Metanol Sebagai Adsorbat

TINJAUAN PUSTAKA

2.8. Metanol Sebagai Adsorbat

Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang mudah menguap ataupun berubah dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Adapun sifat metanol dapat dilihat seperti tabel berikut ini.

Tabel 2.3. Sifat Metanol [7]

No Sifat Metanol Nilai Sifat Metanol

1 Massa Jenis (cair) 787 Kg/m³

2 Titik Lebur -97.7 ^oC

3 Titik Didih 64,5 ^oC

4 Klasifikasi EU Flamamable (F), Toxic (T)

5 Panas Laten Penguapan (Le) 1100 kJ/kg

Metanol merupakan bentuk alkohol paling sederhana. Pada keadaan atmosfer metanol berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar, dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan daripada etanol).

Metanol digunakan sebagai bahan pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan adidtif bagi metanol industri. Metanol diproduksi secara alami oleh

metabolisme anaerobik oleh bakteri. Hasil proses tersebut adalah uap metanol (dalam jumlah kecil) di udara. Setelah beberapa hari, uap metanol tersebut akan teroksidasi oleh oksigen dengan bantuan sinar matahari menjadi karbon dioksida dan air. [2]

Gambar 2.8. Methanol Pro Analisys 2.9.Kalor (Q)

Kalor adalah energi yang berpindah yang mengakibatkan perubahan temperatur [12]. Pada abad ke-19 berkembang teori bahwa kalor merupakan fluida ringan yang dapat mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah, jika suatu benda mengandung banyak kalor, maka suhu benda itu tinggi (panas). Sebaliknya, jika benda itu mengandung sedikit kalor, maka dikatakan benda itu bersuhu rendah (dingin). Kuantitas energi kalor (Q) dihitung dalam satuan joules (J). Laju aliran kalor dihitung dalam satuan joule per detik (J/s) atau watt (W). Laju aliran energi ini juga disebut daya, yaitu laju dalam melakukan usaha.

2.9.1. Kalor Laten

Suatu bahan biasanya mengalami perubahan temperatur bila terjadi perpindahan kalor antara bahan dengan lingkungannya. Pada suatu situasi tertentu, aliran kalor

ini tidak merubah temperaturnya. Hal ini terjadi bila bahan mengalami perubahan fasa. Misalnya padat menjadi cair, cair menjadi uap dan perubahan struktur kristal (zat padat) [12]. Energi yang diperlukan disebut kalor laten. Kalor yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassa m adalah:

QL= Le m...(2.7)

dimana :

QL = Kalor laten (J)

Le = Kapasitas kalor spesifik laten (J/kg) m = Massa zat (kg)

2.9.2. Kalor Sensibel

Tingkat panas atau intensitas panas dapat diukur ketika panas tersebut merubah temperatur dari suatu substansi. Perubahan intensitas panas dapat diukur dengan termometer. Ketika perubahan temperatur didapatkan, maka dapat diketahui bahwa intensitas panas telah berubah dan disebut sebagai kalor sensible. Dengan kata lain, kalor sensibel adalah kalor yang diberikan atau yang dilepaskan oleh suatu jenis fluida sehingga temperaturnya naik atau turun tanpa menyebabkan perubahan fasa fluida tersebut [12].

Qs = m Cp ΔT...(2.8) dimana:

Qs = Kalor sensible (J)

Cp = Kapasitas kalor spesifik sensibel (J/kg.K) ΔT = Beda temperatur (K)

2.9.3. Perpindahan Kalor

Panas hanya akan berpindah jika ada perbedaan temperatur, yaitu dari sistem yang bertemperatur tinggi ke sistem bertemperatur rendah. Perbedaan temperatur ini mutlak diperlukan sebagai syarat terjadinya perpindahan panas. Selama ada perbedaan temperatur antara dua sistem maka akan terjadi perpindahan panas.

Mekanisme perpindahan panas yang terjadi dapat dikategorikan atas 3 jenis yaitu:

konduksi, konveksi dan radiasi.

2.9.3.1.Konduksi

Konduksi adalah proses perpindahan panas yang mengalir melalui suatu bahan padat dari daerah yang bersuhu lebih tinggi ke daerah yang bersuhu lebih rendah di dalam suatu medium (padat, cair atau gas). Peristiwa ini menyangkut pertukaran energi pada tingat molekuler. Pengamatan gejala fisika dan serentetan pemikiran telah menghasilkan laju aliran kalor untuk konduksi. Kepadatan aliran (flux) energi perpindahan kalor secara konduksi disebuah batangan padat, sebanding dengan beda suhu dan luas penampang serta berbanding terbalik dengan panjangnya [12].

Pengamatan dibuktikan dengan serentetan percobaan sederhana. Fourter telah memberikan sebuah model matematika untuk proses ini. Dalam hal satu dimensi, model matematikanya yaitu :

𝑞 = −𝑘. 𝐴.^𝑑𝑇

𝑑𝑥...(2.9) dimana :

q = Laju perpindahan panas (W)

A = Luas penampang dimana panas mengalir (m2)

dT

dx = Gradien suhu pada penampang, atau laju perubahan suhu T terhadap jarak

k = Konduktivitas termal bahan (W/m.K)

Daya hantar termal merupakan suatu karakteristik dari bahan dan perbandingan K/l disebut hantaran (konduktivitas) yang ditentukan oleh struktur molekul bahan.

Semakin rapat dan tersusun rapinya molekul-molekul yang umumnya terdapat pada logam akan memindahkan energi yang semakin cepat dibandingkan dengan susunan yang acak dan jarang yang pada umumnya terdapat pad a bahan bukan logam. Nilai angka konduktifitas termal menunjukan beberapa cepat kalor mengalir dalam bahan tertentu.

Gambar 2.9. Perpindahan panas pada kolektor surya

Peristiwa perpindahan konduksi pada mesin pendingin tenaga surya terjadi pada sisi-sisi kolektor yang diisolasi oleh rockwool, sterofoam,busa hitam dan kayu.

Energi panas hilang (Qloss) dan berpindah dari ruang dalam kolektor menuju temperatur yang lebih dingin (temperatur lingkungan).

2.9.3.2. Konveksi

Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas antara permukaan padat yang berbatasan dengan fluida mengalir. Fluida di sini bisa dalam fasa cair atau fasa gas. Syarat utama mekanisme perpindahan panas konveksi adalah adanya aliran fluida.[6]

qconv = hAs (Ts − T∞)...(2.10) dimana:

q = Laju perpindahan panas konveksi (W) h = koefisien pindahan panas konveksi (W/m²C) As = luas penampang (m²)

Ts = suhu permukaan bidang (^oC) T∞ = suhu lingkungan (^oC)

2.9.3.2.1. Konveksi Alamiah

Konveksi jenis ini terjadi karena proses pemanasan yang menyebabkan fluida berubah densitasnya (kerapatannya) dan bergerak naik. Gerakan fluida dalam konveksi bebas terjadi karena gaya buoyancy (apung) yang dialaminya apabila kerapatan fluida di dekat permukaan perpindahan kalor berkurang sebagai akibat proses pemanasan.[19] Bilangan Grashof merupakan perbandingan antara gaya buoyancy terhadap gaya viskositas fluida.

𝐺𝑟𝐿 = ^{𝑔𝛽 (𝑇𝑠− 𝑇∞) 𝐿𝑐}

3

𝑣² ……...…..………..(2.11) dimana :

g = percepatan gravitasi (m/s2)

𝛽 = koefisien ekspansi volume, 1/K (𝛽 = 1𝑇 untuk gas ideal) Ts = temperatur permukaan (^oC)

𝑇∞ = temperatur fluida yang bergerak di sekitar permukaan (^oC) Lc = karateristik panjang dari bentuk geometri (m)

𝜈 = viskositas kinematik (m2/s).

Tabel 2.4. Korelasi empiris bilangan Nusselt rata-rata yang terjadi pada permukaan proses konveksi bebas[17].

Dari nilai Grashof dan Prandtl dapat dihitung nilai Rayleigh dengan pers 2.6 untuk plat datar dan pers 2.7 untuk fin :

𝑅_𝑎

𝐿 = ^{𝑔𝛽(𝑇𝑠−𝑇∞)𝐿3}

𝜗² 𝑃𝑟 ……….(2.12)

𝑅_𝑎

𝐿 = ^{𝑔𝛽(𝑇𝑠−𝑇∞)(}

𝐴𝑠 𝑝)³

𝜗² 𝑃𝑟……….(2.13)

Dimana As adalah luas seluruh perukaan fin, dan p adalah total perimeter atau panjang rusuk fin.

2.9.3.3.Radiasi

Radiasi adalah proses perpindahan panas tanpa melalui media. Bila energi radiasi mengenai permukaan suatu bahan, maka sebagian akan dipantulkan (refleksi) , sebagian lagi akan diserap (absorbsi) dan sebagian lagi akan diteruskan (transmisi). Kebanyakan benda padat tidak bisa meneruskan radiasi thermal sehingga penerapan transmisivitas dianggap nol[13].

Energi yang diradiasikan dari suatu permukaan ditentukan dalam bentuk daya pancar (emissive power) yang secara termodinamika dapat dibuktikan bahwa daya pancar tersebut sebanding dengan pangkat empat dari temperatur absolutnya.

Untuk radiator ideal, biasanya berupa benda hitam (black body).

Persamaan untuk mencari perpindahan panas radiasi adalah sebagai berikut:

𝑞_𝑟𝑎𝑑 = 𝜀 𝐴 𝜎(𝑇_𝑠⁴− 𝑇_𝑠𝑢𝑟⁴ )...(2.14) dimana :

qrad = laju perpindahan panas radiasi (W) ε = emisivitas bahan

A = luas permukaan (m²)

𝜎 = kontanta Stefan – Boltzmann (5,67 x 10-8 W/m²K⁴) Ts = suhu permukaan (K)

Tsur = suhu lingkungan (K)

Penggunaan energi surya meliputi pengaturan kedudukan permukaan pengumpul

radiasi pada permukaan horizontal di banyak tempat sudah dilaksanakan,pemanasan pada permukaan miring harus dihitung. Lapisan luar matahari yang disebut fotosfer memancarkan suatu spektrum radiasi yang kontiniu.

1. Luas permukaan benda yang bertemperatur, yang akan menentukan besar kecil jumlah pancaran yang akan dapat dilepaskan.

2. Sifat permukaan yang berhubungan dengan kemudahan memancarkan atau menyerap panas.

3. Kedudukan masing-masing permukaan satu terhadap yang lain akan menentukan besar fraksi pancaran yang dapat diterima oleh permukaan lain.

Ketika radiasi sampai ke permukaan, sebagian dari energi itu akan diserap, sebagian lagi ditransmisikan, dan sisanya direfleksikan . Energi radiasi yang diserap disebut dengan absorbtivitas (α ), yang ditransmisikan disebut dengan transimitas (η) dan energi radiasi yang dipantulkan disebut reflektivitas ( 𝜌).

𝑎𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑠𝑣𝑖𝑡𝑎𝑠 = 𝛼 = 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑠𝑖 𝐴𝑏𝑠𝑜𝑟𝑏𝑠𝑖

𝐼𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 0 ≤𝛼≤ 1 𝑡𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑎𝑠 = 𝜏 = 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑠𝑖 𝑇𝑟𝑎𝑛𝑠𝑚𝑖𝑡𝑎𝑠

𝐼𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 0 ≤𝜏≤ 1 𝑟𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑎𝑠 = 𝑟 =𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑠𝑖 𝑅𝑒𝑓𝑙𝑒𝑐𝑡𝑖𝑣𝑖𝑡𝑎𝑠

𝐼𝑛𝑐𝑖𝑑𝑒𝑛𝑡 𝑅𝑎𝑑𝑖𝑎𝑡𝑖𝑜𝑛 0 ≤𝑟≤ 1