Intensitas Radiasi

TINJAUAN PUSTAKA

2.2. Intensitas Radiasi

Intensitas radiasi matahari merupakan jumlah energi radiasi matahari yang diterima oleh suatu permukaan per satuan luas dan per satuan waktu[5].Total energi radiasi matahari dapat dihitung dengan persamaan berikut[8] :

𝑄_𝑟𝑎𝑑 = ∫_𝑡𝑠𝑠^𝑡𝑠𝑟𝐼𝑑𝑡 [𝑊/𝑚²]...(2.1)

dimana:

tsr dan tss = waktu terbit dan terbenam matahari I = intensitas radiasi matahari (W/m²)

dt = lama waktu penyinaran.

Sedangkan Qitdapat dihitung dengan menggunakan rumus di bawah ini[18]:



= ²

1

Idt A

Q_it ...(2.2)

dimana:

A = luas penampang dari pelat absorber (m²) I = intensitas radiasi matahari (W/m²)

Intensitas radiasi matahari yang diterima bidang datar (horizontal) dan bidang miring (tilt) berbeda, ditunjukkan pada gambar berikut:

Gambar 2.1.Bidang horizontal (a), dan bidang yang dimiringkan (b)[8]

Perbandingannya dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:

𝑅_𝑏 = ^{𝐺𝑏 ,𝑇}

𝐺_𝑏 = ^{𝐺𝑏𝑛.𝑐𝑜𝑠𝜃}

𝐺_𝑏𝑛.𝐶𝑜𝑠 𝜃_𝑧 ...(2.3) dimana :

Rb = rasio intensitas radiasi pada bidang miring dengan bidang horizontal

Gb,T = intensitas radiasi pada bidang miring (W/m²)

Gbn = intensitas radiasi matahari dengan sudut masuk normal pada bidang horizontal (W/m2)

𝜃 = sudut datang radiasi (^o) 𝜃𝑧 = sudut zenith (^o).

Nilai 𝑐𝑜𝑠𝜃 dapat ditentukan dengan persamaan:

𝑐𝑜𝑠𝜃 = cos(∅ − 𝛽) . 𝑐𝑜𝑠𝛿𝑐𝑜𝑠𝜔 + sin(∅ − 𝛽) . 𝑐𝑜𝑠𝛿 ...(2.4) Untuk permukaan yang dimiringkan, cos θ = cos θT (tilt). Beberapa parameter pada persamaan di atas dijelaskan sebagai berikut:

a. Posisi Lintang (∅)

Yaitu posisi suatu tempat dari bidang khatulistiwa, utara bernilai positif; -90^o≤

∅≥ 90^o

b. Deklinasi (𝛿)

Yaitu sudut posisi matahari pada siang hari sehubungan dengan bidang khatulistiwa. Utara bernilai positif; -23,45≤ δ≥ 23,45. Nilai δ dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

𝛿 = 23,45 sin(360^288+𝑛

365 )...(2.5) dimana :

n = hari keberapa dalam tahun tersebut.

c. Kemiringan (𝛽)

Yaitu sudut antara bidang permukaan tertentu dengan bidang horizontal; 0^o≤ β≥ 90^o (β > 90^o berarti permukaan bidang menghadap ke bawah).

d. Sudut Jam Matahari (𝜔)

Yaitu pergeseran sudut dari matahari kearah timur/barat dari garis bujur local akibat rotasi bumi pada porosnya sebesar 15^o per jam; pagi negatif, sore positif.

Nilai ω dapat ditentukan dengan persamaan berikut:

𝜔 = (𝑡𝑠 − 12) 𝑥 ³⁶⁰

24...(2.6) 2.3. Teori Umum Adsorpsi

Adsorpsi merupakan suatu proses penyerapan oleh padatan tertentu terhadap zat tertentu yang terjadi pada permukaan zat padat karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan zat padat tanpa meresap kedalam. Bila gas atau uap bersentuhan dengan permukaan padatan yang bersih, maka gas atau uap tadi

sebagai adsorben, sedangkan gas atau uap disebut sebagai adsorbat. Semua padatan dapat menyerap gas atau uap pada permukaan. Banyak gas yang teradsorpsi yang bergantung pada suhu dan tekanan gas serta luas permukaan padatan. Padatan yang paling efisien adalah padatan yang sangat porous seperti arang dan butiran padatan yang sangat halus[4]. Proses adsorpsi dapat terjadi karena adanya gaya tarik atom atau molekul pada permukaan padatan yang tidak seimbang. Adanya gaya ini, padatan cenderung menarik molekul-molekul lain yang bersentuhan dengan permukaan padatan, baik fasa gas atau fasa larutan ke dalam permukaannya. Akibatnya konsentrasi molekul pada permukaan menjadi lebih besar dari pada dalam fasa gas zat terlarut dalam larutan. Pada adsorpsi interaksi antara adsorben dengan adsorbat hanya terjadi pada permukaan adsorben[1]. Untuk mengetahui karateristik yang terjadi dalam proses adsorpsi dapat diilustrasikan dengan gambar 2.2. di mana padatan berpori (pores) yang menghisap (adsorp) dan melepaskan (desorp) suatu fluida disebut adsorben. Molekul fluida yang

dihisap tetapi tidak terakumulasi atau melekat pada adsorben disebut adsorptive, sedangkan yang terakumulasi disebut adsorbat.[7]

Gambar 2.2. Ilustrasi Proses Adsorpsi 2.3.1. Jenis – Jenis Adsorpsi

Berdasarkan Interaksi molekular antara permukaan adsorben dengan adsorbat, adsorpsi dibagi menjadi 2 yaitu :

2.3.1.1. Adsorpsi Fisika

Adsorpsi Fisika terjadi karena adanya gaya Van der Waals. Pada adsorpsi fisika, gaya tarik menarik antara molekul fluida dengan molekul pada permukaan padatan (Intermolekuler) lebih kecil dari pada gaya tarik menarik antar molekul fluida tersebut sehingga gaya tarik menarik antara adsorbat dengan permukaan adsorben relatif lemah pada adsorpsi fisika, adsorbat tidak terikat kuat dengan permukaan adsorben sehingga adsorbat dapat bergerak dari suatu bagian permukaan ke permukaan lainnya dan pada permukaan yang ditinggalkan oleh adsorbat tersebut dapat digantikan oleh adsorbat lainnya. Keseimbangan antara permukaan padatan dengan molekul fluida biasanya cepat tercapai dan bersifat reversibel. Adsorpsi fisika memiliki kegunaan dalam hal penentuan luas permukaan dan ukuran pori.

2.3.1.2. Adsorpsi Kimia

Adsorpsi kimia terjadi karena adanya ikatan kimia yang terbentuk antara molekul adsorbat dengan permukaan adsorben. Ikatan kimia dapat berupa ikatan kovalen/ion. Ikatan yang terbentuk kuat sehingga spesi aslinya tidak dapat ditentukan. Karena kuatnya ikatan kimia yang terbentuk maka adsorbat tidak mudah terdesorpsi. Adsorpsi kimia diawali dengan adsorpsi fisik di mana adsorbat mendekat ke permukaan adsorben melalui gaya Van der Waals/ Ikatan Hidrogen kemudian melekat pada permukaan dengan membentuk ikatan kimia yang biasa merupakan ikatan kovalen[2].

Adapun faktor- faktor yang mempengaruhi daya adsorpsi yaitu : 2.3.2.1. Jenis Adsorbat

• Ukuran molekul adsorbat, ukuran molekul adsorbat yang sesuai merupakan hal yang penting agar proses adsorpsi dapat terjadi, karena molekul yang dapat diadsorpsi adalah molekul-molekul yang diameternya lebih kecil atau sama dengan diameter pori adsorben.

• Kepolaran zat, Adsorpsi lebih kuat terjadi pada molekul yang lebih polar dibandingkan dengan molekul yang kurang polar pada kondisi diameter yang sama. Molekul-molekul yang lebih polar dapat menggantikan molekul-molekul yang kurang polar yang telah lebih dahulu teradsorpsi . Pada kondisi dengan diameter yang sama, maka molekul polar lebih dahulu diadsorpsi.

2.3.2.2.Temperatur

Saat molekul-molekul adsorbat menempel pada permukaan adsorben terjadi pembebasan sejumlah energi sehingga adsorpsi digolongkan bersifat eksoterm.

Bila suhu rendah maka kemampuan adsorpsi meningkat sehingga adsorbat bertambah.

2.3.2.3. Tekanan Adsorbat

Pada adsorpsi fisika bila tekanan adsorbat meningkat jumlah molekul adsorbat akan bertambah namun, pada adsorpsi kimia jumlah molekul adsorbat akan berkurang bila tekanan adsorbat meningkat.

2.3.2.4. Karakteristik Adsorben

Ukuran pori dan luas permukaan adsorben merupakan karakteristik penting adsorben. Ukuran pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil ukuran pori adsorben maka luas permukaan semakin tinggi. Sehingga jumlah molekul yang teradsorpsi akan bertambah. Selain itu kemurnian adsorben juga merupakan karakterisasi yang utama di mana pada fungsinya adsorben yang lebih murni yang lebih diinginkan karena kemampuan adsorpsi yang baik.

2.3.3. Faktor – Faktor yang Mempengaruhi Efisiensi Adsorpsi

Adapun faktor – faktor yang mempengaruhi efisiensi adsorpsi yaitu :

• Temperatur, oleh karena proses adsorpsi adalah proses yang eksotermis, maka adsorpsi akan berkurang pada temperatur lebih tinggi. Jika terdapat reaksi antara kontaminan yang teradsorpsi dan permukaan adsorben antara 2 atau lebih kontaminan kimia tersebut maka laju reaksinya akan meningkat pada temperatur yang lebih tinggi.

• Kelembapan, uap air mudah diadsorpsi oleh jenis adsorben polar sehingga kelembapan yang tinggi dapat mempengaruhi dan mengurangi kemampuan adsorben tersebut untuk mengadsorpsi kontaminan.

• Laju alir pengambilan sampel, jika terlalu tinggi laju alir dapat mengurangi efisiensi adsorpsi

• Adanya kontaminan lain, adanya kontaminan lain dapat mengurangi efisiensi adsorpsi karena adanya kompetisi antar kontaminan tersebut pada bagian adsorpsi. Reaksi antar senyawaan juga mungkin terjadi,

sehingga diperoleh hasil konsentrasi yang lebih rendah yang seharusnya.

• Adsorpsi zat terlarut oleh zat padat, penyerapan zat dari larutan, mirip dengan penyerapan gas oleh zat padat. Penyerapan bersifat selektif yang diserap hanya zat terlarut oleh pelarut. Bila didalam suatu larutan terdapat 2 buah zat ataupun lebih maka zat yang satu akan diserap lebih kuat dibanding zat yang lain. Zat yang dapat menurunkan tegangan permukaan maka lebih kuat diserap. Makin kompleks zat terlarut makin kuat diserap oleh adsorben. Makin tinggi temperatur, maka makin kecil daya serap. Namun pengaruh temperatur tidak sebesar pada adsorpsi gas [5].

2.3.4. Isoterm Adsorpsi

Isoterm adsorpsi adalah hubungan kesetimbangan antara konsentrasi dalam fase fluida dan konsentrasi di dalam partikel adsorben pada suhu tertentu. Ada beberapa isoterm adsorpsi yang diketahui seperti model isoterm Langmuir, Freundlich dan juga model isoterm Brunauer, Emmet, dan Teller (BET).