JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011

perpustakaan.uns.ac.id

digilib.uns.ac.id

PENGARUH TEMPERATUR PREHEATING FEED WATER TERHADAP UNJUK KERJA UNIT DESALINASI BERBASIS POMPA KALOR DENGAN MENGGUNAKAN PROSES HUMIDIFIKASI DAN DEHUMIDIFIKASI

SKRIPSI Diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik

Oleh : TOMI ANDRIYANTO NIM : I 0406054

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011 commit to user


digilib.uns.ac.id

PENGARUH TEMPERATUR PREHEATING FEED WATER TERHADAP UNJUK KERJA UNIT DESALINASI BERBASIS POMPA KALOR DENGAN MENGGUNAKAN PROSES HUMIDIFIKASI DAN DEHUMIDIFIKASI

Disusun oleh :

Tomi Andriyanto NIM. I0406054

Dosen Pembimbing I

Dosen Pembimbing II

Wibawa Endra J., ST., MT NIP. 197009112000031001

Tri Istanto, ST., MT NIP. 197308202000121001

Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari ........ tanggal .............. 1. Eko Prasetyo B., ST.,MT NIP. 197109261999031002

………………………...

2. Muhammad Nizam Ph.D NIP. 197007201999031007

………………………...

3. Zainal Arifin., ST.,MT NIP. 197303082000031001

…………………………

Mengetahui: Ketua Jurusan Teknik Mesin

Koordinator Tugas Akhir

Dody Ariawan, ST, MT NIP . 197308041999031003

Wahyu Purwo Raharjo, ST.,MT NIP. 97202292000121001

commit to user ii


digilib.uns.ac.id

PERSEMBAHAN Kepada mereka yang telah berjasa, kepada mereka pula saya persembahkan hasil jerih payah dan kerja keras saya selama menempuh jenjang S1 ini yaitu sebuah skripsi yang akan menjadi karya terbesar dan kebanggaan saya sehingga saya lulus dari Universitas Sebelas Maret ini dengan gelar Sarjana Teknik. Mereka adalah: 1. Segala puji bagi Allah SWT dan Muhammad SAW sebagai rosulNya. 2. Keluarga besar Gito Suwarno (Bapak : Gito Suwarno, Ibu : Sularni, karena berkat beliaulah penulis terlahir didunia ini) beserta saudara dari Bapak dan Ibu. 3. Kakaku: Sri Hariyanti Amd dan Adikku: Adi Setiawan, terimakasih dengan semua dorongan dan semangatnya dan semoga kelak bisa membahagiakan ayah dan ibu kita kelak di dunia dan akhirat…Amien... 4. Riutha Meredith Alberta terima kasih atas semua semangatmu dan nasehatmu (aku akan terus melawan mentari). 5. Semua ilmuwan dan praktisi pendidikan, terima kasih dengan semua ilmu pengetahuan dan teknologi yang telah dihasilkan. 6. Semua orang yang dekat dan kenal dengan penulis (mereka yang pernah bersama memberi pengalaman yang berarti dalam kehidupan saya).

commit to user iii


digilib.uns.ac.id

MOTTO

‘’Allah akan mengangkat (derajat) orang-orang yang beriman dintara kamu dan orang-orang yang diberi ilmu beberapa derajat dan Allah Maha Teliti yang kamu kerjakan’’ (QS. Al Mujadalah :11 ‘’Bacalah dan Tuhanmulah yang Maha Mulia yang mengajar (manusia) dengan pena. Dia mengajarkan manusia apa yang tidak diketahuinya’’ QS. Al. Alaq: 3-5 ‘’Carilah ilmu walaupun sampai ke negeri Cina’’ HR. Bukhori Muslim ‘’Jangan menilai orang lain dari kesuksesan yang didapat tapi nilailah dari usaha yang dilakukannya’’ Bong Chandra ‘’ Sebuah target dan cita-cita itu dibuat bukan untuk dicapai. Cita-cita itu dbuat untuk dimulai, maka segera mulailah, lalu perhatikan apa yang terjadi,’’ Mario Teguh

‘’Jangan pernah bicara tidak mampu sebelum mencobanya’’ (Tomi)

commit to user iv


digilib.uns.ac.id

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur hanya kepada Allah SWT yang Maha Pengasih dan Maha Penyayang, shalawat serta salam untuk Nabi besar Muhammad SAW yang telah menjadi suri tauladan bagi umat manusia. Walaupun berbagai rintangan dan hambatan yang dihadapi selama pembuatannya. Akhirnya atas berkat rahmat dan karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini. Tidaklah mungkin menyelesaikan skripsi ini seorang diri. Dengan segala keterbatasan dan kemampuan dalam proses pembuatannya, penulis menyadari bahwa proses pembuatan skripsi ini tidak lepas dari bimbingan, bantuan, arahan serta dorongan dan doa dari berbagai pihak. Oleh karena itu dengan segala ketulusan dan kerendahan hati, penulis mengucapkan terima kasih kepada: . 1. Bapak Wibawa Endra Juwana, ST., MT, selaku Pembimbing I atas bimbingan dan ilmu yang bermanfaat

hingga penulis dapat

menyelesaikan skripsi ini. 2. Bapak Tri Istanto, ST. MT., selaku Pembimbing II yang telah turut serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis. 3. Bapak Dody Ariawan, ST., MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin UNS Surakarta. 4. Bapak Wahyu Purwo Raharjo, ST., MT., selaku koordinator Tugas Akhir 5. Seluruh Dosen serta Staff di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah turut serta membantu dan mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1. 6. Kedua orang tuaku tercinta (Gito Suwarno dan Sularni) atas segala kasih sayang, pengorbanan dan jasanya yang tak terkira, yang telah memberikan dukungan, semangat, doa yang tulus ikhlas dan kepercayaan kepada penulis untuk mengemban amanah yang mulia ini. 7. Kakakku: Sri Hariyanti Amd dan Adikku: Adi Setiawan yang sangat aku sayangi terima kasih atas doa dan dukungannya.

commit to user viii


digilib.uns.ac.id

8. Teman-teman seperjuangan Edy, Septian, dan Adin terima kasih berkat kerja keras kalian semua dan pengalaman pahit maupun senang dalam menyelesaikan skripsi yang kita alami bersama. 9. Rekan rekan Teknik Mesin semua, khususnya angkatan 2006 terima kasih atas kebersamaan selama ini. 10. Semua pihak yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu yang telah membantu pelaksanaan dan penyusunan laporan Tugas Akhir ini.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan skripsi ini masih jauh dari sempurna, maka kritik dan saran penulis harapkan untuk kesempurnaan skripsi ini.Ahirnya penulis berharap, semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi kita semua.

Surakarta, Januari 2011

Penulis

commit to user viii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR ISI Halaman Abstract ............................................................................................................... v KATA PENGANTAR ..................................................................................... vii Daftar Isi ............................................................................................................ ix Daftar Tabel ........................................................................................................ xi Daftar Gambar .................................................................................................... xii Daftar Persamaan .............................................................................................. xiv Daftar Notasi ...................................................................................................... xv Daftar Lampiran ................................................................................................ xvi BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Masalah ................................................................. 1 1.2. Perumusan Masalah ....................................................................... 2 1.3. Batasan Masalah ............................................................................ 2 1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian ...................................................... 4 1.5. Sistematika Penulisan ................................................................... 4 BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................................ 6 2.2. Dasar Teori .................................................................................... 7 2.2.1. Desalinasi (Desalination) .................................................. 7 2.2.1.1. Metode pemisahan termal .................................................. 7 2.2.1.2. Metode Pemisahan membran .......................................... 13 2.2.2. Pompa kalor ( heat pump ) ................................................. 16 2.2.3. Siklus Kompresi Uap Standar ............................................ 17 2.2.4. Siklus Kompresi Uap Aktual ............................................. 19 2.2.5. Psikrometrik ....................................................................... 21 2.2.5.1. Proses-proses yang terjadi pada udara dalam diagram psikrometrik .......................................................... 23 2.2.5.1.1. Pemanasan (heating) ............................. 23 2.2.5.1.2. Pendinginan (cooling) ........................... 23 2.2.5.1.3. Humidifikasi .......................................... 24 2.2.5.1.4. Dehumidifikasi ...................................... 26 BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Tempat Penelitian ........................................................................ 30 3.2. Bahan Penelitian ........................................................................... 30 3.3. Alat Penelitian .............................................................................. 30 3.4. Peralatan Pendukung unit desalinasi ............................................ 44 3.5. Prosedur Penelitian ....................................................................... 47 3.5.1 Tahap Persiapan ............................................................... 47 3.5.2 Tahap Pengujian ............................................................... 47 3.6. Analisis Data ................................................................................ 48 3.7. Diagram Alir Penelitian ............................................................... 50 BAB IV DATA DAN ANALISIS 4.1. Data Penelitian ............................................................................. 51 4.1.1. Data produksi air tawar untuk seluruh variasi temperatur air laut ..................................................................................... 52

commit to user ix


digilib.uns.ac.id

4.1.2. Proses humidifikasi dan dehumidifikasi yang terjadi pada unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi ....................................... 53 4.1.3. Perhitungan volume air tawar yang dihasilkan .................. 55 4.1.4. Menghitung COP ........................................................ 58 4.2. Analisis Data ................................................................................ 62 4.2.1. Pengaruh temperatur air laut terhadap produksi air tawar 62 4.2.2. Pengaruh temperatur air laut terhadap ................... 63 4.2.3. Pengaruh temperatur air laut terhadap ref........................ 64 4.2.4. Air tawar hasil proses desalinasi ....................................... 65 BAB V PENUTUP 5.1. Kesimpulan .................................................................................. 67 5.2. Saran ............................................................................................. 67 DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 68 LAMPIRAN ........................................................................................................ 69

commit to user x


digilib.uns.ac.id

DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.1. Hasil pengujian kadar garam air laut yang digunakan ....................... 30 Tabel 3.2. Spesifikasi pompa Moswell Model 125C .......................................... 37 Tabel 4.1. Hasil pengujian kadar garam air laut sebelum proses desalinasi ...... 52 Tabel 4.2. Hasil pengujian salinitas air tawar setelah proses desalinasi ............. 52 Tabel 4.3. Hasil pengamatan akumulasi produksi air tawar aktual untuk seluruh variasi temperatur air laut ................................................................... 52 Tabel 4.4. Data proses humidifikasi dan dehumidifikasi pada menit ke-60 variasi temperatur udara 60 °C ...................................................................... 54 Tabel 4.5. Hasil perhitungan laju aliran massa udara, penambahan massa uap total, pengurangan massa uap total dan volume air tawar yang dihasilkan pada menit ke-60 variasi temperatur udara 60 °C ............................. 57 Tabel 4.6. Hasil perhitungan volume air tawar yang dihasilkan untuk seluruh variasi temperatur air laut .................................................................. 57 Tabel 4.7. Hasil perhitungan penambahan massa uap air total untuk seluruh variasi temperatur air laut ............................................................................... 58 Tabel 4.8. Hasil perhitungan pengurangan massa uap air total untuk seluruh variasi temperatur air laut ................................................................... 58 Tabel 4.9. COPHP aktual untuk variasi temperatur air laut 60°C ............................ 60 Tabel 4.10. COPHP aktual seluruh variasi temperatur air laut................................ 60 Tabel 4.11. ref untuk variasi temperatur air laut 600C ...................................... 61 Tabel 4.12. ref seluruh variasi temperatur air laut ........................................... 62 Tabel 4.13. Klasifikasi dari beberapa jenis air berdasarkan tujuan penggunaanya ............................................................................................................ 66

commit to user xi


digilib.uns.ac.id

DAFTAR GAMBAR

Halaman Gambar 2.1. Multi-stage flash distillation ........................................................... 8 Gambar 2.2. Multiple Effect Evaporation ............................................................ 9 Gambar 2.3. Single Effect Vapour Compression ............................................... 10 Gambar 2.4. Humidification-Dehumidification ................................................. 10 Gambar 2.5. Desalinasi dengan humidifikasi-dehumidifikasi berbasis pompa kalor .......................................................................................................... 11 Gambar 2.6. humidifier ...................................................................................... 11 Gambar 2.7. Solar Still ....................................................................................... 13 Gambar 2.8. Proses Osmosis Balik ..................................................................... 13 Gambar2.9. Desalinasi dengan osmosis balik .................................................... 14 Gambar 2.10. Proses Elektrodialisis .................................................................. 15 Gambar 2.11. Kombinasi desalinasi dengan energy terbaharukan .................... 15 Gambar 2.12. Siklus dasar pompa kalor ............................................................ 16 Gambar 2.13. Komponen pompa kalor pada proses pemanasan ....................... 17 Gambar 2.14. Komponen pompa kalor pada proses pendinginan ..................... 17 Gambar 2.15. Siklus kompresi uap standar ........................................................ 18 Gambar 2.16. Siklus kompresi uap aktual dan standar ...................................... 20 Gambar 2.17. Diagram psikrometrik .................................................................. 22 Gambar 2.18. Proses pemanasan udara dalam psikrometrik .............................. 23 Gambar 2.19. Proses pendinginani dalam diagram psikrometrik ....................... 24 Gambar 2.20. Proses humidifikasi ...................................................................... 24 Gambar 2.21. Proses humidifikasi dalam diagram psikrometrik ........................ 24 Gambar 2.22. Proses heating and humidification dalam psikrometrik .............. 25 Gambar 2.23. Proses cooling and humidification dalam diagram psikrometrik . 25 Gambar 2.24. Proses dehumidifikasi .................................................................. 27 Gambar 2.25. Proses dehumdifikasi dalam diagram psikrometrik ..................... 27 Gambar 2.26. Proses heating and dehumidification dalam psikrometrik ........... 28 Gambar 2.27. Proses cooling and dehumidification dalam psikrometrik ........... 28 Gambar 3.1. Refrigeran HFC 134-a ................................................................... 30 Gambar 3.2. Skema unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi ........................................ 31 Gambar 3.3. Gambar 3D unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi ................. 32 Gambar 3.4. Unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi .................................................. 33 Gambar 3.5. Kompresor ...................................................................................... 33 Gambar 3.6. Kondensor ...................................................................................... 33 Gambar 3.7. Receiver ......................................................................................... 34 Gambar 3.8. Katup ekspansi .............................................................................. 34 Gambar 3.9. Evaporator ...................................................................................... 34 Gambar 3.10. Humidifier ................................................................................... 35 Gambar 3.11. Dehumidifier ............................................................................... 35 Gambar 3.12. Sprinkler ...................................................................................... 36 Gambar 3.13. Motor listrik 3HP ........................................................................ 36 Gambar 3.14. Pressure gauge ............................................................................. 36

commit to user xii


digilib.uns.ac.id

Gambar 3.15. Fan aksial ..................................................................................... 37 Gambar 3.16. Pompa sentrifugal ........................................................................ 37 Gambar 3.17. Rotameter air laut ......................................................................... 38 Gambar 3.18. Flowmeter refrigeran ................................................................... 38 Gambar 3.19. Pemanas udara ............................................................................. 39 Gambar 3.20. Termokopel tipe T ....................................................................... 39 Gambar 3.21. Pemasangan termokopel tipe T pada pipa ................................... 39 Gambar 3.22. Display termokopel ..................................................................... 40 Gambar 3.23. Thermostat ................................................................................... 40 Gambar 3.24. Relay atau kontaktor .................................................................... 40 Gambar 3.25. Termometer digital ...................................................................... 41 Gambar 3.26. Termometer bola basah ............................................................... 41 Gambar 3.27. Power supply switching circuit .................................................... 41 Gambar 3.28. Timbangan digital ....................................................................... 42 Gambar 3.29. Stopwatch .................................................................................... 42 Gambar 3.30. Gelas Ukur .................................................................................. 42 Gambar 3.31. Pemanas air elektrik .................................................................... 43 Gambar 3.32. Bak penampung air laut .............................................................. 43 Gambar 3.33. Bak penampung air tawar............................................................. 43 Gambar 3.4. Alat Pendukung Dalam Sistem Desalinasi ..................................... 45 Gambar 4.1. Data temperatur dan tekanan pada menit ke-60 variasi temperatur udara 60°C .................................................................................... 51 Gambar 4.2. Proses humidifikasi dan dehumidifikasi pada menit ke-60 variasi temperatur udara 60°C pada psikrometrik ..................................... 53 Gambar 4.3. Proses humidifikasi dan dehumidifikasi variasi temperatur air laut pada psikrometrik .......................................................................... 54 Gambar 4.4 Diagram P-H siklus aktual ............................................................. 59 Gambar 4.5. Grafik produksi air tawar terhadap waktu dan variasi temeperatur air laut ................................................................................................ 62 Gambar 4.6 Grafik penambahan massa uap air total terhadap waktu dan variasi temperatur air laut .......................................................................... 63 Gambar 4.7 Grafik COP aktual terhadap waktu dan temperatur air laut ........... 64 Gambar 4.8 Grafik hubungan kerja kompresor terhadap waktu dan temperatur air lut ................................................................................................... 64 Gambar 4.9 Grafik ref terhadap waktu dan temperatur air laut ...................... 65 Gambar 4.10 Grafik hubungan beban pendinginan terhadap waktu dan temperatur air laut ............................................................................................ 65

commit to user xiii


digilib.uns.ac.id

DAFTAR PERSAMAAN Halaman Persamaan (2.1) COP ideal Heat Pump ............................................................. 19 Persamaan (2.2) COP aktual Heat Pump ........................................................... 20 Persamaan (2.3) Laju aliran massa refrigeran aktual ......................................... 20 Persamaan (2.4) Kapasitas panas yang dilepas .................................................. 21 Persamaan (2.5) Beban pendinginan .................................................................. 21 Persamaan (2.6) Kenaikan entalpi udara spesifik ............................................... 26 Persamaan (2.7) Kenaikan entalpi udara total .................................................... 26 Persamaan (2.8) Penambahan kadar uap air (moisture content) ........................ 26 Persamaan (2.9) Penambahan massa uap air total (moisture content) ............... 26 Persamaan (2.10) Jumlah kalor yang dilepas selama proses .............................. 26 Persamaan (2.11) laju aliran massa uap air ........................................................ 26 Persamaan (2.12) entalpi spesifik dari uap air .................................................... 26 Persamaan (2.13) Penurunan entalpi udara ........................................................ 28 Persamaan (2.14) Penurunan kadar uap air (moisture content) ......................... 28 Persamaan (2.15) Jumlah kalor yang dilepas udara selama proses .................... 29 Persamaan (2.16) Laju aliran massa udara ......................................................... 29 Persamaan (2.17) Massa air tawar yang dihasilkan selama proses ..................... 29

commit to user xiv


digilib.uns.ac.id

DAFTAR NOTASI A COPaktual COPHP

h2 h3

Qkond

Wkomp

∆H ∆h ∆w ∆W

= luas penampang saluran = koefisien prestasi aktual = koefisien prestasi ideal = entalpi spesifik dari uap air = entalpi refrigeran keluar evaporator = entalpi udara masuk humidifier = entalpi udara keluar humidifier = entalpi gas refrigeran pada tekanan keluar kompresor = entalpi refrigeran masuk kondensor = entalpi refrigeran pada tekanan keluar kondensor = entalpi udara keluar dehumidifier = laju aliran massa udara = laju aliran massa refrigeran = massa air tawar yang dihasilkan selama proses = debit aliran refrigeran

(kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kJ/kg) (kg/s) (kg/s) (kg) (m3/s)

= kalor yang dilepas oleh kondensor (kW) = jumlah kalor yang dilepas selama proses (kW) = jumlah kalor yang dilepas udara selama proses (kW) = kecepatan udara (m/s) = rasio kelembaban udara setelah melewati evaporator (kg/kg) = rasio kelembaban udara sebelum melewati evaporator (kg/kg) = daya kompresor (kW) = rasio kelembaban udara masuk humidifier (kg uap air/kg udara kering) = rasio kelembaban udara keluar humidifier (kg uap air/kg udara kering) = rasio kelembaban udara keluar humidifier (kg uap air/kg udara kering) = kenaikan entalpi udara total (kJ/kg) = kenaikan entalpi udara spesifik (kJ/kg) = penambahan kadar uap air (kg uap air/kg udara kering) = penambahan massa uap air total (kg/s) = densitas refrigeran (kg/m3) = massa jenis udara (kg/m3) = periode (jam/hari)

commit to user xv

(m2)


digilib.uns.ac.id

DAFTAR LAMPIRAN Halaman LAMPIRAN 1. DATA VARIASI TEMPERATUR AIR LAUT 28°C ............. 70 Tabel 1. Data Sistem Pompa Kalor untuk variasi air laut 280C ................ 70 Tabel 2. Data flowmeter untuk variasi air laut 280C ................................. 70 Tabel 3. Data COP aktual untuk variasi air laut 280C ............................... 71 Tabel 4. Data debit refrigerant untuk variasi air laut 280C ........................ 71 Tabel 5. Data beban pendinginan untuk variasi air laut 280C ................... 72 Tabel 6. Data hasil produksi air tawar yang dihasilkan secara aktual dan temperatur dalam duct untuk variasi air laut 280C ...................... 72 Tabel 7. Data volume air tawar menurut perhitungan untuk variasi air laut 280C ............................................................................................. 73 Gambar 1. Proses humidifikasi dan dehumidifiaksi pada menit ke-60 untuk variasi air laut 280C ..................................................................... 73 Tabel 8. Data proses humidifikasi dan dehumidifikasi sesuai psikrometrikuntuk variasi air laut 280C ....................................... 70 LAMPIRAN 2. DATA VARIASI TEMPERATUR AIR LAUT 30 °C ............ 75 Tabel 9. Data sistem pompa kalor untuk variasi air laut 300C .................. 75 Tabel 10 Data flowmeter untuk variasi air laut 300C ................................ 74 Tabel 11 Data COP aktual untuk variasi air laut 300C .............................. 76 Tabel 12. Data debit refrigerant untuk variasi air laut 300C ...................... 76 Tabel 13. Data beban pendinginan untuk variasi air laut 300C ................. 77 Tabel 14. Data hasil produksi air tawar yang dihasilkan secara aktual dan temperatur dalam duct untuk variasi air laut 300C ...................... 77 Tabel 15. Data volume air tawar menurut perhitungan untuk variasi air laut 300C ............................................................................................. 78 Gambar 2. Proses humidifikasi dan dehumidifiaksi pada menit ke-60 untuk variasi air laut 300C ..................................................................... 78 Tabel 16. Data proses humidifikasi dan dehumidifikasi sesuai psikrometrik untuk variasi air laut 300C ........................................................... 79 LAMPIRAN 3. DATA VARIASI TEMPERATUR AIR LAUT 45 °C ............ 80 Tabel 17. Data sistem pompa kalor untuk variasi air laut 450C ................ 80 Tabel 18 Data flowmeter untuk variasi air laut 450C ................................ 80 Tabel 19 Data COP aktual untuk variasi air laut 450C .............................. 81 Tabel 20. Data debit refrigerant untuk variasi air laut 450C ...................... 81 Tabel 21. Data beban pendinginan untuk variasi air laut 450C ................. 82 Tabel 22. Data hasil produksi air tawar yang dihasilkan secara aktual dan temperatur dalam duct untuk variasi air laut 450C ...................... 82 Tabel 23. Data volume air tawar menurut perhitungan untuk variasi air laut 450C ............................................................................................. 83 Gambar 3. Proses humidifikasi dan dehumidifiaksi pada menit ke-60 untuk variasi air laut 450C ..................................................................... 83 Tabel 24. Data proses humidifikasi dan dehumidifikasi sesuai psikrometrik untuk variasi air laut 450C ........................................................... 84 LAMPIRAN 4. DATA VARIASI TEMPERATUR AIR LAUT 60 °C ............ 85 Tabel 25. Data sistem pompa kalor untuk variasi air laut 600C ................ 85

commit to user xvi


digilib.uns.ac.id

Tabel 26 Data flowmeter untuk variasi air laut 600C ................................ 85 Tabel 27 Data COP aktual untuk variasi air laut 600C .............................. 86 Tabel 28. Data debit refrigerant untuk variasi air laut 600C ...................... 86 Tabel 29. Data beban pendinginan untuk variasi air laut 600C ................. 87 Tabel 30. Data hasil produksi air tawar yang dihasilkan secara aktual dan temperatur dalam duct untuk variasi air laut 600C ...................... 87 Tabel 31. Data volume air tawar menurut perhitungan untuk variasi air laut 600C ............................................................................................. 88 Gambar 4. Proses humidifikasi dan dehumidifiaksi pada menit ke-60 untuk variasi air laut 600C ..................................................................... 88 Tabel 32. Data proses humidifikasi dan dehumidifikasi sesuai psikrometrik untuk variasi air laut 600C ........................................................... 89

commit to user xvii


digilib.uns.ac.id

Pengaruh Temperatur Preheating Feed Water Terhadap Unjuk Kerja Unit Desalinasi Berbasis Pompa Kalor Dengan Menggunakan Proses Humidifikasi dan Dehumidifikasi

Tomi Andriyanto Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia E-mail: [email protected]

Abstrak

Unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi merupakan salah satu aplikasi dari sistem pompa kalor, dengan penambahan humidifier, sprinkler dan evaporator (dehumidifier) yang menyatu di dalam suatu duct. Udara mengalami penambahan kelembaban (humidifikasi) di dalam humidifier dengan semburan air laut melalui sprinkler yang kemudian didinginkan oleh evaporator (dehumidifier) sehingga menghasilkan air tawar. Pemanas air elektrik ditambahkan untuk memvariasikan temperatur air laut dalam sistem ini. Pada penelitian ini menguji pengaruh temperatur pemanasan awal (preheating) air laut terhadap unjuk kerja unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. Pada penelitian ini temperatur air laut divariasikan sebesar 28°C, 30°C, 45°C, dan 60°C, temperatur udara dalam duct dikondisikan pada temperatur konstan sebesar 30oC, dan temperatur lingkungan dijaga konstan pada 28oC. Kompresor dioperasikan pada putaran konstan sebesar 1.200 rpm, laju aliran volumetrik air laut dijaga sebesar 300 l/jam, dan air laut dalam sistem ini disirkulasi ulang. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa volume produksi air tawar meningkat seiring dengan peningkatan temperatur air laut (feed water) yang masuk ke humidifier pada unit desalinasi ini. Kata kunci : desalinasi, pompa kalor, preheating, humidifikasi, dehumidifikasi,

commit to user v


digilib.uns.ac.id

The Effect of Preheating Feed Water Temperature on The Performance of Desalination Unit Based on Heat Pump With Using Humidification and Dehumidification Processes

Tomi Andriyanto Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta, Indonesia E-mail: [email protected]

Abstract

Desalination unit based on heat pump with humidification and dehumidification processes is one of the applications of heat pump system, with addition of a humidifier, sprinkler and evaporator (as dehumidifier) that integrated in a duct. The air has humidified in the humidifier with the spray of seawater through the sprinkler and then it has cooled in the evaporator to produce fresh water. The addition of electric water heater has used to vary the seawater temperature to the humidifier on this system. In this research has examined the effect of preheating seawater temperature on the performance of desalination unit based on heat pump system with using humidification and dehumidification processes. In this research the seawater/feed water temperature has varied at 28oC, 30oC, 45oC and 60oC, air temperature has conditioned at a constant temperature of 30oC, and ambient temperature has kept constant at 28oC. Compressor has operated at a constant rotation of 1,200 rpm, the seawater volumetric flow rate has kept at 300 l/h, and seawater in this system has recirculated. The result of this research showed that the volume of fresh water production increase with increasing the inlet of the seawater/feed water temperature to the humidifier on this desalination unit. Keywords : desalination, heat pump, preheating, humidification, dehumidification

commit to user vi


digilib.uns.ac.id

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Bumi mengandung kandungan air sebesar 1,4 x 109 km3 atau sekitar lebih dari 70% dari luas bumi ini, dimana jumlah kandungan air lautnya sebesar 97,5% dari kandungan air yang ada di bumi (Gleick,P.H, 1996). Berarti sekitar 2,5% merupakan air tawar (fresh water) yang digunakan oleh semua makhluk hidup yang ada di bumi ini khususnya bagi umat manusia. Nilai tersebut relatif konstan dari awal dimulainya kehidupan di bumi ini. Tetapi di lain pihak, pertumbuhan populasi manusia di seluruh dunia ini meningkat sangat pesat dari periode 200-an tahun yang lalu. Diprediksikan di tahun 2020 populasi manusia di dunia ini mencapai 7,5 milyar orang (World Population Data Sheet, 2002). Saat ini saja, hampir 40% dari populasi manusia di dunia ini mengalami kesulitan dalam mendapatkan air tawar (fresh water). Hal ini dikarenakan oleh beberapa faktor diantaranya: perubahan gaya hidup manusia (life-style), peningkatan aktivitas ekonomi manusia, polusi terhadap sumber air bersih, dan juga karena pertumbuhan populasi manusia itu sendiri. Penggunaan air yang tidak sehat di negara – negara berkembang menyebabkan sekitar 80 – 90% berbagai penyakit dan 30% di antaranya sampai meninggal dunia. Proses desalinasi air laut merupakan salah satu pilihan yang tepat yang juga sebagai solusi untuk menghasilkan air tawar dalam mengatasi krisis air saat ini. Salah satu proses desalinasi air laut yang digunakan adalah berdasar pada sistem pompa kalor (heat pump) dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. Desalinasi air laut dengan pompa kalor ini dapat pula digabungkan dengan pemanfaatan energi matahari sebagai sumber panas alami. Dengan adanya penggunaan pompa kalor membuat sistem desalinasi mudah dipasang atau diaplikasikan dan sederhana. Sementara pemanfaatan energi matahari membuat sistem desalinasi ini ramah lingkungan, hemat biaya serta dapat mengurangi efek rumah kaca yang saat ini menjadi isu global yang sering diperdebatkan oleh berbagai kalangan. Prinsip dari proses humidifikasi dan dehumidifikasi ini berdasarkan pada fakta bahwa udara dapat dicampur dengan uap air. Kandungan uap air yang dibawa udara meningkat bersamaan dengan meningkatnya temperatur. Dalam faktanya 1 kg udara kering dapat membawa 0,5 kg uap air atau sekitar 670 commit to user


digilib.uns.ac.id

kcal ketika temperatur meningkat dari 300C – 800C.. Dalam proses humidifikasi dan dehumidifikasi, udara mengalami peningkatan kelembaban (humidifikasi) saat mengalami kontak dengan air laut yang panas sehingga terjadi perpindahan massa dan panas antara udara kering dengan air laut. Udara lembab (humid air) didinginkan yang menghasilkan air tawar (fresh water).

Kalor laten dari kondensor dapat digunakan kembali untuk membantu

meningkatkan temperatur udara yang kemudian dibantu oleh kolektor surya (solar collector) Untuk meningkatkan produksi air tawar dalam sistem desalinasi air laut dengan proses humidifikasi dan dehumidifikasi berdasar pada sistem pompa kalor sangat dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya : laju aliran massa air laut yang masuk ke dalam humidifier, temperatur preheating air laut yang masuk ke humidifier, temperatur udara di dalam sistem, intensitas radiasi matahari, dan laju aliran massa udara di dalam sistem. Dalam proses desalinasi air laut dengan proses humidifikasi dan dehumidifikasi berdasar pada sistem pompa kalor sebagian kalangan masih

meragukan unjuk kerja sistem ini dan

produktivitas air yang dihasilkan dari proses desalinasi air laut ini. Oleh karena itu, penelitian ini akan menguji pengaruh temperatur preheating feed water (air laut) terhadap unjuk kerja unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. 1.2 Perumusan Masalah Bagaimanakah pengaruh temperatur preheating feed water terhadap unjuk kerja unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi.

1.3 Batasan Masalah Pada penelitian ini masalah dibatasi sebagai berikut : 1. Temperatur preheating feed water (air laut) divariasi sebesar 280C (tanpa pemanas air), 300C, 450C, dan 600C. 2. Evaporator yang digunakan adalah evaporator tipe window 2 PK berjumlah 2 buah yang disusun secara paralel. 3. Kondensor yang digunakan berjumlah 2 buah dan memiliki dimensi 58 cm x 1,5 cm x 36 cm yang disusun secara seri. 4. Refrigeran yang digunakan adalah HFC-134a (R-134a). commit to user


digilib.uns.ac.id

5. Parameter yang dibuat konstan adalah tekanan pengisian refrigeran, putaran fan, laju aliran massa air laut (feed water), putaran kompresor, dan temperatur udara dalam duct. 6. Temperatur udara dalam saluran (duct) sesuai panas yang dibuang kondensor dan dibantu pemanas udara. 7. Air laut dalam sistem ini disirkulasi ulang. 8. Humidifier yang digunakan terbuat dari aluminium dengan dimensi 30 cm x 37 cm x 35 cm yang disusun secara sejajar sebanyak 72 buah dengan jarak antar plat 5 mm dan sudut elevasi 450 tiap gelombangnya. 9. Kompresor yang digunakan adalah kompresor torak (reciprocating compressor) 2 silinder. 10. Pompa yang digunakan adalah tipe sentrifugal yang berjumlah 1 buah. 11. Pemanas air yang digunakan berjumlah 6 buah. 12. Struktur alat terdiri dari : •

Evaporator

•

Kondensor

•

Humidifier

•

Kompresor torak (reciprocating compressor)

•

Motor 3 phase

•

Expansion Valve

•

Receiver dryer

•

Fan aksial

•

Pemanas air listrik (electric water heater)

•

Pemanas udara (air heater)

•

Sprinkler berjumlah 5 buah

•

Tangki air laut

•

Tangki air tawar

•

Rotameter air laut

•

Flowmeter refrigeran

13. Penelitian dilakukan pada temperatur kamar yaitu 280C. commit to user


digilib.uns.ac.id

1.5 Tujuan dan Manfaat Penelitian ini bertujuan untuk: 1. Mengetahui pemanfaatan teknologi dari proses desalinasi yang berbasis pompa kalor dengan menggunakan humidifikasi dan dehumidifikasi. 2. Mengetahui pengaruh temperatur preheating feed water (air laut) terhadap unjuk kerja unit desalinasi berbasis pompa kalor dan produktivitas air tawar. Hasil penelitian yang didapat diharapkan dapat memberikan manfaat sebagai berikut: 1. Mampu memberikan pengetahuan baru tentang proses desalinasi yang berbasis pompa kalor. 2. Dapat diterapkan dalam kehidupan sehari – hari sebagai alat alternatif untuk menghasilkan air tawar dari air laut 3. Mampu mengatasi kekurangan air tawar yang terjadi di beberapa daerah di dunia ini khususnya bagi bangsa Indonesia.

1.6 Sistematika Penulisan Sistematika penulisan Tugas Akhir ini adalah sebagai berikut: BAB I

: Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah, perumusan masalah, batasan masalah, tujuan dan manfaat penelitian, serta sistematika penulisan.

BAB II : Dasar Teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan pengujian alat desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi, metode desalinasi, pompa kalor, dan proses desalinasi dengan humidifier dan dehumidifier. BAB III : Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan, tempat dan pelaksanaan penelitian, langkah-langkah percobaan dan pengambilan data. BAB IV : Data dan analisa, menjelaskan data hasil pengujian, perhitungan data hasil pengujian serta analisa hasil dari perhitungan. BAB V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran.

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB II LANDASAN TEORI

2.1. Tinjauan Pustaka Dai Y.J dan Zhang H.F (2000) melakukan penelitian mengenai solar desalination dengan humidifier dan dehumidifier. Humidifier yang digunakan memiliki panjang 0,6 m dan keseluruhan unit memiliki dimensi 1 m x 1 m x 1,5 m. Sirkulasi udara dalam sistem dilakukan secara paksa (forced) oleh sebuah fan yang dihubungkan ke pengukur putaran (rotation meter) untuk mengetahui kecepatan putar fan. Dari hasil penelitian ini dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi kecepatan putar fan maka laju aliran udara juga semakin besar. Temperatur air laut yang masuk semakin tinggi maka efisiensi termal dan produktivitas air tawar juga semakin tinggi. Efisiensi termal pada sistem ini sekitar 0,85. Yuan Guofeng, dkk (2005) melakukan penelitian mengenai sebuah unit desalinasi dan pengkondisian udara (air conditioning) yang menyatu. Dari alat yang digunakan terdiri dari 2 kondensor, 2 blower, humidifier, cross valve, evaporator, kompresor, sprayer, dan penukar kalor (heat exchanger). Penelitian yang dilakukan mengenai pengaruh laju aliran air laut dan temperatur air laut yang masuk ke sistem. Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa semakin tinggi laju aliran air laut yang masuk ke sistem maka produksi air tawar juga semakin tinggi sampai mencapai titik puncak dan kemudian berangsur konstan. Semakin tinggi temperatur air laut yang masuk ke sistem juga meningkatkan produksi air tawar dan temperatur ini memiliki pengaruh yang besar terhadap produksi air tawar. Ketika digunakan sebagai pengkondisian udara, sistem ini mampu mencapai temperatur yang keluar evaporator dapat diatur dari 100C sampai 280C di musim panas. Orfi J, dkk (2007) melakukan penelitian mengenai sistem desalinasi menggunakan humidifikasi dan dehumidifikasi udara dengan memanfaatkan energi surya. Dalam penelitian yang dilakukan, sistem terdiri dari 2 solar collector dimana solar collector pertama digunakan untuk memanaskan air (solar water collector) dan solar collector kedua digunakan untuk memanaskan udara (solar air collector), sebuah evaporator dan sebuah kondensor. Dalam penelitian ini juga

commit to user 6


digilib.uns.ac.id 7

menggunakan pemanas air elektrik di samping solar water collector dan evaporator yang digunakan dipasang secara horizontal. Untuk meningkatkan produktivitas digunakan kalor laten dari

kondensor untuk pemanasan awal

(preheat) air laut yang akan masuk ke sistem. Dari penelitian ini disimpulkan bahwa peningkatan efisiensi secara keseluruhan dari sistem tergantung pada efisiensi setiap bagian/komponen (solar water and air heater, evaporator, dan condenser). Gao Penghui, dkk (2008) meneliti tentang unjuk kerja unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan humidifikasi dan dehumidifikasi. Pada sistem ini, udara dipanaskan melalui kolektor surya (solar collector) dan kemudian dilembabkan (humid) di honeycomb (alveolate humidifier) melalui blower. Udara lembab kemudian didinginkan ketika melewati pre-kondensor (pre-condensor) dan dilanjutkan didinginkan melalui evaporator (evaporative condenser) dan air tawar akan didapat. Dari hasil penelitiannya dapat disimpulkan bahwa laju aliran massa air laut dan temperatur air laut yang masuk ke sistem mempunyai pengaruh yang besar dalam memproduksi air tawar. Amer E.H, dkk (2009) meneliti secara teoritis dan eksperimen unit desalinasi dengan humidifikasi dan dehumidifikasi. Sistem ini didasarkan pada siklus terbuka untuk air dan siklus tertutup untuk aliran udara. Hasil penelitian menunjukkan bahwa produktivitas dari sistem meningkat seiring dengan kenaikan temperatur air laut yang masuk ke humidifier. 2.2. Dasar Teori 2.2.1. Desalinasi (Desalination) Desalinasi adalah proses menghilangkan kadar garam berlebih sampai pada level tertentu untuk mendapatkan air yang dapat dikonsumsi oleh makhluk hidup melalui suatu metode. Hasil sampingan dari proses desalinasi adalah brine. Brine adalah larutan garam dengan konsentrasi yang tinggi (lebih dari 35.000 mg/l garam terlarut). Proses desalinasi air laut dapat dilakukan melalui 2 metode yaitu metode pemisahan secara termal dan membran.

commit to user


digilib.uns.ac.id 8

2.2.1.1. Metode Pemisahan Termal Metode pemisahan termal yaitu dengan penguapan (evaporation) yang diikuti dengan pengembunan (condensation). Pada proses penguapan terdiri atas Multistage Flash Desalination (MSF), Multiple Effect Evaporation (MEE), Single Effect Vapour Compression (SEE), Humidification – Dehumidification (HDH), dan Solar still. Pada Single Effect Vapour Compression (SEE) termasuk diantaranya : Mechanical Vapour Compression (MVC), Thermal Vapour Compression (TVC), Absorption Vapour Compression (ABVC), Adsorption Vapour Compression (ADVC), dan Chemical Vapour Compression (CVC). a. Multistage Flash Desalination Multistage flash desalination merupakan proses desalinasi air laut dimana air laut dipanaskan sampai mencapai titik didih kemudian didinginkan dengan media air laut itu sendiri. Stage terdiri dari penukar kalor (heat exchanger) dan penampung kondensat. Prinsip kerja dari Multistage Flash Desalination, air laut dipompa melalui penukar kalor di setiap tingkat (stage) sampai ke pemanas (heater). Pemanas menaikkan temperatur mendekati temperatur maksimumnya dan dialirkan kembali ke dalam tingkat yang memiliki temperatur dan tekanan yang lebih rendah melalui katup (valve). Air laut yang masuk kembali ke tingkat ini disebut brine. Temperatur brine diatas temperatur didihnya pada tekanan di dalam tingkat dan sebagian fraksi dari brine akan mendidih (flash) menjadi uap. Uap memiliki temperatur lebih panas daripada air laut di penukar kalor yang akan mengembun di pipa-pipa penukar kalor.

Gambar 2.1 Multistage Flash Desalination

commit to user


digilib.uns.ac.id 9

b. Multiple Effect Evaporation Multiple Effect Evaporation merupakan peralatan yang dirancang dengan tujuan meningkatkan efisiensi energi dari proses evaporasi yang berlangsung dengan menggunakan energi panas dari uap (steam) untuk menguapkan air. Prinsip dasar dari proses ini adalah menggunakan panas yang dilepaskan dari proses kondensasi pada satu efek untuk memberikan panas bagi efek lainnya.

Gambar 2.2 Multiple Effect Evaporation

c. Single Effect Vapour Compression Single Effect Vapour Compression memiliki komponen utama yaitu evaporator dan kondensor. Prinsip kerjanya air laut dipanaskan (preheat) melalui pipa-pipa kondensor oleh uap panas (steam) dari hasil pengembunan di evaporator yang kemudian dialirkan menuju evaporator. Di evaporator air laut hasil preheat disemprotkan dari atas yang waktu bersamaan uap panas mengalir di evaporator sehingga terjadi proses pengembunan dan terbentuk air tawar dan brine yang di tampung di bagian bawah evaporator.

commit to user


digilib.uns.ac.id 10

Gambar 2.3 Single effect vapour compression

d. Humidification – Dehumdification (HDH) Proses desalinasi dengan humidifikasi-dehumidikasi terdapat perbedaan dengan proses yang lain, dimana pada proses humidifikasi-dehumidifikasi air laut dipanaskan pada temperatur dibawah temperatur titik didih dan terdapat perbedaan konsentrasi antara uap air dengan udara. Prinsip kerja proses HDH adalah pemanasan awal air laut (preheat) dari pemanfaatan kalor laten kondensor di samping sumber panas yang lain kemudian dialirkan menuju humidifier. Di humidifier air laut yang panas disemprotkan menjadi kabut yang bersamaan dialirkan udara sehingga terjadi proses humidifikasi dan sebagian uap air tercampur dengan udara. Udara lembab (humid air ) didinginkan dengan media air laut itu sendiri sehingga menghasilkan air hasil pengembunan.

Gambar 2.4 Humidification-dehumidification

commit to user



Sistem ini sangat cocok diaplikasikan ketika kebutuhan air tawar terpusat pada satu daerah. Beberapa keuntungan dari sistem ini antara lain fleksibilitasnya dalam kapasitas air tawar yang dibutuhkan, instalasinya yang mudah dan sederhana serta dapat dikombinasikan dengan energi panas tingkat rendah (low grade

thermal

perkembangannya

energy)

seperti

desalinasi

energi

dengan

surya

dan

humidifikasi

geothermal. dan

Dalam

dehumidifikasi

dikombinasikan dengan siklus kompresi uap pada pompa kalor.

Gambar 2.5 Sistem desalinasi dengan humidifikasi dan dehumidifikasi berbasis pompa kalor.

Gambar 2.6 Humidifier

commit to user



Sistem desalinasi dengan humidifikasi dan dehumidifikasi berbasis pompa kalor ditunjukkan gambar 2.5. Proses desalinasi air laut dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi berbasis pompa kalor adalah proses pengurangan

kandungan

garam

untuk

menghasilkan

air

tawar

yang

dikombinasikan dengan pemanfaatan sistem pompa kalor. Teknologi ini dapat digunakan untuk multi fungsi yaitu untuk proses desalinasi dan sebagai pengkondisian udara. Komponen utama terdiri atas sistem pompa kalor (kondensor, evaporator, katup ekspansi, kompresor, motor, dan receiver / dryer), humifidifier, dan pemanas udara. Prinsip kerja sistem ini adalah pemanasan awal air laut oleh pemanas untuk mempercepat proses pemanasan. Kalor laten dari kondensor digunakan untuk memanaskan udara yang dibantu pemanas udara. Air laut yang panas dialirkan ke humidifier dan disemprotkan di dalam humidifier melalui sprinkler, dimana saat bersamaan mengalir udara melewati humidifier dari kondensor. Udara mengalami peningkatan kelembaban (humidifikasi) akibat kontak dengan air laut yang panas. Sehingga terjadi perpindahan panas dan massa antara udara dengan air laut. Air laut yang keluar dari humidifier disebut brine yang dialirkan kembali ke penampungan air laut untuk dipanaskan kembali. Sebagian uap air yang tercampur dengan udara terbawa menuju evaporator untuk proses pengembunan. Di dalam evaporator yang merupakan bagian dari pompa kalor mengalir refrigeran dengan suhu yang rendah. Air hasil pengembunan jatuh ke bawah yang ditampung oleh wadah dan dialirkan keluar. Keuntungan dari pemanfaatan teknologi di atas adalah desain yang sederhana, mampu dikombinasikan dengan energi terbaharukan (matahari, panas bumi), memiliki efisiensi yang tinggi, dan dapat digunakan sebagai pengkondisian udara / multi fungsi. Sedangkan kerugiannya adalah tidak cocok untuk aplikasi industri / skala besar. e. Solar Still Proses desalinasi ini dengan memanfaatkan matahari untuk menguapkan air laut yang kemudian dilakukan pengembunan. Solar still merupakan proses desalinasi air laut konvensional yang memiliki kekurangan diantaranya; efisiensi

commit to user



rendah, biaya awal yang tinggi, rentan terhadap cuaca ekstrim, resiko pembentukan alga dan endapan debu di permukaan hitam, dan dibutuhkan perawatan khusus untuk menghindari pembentukan alga dan endapan debu. Keuntungan dari solar still adalah struktur alat yang sangat sederhana dan mudah diaplikasikan.

Gambar 2.7 Solar still

2.2.1.2. Metode Pemisahan Membran Pada metode pemisahan membran terdiri 2 proses yaitu : osmosis balik (reverse osmosis) dan electrodialysis. Proses osmosis balik adalah sebuah proses pemaksaan sebuah molekul dari konsentrasi tinggi ke

molekul yang

konsentrasinya rendah melalui sebuah membran semipermeabel dengan menggunakan tekanan yang melebihi tekanan osmotik sehingga menghasilkan air yang kaya kandungan garamnya dan air yang sedikit kandungan kadar garamnya. Membran semipermeabel ini hanya bisa dilalui oleh molekul-molekul zat pelarut dan tidak bisa dilalui oleh zat terlarut.

Gambar 2.8 Proses osmosis balik

Sebuah unit desalinasi dengan sistem osmosis balik umumnya terdiri dari empat komponen utama yaitu komponen untuk perlakuan awal air umpan (feed

commit to user



water pre-treatment), pompa bertekanan tinggi, membran pemisahan, dan perlakuan akhir air hasil pemisahan.

Gambar 2.9 Desalinasi dengan osmosis balik

Perlakuan awal diperlukan untuk menghilangkan zat-zat yang tidak diinginkan dalam air laut yang dapat menjadi pengotor membran. Perlakuan awal air laut meliputi klorinasi, koagulasi, penambahan asam, multi-media filtrasi dan deklorinasinya. Jenis perlakuan awal yang digunakan sebagian besar tergantung pada karakteristik air umpan, jenis dan konfigurasi membran dan kualitas air tawar yang dihasilkan. Membran yang digunakan harus mampu menahan tekanan dari air laut yang melewatinya. Umumnya sejumlah kecil garam masih bisa melewati membran dan bercampur dengan air tawar hasil produksi. Dua jenis konfigurasi membran yang paling sukses secara komersial adalah spiral wound dan serat halus berongga atau hollow fine fiber (HFF). HFF terbuat dari selulosa triasetat dan poliamida. Proses electrodialysis pada dasarnya proses dialisis dibawah pengaruh medan listrik. Cara kerja dari proses ini, listrik dengan tegangan tinggi dialirkan melalui

2

lapisan

(layer)

logam

yang

menyokong

selaput

membran

semipermeabel sehingga partikel-partikel zat terlarut dalam sistem koloid berupa ion-ion akan bergerak menuju elektroda yang bermuatan berlawanan. Karena adanya pengaruh medan listrik akan mempercepat proses pemurnian sistem koloid.

commit to user



Gambar 2.10 Proses elektrodialisis

Dalam pembangkit (plant), proses desalinasi dapat dikombinasikan dengan pemanfaatan energi terbaharukan (renewable energy/RE) sebagai sumber tenaga dalam proses desalinasi melalui berbagai cara. Energi terbarukan dan desalinasi adalah dua teknologi yang berbeda, yang dapat dikombinasikan dalam berbagai cara. Energi terbarukan hasil dari sistem RE dapat diaplikasikan dalam sistem desalinasi. Energi ini bermacam – macam bentuknya seperti: energi termal, listrik, dan angin. Gambar 2.11. berikut menunjukkan jenis energi terbaharukan yang dapat dikombinasikan dengan proses desalinasi

Gambar 2.11 Kombinasi proses desalinasi dengan energi terbaharukan

commit to user



2.2.2. Pompa kalor (heat pump) Pompa kalor adalah mesin yang memindahkan panas dari satu lokasi (atau sumber) ke lokasi lainnya menggunakan kerja mekanis. Pompa kalor bisa disamakan dengan mesin kalor yang beroperasi dengan cara terbalik. Mesin kalor membuat energi mengalir dari lokasi yang lebih panas ke lokasi yang lebih dingin, menghasilkan fraksi dari proses tersebut sebagai kerja. Kebalikannya, pompa kalor membutuhkan kerja untuk memindahkan energi termal dari lokasi yang lebih dingin ke lokasi yang lebih panas.

Gambar 2.12 Siklus dasar pompa kalor

Pompa kalor memindahkan panas melalui suatu zat yang bersirkulasi yang disebut dengan refrigeran, yang melewati sebuah siklus penguapan (evaporation) dan pengembunan (condensation). Sebuah kompresor yang memompa refrigeran berada diantara dua koil penukar kalor yaitu kondensor dan evaporator. Pada evaporator, refrigeran diuapkan pada tekanan rendah dan menyerap panas dari lingkungan. Refrigeran kemudian dikompresikan mengalir menuju kondensor, dimana refrigeran akan diembunkan pada tekanan tinggi. Pada umumnya pompa kalor bekerja berdasarkan siklus kompresi uap yang terdiri dari : evaporator, kompresor, kondensor, dan katup ekspansi.

commit to user



Gambar 2.13 Komponen pompa kalor pada proses pemanasan

Gambar 2.14 Komponen pompa kalor pada proses pendinginan

2.2.3. Siklus Kompresi Uap Standar Pada siklus kompresi uap standar ini, refrigeran mengalami empat proses ideal, sesuai dengan gambar 2.15 di bawah ini :

commit to user



Gambar 2.15 Siklus kompresi uap standar (a) Diagram alir proses, (b) Diagram tekanan-entalpi (Training Manual, 2004)

• Proses 1-2: refrigeran meninggalkan evaporator dalam wujud uap jenuh dengan temperatur dan tekanan rendah, kemudian oleh kompresor uap tersebut dinaikkan tekanannya menjadi uap dengan tekanan yang lebih tinggi (tekanan kondensor). Kompresi ini diperlukan untuk menaikkan temperatur refrigeran, sehingga temperatur refrigeran di dalam kondensor lebih tinggi daripada temperatur lingkungannya. Dengan demikian perpindahan panas dapat terjadi dari refrigeran ke lingkungan. Proses kompresi ini berlangsung secara isentropik (adiabatik dan reversibel). • Proses 2-3: setelah mengalami proses kompresi, refrigeran berada dalam fasa panas lanjut dengan tekanan dan temperatur tinggi. Untuk mengubah wujudnya menjadi cair, kalor harus dilepaskan ke lingkungan. Hal ini dilakukan pada penukar kalor yang disebut kondensor. Refrigeran mengalir melalui kondensor dan pada sisi lain dialirkan fluida pendingin (udara atau air) dengan temperatur lebih rendah daripada temperatur refrigeran. Oleh karena itu kalor akan berpindah dari refrigeran ke fluida pendingin dan sebagai akibatnya refrigeran mengalami penurunan temperatur dari kondisi uap panas lanjut menuju kondisi uap jenuh, selanjutnya mengembun menjadi wujud cair jenuh. Proses ini berlangsung secara reversibel pada tekanan konstan. • Proses 3-4: refrigeran, dalam wujud cair jenuh (tingkat keadaan 3, gambar 4), mengalir melalui alat ekspansi. Refrigeran mengalami ekspansi pada entalpi

commit to user



konstan dan berlangsung secara tak-reversibel. Selanjutnya refrigeran keluar dari katup ekspansi berwujud campuran uap-cair pada tekanan dan temperatur sama dengan tekanan serta temperatur evaporator. • Proses 4-1: refrigeran, dalam fasa campuran uap-cair, mengalir melalui sebuah penukar kalor yang disebut evaporator. Pada tekanan evaporator, titik didih refrigeran haruslah lebih rendah daripada temperatur lingkungan (media kerja atau media yang didinginkan), sehingga dapat terjadi perpindahan panas dari media kerja ke dalam refrigeran. Kemudian refrigeran yang masih berwujud cair menguap di dalam evaporator dan selanjutnya refrigeran meninggalkan evaporator dalam fasa uap jenuh. Proses penguapan tersebut berlangsung secara reversibel pada tekanan konstan. Berikut ini adalah persamaan yang digunakan untuk menghitung unjuk kerja sistem pompa kalor standar : .

COPHP =

.

(2.1)

dimana: Qkond

= kalor yang dilepas oleh kondensor (kW)

Wkomp

= daya kompresor (kW) = laju aliran massa refrigeran (kg/s)

h1

= entalpi refrigeran yang keluar evaporator (kJ/kg)

h2

= entalpi refrigeran yang masuk kondensor (kJ/kg)

h3

= entalpi refrigeran yang keluar kondensor (kJ/kg)

2.2.4. Siklus Kompresi Uap Aktual Pada kenyataannya siklus kompresi uap mengalami penyimpangan dari kompresi uap standar, sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 2.16. Perbedaan penting siklus kompresi uap aktual dari siklus standar, adalah: a. Terjadi penurunan tekanan di sepanjang pipa kondensor dan evaporator. b. Adanya

proses

pembawah

dingin

(sub-cooling)

meninggalkan kondensor sebelum memasuki alat ekspansi.

commit to user

cairan

yang



c. Pemanasan lanjut uap yang meninggalkan evaporator sebelum memasuki kompresor. d. Terjadi kenaikan entropi pada saat proses kompresi (kompresi tak isentropik) e. Proses ekspansi berlangsung non-adiabatik. Walaupun siklus aktual tidak sama dengan siklus standar, tetapi proses ideal dalam siklus standar sangat bermanfaat dan diperlukan untuk mempermudah analisis siklus secara teoritik.

Gambar 2.16 Siklus kompresi uap aktual dan standar (Training Manual, 2004)

Berikut ini adalah persamaan yang digunakan untuk menghitung unjuk kerja sistem pompa kalor aktual : • COP aktual COPHP =

. .

(2.2)

dimana: 1

= entalpi refrigeran keluar evaporator (kJ/kg)

2

= entalpi refrigeran masuk kondensor (kJ/kg)

h3

= entalpi refrigeran keluar kondensor (kJ/kg) = laju aliran massa refrigeran (kg/s)

• Laju aliran massa aktual . (kg/s)

(2.3)

dimana:

commit to user



densitas refrigeran (kg/m3) = debit aliran refrigeran (m3/s) laju massa refrigeran kg/s • Kapasitas pemanasan (Qkond) .

(kW)

(2.4)

dimana: = laju aliran massa refrigeran (kg/s) = entalpi refrigeran masuk kondensor (kJ/kg) = entalpi refrigeran keluar kondensor (kJ/kg) = kapasitas pemanasan (kW) • Beban Pendinginan (Qevap) .

kW (2.5)

Dimana: = laju aliran massa refrigeran (kg/s) = entalpi refrigeran keluar evaporator (kJ/kg) = entalpi refrigeran masuk evaporator (kJ/kg) = Beban pendinginan (kW) 2.2.5. Psikrometrik Psikrometrik adalah studi tentang sifat - sifat campuran udara dan uap air yang mempunyai arti penting dalam dunia pengkondisian udara, karena udara atmosfir tidak kering sempurna tetapi merupakan campuran antara udara dan uap air.

commit to user



Gambar 2.17 Diagram psikrometrik

Istilah-istilah dalam diagram psikrometrik : • Temperatur Bola Kering (Dry Bulb Temperature) Temperatur tersebut dapat dibaca pada termometer dengan sensor kering dan terbuka. Namun penunjukkannya tidaklah tepat karena adanya pengaruh radiasi panas, kecuali jika sensornya memperoleh ventilasi yang cukup baik. • Temperatur Bola Basah (Wet Bulb Temperature) Wet Bulb Temperature adalah temperatur yang ditunjukkan oleh termometer yang ”Bulb” nya dibungkus kain atau kapas basah yang digunakan untuk menghilangkan radiasi panas dan adanya aliran udara yang melaluinya sekurang-kurangnya 5 m/s. • Temperatur Titik Embun (Dew Point Temperature) Temperatur dimana uap air mulai mengembun ketika campuran udara-air didinginkan, untuk mengkondensasi uap air maka campuran uap air dan udara harus didinginkan dahulu mencapai titik embun (dew point). • Kelembaban Relatif (Relative Humidity) Rasio antara tekanan parsial aktual uap air yang ada dalam udara terhadap tekanan parsial jenuh uap air pada temperatur bola kering tertentu.

commit to user



• Rasio Kelembaban (Humidity Ratio) Didefinisikan sebagai massa air yang terkandung dalam setiap kg udara kering, atau dapat juga disebut dengan specific humidity. • Entalpi Didefinisikan sebagai energi kalor yang dimiliki oleh suatu zat pada temperatur tertentu. • Volume Spesifik Volume campuran udara dan uap air, biasanya dalam satuan meter kubik udara kering atau campuran per kilogram udara kering.

2.2.5.1 Proses-proses yang terjadi pada udara dalam diagram psikrometrik 2.2.5.1.1 Pemanasan (heating) Proses pemanasan udara terjadi apabila terjadi penambahan kalor sensibel yang akan mengakibatkan kenaikan temperatur bola kering udara tanpa perubahan rasio kelembaban.

Gambar 2.18. Proses pemanasan udara dalam diagram psikrometrik

2.2.5.1.2 Pendinginan (cooling) Proses pendinginan udara terjadi apabila terjadi pengurangan kalor sensibel yang akan mengakibatkan penurunan temperatur bola kering udara tanpa perubahan rasio kelembaban.

commit to user



Gambar 2.19. Proses pendinginan udara dalam diagram psikrometrik

2.2.5.1.3 Humidifikasi Humidifikasi adalah proses perpindahan/penguapan cairan ke dalam campuran (gas) dan uap cairan karena adanya kontak antara cairan yang temperaturnya lebih tinggi dengan campurannya. Proses humidifikasi terjadi apabila terjadi penambahan kadar uap air ke udara tanpa disertai perubahan temperatur bola kering.

Gambar 2.20 Proses humidifikasi

Gambar 2.21 Proses humidifikasi pada diagram psikrometrik

commit to user



Pada kenyataannya proses humidifikasi selalu disertai dengan penambahan atau pengurangan temperatur bola kering. Proses humidifikasi dengan disertai penambahan temperatur bola kering udara dinamakan heating and humidification, dimana pada proses ini udara dengan temperatur yang lebih rendah mengalami kontak dengan cairan yang memiliki temperatur lebih tinggi.

Gambar 2.22. Proses heating and humidification dalam diagram psikrometrik

Proses humidifikasi dengan disertai pengurangan temperatur bola kering udara dinamakan cooling

and humidification, dimana pada proses ini udara

dengan temperatur yang lebih tinggi

mengalami kontak dengan cairan yang

memiliki temperatur lebih rendah. Pada proses ini temperatur bola kering air harus lebih rendah dari temperatur bola kering udara tetapi harus lebih tinggi dari temperatur titik embun udara (dewpoint temperature) untuk mencegah terjadinya pengembunan.

Gambar 2.23 Proses cooling and humidification dalam diagram psikrometrik

commit to user



Pada proses humidifikasi akan terjadi : • Kenaikan entalpi udara spesifik : ∆h =

(kJ/kg)

(2.6)

(kW)

(2.7)

• Kenaikan entalpi udara total : ∆H =

• Penambahan kadar uap air (moisture content) : (kg uap air/kg udara kering)

∆w =

(2.8)

• Penambahan kadar uap total (moisture content) :

∆W =

(kg/s)

(2.9)

• Jumlah kalor yang dilepas selama proses : ∆

(kW)

(2.10)

= ∆W

(kg/s)

(2.11)

=

(kJ/kg)

(2.12)

dimana: ∆h

= kenaikan entalpi udara spesifik (kJ/kg)

h2

= entalpi udara keluar humidifier (kJ/kg) = entalpi udara masuk humidifier (kJ/kg)

∆H

= kenaikan entalpi udara total (kW) = laju aliran massa udara (kg/s)

∆w

= penambahan kadar uap air (kg uap air/kg udara kering)

= rasio kelembaban udara keluar humidifier (kg/kg) = rasio kelembaban udara masuk humidifier (kg/kg) ∆W

= penambahan kadar uap total (kg/s) = jumlah kalor yang dilepas selama proses (kW) = laju aliran massa uap air (kg/s) = entalpi spesifik dari uap air (kJ/kg)

2.2.5.1.4 Dehumidifikasi Dehumidifikasi adalah proses perpindahan / pengembunan uap cairan dari campuran (uap air dan gas) karena proses pendinginan maupun kontak antara cairan (yang temperaturnya lebih rendah) dengan campurannya. Proses

commit to user



dehumidifikasi terjadi apabila terjadi pengurangan kadar uap air dalam udara tanpa disertai perubahan temperatur bola kering.

Gambar 2.24 Proses dehumidifikasi

Gambar 2.25 Proses dehumidifikasi pada digram psikrometrik

Pada kenyataannya proses dehumidifikasi selalu disertai dengan penambahan atau pengurangan temperatur bola kering. Proses humidifikasi dengan disertai penambahan temperatur bola kering udara dinamakan heating and dehumidification. Proses ini menggunakan suatu bahan higroskopik yang menyerap uap air dari udara. Apabila proses tersebut diberi penyekat kalor maka entalpinya akan konstan dan sebagai akibat dari penurunan kelembaban maka temperatur bola kering dari udara akan naik.

commit to user



Gambar 2.26 Proses heating and dehumidification dalam diagram psikrometrik

Proses dehumidifikasi dengan disertai pengurangan temperatur bola kering udara dinamakan cooling and dehumidification. Proses ini terjadi apabila udara lembab didinginkan dibawah temperatur titik embunnya ketika udara lembab tersebut mengalami kontak dengan suatu permukaan dingin yang memiliki temperatur dibawah temperatur titik embun udara. Pada proses ini sebagian dari uap air dalam udara mengembun, akibatnya baik temperatur udara maupun rasio kelembabannya menurun.

Gambar 2.27 Proses cooling and dehumidification dalam diagram psikrometrik

Pada proses dehumidifikasi akan terjadi beberapa proses sebagai berikut : • Penurunan entalpi udara : ∆h =

(kJ/kg)

(2.13)

• Penurunan kadar uap air (moisture content) : ∆w =

(kg uap air/kg udara kering)

• Jumlah kalor yang dilepas udara selama proses :

commit to user

(2.14)



∆

Dengan

laju aliran massa udara (

(W)

(2.15)

pada temperatur yang bersangkutan, sedangkan

.

dapat dihitung dengan persamaan : (kg/s)

(2.16)

dimana : = entalpi udara keluar dehumidifier (kJ/kg) = entalpi udara masuk dehumidifier (kJ/kg) = rasio kelembaban udara keluar dehumidifier (kg/kg) = rasio kelembaban udara masuk dehumidifier (kg/kg) = jumlah kalor yang dilepas udara selama proses (W) = massa jenis udara (kg/m3) V

= kecepatan udara (m/s)

A

= luas penampang saluran (m2)

• Perhitungan massa air tawar yang dihasilkan selama proses desalinasi

(

-

)

dt

dimana: = massa air tawar yang dihasilkan selama proses (kg) = laju aliran massa udara (kg/s) =

τ

kelembaban udara relatif setelah melewati evaporator (kg/kg)

= kelembaban udara relatif sebelum melewati evaporator (kg/kg) = periode (jam/hari)

commit to user

(2.17)


digilib.uns.ac.id

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1. Tempat Penelitian Penelitian

dilakukan

di

Laboratorium

Perpindahan

Panas

dan

Termodinamika, Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret.

3.2. Bahan Penelitian a. Refrigeran yang digunakan dalam penelitian ini adalah refrigeran HFC 134-a (Klea).

Gambar 3.1 Refrigeran HFC 134-a

b. Air laut Tabel 3.1 Hasil pengujian kadar garam air laut No

Parameter

Satuan

Hasil Analisis

Ketidakpastian

Metode

1

Kadar NaCl

ppm

31.342

0,0007

SNI 06-6989. 19-2004

3.3. Alat Penelitian Sistem desalinasi air laut berbasis pompa kalor terdiri atas:

Kompresor torak (reciprocating compressor)

Evaporator

Kondensor

Katup ekspansi (Thermal Expansion Valve)

Receiver / dryer

Pressure gauge (suction maupun discharge)

Motor listrik 3 phase, 3 HP

Tangki penampungan air laut

commit to user 30



Fan

Rotameter air

Flowmeter refrigeran

Penampung air tawar

Power Supply Switching

Pompa sentrifugal

Thermostat

Relay atau kontaktor

Pemanas udara

Termokopel

Sprinkler

Aliran Udara

Aliran Refrigeran Aliran Air laut

Gambar 3.2 Skema unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan humidifikasi dan dehumidifikasi

Keterangan gambar : 1. Pemanas udara

5. Kompresor

9. Penampung air laut

2. Fan aksial 3. Humidifier 4. Evaporator/Dehumidifier

6. Kondensor 7. Katup ekspansi 8.Pompa sentrifugal

10. Penampung air tawar 11. Sprinkler 12. Bak air laut

commit to user



Gambar 3.3 Gambar 3D unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi

Gambar 3.4 Unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi

commit to user



Spesifikasi komponen :

a. Kompresor Kompresor berfungsi mengalirkan uap panas lanjut refrigeran serta menaikkan tekanan refrigeran dari tekanan evaporasi ke tekanan kondensasi. Kompresor yang dipakai dalam penelitian ini adalah merk Nippon Denso tipe torak 2 silinder.

Gambar 3.5 Kompresor

b. Kondensor Kondensor digunakan untuk mendinginkan dan menyerap panas dari gas refrigeran yang telah ditekan oleh kompresor hingga bertemperatur dan bertekanan tinggi, sehingga mengubah gas menjadi cair kembali. Kondensor pada penelitian ini adalah kondensor AC mobil dengan dimensi panjang 58 cm, lebar 36 cm dan tebal 1,5 cm.

Gambar 3.6 Kondensor

c. Receiver / dryer Receiver adalah komponen yang digunakan untuk menyimpan atau menampung sementara cairan refrigeran untuk kemudian mensuplainya sesuai dengan beban pendinginan. Dryer dan filter di dalam receiver akan menyerap air dan kotoran yang ada di dalam refrigeran.

commit to user



Gambar 3.7 Receiver / dryer

d. Katup ekspansi / Expansion Valve Katup ekspansi akan mengatur jumlah aliran refrigeran yang diuapkan di evaporator dan memastikan bahwa refrigeran dalam bentuk uap panas lanjut (superheated) yang keluar evaporator.

Gambar 3.8 Katup ekspansi

e. Evaporator Fungsi dari sebuah evaporator adalah untuk menyediakan sebuah luasan permukaan yang besar untuk mengijinkan udara hangat mengalir melaluinya melepaskan energi panasnya ke refrigeran yang berada di dalam evaporator dan mendinginkan udara. Evaporator yang digunakan pada penelitian ini adalah tipe window 2 PK berjumlah 2 buah yang di pasang secara paralel.

Gambar 3.9 Evaporator

commit to user



f. Humidifier Humidifier berfungsi sebagai tempat terjadinya proses humidifikasi antara air laut dengan udara. Humidifier yang digunakan terbuat dari aluminium dengan dimensi panjang 30 cm, lebar 37 cm, tinggi 35 cm yang disusun secara sejajar sebanyak 72 buah dengan jarak antar plat 5 mm dan sudut elevasi 450 tiap gelombangnya.

Gambar 3.10 Humidifier

g. Dehumidifier Dehumidifier berfungsi sebagai tempat terjadinya proses pengembunan. Dehumidifier pada penelitian ini adalah evaporator pada pompa kalor yang berjumlah 2 buah.

Gambar 3.11 Dehumidifier

h. Sprinkler Sprinkler digunakan untuk menyemburkan air laut berbentuk kabut di atas humidifier sehingga luas permukaan kontak antara air laut dan udara panas menjadi lebih besar. Sprinkler pada penelitian ini berjumlah 5 buah yang dipasang di atas humidifier, disusun membentuk persegi dengan jarak antar sprinkler 16,5 cm.

commit to user



Gambar 3.12 Sprinkler

i. Motor listrik 3 HP Motor listrik 3 HP ini digunakan untuk menggerakkan kompresor.

Gambar 3.13 Motor listrik 3 HP

j. Pressure gauge Pressure gauge ini untuk mengetahui tekanan pada kompresor, kondensor, dan evaporator.

Gambar 3.14 Pressure gauge

k. Fan Fan ini digunakan untuk mengalirkan udara dalam unit desalinasi. Pada penelitian ini digunakan fan tipe aksial.

commit to user



Gambar 3.15 Fan axial

l. Pompa sentrifugal Pompa sentrifugal digunakan untuk memompa air laut dari bak penampung air laut menuju ke sprinkler melalui selang penghubung. Pompa ini sekaligus memberikan tekanan penyemprotan dari sprinkler.

Gambar 3.16 Pompa sentrifugal

Tabel 3.2 Spesifikasi pompa MOSWELL Model 125C

Voltase / Frekuensi

220V / 50Hz

Output

100W

Total Head

31 m

Max. Capacity

34 L/m

Max. Suction Head

9m

Size

1” x 1”

m. Rotameter air Rotameter digunakan untuk mengukur debit dari aliran air laut. Rotameter diletakkan antara pompa air laut dengan sprinkler sehingga debit air laut yang masuk ke dalam unit dapat diatur.

commit to user



Gambar 3.17 Rotameter air laut

n. Flowmeter refrigeran Flowmeter digunakan untuk mengukur debit dari aliran refrigeran. Flowmeter diletakkan di antara receiver dan katup ekspansi dengan tujuan agar refrigeran yang mengalir adalah dalam fase cair jenuh. Data yang diperoleh harus dikalibrasi dengan Flowmeter Calibration Data, yang tercantum dalam lampiran. Flowmeter yang digunakan adalah Variable Area Glass Flowmeter Dwyer tipe VA20440 dengan spesifikasi: • • • • • • • • • • •

Service Flowtube Floats End fittings O-rings Connections Temperature limits Accuracy Repeatability Mounting

: Compatible gases or liquid : Borosilicate glass : Stainless steeel : Anodized Alumunium : Fluoroelastomer : Two 1/8 ” female NPT : 121 oC : + 2% : + 0,25% full scale : vertical

Gambar 3.18 Flowmeter refrigeran

o. Pemanas udara Pemanas udara digunakan untuk menjaga temperatur udara dalam saluran (duct) konstan yang terhubung dengan kontaktor.

commit to user



Gambar 3.19 Pemanas udara

p. Termokopel Termokopel ini digunakan untuk mengukur temperatur refrigeran di dalam sistem refrigerasi. Termokopel yang digunakan dalam penelitian ini adalah termokopel tipe T dengan paduan dari copper dan constantan dengan range temperatur pengukurannya -200 0C sampai 350 0C. Termokopel ini memiliki ketelitian sampai + 0,03 0C dengan sensitifitas ∼43 µV/0C dan diameter 1 mm.

Gambar 3.20 Termokopel tipe T

Gambar 3.21 Pemasangan termokopel tipe T pada pipa

q Display termokopel/thermocouple reader Alat ini digunakan untuk menunjukkan temperatur yang diukur oleh sensor termokopel.

commit to user



Gambar 3.22 Display termokopel

r. Thermostat Thermostat digunakan untuk mengatur temperatur air laut (feed water) yang masuk ke humidifier dan menjaganya dalam kondisi konstan.

Gambar 3.23 Thermostat

s. Relay atau kontaktor Relay atau kontaktor dihubungkan ke thermocouple reader untuk memutus arus pada pemanas air elektrik.

Gambar 3.24 Relay atau kontaktor

t. Termometer Termometer yang digunakan dalam penelitian ini adalah termometer digital untuk mengukur temperatur ruangan.

commit to user



Gambar 3.225 Termometter digital

u u.Termomet ter bola basaah Term mometer bola basah dallam penelitiaan ini digunnakan untuk k membaca t temperatur b basah udara di dalam bola m duct.

Gambar 3.266 Termometerr bola basah

v v.Power Su upply Switchhing Circuit Digun nakan sebagaai pensuplaii arus listrikk ke unit deesalinasi dim mana input t tegangan 22 20 V – 240 V, V output teegangan dan arus yang ddihasilkan 12 – 13.8V, 10A DC – 50A DC. Pada penellitian ini Sw witching Ciircuit yang digunakan b berjumlah 2 buah dengaan output aruus 40A DC dan d 22A DC..

Gam mbar 3.27 Pow wer supply sw witching circuuit

commit to user



w. Timbangan digital (digital scale) Timbangan digital ini digunakan untuk menimbang massa dari air tawar yang telah dihasilkan dan massa refrigeran.

Gambar 3.28. Timbangan digital

x. Stopwatch Stopwatch digunakan untuk mengetahui berapa lamanya waktu yang diperlukan unit desalinasi dalam menghasilkan air tawar (fresh water).

Gambar 3.29 Stopwatch

y. Gelas Ukur Gelas ukur digunakan untuk menampung jumlah air tawar (fresh water) yang dihasilkan oleh unit desalinasi pada selang waktu tertentu.

Gambar 3.30 Gelas ukur

commit to user



z. Pemanas air elektrik (Electric Water Heater) Pemanas ini digunakan untuk memanaskan air laut dalam bak penampung. Pemanas yang digunakan berjumlah 7 buah dengan daya 1000 W dan 500 W.

Gambar 3.31 Pemanas air elektrik (electric water heater)

aa. Bak penampung air laut Digunakan untuk menampung air laut.

Gambar 3.32 Bak penampung air laut

bb. Bak penampung air tawar (fresh water) Digunakan untuk menampung air tawar (fresh water) yang telah dihasilkan kemudian dialirkan ke gelas ukur.

Gambar 3.33 Bak penampung air tawar (fresh water)

commit to user



3.4 Peralatan pendukung dalam unit desalinasi a. Manifold gauge, untuk mengetahui tekanan dan mengatur refrigeran saat recharghing. b. Flaring dan sweaging, untuk memperbesar diameter pipa. c. Leak detector, untuk mengetahui terjadinya kebocoran pada pipa. d. Selang refrigeran, sebagai jalan masuknya refrigeran ke dalam sistem. e. Pembengkok pipa untuk membengkokkan pipa. f. Kunci pas, kunci Inggris, dan obeng untuk membuka dan mengunci nut pipa, mur baut, dan sekrup. g. Tube cutter, untuk memotong pipa. h. Filler, gas las dan pemantik digunakan dalam mem-brazing pipa. i. Soldier dan tenol digunakan untuk menyoldier kabel yang akan disambung dan panel listrik. j. Saklar listrik digunakan sebagai pemutus dan penyambung arus. k. Bor digunakan untuk melubangi aklirik dan kayu. l. Mini drill digunakan untuk melubangi pipa yang akan dipasangkan termokopel. m. Gerinda untuk memotong besi yang digunakan sebagai rangka dan menghaluskan kayu yang telah selesai dilakukan pengerjaan. n. Pompa vakum Pompa vakum digunakan untuk mengosongkan refrigeran dari sistem sehingga dapat menghilangkan gas-gas yang tidak terkondensasi seperti udara dan uap air. Uap yang berlebihan pada sistem dapat memperpendek umur operasi filter-dryer dan penyumbatan khususnya pada bagian sisi tekanan rendah seperti katup ekspansi. Untuk hasil yang baik vakum sistem hingga tekanan berada dibawah 500 mikron Hg (Training Manual, 2004). o. Lem silikon untuk menutup bagian-bagian kecil untuk mencegah terjadinya kebocoran. p. Klem digunakan untuk mengencangkan selang untuk mencegah terjadinya kebocoran.

commit to user



(a)

(f)

(b)

(g)

(c)

(h)

(e)

(i)

commit to user



(j)

(m)

(k)

(n)

(l)

(o)

(p)

commit to user



3.5 Prosedur Penelitian Prosedur yang dilakukan dalam pengambilan data penelitian berdasarkan variasi temperatur air laut (feed water) yang masuk ke unit desalinasi adalah sebagai berikut :

3.5.1 Tahap Persiapan Mempersiapkan dan memasang seluruh alat yang digunakan dalam pengujian, seperti : pompa sentrifugal, thermostat dan kontaktor beserta termokopel, pemanas listrik, pemanas udara, fan, dan sistem pompa kalor serta alat pendukung lainnya.

3.5.2 Tahap Pengujian 1. Sebelum refrigeran masuk ke sistem, sistem harus divakum terlebih dahulu. Kemudian didiamkan kurang lebih 10 menit untuk memastikan apakah sistem mengalami kebocoran. Apabila tekanan pada pressure gauge naik maka dipastikan bahwa sistem terdapat kebocoran sehingga perlu tindakan untuk mengatasinya. 2. Mengisi refrigeran ke dalam sistem sampai tekanan tertentu dan mencatat berapa massa refrigeran yang telah dimasukkan ke dalam sistem. 3. Menghidupkan semua fan. 4. Menghidupkan power supply switching dan menjalankan sistem pompa kalor. 5. Menghidupkan pompa sentrifugal untuk mengalirkan air laut (feed water) ke sistem. 6. Mengatur debit air laut sebesar 300 L/jam pada rotameter. 7. Mengatur temperatur udara dalam saluran dengan pemanas udara sampai pada 300C. 8. Data diambil setelah 10 menit pertama dengan tujuan untuk menstabilkan temperatur air laut di bak penampung air laut yang akan masuk ke unit desalinasi. 9. Mencatat seluruh data temperatur, tekanan, laju aliran massa refrigeran, dan produksi air tawar setiap 20 menit selama 180 menit.

commit to user



10. Data yang diperoleh sebanyak 9 kali untuk setiap variasi temperatur air laut (feed water). 11. Sistem harus dikondisikan seperti semula atau distabilkan terlebih dahulu untuk sesi pengujian yang lain. 12. Percobaan diulangi untuk variasi temperatur air laut (feed water) sebesar 300C. 13. Mengulangi langkah (3) – (11). 14. Percobaan diulangi untuk variasi temperatur air laut (feed water) sebesar 450C. 15. Mengulangi langkah (3) – (11). 16. Percobaan diulangi untuk variasi temperatur air laut (feed water) sebesar 600C. 17. Mengulangi langkah (3) – (11). 18. Setelah selesai melakukan percobaan mematikan pemanas listrik,pemanas udara, pompa air, semua fan, kompresor, motor listrik, kemudian power supply switching.

3.6 Analisa Data Dari data yang diperoleh, selanjutnya dapat dilakukan analisis data yaitu dengan melakukan perhitungan terhadap:

Besarnya debit aliran refrigeran

Besarnya nilai COPHP pada sistem pompa kalor

Besarnya penambahan kadar uap total Berdasarkan data hasil pengujian, yaitu besarnya tekanan suction dan

discharge pada kompresor, kondensor, dan evaporator; temperatur refrigeran yang masuk dan keluar pada evaporator, temperatur refrigeran yang masuk dan keluar pada kondensor, temperatur sebelum dan sesudah humidifier, temperatur sebelum dan sesudah dehumidifier sehingga dapat diketahui sifat – sifat refrigeran dan efisiensi dari setiap komponennya. Setelah sifat – sifat dari refrigeran diketahui maka selanjutnya dapat dilakukan perhitungan dan analisis. Dari perhitungan tersebut dapat dibuat grafik – grafik hubungan temperatur air laut (feed water)

commit to user



dengan produksi air tawar (fresh water) dan waktu, temperatur air laut (feed water) terhadap nilai COP dengan waktu.

commit to user



3.7 Diagram Alir Penelitian Mulai

Persiapan Desalinasi air laut berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi

Variasi Temperatur preheating feed water (air laut)

Pengambilan data Temperatur dan tekanan refrigeran Temperatur humidifier dan dehumidifier Produksi air tawar (fresh water) Laju aliran massa refrigeran

Analisa data Coefficient of Performance Aktual (COPRactual) Penambahan kadar uap total Debit aliran refrigeran Volume air tawar yang dihasilkan

Hasil analisa data : Pengaruh temperatur air laut (feed water) terhadap unjuk kerja unit desalinasi dengan humidifer dan dehumidifier

Kesimpulan

Selesai

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB IV DATA DAN ANALISIS Pada bab ini akan dianalisis mengenai pengaruh temperatur air laut terhadap unjuk kerja unit desalinasi air laut berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. Pengujian dilakukan dengan variasi temperatur air laut sebesar 28oC, 30oC, 45oC, dan 60oC. Data yang diperoleh dalam pengujian ini, yaitu: tekanan, temperatur, laju aliran massa refrigeran, dan produksi air tawar yang dihasilkan. Unit desalinasi dijalankan selama 180 menit untuk setiap variasi pengujian dan setiap 20 menit untuk pengambilan data.

4.1. Data Penelitian Pengujian

dilakukan

di

Laboratorium

Perpindahan

Panas

dan

Thermodinamika Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dari hasil pengamatan temperatur dan tekanan saat pengujian dengan variasi temperatur laut 600C dan pada menit ke-60 sebagai berikut:

Gambar. 4.1 Data temperatur dan tekanan menit ke-60 variasi temperatur air laut 600C

commit to user 51



Selanjutnya untuk data temperatur dan tekanan variasi lainnya tercantum dalam lampiran. Data pengujian air sebelum dan sesudah proses desalinasi seperti terlihat pada tabel 4.1 dan tabel 4.2. Tabel 4.1. Hasil pengujian kadar garam air laut sebelum proses desalinasi No

Parameter

1

Kadar NaCl

Satuan

Hasil Analisis

Metode

ppm

31.342

SNI 06-6989. 19-2004

Tabel 4.2. Hasil pengujian salinitas air tawar setelah proses desalinasi No

Parameter

Satuan Hasil Analisis

1

Salinitas

ppm

715

Metode SNI 6989.6-2009

4.1.1. Data produksi air tawar untuk seluruh variasi temperatur Dari hasil pengamatan produksi air tawar yang dihasilkan maka akan didapatkan hasil seperti pada tabel 4.3 dibawah ini. Tabel 4.3 Produksi air tawar untuk seluruh variasi Waktu

Akumulasi produksi air tawar (ml)

(menit)

28°C

30°C

45°C

60°C

20

120

160

400

600

40

240

300

820

1100

60

360

460

1.100

1.600

80

490

600

1.500

2.200

100

600

870

1.900

2.700

120

720

1.000

2.280

3.180

140

840

1.220

2.620

3.790

160

960

1.420

3.020

4.300

180

1.120

1.630

3.540

4.820

commit to user



4.1.2. Proses humidifikasi dan dehumidifikasi yang terjadi pada unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi Proses humidifikasi dan dehumidifikasi yang terjadi pada unit desalinasi berbasis pompa kalor menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi pada menit ke-60 variasi temperatur air laut 60°C dapat dilihat pada diagram psikrometrik seperti pada gambar 4.2 dibawah ini. Proses humidifikasi dan dehumidifikasi untuk keseluruhan variasi temperatur air laut dapat dilihat pada diagram psikrometrik seperti pada gambar 4.3.

Gambar 4.2 Diagram psikrometrik proses humidifikasi dan dehumidifikasi pada menit ke-60 dengan variasi temperatur air 600C

commit to user



Gambar 4.3 diagram psikrometrik untuk keseluruhan variasi temperatur air laut Temperatur 600C menit ke 60 Temperatur 450C menit ke 60 Temperatur 300C menit ke 60 Temperatur 280C menit ke 60 Tabel 4.4 Data proses humidifikasi dan dehumidifikasi pada menit ke-60 dan variasi temperatur 600C

Sebelum humidifier Setelah humidifier Setelah dehumidifier

Tdb (oC)

Twb (oC)

w (g/kg)

h (kJ/kg)

v (m3/kg)

RH (%)

30,2

23,4

15,3919

69,7145

0,8804

56,7204

38,4

34

32,7208

122,7319

0,9288

74,3777

25,5

22,2

15,5569

65,2725

0,867

75,408

Selanjutnya untuk data kelembaban relatif, entalpi, rasio kelembaban dan volume spesifik variasi 28oC, 30oC, dan 45oC dapat dilihat dalam lampiran.

commit to user



4.1.3. Perhitungan massa air tawar yang dihasilkan Sesuai dengan persamaan 2. 18, maka : (

) dt

-

dimana: = massa air tawar yang dihasilkan selama proses (kg) = laju aliran massa udara (kg/s) = rasio kelembaban udara setelah melewati evaporator (kg/kg) = rasio kelembaban udara sebelum melewati evaporator (kg/kg) = periode (jam/hari)

Data pengujian menit ke 60 variasi temperatur air 60 °C •

•

•

•

Sebelum humidifier Tdb = 30,2ºC

w1 = 15,3919 g/kg

Twb = 23,4ºC

ρ1 = 1,1358 kg/

Sesudah humidifier / sebelum dehumidifier Tdb = 38,4ºC

w2 = wi = 32,7208 g/kg

Twb = 34 ºC

ρ2 = 1,0767 kg/

Sesudah dehumidifier Tdb = 25,5 ºC

w3 = 15,5569 g/kg

Twb = 22,2 ºC

ρ3 = 1,1534 kg/

Kecepatan udara dalam duct V= 0,1461 m/s

•

Luas penampang duct A= 0, 156

•

Densitas air laut ρ = 1.005,939 kg/

1. Menghitung laju aliran massa udara dalam duct •

Sebelum humidifier = ρ1.V.A = 1,1358 kg/

× 0, 1461 m/s × 0,156

= 0,025886 kg/s •

Sesudah humidifier / sebelum dehumidifier

commit to user



= ρ2.V.A = 1,0767 kg/

× 0, 1461 m/s × 0,156

= 0,024537 kg/s •

Sesudah dehumidifier = ρ3.V.A = 1,1534 kg/

× 0, 1461 m/s × 0,156

= 0,026286 kg/s 2. Menghitung massa uap total •

Penambahan massa uap total sesudah humidifier Sesuai dengan persamaan 2.9 Δ

(kg/s)

=

= 0,025886 kg/s × (32,7208 – 15,3919) g/kg = 0,0004486 kg/s •

Pengurangan massa uap total sesudah dehumidifier Δ

(kg/s)

=

= 0,024537 kg/s × (32,7208 – 15,5569) g/kg = 0,0004212 kg/s 3. Menghitung massa air tawar yang dihasilkan Sesuai dengan persamaan 2. 18, maka

= =

(

-

) dt

(

-

) dt

0,024537 kg/s × (32,7208 – 15,5569) g/kg dt

= 0,024537 kg/s × (0,0327208 – 0,0155569) kg/kg × 60 x 60 = 1,51616 kg

V

=

=

1,51616 kg

= 1,5162 x 10-3 m3 = 1.516,16 ml

commit to user



Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel hasil perhitungan laju aliran massa udara, volume air tawar yang dihasilkan, penambahan massa uap total dan pengurangan massa uap total secara keseluruhan untuk variasi temperatur air laut 60oC sebagai berikut : Tabel 4.5. Hasil perhitungan laju aliran massa udara, penambahan massa uap total, pengurangan massa uap total dan volume air tawar yang dihasilkan pada variasi temperatur air 60°C Waktu (menit)

(m/s)

(m/s)

∆W1 (kg/s)

∆W2 (kg/s)

V (ml)

20

0,025898 0,024548

0,0004666

0,0004343

521,1324

40

0,025892 0,024532

0,0004729

0,0004354

1.044,9712

60

0,025886 0,024537

0,0004486

0,0004212

1.516,1629

80

0,025904 0,024516

0,0004763

0,0004438

2.130,2044

100

0,025886 0,024516

0,0004741

0,0004402

2.641,0440

120

0,025892 0,024516

0,0004732

0,0004345

3.128,1950

140

0,025904 0,024593

0,0004882

0,0004489

3.771,0779

160

0,025892 0,024516

0,0004732

0,0004428

4.250,5004

180

0,025898 0,024524

0,0004784

0,0004440

4.794,0105

Selanjutnya untuk tiap variasi temperatur air 28oC, 30°C, dan 45°C tercantum di lampiran. Berikut data hasil perhitungan volume air tawar yang dihasilkan, penambahan massa uap total dan pengurangan massa uap total secara keseluruhan dapat dilihat pada tabel 4.6 – 4.8 di bawah ini. Tabel 4.6. Hasil perhitungan volume air tawar yang dihasilkan untuk seluruh variasi temperatur air laut. Waktu (menit) 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Volume air tawar yang dihasilkan (ml) 28°C 30°C 45°C 60°C 115,4948 170,8705 371,7641 521,1324 241,0968 356,5818 777,5907 1.044,9712 337,4241 542,8844 1.079,4656 1.516,1629 387,9292 688,4353 1.470,7165 2.130,2044 568,4829 911,8591 1.838,3956 2.641,0440 658,5871 1.085,9761 2.206,7968 3.128,1950 733,1010 1.283,7425 2.582,6014 3.771,0779 1047,6370 1.478,4832 2.930,0380 4.250,5004 1.031,7929 1.674,3759 3.498,7358 4.794,0105

commit to user



Tabel 4.7. Hasil perhitungan penambahan massa uap total untuk seluruh variasi temperatur air laut Waktu (menit) 20 40 60 80 100 120 140 160 180

Penambahan massa uap air total (kg/s) 28°C 30°C 45°C 60°C -5 -5 -5 8,07 x10 11,6 x10 30,9 x10 46,7 x10-5 -5 -5 -5 8,75 x10 10,9 x10 31,7 x10 47,3 x10-5 7,74 x10-5 11,6 x10-5 30,6 x10-5 44,9 x10-5 6,08 x10-5 11,1 x10-5 30,7 x10-5 47,6 x10-5 7,78 x10-5 10,9 x10-5 31,0 x10-5 47,4 x10-5 7,16 x10-5 12,0 x10-5 30,1 x10-5 47,3 x10-5 -5 -5 -5 7,56 x10 12,2 x10 30,0 x10 48,8 x10-5 8,61 x10-5 12,0 x10-5 29,8 x10-5 47,3 x10-5 7,33 x10-5 12,4 x10-5 31,8 x10-5 47,8 x10-5

Tabel 4.8. Hasil perhitungan pengurangan massa uap total untuk seluruh variasi temperatur air laut Waktu (menit)

Pengurangan massa uap air total (kg/s) 28°C

30°C -5

45°C -5

60°C -5

20

9,62 x10

14,2 x10

31,0 x10

43,4 x10-5

40

1,00 x10-4

14,9 x10-5

32,4 x10-5

43,5 x10-5

60

9,37 x10-5

15,1 x10-5

29,9 x10-5

42,1 x10-5

80

8,08 x10-5

14,3 x10-5

30,6 x10-5

44,4 x10-5

100

9,47 x10-5

15,2 x10-5

30,6 x10-5

44,0 x10-5

120

9,15 x10-5

15,1 x10-5

30,6 x10-5

43,4 x10-5

140

8,73 x10-5

15,3 x10-5

30,7 x10-5

44,9 x10-5

160

1,09 x10-4

15,4 x10-5

30,5 x10-5

44,3 x10-5

180

9,55 x10-5

15,5 x10-5

32,4 x10-5

44,4 x10-5

4.1.4. Perhitungan COP secara aktual. Pada siklus aktual terjadi perbedaan bila dibandingkan dengan siklus ideal, antara lain: 1. Terjadi penurunan tekanan di sepanjang pipa kondensor dan evaporator. 2. Adanya proses pembawah dingin (sub-cooling) cairan yang meninggalkan kondensor sebelum memasuki alat ekspansi. 3. Pemanasan lanjut uap (superheating) yang meninggalkan evaporator sebelum memasuki kompresor.

commit to user



4. Terjadi kenaikan entropi pada saat proses kompresi (kompresi tak isentropik) dan terdapat ketidakefisienan yang disebabkan oleh gesekan dan kerugiankerugian lain. 5. Proses ekspansi berlangsung non-adiabatik. Skema siklus aktual:

Gambar 4.4 Diagram p- h siklus aktual

Contoh perhitungan. 1. Menghitung COPaktual. Sesuai dengan persamaan (2.2), maka: COPaktual = dimana: h1

= Entalpi refrigeran keluar evaporator (kJ/kg)

h2a

= Entalpi refrigeran masuk kondensor (kJ/kg)

h3

= Entalpi refrigeran keluar kondensor (kJ/kg)

Data pengujian menit ke-60 dengan variasi temperatur air laut 60oC Titik 1. (Kondisi uap panas lanjut keluar evaporator) T1 = 27,4 ºC

h1 = 271,65 kJ/kg

P1 = 0,3289 MPa Titik 2a. (Kondisi uap panas lanjut masuk kondensor) T2 = 86,3 ºC

h2a = 311,58kJ/kg

P2 = 1,5838 MPa Titik 3. (Kondisi cairan bawah dingin keluar kondensor ) T3 = 48,2 ºC

h3 = 118,65 kJ/kg

commit to user



P3 = 1,30795 MPa Titik 4. (Kondisi campuran uap dan cairan masuk evaporator ) P4= 0,4116 MPa

x = 0,2930 kJ/kg

h4 = h3 = 118,65 kJ/kg

COPaktual

2

3

2

1

311,58 118,65 311,58 271,65

4,8317

Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel COPaktual secara keseluruhan untuk variasi temperatur air laut 60oC sebagai berikut: Tabel 4.9. COPaktual untuk variasi temperatur air laut 60oC Waktu (menit) 20 40 60 80 100 120 140 160 180

h1 273,98 273,04 271,65 271,15 270,97 270,81 270,78 271,06 270,87

Entalpi (kJ/kg) h2a h3 313,36 121,76 311,94 118,04 311,58 118,65 310,77 118,19 311,56 118,04 311,06 117,88 310,82 117,26 310,49 117,63 310,82 117,57

h4 121,76 118,04 118,65 118,19 118,04 117,88 117,26 117,63 117,57

h2a-h1 (kJ/kg)

h2a-h3 (kJ/kg)

COP aktual

39,38 38,90 39,93 39,62 40,59 40,25 40,04 39,43 39,95

191,60 193,90 192,93 192,58 193,52 193,18 193,56 192,86 193,25

4,8654 4,9846 4,8317 4,8607 4,7677 4,7995 4,8342 4,8912 4,8373

Selanjutnya untuk tiap variasi temperatur air laut 28oC, 30oC, dan 45oC tercantum di lampiran. Berikut data COPaktual secara keseluruhan dapat dilihat pada tabel 4.10 di bawah ini: Tabel 4.10. COPaktual seluruh variasi temperatur air laut COP aktual

Waktu (menit)

o

28 C

30°C

45°C

60°C

20

5,3225

5,1606

5,0981

4,8654

40

5,4437

5,1236

5,0797

4,9846

60

5,3547

5,1559

5,1042

4,8317

80

5,3899

5,1256

5,0247

4,8607

100

5,3333

5,2148

5,1057

4,7677

120

5,4937

5,2295

5,1551

4,7995

140

5,4677

5,2136

5,0156

4,8342

160

5,4984

5,2417

5,0464

4,8912

180

5,4672

5,2098

5,0794

4,8373

commit to user



2. Menghitung laju aliran massa refrigeran aktual (

ref

)

Sesuai dengan persamaan 2.3 maka: = ρ . Q (kg/s) dimana: ρ

= Densitas refrigeran (kg/m3)

Q

= Debit refrigeran (m3/s)

Data pengujian menit ke-60 dengan variasi temperatur air laut 60oC Dari kondisi cairan sub-cooled yang melewati flowmeter diperoleh: Debit, Q = 0,000006952 m3/s T = 45,8oC

ρ = 1.122 kg/m3

P = 1,2045 MPa Sehingga : ref

= ρ .Q = 1.122 kg/m3 x 0,000006952 m3/s = 0,0078 kg/s

Analogi dengan perhitungan di atas, maka diperoleh tabel

secara

keseluruhan untuk variasi temperatur air laut 60oC sebagai berikut: Tabel 4.11. Waktu (menit) 20 40 60 80 100 120 140 160 180

P (MPa) 0,1013 0,1013 0,1013 0,1013 0,1013 0,1013 0,1013 0,1013 0,1013

untuk variasi temperatur air laut 60oC T (oC) 48,2 45,6 45,8 45,8 45,6 45,7 45,6 45,6 45,6

ρ (kg/m3) 1.112 1.123 1.122 1.122 1.123 1.123 1.123 1.123 1.123

Q (m3/s) 6,1151 x 10-6 6,7676 x 10-6 6,9519 x 10-6 7,2193 x 10-6 7,0347 x 10-6 7,3909 x 10-6 7,6581 x 10-6 7,6581 x 10-6 7,6581 x 10-6

mref (kg/s) 0,0068 0,0076 0,0078 0,0081 0,0079 0,0083 0,0086 0,0086 0,0086

Selanjutnya untuk tiap variasi temperatur air laut 28oC, 30oC, dan 45oC

tercantum di lampiran dan data secara keseluruhan dapat dilihat pada tabel 4.12 di bawah ini:

commit to user



Tabel 4.12.

untuk seluruh variasi temperatur air laut (kg/s)

Waktu (menit)

o

28 C

30°C

45°C

60°C

20

0,0042

0,0048

0,0055

0,0068

40

0,0042

0,0046

0,0056

0,0076

60

0,0044

0,0048

0,0055

0,0078

80

0,0042

0,0046

0,0055

0,0081

100

0,0041

0,0048

0,0058

0,0079

120

0,0039

0,0048

0,0058

0,0083

140

0,0040

0,0050

0,0058

0,0086

160

0,0042

0,0050

0,0055

0,0086

180

0,0042

0,0048

0,0061

0,0086

4.2. Analisis data. 4.2.1. Pengaruh variasi temperatur air laut terhadap produksi air tawar yang dihasilkan Gambar 4.5. menunjukkan grafik air tawar yang dihasilkan terhadap waktu dengan variasi temperatur air laut. Dimana nilai akumulasi air tawar yang dihasilkan ditempatkan sebagai sebuah fungsi dari waktu dan variasi temperatur air laut. Di sini kompresor dioperasikan pada putaran dan temperatur lingkungan yang konstan. Dari gambar 4.5 dapat dilihat bahwa jumlah air tawar yang dihasilkan meningkat terhadap waktu dan temperatur air laut. Hal ini dikarenakan rasio kelembaban (w) dari temperatur air laut 28oC sampai 60oC semakin meningkat setelah melalui proses humidifikasi di dalam humidifier, sehingga kadar uap air yang dibawa udara untuk proses pengembunan semakin banyak. Dengan meningkatnya rasio kelembaban maka penambahan massa uap air total semakin tinggi pula, yang kemudian dikondensasi untuk menjadi air tawar juga semakin banyak.

commit to user



5500 5000

28°C 30°C 45°C 60°C

Akumulasi Produksi Air Tawar (ml)

4500 4000 3500 3000 2500 2000 1500 1000 500 0 20

40

60

80

100 120 140 160 180

Waktu (menit)

penambahan massa uap air total (kg/s)

Gambar 4.5 Grafik produksi air tawar terhadap waktu dan variasi temperatur air laut 6.00E‐04 5.00E‐04 4.00E‐04 3.00E‐04 2.00E‐04 1.00E‐04

28°C

30°C

45°C

60°C

0.00E+00 20 40 60 80 100 120 140 160 180 waktu (menit)

Gambar 4.6 Grafik penambahan massa uap air total terhadap waktu dan variasi temperatur air laut

4.2.2. Pengaruh variasi temperatur air laut terhadap COPaktual Gambar 4.7 menunjukkan grafik COPaktual terhadap waktu dengan variasi temperatur air laut. Pada gambar 4.7 terlihat bahwa COPaktual mengalami penurunan terhadap temperatur air laut dari 28oC – 60oC. Hal ini terjadi karena dengan bertambahnya temperatur air laut yang masuk ke unit desalinasi, maka kerja kompresor semakin tinggi. Dimana nilai dari COP berbanding terbalik dengan kerja dari kompresor seperti pada rumus (2.1). Ini menyebabkan ∆h antara masuk dan keluar kompresor semakin tinggi, seperti terlihat pada gambar 4.8.

commit to user



COP aktual

6 5 4

28°C

30°C

45°C

60°C

3 20

40

60

80 100 120 140 160 180 Waktu (menit)

Δh komp (kJ/kg)

Gambar 4.7 Grafik nilai COPaktual terhadap waktu dan temperatur air laut 50 40 30 20

28°C

30°C

10

45°C

60°C

0 20

40

60

80

100 120 140 160 180

waktu (menit)

Gambar 4.8. Grafik hubungan kerja kompresor terhadap waktu dan temperatur air laut

4.2.3. Pengaruh variasi temperatur air laut terhadap laju aliran massa refrigeran (

)

Gambar 4.9 menunjukkan grafik laju aliran massa refrigeran (

) terhadap

waktu dan temperatur air laut. Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa laju aliran massa refrigeran meningkat terhadap waktu dan temperatur air laut, hal tersebut dikarenakan beban pendinginan yang diterima evaporator untuk variasi temperatur air laut semakin tinggi, sehingga laju aliran massa refrigeran yang dialirkan ke evaporator akan semakin banyak. Gambar 4.10 menunjukkan beban pendinginan untuk seluruh variasi temperatur air laut.

commit to user



0.01

m.ref (kg/s)

0.008 0.006 0.004 0.002 0 20

28°C

30°C

45°C

60°C

40

60

80

100 120 140 160 180

waktu (menit)

beban pendinginan (watt)

Gambar 4.9 Grafik

terhadap waktu dan temperatur air laut

1400 1200 1000 800 600 400

28°C

30°C

200

45°C

60°C

0 20

40

60

80 100 120 140 160 180

waktu (menit)

Gambar 4.10 Grafik hubungan beban pendinginan terhadap waktu dan temperatur air laut

4.2.4. Air tawar hasil proses desalinasi Seperti yang terlihat pada tabel 4.2, air tawar hasil proses desalinasi ini memiliki nilai salinitas 715 ppm. Ini berarti bahwa air tawar yang dihasilkan dari proses desalinasi ini telah memenuhi standar air yang dapat digunakan untuk air minum, kebutuhan rumah tangga (memasak, mencuci, berkebun, dll) dan beberapa keperluan industri (El-Dessouky. H T. dan Hisham M. Ettouney, 2002). Berikut ini adalah klasifikasi dari beberapa jenis air berdasarkan tujuan penggunaanya.

commit to user



Tabel 4.13. Klasifikasi dari beberapa jenis air berdasarkan tujuan penggunaannya.

No

Salinitas air (ppm)

Kegunaan

1

5 – 1.000

Air minum, kebutuhan rumah tangga (memasak, mencuci, berkebun, dll) dan beberapa keperluan industri.

2

1.000 – 3.000

Irigasi dan pendingin dalam industri

commit to user


digilib.uns.ac.id

BAB V PENUTUP

5.1. Kesimpulan Berdasarkan analisis data dan pembahasan, dapat diambil kesimpulan sebagai berikut: 1.

Produksi air tawar yang dihasilkan unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan humidifikasi dan dehumidifikasi meningkat sebanding dengan waktu dan temperatur air laut yang masuk ke unit desalinasi

2.

Unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi dengan menggunakan HFC-134a memiliki nilai COPaktual diantara 4,7677 – 5,4984.

3.

Akumulasi produksi air tawar yang dihasilkan meningkat seiring dengan meningkatnya temperatur air laut, pada pengujian selama 180 menit diperoleh hasil sebagai berikut : 1.120 ml, 1.350 ml, 3.540 ml, dan 4.820 ml berturutturut untuk temperatur air laut 28oC, 30oC, 45oC dan 60oC.

5.2.Saran Berdasarkan

pengalaman

yang

diperoleh

dari

penelitian

ini,

direkomendasikan beberapa saran sebagai berikut: 1. Perlu adanya pengembangan penelitian mengenai pengaruh putaran kompresor terhadap unjuk kerja unit desalinasi dan produktivitas air tawar yang dihasilkan. 2. Perlu adanya pengembangan penelitian mengenai pengaruh putaran fan terhadap produktivitas air tawar yang dihasilkan.

commit to user 67



DAFTAR PUSTAKA

Amer, E.H, H. Kotb, G.H Mostafa, and A.R El-Ghalban, 2009, Theoritical and Experimental

Investigation

of

Humidification-Dehumidification

Desalination Unit, Desalination, Vol.249, pp. 949 – 959. Ari Darmawan., Nathanael P. Tandian., Willy Adriansyah., 2004, Training Manual, Institut Teknologi Bandung, Jakarta. Dai, Y.J and H.F Zhang, 2000, Experimental Investigation of a Solar Desalination Unit with Humidification and Dehumidification, Desalination, Vol.130, pp. 169-175. El-Dessouky H.T and H.M Ettouney, 2002, Fundamental of Salt Water Desalination, 1st edition, Elsevier Science B.V, Amsterdam Gao Penghui, Lixi Zhang, and Hefei Zhang, 2008, Performance Analysis of a New Type Desalination Unit of Heat Pump with Humidification and Dehumidification, Desalination, Vol.220, pp. 531-537. Gleick, P.H, 1996, Water Resources. In Encyclopedia of Climate and Weather, Distribution of Earth’s Water, Vol.2, pp. 817 – 823. Orfi, J, N. Galanis, and M. Laplante, 2007, Air Humidification –Dehumidification for a Water Desalination System Using Solar Energy, Desalination, Vol.203, pp. 471-481. Yuan Guofeng, Lixi Zhang, and Hefei Zhang, 2005, Experimental Research of an Integrative Unit for Air-Conditioning and Desalination, Desalination, Vol. 182, pp. 511-516.

commit to user

JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET SURAKARTA 2011

Recommend Documents