yaitu 40 o C dan 45 o C: C (%) RH (%) 45 50 55 60 60 70 80 Perlakuan suhu 40 dan 45 diambil berdasarkan kondisi ruang absorber pada sistem pendingin absorpsi yaitu berkisar antra 30 45 o C. Dari pengambilan data nantinya akan diperoleh 6 data dari perlakuan suhu 40 o C dan 6 data dari suhu 45 o C. Tahapan yang dilakukan dalam penelitian ini: 1. Pembuatan wadah pengujian larutan LiBr-H 2 O Wadah larutan LiBr-H 2 O terbuat dari wadah berbahan plastik dengan ukuran tinggi 2.5 cm dan diameter 11 cm. 2. Persiapan Bahan Pada tahapan persiapan bahan, terlebih dahulu pembuatan larutan absorban LiBr-H 2 O, dengan konsentrasi 45%, 50%, 55%, dan 60%. Perbandingan garam LiBr dan H 2 O untuk masingmasing konsentrasi berdasarkan perbandingan bobot per bobot, seperti pada tabel di bawah ini: Tabel 2. Pembuatan konsentrasi larutan absorban Konsentrasi (%) Massa garam LiBr (gram) Massa H 2 O (gram) 60 60 40 55 55 45 50 50 50 45 45 55 3. Pengambilan Data Percobaan 1. Pengukuran suhu larutan menggunakan termokopel tipe C-C. Suhu larutan akan berubah selama proses penyerapan berlangsung. Hal ini dikarenakan perubahan suhu pada ruang pengering yang terjadi serta pengaruh uap air yang terjerat. Apabila suhu larutan semakin tinggi maka absorpsi uap akan berhenti. 2. Pengambilan data suhu dan kelembaban ruang pengering serta massa larutan (LiBr) dilakukan tiap 10 menit sekali selama proses pengujian berlangsung. Hal ini disesuikan dengan standar pengambilan data yang maksimum pada alat pengering Climate Chamber. 3. Penimbangan larutan dilakukan secara otomatis oleh mesin pengering Climate Chamber, dan data hasil penimbangan, suhu, dan kelembaban akan langsung terekam (terakuisisi) 12
4. Pengukuran Daya Serap Uap Air Oleh Larutan LiBr Pada tahap ini, masing-masing dari konsentrasi larutan akan di uji daya serapnya terhadap uap air disekitarnya. Larutan akan di masukkan ke alat pengering berakuisisi, kondisi di dalam ruang pengering dikondisikan sama dengan kondisi antara komponen evaporator dan absorber. Pengkondisiian uap air didalam ruangan dapat dilakukan dengan setting kelembaban dan suhu pada ruang pengering Climate Chamber. Pada larutan absorban juga akan dipasang sensor suhu menggunakan termokopel C-C yang dihubungkan dengan Chino Recorder, untuk mengukur perubahan suhu larutan selama proses penyerapan berlangsung. Dari percobaan yang dilakukan nantinya dapat dilihat apakah laju penyerapan larutan absorber berhubungan dengan perubahan suhu, konsentrasi, dan tekanan uap air. uap air LiBr-H 2O Gambar 5. Ruang Climate Chamber 5. Menghitung laju penyerapan uap air Laju penyerapan uap air dapat dihitung dengan persamaan dibawah ini: LP = dimana: LP : laju penyerapan uap air oleh larutan absorban (gram/menit) MG t : berat garam setelah penyerapan berlangsung (gram) MG a : berat garam sebelum penyerapan (gram) t : lama penyerapan berlangsung (menit) 12) 6. Perhitungan tekanan uap air/absorbat Tekanan uap air dalam ruang pengering dapat dihitung dari persamaan: P =. (P ) 13) dimana: Pu : tekanan uap air (mmhg) x : perbandingan kelembaban (kg/kg udara kering) Pa : tekanan atmosfir (mmhg) nilai x dapat diperoleh dari diagram psychrometric chart untuk nilai suhu dan kelembaban relatif yang diketahui dari pengambilan data. 7. Penentuan konsentrasi kesetimbangan larutan LiBr-H 2 O Dalam penelitian ini data kesetimbangan larutan LiBr-H 2 O tidak tercapai sampai batas waktu yang ditentukan, maka untuk konsentrasi kesetimbangan dapat dihitung menggunakan persamaan garis liner pada grafik penurunan konsentasi larutan. Dimana dari 4 garis penurunan konsentrasi yaitu 45%, 50%, 55%s dan 60% diperoleh nilai kemiringan garis (slope) pada 13
masing-masing konsentrasi. Nilai slope tersebut kemudian diplotkan ke dalam grafik dengan persamaan garis linear, untuk mendapatkan nilai variabel dari persamaan: m = a + bx 14) Dimana m merupakan nilai slope (kemiringan garis), x merupakan konsentrasi kesetimbangan, a dan b merupakan variabel yang nilainya diperoleh dari persamaan garis linear pada grafik slope-konsentrasi. Selain itu, penentuan konsentrasi kesetimbangan juga dapat dilakukan dengan menggunakan diagram P-T-X (tekanan-suhu-konsentrasi). Dengan memplotkan nilai tekanan uap air dan suhu larutan, sehingga perpotongan dari kedua garis tersebut merupakan besarnya konsentrasi kesetimbangan (larutan LiBr jenuh). Berikut merupakan gambar diagram P-T-X: Konsentrasi Kesetimbangan Gambar 6. Diagram Tekanan-Suhu-Konsentrasi Larutan LiBr Jenuh Kristalisasi Konsentrasi larutan LiBr-H 2 O yang digunakan pada penitian ini dibatasi sampai konsentrasi 60%, dengan kisaran suhu 40 o C hingga 45 o C. Hal ini dikarenakan, konsentrasi larutan diatas 60% dengan kondisi suhu yang sama, maka larutan tersebut akan lebih mudah mengalami kristalisasi. Kristalisasi merupakan perubahan fasa larutan garam menjadi padatan pada suhu tertentu. 14
8. Menghitung jumlah absorbat yang terjerat pada permukaan adsorban saat kondisi kesetimbangan (Qe) dari data dan membandingkannya dengan Qe Model BET, Langmuir, dan Freundlich Qe = V 15) dimana: Qe : jumlah absorbat yang terjerat pada permukaan absorban pada kondisi kesetimbangan (g absorbat/g absorban) Ce : konsentrasi setimbang (g/ml) Co : konsentrasi awal (g/ml) m : massa absorban (g) V : volume uji larutan (ml) Hasil perhitungan jumlah absorbat yang terjerat berdasarkan hasil perhitungan data akan dibandingkan dengan perhitungan menggunakan Model BET, Langmuir, dan Freundlich. Selain itu juga dilakukan perhitungan kesalahan dari Qe hitung dengan Qe mode l sorpsi isotermis, sehingga dapat ditentukan model sorpsi isotermis yang paling akurat dengan nilai persentase kesalahan yang lebih kecil. Untuk menghitung besarnya persantase kesalahan dapat dilakukan menggunakan persamaan berikut: % kesalahan = 100% 16) 15
Prosedur penelitian dalam bentuk diagram alir disajikan pada gambar berikut : Mulai Pembuatan wadah larutan LiBr-H 2 O Pembuatan larutan absorber (LiBr) Setting RH dan T pengukuran pada Climate Chamber Pengukuran dan pengambilan data Dalam selang waktu 10 menit ukur T ruang, RH, T larutan dan Massa larutan selama 10 jam Selesai Gambar 7. Diagram Alir Penelitian 16