Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi

2.7.1Komponen Utama Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi 2.7.1.1Kolektor Surya

Kolektor surya adalah salah satu alat penukar kalor (heat exchanger) yang khusus untuk mengubah bentuk (transforms) energi radiasi matahari menjadi energi panas.^[5] Ketika cahaya matahari menimpa absorber pada kolektor, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan sebagian besar akan diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas tersebut kemudian dimanfaatkan guna berbagai aplikasi.^[21]

Kolektor surya yang pada umumnya memiliki komponen-komponen utama, yaitu :^[5]

1. Cover, berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi menuju lingkungan

2. Absorber adalah bagian kolektor yang berfungsi untuk menyerap energi radiasi matahari.

3. Kanal, berfungsi sebagai saluran transmisi fluida kerja .

4. Isolator, berfungsi meminimalisasi kehilangan panas secara konduksi dari absorber menuju lingkungan

5. Frame, berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor

Terdapat tiga jenis kolektor surya yang diklasifikasikan ke dalam Solar Thermal Collector System dan juga memiliki korelasi dengan pengklasifikasian kolektor surya berdasarkan dimensi dan geometri dari receiver yang dimilikinya, yaitu:^[5]

a. Kolektor Surya Pelat Datar (Flat-Plate Collector)

b. Concentrating Solar Collectors/ Compound Parabolic Collector (CPC) c. Evacuated Tube Collectors

Pada penelitan ini, kolektor yang digunakan adalah kolektor surya pelat datar (flat-plate collector). Tipe ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada temperatur di bawah 100°C. Spesifikasi tipe ini dapat dilihat dari absorber-nya yang berupa pelat datar yang terbuat dari material dengan konduktivitas termal tinggi, dan dilapisi dengan cat berwarna hitam. Kolektor pelat datar memanfaatkan radiasi matahari langsung dan terpencar (beam dan diffuse), tidak membutuhkan pelacak matahari, dan hanya membutuhkan sedikit perawatan. Aplikasi umum kolektor tipe ini antara lain digunakan untuk pemanas air, pemanas gedung, pengkondisian udara, dan proses panas industri. Komponen penunjang yang terdapat pada kolektor pelat datar antara lain; transparent cover, absorber, insulasi, dan kerangka

2.7.1.2Kondensor

Kondensor adalah salah satu jenis alat penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida kerja dengan cara membuang kalor ke lingkungan dengan bantuan fluida pendingin sehingga uap refrigeran akan mengembun dan berubah fasa dari uap ke cair.^[24] Sebelum masuk ke kondensor refrigeran berupa uap yang bertemperatur dan bertekanan tinggi, sedangkan setelah keluar ari kondensor refrigeran berupa cair jenuh dan bertemperatur lebih rendah tetapi dengan tekanan sama (tinggi) seperti sebelum masuk ke kondensor.

Berdasarkan jenis media pendingin yang digunakan, kondensor dibagi menjadi tiga jenis yaitu:

a. Kondensor berpendingin air (water cooled condenser)

Kodensor berpendingin air dapat dibedakan menjadi dua kategori, yaitu: - Kondensor yang air pendinginnya dibuang langsung

- Kondensor yang air pendinginnya disirkulasikan kembali b. Kondensor berpendingin udara (air cooled condenser)

Ada dua metode mengalirkan udara pada jenis ini, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa dengan bantuan kipas. Konveksi secara alamiah mempunyai laju aliran udara yang melewati kondensor sangat rendah, karena hanya mengandalkan kecepatan angin yang terjadi saat itu. Kondensor yang menggunakan bantuan kipas angin dalam mensirkulasikan media pendinginnya dikenal sebagai kondensor berpendingin udara konveksi paksa.

c. Kondensor evaporatif (evaporative condenser)

Kondensor evaporative pada dasarnya adalah kombinasi kondensor yang menggunakan air dan udara sebagai media pendinginnya.

2.7.1.3Evaporator

Pada prinsipnya, evaporator hampir sama dengan kondensor, yaitu sama-sama alat penukar kalor yang fungsinya mengubah fasa refrigeran. Bedanya, jika pada kondensor refrigeran berubah fasa dari uap menjadi cair, maka pada evaporator refrigeran berubah fasa dari cair menjadi uap.^[25] Perbedaan berikutnya, sebagai komponen pada siklus refrigerasi, pada evaporator lah sebenarnya tujuan itu tercapai. Artinya jika pada kondensor fungsinya hanya membuang panas ke lingkungan, maka pada evaporator panas harus diserap untuk menyesuaikan dengan beban pendingin di ruangan.

Berdasarkan cara evaporator mengambil beban pendingin dari ruangan, sistem pendingin dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu direct cooling sistem dan indirect cooling sistem.

2.7.2Total Energi Radiasi Matahari yang Diterima Kolektor

Total energi panas radiasi yang diterima oleh suatu permukaan kolektor, Qit, dapat ditentukan dengan persamaan berikut:^[26]

Q_it = G_iA_c [J]………...……..………..(2.19) dimana G_i adalah fluks energi radiasi matahari (J/m²) dan A_c adalah luas permukaan area kolektor (absorber) yang terpapar sinar matahari (m²).

2.7.3Energi Panas Radiasi yang Digunakan Kolektor

Energi panas radiasi yang digunakan kolektor, Q_ic, merupakan energi yang digunakan kolektor atau yang diserap adsorben (karbon aktif) untuk menaikkan temperaturnya dan selanjutnya digunakan untuk melepaskan/mendesorpsi adsorbat (metanol).^[26] Energi panas aktual yang digunakan kolektor, Qic, dapat dihitung dengan persamaan berikut:

Q_ic = m_acC_pac + m_rC_pr ΔT_g + m_rh_sg [J]………..………..(2.20) dimana: mac adalah massa karbon aktif (kg); Cpac adalah panas jenis karbon aktif (J/kg^oC); mr adalah massa metanol (kg); Cpr adalah panas jenis metanol (J/kg^oC); �Tg adalah temperatur pemanasan kolektor maksimal; mrhsg adalah energi panas laten metanol (J).

2.7.4Kapasitas Kalor Pendinginan

Kapasitas kalor pendinginan, Quc, merupakan jumlah kalor yang diserap dari air untuk menurunkan temperaturnya selama proses adsorpsi berlangsung. [26]

Jumlah air, mw, yang akan didinginkan di dalam wadah air bersentuhan dengan evaporator dan akan mengalami perubahan temperatur ∆T_w, jika air mencapai temperatur pembekuan, maka sejumlah es, mi, akan dihasilkan. Jika semua air membeku, es akan mengalami perubahan temperatur, ∆Ti (dalam kasus ini, m_w = m_i). Kapasitas kalor pendinginan, Q_uc (useful cooling),, dapat dievalusi dengan persamaan berikut: [13]

��� ⁼��������⁺�����⁺��������

dimana mw adalah massa air (kg); Cpw adalah panas jenis air (J/kg^oC); �Tw

adalah penurunan temperatur air (^oC); m_i adalah massa es yang terbentuk (kg), h_sf adalah panas laten es (kJ/kg); C_pi adalah panas jenis es (J/kg^oC); �T_i adalah penurunan temperatur es (^oC).

2.7.5Efisiensi Termal Kolektor Surya

Efisiensi termal kolektor surya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:^[26]

=

^Qic

Q_it

………....……….………….(2.22)

dimana Qic adalah energi panas yang digunakan kolektor (J); Qit adalah energi panas total yang diterima kolektor (J).

2.7.6Performansi Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi Tenaga Surya

Performansi suatu mesin pendingin siklus adsorpsi ditunjukkan oleh koefisien performansi (COP). Koefisien performansi (COP) dapat dievaluasi melalui persamaan berikut:^[26]

 Koefisien performansi siklus aktual, COPuc:

COP_uc=

Q_uc

Q_ic………...………..………..……(2.23)

 Koefisien performansi sistem keseluruhan: COP_uo =^Quc

Q_it………...…..(2.24)

Tabel 2.5 COP hasil penelitian sebelumnya

M.Pons,

Guilleminot J.J ^{[1] Pelat Datar (6 m}