Post on 16-Mar-2019
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PENGARUH LAJU ALIRAN VOLUMETRIK AIR LAUT 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 :
SEPTIAN NUGRAHA NIM. I0406051
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2010
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PENGARUH LAJU ALIRAN VOLUMETRIK AIR LAUT
TERHADAP UNJUK KERJA UNIT DESALINASI BERBASIS
POMPA KALOR DENGAN MENGGUNAKAN PROSES
HUMIDIFIKASI DAN DEHUMIDIFIKASI
Disusun oleh :
Septian Nugraha NIM. I0406051
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Tri Istanto, ST., MT Wibawa Endra J., ST., MT NIP. 197308202000121001 NIP. 197009112000031001 Telah dipertahankan di hadapan Tim Dosen Penguji pada hari Jumat tanggal 17 Desember 2010 1. Eko Prasetyo B., ST.,MT …………………………
NIP. 197109261999031002 2. Muhammad Nizam., ST.,MT., Ph D. .......................................
NIP.197007201999031001
3. Rendhy Adhi Rachmanto., ST, MT ………………………... NIP. 197101192000031001
Mengetahui:
Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir
Dody Ariawan, ST, MT Wahyu Purwo Raharjo, ST., MT
NIP . 197308041999031001 NIP. 197202292000121001
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
PERSEMBAHAN
Kepada mereka yang telah berjasa dalam kehidupanku, kepada mereka
aku persembahkan hasil keringat dan kerja kerasku ini yaitu sebuah
skripsi yang akan menjadi karya terbesarku selama menempuh jenjang
pendidikan S-1 . Mereka adalah :
1. Allah SWT dan Nabi Besar Muhammad SAW.
2. Bapak Koesmartanto dan Ibu Djudjuk Andarwati tercinta, karena
beliaulah penulis terlahir di dunia dengan segala kelebihan dan
kekurangannya, terima kasih atas segala kasih sayang yang engkau
curahkan dan doa yang selalu engkau panjatkan serta restu yang
selalu engkau berikan untukku.
3. Adik - Adikku tersayang ( Okky Dwi Cahya Kusuma dan Noval
Putranto ) kalian adalah adik – adik yang aku banggakan.
4. My love, Dina Permatasari. You are my “ everything “.
5. Semua orang yang dekat dan kenal dengan penulis (mereka yang
pernah bersama memberi pengalaman yang berarti dalam kehidupan
penulis).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
MOTTO
“ …Sesungguhnya Allah tidak akan mengubah keadaan sesuatu kaum sehingga mereka mengubah keadaan yang ada pada diri mereka
sendiri…” (Ar- Ra’d)
“ Karena sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan.
Sesungguhnya sesudah kesulitan itu ada kemudahan “ (Al – Insyirah : 5 – 6)
“ Enjoy your life because life is only a one time “
(Septian N.)
“Jadi orang itu tidak perlu banyak tahu, yang penting banyak ngerti.” (Wibawa E.J.)
“ Don't worry about a thing,
'Cause everything gonna be all right. “ (Bob Marley)
“ Kenanglah sahabat kita untuk slamanya “
(Bondan Prakoso)
“Tidak penting berapa kali kita gagal, yang paling penting berapa kali kita bangkit dari kegagalan”
(Abraham Lincoln)
“ Kebersamaan merupakan ikatan keluarga yang tak tergoyahkan “
(Solidarity M Forever)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
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 Dody Ariawan, ST., MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
UNS Surakarta.
2. Bapak Tri Istanto, ST., MT, selaku Pembimbing I atas bimbingan dan
ilmu yang bermanfaat hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
3. Bapak Wibawa Endra Juwana, ST. MT., selaku Pembimbing II yang
telah turut serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis.
4. Bapak Wibowo, ST., MT, dan bapak Tri Istanto, ST., MT, selaku
Pembimbing Akademis yang telah menggantikan sebagai orang tua
penulis dalam menyelesaikan studi di Universitas Sebelas Maret ini.
5. Bapak Wahyu Purwo Raharjo, ST., MT., selaku koordinator Tugas
Akhir
6. Seluruh Dosen serta Staff di Jurusan Teknik Mesin UNS, yang telah
turut serta mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1.
7. Kedua orang tuaku tercinta (Koesmartanto dan Djudjuk Andarwati) 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.
8. Adik - adikku yang sangat aku sayangi (Okky Dwi Cahya K dan Noval
Putranto) terima kasih atas doa dan dukungannya.
9. My love, Dina Permatasari. Thanks for “everything”.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
10. Rekan Seperjuangan Tomi (Gito), Edy (Ged), Adin (Sinyo) yang telah
bersama sama mengerjakan penelitian ini dalam suka maupun duka,
terima kasih yang tak terkira atas bantuan, semangat, canda tawa dari
kalian semua.
11. Rekan rekan Teknik Mesin semua, khususnya angkatan 2006 terima
kasih atas kebersamaan selama ini.
12. 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,26 November 2010
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
DAFTAR ISI
Halaman Abstrak ............................................................................................................... vi KATA PENGANTAR ..................................................................................... viii Daftar Isi ............................................................................................................. x Daftar Tabel ....................................................................................................... xii Daftar Gambar ................................................................................................... xiii Daftar Persamaan ............................................................................................... xv Daftar Notasi ..................................................................................................... xvi Daftar Lampiran ............................................................................................... xvii BAB I PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Masalah ................................................................. 1 1.2. Perumusan Masalah ....................................................................... 2 1.3. Batasan Masalah ............................................................................ 3 1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian ...................................................... 4 1.5. Sistematika Penulisan ................................................................... 4
BAB II LANDASAN TEORI 2.1. Tinjauan Pustaka ............................................................................ 5 2.2. Dasar Teori .................................................................................... 6
2.2.1. Desalinasi (Desalination) ..................................................... 6 2.2.2. Teknologi desalinasi ............................................................. 6 2.2.3. Pompa kalor ( heat pump ) ................................................. 15 2.2.4. Siklus Kompresi Uap Standar ............................................ 17 2.2.5. Siklus Kompresi Uap Aktual ............................................. 19 2.2.6. Psikrometrik ....................................................................... 21
2.2.6.1. Proses-proses yang terjadi pada udara dalam diagram psikrometrik ............................................ 23 2.2.6.1.1. Pemanasan (heating) ............................. 23 2.2.6.1.2. Pendinginan (cooling) ........................... 23 2.2.6.1.3. Humidifikasi .......................................... 24 2.2.6.1.4. Dehumidifikasi ...................................... 27
BAB III METODOLOGI PENELITIAN 3.1. Lokasi Penelitian .......................................................................... 30 3.2. Bahan Penelitian .......................................................................... 30 3.3. Alat Penelitian .............................................................................. 30 3.4. Peralatan Pendukung ..................................................................... 44 3.5. Prosedur Penelitian ...................................................................... 47
3.4.1. Tahap Persiapan ................................................................ 48 3.4.2. Tahap Pengujian ................................................................ 48
3.6. Analisis Data ................................................................................ 49 3.7. Diagram Alir Penelitian ............................................................... 50
BAB IV DATA DAN ANALISIS 4.1. Data Penelitian ............................................................................. 51
4.1.1. Data temperatur dan tekanan pada sistem .......................... 52 4.1.2. Data volume air tawar yang dihasilkan untuk seluruh laju
aliran volumetrik air laut ................................................... 53
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
4.1.3. Proses yang terjadi pada unit desalinasi berbasis pompa kalor menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi ................................................................... 53
4.1.4. Menghitung COP˺ .1挪˺农 ........................................................ 55 4.1.5. Perhitungan volume air tawar yang dihasilkan ................... 57 4.1.6. Perhitungan penambahan massa uap total setelah
melewati humidifier ........................................................... 60 4.2. Analisis Data ................................................................................ 61
4.2.1. Pengaruh laju aliran volumetrik air laut terhadap produksi air tawar yang dihasilkan ................................... 61
4.2.2. Pengaruh laju aliran volumetrik air laut terhadap ư工攻Ɗ攻 . 63 BAB V PENUTUP
5.1. Kesimpulan .................................................................................. 65 5.2. Saran ............................................................................................. 65
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 66 LAMPIRAN ........................................................................................................ 67
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 3.1. Hasil pengujian kadar garam air laut yang digunakan ....................... 30 Tabel 3.2. Spesifikasi pompa Moswell Model 125C .......................................... 38 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. Volume air tawar yang dihasilkan untuk seluruh variasi laju aliran
volumetrik........................................................................................... 53 Tabel 4.4. Data proses humidifikasi dan dehumidifikasi pada menit ke-20
variasi laju aliran volumetrik 100 l/jam ............................................. 54 Tabel 4.5. COPaktual untuk variasi laju aliran volumetrik air laut 100 l/jam ....... 56 Tabel 4.6. COPaktual untuk seluruh variasi laju aliran volumetrik air laut .......... 57 Tabel 4.7. Volume air tawar hasil perhitungan untuk variasi laju aliran
volumetrik 100 l/jam .......................................................................... 59 Tabel 4.8. Volume air tawar hasil perhitungan untuk seluruh laju aliran
volumetri air laut ................................................................................ 59 Tabel 4.9. Penambanhan massa uap total setelah melewati humidifier untuk
seluruh laju aliran volumetrik air laut .............................................. 61 Tabel 4.10. Pengurangan massa uap total setelah melewati dehumidifier untuk
seluruh variasi laju aliran volumetrik air laut ..................................... 61
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiii
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1. Multi-stage flash distillation ........................................................... 8 Gambar 2.2. Penyulingan multi-efek ................................................................. 10 Gambar 2.3. Penyulingan dengan tekanan uap .................................................. 11 Gambar 2.4. Desalinasi dengan osmosis balik ................................................... 12 Gambar 2.5. Desalinasi dengan penguapan efek tunggal .................................. 13 Gambar 2.6. Desalinasi dengan humidifikasi dan dehumidifikasi ..................... 13 Gambar 2.7. Sistem desalinasi dengan humidifikasi dan dehumidifikasi
berbasis pompa kalor ....................................................................... 14 Gambar 2.8. Humidifier ...................................................................................... 15 Gambar 2.9. Kemungkinan kombinasi dari sistem RE untuk diaplikasikan ke
sistem desalinasi .............................................................................. 16 Gambar 2.10. Siklus dasar pompa kalor ............................................................ 16 Gambar 2.11. Komponen pompa kalor pada proses pemanasan ....................... 17 Gambar 2.12. Komponen pompa kalor pada proses pendinginan ..................... 17 Gambar 2.13. Siklus kompresi uap standar ........................................................ 18 Gambar 2.14. Siklus kompresi uap aktual dan standar ...................................... 20 Gambar 2.15. Diagram psikrometrik ................................................................. 21 Gambar 2.16. Proses pemanasan udara dalam diagram psikrometrik ............... 23 Gambar 2.17. Proses pendinginan udara dalam diagram psikrometrik .............. 23 Gambar 2.18. Proses humidifikasi ..................................................................... 24 Gambar 2.19. Proses humidifikasi dalam diagram psikrometrik ........................ 24 Gambar 2.20. Proses heating and humidification dalam diagram psikrometrik . 25 Gambar 2.21. Proses cooling and humidification dalam diagram psikrometrik . 25 Gambar 2.22. Proses dehumidifikasi ................................................................. 27 Gambar 2.23. Proses dehumidifikasi dalam diagram psikrometrik .................... 27 Gambar2.24. Proses heating and dehumidification dalam diagram
psikrometrik ................................................................................... 28 Gambar2.25. Proses cooling and dehumidification dalam diagram
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 ...................................................................................... 34 Gambar 3.7. Receiver ......................................................................................... 34 Gambar 3.8. Katup ekspansi .............................................................................. 35 Gambar 3.9. Evaporator ...................................................................................... 35 Gambar 3.10. Motor listrik 3 HP ....................................................................... 35 Gambar 3.11. Pressure gauge ............................................................................ 36 Gambar 3.12. Humidifier ................................................................................... 36 Gambar 3.13. Dehumidifier ............................................................................... 37
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xiv
Gambar 3.14. Sprinkler ....................................................................................... 37 Gambar 3.15. Fan aksial .................................................................................... 37 Gambar 3.16. Pompa sentrifugal ......................................................................... 38 Gambar 3.17. Thermokopel tipe T ..................................................................... 38 Gambar 3.18. Pemasangan termokopel tipe T pada pipa ................................... 39 Gambar 3.19. Display Termokopel .................................................................... 39 Gambar 3.20. Flowmeter refrigerant .................................................................. 40 Gambar 3.21. Thermostat ................................................................................... 40 Gambar 3.22. Thermostat kompresor ................................................................ 40 Gambar 3.23. Relay atau kontaktor ................................................................... 41 Gambar 3.24. Thermometer ............................................................................... 41 Gambar 3.25. Power supply swithcing ciruit ..................................................... 41 Gambar 3.26. Timbangan digital ....................................................................... 42 Gambar 3.27. Stopwatch .................................................................................... 42 Gambar 3.28. Gelas ukur ................................................................................... 42 Gambar 3.29. Pemanas air elektrik .................................................................... 43 Gambar 3.30. Bak penampung air laut .............................................................. 43 Gambar 3.31. Bak penampung air tawar (fresh water tank) .............................. 43 Gambar 3.32. Katup bola (ball valve) ................................................................. 44 Gambar 3.33. Rotameter ..................................................................................... 44 Gambar 3.32. Alat Pendukung Dalam Sistem Desalinasi ................................... 45 Gambar 4.1. Data temperatur udara pada menit ke 20 variasi laju aliran
volumetrik air laut 100 l/jam ........................................................ 51 Gambar.4.2. Data temperatu dan tekanan sistem pompa kalor pada menit ke
20 variasi laju aliran volumetrik air laut 100 l/jam ........................ 52 Gambar 4.3. Proses humidifikasi dan dehumidifikasi pada menit ke-20 variasi
laju aliran volumetrik air laut 100 l/jam ....................................... 54 Gambar 4.4. Diagram p-h siklus aktual ............................................................. 55 Gambar 4.5 Grafik akumulasi produksi air tawar terhadap waktu dengan
variasi laju aliran volumetrik air laut ............................................ 62 Gambar 4.6. Grafik penambahan massa uap air total terhadap waktu dengan
variasi laju aliran volumetrik air laut ............................................ 63 Gambar 4.7 Grafik COP HP aktual terhadap waktu dengan variasi laju aliran
volumetrik air laut .............................................................................. 64
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xv
DAFTAR PERSAMAAN
Halaman Persamaan (2.1) COP ideal Heat Pump ............................................................. 18 Persamaan (2.2) COP aktual Heat Pump ........................................................... 20 Persamaan (2.3) Laju aliran massa refrigeran aktual ......................................... 20 Persamaan (2.4) Kapasitas panas yang dilepas .................................................. 20 Persamaan (2.5) Kenaikan entalpi udara spesifik .............................................. 26 Persamaan (2.6) Kenaikan entalpi udara total ................................................... 26 Persamaan (2.7) Penambahan kadar uap air (moisture content) ........................ 26 Persamaan (2.8) Penambahan massa uap air total (moisture content) ............... 26 Persamaan (2.9) Jumlah kalor yang dilepas selama proses ............................... 26 Persamaan (2.10) laju aliran massa uap air ........................................................ 26 Persamaan (2.11) entalpi spesifik dari uap air .................................................... 26 Persamaan (2.12) Penurunan entalpi udara ........................................................ 29 Persamaan (2.13) Penurunan kadar uap air (moisture content) ......................... 29 Persamaan (2.14) Jumlah kalor yang dilepas udara selama proses .................... 29 Persamaan (2.15) Laju aliran massa udara ......................................................... 29 Persamaan (2.16) Massa air tawar yang dihasilkan selama proses ..................... 29
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvi
DAFTAR NOTASI A = luas penampang saluran (m2) COPaktual = koefisien prestasi aktual COPHP = koefisien prestasi ideal ℎF = entalpi spesifik dari uap air (kJ/kg) ℎ囊 = entalpi refrigeran keluar evaporator (kJ/kg) ℎ囊 = entalpi udara masuk humidifier (kJ/kg) ℎ挠 = entalpi udara keluar humidifier (kJ/kg) h2 = entalpi gas refrigeran pada tekanan keluar kompresor (kJ/kg) ℎ挠频 = entalpi refrigeran masuk kondensor (kJ/kg) h3 = entalpi refrigeran pada tekanan keluar kondensor (kJ/kg) ℎ脑 = entalpi udara keluar dehumidifier (kJ/kg) 桂踪频 = laju aliran massa udara (kg/s) 桂踪ƦƼ坪 = laju aliran massa refrigeran (kg/s) 桂F = massa air tawar yang dihasilkan selama proses (kg) 浆 = debit aliran refrigeran (m3/s) Qkond = kalor yang dilepas oleh kondensor (kW) 冠囊能挠 = jumlah kalor yang dilepas selama proses (kW) 冠挠能脑 = jumlah kalor yang dilepas udara selama proses (kW) 惯频 = kecepatan udara (m/s) 国平 = rasio kelembaban udara setelah melewati evaporator (kg/kg) 国泼 = rasio kelembaban udara sebelum melewati evaporator (kg/kg) Wkomp = daya kompresor (kW) 国囊 = rasio kelembaban udara masuk humidifier (kg uap air/kg udara
kering) 国挠 = rasio kelembaban udara keluar humidifier (kg uap air/kg udara kering) 国脑 = rasio kelembaban udara keluar humidifier (kg uap air/kg udara
kering) ΔH = kenaikan entalpi udara total (kJ/kg) Δh = kenaikan entalpi udara spesifik (kJ/kg) Δw = penambahan kadar uap air (kg uap air/kg udara kering) ΔW = penambahan massa uap air total (kg/s) 辉 = densitas refrigeran (kg/m3) 辉 = massa jenis udara (kg/m3) 蛔 = periode (jam/hari)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xvii
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman LAMPIRAN 1. DATA VARIASI LAJU ALIRAN VOLUMETRIK AIR LAUT 100 L/JAM ............................................................................................. 68
Tabel 1. Data sistem heat pump................................................................. 68 Tabel 2. Perhitungan COP hp aktual ......................................................... 68 Tabel 3. Data pencatatan produksi air aktual dan temperatur udara di
dalam duct ................................................................................... 69 Tabel 4. Volume air tawar hasil perhitungan ............................................ 69 Gambar 1. Proses humidifikasi dan dehumidifikasi yang terjadi pada
variasi laju aliran volumetrik 100 l/jam ...................................... 70 Tabel 5. Penambahan massa uap total ....................................................... 70
LAMPIRAN 2. DATA VARIASI LAJU ALIRAN VOLUMETRIK AIR LAUT 150 L/JAM .............................................................................................. 71
Tabel 6. Data sistem heat pump ................................................................ 71 Tabel 7. Perhitungan COP hp aktual ......................................................... 71 Tabel 8. Data pencatatan produksi air aktual dan temperatur udara di
dalam duct ................................................................................... 72 Tabel 9. Volume air tawar hasil perhitungan ............................................ 72 Gambar 2. Proses humidifikasi dan dehumidifikasi yang terjadi pada
variasi laju aliran volumetrik 150 l/jam ...................................... 73 Tabel 10. Penambahan massa uap total ..................................................... 73
LAMPIRAN 3. DATA VARIASI LAJU ALIRAN VOLUMETRIK AIR LAUT 200 L/JAM .............................................................................................. 74
Tabel 11. Data sistem heat pump ............................................................... 74 Tabel 12. Perhitungan COP hp aktual ....................................................... 74 Tabel 13. Data pencatatan produksi air aktual dan temperatur udara di
dalam duct ................................................................................... 75 Tabel 14. Volume air tawar hasil perhitungan .......................................... 75 Gambar 3. Proses humidifikasi dan dehumidifikasi yang terjadi pada
variasi laju aliran volumetrik 200 l/jam ...................................... 76 Tabel 15. Penambahan massa uap total ..................................................... 76
LAMPIRAN 4. DATA VARIASI LAJU ALIRAN VOLUMETRIK AIR LAUT 250 L/JAM .............................................................................................. 77
Tabel 16. Data sistem heat pump ............................................................... 77 Tabel 17. Perhitungan COP hp aktual ....................................................... 77 Tabel 18. Data pencatatan produksi air aktual dan temperatur udara di
dalam duct ................................................................................... 78 Tabel 19. Volume air tawar hasil perhitungan .......................................... 78 Gambar 3. Proses humidifikasi dan dehumidifikasi yang terjadi pada
variasi laju aliran volumetrik 250 l/jam ...................................... 79 Tabel 20. Penambahan massa uap total ..................................................... 79
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
Pengaruh Laju Aliran Volumetrik Air Laut Terhadap Unjuk Kerja Unit
Desalinasi Berbasis Pompa Kalor Dengan Menggunakan Proses
Humidifikasi dan Dehumidifikasi
Septian Nugraha
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta, Indonesia E-mail: yant_bullet@yahoo.com
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. Pada unit ini evaporator dari pompa kalor digunakan untuk proses dehumidifikasi yang akan menghasilkan air tawar dari udara yang telah ditambah kelembabannya dalam humidifier dengan semburan air laut melalui sprinkler. Pada penelitian ini menguji pengaruh laju aliran volumetrik air laut terhadap unjuk kerja unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi. Pada penelitian ini laju aliran volumetrik air laut divariasikan sebesar 100 l/jam, 150 l/jam, 200 l/jam, dan 250 l/jam, temperatur air laut dikondisikan pada temperatur konstan sebesar 45oC, dan temperatur lingkungan dijaga konstan. Kompresor dioperasikan pada putaran konstan sebesar 1.200 rpm, temperatur udara dijaga sebesar 28°C, dan air laut dalam sistem ini disirkulasi ulang. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa volume produksi air tawar meningkat seiring dengan peningkatan laju aliran volumetrik air laut yang diumpankan pada unit desalinasi ini.
Kata kunci : desalinasi, pompa kalor, humidifikasi, dehumidifikasi,
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
The Effect of Volumetric Flow Rate of Sea Water on The Performance of
Desalination Unit Based on Heat Pump With Using Humidification and
Dehumidification Processes
Septian Nugraha
Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret
Surakarta, Indonesia E-mail: yant_bullet@yahoo.com
Abstract
Desalination unit based on heat pump by using humidification and dehumidification processes is one of the applications of the heat pump systems, with addition of a humidifier, sprinkler and evaporator (dehumidifier) that integrated in a duct. In this unit, an evaporator of heat pump is used for dehumidification process which produce fresh water from the humidifier with the spray of sea water through the sprinkler. The examined the effect of volumetric flow rate of sea water on the performance of desalination unit based on heat pump operated by using humidification and dehumidification processes. The volumetric flow rate of sea water is varied at 100 l/h, 150 l/h, 200 l/h and 250 l/h, sea water temperature is conditioned at a constant temperature of 45oC, and ambient temperature is maintained at 24 oC . Compressor has operated at a constant rotation of 1,200 RPM, the air temperature is maintained at 28 oC, and sea water in this system is recirculated. The result showed that the volume of fresh water production is increased with increasing the volumetric flow rate of sea water inlet into the system of this desalination unit.
Keywords : desalination, heat pump, humidification, dehumidification.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Masalah
Laju konsumsi air bersih di dunia meningkat dua kali lipat setiap 20 tahun,
melebihi dua kali laju pertumbuhan manusia. Beberapa pihak memperhitungkan
bahwa pada tahun 2025, permintaan air bersih akan melebihi persediaan hingga
mencapai 56%. Kekurangan air bersih dapat berpengaruh terhadap banyak hal, di
antaranya dapat mengurangi pembangunan ekonomi dan menurunkan standar
hidup manusia. Hal ini menunjukkan bahwa dunia membutuhkan suatu cara untuk
meningkatkan persediaan air bersih. Salah satu sumber yang berpotensi dijadikan
sumber air bersih adalah air laut.
Di sisi lain, perkembangan sains dan teknologi saat ini berkembang
dengan pesat. Salah satu teknologi pemenuhan kebutuhan air tawar adalah dengan
teknologi desalinasi. Desalinasi adalah proses pemisahan yang digunakan untuk
mengurangi kandungan garam terlarut dari air garam hingga level tertentu
sehingga air dapat digunakan. Proses penyulingan air laut menjadi air tawar ini
telah menjadi salah satu alternatif untuk penyediaan air tawar, dikarenakan jumlah
air laut di muka bumi yang melimpah. Desalinasi juga merupakan salah satu
teknologi yang diperlukan untuk pembangkit tenaga (power plant) di tepi laut
untuk memenuhi kebutuhan air tawar umpan (feed water) boiler atau proses lain.
Salah satu contoh perkembangan teknologi desalinasi untuk saat ini adalah dengan
menggunakan sistem refrigerasi.
Teknologi refrigerasi sangat erat hubungannya dengan kehidupan modern,
bukan hanya pada sisi peningkatan kualitas dan kenyamanan hidup, namun juga
menyentuh hal-hal esensial penunjang kehidupan manusia. Aplikasi sistem
refrigerasi saat ini meliputi bidang yang sangat luas, mulai dari keperluan rumah
tangga, pertanian, sampai ke industri gas, petrokimia, perminyakan, dan
sebagainya. Berbagai jenis mesin refrigerasi yang bekerja berdasarkan berbagai
proses dan siklus dapat ditemui dalam kehidupan sehari-hari. Mesin refrigerasi
yang paling banyak digunakan saat ini adalah mesin refrigerasi siklus kompresi
uap. Mesin refrigerasi yang bekerja sebagai pendingin biasanya disebut sebagai
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
refrigerator sedangkan pada saat bekerja sebagai pemanas disebut sebagai pompa
kalor (heat pump).
Unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses
humidifikasi dan dehumidifikasi merupakan salah satu aplikasi dari sistem pompa
kalor, dengan penambahan humidifier, sprinkler dan kolektor surya yang menyatu
di dalam suatu duct bersama dengan evaporator (dehumidifier). Pada unit ini
evaporator digunakan untuk proses dehumidifikasi yang akan menghasilkan air
tawar dari udara yang telah ditambah kelembabannya dalam humidifier dengan
semburan air laut yang telah dipanaskan sebelumnya melalui sprinkler. Beberapa
faktor yang mempengaruhi produksi air bersih pada desalinasi dengan
menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi berbasis pompa kalor
adalah laju aliran air laut yang diumpankan, temperatur air laut yang diumpankan,
dan temperatur udara. Pengaruh peningkatan laju aliran volumetrik air laut yang
diumpankan memberikan hasil yang signifikan seiring dengan peningkatan
produktivitas air tawar yang dihasilkan (Yuan Guofeng, 2005; Gao P, 2008).
Perencanaan unit desalinasi yang baik sangat membantu untuk
mengoptimalkan unjuk kerja dari unit desalinasi tersebut. Untuk itu diperlukan
suatu penelitian untuk mempelajari unjuk kerja unit desalinasi tersebut. Penelitian
ini menguji pengaruh laju aliran volumetrik air laut terhadap unjuk kerja unit
desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan
dehumidifikasi.
1.2 Perumusan Masalah
Bagaimanakah pengaruh laju aliran volumetrik air laut 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. Refrigeran yang digunakan dalam pengujian ini adalah HFC-134a.
2. Laju aliran volumetrik air laut divariasikan sebesar 100 ltr/jam, 150 ltr/jam,
200 ltr/jam, dan 250 ltr/jam.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
3. Pengujian menggunakan unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan
menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi, yang terdiri dari:
· Motor 3 phase
· Kompresor torak (reciprocating compressor)
· Kondensor
· Receiver
· Katup ekspansi (Thermal Expansion Valve)
· Evaporator
· Humidifier
· Flowmeter/rotameter refrigeran
· Flowmeter/rotameter air laut
· Tangki air laut
· Tangki air bersih
· Pompa sentrifugal
· Sprinkler
· Fan aksial
· Lampu halogen
· Penerus daya motor listrik
· Pemanas air
· Thermocontroler
4. Humidifier yang digunakan terbuat dari aluminium dengan dimensi 37 cm x
30 x 30 cm yang disusun secara sejajar sebanyak 60 buah dengan jarak antar
plat 5 mm dan sudut elevasi 450 tiap gelombangnya.
5. Kondensor yang digunakan berjumlah 2 buah memiliki dimensi 58 cm x 3 cm
x 36 cm.
6. Evaporator yang digunakan berjumlah 2 buah dan disusun secara paralel
7. Humidifier, evaporator dan fan aksial berada di dalam suatu saluran (duct)
8. Dinding ruang pemanas udara dari bahan aluminium yang dicat hitam.
9. Dimensi pemanas udara : panjang 90 cm, lebar 51 cm dan tinggi 51 cm.
10. Parameter yang dibuat konstan adalah putaran kompresor sebesar 1300 rpm,
temperatur air laut sebesar 45 º C.
11. Air laut dalam sistem ini disirkulasi ulang.
12. Penelitian dilakukan pada temperatur kamar.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
1.4 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 laju aliran volumetrik air laut terhadap unjuk kerja unit
desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi
dan dehumidifikasi.
Hasil penelitian yang diperoleh 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 khususnya di Indonesia.
1.5 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
unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses
humidifikasi dan dehumidifikasi , teori desalinasi, teknologi
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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Yuan Guofeng et al (2005) melakukan penelitian tentang sebuah unit
desalinasi yang juga dapat berfungsi sebagai unit pengkondisian udara. Pada
penelitian ini mengggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi serta
memanfaatkan sistem pompa kalor. Dari penelitian didapatkan hasil bahwa
produksi air tawar meningkat seiring dengan meningkatnya laju aliran massa dan
temperatur air laut yang diumpankan, dan volume air laut dalam tangki akan
berpengaruh pada awal proses.
Gao P, dkk (2008) melakukan penelitian mengenai sebuah unit desalinasi
yang digabungkan dengan unit pengkondisian udara. Penelitian ini menggunakan
kerja pompa kalor dengan memanfaatkan panas dari kondensor untuk
memanaskan udara, dan suhu permukaan evaporator yang rendah untuk
menghasilkan air tawar, serta pre-condenser untuk pemanasan awal air laut
sekaligus pendingin udara. Dari penelitian tersebut diperoleh hasil bahwa laju
aliran massa air laut dan suhu air laut memiliki efek yang signifikan terhadap air
tawar yang dihasilkan. Jika laju aliran massa air laut tinggi dan suhunya tinggi
maka jumlah air tawar yang dihasilkan menjadi lebih banyak.
Yamali C. dan Solmus I. (2008) melakukan studi eksperimental mengenai
sistem desalinasi menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi dengan
bantuan kolektor surya (solar collector). Unit ini terdiri dari pemanas udara surya
plat datar dua laluan dengan cover 2 kaca (double-pass flat plate solar air heater
with two glass covers), humidifier, tangki penyimpanan air dan dehumidifying
exchanger. Dari penelitian tersebut diperoleh hasil bahwa peningkatan temperatur
udara yang masuk ke humidifier dapat meningkatkan produksi air tawar dari
sistem tersebut.
Amer E. H et al (2009) meneliti secara eksperimen dan secara teoritis unit
desalinasi menggunakan 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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2.2 Dasar Teori
2.2.1 Desalinasi
Desalinasi adalah proses pemisahan yang digunakan untuk mengurangi
kandungan garam terlarut dari air garam hingga level tertentu sehingga air dapat
digunakan. Proses desalinasi melibatkan tiga aliran cairan, yaitu umpan berupa air
garam (misalnya air laut), produk bersalinitas rendah, dan konsentrat bersalinitas
tinggi. Produk proses desalinasi umumnya merupakan air dengan kandungan
garam terlarut kurang dari 500 mg/l, yang dapat digunakan untuk keperluan
domestik, industri, dan pertanian. Hasil sampingan dari proses desalinasi adalah
brine. Brine adalah larutan garam berkonsentrasi tinggi (lebih dari 35.000 mg/l
garam terlarut).
Beberapa teknologi desalinasi air laut telah dikembangkan selama
beberapa dekade terakhir untuk menambah pasokan air tawar di daerah kering di
dunia. Karena kendala biaya pada proses desalinasi yang tinggi, banyak negara
tidak mampu membeli teknologi tersebut sebagai sumber air tawar. Namun,
peningkatan penggunaan teknologi desalinasi air laut telah menunjukkan bahwa
desalinasi air laut adalah sumber air yang layak dan bebas dari variasi curah
hujan.
2.2.2 Teknologi desalinasi
Hingga saat ini telah dikembangkan berbagai macam teknologi desalinasi
yang berbasis pada distilasi termal (thermal distillation), pemisahan dengan
menggunakan osmosis balik (reverse osmosis), pembekuan (freezing),
elektrodialisis (electrodyalisis), dan lain-lain. Saat ini teknologi yang banyak
digunakan pada proses desalinasi adalah desalinasi yang berbasis pada multi stage
flash (MSF), dan reverse osmosis (RO). Pada tahun 1999 sekitar 78% air tawar
hasil proses desalinasi dihasilkan melalui desalinasi menggunakan multi stage
flash, 10% dihasilkan melalui reverse osmosis. Namun saat ini desalinasi
menggunakan reverse osmosis mulai mengalami peningkatan dalam
penggunaannya. Ini karena desalinasi menggunakan reverse osmosis memerlukan
biaya yang lebih rendah dan menggunakan teknologi yang lebih sederhana.
Beberapa teknologi desalinasi yang telah dikembangkan saat ini adalah:
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
a. Multi-stage flash distillation:
Proses desalinasi menggunakan multi stage flash (MSF) berdasarkan pada
prinsip penguapan cepat (flash evaporation). Pada proses desalinasi menggunakan
MSF, air laut diuapkan dengan cara menurunkan tekanan dan di sisi lain
menaikkan temperatur dari air laut tersebut. Sistem ini terdiri dari beberapa ruang
(flash chamber) yang disebut tingkat (stage), penukar kalor (heat exchanger) yang
berfungsi sebagai pemanas awal air laut dan juga berfungsi untuk mengembunkan
uap air laut, pemanas (heater) yang berfungsi untuk memanaskan air laut setelah
melewati penukar kalor. Air laut yang bertemperatur rendah dipompakan
melewati penukar kalor untuk mendapatkan pemanasan awal. Setelah melewati
penukar kalor, air laut yang telah mengalami pemanasan awal tadi lalu menuju
pemanas untuk mendapatkan panas lanjut agar mencapai temperatur kerja yang
diinginkan (90 – 120)°C. Orifices dan baffles yang dipasang diantara tingkat
berguna untuk menurunkan tekanan sehingga air laut tetap dapat mencapai titik
didihnya pada tingkat berikutnya.
Gambar 2.1. Multi-stage flash distillation
Uap air kemudian mengalami pendinginan dan pengembunan oleh
penukar kalor yang didalamnya dilewati air laut yang bersuhu rendah. Air laut
yang belum menguap kemudian diteruskan menuju tingkat berikutnya diikuti
dengan penurunan tekanan sehingga air laut tersebut dapat kembali mendidih
tanpa mengalami pemanasan kembali. Dan proses ini terus berulang hingga
tingkat yang terakhir. Energi yang digunakan untuk memanaskan air laut pada
sistem ini adalah uap panas yang berasal dari sebuah pembangkit daya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
b. Multiple-effect distillation
Penyulingan multi-efek (MED) adalah metode desalinasi tertua dan sangat
efisien secara termodinamika. Pada proses ini air laut yang diumpankan dapat
menguap beberapa kali tanpa ada penambahan panas lagi setelah efek pertama.
Air laut memasuki efek pertama dan menguap sebagai akibat dari kenaikan suhu
yang mencapai titik didihnya. Kenaikan suhu ini terjadi setelah air laut mengalami
kontak dengan uap panas yang ada dalam pipa penukar kalor pada efek pertama.
Uap panas ini akan disalurkan ke dalam pipa-pipa uap. Pipa uap panas ini
selanjutnya akan menuju ke bagian bawah dan akan mengalami kontak kembali
dengan air laut sisa dari efek pertama yang akan menguapkan kembali air laut
tersebut. Uap ini akan masuk ke dalam pipa penyalur panas menyatu dengan uap
panas hasil efek pertama. Begitu seterusnya sampai air laut telah dingin sehingga
tidak menguap kembali dan akan digunakan untuk mengkondensasikan uap air
yang ada pada pipa uap tadi. Hasil kondensasi uap air inilah yang akan menjadi
produk (air tawar) dalam sistem ini.
Gambar 2.2. Penyulingan multi-efek
Beberapa unit MED yang telah dibuat, beroperasi dengan suhu air laut
dalam efek pertama sekitar 70°C, hal ini dapat mengurangi pembentukan kerak
dari air laut, tetapi dibutuhkan daerah transfer panas tambahan dalam bentuk
tabung. Konsumsi daya dari unit MED lebih rendah dari unit MSF, dan rasio kerja
MED lebih tinggi dari MSF. Oleh karena itu MED lebih efisien daripada MSF
dari segi termodinamika dan perpindahan panas.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
c. Penyulingan dengan tekanan uap (vapor compression distillation)
Dalam proses VCD, panas untuk menguapkan air laut berasal dari
kompresi uap. Pemanas air elektrik digunakan untuk pemanasan awal pada ruang
penguapan (boiling chamber). Uap air hasil pemanasan akan dikompresi dalam
kompresor sehingga temperatur uap air tersebut naik. Uap bertekanan ini
disalurkan melalui pipa penukar panas yang melalui tangki air laut dalam ruang
penguapan dan tangki air laut yang akan digunakan sebagai umpan untuk ruang
penguapan. Air laut dalam ruang penguapan akan menyerap kalor laten uap air
dari dalam pipa melalui permukaan pipa sehingga air laut dalam ruang penguapan
akan terus menguap. Akibat pelepasan kalor laten tersebut uap air dalam pipa
penukar kalor akan mulai mengembun dan akan diembunkan lebih lanjut ketika
pipa penukar kalor ini melewati tangki air laut yang akan digunakan sebagai
umpan untuk ruang penguapan sehingga terbentuk air tawar.
Gambar 2.3. Penyulingan dengan tekanan uap
VCD dengan temperatur rendah cukup sederhana, handal, dan efisien
karena hanya membutuhkan daya kompresor. Kompresor berkapasitas tinggi
memungkinkan operasi pada temperatur rendah di bawah 70°C, sehingga
mengurangi potensi pembentukan kerak dan korosi. Proses VCD umumnya
digunakan untuk unit desalinasi skala kecil. VCD biasanya dibangun sampai
dengan kisaran 3.000 m3/hari. VCD sering digunakan untuk resort, industri, dan
lokasi pengeboran di mana air tawar tidak tersedia.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
d. Penguapan efek tunggal (Single effect evaporation)
Unit desalinasi dengan penguapan efek tunggal terdiri dari beberapa
komponen utama yaitu evaporator, kondensor, sprinkler, evaporator, ruang
penguapan dan pipa-pipa penyalur air. Air laut masuk ke dalam kondensor lalu
dialirkan melalui pipa dan disemburkan ke ruang penguapan melalui sprinkler. Di
dalam ruang penguapan air laut akan kontak langsung dengan evaporator sehingga
air laut akan menguap. Uap air akan dialirkan melalui pipa menuju kondensor
sehingga uap air akan mengembun menjadi air tawar. Pada proses pengembunan
saat melewati kondensor, uap air melepaskan kalor laten yang akan digunakan
sebagai pemanas awal dari air laut umpan yang berada di dalam pipa-pipa
kondensor. Sisa air laut dalam ruang penguapan akan dikeluarkan dari sistem
melalui brine rejector.
Gambar 2.4. Desalinasi dengan penguapan efek tunggal
Sistem ini jarang digunakan dalam dunia industri karena jumlah dari air tawar
yang dihasilkan tidak sebanding dengan jumlah uap yang digunakan untuk
mengoperasikan sistem.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
e. Osmosis balik (Reverse Osmosis)
Proses osmosis balik dilakukan dengan cara pemberian tekanan eksternal
yang lebih tinggi dari tekanan osmosis air laut ke air laut sebelum melewati suatu
membran semipermeabel sehingga aliran dapat dibalik. Molekul air dari air laut
akan mengalir melewati membran dan meninggalkan larutan dengan konsentrasi
garam yang masih tinggi di belakang membran. Energi utama yang diperlukan
dalam proses ini adalah tekanan eksternal yang akan diberikan kepada air laut.
Sebuah unit desalinasi dengan sistem osmosis balik umumnya terdiri dari empat
komponen utama yaitu komponen untuk perlakuan awal air umpan (feed water
pre-treatment), pompa bertekanan tinggi, membran pemisahan, dan perlakuan
akhir air hasil pemisahan.
Gambar 2.5. 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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
f. Humidifikasi dan dehumidifikasi (HD)
Proses HD didasarkan pada fakta bahwa uap air dapat bercampur dengan
udara akibat adanya perbedaan konsentrasi. Jumlah uap air yang dapat dibawa
oleh udara semakin meningkat seiring dengan meningkatnya temperatur udara. 1
kg udara kering dapat membawa 0,5 kg uap air ketika temperaturnya meningkat
dari 30 °C sampai 80 °C.
Gambar 2.6. Desalinasi dengan humidifikasi dan dehumidifikasi
Pada sistem ini air laut umpan dialirkan menuju kondensor untuk
pemanasan awal. Setelah itu air laut kembali dipanaskan oleh suatu elemen
pemanas sebelum disemburkan dalam ruang humidifikasi. Di dalam ruang
humidifikasi uap air mengalami kontak langsung dengan udara kering sehingga
terjadi perpindahan massa. Udara kering yang telah bercampur dengan uap (udara
basah /humid air) ini akan dikondensasikan oleh kondensor. Saat terkondensasi
kalor laten dilepaskan oleh udara basah ke permukaan kondensor. Kalor laten
inilah yang digunakan untuk pemanasan awal air laut umpan dalam kondensor.
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 energy) seperti energi surya dan geothermal. Dalam
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
perkembangannya desalinasi dengan humidifikasi dan dehumidifikasi
dikombinasikan dengan siklus kompresi uap pada pompa kalor.
Gambar 2.7. Sistem desalinasi dengan humidifikasi dan dehumidifikasi
berbasis pompa kalor.
Gambar 2.8. Humidifier
Sistem desalinasi dengan humidifikasi dan dehumidifikasi berbasis pompa
kalor ditunjukkan gambar 2.7. Sistem ini terdiri dari 3 bagian utama yaitu kolektor
surya, unit humidifikasi dan dehumidifikasi, dan unit pompa kalor. Dalam sistem
ini, udara dipanaskan melalui kolektor surya kemudian dilembabkan di humidifier
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
dengan dorongan blower. Udara lembab ini didinginkan ketika melewati pre-
condenser dan evaporatif kondensor, sehingga udara mengembun menjadi air
tawar. Air laut bertemperatur rendah masuk ke dalam pre-condenser untuk
pendinginan awal udara lembab sekaligus pemanasan awal air laut, setelah itu
disemburkan melalui sprinkler ke humidifier untuk menambah kelembaban udara
kering dari kolektor surya. Pada malam hari atau kondisi cahaya matahari tidak
memadahi sistem ini dapat diatur agar udara panas dari kondensor pompa kalor
langsung mengalir ke humidifier tanpa melalui kolektor surya. Beberapa
kelebihan dari sistem ini antara lain biaya pemeliharaan dan operasinya relatif
kecil dan sistem ini dapat dibuat sesuai dengan kebutuhan air tawar yang ingin
dihasilkan.
Selain beberapa teknologi di atas, ada beberapa teknologi desalinasi yang
memanfaatkan energi terbarukan (renewable energy/RE) sebagai sumber tenaga
dalam proses desalinasi. 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 yang
dihasilkan memiliki bentuk yang berbeda-beda seperti energi panas, listrik atau
daya poros. Gambar 2.9 menunjukkan kemungkinan kombinasi dari sistem RE
untuk diaplikasikan ke sistem desalinasi.
Gambar 2.9. Kemungkinan kombinasi dari sistem RE untuk diaplikasikan ke sistem
Desalinasi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2.2.3. 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 2.10. 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.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 2.11. Komponen pompa kalor pada proses pemanasan
Gambar 2.12. Komponen pompa kalor pada proses pendinginan
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2.2.4. Siklus Kompresi Uap Standar
Pada siklus kompresi uap standar ini, refrigeran mengalami empat proses
ideal, sesuai dengan gambar 2.13 di bawah ini :
Gambar 2.13. Siklus kompresi uap standar (a) Diagram alir proses, (b) Diagram temperatur-entropi
(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
KATUP EKSPANSI
3
2
s 1
2
1 4
4
3
KOMPRESOR
EVAPORATOR
KONDENSOR
T
Qin
Qout
(a) (b)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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
13), mengalir melalui alat ekspansi. Refrigeran mengalami ekspansi pada
entalpi 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 = ZʙǴmDEmSǴŌ^ʙǴƅƼ = ƅ踪ŌEP.(浇弥能浇米)ƅ踪ŌEP.(浇弥能浇谜) (2.1)
dimana:
Qkondensor = kalor yang dilepas oleh kondensor (kW)
Wkomp = daya kompresor (kW)
= laju aliran massa refrigeran (kg/s)
ℎʛ = entalpi gas refrigeran pada tekanan evaporator (kJ/kg)
ℎ5 = entalpi gas refrigeran pada tekanan kondensor (kJ/kg) 浇米 = entalpi cairan refrigeran pada tekanan kondensor (kJ/kg)
refm&
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2.2.5. Siklus Kompresi Uap Aktual
Pada kenyataannya siklus kompresi uap mengalami penyimpangan dari
kompresi uap standar, sebagaimana yang ditunjukkan pada gambar 2.14.
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) cairan yang meninggalkan
kondensor sebelum memasuki alat ekspansi.
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 2.14. Siklus kompresi uap aktual dan standar
(Training Manual, 2004)
3’ 3’
4
3 2
Panas lanjut
Penurunan tekanan
Penurunan tekanan
bawah dingin
h
1
P
Siklus aktual
Siklus standar
4’
2’
1’
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Berikut ini adalah persamaan yang digunakan untuk menghitung unjuk kerja
sistem pompa kalor aktual :
· COP aktual
COPHP = ZʙǴmD^ʙǴƅƼ = ƅ踪ŌEP.(浇弥蕉能浇米)ƅ踪ŌEP.(浇弥蕉能浇谜) (2.2)
dimana: ℎʛ = entalpi refrigeran keluar evaporator (kJ/kg) ℎ5 = entalpi refrigeran masuk kondensor (kJ/kg) 浇米 = entalpi refrigeran keluar kondensor (kJ/kg)
· Laju aliran massa aktual ƅ踪ŌEP = 晋.Z (kg/s) (2.3)
dimana: 辉 = densitas refrigeran (kg/m3)
Z = debit aliran refrigeran (m3/s)
· Kapasitas panas yang dilepas (冠瓶ō坡聘 ) 冠瓶ō坡聘= 桂踪破s). (ℎ5 − ℎ脑) (kW) (2.4)
dimana: 桂踪破s)= laju aliran massa refrigeran (kg/s)
h2a = entalpi refrigeran masuk kondensor (kJ/kg)
h3 = entalpi refrigeran keluar kondensor (kJ/kg)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2.2.6. Proses Humidifikasi dan Dehumidifikasi
2.2.6.1.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 ini bisa terjadi dengan
syarat gas tidak melarut dalam cairan.
Gambar 2.15. Proses humidifikasi
Pada proses humidifikasi akan terjadi :
· Kenaikan entalpi udara spesifik :
Δh = �5 石�ʛ (kJ/Kg) (2.5)
· Kenaikan entalpi udara total :
ΔH = 桂踪 纵�5 石�ʛ邹 (kW) (2.6)
· Penambahan kadar uap air (moisture content) :
Δw = n5 石nʛ (kg uap air/kg udara kering) (2.7)
· Penambahan kadar uap total (moisture content) :
ΔW = 桂踪 纵n5 石nʛ邹 (kg/s) (2.8)
· Jumlah kalor yang dilepas selama proses : 冠ʛ能5 实桂踪 ∆�十桂踪b�b (kW) (2.9) 桂踪b = ΔW (kg/s) (2.10) �b = 萍潜能萍前b潜能b前 (kJ/kg) (2.11)
dimana:
Δh = kenaikan entalpi udara spesifik (kJ/kg) �5 = entalpi udara keluar humidifier (kJ/kg)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
�ʛ = entalpi udara masuk humidifier (kJ/kg)
ΔH = kenaikan entalpi udara total (kJ/kg) 桂踪 = laju aliran massa udara (kg/s)
Δw = penambahan kadar uap air (kg uap air/kg udara kering) n5 = rasio kelembaban udara keluar humidifier (kg uap air/kg udara kering) nʛ = rasio kelembaban udara masuk humidifier (kg uap air/kg udara kering)
ΔW = penambahan kadar uap total (kg/s) 冠ʛ能5 = jumlah kalor yang dilepas selama proses (kW) 桂踪b = laju aliran massa uap air (kg/s) �b = entalpi spesifik dari uap air (kJ/kg)
Gambar 2.16. Diagram psikrometrik pada proses humidifikasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2.2.6.2.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.
Gambar 2.17. Proses dehumidifikasi
Pada proses dehumidifikasi akan terjadi beberapa proses sebagai berikut :
· Penurunan entalpi udara :
Δh = �脑石�5 (kJ/Kg) (2.12)
· Penurunan kadar uap air (moisture content) :
Δw = n脑石n5 (kg uap air/kg udara kering) (2.13)
· Jumlah kalor yang dilepas udara selama proses :
冠5能脑实桂踪 ∆�十桂踪b�b (kW) (2.14)
Dengan �b 史�魄 :.b :s破 pada temperatur yang bersangkutan, sedangkan laju
aliran massa udara (桂踪 邹 dapat dihitung dengan persamaan: 桂踪 实辉惯 故 (kg/s) (2.15)
Massa jenis udara dihitung pada tekanan dan temperatur setempat, 辉实1,2诅 毗前ʛ难ʛ脑5闹阻5内脑5呢脑嫩: (kg/桂脑邹 (2.16)
dimana : �脑 = entalpi udara keluar dehumidifier (kJ/kg) �5 = temperatur udara masuk humidifier (kJ/kg)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
n脑 = rasio kelembaban udara keluar humidifier (kg uap air/kg udara kering) n5 = rasio kelembaban udara masuk humidifier (kg uap air/kg udara kering) 冠5能脑 = jumlah kalor yang dilepas udara selama proses (kW) 辉 = massa jenis udara (kg/m3) 惯 = kecepatan udara (m/s)
A = luas penampang saluran (m2) ®ʛ = tekanan statik absolut di dalam saluran (N/ 桂5邹 tekanan ini selalu lebih kecil dari tekanan udara di luar saluran
t = temperatur udara di luar saluran º C
Gambar 2.18. Diagram psikrometrik pada proses dehumidifikasi
· Laju air yang dihasilkan selama proses 桂踪b 实董桂踪 泣难 ( n平- nō) dt (2.17)
dimana: 桂踪b= laju air yang dihasilkan selama proses (kg/jam) 桂踪 = laju aliran massa udara (kg/s) nō= rasio kelembaban udara sebelum melewati evaporator (kg/kg) n平 = rasio kelembaban udara setelah melewati evaporator (kg/kg)
t = periode (jam/hari)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2.2.7. 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.
Gambar 2.19. 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)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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
· 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 dengan perbandingan kelembaban x, pada temperatur tº C,
didefinisikan sebagai sejumlah energi kalor yang diperlukan untuk
memanaskan 1 kg udara kering dan x kg air ( dalam fasa cair) dari 0º C sampai
tº C dan menguapkannya menjadi uap air ( fasa gas).
· Volume Spesifik
Volume campuran udara dan uap air, biasanya dalam satuan meter kubik udara
kering atau campuran per kilogram udara kering.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
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
1. Refrigeran yang digunakan dalam penelitian ini adalah Refrigeran HFC
134-a (Klea).
Gambar 3.1. Refrigeran HFC 134-a
2. Air laut
Tabel 3.1. Hasil pengujian kadar garam air laut yang digunakan
No Parameter Satuan Hasil Analisis Ketidakpastian Metode
1 Kadar NaCl ppm 31342 0,0007 SNI 06-6989. 19-
2004
3.3 Alat Penelitian
Sistem desalinasi air laut berbasis pompa kalor terdiri atas:
· Kompresor torak 2 silinder (reciprocating compressor).
· Evaporator.
· Kondensor.
· Katup ekspansi (Thermal Expansion Valve).
· Receiver dryer.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
· Pressure gauge (suction maupun discharge).
· Motor listrik 3 phase, 3 HP.
· Tangki penampungan air laut.
· Rotameter air laut
· Rotameter refrigerant
· Pompa sentrifugal
· Relay atau contactor
· Termokopel
· Power supply switching
· Fan aksial
· Humidifier
· Sprinkler
Gambar 3.2. Skema unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses
humidifikasi dan dehumidifikasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Keterangan gambar:
1. Ruang pemanas udara 11. Fan aksial
2. Fan aksial 12. Bak penampung air laut
3. Humidifier 13. Sprinkler
4. Evaporator 14. Bak penampung air tawar
5. Evaporator 15. Bak penampung air tawar
6. Kompresor
7. Kondensor
8. Katup ekspansi
9. Fan aksial
10. Pompa sentrifugal
Gambar 3.3. Skema unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses
humidifikasi dan dehumidifikasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 3.4. Unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi
Spesifikasi komponen
a. Pompa Kalor
· 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
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
· 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
· Receiver
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.
Gambar 3.7. Receiver
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
· Katup ekspansi
Katup ekspansi ini akan mengatur jumlah aliran refrigeran yang diuapkan di
evaporator dan memastikan bahwa refrigeran dalam bentuk superheated yang
keluar evaporator.
Gambar 3.8. Katup ekspansi
· 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
· Motor listrik 3 HP
Motor listrik 3 HP ini digunakan untuk menggerakkan kompresor.
Gambar 3.11. Motor listrik 3 HP
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
· Pressure gauge
Pressure gauge ini untuk mengetahui tekanan pada kompresor, kondensor,
dan evaporator.
Gambar 3.12. Pressure gauge
b. Alat humidifikasi dan dehumidifikasi
· 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 3.13. Humidifier
· Dehumidifier
Dehumidifier berfungsi sebagai tempat terjadinya proses pengembunan.
Dehumidifier pada penelitian ini adalah evaporator pada pompa kalor yang
berjumlah 2 buah yang dipasang paralel.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 3.14. Dehumidifier
· Sprinkler
Sprinkler ini 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 4 buah yang dipasang
di atas humidifier, disusun membentuk persegi dengan jarak antar sprinkler 16,5
cm.
Gambar 3.15. Sprinkler
· Fan aksial
Fan ini digunakan untuk mengalirkan udara dalam unit desalinasi. Pada
penelitian ini digunakan fan tipe aksial.
Gambar 3.16. Fan aksial
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
c. 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. Pompa yang digunakan
berjumlah 2 buah yang disusun secara seri.
Gambar 3.17. 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 9 m
Size 1” x 1”
d. 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 mV/0C dan diameter 0,1 mm.
Gambar 3.18. Thermokopel tipe T
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 3.19. Pemasangan termokopel tipe T pada pipa
e. Display Termokopel/thermocouple reader
Alat ini digunakan untuk menunjukkan temperatur yang diukur oleh sensor
termokopel.
Gambar 3.20. Display Termokopel
f. 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 : Compatible gases or liquid · Flowtube : Borosilicate glass · Floats : Stainless steeel · End fittings : Anodized Alumunium · O-rings : Fluoroelastomer · Connections : Two 1/8 ” female NPT · Temperature limits : 121 oC
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
· Accuracy : + 2% · Repeatability : + 0,25% full scale · Mounting : vertical
Gambar 3.21. Flowmeter
g. Thermostat
Thermostat ini digunakan untuk mengatur temperatur air laut yang masuk
ke humidifier/temperatur feed water dan menjaganya dalam kondisi konstan.
Gambar 3.22. Thermostat
h. Thermostat kompresor
Thermostat ini digunakan untuk menjaga temperatur coil evaporator dengan
memutus dan menyambung arus pada kopling kompresor.
Gambar 3.23. Thermostat kompresor
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
i. Relay atau kontaktor
Relay atau kontaktor ini dihubungkan ke thermocouple reader untuk
memutus arus pada pemanas air elektrik
Gambar 3.24. Relay atau kontaktor
j. Termometer
Termometer yang digunakan dalam penelitian ini adalah termometer digital
untuk mengukur temperatur ruangan.
Gambar 3.25. Termometer digital
k. Power Supply Switching Circuit
Digunakan sebagai penyuplai arus listrik ke seluruh sistem dimana input
tegangan 220 V – 240 V, output tegangan dan arus yang dihasilkan 12 – 13,8V,
40A DC. Pada penelitian ini Switching Circuit yang digunakan berjumlah 2 buah
dengan output arus 40A DC dan 22A DC.
Gambar 3.26. Power supply switching circuit
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
l. Timbangan digital (digital scale)
Timbangan digital ini digunakan untuk menimbang massa air tawar (fresh
water) yang telah dihasilkan.
Gambar 3.27. Timbangan digital.
m. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mencatat selang waktu yang diperlukan dalam
produksi air tawar
Gambar 3.28. Stopwatch
n. Gelas Ukur
Gelas ukur digunakan untuk menampung jumlah air tawar (fresh water)
yang dihasilkan oleh sistem pada selang waktu tertentu.
Gambar 3.29. Gelas Ukur
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
o. Pemanas air elektrik (Electric Water Heater)
Pemanas ini digunakan untuk memanaskan air laut dalam bak penampung.
Pemanas yang digunakan berjumlah 3 buah.
Gambar 3.30. Pemanas air elektrik (Electric Water Heater)
p. Bak penampung air laut
Digunakan untuk menampung air laut.
Gambar 3.31. Bak penampung air laut
q. Bak penampung air tawar (fresh water)
Digunakan untuk menampung air tawar (fresh water) yang telah dihasilkan.
Gambar 3.32. Bak penampung air tawar (fresh water)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
r. Katup bola (Ball valve) Digunakan untuk mengatur laju aliran volumetrik air laut yang diumpankan.
Gambar 3.33. Katup bola (Ball valve)
s. Rotameter
Digunakan untuk mengukur laju aliran volumetrik air laut yang diumpankan.
Gambar 3.34. Rotameter
3.4 Peralatan Pendukung dalam Sistem 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
dan mur baut.
g. Tube cutter, untuk memotong pipa.
h. Filler digunakan untuk menyambung pipa.
i. Soldier dan tenol digunakan untuk menyoldier kabel yang akan disambung.
j. Saklar listrik digunakan sebagai pemutus dan penyambung arus.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
k. Bor digunakan untuk melubangi aklirik.
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 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.
q. Gas las dan pemantik.
(a) (b)
(b) (d)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
(e) (f)
(g) (h)
(i) (j)
(k) (l)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
(m) (n)
(o) (p)
(q)
3.5 Prosedur Penelitian
Prosedur yang dilakukan dalam pengambilan data penelitian berdasarkan
variasi laju aliran volumetrik air laut yang diumpankan adalah sebagai berikut :
3.5.1. Tahap Persiapan
1. Mempersiapkan dan memasang seluruh alat yang digunakan dalam pengujian,
seperti : pompa sentrifugal, thermostat dan kontaktor beserta termokopel,
pemanas air listrik, lampu halogen, fan, dan sistem pompa kalor serta alat
pendukung lainnya.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3.5.2. Tahap Pengujian
1. Sebelum refrigeran masuk ke sistem, sistem harus divakum terlebih dahulu
sampai tekanan 76 cmHg. Kemudian didiamkan beberapa saat 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 pemanas listrik untuk memanaskan air laut sampai
temperatur 45 0C.
4. Menghidupkan semua fan.
5. Menghidupkan power supply dan menjalankan sistem pompa kalor.
6. Menghidupkan pompa sentrifugal untuk mengalirkan air laut (feed water) ke
sistem serta mengatur laju aliran volumetrik air laut yang diumpankan
sebesar 100 L/jam.
7. Data diambil setelah 10 menit pertama dengan tujuan untuk menstabilkan
temperatur udara yang akan masuk ke sistem.
8. Mencatat seluruh data temperatur, tekanan, laju aliran massa refrigeran dan
produksi air tawar setiap 20 menit selama 180 menit.
9. Data diperoleh sebanyak 9 kali untuk setiap variasi laju aliran massa air laut.
10. Sistem harus dikondisikan seperti semula atau distabilkan terlebih dahulu
untuk sesi pengujian yang lain.
11. Percobaan diulangi untuk variasi laju aliran volumetrik air laut sebesar 150
L/jam.
12. Mengulangi langkah (3) – (10).
13. Percobaan diulangi untuk variasi laju aliran volumetrik air laut sebesar 200
L/jam.
14. Mengulangi langkah (3) – (10).
15. Percobaan diulangi untuk variasi laju aliran volumetrik air laut sebesar 250
L/jam.
16. Mengulangi langkah (3) – (10).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17. Setelah melakukan percobaan mematikan pemanas air, pompa air, semua
fan, motor listrik, kompresor, kemudian power supply.
3.6 Analisa Data
Dari data yang diperoleh, selanjutnya dapat dilakukan analisis data yaitu
dengan melakukan perhitungan terhadap:
· Volume air tawar yang dihasilkan
· Besarnya nilai COPHP pada sistem pompa kalor
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 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 laju
aliran volumetrik air laut dengan produksi air tawar (fresh water) dan waktu, laju
aliran volumetrik air laut terhadap nilai COPHP dengan waktu.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Variasi laju aliran massa air laut
Pengambilan data
Temperatur refrigeran
Tekanan refrigeran
Temperatur udara sebelum dan sesudah humidifier
Temperatur udara sebelum dan sesudah
dehumidifier
Produksi air tawar (fresh water)
Debit aliran massa refrigeran
Analisa data
Volume air tawar yang dihasilkan
Coeeficient of Performance Aktual (COPHP aktual)
Hasil analisa data
Pengaruh laju aliran volumetrik air laut terhadap unjuk kerja unit desalinasi
berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan
dehumidifikasi
Kesimpulan
Selesai
Mulai
3.7 Diagram Alir Penelitian
Persiapan unit desalinasi berbasis pompa kalor dengan menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB IV
DATA DAN ANALISIS
Data yang diperoleh dalam pengujian ini, yaitu: volume air tawar yang
dihasilkan, tekanan, temperatur, dan laju aliran massa refrigeran. Sistem Unit
Desalinasi Berbasis Pompa Kalor Dengan Menggunakan Proses Humidifikasi dan
Dehumidifikasi dijalankan selama 180 menit pada setiap variasi pengujian dan
pengambilan data dilakukan setiap 20 menit.
4.1. Data Penelitian
Pengujian Unit Desalinasi Berbasis Pompa Kalor Dengan Menggunakan
Proses Humidifikasi dan Dehumidifikasi dilakukan di Laboratorium Perpindahan
Panas dan Thermodinamika Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
4.1.1. Menentukan Temperatur dan Tekanan Sistem Pompa Kalor
Dari hasil pengamatan suhu dan tekanan saat pengujian dengan variasi laju
aliran volumetrik air laut 100 l/jam pada menit ke-20, diperoleh data sebagai
berikut:
Gambar 4.1 Data temperatur dan tekanan menit ke-20 variasi laju aliran
volumetrik air laut 100 l/jam
KATUP EKSPANSI
RECEIVER
FLOW RATE
3,2 ºC 0,3426 MPa
HIGH PRESSURE GAUGE
LOW PRESSURE GAUGE
42,8 oC
57,8 ºC 1,4803Mpa
KOMPRESOR
KONDENSOR
EVAPORATOR
32,1 oC 44,8 ºC 1,2045 MPa
6,2 ºC 0,3978 MPa
42,8 oC 1,1011 MPa
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Selanjutnya data temperatur dan tekanan untuk setiap variasi tercantum dalam
lampiran.
4.1.2. Proses yang terjadi pada unit desalinasi berbasis pompa kalor
menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi.
Proses yang terjadi pada unit desalinasi berbasis pompa kalor
menggunakan proses humidifikasi dan dehumidifikasi pada menit ke 20 variasi
laju aliran volumetrik air laut 250 l/jam dapat dilihat pada diagram psikrometrik
dibawah ini. Dan diperoleh data sebagai berikut:
Gambar 4.2. Proses humidifikasi dan dehumidifikasi pada menit ke-20 variasi
laju aliran volumetrik air laut 250 l/jam
Titik DB (°C) WB (°C) RH (%) w (g/kg) v (m3/kg) h (kj/kg)
20a 27,7 23,5 70,573 16,600 0.8783 70,211
20b 33,8 31,5 85,029 28,884 0.9052 108,002
20c 21 20 91,392 14,335 0.8522 57,516
Tabel 4.1. Data proses humidifikasi dan dehumidifikasi pada menit ke-20 laju
aliran volumetrik air laut 250 l/jam
Enth
alpy
- kJ
/kg(
a)
Sat
urat
ion
tem
pera
ture
- de
g C
Hu
mid
ity r
atio
- g
/kg
(a)
Pressure: 101325 Pa
Dry bulb temperature - deg C-30 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70
10
20
30
40
50
20%
40%
60%
80%
0.8
0
0.85
0.90 V
olu
me - cu
.m/kg
(a)
0.95
1.00
1.05
-30
-20
-10
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200210
220
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
-20-10
0
10
20
30
40
20a
20b
20c
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4.1.3. Data volume air tawar yang dihasilkan untuk seluruh variasi laju
aliran volumetrik air laut.
Dari hasil pengamatan volume air tawar yang dihasilkan untuk setiap
variasi laju aliran volumetrik air laut adalah sebagai berikut:
Tabel 4.2. Volume air tawar yang dihasilkan untuk setiap laju aliran
volumetrik air laut
waktu Volume air tawar yang dihasilkan ( ml )
( menit ) 100 l/jam 150 l/jam 200l/jam 250l/jam
20 380 400 420 450
40 700 790 840 800
60 1040 1190 1260 1250
80 1400 1590 1675 1720
100 1760 1990 2100 2160
120 2120 2390 2520 2620
140 2470 2740 2940 3100
160 2840 3140 3340 3600
180 3200 3520 3670 4100
4.1.4. Perhitungan COP 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.
4. Terjadi kenaikan entropi pada saat proses kompresi (kompresi tak isentropik)
dan terdapat ketidakefisienan yang disebabkan oleh gesekan dan kerugian-
kerugian lain.
5. Proses ekspansi berlangsung non-adiabatik.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Skema siklus aktual:
Gambar 4.3. Diagram p-h siklus aktual
Contoh perhitungan.
1. Menghitung COPaktual.
Sesuai dengan persamaan (2.2), maka:
COPaktual = komp
kond
W
Q =
( )
( )12
32
hhm
hhm
aref
aref
-
-
·
·
dimana:
h1 = Enthalpi refrigeran keluar evaporator (kJ/kg)
h2a = Enthalpi refrigeran masuk kondensor (kJ/kg)
h3 = Enthalpi refrigeran keluar kondensor (kJ/kg)
Data pengujian menit ke-20 dengan variasi laju aliran volumetrik air laut 100
l/jam.
Titik 1. (Kondisi Uap panas lanjut keluar evaporator)
T1 = 3,2 ºC h1 = 248,62 kJ/kg
P1 = 0,3426 MPa
Titik 2a. (Kondisi Uap panas lanjut masuk kondensor)
T2 = 57,8 ºC h2a = 278,35 kJ/kg
P2 = 1,4803 MPa
Titik 3. (Kondisi cairan bawah dingin keluar kondensor )
T3 = 44,8 ºC h3 = 113,44 kJ/kg
P3 = 1,2045 MPa
4
3
1
P
2a 2
h
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Titik 4. (Kondisi campuran uap dan cairan masuk evaporator )
P4= 0,3978 MPa x = 0,3218
h4 = h3 = 113,44 kJ/kg
COPaktual = ( )( )12
32
hh
hh
a
a
-
- =
62,24835,27844,11335,278
--
= 73,2992,164
= 5,5478
Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel COPaktual secara
keseluruhan untuk variasi water storage volume 100 l sebagai berikut:
Tabel 4.3. COPaktual untuk variasi laju aliran volumetrik air laut 100 l/jam.
Waktu Enthalpi (kJ/kg) h1 - h4 h2a-h1 h2a-h3 COP
(menit) h1 h2a h3 h4 kJ/kg kJ/kg kJ/kg
20 248,62 278,35 113,44 113,44 135,19 29,73 164,92 55,478
40 248,62 278,78 113,44 113,44 135,19 30,16 165,35 54,824
60 249,19 278,39 113,74 113,74 135,45 29,21 164,65 56,379
80 249,00 278,61 113,74 113,74 135,26 29,61 164,87 55,677
100 249,19 278,35 113,44 113,44 135,75 29,16 164,92 56,553
120 249,19 278,35 113,44 113,44 135,75 29,16 164,92 56,553
140 249,19 278,61 114,05 114,05 135,14 29,42 164,57 55,931
160 248,81 278,61 112,67 112,67 136,14 29,80 165,94 55,680
180 248,81 278,39 112,67 112,67 136,14 29,58 165,72 56,017
Tabel 4.4. COPaktual seluruh variasi laju aliran volumetrik air laut
waktu COP hp
(menit) 100
L/1jam 150
L/jam 200
L/jam 250
L/jam 20 5,5478 5,2962 5,2601 5,384 40 5,4824 5,1733 5,2656 5,4137 60 5,6379 5,3729 5,195 5,291 80 5,5677 5,3182 5,3145 5,2299 100 5,6553 5,3182 5,3666 5,2714 120 5,6553 5,373 5,3732 5,2213 140 5,5931 5,373 5,3871 5,328 160 5,568 5,3887 5,367 5,4001 180 5,6017 5,2962 5,348 5,2157
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4.1.5. Perhitungan volume air tawar yang dihasilkan
Sesuai dengan persamaan (2.3). maka: ¦踪扑 = 董¦踪频泣难 ( 国平- 国泼) dt
dimana: ¦踪扑= laju air yang dihasilkan selama proses (kg/jam) ¦踪频= laju aliran massa udara (kg/s) 国泼= rasio kelembaban udara sebelum melewati evaporator (kg/kg) 国平 = rasio kelembaban udara setelah melewati evaporator (kg/kg)
t = periode (jam/hari)
Data pengujian menit ke 20 variasi laju aliran volumetrik air laut 100 l/jam
Sebelum dehumidifier
Tdb = 33.2 ºC w = 26.9838 g/kg
Twb = 30.5 ºC ρ = 1.104 kg/¦脑
Sesudah dehumidifier
Tdb = 21 ºC w = 14.3336 g/kg
Twb = 20 ºC
Kecepatan udara dalam duct
V= 0.156318 m/s
Luas penampang duct
A= 0.156 ¦挠
Densitas air laut
ρ = 1041 kg/¦脑
Sehingga: ¦踪频= ρ.V.A
= 1.104 kg/¦脑. 0.156318 m/s. 0.156 ¦挠
= 0.02692 kg/s
Volume air yang dihasilkan selama 20 menit pertama variasi laju aliran
volumetrik air laut 100 l/jam: ¦踪扑 = 董¦踪频泣难 ( 国平- 国泼) dt
= 0,02692 kg/s.( 26,9838 g/kg-14,3336 g/kg ).1200 s
= 408,678 g = 0,408678 kg
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v = ¦ ρ世
= 0,408678 kg/1041 kg/¦脑
= 3,925821 . 10能恼 ¦脑
= 392,58 ml
Analogi dengan perhitungan diatas, maka diperoleh tabel volume air tawar
yang dihasilkan secara keseluruhan untuk variasi laju aliran volumetrik air laut
100 l/jam:
Tabel 4.5. Volume air tawar yang dihasilkan untuk laju aliran volumetrik
air laut 100 l/jam
waktu Sebelum
Dehumidifier Sesudah
Dehumidifier
(menit) win ρ w out V A ∆w g/kg kg/m3 g/kg m/s m2 g/kg
20 26,9838 1,104 14,3356 0,156318 0,156 12,6482 40 27,6223 1,103 14,3356 0,156318 0,156 13,2867 60 27,0706 1,105 15,0205 0,156318 0,156 12,0501 80 26,9404 1,104 15,0205 0,156318 0,156 11,9199
100 26,6497 1,106 14,4198 0,156318 0,156 12,2299 120 26,563 1,105 15,0205 0,156318 0,156 11,5425 140 26,6497 1,106 14,8291 0,156318 0,156 11,8206 160 27,6223 1,103 14,8291 0,156318 0,156 12,7932 180 27,6223 1,103 15,0205 0,156318 0,156 12,6018
Volume air tawar hasil perhitungan
ml
392,52 411,96 374,29 369,92 380,22 358,53 367,50 396,66 390,73
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Tabel 4.6. Volume air tawar hasil perhitungan untuk seluruh laju aliran
volumetrik air laut
waktu Akumulasi Produksi air tawar (ml)
(menit) 100
l/jam 150
l/jam 200
l/jam 250
l/jam 20 392,52 407,55 434,86 451,99 40 411,96 403,98 444,53 503,41 60 374,29 420,74 438,36 502,05 80 369,92 422,94 443,47 512,56 100 380,22 422,23 434,34 523,03 120 358,53 433,15 438,98 510,72 140 367,50 422,89 442,88 502,05 160 396,66 407,73 432,95 511,89 180 390,73 422,23 434,14 504,09
4.2. Analisis Data
a. Pengaruh variasi laju aliran volumetrik air laut terhadap volume air
tawar yang dihasilkan.
Gambar 4.3. menunjukkan grafik volume air air tawar yang dihasilkan
terhadap waktu dengan variasi laju aliran volumetrik air laut. Dari gambar 4.3.
dapat dilihat bahwa volume air tawar yang dihasilkan semakin meningkat seiring
dengan meningkatnya laju aliran voumetrik air laut yang diumpankan. Hal
tersebut karena semakin banyak volume air laut yang dispraykan oleh sprinkler ke
dalam sistem maka semakin besar pula kesempatan udara untuk berkontak dengan
air laut yang sebelumnya telah dipanaskan terlebih dahulu. Sehingga semakin
besar laju aliran volumetrik air laut yang diumpankan maka udara yang keluar
dari humidifier juga semakin banyak membawa massa uap air. Volume air tawar
yang dihasilkan setiap 20 menit pada setiap variasi laju aliran volumetrik tertentu
relatif sama. Hal tersebut karena laju aliran volumetrik air laut, temperatur air laut,
kecepatan udara serta panas kondensor yang digunakan untuk menghasilkan udara
kering yang dialirkan ke dalam sistem untuk setiap variasi pengujian relatif sama.
Perbedaan antara jumlah volume air tawar hasil pengamatan dengan volume air
tawar hasil perhitungan karena tidak semua air tawar yang dihasilkan melalui
pengembunan pada evaporator jatuh ke dalam bak penampung.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 4.3. Grafik hubungan akumulasi produksi tawar terhadap variasi laju
aliran volumetrik air laut dan waktu
b. Pengaruh laju aliran volumetrik air laut terhadap COPHP.
Gambar 4.4. menunjukkan grafik hubungan antara laju aliran volumetrik
air laut terhadap COPHP aktual dari sistem. Dari gambar 4.4. dapat dilihat bahwa
nilai COPHP tertinggi dari sistem terdapat pada variasi laju aliran volumetrik air
laut 100 l/jam. Hal ini disebabkan karena pada variasi laju aliran volumetrik 100
l/jam adalah variasi yang memiliki beban pendinginan paling rendah terhadap
sistem pompa kalor dibanding variasi laju aliran volumetrik yang lain. Sedangkan
seiring dengan naiknya laju alirn volumetrik air laut maka beban pendinginan
yang diterima sistem pompa kalor juga akan semakin meningkat. Nilai COPHP
pada setiap variasi relatif sama pada saat sistem dijalankan. Hal ini karena sistem
menerima beban pendinginan sama selama dijalankan pada setiap variasinya.
0
500
1000
1500
2000
2500
3000
3500
4000
4500
20 40 60 80 100 120 140 160 180
Akum
ulas
i Pro
duks
iAi
r Taw
ar (m
l)
Waktu (menit)
100 L/1jam
150 L/jam
200 L/jam
250 L/jam
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
Gambar 4.4. Grafik hubungan COP hp sistem terhadap laju aliran
volumetrik air laut dan waktu
3
4
5
6
7
0 20 40 60 80 100 120 140 160 180
COP
hp
waktu (menit)
100L/1jam150 L/jam
200 L/jam
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
BAB V
PENUTUP
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan analisis data dan pembahasan, dapat diambil kesimpulan
sebagai berikut:
1. Volume produksi air tawar meningkat seiring dengan peningkatan laju aliran
volumetrik air laut yang diumpankan.
2. Volume air tawar rata-rata yang dihasilkan tiap 20 menit pada setiap variasi
laju aliran volumetrik air laut adalah:
a) Laju aliran volumetrik air laut 100 l/jam: 360 ml
b) Laju aliran volumetrik air laut 150 l/jam: 400 ml
c) Laju aliran volumetrik air laut 200 l/jam: 420 ml
d) Laju aliran volumetrik air laut 250 l/jam: 480 ml
3. COPHP tertinggi dari sistem berada pada variasi laju aliran volumetrik air laut
100 l/jam dan pada variasi laju aliran volumetrik yang lain memiliki nilai
COPHP hampir sama.
5.2. Saran
Berdasarkan pengalaman yang diperoleh dari penelitian ini,
direkomendasikan beberapa saran sebagai berikut:
1. Perlu diadakan penelitian lebih lanjut mengenai pengaruh kecepatan udara di
dalam duct terhadap produktivitas air tawar yang dihasilkan.
2. Perlu diadakan penelitian mengenai pengaruh tingkat kelembutan spray air
tehadap produktivitas air tawar yang dihasilkan.