TINJAUAN PUSTAKA
2.5. Studi Literatur Jurnal Internasional
Pada sistem refrigerasi dengan menggunakan konsep adsorpsi, sebuah adsorber termal menggantikan fungsi kompresor listrik dalam mesin kommpresi uap umumnya, dimana keseluruhan mesin pada dasarnya belum dimodifikasi. Reaktor terdiri dari sebuah penutup transparan, isolasi sisi dan isolasi bagian bawah, dan selubung persegi yang berisi medium berpori yang memiliki kemampuan untuk mengadsorpsi dan desorpsi refrigeran. Sedangkan lemari pendingin dirancang untuk mendinginkan sejumlah volume air pada penelitian ini [7].
Sistem refrigerasi dengan menggunakan konsep siklus adsorpsi ini telah menarik
adsorpsi ini, medium yang digunakan sebagai pengadsorpsi (adsorbent) dapat dibagi menjadi dua bagian utama, yaitu adsorpsi fisik (physical adsorption) dan adsorpsi kimia (chemical adsorption). Adsorpsi fisik disebabkan oleh gaya Van de Walls antara molekul adsorben dan adsorbat[13]. Karena memiliki porositas yang tinggi, adsorben ini dapat menyerap adsorbat dan menempatkannya dalam celah - celahnya. Sementara adsorpsi kimia disebabkan oleh reaksi kimia antara adsorben dan adsorbat. Transfer elektron, pembentukan dan pemutusan ikatan kimia selalu terjadi pada adsorpsi kimia[14]. Adsorbent fisik yang umum digunakan pada refrigerasi adsorpsi adalah karbon aktif (activated carbon), karbon aktif fiber (activated carbon fiber), silica gel, dan zeloit[15]. Khusus untuk adsorben karbon aktif dibuat dari material yang banyak mengandung karbon antara lain dari kayu, batubara, limbah penyulingan minyak, dan cangkang kelapa.
Gambar 2.5. Komponen Siklus Adsorpsi
Sebagai langkah awal telah dilakukan studi literatur hasil - hasil penelitian tentang mesin pendingin siklus adsorpsi khususnya yang menggunakan pasangan karbon aktif dan metanol telah dipublikasikan secara international. Sistem mesin pendingin siklus adsorpsi terdiri dari kolektor yang sekaligus bertindak sebagai
generator, kondensor, dan evaporator. Komponen dari siklus ini d apat dilihat pada gambar 2.5. yang menjelaskan prinsip kerja proses desorpsi dan adsorpsi. Di dalam kolektor ini dimuat karbon aktif yang massa optimumnya menurut adalah sebesar 20 – 26 kg/m2. Kolektor ini harus tertutup, tidak tembus udara luar dan memiliki pipa penghubung yang menjadi laluan refrigeran masuk dan keluar dari generator. Karbon aktif akan menyerap uap refrigeran, uap ini akan menempati celah - celah kosong di antara karbon aktif dengan fasa hampir cair. Karbon aktif yang mengandung metanol ini jika dipanaskan dengan menggunakan sinar matahari, maka temperatur dan tekanannya akan naik. Kondisi ini akan membuat uap refrigeran pada suhu dan tekanan tinggi akan terlepas dari adsorben di mana prosesnya disebut adsorpsi. Uap refrigeran ini akan mengaliri kondensor dan karena pendinginan uap akan berubah menjadi cair dan terakumalasi di evaporator. Proses ini akan berlangsung selama adanya energi panas dan sinar matahari. Pada malam hari atau jika adsorber ditutup, temperatur dan tekanan generator akan turun. Pada kondisi ini karbon aktif siap untuk menyerap metanol kembali. Kondisi ini akan membuat metanol yang ada di evaporator menguap dan diserap oleh karbon aktif dan proses ini disebut adsorpsi.
Gambar 2.6. Prinsip kerja mesin pendingin siklus adsorpsi
Proses evaporasi metanol ini akan menyerap kalor dari air sebesar kalor latennya.
Proses ini akan membuat air yang berada di evaporator akan berubah menjadi es.
Pada hari berikutnya proses akan berulang kembali. Dengan menggunakan siklus adsorpsi, penelitian yang menggunakan pasangan karbon aktif dan metanol sebagai refrigeran yang digerakkan oleh energi matahari telah banyak dilakukan dan dilaporkan dalam beberapa jurnal ilmiah. Pons dan Guillminot[16] merupakan pelopor penelitian di bidang ini, mereka melakukan perancangan dan pengujian mesin pembuat es yang digerakkan tenaga matahari. Kolektor yang digunakan adalah tipe plat datar dengan luas bidang penyerapan 6 m2 yang mengandung 130 kg karbon aktif dan metanol sebagai refrigeran sebanyak 18 kg. Pada kondisi sinar matahari yang baik dan lokasi pengujian ada di daerah Orsay, Francis, mereka mengklaim dapat menghasilkan 30 – 35 kg es per hari. Li dkk [17]
melakukan pengujian performansi dan analisis mesin pembuat es dengan menggunakan solar kolektor tipe dua plat datar dengan metanol sebagai refrigeran. Pengujian dilakukan di laboratorium dan sinar matahari disimulasikan
dengan menggunakan lampu quartz. Dengan total radiasi dan lampu sebesar 28 - 30 MJ dapat dihasilkan 7 – 10 kg es. Khattab [18], melakukan penelitian di Kairo (300 latitute), juga menggunakan pasangan karbon aktif (produk lokal) dan metanol dan melakukan modifikasi pada kolektor. Hasil yang didapatkan adalah 6,9 kg es/m2 pada musim dingin dan 9,4 kg es/m2 pada musim panas. Li dkk melakukan pengembangan mesin pembuat es tanpa menggunakan katup.
Kolektornya adalah tipe plat datar dengan luas 1 m2 dan mengandung 19 karbon aktif yang diproduksi di China. Dengan kapasitas penyinaran sebesar 18 – 22 MJ/m2 didapatkan es sebanyak 5 kg.
2.6.Adsorben
Adsorben merupakan bahan yang sangat berpori dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding-dinding pori atau pada letak-letak tertentu di dalam partikelnya. Karena pori-porinya biasa kecil maka luas permukaan dalam mencapai beberapa orde besaran lebih besar dari permukaan luar dan bisa sampai 2000 m2/gr. Dalam kebanyakan hal komponen yang diadsorpsi melekat sedemikian kuat sehingga memungkinkan pemisahan komponen itu secara menyeluruh dari fluida tanpa terlalu banyak adsorpsi terhadap komponen lain.
2.6.1. Jenis – jenis Adsorben
2.6.1.1. Adsorben Tidak Berpori (Non-Porous Sorbent)
Adsorben tidak berpori dapat diperoleh dengan cara presipitasi deposit kristalin seperti BaSO4 atau penghalusan padatan kristal. Luas permukaan spesifiknya kecil tidak lebih dari 10 m2/g dan umumnya antara 0,1 s/d 1 m2/g. Adsorben yang tidak berpori seperti filter karet (rubber filters) dan karbon hitam bergrafit (graphitized
Carbon Black) adalah jenis adsorben tidak berpori yang telah mengalami perlakuan khusus sehingga luas permukaannya dapat mencapai ratusan m2/g.
2.6.1.2. Adsorben Berpori (Porous Sorbents)
Luas permukaan spesifik dsorben berpori berkisar antara 100 s/d 1000 m2/g.
Biasanya digunakan sebagai penyangga katalis, dehidrator, dan penyeleksi komponen. Adsorben ini umumnya berbentuk granular. Klasifikasi pori menurut International Union of Pure and Applied Chemistry (IUPAC) adalah :
• Pori-pori berdiameter kecil (Mikropores d < 2 nm )
• Pori-pori berdiameter sedang ( Mikropores 2 < d <50 nm)
• Pori-pori berdiameter besar ( Makropores d > 50 nm )