• Tidak ada hasil yang ditemukan

Rancang Bangun Mesin Pendingin Adsorpsi Tenaga Surya Dengan Adsorben Karbon Aktif Granular Dan Adsorbat Metanol

N/A
N/A
Protected

Academic year: 2017

Membagikan "Rancang Bangun Mesin Pendingin Adsorpsi Tenaga Surya Dengan Adsorben Karbon Aktif Granular Dan Adsorbat Metanol"

Copied!
117
0
0

Teks penuh

(1)
(2)
(3)
(4)

DAFTAR PUSTAKA

[1] L. Wang, R.Z. Wang, R.G. Oliveira. 2007. A Review on Adsorption Working Pairs for Refrigerant, Renewable, and Sustainable Energy Review. http://www.sciencedirect.com/science/ article/pii/S1364032108000038 (diakses 6 April 2016)

[2] Duffie, J.A; dan W.A. Beckman. 1974. Thermal Processes. New York: Wiley Inter-Science Publications.

[3] Eugene, Graham, n.d. Go Green Heat Solutions. http://gogreenheat solutions.co.za/?q=project-type/solar-water-heating/flat-plate- collector (diakses 6 April 2016).

[4] Seminarsonly. 2016. Concentrating Collectors. http://www.seminarsonly.com/

electronics/Concentrating-Collectors.php (diakses 6 April 2016). [5] Alpha, Ismanto. 2009. Mechanical Engineering Ismanto Alpha’s.

http://ismantoalpha.blogspot.co.id/2009/12/macam-macam- kolektor-surya.html (diakses 6 April 2016).

[6] Chatterjee, Randy. 2016. Village Vancouver Transition Society.

http://www.villagevancouver.ca/group/energy1 (6 April 2016) [7] Rian Arikundo, Fadly. 2013. Rancang Bangun Prototype Kolektor Surya

Tipe Plat Datar Untuk Penghasil Panas Pada Pengering Produk Pertanian dan Perkebunan. Medan: USU.

[8] Arismunandar, Wiranto. 1995. Teknologi Rekayasa Surya Ted. J. Jansen, Jakarta: Pradnya Paramita

[9] Incropera, Franc P. Dewitt, David P. 1990. Introduction to Heat Transfer. Second Edition. John Wiley & Sons.

[10] Treybal, Robert. E. 1980. Mass-transfer Operations. USA: McGraw-Hill Book.

[11] J. Dossat, Roy. 1961. Principles of Refrigeration. New York & London: John Wiley & Sons, Inc.

(5)

[13] Harry Marsh; dan Francisco Rodriguez-Reinoso. 2006. Activated Carbon. London: Elsevier

[14] ThePubCHemProject. 2004. Methanol. USA: National Center for Biotechnology Information.

[15] Qiu, Jianhai. 2012. Stainless Steel and Alloys: Why They Resist Corrosion and How They Fail. Singapore: Nanyang Technological University.

[16] Li, M dkk. 2003. Development of no valve solar ice maker. China: Shanghai Jiao Tong University.

[17] Incropera, F.P., DeWit, Bergan, Lavine. 2006. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, 6th Edition.

[18] Nurhayati, Siti. 2014. Buku Cerdas Kurikulum 2013 Ringkasan Materi, Pembahasan, dan Rumus Lengkap Fisika. Jakarta: Kunci Aksara. [19] Yayasan Lembaga Penyelidikan Masalah Bangunan. 1983. Spesifikasi

(6)

BAB 3

METODOLOGI RANCANG BANGUN

3.1 Metode Pelaksanaan Perancangan 3.1.1. Diagram Alir Perancangan

Dalam pelaksaan perancangan ini dilakukan kegiatan - kegiatan yang meliputi tahapan yaitu :

Gambar 3.1 Diagram Alir Perancangan 3.2 Tempat dan Waktu

3.2.1 Waktu Perancangan

Waktu yang dibutuhkan untuk merancang bangun ± 9 bulan Analisa Data

Mulai

Tahapan Persiapan

Survey Lapangan

Rancang Bangun Mesin Pendingin Adsorpsi

Assembling Mesin Pendingin

(7)

3.2.2 Tempat Perancangan dan Pemasangan

Perancangan dan pemasangan dilakukan di Laboratorium Teknik Pendingin Lantai IV Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Gambar 3.2 Tempat Perancangan dan Pemasangan

3.3 Alat dan Bahan 3.3.1 Alat

Alat-alat yang digunakan selama proses perancangan dan penelitian adalah sebagai berikut:

1. Pace XR Data Logger

(8)

Gambar 3.3 Pace XR Data Logger

Spesifikasi :

Buatan : Amerika Serikat Tipe : XR5-SE-M-20mV Jumlah terminal sensor : 8 channel

Tipe : Lithium, AA size, 3.6 volt, memerlukan 2 baterai. Resolusi : 12 bits (1 part in 4095, 0.024% F.S.)

Akurasi Suhu : ± 0.15oC from 10°C to 40oC ± 0.3°C from (-25°C) to 85°C Resolusi Suhu : 0.02°C at 25 °C (12 bits)

: 0.06°or better from -25°C to75°C Rentang Pengukuran : -40°C to 150 °C

2. Sensor Tekanan

(9)

Gambar 3.4 Sensor Tekanan

Spesifikasi:

Buatan : Amerika Serikat Tipe : P1600 – vac – 150

Range Pressure : 0 - 30 psig to 0-20,000 psig Range of Vacuum : -150 psig dan 300 psig Slope : 41,18

Offset : -35,29

3. HOBO Micro Station

(10)

Gambar 3.5 HOBO Micro Station

Spesifikasi:

Skala Pengoperasian : -20o – 50oC dengan baterai alkalin -40o – 70oC dengan baterai litium

Input Sensor : 3 buah sensor pintar multi channel monitoring Ukuran : 8,9 cm x 11,4 cm x 5,4 cm

Berat : 0,36 kg

Memori : 512K Penyimpanan data nonvolatile flash. Interval Pengukuran : 1 detik – 18 jam

Akurasi waktu : 0 sampai 2 detik untuk titik data pertama dan ±5 detik untuk setiap minggu pada suhu 25oC

Keterangan:

1. Ambient Measurement Apparatus

(11)

Tabel 3.1 Spesifikasi Measurement Apparatus

Rentang Pengukuran -40℃ to 125℃ (-40℉ to 257℉)

Akurasi ±22℃ at 25℃ (±0.4℉ at 77℉)

Resolusi 0.02℃ at 25℃ (0.04℉ at 77℉)

Penyimpangan 0.05℃/yr + 0.1℃/1000 hrs above 100℃

Waktu Respon Water: 3.5 minutes to 90%

Air: 10 minutes to 90% (moving at 1 m/sec)

Akurasi Waktu ±2 minutes per month at 25℃ (77℉)

Sampling Rate 1 second to 18 hours

Kapasitas Penyimpanan

Data 43.000 12-bit Samples/ Readings Konstruksi Bearing 316L Stainless Steel with O-ring seal

Tekanan / kedalaman

kerja 2200 psi (1500m / 4900 ft) maximum Lingkungan Kerja Air, Water, Steam (0 to 100% RH)

Berat 72 gram

Dimensi 10.1 cm long x 1.75 cm diameter Sumber: HOBO Micro Station User’s Guide

2. Pyranometer

Alat ini digunakan untuk mengukur intensitas radiasi surya pada suatu lokasi (W/m2).

Tabel 3.2 Spesifikasi Pyranometer

Parameter Pengukuran Intensitas radiasi dengan interval 1 detik

Rentang Pengukuran 0 sampai 1280 ⁄

Temperatur Kerja Temperatur: -40℃ to 75℃ (-40℉ to 167℉)

(12)

Sumber: HOBO Micro Station User’s Guide 3. Wind Velocity Sensor

Alat ini digunakan untuk mengukur kecepatan angin (m/s).

Tabel 3.3 Spesifikasi Wind Velocity Sensor

Parameter Pengukuran Kecepatan angin rata – rata Kecepatan angin tertinggi Data Channels 2 Channel, 1 Port

Rentang Pengukuran 0 to 45 m/s (0 to 100 mph)

Operasi Kerja Temperatur: -40℃ to 75℃ (-40℉ to 167℉)

Akurasi ±1.1 m/s (2.4 mph) atau 4%

Resolusi 0.38 m/s (0.85 mph)

Ambang Batas Awal 1 m/s (2.2 mph)

Kecepatan Angin Maksimum 54 m/s (120 mph)

Radius Pengukuran 3 meter

Housing 3 buah anemometer dengan bantalah teflon Bearings dan poros Hardened Berryllium Panjang Kabel 3.0 meters (10 ft)

Dimensi 190 cm x 51 cm (7.5” x 3.2”)

Berat 300 gram (10oz) Sumber: HOBO Micro Station User’s Guide

4. T dan RH Smart Sensor

Alat ini digunakan untuk mengukur kelembaban (%)

Tabel 3.4 Spesifikasi T dan RH Smart Sensor

Channel 1 Channel kelembaban

Rentang Pengukuran -40℃ - 100℃ (-40℉ - 212℉)

Akurasi <±0.2℃ - 0℃ sampai 50℃ (

±0.36℉ at 32℃ - 122℉)

Resolusi (<±0.054℉ dari 32℉ - 122℉) <±0.03℃ dari 0℃ - 50℃ Penyimpangan <±0.1℃ (0.18℉)/tahun

Waktu Respon kurang 2.5 menit sampai RH 90% dalam 1 m/det gerakan udara Housing Stainless Steel Sensor Tip

Pilihan operasi

Pengukuran Tersedia

(13)

temperatur sampai 50℃

Berat w/ 17 meter cable: 880 gram (12.0 oz)

Dimensi 7mm x 38 mm (0.28” x 1.50”) (sensor saja) Sumber: HOBO Micro Station User’s Guide

4. Pompa Vakum

Pompa vakum digunakan saat proses pemvakuman sistem yang bertujuan untuk mengeluarkan sisa – sisa kotoran dan uap air sekaligus menurunkan tekanan vakum sistem.

Gambar 3.6 Pompa Vakum

Spesifikasi:

Merek : ROBIN AIR Model No. : 15601 Kapasitas : 142 l/m Motor H.p : 1/2 pk

Volts : 110-115 V / 220-250 V

5. Thermocouple

(14)

Gambar 3.7 Thermocouple

6. Manometer Vakum

Alat ini digunakan untuk mengukur tekanan vakum sistem.

Gambar 3.8 Manometer Vakum

Spesifikasi :

Buatan : Jepang Max tekanan : 0 CmHg Min tekanan : -76 CmHg

7. Selang Karet

(15)

Gambar 3.9 Selang Karet

8. Laptop

Digunakan untuk menyimpan dan mengolah data yang telah didapatkan dari HOBO Micro Station Data Logger dan Pace XR5 Data Logger.

Gambar 3.10 Laptop

9. Gelas Ukur

Gelas ukur digunakan sebagai alat ukur volume metanol dan air saat proses pengisian.

(16)

10. Obeng

Digunakan untuk mengunci ring pengunci selang.

Gambar 3.12 Obeng

3.3.2 Bahan

Bahan - bahan yang digunakan selama proses pengujian adalah sebagai berikut:

1. Pelat stainless steel

2. Pipa stainless steel ½ inch sepanjang 3 meter 3. Pipa stainless steel ¾ inch sepanjang 1 meter 4. Pipa PVC ½ inch 1 meter

5. Katup/valve stainless 6 buah 6. Katup/valve PVC 1 buah 7. Manometer vakum 2 buah

8. Karbon aktif teknis (batok kelapa) sebanyak 25 kg 9. Methanol Pro Analys (kemurnian 99.9%) sebanyak 3 liter 10. Rockwool secukupnya

11. Selang karet ¾ inch sepanjang 2 meter

12. Styrofoam sebesar 1x1 meter sebanyak 3 lembar 13. Lem Dextone secukupnya

14. Lem Isarplas untuk pipa PVC secukupnya 15. Lem Red Silicon secukupnya

16. Triplek 1 lembar

17. Paku 1 – 2 inch sebanyak 1/2 kg

(17)

19. Cat semprot hitam doff tahan panas sebanyak 1 liter 20. Cat minyak warna putih sebanyak ¼ liter

21. Kawat kasa 1x1 meter 22. Isolasi secukupnya 23. Selotip secukupnya 24. Air sebanyak 1.5 liter

3.4 Dimensi Alat Penelitian 3.4.1. Kolektor

Kolektor mempunyai peran paling penting dari setiap komponen mesin pendingin ini, karena itu mesin ini sangat bergantung pada karakteristik material dari plat kolektor. Umumnya plat kolektor yang baik itu mempunyai perpindahan panas yang baik. Maka pada pengujian ini, pelat dibuat dari bahan stainless steel dengan ketebalan 1 mm dan luas permukaan 0.25 m2. Beberapa pertimbangan untuk menggunakan stainless steel daripada logam lain adalah sebagai berikut: [15]

1. Tahan terhadap korosi.

2. Dapat dengan mudah dibentuk, dilas, dipotong, dan dimesinkan. 3. Mempunyai daya tahan yang baik terhadap suhu tinggi maupun rendah. 4. Biaya pemeliharaan rendah dan mudah dibersihkan.

5. Lebih ekonomis dibanding logam lain yang mempunyai konduktivitas termal yang jauh lebih baik.

Untuk memastikan terjadinya perpindahan panas yang baik antara bagian atas kolektor dengan plat kolektor, maka pada bagian dalam kolektor juga diberi beberapa sirip yang terbuat dari stainless steel juga, yang bersentuhan langsung dengan karbon aktif dan plat kolektor.

(18)

dengan kaca transparan 2 lapis dengan jarak antar kaca adalah 2 cm, yang tujuannya agar menangkap dan mengurangi kerugian panas yang mengalir ke luar karena kaca transparan mempunyai transmisivitas yang tinggi dan refleksivitas yang rendah, dengan dimensinya adalah 0.55 m x 0.55 m. [16]

3.4.1.1.Perancangan Adsorber

Adsorber adalah alat yang digunakan untuk menangkap panas dari radiasi matahari pada proses desorpsi berlangung. Adsorber dilapisi dengan kaca dan jarak kaca dengan adsorber adalah 30 mm. Adsorber dapat dilihat pada gambar 3.13 dan 3.14.

(19)

Gambar 3.14 Ruang Bagian dalam Adsorber Keterangan gambar :

Tebal pelat : 1 mm Tebal fin : 1 mm Jarak antar fin : 50 mm Tinggi fin ` : 50 mm Jumlah fin : 12 buah Tinggi adsorber : 80 mm Diameter pipa (Ø ) : 3/4”

3.4.1.2.Perancangan Kotak Isolasi Adsorber

(20)

Gambar 3.15 Model Kotak Isolasi

Gambar 3.16 Posisi Adsorber pada Kotak Isolasi Keterangan:

Bahan : Kayu

Ukuran Kotak : 600 mm x 600 mm x 210 mm Tebal Box Isolasi : 15 mm

3.4.1.3.Perancangan Kaca Penutup

Kaca penutup berfungsi untuk menangkap panas sekaligus mengurangi kerugian panas yang mengalir ke luar. Model dari kaca penutup adsorber dapat dilihat pada gambar 3.17.

(21)

Gambar 3.17 Model Kaca Kolektor Keterangan :

Tebal Kaca : 8 mm

Ukuran Kaca : 550 x 550 mm Jumlah Kaca : 2 lapis

Jarak Adsorber ke kaca : 30 mm 3.4.1.4. Dimensi Kolektor Surya

Konduktivitas termal dari masing – masing bahan kolektor dapat dilihat pada tabel 3.5.

Tabel 3.5 Konduktivitas Termal Bahan [17]

BAHAN k (Watt/m.K)

Stainless Steel 15,1

Kayu 0,14

Rockwool 0,042

Styrofoam 0,036

Kaca 0,761

(22)

Berikut adalah dimensi dari kolektor surya:

 A = p × l = 50 × 50 = 2500 cm = 0.25 m

= 4 × × = 4 × 50 × 8 = 1600 cm = 0.16 m

= 0.25 + 0.16 = 0.41 m

 V = p × l × t = 50 × 50 × 8 = 20000 cm = 0.02 m

 A = p × l = 60 × 60 = 3600 cm = 36 m

 A = p × l = 53 × 53 = 2809 cm = 0.2809 m

dimana:

 A = luas permukaan  p = panjang

 l = lebar

 t = tinggi

3.4.2. Perancangan Kondensor

Selama proses desorpsi metanol berlangsung, perancangan kondensor yang baik sangat diperlukan untuk menangkal panas desorpsi. Pada perancangan ini, digunakan bahan stainless steeldengan diameter 15 mm dan fin (sirip) sebanyak 15 buah yang terbuat dari bahan stainless steel juga dengan dimensi 40 cm x 10 cm. Tujuannya untuk memperluas permukaan benda agar laju perpindahan kalor dapat diperbesar melalui sirip – sirip tersebut, sehingga proses pendinginan metanol dapat dipercepat. [16]

(23)

Gambar 3.18 Model Kondensor

Contoh perancangan fin pada kondensor dapat dilihat pada gambar 3.19.

Gambar 3.19 Model Fin Kondensor Berikut adalah perhitungan perancangan pada kondensor:

1. Plat Stainless Steel

L = p × l = 40 × 10 = 400cm = 40000 mm

Plat setelah dilubangi:= 5 × 2πr = 5 × 2(3.14)(10) = 314 mm Luas penampang untuk 1 plat = 40000 − 314 = 39686 mm

3

2

(24)

Luas penampang untuk 15 plat = 15 × 39686 = 595290 mm 2. Pipa (Tube) 1 dan 2

Keliling tube 1 = 2 π r L = 2 (3.14)(10)(360) = 22608 mm Keliling tube 2 =2 π r L = 2 (3.14)(15)(400) = 37680 mm Untuk 5 batang tube 1 = 5 × 22608 = 113040 mm = 0.11304 m Untuk 2 batang tube 2 = 2 × 37680 = 75360 mm = 0.07536 m 3. Pipa (Tube) 3

Keliling tube 3 = 2 = 2 (3.14)(10)(400) = 25120 mm Untuk 2 batang tube 3 = 2 × 25120 = 50240 mm = 0.05024m Maka,A = 595290 + 113040 + 75360 + 50240

= 833930 mm = 0.83393m

3.4.3. Evaporator

(25)

Gambar 3.20 Model dan Ukuran Evaporator Berikut adalah perhitungan untuk perancangan evaporator: Luas penampang = (Keliling Alas × Tinggi) + (Luas Alas)

Keliling alas = (100 + 200 + 100 + 20 + 40 + 35 + 40 + 25 + 40 + 40 + 40 + 25 + 40 + 35 + 40 + 20) = 840 mm = 0.84 m

Bentangan / luas penampang = (840 × 210) + 2(15600) = 207600mm

(26)

3.4.3.1. Kotak Insulasi

Kotak insulasi adalah ruang sekaligus tempat evaporator dan wadah air yang akan didinginkan.terbuat dari triplek, rockwool, dan styrofoam dengan dimensi 36 cm x 36 cm x 36 cm, untuk menjaga suhu evaporator dari gangguan udara luar. Dengan cara seperti ini, diharapkan agar es yang terbentuk di malam hari sebagai hasil adsorpsi akan mudah dipindahkan. Ruang bagian dalam kotak insulasi diisolasi dengan karet agar ruangan di dalam kotak insulasi tidak berhubungan dengan udara luar. Model kotak insulasi dapat dilihat pada gambar 3.21.

Gambar 3.21 Kotak Insulasi

Berikut adalah perhitungan untuk perancangan kotak insulasi agar evaporator dan wadah penampung air bisa muat didalamnya:

Volume maksimum kotak insulasi = × × = 360 × 360 × 360 = 46656000 mm = 0.46656m 3.4.3.2. Wadah Penampung Air

(27)

kapasitas air yang akan didinginkan. Wadah ini terbuat dari bahan aluminium. Model dari wadah penampung air dapat dilihat pada gambar 3.22.

Gambar 3.22 Wadah Penampung Air

Berikut adalah perhitungan untuk perancangan wadah penampung air: Volume maksimum wadah penampung air = × × = 250 × 250 × 120

= 7500000 mm 3.5 Langkah Pembuatan Mesin Pendingin Tenaga Surya

3.5.1 Pembuatan Kolektor a. Pembuatan Adsorber

Langkah – langkah pembuatan absorber adalah sebagai berikut: 1. Pelat dipotong sesuai dengan ukuran design awal.

2. Pelat dibentuk menjadi sebuah kotak stainless (proses pembendingan).

3. Dilakukan pengelasan agar tidak ada sedikitpun celah udara masuk atau keluar dari adsorber sekaligus dengan pemasangan fin pada adsorber. Bagian bawah adsorber adalah bagian terakhir yang dilas karena akan diisi karbon aktif terlebih dahulu. Proses pengelasan ini menggunakan las argon.

4. Setelah adsorber dibentuk, lalu diisi dengan karbon aktif sebanyak 7 kg, kemudian diratakan. Pengisian karbon aktif pada adsorber dapat dilihat pada gambar 3.23.

(28)

Gambar 3.23 Proses Pengisian Kolektor

5. Kolektor dipasang kawat kasa dan penyangganya. Tujuannya adalah agar karbon aktif tidak jatuh ke bawah / terhisap pada saat kolektor dibalikkan ataupun saat proses pemvakuman dilakukan. Dapat dilihat pada gambar 3.24.

Gambar 3.24 Adsorber yang Sudah Terpasang Kain Kasa

6. Setelah jaring kawat terpasang dengan baik, maka adsorber pun ditutup dengan penutup adsorben. Adsorber dilengkapi juga dengan dua buah pipa yang masing-masing pipa dilengkapi dengan valve atau katup dan salah satu pipa dilengkapi dengan manometer untuk mengukur tekanan pada adsorber. 7. Setelah semua bagian dari kolektor dilas, dilakukan tes kebocoran kolektor

(29)

b. Pembuatan Kotak Isolasi Kolektor

Langkah – langkah pembuatan kotak isolasi adalah sebagai berikut: 1. Rockwool, styrofoam, dan triplek disediakan.

2. Masing - masing dipotong sesuai design.

3. Lapisan pertama yang dibentuk adalah bagian yang kokoh yaitu triplek yang akan menjadi lapisan terluar sekaligus pembentuk kotak.

4. Setelah triplek dipotong sesuai ukuran, kemudian dipaku dan dilem agar lebih kuat dan rapat.

5. Lapisan kedua adalah lalu styrofoam dipotong sesuai ukuran dan ditempelkan ke rangka bagian dalam triplek tadi. Agar melekat digunakan juga lem. Ditahan beberapa menit agar melekat kuat.

6. Styrofoam, rockwool dan alumunium foil sengaja diletakkan berada di atas kolektor karena mampu bertahan pada temperatur 4000C khusus nya pada rockwool.

7. Kemudian kolektor dilapisi dengan 2 lapis kaca (cover). Dapat dilihat pada gambar 3.25.

Gambar 3.25 Kolektor yang Sudah Dilapisi Kaca

3.5.2 Pembuatan Kondensor

Langkah – langkah pembuatan kondensor adalah sebagai berikut:

(30)

2. Setelah proses pengelasan selesai dilakukan, maka proses finishing dilakukandengan mengecek apakah kondensor mengalami kebocoran atau tidak dengan proses pemvakuman. Untuk mencegah terjadinya kebocoran, bagian-bagian yang rentan mengalami kebocoran misalnya sambungan antara pipa pipa kondensor di lem dengan kuat. Gambar kondensor yang telah jadi dapat dilihat pada gambar 3.26.

Gambar 3.26 Foto Aktual Kondensor

3.5.3 Pembuatan Evaporator

Langkah – langkah pembuatan evaporator adalah sebagai berikut:

1. Pelat dipotong sesuai dengan ukuran evaporator yang telah dirancang. Setelah itu pelat dibending untuk membentuk bagian alas permukaan evaporator. 2. Setelah evaporator selesai dibentuk, langkah selanjutnya adalah proses

pengelasan pipa pada evaporator.

3. Kaca dipotong untuk menutup lubang kontrol volume metanol. Kaca dipasang dengan cara dilem menggunakan lem silikon dan lem dextone.

(31)

Gambar 3.27 Evaporator yang Telah Terpasang Kaca

3.5.4 Pembuatan Wadah Air

Langkah – langkah pembuatan wadah air adalah sebagai berikut:

1. Pelat besi dipotong sesuai ukuran pada design kemudian dilakukan proses bending untuk membentuk pelat menjadi kotak persegi.

2. Bagian depan kotak kemudian dipotong.

3. Kemudian dipasang lapisan kaca untuk menutupi potongan pada bagian depan kotak tersebut. Pemasangan dilakukan dengan bantuan lem, dan dipastikan tidak terjadi kebocoran.

4. Dilakukan pelapisan menggunakan alumunium foil. Wadah yang sudah dilapisi aluminium foil dapat dilihat pada gambar 3.28.

(32)

3.5.5 Pembuatan Kotak Insulasi Evaporator

Langkah – langkah pembuatan kotak insulasi evaporator adalah:

1. Potong triplek, styrofoam, dan rockwool sesuai dengan ukuran design yang telah ditentukan.

2. Triplek ditempel dengan styrofoam dan rockwool menggunakan perekat. 3. Bentuk triplek, styrofoam dan rockwool yang sudah dilem tadi menjadi

bangun ruang kubus sesuai dengan design.

4. Setelah membentuk kubus, sudut – sudut pada kotak insulasi dilem dengan menggunakan isolasi agar kuat dan tujuan untuk menjaga suhu air dan evaporator lebih maksimal. Kotak insulasi yang sudah jadi dapat dilihat pada gambar 3.29.

3.5.6 Pembuatan Rangka Mesin Pendingin

(33)
(34)

BAB 4

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pembuatan Mesin dan Cara Pengujiannya

Pada gambar 4.1, dapat dilihat desain dari keseluruhan mesin pendingin adsorpsi tenaga surya, yang terdiri dari kolektor, kotak insulasi kolektor, kondensor, evaporator, kotak insulasi evaporator dan rangka yang sudah dipasang thermocouple pada setiap titiknya.

Gambar 4.1 Mesin Pendingin Adsorpsi Tenaga Surya

Kolektor

Kotak Insulasi Kolektor Rangka

Kondensor

(35)

Proses pengujian ini dibagi ke dalam dua proses, yaitu proses desorpsi (siang hari) dan proses adsorpsi (malam hari). Set-up eksperimental proses pengujian ditunjukkan pada gambar 4.2 dan gambar 4.3.

(36)

Gambar 4.3 Proses Adsorpsi Mesin Pendingin Tenaga Surya (Malam Hari)

4.2 Pemuaian Material Kolektor terhadap Panas Matahari

(37)

4.2.1 Pemuaian Luas Kaca Kolektor

Untuk menghitung pemuaian luas kaca maka digunakan persamaan:

= {1 + 2 ∝ ( − )}

dimana:

= luas kaca setelah terjadi pemuaian (m2)

= luas kaca sebelum terjadi pemuaian = 0.3025 m2 ∝ = koefisien muai panjang kaca = 0.000009

= temperatur kaca setelah terjadi pemuaian = 100℃ = temperatur kaca sebelum terjadi pemuaian = 20℃ Perhitungan nilai :

= 0.3025{1 + 2(9 × 10 )(100 − 20)} = 0.3029

Maka agar kaca kolektor tidak pecah, saat merancang kotak isolasi, dudukan kaca harus diberi ruang sebesar 2 cm di bagian kanan, kiri, atas, dan bawah kaca. Begitu pula untuk kaca kolektor lapisan kedua.

4.2.2 Pemuaian Volume Plat Kolektor

Plat kolektor terbuat dari material stainless steel.Stainless steelmerupakan senyawa besi yang mempunyai campuran minimal 10.5% Cr (Krom)untuk mencegah proses korosi. Sangat jarang ditemui stainless steel yang mengandung lebih dari 30% Cr atau kurang dari 50% Fe.

Untuk menghitung volume pemuaian plat kolektor maka digunakan persamaan:

= {1 + 3 ( − )}

(38)

= volume plat kolektor setelah terjadi pemuaian (m3) = volume plat kolektor sebelum terjadi pemuaian = 20 m3

∝ = koefisien muai panjang besi = 0.000012 = temperatur setelah terjadi pemuaian = 90℃ = temperatur sebelum terjadi pemuaian = 20℃ Perhitungan nilai :

= 20{1 + 3(1.2 × 10 )(90 − 20)} = 20.05

Maka pada saat perancangan kotak isolasi, dipastikan agar dudukan plat absorber mempunyai cukup ruang untuk memuai sebesar 20.05 m3 untuk mencegah terjadinya deformasi.

4.3 Hasil Pengujian Ketahanan Material terhadap Panas Matahari

Berikut ini merupakan hasil dari pengujian panas, dimana pengujian ini bertujuan untuk melihat apakah setelah dilakukan pengujian pada plat kolektor dan kaca, akan timbul retakan atau tidak pada benda uji. SNI 7705:2011 mensyaratkan bahwa pada benda uji setelah diuji boleh timbul retakan tetapi retakan tersebut tidak boleh lebih dari 50 mm. Pengujian dilakukan selama 3 hari di hari yang sama dan hasil pengujian dapat dilihat pada tabel 4.1 dan 4.2. [19]

Tabel 4.1 Hasil Pengujian Ketahanan Plat Kolektor terhadap Panas Matahari

Hari Jam Kondisi Setelah Pengujian Panjang Retak (mm)

1 07.00 – 17.00 Tidak Retak -

2 07.00 – 17.00 Tidak Retak -

(39)

Tabel 4.2 Hasil Pengujian Ketahanan Kaca terhadap Panas Matahari

Hari Jam Kondisi Setelah Pengujian Panjang Retak (mm) 1 07.00 – 17.00 Tidak Retak / Tidak Pecah -

2 07.00 – 17.00 Tidak Retak / Tidak Pecah - 3 07.00 – 17.00 Tidak Retak / Tidak Pecah -

4.4 Data Hasil Pengujian

Adapun data hasil pengujian pada mesin adsorpsi yang diperolah saat dilakukan pengujian dapat dilihat pada tabel 4.3, 4.4, 4.5, dan 4.6.

4.4.1 Pengujian Hari ke 1

Tabel 4.3 Proses Desorpsi Hari ke 1 (6 Januari 2016)

Waktu (WIB)

Kolektor

Kondensor(°C) Evaporator Ta(°C)

(40)

Tabel 4.4 Proses Desorpsi Hari ke 1 (6 Januari 2016 – 7 Januari 2016)

Waktu (WIB)

Kolektor

Kondensor(°C) Evaporator Ta(°C)

P(kPa) (°C) Tc Tpa (°C) Tpb (°C) P(kpa) Te1 (°C) Te2 (°C) (°C) Tw

4.4.2 Pengujian Hari ke 2

Tabel 4.5 Proses Desorpsi Hari ke 2 (7 Januari 2016)

Waktu (WIB)

Kolektor

Kondensor(°C) Evaporator Ta(°C)

(41)

Tabel 4.6 Proses Desorpsi Hari ke 2 (7 Januari 2016 – 8 Januari 2016)

Waktu (WIB)

Kolektor

Kondensor(°C) Evaporator Ta(°C)

P(kPa) (°C) Tc Tpa (°C) Tpb (°C) P(kpa) Te1 (°C) Te2 (°C) (°C) Tw

Pengujian mesin pendingin siklus adsorpsi tenaga surya ini telah banyak dilakukan di berbagai negara dan beberapa orang telah melakukannya di Departemen Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara. Maka pengujian ini juga didasari oleh penelitian – penelitian tersebut. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan sebelumnya dapat disimpulkan bahwa:

1. Untuk absorber berukuran 1 (satu) m2, jumlah absorben yang digunakan adalah 20 – 26 kg (Pons dan J.J. Guilleminot, 1986)

2. Jumlah metanol yang mampu diserap bisa mencapai 26% dari jumlah karbon aktif yang digunakan (Hussein, 2008).

3. Untuk 1 kg adsorben karbon aktif, jumlah refrigeran yang digunakan sebanyak 350 mL.

(42)

4.5.1 Pengujian Hari Ke 1 4.5.1.1 Kolektor (Adsorber)

Laju perpindahan panas antara kaca kolektor dan pelat penyerap dapat

Koefisien kerugian puncak pada kolektor kemiringan 30o:

(43)

 e= 0.430 (1-100/ )

 β = sudut kemiringan kolektor  = emisivitas plat kaca = 0.84

Setelah didapatkan parameternya maka dihitung :

(44)

Laju perpindahan panas secara konduksi pada adsorber dapat ditentukan dengan:

Laju perpindahan panas secara konveksi pada adsorber dapat ditentukan dengan: = ℎ ( − )

Laju perpindahan panas secara radiasi pada adsorber dapat ditentukan dengan:

= ( − )

dimana:

(45)

 = luas permukaan plat (m2)  = temperatur rata-rata plat (K)

 = temperatur rata - rata lingkungan (K)  = temperatur langit = 0.0552 ( ) Perhitungan nilai T:

= 0.0552(300.9) = 288.12

Setelah didapatkan parameternya, maka:

= 5.67 × 10 (0.98)(0.25)(288.12)

= 95.73 ⁄

Sehingga energi panas total yang diserap adsorber adalah:

= − − −

= 0.98 × 0.25 × (10605374.82) − 55260.5 − 34.975 − 95.73

= 2542925.626 ⁄

dimana:

= total intensitas radiasi matahari = 10605374.82

Maka panas netto yang dibangkitkan adsorber adalah 2542925.626 ⁄ . Efisiensi kolektor adalah:

η =

=2542925.626 10605374.82

= 0.239

4.5.1.2 Kondensor

(46)

Tebal lapisan batas:

= 3.936 0.952 + . × .

dimana:

 Pr = bilangan Prandtl untuk udara yaitu 0.72  Gr = bilangan Grashof = ρ 2 ( − ∞) 3

Dari tebal lapisan batas ini nanti ditentukan apakah pola aliran masih dalam kondisi boundary layer atau telah berkembang penuh. Jika aliran masih berkembang, 2 lebih kecil dari jarak kedua plat.

Laju perpindahan panas pada permukaan plat dihitung dengan persamaan:

= ℎ ( − ) = 0.549 .

dimana:

 = bilangan Rayleigh = × = ( )

Jika aliran telah berkembang penuh, syaratnya 2 lebih besar atau sama dengan jarak kedua plat, maka laju perpindahan panas dihitung dengan persamaan berikut ini:

= ( −24 )

dimana:

 = suhu permukaan kondensor = 34.44 ℃  = suhu fluida = 31.96 ℃

 = densitas fluida = 792 ⁄

(47)

 k = konduktivitas panas = 0.026 . Perhitungan bilangan Grashof:

=792 × 9.81 × 3.3 × 10 (34.44 − 31.96) × 0.5(1.86 × 10 )

= 1.82 × 10

Perhitungan tebal lapisan batas:

= 3.936 × 0.5 0.952 + 0.720.72 . × (1.82 × 10 ) .

= 127.82

Maka:

2 = 2(127.82) = 254.56> jarak kedua plat. Artinya aliran fluida telah berkembang penuh.

Perhitungan bilangan Rayleigh:

= 1.82 × 10 × 0.72 = 1.31 × 10

Menghitung perpindahan panas pada satu permukaan plat vertikal dengan menggunakan persamaan:

=792 × 9.81 × 3.3 × 10 × 1006(34.44 − 31.96) × 224 × 1.86 × 10

= 389.5 ⁄

Jumlah plat pada kondensor ada 15 buah, untuk setiap plat ada 2 permukaan, panjang tiap plat adalah 0,4 m. Maka laju perpindahan panas total dari kondensor adalah:

= 389.5 × 15 × 2 × 0.4 = 4674

(48)

= 389.5 ⁄

. = ∆

= .

=0.005(275.48)389.5 × 0.795

= 0.22 ⁄ = 0.000061 ⁄

4.5.1.3 Evaporator

Untuk menghitung kalor yang diserap oleh plat evaporator, digunakan persamaan panas sensibel:

= ∆

dimana:

 = kalor sensibel (J)

 m = massa plat evaporator = 2.62 kg  = kalor spesifik plat evaporator = 480

 ∆ = perubahan suhu (K) = diambil dari temperatur rata – rata sore hari sampai temperatur terendah evaporator pagi hari

Sehingga untuk pengujian diperoleh besar perubahan temperatur sebagai berikut: ∆ hari kedua pengujian = 17.44℃ + 273 = 290.44

Perhitungan kalor sensibel plat evaporator:

= 2.62 × 480 × 290.44 = 365257.34 = 365.26

Untuk menghitung kalor yang dibutuhkan metanol dalam proses penguapan pada saat proses absorpsi digunakan persamaan kalor laten.

(49)

dimana:

 = kalor laten metanol (J)

 = kapasitas kalor spesifik laten ( )  = massa metanol (kg)

Perhitungan kalor laten penguapan metanol:

= 1100 × 2.376 = 2613.6

Pada penelitian ini, media yang digunakan adalah air, dalam hal ini kalor yang dihitung adalah panas sensibel dari air, dengan menggunakan persamaan:

= ∆

dimana:

 = kalor sensibel air (J)  = massa air = 1.942 kg

 = kapasitas kalor spesifik sensibel air = 4.1855 kJ kg K⁄

 ∆ = perubahan suhu (K) = diambil dari temperatur rata – rata sore hari sampai temperatur terendah evaporator pagi hari

Sehingga untuk pengujian diperoleh besar perubahan temperatur sebagai berikut: ∆ hari kedua pengujian = 17.39℃ + 273 = 290.39

(50)

= 1.942 × 4.1855 × 290.39 = 2360.36

Proses terjadinya pendinginan pada sistem ini dipengaruhi oleh kalor yang diperlukan metanol untuk menguap, dimana panas yang diserap metanol harus lebih besar sama dengan kalor yang dikeluarkan oleh plat evaporator dan air. Dalam hal ini berlaku kesetimbamgan energi.

Penyerapan panas oleh metanol:  V = volume = 3 L = 3 × 10  m = massa = 2.376 kg

 = massa jenis (30℃) = ×. = 792 ⁄  = kapasitas kalor spesifik laten = 1100 ⁄

Maka total panas yang diserap metanol selama penguapan adalah: = 2.376 × 1100 = 2313.6

Menurunkan suhu air dari 30℃ menjadi 0℃ pada hari pertama pengujian: = ∆

= 1.942 × 4.1855 × 290.39 = 2360.36

Membekukan air pada 0℃:

= × = 1.942 × 334 = 648.62

(51)

= ∆

= 2.62 × 0.48 × 290.44 = 365.26

Total energi panas yang digunakan untuk mengubah air menjadi es 365.26 kJ + 2360.36 kJ = 2725.26 kJ

 = energi yang digunakan pada evaporator

 = energi yang masuk diperoleh dari perhitungan absorber (W) Jadi efisiensi evaporator pada pengujian hari pertama adalah:

= + + + +

= 2725.26 + 2360.36 + 2613.6 + 365.26 + 2360.36

= 757.02 + 655.66 + 726 + 101.46 + 655.66 = 2895.8

η =247852.253 × 100% = 11.7%2895.3

Dari hasil perhitungan kesetimbangan energi pada evaporator, dapat diketahui bahwa panas yang menguap jauh lebih besar dibandingkan dengan panas yang diserap, sehingga secara umum dari hasil penelitian dapat diasumsikan sebagai berikut: Temperatur air dalam evaporator tidak mencapai temperatur dingin seperti yang diharapkan (hanya turun beberapa derajat). Hal ini dapat dikarenakan pemvakuman yang dilakukan kurang, ataupun dapat disebabkan karena tingkat kevakuman pada -47 cmHg masih kurang rendah.

(52)

4.5.2.1 Kolektor (Adsorber)

Koefisien kerugian puncak pada kolektor kemiringan 30o:

(53)

 β = sudut kemiringan kolektor

Setelah didapatkan parameternya maka dihitung :

= 2

(54)

= − ( − )

Laju perpindahan panas secara konveksi pada adsorber dapat ditentukan dengan: = ℎ ( − )

Laju perpindahan panas secara radiasi pada adsorber dapat ditentukan dengan:

= ( − )

dimana:

 = konstanta Stefan – Boltzman = 5.67 x 10-8  = emisivitas plat kolektor = 0.98

(55)

 = temperatur rata-rata plat (K)

 = temperatur rata - rata lingkungan (K)  = temperatur langit = 0.0552 ( ) Perhitungan nilai T:

= 0.0552(301) = 288.26

Setelah didapatkan parameternya, maka:

= 5.67 × 10 (0.98)(0.25)(288.26)

= 95.92 ⁄

Sehingga energi panas total yang diserap adsorber adalah:

= − − −

= 0.98 × 0.25 × (9152858.96) − 48022.95 − 30.375 − 95.92

= 219430.12 ⁄

dimana:

= total intensitas radiasi matahari = 9152858.96

Maka panas netto yang dibangkitkan adsorber adalah 2194301.2 ⁄ . Efisiensi kolektor adalah:

η =

=9152858.962194301.2

= 0.239

4.5.2.2 Kondensor

(56)

Tebal lapisan batas:

= 3.936 0.952 + . × .

dimana:

 Pr = bilangan Prandtl untuk udara yaitu 0.72  Gr = bilangan Grashof = ρ 2 ( − ∞) 3

Dari tebal lapisan batas ini nanti ditentukan apakah pola aliran masih dalam kondisi boundary layer atau telah berkembang penuh. Jika aliran masih berkembang, 2 lebih kecil dari jarak kedua plat.

Laju perpindahan panas pada permukaan plat dihitung dengan persamaan:

= ℎ ( − ) = 0.549 .

dimana:

 = bilangan Rayleigh = × = ( )

Jika aliran telah berkembang penuh, syaratnya 2 lebih besar atau sama dengan jarak kedua plat, maka laju perpindahan panas dihitung dengan persamaan berikut ini:

= ( −24 )

dimana:

 = suhu permukaan kondensor = 32.59 ℃  = suhu fluida = 31.02 ℃

 = densitas fluida = 792 ⁄

(57)

 k = konduktivitas panas = 0.026 . Perhitungan bilangan Grashof:

=792 × 9.81 × 3.3 × 10 (32.59 − 31.02) × 0.5(1.86 × 10 )

= 1.152 × 10

Perhitungan tebal lapisan batas:

= 3.936 × 0.5 0.952 + 0.720.72 . × (1.152 × 10 ) .

= 143.3

Maka:

2 = 2(143.3) = 286.6> jarak kedua plat. Artinya aliran fluida telah berkembang penuh.

Perhitungan bilangan Rayleigh:

= 1.152 × 10 × 0.72 = 8.2 × 10

Menghitung perpindahan panas pada satu permukaan plat vertikal dengan menggunakan persamaan:

=792 × 9.81 × 3.3 × 10 × 1006(32.59 − 31.02) × 224 × 1.86 × 10

= 490.5 ⁄

Jumlah plat pada kondensor ada 15 buah, untuk setiap plat ada 2 permukaan, panjang tiap plat adalah 0,4 m. Maka laju perpindahan panas total dari kondensor adalah:

= 490.5 × 15 × 2 × 0.4 = 5886

(58)

. = ∆

= .

=0.005(274.57)490.5 × 0.795

= 0.28 ⁄ = 0.000077 ⁄

4.5.2.3 Evaporator

Untuk menghitung kalor yang diserap oleh plat evaporator, digunakan persamaan panas sensibel:

= ∆

dimana:

 = kalor sensibel (J)

 m = massa plat evaporator = 2.62 kg  = kalor spesifik plat evaporator = 480

 ∆ = perubahan suhu (K) = diambil dari temperatur rata – rata sore hari sampai temperatur terendah evaporator pagi hari

Sehingga untuk pengujian diperoleh besar perubahan temperatur sebagai berikut: ∆ hari ketiga pengujian = 17.67℃ + 273 = 290.67

Perhitungan kalor sensibel plat evaporator:

= 2.62 × 480 × 290.67 = 365546.59 = 365.55

Untuk menghitung kalor yang dibutuhkan metanol dalam proses penguapan pada saat proses absorpsi digunakan persamaan kalor laten.

=

dimana:

(59)

 = kapasitas kalor spesifik laten ( )

Perhitungan kalor laten penguapan metanol:

= 1100 × 2.376 = 2613.6

Pada penelitian ini, media yang digunakan adalah air, dalam hal ini kalor yang dihitung adalah panas sensibel dari air, dengan menggunakan persamaan:

= ∆

dimana:

 = kalor sensibel air (J)  = massa air = 1.942 kg

 = kapasitas kalor spesifik sensibel air = 4.1855 kJ kg K⁄

 ∆ = perubahan suhu (K) = diambil dari temperatur rata – rata sore hari sampai temperatur terendah evaporator pagi hari

Sehingga untuk pengujian diperoleh besar perubahan temperatur sebagai berikut: ∆ hari ketiga pengujian = 16.84℃ + 273 = 289.84

Panas sensible air untuk pengujian hari ketiga yaitu:

(60)

Proses terjadinya pendinginan pada sistem ini dipengaruhi oleh kalor yang diperlukan metanol untuk menguap, dimana panas yang diserap metanol harus lebih besar sama dengan kalor yang dikeluarkan oleh plat evaporator dan air. Dalam hal ini berlaku kesetimbangan energi.

Penyerapan panas oleh metanol:  V = volume = 3 L = 3 × 10  m = massa = 2.376 kg

 = massa jenis (30℃) = ×. = 792 ⁄  = kapasitas kalor spesifik laten = 1100 ⁄

Maka total panas yang diserap metanol selama penguapan adalah: = 2.376 × 1100 = 2313.6

Menurunkan suhu air dari 30℃ menjadi 0℃ pada hari ketiga pengujian: = ∆

= 1.942 × 4.1855 × 289.84 = 2355.89

Membekukan air pada 0℃:

= × = 1.942 × 334 = 648.62

Menurunkan suhu evaporator dari 30℃ menjadi 0℃pada hari ketiga pengujian = ∆

(61)

Total energi panas yang digunakan untuk mengubah air menjadi es 365.55 kJ + 2355.89 kJ = 2721.44 kJ

Sehingga: < +

2613.6 kJ < 2721.44 kJ Perhitungan efisiensi pada evaporator:

η = × 100%

dimana:

 = energi yang digunakan pada evaporator

 = energi yang masuk diperoleh dari perhitungan adsorber (W) Jadi efisiensi evaporator pada pengujian hari ketiga adalah:

= + + + +

= 2721 + 2355.89 + 2613.6 + 2313.6 + 2355.89

= 755.83 + 654.41 + 726 + 642.67 + 654.41 = 3433.32

η =255094.213 × 100% = 13.5%3433.32

4.6 Efisiensi Kolektor untuk Proses Desorpsi tanpa Adsorben

Untuk menghitung efisiensi kolektor tanpa absorben digunakan rumus:

η =

dimana: η = efisiensi

(62)

= total panas radiasi matahari dalam 1 pengujian =

4.6.1 Pengujian Hari ke 1

η =2542925.626 × 2.0610605374.82

= 0.50

Maka efisiensi yang dicapai pada pengujian hari ke 2 adalah sebesar 0.50

4.6.2 Pengujian Hari ke 2

η =2194301.2 × 2.879152858.96

= 0.70

Maka efisiensi yang dicapai pada pengujian hari ke 3 adalah sebesar 0.70 4.7 Daya yang Dihasilkan

Daya yang mampu dihasilkan mesin pendingin ini adalah sebesar: W = kalor total

P × t = m × C × ∆T

dimana:

 t = waktu untuk melakukan 1 siklus = 86400 seconds  m = massa air = 1.5 kg

 = panas jenis = 4.2 kJ kg K⁄  ∆T = perubahan suhu = 289 K Maka dayanya adalah sebesar:

(63)

P × 86400 = 1814.4 × 10 J

(64)

BAB 2

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Teori Umum Adsorpsi

Adsorpsi atau juga yang biasa disebut dengan penyerapan, adalah suatu proses yang terjadi ketika fluida (cairan ataupun gas) terikat pada suatu padatan atau cairan (zat penyerap, absorbat) pada permukaannya. Sedangkan absorpsi adalah penyerapan fluida oleh fluida lainnya dengan membentuk suatu larutan. Definisi lain menyatakan adsorpsi sebagai suatu peristiwa penyerapan pada lapisan permukaan atau antar fasa dimana molekul dari suatu materi terkumpul pada bahan pengadsorpsi atau adsorben.

Adsorpsi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu adsorpsi fisika (disebabkan oleh gaya Van Der Waals (penyebab terjadinya kondensasi gas untuk membentuk cairan) yang ada pada permukaan adsorben) dan adsorpsi kimia (terjadi antara zat yang diserap dengan adsorben, banyaknya zat yang teradsorbsi tergantung pada sifat khas zat padatnya yang merupakan fungsi tekanan dan suhu).

(65)

Gambar 2.1 Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi [1] Adapun proses yang terjadi pada gambar 2.1 adalah sebagai berikut: 1. Proses Pemanasan (Pemberian Tekanan)

Proses pemanasan dimulai dari titik A dimana adsorben berada pada temperatur rendah TA dan tekanan rendah Pe (tekanan evaporator). Pada proses ini adsorbat masih berbentuk uap adsorpsi.

2. Proses Desorpsi

Proses desorpsi berlangsung pada waktu panas diberikan dari titik B ke C sehingga adsorber mengalami peningkatan temperatur yang menyebabkan timbulnya uap desorpsi. Sehingga, adsorbat yang berada pada adsorben dalam bentuk gas mengalir ke kondensor untuk mengalami proses kondensasi menjadi cair dan mengalir ke kondensor.

3. Proses Pendinginan (Penurunan Tekanan)

Proses pendinginan berlangsung dari titik C ke D, adsorber melepaskan panas dengan cara didinginkan sehingga suhu di adsorber turun dan diikuti oleh penurunan tekanan dari tekanan kondensasi ke tekanan evaporasi.

4. Proses Adsorpsi

Proses adsorpsi berlangsung dari titik D ke A, Adsorber terus melepaskan panas sehingga adsorber mengalami penurunan temperatur dan tekanan yang menyebabkan timbulnya uap adsorpsi. Adsorbat dalam bentuk uap dihasilkan dari proses penyerapan kalor oleh adsorbat dari air yang ada disekitar evaporator sebesar kalor laten penguapan adsorbat tersebut.

2.2 Komponen – Komponen Mesin Pendingin Tenaga Surya

(66)

Kolektor surya dapat didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi sinar matahari sebagai sumber energi utama. Ketika cahaya matahari menimpa absorber pada kolektor surya, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan sebagian besarnya akan diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas tersebut dipindahkan kepada fluida yang bersirkulasi di dalam kolektor surya untuk kemudian dimanfaatkan guna berbagai aplikasi. [2]

Kolektor surya pada umumnya mempunyai komponen yang terdiri dari: 1. Cover

Berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi ke lingkungan. 2. Absorber

Berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya matahari. 3. Kanal

Berfungsi sebagai saluran transmisi fluida kerja. 4. Isolator

Berfungsi meminimalisir 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. [2]

1. Flat Plate Collectors (Kolektor Plat Datar)

(67)

dipanaskan berupa cairan minyak , oli, dan udara kolektor surya plat datar mempunyai temperatur keluaran dibawah 95°C. dalam aplikasinya kolektor plat datar digunakan untuk memanaskan udara dan air.

Keuntungan utama dari sebuah kolektor surya plat datar adalah bahwa memanfaatkan kedua komponen radiasi matahari yaitu melalui sorotan langsung dan sebaran, tidak memerlukan tracking matahari dan juga karena desainnya yang sederhana, hanya sedikit memerlukan perawatan dan biaya pembuatan yang murah. Pada umumnya kolektor jenis ini digunakan untuk memanaskan ruangan dalam rumah, pengkondisian udara, dan proses-proses pemanasan dalam industri. [2] Struktur kolektor plat datar:

1. Glazing

Untuk melindungi komponen di dalam kolektor dari dampak lingkungan. Penutup ini harus dibuat dari kaca yang dikeraskan dan memiliki co-efisien transmisi tinggi.

2. Absorber Plate

Pelat absorber menyerap energi matahari dan mengubahnya menjadi energi panas. Absorber terbuat dari bahan konduktivitas tinggi seperti tembaga dengan lapisan selektif di atasnya untuk penyerapan maksimum radiasi matahari dan emisi radiasi inframerah minimal.

3. Flow Tubes

Cairan yang mengalir melalui kolektor mengumpulkan panas dari pelat absorber. Perpindahan panas akan terjadi terutama melalui proses konduksi dan konveksi. Oleh karena itu, tabung harus terbuat dari bahan konduktivitas tinggi seperti tembaga.

(68)

Isolasi termal mengurangi hilangnya panas yang tidak diinginkan dari bagian belakang dan samping kolektor. Isolasi juga harus mampu menahan suhu maksimum pelat absorber.

5. Header

Header merupakan jalan utama fluida untuk didistribusikan ke flow tubes.

Gambar Flat Plate Collector (Kolektor Plat Datar) dapat dilihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Flat Plate Collector [3] 2. Concentrating Collector

(69)

Agar cahaya matahari selalu dapat difokuskan terhadap tabung absorber, concentrator harus dirotasi. Pergerakan ini disebut dengan tracking. Temperatur fluida melebihi 400C dapat dicapai pada sistem kolektor ini. [2]

Struktur dari concentrating collector dapat dilihat pada gambar 2.3:

1. Receiver

Berfungsi untuk menangkap panas dari radiasi cahaya matahari. Kadang receiver juga diselimuti dengan kaca tabung transparan untuk mengurangi heat loss.

2. Concentrate reflective surface

Berfungsi untuk mengkonsentrasikan panas radiasi cahaya matahari ke insulated tube yang berisi refrigeran yang menghantarkan panas dari kolektor ke boiler.

3. Tracking mechanism

Berfungsi untuk merotasi tabung absorber agar fokus terhadap cahaya matahari.

(70)

3. Evacuated Tube Collector

Jenis ini dirancang untuk menghasilkan energi panas yang lebih tinggi dibandingkan dengan dua jenis kolektor surya sebelumnya. Keistimewaannya terletak pada efisiensi transfer panasnya yang tinggi tetapi faktor kehilangan panasnya yang relatif rendah. Hal ini dikarenakan fluida yang terjebak diantara absorber dan covernya dikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasi kehilangan panas yang terjadi secara konveksi dari permukaan luar absorber menuju lingkungan. [5]

Kolektor evacuated-tube memiliki sub kategori yang berbeda berdasarkan bahan yang digunakan dan kebutuhan aplikasi. Masa pakai evacuated tube bervariasi dari 5 hingga 15 tahun. Karakteristik utama dari kolektor evacuated tube harus:

1. Mampu bertahan dalam berbagai kondisi lingkungan, seperti hujan debu dan lain – lain.

2. Mampu mempertahankan variasi suhu yang lebar.

3. Resistensi terhadap kebocoran pada setiap bagian dari sistem. 4. Stabil dan tahan lama.

5. Mudah diinstal.

6. Efisiensi dalam konversi energi.

(71)

Gambar 2.4 Evacuated Tube Collector [6] 2.2.1.1 Koefisien Kerugian ( )

(72)

Gambar 2.5 Perpindahan Panas Kolektor Surya Plat Datar [7]

Kerugian panas ini dinamai kerugian atas (top loss), dinyatakan dengan: [8]

= U (T − T )

... (2.10)

dimana:

U = koefisien kerugian atas, W (m . K)⁄ T = temperatur plat (K)

T = temperatur lingkungan(K)

(73)

Gambar 2.6 Sirkuit ekivalen untuk tahanan perpindahan panas melalui bagian atas kolektor, I U⁄ [8]

Dalam sirkuit ini,

a) h = koefisien konveksi (alam) dalam b) h = koefisen radiasi (ekivalen) dalam

c) R = harga R dari kaca tebal / konduktivitas termal d) h = koefisien konveksi luar

e) h = koefisien radiasi (ekivalen) luar

Dimana satuan - satuan untuk koefisien konveksi dan koefisien radiasi adalah W/(m2.K). Karena dalam suatu sirkuit pararel konduktansi-konduktansi dijumlahkan, dan dalam suatu sirkuitseri tahanannya dijumlahkan, maka tahanan total dapat ditulis: [8]

(74)

a) koefisien konveksi alam

Koefisien konveksi alam hi antara pelat-pelat miring yang dipanasi dari bawah telah dikorelasikan oleh Hollands dkk. untuk sudut miring lain antara 0o dan 70° yang dinyatakan dalam bilangan Rayleigh (perbandingan gaya apung terhadap gaya viskos) dan sudut miring β. Koefisien tersebut dapat dengan mudah dinyatakan dari sela z, antara pelat penyerap dan penutup kaca, dengan sudut miring sebagai parameter. [8]

Dan temperatur rata-rata (Tm):

T =

... (2.12)

b) koefisien radiasi dalam (ekivalen) hri

Penukaran panas radiasi antara penyerap dan penutup adalah:

q =

... (2.13)

yang dapat ditulis sebagai fungsi koefisien radiasi ekuivalen hri sebagai: [8]

q = h T − T

... (2.14)

dimana:

h =

... (2.15)

c) tahanan termal kaca dinyatakan dengan:

(75)

dimana: t = tebal kaca

k = konduktivitas termal

d) koefisien konveksi luar h dihitung dengan;

h = 5.7 + 3.8 V

... (2.17)

dimana:

V = kecepatan angin dalam m/s

e) koefisien radiasi luar ekivalen dapat ditulis:

h =

... (2.18)

dimana temperatur langit diperkirakan oleh Swinbank adalah:

T = 0.0552 T ... (2.19)

Temperatur luar T adalah dalam derajat Kelvin (K)

Koefisien kerugian total U ditentukan dengan menambahkan koefisien kerugian bawah dari kolektor pada U, atau

U = U + U

... (2.20)

2.2.1.2 Persamaan Empiris untuk Koefisien Kerugian Ut

Sebuah persamaan empiris disarankan untuk memperhitungkan ketergantungan sudut Ut pada kemiringin : [8]

U =

(76)

dimana:

N = jumlah kaca penutup

F = (1 − 0.04h + 0.0005h )(1 + 0.091N) C = 250{1 − 0.0044(β − 90o)]

Harga h = 5.7 + 3.8V W m . K⁄

2.2.2 Kondensor

Kondensor adalah alat untuk membuat kondensasi bahan pendingin gas dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Kondensor merupakan jaringan pipa yang berfungsi sebagai pengembunan. Refrigeran yang yang dipompakan dari kompresor akan mengalami penekanan sehingga mengalir ke pipa kondensor, kemudian mengalami pengembunan. Dari sini refrigeran yang sudah mengembun dan menjadi zat cair akan mengalir menuju pipa evaporator.

Kondensor sebagai alat penukar kalor berguna untuk membuang kalor dan mengubah wujud refrigeran dari uap menjadi cair. Faktor - faktor yang mempengaruhi kapasitas kondensor adalah:

1. Luas muka perpindahan panasnya meliputi diameter pipa kondensor, panjang pipa kondensor, dan karakteristik pipa kondensor.

2. Aliran udara pendinginnya secara konveksi natural atau aliran paksa oleh fan 3. Perbedaan suhu antara refrigeran dengan udara luar.

4. Sifat dan karakteristik refrigeran di dalam sistem.

(77)

2.2.2.1 Klasifikasi Kondensor

Menurut zat yang mendinginkannya, kondensor dapat dibagi menjadi tiga jenis yaitu: [9]

1. Kondensor Berpendingin Udara (Air Cooled Condenser)

Air Cooled Condenser adalah kondensor yang menggunakan udara sebagai cooling mediumnya, biasanya digunakan pada sistem berskala rendah dan sedang dengan kapasitas hingga 20 ton refrigerasi. Air Cooled Condenser merupakan peralatan AC (Air Conditioner) standard untuk keperluan rumah tinggal (residental) atau digunakan di suatu lokasi di mana pengadaan air bersih susah diperoleh atau mahal. Untuk melayani kebutuhan kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan multiple air cooled condenser. Udara sebagai pendingin kondensor dapat mengalir secara alamiah atau dialiri paksa oleh fan. Kulkas pada umumnya menggunakan kondensor berpendingin udara secara alamiah (konveksi natural) yang umum disebut sebagai kondensor statis. Fan dapat meniupkan udara kearah kondensor dalam jumlah yang lebih besar, sehingga dapat memperbesar kapasitas pelepasan panas oleh kondensor. Air Cooled Condenser dapat dilihat pada gambar 2.7.

(78)

2. Kondensor Berpendingin Air (Water Cooled Condenser)

Kondensor jenis ini digunakan pada system yang berskala besar untuk keperluan komersil di lokasi yang mudah memperoleh air bersih. Kondensor jenis ini menjadi pilihan yang ekonomis bila terdapat suplai air bersih mudah dan murah.

Pada umumnya kondensor seperti ini berbentuk tabung yang di dalamnya berisi pipa (tubes) tempat mengalirnya air pendingin. Uap refrigeran berada di luar pipa tetapi di dalam tabung (shell). Kondensor seperti ini disebut shell and tube water cooled condenser. Air yang menjadi panas, akibat kalor yang dilepas oleh refrigeran yang mengembun, kemudian air yang telah menjadi panas ini didinginkan di dalam alat yang disebut menara pendingin (cooling tower). Setelah keluar dari cooling tower, air menjadi dingin kembali dan disalurkan dengan pompa kembali ke kondensor. Dengan cara inilah pendingin disirkulasikan. Kondensor jenis ini biasanya digunakan pada sistem berkapasitas besar. Water cooled condenser dapat dilihat pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Water Cooled Condenser[9]

3. Kondensor Berpendingin Campuran Udara dan Air (Evaporative Condenser)

(79)

berdekatan dengan media pendinginnya yang berupa udara tekan dan air yang disemprotkan melalui suatu lubang nozzle. Kondensor jenis ini disebut juga evaporative condenser. Kondensornya sendiri berbentuk seperti kondensor dengan pendingin air, namun diletakkan di dalam menara pendingin. Percikan air dari atas menara akan membasahi muka kondensor jadi kalor dari refrigeran yang mengembun diterima oleh air dan kemudian diberi pada aliran udara yang mengalir dari bagian bawah ke bagian atas menara. Sebagai akibatnya air yang telah menjadi panas tersebut diatas, didinginkan oleh aliran udara, sehingga pada saat air mencapai bagian bawah menara, air ini sudah menjadi dingin kembali. Selanjutnya air dingin ini dipompakan ke bagian atas menara demikian seterusnya. Dalam negara yang bermusim empat, pada musim dingin sering kali tidak dibutuhkan percikan air dari atas menara, karena udara sudah cukup dingin dan mampu secara langsung menerima beban kondensor. Dalam keadaan seperti ini, dikatakan bahwa evaporative condenser dioperasikan secara kering. Maka evaporative condenser ini akan berfungsi seperti kondensor berpendingin udara. Gambar evaporative condenser dapat dilihat pada gambar 2.9.

(80)

2.2.2.2 Analisis Kondensor

Dua sistem A dan B yang berbeda suhunya, bila dihubungkan satu sama lain akan terjadi perubahan suhu sampai suhu keduanya sama besar (setimbang). Perubahan suhu itu terjadi karena aliran panas atau perpindahan dari A ke B atau sebaliknya. Ada suatu pendapat yang menyatakan bahwa aliran panas itu tidak lain adalah suatu perpindahan energi yang dapat dinyatakan dengan persamaan sebagai berikut: [9]

Q = m. c. ∆T

... (2.29)

dimana:

Q = panas yang diserap atau dikeluarkan (W) m = massa benda (kg)

c = panas jenis (kJ/kgoC) ∆T = selisih temperatur (oC)

Pada peristiwa melebur atau meleleh,panas yang diserap atau dikeluarkan oleh benda yang mengalami perubahan fase tersebut. Demikian juga pada peristiwa mendidih, mengembun dan sublimasi. Banyaknya panas persatuan massa benda pada waktu terjadi perubahan fase disebut panas laten (L).

Q = m. L

... (2.30)

dimana:

Q = panas yang diserap atau dikeluarkan pada waktu perubahan fase (kJ) m = massa benda

L = panas laten (kJ/kg)

Perhitungan panas yang dilepas air persatuan massa dapat dirumuskan sebagai berikut:

Z = Cp (T − T ) + L + Cp (T − T )

... (2.31)

dimana:

(81)

Cpw = panas jenis air (kJ/kg.K) Cpes = panas jenis es (kJ/kg.K)

L = panas laten yang harus dilepas (kJ/kg) T3= temperatur akhir rata – rata es (K) 2.2.3 Evaporator

Evaporator dalam sistem refrigerasi adalah alat penukar kalor yang memegang peranan penting di dalam siklus refrigerasi, yaitu mendinginkan media sekitarnya Tujuan sistem refrigerasi adalah untuk membebaskan panas dari fluida seperti udara, air atau beberapa benda yang lain.

Evaporator diletakkan dibagian unit pendingin dari lemari pendingin dan akan bersentuhan langsung dengan media yang akan didinginkan, yaitu air. Cairan metanol akan menguap pada saat temperatur adsorben naik atau pada saat pemanasan adsorben. Metanol akan mencair dikondensor dan cairannya akan terkumpul kembali di evaporator, dan malam hari temperatur adsorben akan turun perlahan – lahan dan akan menyerap metanol. Akibatnya metanol akan menguap dan menyerap kalor dari sekitarnya sehingga temperatur akan turun. [10]

2.2.3.1 Perpindahan Kalor di dalam Evaporator

a. Koefisien Perpindahan Kalor

(82)

b. Kapasitas (Q) Pendingin di dalam Evaporator

Kapasitas suatu mesin pendingin ialah kemampuan mesin tersebut untuk menyerap panas dari benda yang didinginkan, umumnya dinyatakan dalam kkal/jam atau btu/jam. Satuan lain yang sering dipakai ialah Ton Of Refrigeration (TR) atau Refrigeration Ton (RT). Satuan ini dihitung berdasarkan panas pencairan 1 ton es selama 24 jam. Dimana tiap 1 lb es yang mencair membutuhkan panas 144 btu, maka:

1RT = = 288.000 ... (2.32)

Kapasitas mesin pendingin pada umumnya ditentukan tiga hal, yaitu; jumlah refrigeran yang diuapkan tiap jam, temperatur penguapan refrigeran di dalam evaporator, jenis refrigeran yang digunakan.

2.2.3.2 Jenis Evaporator

Berdasarkan bentuk dan permukaan koilnya, evaporator dibagi menjadi 3 macam, yaitu :

1. Evaporator Pipa Telanjang (Bare Tube Evaporator)

(83)

Gambar 2.10 Bare Tube Evaporator [11]

2. Evaporator Pelat (Plate Surface Evaporator)

Dalam evaporator jenis ini,piring digunakan sebagai permukaan untuk pemanasan, bukanlah tabung atau shell penukar kalor. Assembling daripada piring ini mempunyai kesamaan dengan piring penukar kalor yang dilengkapi dengan laluan uap dalam jumlah besar. Gambar plat surface evaporator dapat dilihat pada gambar 2.11.

(84)

3. Evaporator Bersirip (Finned Evaporator)

Evaporator bersirip adalah tipe bare tube evaporator yang ditutupi dengan sirip. Ketika fluida (udara atau air) yang akan didinginkan mengalir melalui bare tube evaporator, terdapat banyak efek pendinginan dari refrigeran yang terbuang sia-sia karena kurangnya permukaan untuk mentransfer panas dari cairan ke refrigeran. Fluida cenderung mengalir di antara ruang terbuka dari tabung dan tidak bersentuhan langsung dengan permukaan kumparan, maka itu

bare tube evaporator menjadi kurang efektif. Sirip pada permukaan luar dari bare tube evaporator meningkatkan kontak permukaan dari tabung logam dengan fluida dan meningkatkan laju perpindahan panas, sehingga finned evaporator lebih efektif dibandingkan dengan bare tube evaporator. Gambar

finned evaporator dapat dilihat pada gambar 2.12.

Gambar 2.12 Finned Evaporator [11]

2.2.4 Kalor (Q)

(85)

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. [12]

2.2.4.1 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 (mencair), cair menjadi uap (mendidih) dan perubahan struktur kristal (zat padat). Energi yang diperlukan disebut kalor transformasi. Kalor yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassa m adalah: [12]

Q = L m

... (2.33) dimana:

Q = kalor laten zat (J)

Le = kapasitas kalor spesifik laten (J/kg) m = massa zat (kg)

2.2.4.2 Kalor Sensibel

Tingkat panas atau intensitas panas dapat diukur ketika panas tersebut merubahtemperatur dari suatu subtansi. Perubahan intensitas panas dapat diukur dengan termometer. Ketika perubahan temperatur didapatkan, maka dapat diketahui bahwa intensitas panas telah berubah dan disebut sebagai panas sensibel. 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]

Q = m. C . ∆T

... (2.34) dimana:

(86)

Cp= kapasitas kalor spesifik sensibel (J kg. K)⁄ ∆T = beda temperatur (K)

m = massa benda

2.2.4.3 Perpindahan Panas

Perpindahan panas adalah salah satu dari displin ilmu teknik termalyang mempelajari cara menghasilkan panas, menggunakan panas, mengubah panas, dan menukarkan panas di antara sistem fisik. Perpindahan panas diklasifikasikan menjadi konduktivitas termal, konveksi termal, radiasi termal, dan perpindahan panas melalui perubahan fasa. Sebagai suatu gambaran mengenai tiga cara perpindahan panas dalam sebuah alat pemanas cairan surya, panas mengalir secara konduktif sepanjang pelat penyerap dan melalui dinding saluran. Kemudian panas dipindahkan ke fluida dalam saluran dengan cara konveksi. Apabila sirkulasi dilakukan dengan sebuah pompa, maka kita menyebutnya konveksi paksa. Pelat penyerap yang panas itu melepaskan panas ke pelat penutup kaca (umumnya menutupi kolektor) dengan cara konveksi alamiah dan dengan cara radiasi. [12]

2.2.4.4 Perpindahan Panas Konduksi

Perpindahan panas konduksi adalah proses perpindahan panas dari daerah yang bersuhu tinggi ke daerah yang bersuhu rendah dalam satu medium baik itu cair, padat, dan gas ataupun antara medium-medium yang berlainan yang bersinggungan secara langsung. Setiap benda mempunyai konduktivitas termal (kemampuan mengalirkan panas) tertentu yang akan mempengaruhi panas yang dihantarkan dari sisi yang panas ke sisi yang lebih dingin. Semakin tinggi nilai konduktivitas termal suatu benda, semakin cepat benda itu akan mengalirkan panas yang diterima dari satu sisi ke sisi yang lain. Dapat dikatakan bahwa energi dapat berpindah secara konduksi apabila laju perpindahan kalor berbanding dengan gradien suhu normal. [12]

(87)

Panas mengalir secara konduksi dari dareah yang bertemperatur tinggi ke daerah yang bertemperatur rendah. Laju perpindahan panas dinyatakan dengan hukum Fourier. [12]

q = −kA ... (2.35) dimana:

q = laju perpindahan panas

A = luas penampang dimana panas mengalir (m2) = gradien suhu pada penampang

k = konduktivitas thermal bahan (W/m2K)

Proses perpindahan kalor secara konduksi bila dilihat secara atomik merupakan pertukaran energi kinetik antar molekul (atom), dimana partikel yang energinya rendah dapat meningkat dengan menumbuk partikel dengan energi yang lebih tinggi. Sebelum dipanaskan atom dan elektron dari logam bergetar pada posisi setimbang. Pada ujung logam mulai dipanaskan, pada bagian ini atom dan elektron bergetar dengan amplitudo yang makin membesar. Selanjutnya bertumbukan dengan atom dan elektron disekitarnya dan memindahkan sebagian energinya. Kejadian ini berlanjut hingga pada atom dan elektron di ujung logam yang satunya. Konduksi terjadi melalui getaran dan gerakan elektron bebas. Fourier telah memberikan sebuah model matematika untuk proses ini. Dalam hal satu dimensi, model matematikanya yaitu: [12]

Q = −kA∆ ... (2.36)

(88)

2.2.4.5 Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan panas konveksi adalah proses perpindahan energi panas dengan kerja gabungan dari konduksi panas, penyimpanan, energi dan gerakan mencampur. Proses terjadi pada permukaan padat (lebih panas atau dingin) terhadap cairan atau gas (lebih dingin atau panas). Pada bagian tepi pelat terbentuk suatu daerah dimana pengaruh gaya viskos semakin meningkat. Gaya - gaya viskos dapat diterangkan dengan tegangan geser ( ) antara lapisan-lapisan fluida. Jika tegangan ini dianggap berbanding lurus dengan gradient kecepatan normal, maka dapat dirumuskan persamaan dasar untuk viskositas: [12]

τ = μ

... (2.37) Konstanta proporsional disebut viskositas dinamik.

1. Bilangan Prandtl (Pr)

Bilangan Prandtl adalah bilangan tanpa dimensi yang merupakan fungsi dari sifat-sifat fluida. Bilangan Prandtl didefinisikan sebagai perbandingan viskositas kinematik terhadap difusitas thermal fluida yaitu:

P =

. ... (2.38) dimana:

Cp = panas spesifik fluida (J/kg.K) = viskositas fluida (Pa.det) k = konduktivitas termal (W/m2K)

2. Bilangan Nusselt (Nu)

N =

. ... (2.39) dimana:

(89)

Banyak rumusan yang telah dikembangkan untuk susunan aliran tertentu sehingga hubungan antara bilangan Nusselt, Reynolds dan Prandtl dapat dirumuskan:

N = C(Re + Pr )

...(2.40)

2.2.4.6 Perpindahan Panas Radiasi

Radiasi termal adalah radiasi elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu benda karena suhunya. Ada beberapa jenis radiasi elektromagnetik, radiasi termal hanyalah salah satu diantaranya. Apapun jenis radiasi itu, ia selalu merambat dengan kecepatan cahaya. Adapun kecepatan ini sama dengan hasil perkalian panjang-gelombang dengan frekuensi radiasi. [12] kuantum yang diskrit atau farik (discrete), setiap kuantum mengandung energi sebesar: [12]

E = h. v

... (2.42) dimana:

h = 6,625 x 10-34 J.s v = frekuensi

Bila densitas energi diintegrasikan sepanjang seluruh panjang gelombang, maka energi total yang dipancarkan sebanding dengan pangkat empat suhu absolut atau sesuai dengan hukum Stefan-Boltzmann: [12]

E = σT

... (2.43)

Gambar

Tabel 3.2 Spesifikasi Pyranometer
Tabel 3.3 Spesifikasi Wind Velocity Sensor
Gambar 3.6 Pompa Vakum
Gambar 3.7 Thermocouple
+7

Referensi

Dokumen terkait

Analisis Terhadap Kesaksian Non Muslim Sebagai Alat Bukti Dalam Perkara Perceraian Di Pengadilan Agama Boyolali Menurut Hukum Islam dan Peraturan Perundang-undangan yang

(2) Sub Bidang Penatausahaan Anggaran mempunyai tugas membantu Kepala Bidang dalam menyiapkan bahan yang berkaitan dengan pelaksanaan dan penatausahaan anggaran belanja langsung,

Kualitas bahan dan daya tahan produk terdiri dari secondary needs yang mempunyai tingkat kepentingan tinggi yaitu terbuat dari bahan yang ringan dan kualitas jahitan

Surat Permohonan Penggantian / Perpanjangan Paspor. Kepada Yth: Konsul Konsuler di

Ruang lingkup penelitian ini adalah membahas model persediaan bahan baku kelapa parut kering yang dimulai dari pemasok hingga ke perusahaan dengan mempertimbangkan

[r]

Dari hasil penelitian diperoleh hasil kalor tertinggi yang dikonduksikan oleh atap fiber terdapat pada atap yang di dalamnya terdapat material insulasi Glaswool yaitu sebesar

Kesimpulan dari penelitian ini yakni kearifan local dalam pengelolaan sumber daya laut ditemukannya ide-ide konservasi yang berbasis pada budaya lokal yakni ongko