SIMULASI PERFORMANSI EVAPORATOR SISTEM MESIN PENDINGIN SIKLUS ADSORPSI MENGGUNAKAN PERANGKAT LUNAK ANSYS 17.0
Muhammad Arif 1 *, Tulus B. Sitorus 2 , Dian M. Nasution 3 , Pramio G. Sembiring 4 1,2,3,4 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara
Email: mumd.arif291195@gmail.com

## Abstract
In the world of technology industry, the use of prototypes that are made will take a long time and cost a lot in operating system  performance, analyzing the treatment of the system, and giving decisions from  the  results  of  the  analysis.  Therefore,  the  search  for  alternative  technologies  from  prototypes  that support  the  industrial  world  improves  system  performance  by  providing  ways  to  design  and  design decisions, as well as better management. One alternative technology is found, namely CFD applications. CFD  applications  are  widely  used  in  the  field  of  science,  including  in  terms  of  the  evaporation- condensation  process.  The  purpose  of  this  study  is  to  determine  the  fluid  phenomena  that  occur  in  the evaporator  system  on  the  use  of  adsorption  cooling  devices.  Simulations  are  carried  out  in  transient conditions, carried out at 18:00 WIB when the adsorption process occurs. The evaporator uses Aluminum material thickness of 3 mm and uses methanol fluid as its refraction. Simulation results are displayed in the  form  of  contours,  images  and  videos.  Based  on  empirical  calculations,  the  amount  of  evaporator efficiency that occurs is 78.4%.
Keywords: CFD, Evaporataion-condensation, Evaorator, Adsorption

## Abstrak
Dalam dunia industri teknologi, penggunaan prototype yang dibuat akan memakan waktu yang lama  dan  biaya  yang  besar  dalam  pengoperasian  kinerja  sistem,  analisa  perlakuan  terhadap  sistem,  dan memberikan  keputusan  dari  hasil  analisa.  Oleh  sebab  itu,  dilakukan  pencarian  teknologi  alternatif  dari prototype  yang  menunjang  dunia  industri  meningkatkan  kinerja  sistem  dengan  menyediakan  cara  untuk membuat  rancangan  dan  keputusan  rancangan,  serta  manajemen  yang  lebih  baik.  Ditemukan  salah  satu teknologi alternatif yaitu aplikasi CFD. Aplikasi CFD banyak digunakan dalam bidang ilmu, diantaranya dalam  hal  proses  evaporasi-kondensasi.  Tujuan  dilakukannya  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui fenomena  fluida  yang  terjadi  didalam  sistem  evaporator  pada  penggunaan  alat  pendingin  adsorpsi. Simulasi dilakukan pada kondisi transien, dilakukan pada waktu 18:00 WIB saat proses adsorpsi terjadi. Evaporator  menggunakan  bahan  Aluminium  ketebalan  3  mm  dan  menggunakan  fluida  metanol  sebagai refrijeran  nya.  Hasil  simulasi  ditampilkan  dalam  bentuk  kontur,  gambar  dan  video.  Berdasarkan perhitungan empiris, besar efisiensi evaporator yang terjadi adalah sebesar 78,4%.
Kata kunci: CFD, Evaporasi-kondensasi, Evaporator, Adsorpsi

## 1. Pendahuluan
Evaporator  merupakan  komponen  penting  bersama  dengan  komponen  utama  lainnya dalam sistem pendingin seperti kompresor, kondensor, dan perangkat ekspansi [1]. Pentingnya untuk pendinginan adalah untuk menghilangkan panas dari udara, air atau zat lainnya. Di sinilah refrijeran  cair  diperluas  dan  menguap.  Cairan  refrijeran  dalam  evaporator  bertindak  sebagai penukar panas yang mentransfer panas dari zat yang didinginkan ke suhu mendidih.
Selama  bertahun-tahun Computational  Fluid  Dynamics (CFD)  telah  menjadi  alat simulasi standar untuk desain, analisis, kinerja sistem dan analisis sistem teknik tentang aliran fluida  [2].  Peningkatan  ini  telah  didorong  oleh  kecepatan  kemajuan  komputer,  sistem  yang terjangkau  dan  kemudahan  ketersediaan  perangkat  lunak  CFD  komersial  baru  yang  mengarah ke  stabilitas  penurunan  biaya  simulasi  CFD  dibandingkan  dengan  percobaan prototype [3]. Dengan  metode  seperti  CFD  akan  mungkin  untuk  mendapatkan  pandangan  mendalam  dari sistem sebagai bahan inovasi dari sebuah perancangan [4].
Sementara, penelitian dan perkembangan dari teknologi pendingin adsorpsi memerlukan waktu dan biaya yang tidak sedikit. Oleh karena itu, untuk mengurangi waktu yang dibutuhkan dalam  pengembangan  dan  mengurangi  biaya  pengembangan  diperlukan  teknologi  simulasi. Dengan  melibatkan  aliran  fluida,  bidang  CFD  ( Computational  Fluid  Dynamics )  dapat digunakan  untuk  membantu  pemodelan  proses  perubahan  fasa  ( volume  fraction ).  Akhir-akhir ini,  CFD  semakin  banyak  digunakan  untuk  melakukan  analisa  pemodelan  simulasi.  Program CFD  merupakan  salah  satu  teknologi  simulasi  yang  dapat  digunakan  untuk  melakukan penelitian dalam menganalisis permasalahan pada proses adsorpsi.
Tujuan  dilakukannya  penelitian  ini  adalah  untuk  mengetahui  temperatur  minimum  air dan  metanol,  mengetahui  volume  metanol  yang  dapat  menguap  saat  proses  adsorpsi  dan desorpsi, mengetahui fenomena fluida (temperatur dan tekanan) yang terjadi pada simulasi, dan mengetahui terjadinya perpindahan panas dalam model tiga dimensi dari sistem evaporator.

## 2. Metode
Penelitian  ini  dilakukan  di  lantai  4  gedung  Magister  Teknik  Mesin  Universitas Sumatera  utara.  Jenis  evaporator  yang  digunakan  pada  pengujian  mesin  pendingin  siklus adsorpsi menggunakan tenaga surya seperti gambar 2.1 dibawah ini:
Gambar 2.1 Mesin pendingin siklus adsorpsi dan komponen evaporator
2.1 Metode Numerik
Aliran dua fasa dengan model 3-dimensi yang dibangun pada simulasi dengan   proses evaporasi-kondensasi  pada  komponen  evaporator  mesin  pendingin  siklus  adsorpsi.  Bahan evaporator  yang  digunakan  adalah  aluminium  dan  metanol  sebagai  refrijerannya,  simulasi dalam kondisi transien dan gaya gravitasi ditambahkan dalam simulasi dalam arah vertikal.
1. Konservasi Massa [5]
( ) 0 =   +   i i u x t  
(1)
Dimana i x , 3 , 2 , 1 = i menunjuk ke sumbu z y x , , berturut-turut.
2. Konservasi Momentum, dan
( ) ( ) i k k ij i j j i j i j j i i f x u x u x u x x p x u u t u       +    
      −           +     +   − =   +   3 2 (2) Dimana
3 , 2 , 1 , , = k j i mengarah ke sumbu z y x , , secara berturut-turut.
3. Konservasi Energi
( ) ( )  + +   −           =   +   q x u p x T k x x cT t cT i i i i i    
(3)
Dimana i, j, k =  1,2,3  sebagai  sumbu x, y, z.

## 2.2 Skema Eksperimental
Gambar 2.2 Skema penelitian mesin pendingin siklus adsorpsi
Proses desorpsi pada pukul 08.00 - 17.00 WIB terjadi karena panas yang di dapat dari sinar matahari berpindah secara radiasi ke Kolektor. Refrigerant yang berada di Kolektor yaitu karbon  aktif  akan  menimbulkan  uap  desorpsi,  uap  ini  akan  mengalir  ke  Evaporator  melalui selang, dan uap ini akan berubah fasa menjadi cair di dalam Evaporator.
Kemudian  pada  pukul  17.00  -  08.00  WIB    kolektor  melepaskan  panas,  sehingga kolektor  mengalami  penurunan  temperatur  dan  tekanan  yang  menyebabkan  timbulnya  uap adsorpsi. Adsorbat dalam bentuk uap mengalir dari evaporator ke kondensor dan kemudian ke kolektor. Adsorbat dalam bentuk uap di hasilkan dari proses penyerapan kalor oleh adsorbat dari lingkungan  sebesar  kalor  laten  penguapan  adsorbat  tersebut.  Proses  ini  berlangsung  pada tekanan saturasi yang rendah sehingga penyerapan kalor berlangsung pada tekanan yang rendah pula. Proses tersebut dinamakan adsorpsi.

## 3. Analisis dan Pembahasan
3.1 Kondisi Batas
Simulasi  dilakukan  selama  30  menit  dari  proses  adsorpsi,  pengambilan  data  simulasi dimulai  pada  pukul  18:00  WIB.  Kondisi  batas  evaporator  dibagi  kedalam  dua  bagian  yaitu, bagian evaporator sebagai solid dan dalam evaporator sebagai fluida. Bahan evaporator adalah aluminium,  fluida  yang  digunakan  adalah  metanol-liquid,  bagian  uap  keluar  evaporator
didefinisikan  sebagai  pressure-outlet.  Berdasarkan  data  pengujian,  temperatur  metanol  sebesar 299K,  temperatur  botol  sebesar  296.3  K  ,  tekanan  sebesar  79993.42  Pa,  dan  besar  percepatan gravitasi yang digunakan adalah 9.81 m/s 2 .

## 3.2 Hasil Simulasi
Pembuatan  geometry  evaporator  menggunakan  AutoCAD  2016,  simulasi  dilakukan menggunakan  software  Ansys  17.0.  simulasi  menunjukan  fenomena  fluida  yang  terjadi  pada evaporator  dalam  proses  evaporasi  untuk  mendinginkan  air  di  dalam  botol.  Gambar-gambar menunjukkan hasil simulasi selama 30 menit.
Gambar 3.1 Liquid volume fraction selama 30 menit
Gambar 3.2 Distribusi temperatur selama 30 menit
Gambar 3.3 Distribusi tekanan selama 30 menit

## Gambar 3.4 Besar laju perpindahan panas evaporator selama 30 menit

## 4. Kesimpulan
Simulasi menggunakan aliran dua fasa yaitu dari proses liquid menjadi uap, dalam simulasi digunakan proses evaporasi-kondensasi. Dari hasil simulasi yang dilakukan selama 30 menit, jumlah volume metanol yang menguap dari pukul 18:00 Wib sebesar 0.000148 m 3 tertuju pada gambar 3.1, dan besar laju perpindahan panas yang terjadi pada evaporator sebesar 18 Watt (gambar 3.4). Simulasi menunjukkan bagaimana proses terjadinya evaporasi. Efisiensi
evaporator dihitung dengan menggunakan persamaan-persamaan diperoleh sebesar 78% dengan temperatur minimum air 0.36 ℃ .

## Referensi
1. Kinerja Kolektor Tipe Plat Datar pada Mesin  Pendingin Adsorpsi  Tenaga Surya di Kota Medan Jurnal TeknoSains, Pascasarjana UGM Yogyakarta, Volume 7, Nomor 2, Juni 2018.
2. Augier.  F.,  Laroche  C.,  Brehon  E.  2008. Application of  Computational  Fluid  Dynamics  to Fixed Bed Adsorption Calculations . Beijing: University of Science and Technology.
3. T.  B.  Sitorus,  The  performance  of  a  solar  collector  on  adsorption  refrigerator,  IOP Conf. Series: Journal of Physics: Conf. Series 1114 (2018) 012015.
4. Nuntaphan  Atipoang,  Vithayasai  Sanparwat,  Vorayos  Nat,  dkk.  2010. Use  of  Oscillating Heat  Pipe  Technique  as  Extended  Surface  in  Wire  on  Tube  Heat  Exchanger  for  Heat Transfer Enhancement . International Commucations in Heat and Mass Transfer.
5. Ambarita, H. Computational Fluid Dynamics. Medan: Mechanical Engineering Department.