![Aldy Nuary S (D331 14 303) PDF [PDF]](https://pdfs.asia/img/200x200/aldy-nuary-s-d331-14-303-pdf.jpg)
9 0 2 MB
PROTOTIPE DISTILATOR DENGAN MEMANFAATKAN PANAS GAS BUANG MESIN PENGGERAK KAPAL
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat Dalam Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Bidang Ilmu Perkapalan
BAB I
ALDY NUARY S D331 14 303
DEPARTEMEN TEKNIK SISTEM PERKAPALAN UNIVERSITAS HASANUDDIN MAKASSAR 2019
i
i
ii
KATA PENGANTAR Bismillahirrahmanirrahim. Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT yang telah memberikan rahmat, hidayah dan karunia-Nya sehingga skripsi dengan judul “Prototipe Distilator Dengan Memanfaatkan Panas Gas Buang Mesin Penggerak Kapal” dapat diselesaikan
dengan baik. Shalawat serta salam senantiasa terlimpah dan tercurahkan kepada baginda Nabi Muhammad SAW, keluarganya, para sahabatnya serta para pengikutnya yang setia hingga akhir zaman. Aaminn Yaa Rabill Alamin. Skripsi ini dibuat sebagai salah satu syarat untuk menyelesaikan studi program S1 (Strata Satu) di Departemen Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. Penyelesaian skripsi ini tidak terlepas dari bantuan dan dorongan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, melalui ini penulis memberikan ucapan terima kasih setingi-tingginya kepada : 1. Ayahanda Syukur L dan Ibunda Mardiana M selaku orang tua yang senantiasa selalu memberikan motivasi, doa dan memberikan dukungan materi demi keberlangsungan selama kuliah di Departemen Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. 2. Bapak Andi Haris Muhammad, ST.MT.PhD selaku Ketua Departemen Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin yang telah membantu dalam memberikan pengarahan selama dalam pengerjaan skripsi.
iii
3. Ibu Ir.Syerly Klara, MT selaku dosen pembimbing I yang telah meluangkan banyak waktunya untuk memberikan pengarahan, bimbingan, dan motivasi mulai dari awal penelitian hingga terselesaikannya skripsi ini. 4. Bapak Dr. Eng Faisal Mahmuddin, ST.,M.,Tech,M.Eng selaku dosen pembimbing II yang telah meluangkan banyak waktunya untuk memberikan pengarahan, bimbingan, dan motivasi mulai dari awal penelitian hingga terselesaikannya skripsi ini. 5. Dosen – dosen Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin yang telah memberikan ilmu, motivasi serta bimbingannya selama proses perkuliahan. 6. Seluruh kanda – kanda senior yang selalu memberikan kritik dan saran sehingga dapat dijadikan bahan perbaikan dalam proses pengambilan data dan penyelesaian skripsi ini. 7. Seluruh saudara – saudari mahasiswa Jurusan Teknik Perkapalan, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. Khususnya, ZTRINGER 2014 yang senantiasa memberi banyak bantuan motivasi, dukungan serta waktu yang telah dilalui Bersama. Tak lupa pula penulis sampaikan banyak terima kasih kepada dinda – dinda junior atas motivasi dan dukungannya. 8. Seluruh teman – teman seperjuangan di Departemen Teknik Sistem Perkapalan, Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin Angkatan 2014 atas semua bantuan dan dukungannya dalam penyelesaian skripsi ini.
iv
Penulis menyadari bahwa dalam penyelesaian skripsi ini terdapat banyak kekurangan. Oleh karena itu, saran dan kritik sangat penulis harapkan sebagai bahan umtuk memenuhi kekurangan dari penulisan skripsi ini. Penulis berharap semoga tulisan ini bermanfaat bagi pembaca dan khususnya penulis.
Gowa, Februari 2019
Aldy Nuary S Penulis
v
ABSTRACT Aldy Nuary S. D331 14 303. “Prototipe Distilator Dengan Memanfaatkan Panas Gas Buang Mesin Penggerak Kapal” Dibimbing oleh Ir.Syerly Klara,MT dan Dr.Eng.Faisal Mahmuddin ST,M.Eng. Penelitian ini bertujuan untuk membuat prototipe distilasi berdasarkan perhitungan kapal pembanding yang diteliti sebelumnya, dan menguji performa prototipe distilasi dalam menghasilkan air tawar. Indonesia merupakan negara kepulauan, banyak penduduknya yang tinggal di pulau atau daerah pesisir, sehingga penduduk yang tinggal di pulau atau daerah pesisir kekurangan air tawar. Oleh karena itu dibutuhkan teknologi yang tepat untuk mengolah air laut menjadi air tawar. Setelah dilakukan pengukuran suhu pada panas gas buang mesin bensin kapal nelayan, ternyata hasilnya cukup bagus, karena suhu panas gas buang mesin bensin kapal nelayan mencapai 255C, yang mana jika kita ingin mengubah air laut menjadi air tawar kita hanya membutuhkan suhu 80C. Pada penelitian ini kita akan membuat tiga prototipe distilasi, perbedaan dari ketiga prototipe ini terdapat pada perbedaan variasi diameter pipa, tapi luas selubung ketiga pipa prototipe sama dibagian gas buang mesin bensin kapal nelayan, yang nantinya akan di distilasi untuk kebutuhan air tawar nelayan selama melaut, agar kebutuhan air tawar nelayan selama melaut dapat terpenuhi dan tidak lagi membawa air tawar dari rumahnya saat ingin melaut. Dari hasil pengujian ketiga prototipe, nilai laju perpindahan panas dan beda suhu rata-rata logaritmik prototipe 3 lebih kecil dibanding prototipe 1 dan 2 yaitu sebesar 2,4 % dan 0,2 %, sehingga nilai efektivitas prototipe 3 lebih besar dibanding dengan prototipe 1 dan 2 yaitu 0,47 %, sehingga lebih efisien mengalirkan kalor ke fluida air laut. Volume air distilasi yang dihasilkan paling banyak sebesar 57 ml dalam setiap 60 menit yaitu prototipe 3.
Kata kunci: Prototipe, Temperature Gas Buang, Mesin Bensin, Distilasi
vi
DAFTAR ISI
LEMBAR PENGESAHAN ..................................................................................... i KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii ABSTRAK ............................................................................................................. vi DAFTAR ISI ......................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ...............................................................................................x DAFTAR TABEL ................................................................................................. xii DAFTAR SIMBOL.............................................................................................. xiii BAB I LANDASAN TEORI ...................................................................................1 I.1 Latar Belakang ........................................................................................1 I.2 Rumusan Masalah ...................................................................................3 I.3 Batasan Masalah .....................................................................................3 I.4 Tujuan Penelitian ....................................................................................3 I.5 Manfaat Penelitian ..................................................................................4 I.6 Sistematika Penulisan .............................................................................4 BAB II LANDASAN TEORI ..................................................................................6 II.1 Pengantar Desalinasi .............................................................................6 II.2 Teknologi Proses Desalinasi Air Laut ...................................................7 II.2.1 Distilasi (Penguapan)..............................................................7 vii
II.3 Pemanfaatan Panas Gas Buang .............................................................9 II.4 Analisa Perhitungan.............................................................................10 II.4.1 Perpindahan Panas Konduksi ..............................................10 II.4.2 Perpindahan Panas Konveksi ..............................................11 BAB III METODE PENELITIAN.........................................................................13 III.1 Lokasi dan Waktu Kegiatan Penelitian ..............................................13 III.2 Desain Alat Pengujian ........................................................................13 III.3 Prototipe Distilator .............................................................................13 III.4 Alat dan Bahan ...................................................................................15 III.5 Tahapan Pengujian Prototipe ............................................................18 III.6 Cara Analisis Data .............................................................................18 III.7 Kerangka Pemikiran ..........................................................................20 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ...............................................................21 IV.1 Pembuatan Prototipe Distilasi ............................................................21 IV.2 Hasil Pengujian Variasi Rpm pada Pemanfaatan Panas Gas Buang .22 IV.2.1 Pengujian 757 Rpm ............................................................22 IV.2.2 Pengujian 1095 Rpm ..........................................................23 IV.2.3 Pengujian 1345 Rpm ..........................................................24 IV.3 Perhitungan Hasil Data Pengujian .....................................................25
viii
BAB V PENUTUP ................................................................................................36 V.1 Kesimpulan .........................................................................................36 V.2 Saran ....................................................................................................36 DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................38 LAMPIRAN -
Dokumentasi pembuatan prototipe distilasi
-
Dokumentasi pengujian prototipe distilasi
ix
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Klasifikasi Proses Desalinasi ..........................................................6 Gambar 2.2 Distilasi Sederhana .........................................................................9 Gambar 3.1 Prototipe 1......................................................................................14 Gambar 3.2 Prototipe 2 .....................................................................................15 Gambar 3.3 Prototipe 3......................................................................................15 Gambar 3.4 Mesin Jiang Dong..........................................................................15 Gambar 3.5 Tachometer ....................................................................................15 Gambar 3.6 Thermometer gas buang ...............................................................16 Gambar 3.7 Thermometer suhu air ..................................................................16 Gambar 3.8 Stopwatch ......................................................................................16 Gambar 3.9 Pipa Tembaga ................................................................................17 Gambar 3.10 Plat Besi.........................................................................................17 Gambar 3.11 Akrilik ...........................................................................................17 Gambar 3.12 Prototipe Distilasi ..........................................................................22 Gambar 4.1 Grafik hubungan temperature gas buang vs rpm pada ketiga prototipe selama 60 menit ............................................................32 Gambar 4.2 Grafik hubungan temperature air laut vs rpm pada ketiga prototipe selama 60 menit .............................................................32 Gambar 4.3 Grafik hubungan perpindahan kalor vs rpm pada ketiga prototipe selama 60 menit .............................................................33
x
Gambar 4.4 Grafik hubungan efektivitas panas (Ɛh) vs rpm pada ketiga prototipe selama 60 menit .............................................................................34 Gambar 4.5 Grafik hubungan efektivitas dingin (Ɛc) vs rpm pada ketiga prototipe selama 60 menit .............................................................34 Gambar 4.6 Grafik hubungan volume air distilasi vs rpm pada ketiga prototipe selama 60 menit .............................................................35 Gambar 4.7 Grafik hubungan temperature gas buang masuk dan keluar hasil analisis vs hasil pengujian ..............................................................36 Gambar 4.8 Grafik hubungan temperature air laut hasil analisis vs hasil pengujian ........................................................................................37 Gambar 4.9 Grafik hubungan perpindahan kalor hasil analisis vs hasil pengujian ........................................................................................................38 Gambar 4.10 Grafik hubungan efektivitas panas (Ɛh) hasil analisis vs hasil pengujian .......................................................................................38 Gambar 4.11 Grafik hubungan efektivitas dingin (Ɛc) hasil analisis vs hasil pengujian .......................................................................................39
xi
DAFTAR TABEL
Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin ..............................................................................15 Tabel 4.1 Hasil data pengujian prototipe distilasi pada putaran 757 rpm ..........23 Tabel 4.2 Hasil data volume air distilasi pada putaran 757 rpm .......................23 Tabel 4.3 Hasil data pengujian prototipe distilasi pada putaran 1095 rpm .......24 Tabel 4.4 Hasil data volume air distilasi pada putaran 1095 rpm .....................24 Tabel 4.5 Hasil data pengujian prototipe distilasi pada putaran 1345 rpm .......25 Tabel 4.6 Hasil data volume air distilasi pada putaran 1345 rpm ......................25 Tabel 4.7 Tabulasi temperature gb & sw pada variasi rpm ................................25 Tabel 4.8 Tabulasi Hasil perhitungan rancangan dan hasil pengujian Prototipe Distilasi……………………………………………….....31 Tabel 4.9 Tabulasi perhitungan hasil analisis dan pengujian prototipe distilator ...........................................................................................................25
xii
DAFTAR SIMBOL
Ao (m2)
: Luas selubung bagian dalam pipa
Ai (m2)
: Luas selubung bagian luar pipa
P1
: Prototipe 1
P2
: Prototipe 2
P3
: Prototipe 3
qi (W/°C)
: Perpindahan kalor total pada permukaan luar pipa
qo (W/°C)
: Perpindahan kalor total pada permukaan dalam pipa
Tgbin (°c)
: Suhu gas buang masuk prototipe
Tgbout (°c)
: Suhu gas buang keluar prototipe
Tswin (°c)
: Suhu awal air dalam wadah
Tswout (°c)
: Suhu akhir air dalam wadah
Uo (w/ m2. °C)
: koefisien perpindahan kalor menyeluruh dipermukaan luar pipa
Ui (w/ m2. °C)
: koefisien perpindahan kalor menyeluruh dipermukaan dalam pipa
Vair laut (L)
: Volume air laut dalam wadah pengujian
Vdistilasi (ml)
: Volume air hasil distilasi (air tawar)
ΔTm (°c)
: Beda suhu keseluruhan rata-rata logaritmik
Ɛh (%)
: Efektivitas alat penukar kalor (fluida panas)
Ɛc (%)
: Efektivitas alat penukar kalor (fluida
xiii
BAB I PENDAHULUAN I.1 Latar Belakang Pemanfaatan energi alternatif yang ramah lingkungan dan memiliki nilai ekonomis yang tinggi saat ini dan mulai ramai dikembangkan adalah distilasi. Distilasi adalah proses pemisahan zat cair dari campurannya berdasarkan titik didih atau kemampuan zat untuk menguap. Dimana zat cair dipanaskan hingga titik didihnya, serta mengalirkan uap ke dalam kondensor dan mengumpulkan pengembunan sebagai zat cair. Air asin atau laut adalah larutan yang mengandung beberapa jenis zat terlarut seperti garam-garam, yang jumlahnya rata-rata 3 sampai 4,5 %. Distilasi berarti pemisahan air tawar dari air laut. Metode yang digunakan pada proses ini disebut distilasi air laut. Dalam pemisahan air tawar dari air laut, ada beberapa teknologi proses desalinasi yang telah banyak dikenal antara lain yakni proses distilasi/penguapan, teknologi proses dengan menggunakan membrane, proses pertukaran ion. Berdasarkan uraian diatas maka perlu diterapkan suatu teknologi tepat guna yang diharapkan dapat memanfaatkan energi alternatif. Solusi yang akan diupayakan adalah distilasi air laut menjadi air tawar dengan memanfaatkan energi panas gas buang mesin bensin yang selama ini belum dimanfaatkan. Dimana selama ini pemanfaatan gas buang hanya dilakukan untuk mengubah energi panas menjadi energi listrik (termoelektrik).
1
Di dalam kapal terutama di bagian mesin terdapat komponen yang menghasilkan panas dari hasil pembakaran yang terbuang percuma. Karena pada mesin kapal efisiensi thermal yang optimal dan bisa dimanfaatkan hanya sekitar 25 – 30 %, sedangkan sisanya terbuang dalam berbagai bentuk seperti 30 – 35 % sebagai gas buang. Tentunya presentase gas buang tersebut memiliki potensi panas yang sangat besar untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi baru menggunakan distilasi. Mesin bensin banyak dipergunakan di laut sebagai penggerak kapal. Panas gas buang yang dihasilkan mesin bensin banyak menggandung potensi energi thermal yang dapat dimanfaatkan, serta pemanfaatan gas buang akan mempunyai keuntungan memperkecil biaya pada proses pemanasan yang dipakai, juga dapat menurunkan temperatur gas buang sehingga memperkecil pencemaran udara lingkungan. Sedangkan dari pengukuran awal yang dilakukan, suhu gas buang mesin kapal yang digunakan oleh kebanyakan nelayan kecil dapat mencapai 255oC. Dengan demikian, suhu gas buang ini mempunyai potensi yang sangat besar untuk digunakan dalam proses desalinasi. Metode desalinasi yang akan digunakan adalah metode distilasi dimana gas buang mesin akan digunakan memanaskan air laut sehingga beruap kemudian diproses lagi untuk menjadi air tawar. Dalam penelitian sebelumnya, telah dilakukan perhitungan untuk membuat desain prototipe desalinasi yang efisien dengan menggunakan data kapal pembanding, dari perhitungan ini keluar dimensi prototipe yang akan di buat dan menghasilkan 3
2
prototipe yang akan di uji lab, desain dan spesifikasi desalinasi ini dibuat sehingga dapat mengkonversi air laut menjadi air tawar. Berdasarkan uraian diatas dan dari hasil perhitungan yang telah dilakukan, maka penulis akan meneliti mengenai “Prototipe Distilator dengan memanfaatkan Panas Gas Buang Mesin Penggerak Kapal”. I.2. Rumusan Masalah Berdasarkan uraian pada latar belakang diatas, maka rumusan masalah yang dapat dikemukakan pada studi ini yaitu: 1. Bagaimana merancang dan membuat sebuah prototipe distilator air laut menjadi air tawar dengan memanfaatkan panas gas buang mesin bensin ? 2. Bagaimana performa prototipe distilator air laut menjadi air tawar dengan memanfaatkan panas gas buang mesin bensin ? I.3. Batasan Masalah Untuk membatasi ruang lingkup penelitian ini diperlukan batasan-batasan sebagai berikut : 1. Mesin bensin yang digunakan dalam penelitian adalah mesin bensin Jiang Dong. 2. Rpm yang digunakan maximal 1345. 3. Volume air laut dalam wadah 5,4 liter. I.4. Tujuan Penelitian Adapun tujuan dari penelitian ini adalah : 1. Membuat sebuah prototipe distilator air laut menjadi air tawar dengan memanfaatkan panas gas buang mesin bensin.
3
2. Menguji performa prototipe distilator air laut menjadi air tawar dengan memanfaatkan panas gas buang mesin bensin. I.5. Manfaat Penelitian Manfaat dari penelitian ini adalah : 1. Mengurangi polusi gas buang mesin. 2. Mengurangi beban nelayan membaya air tawar pada saat pergi melaut. I.6. Sistematika Penulisan BAB I : PENDAHULUAN Pada bab menjelaskan latar belakang masalah, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan masalah, serta sistematika penulisan. BAB II : LANDASAN TEORI Pada bab ini menjelaskan tentang teori – teori yang berkaitan dengan pembahasan penelitian. BAB III : METODOLOGI PENELITIAN Pada bab ini menjelaskan jenis penelitian, lokasi dan waktu penelitian, perolehan data, penyajian data dan kerangka pemikiran. BAB IV : HASIL DAN PEMBAHASAN Pada bab ini menjelaskan tentang hasil yang diperoleh dari pengolahan data dan penelitian.
4
BAB V : PENUTUP Pada bab ini berisi kesimpulan dan saran. Daftar Pustaka Lampiran
5
BAB II LANDASAN TEORI
II.1 PENGANTAR 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 ( Albert Batista Traigan, 2012).
Gambar 2.1 Klasifikasi Proses Desalinasi. Proses desalinasi dengan cara distilasi adalah pemisahan air tawar dengan cara merubah phase air, sedangkan pada proses dengan membran yakni pemisahan air tawar dari air laut dengan cara pemberian tekanan dan menggunakan membran reverse osmosis atau dengan cara elektrodialisa. Disamping alat desalinasi itu sendiri, perlengkapan lainnya yang umum pada proses desalinasi adalah sistem intake air laut termasuk pompa intake, saringan kasar dan saringan halus, perpipaan air laut, perpipaan air hasil proses (air tawar)
6
dan tanki penampungan, peralatan energi (listrik) dan sistem distribusi dan lain sebagainya (Nusa Idaman Said, 2011). Pemilihan proses yang akan digunakan harus disesuaikan dengan lokasi pengolahan, kualitas air laut, penggunaan air hasil pengolahan dan lain sebagainya berdasarkan studi kelayakan. Mengingat semakin bertambahnya permintaan air baik untuk kehidupan manusia maupun industri, maka setiap negara perlu menyediakan air tawar yang murah walaupun biaya pengadaan sumber energinya semakin tinggi. Di beberapa negara penelitian dan pengembangan metoda desalinasi, penambahan-penambahan baru, kombinasi dan lain sebagainya telah dilaksanakan untuk meningkatkan efisiensi dari pengolahan sistem desalinasi (Nusa Idaman Said, 2011). II.2 Teknologi Proses Desalinasi Air Laut II.2.1 Distilasi ( Penguapan) A.Proses Distilasi Pada proses distilasi, air laut dipanaskan untuk menguapkan air laut dan kemudian uap air yang dihasilkan dikondensasi untuk memperoleh air tawar. Proses ini menghasilkan air tawar yang sangat tinggi tingkat kemurniannya dibandingkan dengan proses lain. Air laut mendidih pada 100 oC pada tekanan atmosfir, namun dapat mendidih di bawah 100 oC apabila tekanan diturunkan. Penguapan air memerlukan panas penguapan yang tertahan pada uap air yang terjadi sebagai panas laten. Apabila uap air dikondensasi maka panas laten akan dilepaskan yang dapat dimanfaatkan untuk pemanasan awal air laut (Nusa Idaman Said, 2011).
7
Pada proses distilasi air laut/air baku digunakan sebagai bahan air umpan pembuatan air tawar maupun sebagai media pendingin, dengan jumlah yang diperlukan kurang dari 8-10 kali dari Jumlah air tawar yang dihasilkan. Uap dari ketel uap atau sumber lain digunakan sebagai pemanas dengan tekanan 2-3,5 kg/cm dan penjalan ejector dengan tekanan 10-12 kg/cm. Pada umumnya jumlah uap untuk pemanasan antara 1/8 sampai 1/6 dari jumlah air tawar yang dihasilkan, perbandingan antara jumlah air tawar yang dihasilkan dengan jumlah uap yang diperlukan disebut performance ratio (PR) dalam proses reverse osmosis atau Gained Output Ratio (GOR) dalam proses distilasi. (Nughroho, Ari, 2004). Korosi (karat) sudah tentu akan merusak peralatan dan perpipaan, yang dapat mengakibatkan sistem pengolahan tidak dapat beroperasi, yang kemudian akan menghabiskan biaya dan waktu yang tidak sedikit pada saat perbaikan. Produksi air akan terhenti pada periode itu. Oleh karena itu pemilihan bahan merupakan hal yang sangat penting. Proses desalinasi telah bertahun-tahun dan telah dihasilkan beberapa perbaikan (Nusa Idaman Said, 2011). Pada proses distilasi, air laut dipanaskan untuk menguapkan air laut dan kemudian uap air yang dihasilkan dikondensasi untuk memperoleh air tawar. Proses ini menghasilkan ait tawar yang sangat tinggi tingkat kemurniannya dibandingkan dengan proses lain. Air laut mendidih pada suhu 100 oC pada tekanan atmosfer, namun dapat mendidih dibawah 100 oC apabila tekanan diturunkan. Penguapan air memerlukan panas penguapan yang tertahan pada uap air yang terjadi sebagai panas laten. Apabila uap air dikondensasi maka panas laten akan dilepaskan yang dapat dimanfaatkan untuk pemanasan awal air laut. (Tarigan, Albert Batista, 2012)
8
Masalah yang biasa timbul pada semua jenis sistem distilasi adalah kerak dan karat pada peralatan. Apabila terjadi kerak pada tube penukar panas evaporator maka efisiensi panas dan produksi air tawar akan berkurang. Pengolahan desalinasi harus diberhentikan untuk pembersihan tube dengan asam. Penerapan pengolahan yang efektif sangat diperlukan (Nusa Idaman Said, 2011). B. Jenis Distilasi 1.Distilasi Sederhana Distilasi sederhana atau distilasi biasa adalah teknik pemisahan kimia untuk memisahkan dua atau lebih komponen yang memiliki perbedaan titik didih yang jauh. Suatu campuran dapat dipisahkan dengan distilasi biasa ini untuk memperoleh senyawa murni. Senyawa yang terdapat dalam campuran akan menguap saat mencapai titik didih masing-masing (K.B.A. Walangare, 2013).
Gambar 2.2 Distilasi Sederhana.
II. 3 Pemanfaatan Panas Gas Buang Sejalan dengan perkembangan teknologi mesin otomotif baik mesin bensin maupun mesin diesel, tidak lepas kaitannya dengan usaha untuk meningkatkan
9
kinerja dan efesiensi termalnya. Namun sampai saat ini efesiensi termal yang optimal yang bisa dimanfaatkan tanya sekitar 25-30%, sedangkan sisanya terbuang dalam berbagai bentuk seperti 30-35 % terbuang pada gas buang, 30-35% terbuang melalui sistem fluida pendingin, dan 5-10% terbuang akibat gesekan dan lain-lain. Melihat besarnya energi yang hilang atau tidak termanfaatkan dan mengingat semakin langkanya penyediaan energi maupun mahalnya biaya pemakaian energi, maka sangat logis bila dilakukan upaya pemanfaatan berbagai energi alternatif termasuk pemanfaatan panas buang (limbah panas) dari mesin kendaraan bermotor baik mesin bensin atau mesin diesel, panas buang dari Pembangkit Listrik Tenaga Disel (Gen Set), ataupun gas panas buang dari hasil pembakaran sistem gas (Ali Mahmudi, 2012). II.4 Analisa Perhitungan II.4.1 Perpindahan Panas Konduksi Konduksi adalah proses dimana panas mengalir dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam satu medium (padat,cair atau gas) atau antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar menurut teori kinetik.(Frank Kreith, 1985) Menurut teori kinetik, suhu elemen suatu zat sebanding dengan energi kinetik rata-rata molekul-molekul yang membentuk elemen itu. Konduksi adalah satusatunya mekanisme dimana panas dapat mengalir dalam zat padat yang tidak tembus cahaya. Berdasarkan hukum kedua termodinamika panas akan mengalir secara otomatis dari titik yang bersuhu lebih tinggi ke titik yang bersuhu lebih
10
rendah, maka aliran panas akan menjadi positif bila gradien suhu negatif (Invan Trisukamto, 2013). Persamaan dasar konduksi satu dimensi dalam keadaan steady adalah : 𝑑𝑇
qk= k.A 𝑑𝑋 …………………………………………….(1) dimana : qk : laju aliran panas konduksi ( Watt) k
: konduktifitas termal bahan (W/m. 0C)
A : luas penampang yang tegak lurus terhadap arah aliran panas (m2) dT : gradien suhu pada penampang (0C) dx : jarak dalam arah aliran panas (m) II.4.2 Perpindahan Panas Konveksi Konveksi adalah proses transport energi dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan energi dan gerakan mencampur, konveksi sangat penting sebagai mekanisme perpindahan energi antara permukaan benda padat, cairan atau gas. Perpindahan panas secara konveksi diklasifikasikan dalam konveksi bebas (free convection) dan konveksi paksa (forced convection) menurut cara menggerakkan alirannya. Bila gerakan mencampur berlangsung semata-mata sebagai akibat dari perbedaan kerapatan yang disebabkan oleh gradien suhu maka disebut konveksi bebas atau alamiah. Bila gerakan mencampur disebabkan oleh suatu alat dari luat seperti pompa atau kipas, maka prosesnya disebut konveksi paksa. Keefektifan perpindahan panas dengan cara konveksi tergantung sebagian
11
besarnya pada gerakan mencampur fluida. Akibatnya studi perpindahan panas konveksi didasarkan pada pengetahuan tentang ciri-ciri aliran fluida. (Frank Kreith., 1985) Perpindahan panas yang terjadi pada gas buang yang di dalam pipa knalpot merupakan perpindahan panas konveksi paksa karena gerakan gas buang disebabkan oleh dorongan torak dari dalam mesin diesel, Panas berpindah secara konveksi dari gas buang ke dinding pipa knalpot dan besarnya dapat dicari dari persamaan (Invan Trisukamto,2013). q = h.A ( Tf - Tw)…………………………………….(2) dimana : q
: laju aliran panas konveksi (watt)
h
: koefisien perpindahan panas konveksi (W/m2. 0C)
A : luas permukaan yang tegak lurus terhadap arah aliran panas (𝑚2 ) Tf : Temperatur fluida (0C) Tw :Temperatur permukaan (0C)
12
BAB III METEDOLOGI PENELITIAN III.1 lokasi dan Waktu Penelitian a. Objek Penelitian Penelitian ini dilakukan di laboratorium Sistem Bangunan Laut & Laboratorium permesinan, Departemen Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin b. Waktu Penelitian Penelitian dilakukan pada bulan Juli – Desember 2018 III. 2 Desain Alat Pengujian 1. Prototipe Distilator dengan memanfaatkan Panas Gas Buang Mesin Penggerak Kapal. Prototipe Distilator adalah sebuah model yang dibuat untuk mengubah air laut menjadi air tawar dengan memanfaatkan panas gas buang mesin. III.3 Prototipe Distilator Pada penelitian ini, dilakukan pengujian prototipe distilator yang jumlahnya ada 3 dimensi dari ketiga prototipe ini sama, yang membedakan dari ketiga prototipe ini yaitu variasi diameter pipa tembaga, namun luas selubung pipa tembaga ketiga prototipe sama, variasi diameter pipa tembaga dibagi menjadi 3 yaitu, 2,4 cm untuk prototipe 1, 1,2 cm untuk prototipe 2 dan 0,8 cm untuk prototipe 3, sehingga membuat jumlah pipa tembaga pada tiap prototipe berbeda, pada prototipe 1 memiliki 1 pipa tembaga, pada prototipe 2 memiliki 2 pipa tembaga, dan pada prototipe 3 memiliki 3 pipa tembaga. Diameter pipa tembaga divariasikan
13
untuk mengetahui apakah semakin besar atau kecil pipa tembaga akan mempengaruhi cepatnya perpindahan panas. a. Prototipe 1
Gambar 3.1 Prototipe 1 b. Prototipe 2
Gambar 3.2 Prototipe 2 c. Prototipe 3
Gambar 3.3 Prototipe 3
14
III.4 Alat dan Bahan Penelitian a. Alat dalam pengambilan data Dalam pengambilan data yang dilakukan dalam penelitian ini diperlukan : •
Mesin Penggerak Tabel 3.1 Spesifikasi Mesin Merk Mesin Model Tipe Mesin RPM Daya Mesin Torsi Kapasitas Tangki BB Dimensi Utama Jumlah
Jiang Dong GX420 4 Tak 3600 15 HP 29.3 N.m 6.5 Liter 530 x 405 x 480 mm 1 unit
Gambar 3.4 Mesin Jiang Dong •
Tachometer Digunakan untuk memgukur jumlah putaran mesin dalam satuan waktu, baik itu putaran per menit (rpm) ataupun per detik (rps).
Gambar 3.5 Tachometer 15
•
Thermometer gas buang Digunakan untuk mengukur temperatur gas buang yang masuk dan keluar dari alat distilasi.
Gambar 3.6 Thermometer Gas Buang •
Thermometer suhu air Digunakan untuk mengukur suhu air
Gambar 3.7 Thermometer suhu air •
Stopwatch Digunakan untuk menghitung waktu yang dibutuhkan untuk menghasilkan air tawar dari proses distilasi.
Gambar 3.8 Stopwatch
16
b. Bahan •
Pipa tembaga
Gambar 3.9 Pipa tembaga •
Plat besi
Gambar 3.10 Plat besi •
Akrilik
Gambar 3.11 Akrilik
17
III.5 Tahapan Pengujian Prototipe Dalam pengujian prototipe yang dilakukan dalam penelitian ini kita terlebih dahulu menyiapkan alat untuk pengambilan data dan air laut untuk proses distilasi. Adapun tahapan pengambilan data sebagai berikut : 1. Memasang prototipe 1 pada mesin. 2. Memasukkan air laut ke wadah sebanyak 5,4 liter. 3. Menyalakan mesin sebagai penghasil gas buang. 4. Mengukur putaran mesin menggunakan tachometer hingga rpm 737. 5. Mengukur suhu gas buang mesin pada pipa inlet dan outlet prototipe 1 menggunakan thermometer tiap 15 menit. 6. Mengukur suhu air di dalam wadah menggunakan thermometer suhu air tiap 15 menit. 7. Mengukur volume air tawar yang dihasilkan prototipe 1. 8. Dengan cara yang sama, pengambilan data prototipe 2 dan 3, serta pada pengujian I dan II, tetapi dengan rpm yang berbeda yaitu 1095 dan 1345.
III. 6 Cara Analisis Data Penelitian ini terdiri dari beberapa tahap yang akan dilakukan. 1. Membuat prototipe distilator Membuat prototipe distilator berdasarkan hasil perhitungan desain distilator. 2. Pengujian prototipe distilator Setelah prototipe distilator dibuat, dilakukan pengujian untuk mengukur
18
temperature gas buang masuk dan keluar prototipe distilator, mengukur temperature suhu awal & akhir air laut, mengukur rpm mesin dan mengukur volume air distilasi yang dihasilkan. 3. Menghitung data hasil pengujian Data yang didapatkan dari hasil pengujian dihitung untuk mengetahui nilai tahanan termal, koefisien perpindahan kalor menyeluruh di permukaan pipa, perpindahan kalor, dan efektivitas. 4. Analisa hasil perhitungan. Dari hasil perhitungan dibandingkan hasil perhitungan rancangan dan pengujian.
19
III.7 Kerangka Pemikiran
Mulai
Penyediaan Alat Plat besi, akrilik, pipa tembaga
Pembuatan
Prototipe 1
Prototipe 2
Prototipe 3
Pengambilan Data: Putaran mesin divariasikan, mengukur suhu gas buang masuk dan keluar prototipe tiap 15 menit, mengukur suhu air di dalam wadah tiap 15 menit, dan volume air yang dihasilkan.
Pengolahan Data: Perbandingan volume air distilasi yang dihasilkan dari variasi diameter pipa tembaga dan performa prototipe distilator.
Analisa dan Pembahasan
selesai
20
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini dibuat prototipe berdasarkan perhitungan hasil desain distilator, untuk mendapatkan ukuran yang efisien, sehingga dibuat 3 prototipe, perbedaan dari ketiga prototipe ini terdapat pada perbedaan variasi diameter pipa, tapi luas selubung ketiga pipa prototipe sama, sehingga dapat diketahui prototipe mana yang paling efisien dalam perpindahan panas. IV.1 Pembuatan prototipe distilator. Pembuatan prototipe dari hasil rancangan, dilakukan dengan menyiapkan alat dan bahan. Adapun alat yang digunakan yaitu gurinda, las besi, las pipa tembaga, bor, dan pemotong akrilik, sedangkan bahan yang digunakan pipa tembaga, sambungan U pipa tembaga, plat besi, akrilik, kawat tembaga, lem slicon high temperature, dan lem akrilik. Adapun bahan yang dipakai unuk pipanya adalah pipa tembaga, karena memiliki nilai konduktivitas termal (K) yang cukup tinggi sebesar 386 w/m.K, sedangkan untuk wadahnya menggunakan plat besi karena dapat menghantarkan panas dengan baik sedangkan penutup wadahnya menggunakan akrilik. Pada tahap awal pembuatan alat, membuat sketsa wadah pada plat besi, yang akan di potong dan di las agar membentuk sebuah wadah persegi panjang, selanjutnya menentukan ukuran pipa tembaga yang akan di bentuk spiral, di buat spiral agar panas yang disalurkan efisien, dan panas yang dihantarkan lebih menyeluruh. Selanjutnya membuat sketsa pada akrlik, yang nantinya akan di 21
potong dan di lem agar membentuk persegi panjang, sebagai penutup wadahnya, lalu kita membuat lubang untuk pipa tembaga pada plat besi menggunakan bor. Setelah semua selesai dibuat dan disatukan seperti gambar di bawah, selanjutnya akan dilakukan pengujian alat distilator.
(a)
(b)
(c)
Gambar 3.12 Prototipe Distilator Gambar 3.12 (a) merupakan tampak bagian atas wadah prototipe distilator. Gambar 3.12 (b) merupakan bagian prototipe yang akan dihubungkan ke bagian gas buang mesin. Gambar 3.12 (c) merupakan bagian keseluruhan prototipe distilator setelah dihubungkan ke mesin. IV.2 Hasil Pengujian Variasi Rpm Mesin pada Pemanfaatan Panas Gas Buang Variasi rpm mesin pada putaran 757, 1095 dan 1345. Adapun data awal suhu air laut 28(°c). IV.2.1 Pengujian 757 Rpm Pada pengujian pertama dimasukkan air laut sebanyak 5,4 liter ke dalam wadah masing-masing tiap prototipe, dengan putaran mesin 757 selama 60 menit, dan tiap 15 menit dilakukan pengambilan data.
22
Tabel 4.1 Hasil data pengujian prototipe distilasi pada putaran 757 rpm. Prototipe 1
Prototipe 2
Prototipe 3
Waktu (menit)
Tgbin
Tgbout
Tswout
Tgbin
Tgbout
Tswout
Tgbin
Tgbout
Tswout
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
15
147
58
43,25
147
52
54.4
147
50
56
30
155
63
48,3
155
55
58
155
54
60.5
45
164
66
55
164
59
63
164
57
64.25
60
176
73
58,5
176
62
66
176
60
68
•
Hasil Data Volume Air Distilasi Menunjukkan data hasil pengujian berupa volume air laut dalam wadah
(Vair laut ) dan volume air distilasi (Vdistilasi) yang dihasilkan selama 60 menit. Tabel 4.2 Hasil data volume air distilasi pada putaran 757 rpm. Prototipe 1 2 3
Vair laut (L) 5,4 5,4 5,4
Vdistilasi (ml) 1 15 27
IV.2.2 Pengujian 1095 Rpm Pada pengujian kedua dimasukkan air laut sebanyak 5,4 liter ke dalam wadah masing-masing tiap prototipe, dengan putaran mesin 1095 selama 60 menit, dan tiap 15 menit dilakukan pengambilan data.
23
Tabel 4.3 Hasil data pengujian prototipe distilasi pada putaran 1095 rpm. Prototipe 1
Prototipe 2
Prototipe 3
Waktu (menit)
Tgbin
Tgbout
Tswout
Tgbin
Tgbout
Tswout
Tgbin
Tgbout
Tswout
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
15
200
70
56.25
200
64
62.5
200
59
65.3
30
210
76
59.4
210
67
75
210
62
78
45
215
79
65.5
215
69
81.3
215
67
84.3
60
220
83
68.6
220
72
87.5
220
70
90.6
•
Hasil Data Volume Air Distilasi Menunjukkan data hasil pengujian berupa volume air laut dalam wadah
(Vair laut ) dan volume air distilasi (Vdistilasi) yang dihasilkan selama 60 menit. Tabel 4.4 Hasil data volume air distilasi pada putaran 1095 rpm. Prototipe 1 2 3
Vair laut (L) 5,4 5,4 5,4
Vdistilasi (ml) 29 44 50
IV.2.3 Pengujian 1345 Rpm Pada pengujian ketiga dimasukkan air laut sebanyak 5,4 liter ke dalam wadah masing-masing tiap prototipe, dengan putaran mesin 1345 selama 60 menit, dan tiap 15 menit dilakukan pengambilan data.
24
Tabel 4.5 Hasil data pengujian prototipe distilasi pada putaran 1345 rpm. Prototipe 1
Prototipe 2
Prototipe 3
Waktu (menit)
Tgbin
Tgbout
Tswout
Tgbin
Tgbout
Tswout
Tgbin
Tgbout
Tswout
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
(°c)
15
233
78
64.25
233
64
67
233
63
68
30
240
84
69
240
69
80.3
240
67
83
45
248
90
74
248
74
89.5
248
71
91.3
60
255
94
79.5
255
77
94.5
255
76
97
•
Hasil Data Volume Air Distilasi Menunjukkan data hasil pengujian berupa volume air laut dalam wadah
(Vair laut ) dan volume air distilasi (Vdistilasi) yang dihasilkan selama 60 menit. Tabel 4.6 Hasil data volume air distilasi pada putaran 1345 rpm. Prototipe 1 2 3
Vair laut (L) 5,4 5,4 5,4
Vdistilasi (ml) 35 50 57
IV.3 Perhitungan Hasil Data Pengujian Tabel 4.7 Tabulasi hasil perhitungan data pengujian.
Rpm 753
Rpm 1095
Rpm 1345
Variabel P1
P2
P3
Tgbin (°c)
160.5
160.5
160.5
Tgbout (°c)
65
57
Tswout (°c)
51.26
Vdistilasi (ml)
1
P1
P2
P3
P1
P2
P3
211.25 211.25 211.25
244
244
244
55.25
77.25
67
66.25
86.5
71
69.25
60.35
62.19
62.44
76.58
79.55
71.69
82.83
84.83
15
27
29
44
50
35
50
57
25
IV.3.1 Tahanan Termal dalam dan luar pipa prototipe 1 a) Tahanan termal dalam pipa (Ri) • Tahanan termal bagian dalam pipa pada Prototipe 1 Untuk mengetahui berapa tahanan termal dalam pipa dapat menggunakan persamaan berikut: 1 hi x Ai
Ri =
=
1 = 3,15 oC/w hi 2ri
Karena aliran dalam pipa adalah laminar maka nilai hi , ditentukan dengan menggunakan persamaan sebagai berikut : hi =
dimana :
48k = 4,6 w/m2.0C 11d i
Ri = tahanan termal dalam pipa (oC/w) hi = koefisisen perpindahan panas dalam pipa (w/m2.0C) Ai = luas selubung dalam pipa (m2)
b) Tahanan termal pipa (Rs) Tahanan termal pipa untuk ketiga model dapat diketahui dengan menggunakan persamaan : Rs =
ln (ro / ri ) = 0,590 0C/w 2 kLn
dimana : k = konduktivitas termal (w/m.K) L = panjang pipa (m) n = jumlah pipa c) Tahanan termal luar pipa (Ro) •
Tahanan termal bagian luar pipa pada Prototipe 1 Tahanan termal bagian luar pipa ( Ro ) :
26
Ro =
1 1 = = 0,64 oC/w ho 2ro ho x Ao
dimana : Ao = luas selubung luar pipa ro = jari-jari luar pipa ho merupakan koefisien perpindahan panas di luar pipa, untuk aliran laminar hubungan sederhana ho dari persamaan adalah : T − Tw ho = 1,32 x o do
1/ 4
To ialah suhu permukaan luar pipa dan Tw adalah suhu air pendingin, neraca energi mensyaratkan, dapat dinyatakan dalam persamaan
Tw − Ti T −T T − Tw = i o = o Ri Rs Ro atau;
To − Tw 1,32 = 2ro 1 / 4 (To − Tw ) 5 / 4 Rs d
Kedua persamaan ini adalah non-linier, dan dapat dilakukan dengan iterasi yang menghasilkan ; Ti = 159.5
0
C
dan
To = 158 0C
Sehingga koefisien perpindahan kalor di luar pipa (ho) dari persamaan adalah : ho = 21 w/m2. 0C IV.3.2 Analisa Koefisien Perpindahan Kalor Menyeluruh dipermukaan Luar Pipa (Uo) dan Perpindahan Kalor Menyeluruh dipermukaan Dalam Pipa (Ui) Untuk mengetahui koefisien perpindahan kalor menyeluruh pada permukaan luar dan dalam pipa (tube), sebagai berikut : • Koefisien perpindahan panas menyeluruh pada Prototipe 1 - Koefisien perpindahan kalor menyeluruh pada permukaan luar pipa
27
1 = 0,251 w/ m2. 0C Ri x Ao / Ai + Ao x RS + Ro
Uo =
- Koefisien perpindahan kalor menyeluruh pada permukaan dalam pipa Ui =
IV.3.3
1 = 0,262 w/ m2. 0C Ro x Ai / Ao + Ai x RS + Ri
Menghitung Beda Suhu Keseluruhan Rata-Rata Logaritmik (Logarithmic Mean Overall Temperature Difference – LMTD) LMTD untuk aliran searah dapat dihitung dengan menggunakan persamaan
sebagai berikut : ΔT =
(Tgbin−Tswin)−(Tgbout−Tswout) (Tgbin−Tswin) (Tgbout−Tswout)
ln
Dimana : •
Beda suhu keseluruhan rata-rata untuk Prototipe 1 ΔT =
=
(Tgbin−Tswin)−(Tgbout−Tswout) (Tgbin−Tswin) (Tgbout−Tswout)
ln
(160,5°C−28°C)−(65°C−51,3 °C) (160,5°𝐶−28°𝐶) (65°C−𝟓𝟏,𝟑 °C)
ln
= 52 °C IV.3.4 Perpindahan Kalor Total Perpindahan kalor dapat dianggap sebagai aliran, yaitu perbandingan antara beda potensial termal terhadap tahanan termal. Dengan demikian kita dapat menghitung perpindahan kalor dengan persamaan sebagai berikut : a. Perpindahan kalor total pada permukaan luar pipa (qo) Untuk mengetahui perpindahan kalor total pada permukaan luar pipa (tube),
28
maka digunakan rumus sebagai berikut : qo = Uo x Ao x ΔTm b. Perpindahan kalor total pada permukaan dalam pipa (qi) Untuk mengetahui perpindahan kalor total pada permukaan luar pipa (tube), maka digunakan rumus sebagai berikut : qi = Ui x Ai x ΔTm dimana : U = koefisien perpindahan panas menyeluruh (W/m2. °C) A = luas permukaan (m2) ΔTm = beda suhu rata-rata logaritmik (°C) • Perpindahan kalor total untuk Prototipe 1 a. Perpindahan kalor total pada permukaan luar pipa (qo) Untuk mengetahui perpindahan kalor total pada permukaan luar pipa (tube), maka digunakan rumus sebagai berikut : qo = Uo x Ao x ΔT = 0,251 W/m2.°c x 0,075 m2 x 52 °C = 0,988 W/°C b. Perpindahan kalor total pada permukaan dalam pipa (qi) Untuk mengetahui perpindahan kalor total pada permukaan luar pipa (tube), maka digunakan rumus sebagai berikut : qi = Ui x Ai x ΔT = 0,262 W/m2.°c x 0,072 m2 x 52 °C = 0,988 W/°C
29
IV.3.5 Efektivitas alat penukar kalor (Ɛ) Untuk mengetahui efektifitas dari alat penukar kalor aliran searah adalah sebagai berikut : ➢ Untuk fluida panas menurut persamaan : Ɛh =
Tgbin −Tgbout Tgbin −Tswin
➢ Untuk fluida dingin menggunakan persamaan: Ɛc =
Tswout −Tswin Tgbin −Tswout
• Efektivitas alat penukar kalor pada Prototipe 1 ➢ Untuk fluida panas menurut persamaan : Ɛh =
Tgbin −Tgbout Tgbin −Tswin
= 0,19 = 72 %
➢ Untuk fluida dingin menggunakan persamaan: Ɛc =
Tswout −Tswin Tgbin −Tswout
= 0,048 = 17 %
Dimana : Tgbin = temperatue fluida panas (gas buang) masuk
= 160,5 °C
Tgbout = temperature fluida panas (gas buang) keluar = 65 °C Tswin = temperature fluida dingin (air laut) awal
= 28 °C
Tswout = temperature fluida dingin (air laut) akhir
= 51,3 °C
Perhitungan prototipe 2 dan prototipe 3 pada putaran 753 rpm dilakukan dengan cara yang sama. Pada putaran 1095 rpm & 1345 rpm dihitung dengan cara yang sama dengan putaran 753 rpm. 30
Data hasil perhitungan dapat dilihat pada tabel berikut : Tabel 4.8 Tabulasi hasil pengujian Prototipe Distilator
Data Pengujian Variable
753 Rpm
1095 Rpm
1345 Rpm
P1
P2
P3
P1
P2
P3
P1
P2
P3
Tgbin (°c)
160.5
160.5
160.5
211.3
211.25
211.3
244
244
244
Tgbout (°c)
65
57
55.25
77.25
67
66.25
86.5
71
69.25
Tswin (°c)
28
28
28
28
28
28
28
28
28
Tswout (°c)
51.3
60.4
62.2
62.4
76.5
79.5
71.69
82.8
84.8
Ao (m2)
0.075
0,037
0.025
0.075
0.037
0.025
0.075
0.037
0.025
Ai (m2)
0.072
0,036
0.024
0.072
0.036
0.024
0.072
0.036
0.024
Ro (°C/w)
0.64
0,64
0.64
0.085
0.085
0.085
0.087
0.087
0.087
Rs (°C/w)
0.590
0,406
0.146
0.481
0.326
0.117
0.394
0.267
0.096
Ri (°C/w)
3.15
3,15
3.15
2.54
2.54
2.54
2.077
2.077
2.077
0.251
0,253
0.256
0.361
0.365
0.370
0.438
0.443
0.446
Ui (w/ m2. °C)
0.262
0,264
0.27
0.377
0.380
0.381
0.456
0.460
0.461
ΔTm (°c)
52
43
35
67
62
60
75
70
68
qo (W/°C)
0.988
0.40
0.23
1.81
0.84
0.54
2.46
1.15
0.75
qi (W/°C)
0.988
0.40
0,23
1.81
0.84
0.54
2.46
1.15
0.75
Ɛh (%)
72
77
79.1
73
78
79.4
73.1
80
81
Ɛc (%)
17
24
26
18
26
27
20
25
28
Uo (w/ m2.°C)
Untuk memudahkan analisa, maka data diatas di plot ke dalam grafik – grafik berikut.
31
300
temperatur ( °C )
250 200 150 100 50 0 753
1095
1345
Putaran mesin (rpm) Tgb in
Tgb out Prototipe 1
Tgb out Prototipe 2
Tgb out Prototipe 3
Gambar 4.1 Grafik hubungan Temperatur Gas buang vs Rpm pada ketiga Prototipe selama 60 menit Dapat dilihat pada Gambar 4.1, semakin besar diameter pipa semakin besar temperatur gas buang keluar, dan semakin kecil diameter pipa semakin kecil temperatur gas buang. Serta semakin tinggi putaran mesin semakin besar temperatur gas buang keluar. 90
temperatur ( °C )
80 70 60 50 40 30 20 10 0 753
1095
1345
Putaran mesin (rpm) Tsw in
Tsw out Prototipe 1
Tsw out Prototipe 2
Tsw out Prototipe 3
Gambar 4.2 Grafik hubungan Temperatur Air Laut vs Rpm pada ketiga Prototipe selama 60 menit.
32
Dapat dilihat pada Gambar 4.2, semakin besar diameter pipa semakin lama perpindahan kalor ke fluida air laut, dan semakin kecil diameter pipa semakin cepat perpindahan kalor ke fluida air laut, karena banyak aliran kalor yang dialirkan ke air laut sehingga air laut cepat panas. Hal ini disebabkan jumlah pipa prototipe 3 memenuhi ruang wadah, sehingga lebih efisien mengalirkan kalor ke fluida air laut.
3 2.5
q (W/°C)
2 1.5
qq
1 0.5 0 753
1095
1345
Putaran mesin (rpm) q Prototipe 1
q Prototipe 2
q Prototipe 3
Gambar 4.3 Grafik hubungan perpindahan kalor vs Rpm pada ketiga Prototipe selama 60 menit. Dapat dilihat pada Gambar 4.3 semakin tinggi putaran mesin maka semakin besar perpindahan kalor. Pada prototipe 3 perpindahan kalornya lebih kecil dibanding prototipe 1 dan 2, hal ini disebabkan beda suhu keseluruhan rata-rata logaritmik (ΔTm ) semakin kecil dari prototipe 1 ke prototipe 2 dan 3, sehingga pada prototipe 1 perpindahan kalornya lebih besar dibanding prototipe 2 dan 3 karena beda suhu keseluruhan rata-rata logaritmik (ΔTm ) prototipe 1 lebih besar.
33
82 80
Ɛh(%)
78 76 74 72 70 68 66 753
1095
1345
Putaran mesin ( rpm ) Ɛh Prototipe 1
Ɛh Prototipe 2
Ɛh Prototipe 3
Gambar 4.4 Grafik hubungan efektivitas panas (Ɛh) vs Rpm pada ketiga Prototipe selama 60 menit. 30 25
Ɛc(%)
20 15 10 5 0 753
1095
1345
Putaran mesin ( rpm ) Ɛc Prototipe 1
Ɛc Prototipe 2
Ɛc Prototipe 3
Gambar 4.5 Grafik hubungan efektivitas dingin (Ɛc) vs Rpm pada ketiga Prototipe selama 60 menit. Dapat dilihat pada Gambar 4.4 dan 4.5, semakin tinggi putaran mesin, maka semakin besar nilai efektivitas yang terjadi pada fluida gas buang & air laut pada seluruh prototipe, hal ini disebabkan pada perhitungan efektivitas gas buang, temperature gas buang masuk dikurang temperatur gas buang keluar (Ɛh) sedangkan perhitungan efektivitas air laut (Ɛc), temperatur air laut akhir dikurang temperatur air laut awal.
34
60
\
(mL) Volume (mL)
50 40 30 20 10 0 753
1095
1345
putaran mesin (rpm) Prototipe 1
Prototipe 2
Prototipe 3
Gambar 4.6 Grafik hubungan volume air distilasi vs Rpm pada ketiga Prototipe selama 60 menit. Dapat dilihat pada Gambar 4.6, banyaknya air distilasi yang dihasilkan prototipe 3 lebih banyak di banding prototipe 1 dan 2, karena luas selubung prototipe 3 menyebar didalam wadah sehingga aliran kalor lebih cepat dialirkan ke fluida air laut. Berdasarkan kelima gambar diatas, dapat disimpulkan bahwa prototipe 3 lebih efisien dibanding prototipe 1 dan 2. Nilai perpindahan panas (q) dan beda suhu rata-rata logaritmik (ΔTm ) pada prototipe 3 lebih kecil dibanding prototipe 1 dan 2, sehingga nilai efektivitas prototipe 3 lebih besar, serta lebih efisien dalam mengalirkan kalor ke fluida air laut dan membuat fluida air laut lebih cepat panas.
35
Tabel 4.9 Tabulasi perhitungan hasil perhitungan dan pengujian prototipe distilator. Data Perhitungan
Data Pengujian
Variable Tube 1
Tube 2
Tube 3
Prototipe 1
Prototipe 2
Prototipe 3
Tgb in (°c)
200
200
200
Tgb out (°c) Tsw in (°c)
166
125
101
200 70
200 64
200 59
28
28
28
28
28
28
Tsw out (°c) Ao (m2)
36.674
38.205
40.457
56.25
62.5
65.3
0.075
0.037
0.025
0.075
0.037
0.025
Ai (m )
0.072
0.036
0.024
0.072
0.036
0.024
Ro (°C/w) Rs (°C/w)
0.965
0.965
0.965
0.965
0.965
0.965
0.446
0.303
0.109
0.39
0.26
0.11
Ri (°C/w) Uo (w/ m2. °C)
2.35
2.35
2.35
2.08
2.08
2,08
0.29
0.292
0.295
0.47
0.473
0.475
Ui (w/ m2. °C)
0.302
0.303
0.304
0.48
0.485
0.486
ΔTm (°c) qo (W/°C)
149.64
124.57
106.67
62.63
68
70
3.257
1.362
0.779
2.16
1.22
0.79
qi (W/°C) Ɛh (%)
3.257
1.362
0.779
2.16
1.22
0.79
19
43
57
75
79
81
Ɛc (%)
5.1
5.9
7.2
16
20
21
2
Untuk memudahkan analisa, maka data diatas di plot ke dalam grafik – grafik berikut.
temperature ( °C )
250 200 150 100 50 0 1
2
3
Prototipe Suhu gas buang masuk (Tgb in) Suhu gas buang keluar (Tgb out) Hasil Perhitungan Suhu gas buang keluar (Tgb out) Hasil Pengujian
Gambar 4.7 Grafik hubungan temperatur gas buang masuk dan keluar hasil perhitungan vs hasil pengujian.
36
Dapat di lihat pada Gambar 4.7, temperatur gas buang masuk hasil perhitungan dan hasil pengujian sama, tetapi temperatur gas buang keluar hasil perhitungan lebih besar. Temperatur gas buang keluar data perhitungan berdasarkan data dari software ansys, sedangkan temperatur gas buang masuk hasil pengujian berdasarkan data yang diambil pada saat pengujian menggunakan alat thermometer gas buang.
temperature ( °C )
70 60 50 40 30 20 10 0 1
2
3
Prototipe Suhu air laut awal (Tsw in) Suhu air laut akhir (Tsw out) Hasil Perhitungan Suhu air laut akhir (Tsw out) Hasil Pengujian
Gambar 4.8 Grafik hubungan temperatur air laut hasil perhitungan vs hasil pengujian. Dapat dilihat pada Gambar 4.8, suhu air laut hasil pengujian lebih tinggi dibandingkan suhu air laut hasil perhitungan. Hal ini disebabkan temperatur air laut data perhitungan berdasarkan perhitungan, sedangkan temperatur air laut hasil pengujian berdasarkan data yang diambil pada saat pengujian menggunakan alat thermometer suhu air.
37
3.5 3
q (W/°C)
2.5 2 1.5 1 0.5 0 1
2
3
Prototipe Perpindahan Kalor (q) Hasil Perhitungan
Perpindahan Kalor (q) Hasil Pengujian
Gambar 4.9 Grafik hubungan perpindahan kalor hasil perhitungan vs hasil pengujian. Dapat dilihat pada Gambar 4.9, perpindahan kalor hasil perhitungan lebih besar, hal ini disebabkan beda suhu keseluruhan rata-rata logaritmik (ΔTm ) hasil perhitungan lebih besar dibanding hasil pengujian, sehingga pada hasil perhitungan perpindahan kalornya lebih besar dibanding hasil pengujian karena beda suhu keseluruhan rata-rata logaritmik (ΔTm ). 90 80 70
Ɛh (%)
60 50 40 30 20 10 0 1 Efektivitas panas (Ɛh) Hasil Perhitungan
2
3
Prototipe Efektivitas panas (Ɛh) Hasil Pengujian
Gambar 4.10 Grafik hubungan efektivitas panas (Ɛh) hasil perhitungan vs hasil pengujian.
38
25
Ɛc (%)
20 15 10 5 0 1
2
3
Prototipe Efektivitas dingin (Ɛc) Hasil Perhitungan
Efektivitas dingin (Ɛc) Hasil pengujian
Gambar 4.11 Grafik hubungan efektivitas dingin (Ɛc) hasil perhitungan vs hasil pengujian. Dapat dilihat pada Gambar 4.10 dan 4.11, nilai efektivitas hasil pengujian lebih besar dibanding hasil perhitungan hal ini disebabkan suhu temperatur gas buang keluar hasil pengujian lebih kecil, karena banyak panas yang dialirkan ke fluida air laut sehingga lebih efisien. Berdasarkan kelima gambar diatas, dapat disimpulkan bahwa hasil pengujian lebih efisien dibanding hasil perhitungan. Nilai perpindahan panas (q) dan beda suhu rata-rata logaritmik (ΔTm ) pada hasil pengujian lebih kecil dibanding hasil perhitungan, sehingga nilai efektivitas hasil pengujian lebih besar, serta lebih efisien dalam mengalirkan kalor ke fluida air laut dan membuat fluida air laut lebih cepat panas
39
BAB V PENUTUP
V.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil analisis dan pembahasan yang telah dikemukakan pada bab sebelumnya, maka dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1. Pembuatan prototipe distilator dari hasil rancangan desain distilator, pertama dilakukan dengan menyiapkan alat & bahan, setelah itu pembuatan wadah dari plat besi, penutup wadah dari akrilik dan pipanya dari pipa tembaga yang dibentuk sesuai desain. Setelah semua selesai dibuat lalu disatukan untuk dilakukan pengujian. 2. Laju perpindahan panas dan beda suhu rata-rata logaritmik prototipe 3 lebih kecil dibanding prototipe 1 dan 2 yaitu sebesar 2,4 % dan 0,2 %, sehingga nilai efektivitas prototipe 3 lebih besar dibanding dengan prototipe 1 dan 2 yaitu 0,47 %, sehingga lebih efisien mengalirkan kalor ke fluida air laut. Volume air distilasi yang dihasilkan paling banyak sebesar 57 ml dalam setiap 60 menit yaitu prototipe 3. V.2 Saran Berdasarkan penelitian yang dilakukan, maka peneliti merekomendasikan atau menyarankan beberapa hal sebagai berikut :
40
1. Dalam pengambilan data dalam penelitian ini, sebaiknya menggunakan pipa aluminium karena pipa tembaga mengubah warna air agak kecoklatan, serta bahan wadah dari besi diubah menggunakan fiber, agar dapat menjadi isolator yang dapat menghambat panas keluar dari dalam wadah. 2. Dalam penelitian ini, sebaiknya menggunakan diameter pipa yang sesuai diameter pipa gas buang mesin, agar menyambungnya mudah. 3. Pada bagian penutup wadah perlu perubahan/perbaikan dimana tempat uap air terkumpul, karena adanya uap air yang turun kembali ke dalam wadah, sehingga air hasil distilasi berkurang, misalnya menggunakan alat penangkap wadah atau menggunakan wiper agar air hasil distilasi lebih banyak.
41
DAFTAR PUSTAKA Kreith, Frank.1985. Prinsip-prinsip Perpindahan Panas. Erlangga : Jakarta.
Mahmudi, Ali. 2012. Kajian Potensi dan Pemanfaatan Panas Buang Mesin pada Kendaraan Bermotor. Jawa Barat : Politeknik Negeri Bandung.
Nughroho, Ari. 2004. Uraian Umum Tentang Teknologi Desalinasi. Jurnal Pengembangan Nukllir vol 6 no. 3 & 4
Said, Nusa Idaman. 2011. Pengolahan Payau menjadi Air Minum dengan Teknologi Reverse Osmosis. Sumatera Selatan: Bab 10.
Tarigan, Albert Batista. Pemanfaatan Gas Buang Dari Turbin Uap PLTGU 143 MW Untuk Proses Desalinasi. Jawa Barat : Universitas Gunadarma
Trisukamto, Invan. 2013. Desain Destilator Type Dua Atap Miring Memanfaatkan Panas Gas Buang Mesin Diesel. Baubau: Universitas Dayanu Ikshanudin.
Walangare, K.B.A, dkk. Rancang Bangun Alat Konservasi Air Laut Menjadi Air laut Menjadi Air Minum Dengan Proses Destilasi Sederhana Menggunakan Pemanas Elektrik. Manado : Universitas Sam Ratulangi.
42
LAMPIRAN
43
Uji coba alat dan bahan sementara.
Proses pembuatan sketsa pada plat besi untuk membuat wadah prototipe distilator.
Proses pemotongan plat besi untuk membuat wadah prototipe distlator.
44
Hasil pembuatan wadah prototipe distilasi.
Hasil pemotongan akrilik yang nantinya akan disatukan untuk membuat penutup wadah prototipe distilaor.
Hasil pembuatan wadah dan penutup wadah.
45
Proses pemotongan pipa tembaga.
Proses pengelasan pipa tembaga.
Hasil dari pengelasan pipa tembaga.
46
Proses pembersihan kotoran sisa pengelasan pipa tembaga.
Hasil dari pengelasan pipa tembaga.
Proses penyambungan pipa besi ke wadah prototipe distilator.
47
Hasil dari prototipe distilator.
Proses pengisian air laut pada prototipe 1.
Proses pengisian air laut pada prototipe 2.
48
Proses pengisian air laut pada prototipe 3.
Proses pengukuran temperature gas buang mesin.
Proses pengukuran rpm mesin. 49
Proses pengukuran temperature air laut.
Proses pengukuran temperature gas buang prototipe.
Pada saat pengujian air mendidih dalam wadah prototipe distilator. 50
Proses kondensasi.
Air hasil distilasi.
51
