BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Energi Surya
Energi surya adalah energi yang berupa sinar dan panas dari matahari. Energi ini dapat dimanfaatkan dengan menggunakan serangkaian teknologi seperti pemanas surya, fotovoltaik surya, listrik termal surya, arsitektur surya, dan fotosintesis buatan. Teknologi energi surya secara umum dikategorikan menjadi dua kelompok, yakni teknologi pemanfaatan pasif dan teknologi pemanfaatan aktif. Pengelompokan ini tergantung pada proses penyerapan, pengubahan, dan penyaluran energi surya. Contoh pemanfaatan energi surya secara aktif adalah penggunaan panel fotovoltaik dan panel penyerap panas. Contoh pemanfaatan energi surya secara pasif meliputi mengarahkan bangunan ke arah matahari, memilih bangunan dengan massa termal atau kemampuan dipersi cahaya yang baik, dan merancang ruangan dengan sirkulasi udara alami.
Pada tahun 2011, Badan Energi Internasional menyatakan bahwa "perkembangan teknologi energi surya yang terjangkau, tidak habis, dan bersih akan memberikan keuntungan jangka panjang yang besar. Perkembangan ini akan meningkatkan keamanan energi negara-negara melalui pemanfaatan sumber energi yang sudah ada, tidak habis, dan tidak tergantung pada impor, meningkatkan kesinambungan, mengurangi polusi, mengurangi biaya mitigasi perubahan iklim, dan menjaga harga bahan bakar fosil tetap rendah dari sebelumnya. Keuntungan-keuntungan ini berlaku global. Oleh sebab itu, biaya insentif tambahan untuk pengembangan awal selayaknya dianggap sebagai investasi untuk pembelajaran, inventasi ini harus digunakan secara bijak dan perlu dibagi bersama.
jangkauan spektrum sinar tampak dan inframerah dekat. Sebagian kecil berada pada rentang ultraviolet dekat.
Permukaan darat, samudra dan atmosfer menyerap radiasi surya, dan hal ini mengakibatkan temperatur naik. Udara hangat yang mengandung uap air hasil penguapan air laut meningkat dan menyebabkan sirkulasi atmosferik atau konveksi. Ketika udara tersebut mencapai posisi tinggi, di mana temperatur lebih rendah, uap air mengalami kondensasi membentuk awan, yang kemudian turun ke Bumi sebagai hujan dan melengkapi siklus air. Panas laten kondensasi air menguatkan konveksi, dan menghasilkan fenomena atmosferik seperti angin, siklon, dan anti-siklon. Cahaya matahari yang diserap oleh lautan dan daratan menjaga temperatur rata-rata permukaan pada suhu 14 °C. Melalui proses fotosintesis, tanaman hijau mengubah energi surya menjadi energi kimia, yang menghasilkan makanan, kayu, dan biomassa yang merupakan komponen awal bahan bakar fosil.
Total energi surya yang diserap oleh atmosfer, lautan, dan daratan Bumi sekitar 3.850.000 eksajoule (EJ) per tahun. Pada tahun 2002, jumlah energi ini dalam waktu satu jam lebih besar dibandingkan jumlah energi yang digunakan dunia selama satu tahun. Fotosintesis menyerap sekitar 3.000 EJ per tahun dalam bentuk biomassa. Potensi teknis yang tersedia dari biomassa adalah 100-300 EJ per tahun. Jumlah energi surya yang mencapai permukaan planet Bumi dalam waktu satu tahun sangatlah besar. Jumlah ini diperkirakan dua kali lebih banyak dibandingkan dengan semua sumber daya alam Bumi yang tidak terbarukan yang bisa diperoleh digabungkan, seperti batubara, minyak bumi, gas alam, dan uranium. Energi Surya dapat dimanfaatkan pada berbagai tingkatan di seluruh dunia, yang utamanya bergantung pada jarak dari khatulistiwa.
2.2 Mesin Pendingin Tenaga Surya Siklus Adsorpsi
tekanan antara tekanan penguapan dan tekanan kondensasi serta cara perpindahan uap dari wilayah bertekanan rendah ke wilayah bertekanan tinggi.
Pada sistem pendingin kompresi uap digunakan kompresor, sedangkan pada sistem pendingin adsorpsi digunakan absorber dan generator. Uap bertekanan rendah diserap di absorber, tekanan ditingkatkan dengan pompa dan pemberian panas di generator sehingga absorber dan generator dapat menggantikan fungsi kompresor secara mutlak. Untuk melakukan proses kompresi tersebut, sistem pendingin kompresi uap memerlukan masukan kerja mekanik sedangkan sistem pendingin adsopsi memerlukan masukan energi panas. Oleh sebab itu, siklus kompresi uap sering disebut sebagai siklus yang digerakkan dengan kerja dan siklus absorbsi disebut sebagai siklus yang digerakkan dengan panas.
Salah satu keunggulan sistim absorpsi adalah karena menggunakan panas sebagai energi penggerak. Panas sering disebut sebagai energi tingkat rendah (low level energy) karena panas merupakan hasil akhir dari perubahan energi dan sering kali tidak didaur ulang. Pemberian panas dapat dilakukan dengan berbagai cara, seperti menggunakan kolektor surya, biomassa, limbah, atau dengan boiler yang menggunakan energi komersial.
Sistem absorpsi menyerap uap tekanan rendah dari evaporator ke dalam zat cair penguap (absorbing liquid) yang cocok pada absorber. Pada komponen ini terjadi perubahan fasa dari uap menjadi cair, karena proses ini sama dengan kondensasi, maka selama proses berlangsung terjadi pelepasan kalor. Tahap berikutnya adalah menaikan tekanan zat cair tersebut dengan pompa dan membebaskan uap dari zat cair penyerap dengan pemberian kalor.
Pada sistem kompresi uap, siklus yang terjadi dioperasikan oleh kerja (work-operated cycle) karena kenaikan tekanan refrigeran pada saluran discharge
dilakukan oleh kompresor. Sedangkan pada sistem absorbsi, siklusnya dioperasikan oleh kalor (heat-operated cycle) karena hampir sebagian besar
Generator menerima kalor dan membuat uap refrigeran terpisah dari absorbentnya menuju ke kondensor, sementara absorben akan kembali menuju absorber melalui katup trotel. Pada kondensor terjadi pelepasan kalor ke lingkungan sehingga fasa refrigeran berubah dari uap superheat menjadi cair. Selanjutnya refrigeran mengalami penurunan tekanan dan temperatur secara adiabatis pada katup ekspansi sehingga ketika memasuki evaporator temperaturnya akan berada di bawah temperatur lingkungan. Pada komponen evaporator inilah terjadi proses pendinginan suatu produk dimana kalornya diserap oleh refrigeran untuk selanjutnya menuju absorber.
2.3 Adsorben 2.3.1 Karbon Aktif
Karbon aktif merupakan suatu padatan berpori yang mengandung 85-95% karbon, dihasilkan dari bahan-bahan yang mengandung karbon dengan pemanasan pada suhu tinggi. Ketika pemanasan berlangsung diusahakan agar tidak terjadi kebocoran udara di dalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Karbon aktif selain digunakan sebagai bahan bakar, juga dapat digunakan sebagai adsorben (penyerap). Daya serap ditentukan oleh luas permukaan partikel dan kemampuan ini dapat menjadi lebih tinggi jika terhadap karbon aktif tersebut dilakukan aktivasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi.
Adsorben karbon aktif yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari cangkang kelapa. Adapun sifat dari adsorben karbon aktif yang digunakan adalah sebagai berikut.
Tabel 2.1 Sifat adsorben karbon aktif
Sifat Adsorben Karbon Aktif
Massa Jenis 352,407-544,629 m3/kg Pore Volume 0,56-1,20 cm3/g
Diameter rata-rata pori 15-25 Å
Regeneration Temperature 100-140 oC
Ukuran Karbon Aktif 3 mm
Untuk membuat arang aktif, setidaknya minimal dilakukan dengan 2 cara. antara lain:
a.Karbonisasi atau pembuatan arang dari batok kelapa tua b. Aktivasi arang cangkang kelapa
Untuk membuat arang dari cangkang kelapa perlu memenuhi syarat antara lain tempurung dari kelapa tua dan berkadar air rendah. Syarat ini akan memudahkan proses pengarangan, pematangannya akan berlangsung baik dan merata.
Prinsip dasar aktivasi arang aktif adalah distilasi kering atau pirolisis yaitu pembakaran tanpa menggunakan udara atau oksigen dengan suhu tinggi.
Berikut cara kerja pembuatan arang aktif: a. Karbonisasi atau pembuatan arang
Untuk membuat arang ada beberapa cara, yang pertama cukup dimasukkan ke dalam drum minyak, kemudian tempurung dibakar saat awal saja, kemudian setelah menyala ditutup. Harap ingat, drum harus dikasih lubang udara sedikit untuk melihat apakah arang sudah jadi atau belum, bisa dilihat dari indikasi asap yang keluar.
pengarangan serendah-rendahnya sehingga diperoleh hasil arang yang baik. Untuk pengaturan udara di dalam tungku bisa diatur dengan membuka tutup lubang udara.
Kemudian jika asap semakin menipis dan berwarna biru, berarti pengarangan hampir selesai, tunggu sampai arang menjadi dingin. Setelah dingin arang bisa di bongkar.
b. Aktivasi Arang Aktif
Adapun prosedur atau langkah-langkah untuk mengaktifkan karbon dapat dilakukan dengan berikut ini.
1. Arang dimasukkan ke dalam tangki aktivasi (pirolisis) dan ditutup rapat. 2. Pastikan sambungan pipa pendingin, dan termocouple untuk pengamatan
temperatur berfungsi sebagaimana mestinya.
3. Alirkan air pendingin ke dalam pipa pendingin, kemudian kompor tungku pirolisis mulai dinyalakan. Kompor bisa menggunakan bahan bakar minyak tanah atau solar. Pengaturan api bisa diatur menggunakan kompresor.
4. Melakukan pengamatan terhadap kerja dari tungku aktivasi dengan mengamati kenaikan temperatur. Temperatur selama proses sekitar 600°C apabila temperatur telah mencapai 600°C dan terlihat pada ujung pendingin tidak adanya tar (cairan berwarna coklat) yang keluar, ditandai dengan adanya gelembung air, maka pembakaran dipertahankan selama 3 jam. Setelah waktu tersebut proses telah selesai.
Syarat mutu karbon aktif menurut Standar Industri Indonesia (SII No. 0254-79) adalah seperti tabel berikut ini.
Tabel 2.2 Standar Mutu Karbon Aktif
Jenis Uji Satuan Persyaratan
1. Bagian yang hilang pada pemanasan 95oC % Maksimum 15
2. Air % Maksimum 10
3. Abu % Maksimum 2,5
4. Bagian yang tidak mengarang % Tidak ternyata
2.3.2 Alumina Aktif
Alumina aktif dibuat dari aluminium hidroksida dengan dehydroxylating dengan cara yang menghasilkan bahan yang sangat berpori, bahan ini dapat memiliki luas permukaan signifikan lebih dari 200 meter persegi / g. Senyawa ini digunakan sebagai pengering dan sebagai filter fluoride, arsenik dan selenium dalam air minum. Alumina aktif terbuat dari aluminium oksida (alumina, Al2O3), substansi kimia yang sama seperti safir dan ruby. Ini memiliki luas permukaan yang sangat tinggi untuk rasio berat, karena banyak "terowongan " seperti pori-pori.
Gambar 2.2 Alumina Aktif
arsenik , fluoride , dalam penghapusan belerang dari aliran gas ( Claus proses Catalyst ) .
Table 2.3 Sifat alumina aktif
Luas Permukaan 320 m2 / grm ( minimal ) Total Volume Pori - Pori 0.50 CC / grm
Kapasitas adsorptive ( R.H 60% )
22% ( dari berat )
Pengausan 0.2% ( dari berat ) Pengausan akibat gesekan 99.6% ( dari berat ) Kepadatan 47lbs/ft3 ( 753 kgs/m3 ) Ukuran 1/16”, 1/8”, 3/16”, 1/4'”
1.5mm, 3mm, 5mm, 6mm
Alumina aktif juga banyak digunakan untuk menghilangkan fluoride dari air minum . Di AS , ada program luas untuk fluoridate air minum . Namun , di daerah tertentu , seperti daerah Jaipur India , ada cukup fluoride dalam air menyebabkan fluorosis . Filter alumina aktif dapat dengan mudah mengurangi kadar fluoride dari 0,5 ppm sampai kurang dari 0,1 ppm . Jumlah fluoride kehabisan dari air yang disaring tergantung pada berapa lama air benar-benar menyentuh media filter alumina . Pada dasarnya , semakin alumina di filter, semakin sedikit fluoride bias mencapai akhir , air disaring . Suhu air yang lebih rendah , dan air pH rendah ( air asam ) akan disaring lebih efektif juga. pH yang ideal untuk pengobatan adalah 5.5 yang memungkinkan sampai tingkat penghapusan 95 % .
2.4 Refrigeran
Berdasarkan jenis senyawanya, refrigeran dapat dikelompokan menjadi 7 kelompok yaitu sebagai berikut:
1. Kelompok refrigeran senyawa halokarbon.
Kelompok refrigeran senyawa halokarbon diturunkan dari hidrokarbon (HC) yaitu metana (CH4), etana (C2H6), atau dari propana (C3H8) dengan
mengganti atom-atom hidrogen dengan unsur-unsur halogen seperti khlor (Cl), fluor (F), atau brom (Br). Jika seluruh atom hidrogen tergantikan oleh atom Cl dan F maka refrigeran yang dihasilkan akan terdiri dari atom khlor, fluor dan karbon. Refrigeran ini disebut refrigeran chlorofluorocarbon (CFC). Jika hanya
sebagian saja atom hidrogen yang digantikan oleh Cl dan atau F maka refrigeran yang terbentuk disebut hydrochlorofluorocarbon (HCFC).
Refrigeran halokarbon yang tidak mengandung atom khlor disebut
hydrofluorocarbon (HFC).
2. Kelompok refrigeran senyawa organik cyclic.
Kelompok refrigeran ini diturunkan dari butana. Aturan penulisan nomor refrigeran adalah sama dengan cara penulisan refrigeran halokarbon tetapi ditambahkan huruf C sebelum nomor. Contoh dari kelompok refrigeran ini adalah:
1. R-C316 C4Cl2F6 1,2-dichlorohexafluorocyclobutane
2. R-C317 C4ClF7 chloroheptafluorocyclobutane
3. R-318 C4F8 octafluorocyclobutane
4. Kelompok refrigeran campuran Zeotropik.
3. Kelompok refrigeran campuran Azeotropik.
Kelompok refrigeran Azeotropik adalah refrigeran campuran tak bereaksi yang tidak dapat dipisahkan dengan cara destilasi. Refrigeran ini pada konsentrasi, tekanan dan temperatur tertentu bersifat azeotropik, yaitu mengembun dan menguap pada temperatur yang sama, sehingga mirip dengan refrigeran tunggal. Namun demikian pada kondisi (konsentrasi, temperatur atau tekanan) yang lain refrigeran ini bisa saja menjadi bersifat zeotropik.
4. Kelompok refrigeran senyawa organik biasa
Kelompok refrigeran ini sebenarnya terdiri dari unsur C, H dan lainnya. Namun demikian cara penulisan nomornya tidak dapat mengikuti cara penomoran refrigeran halokarbon karena jumlah atom H nya jika ditambah dengan 1 lebih dari 10 sehingga angka kedua pada nomor refrigeran menjadi dua digit. Sebagai contoh butana (C4H10), jika dipaksakan dituliskan sesuai
dengan cara penomoran refrigeran halokarbon, maka refrigeran ini akan bernomor R-3110, sehingga akan menimbulkan kerancuan.
5. Kelompok refrigeran senyawa anorganik.
Kelompok refrigeran ini diberi nomor yang dimulai dengan angka 7 dan digit selanjutnya menyatakan berat molekul dari senyawanya. Contoh dari refrigeran ini adalah:
R-702 : hidrogen
R-704 : helium
R-717 : amonia
R-718 : air
R-744 : O2
6. Kelompok refrigeran senyawa organik tak jenuh.
Kelompok refrigeran ini mempunyai nomor empat digit, dengan menambahkan angka keempat yang menunjukkan jumlah ikatan rangkap di depan ketiga angka yang sudah dibahas dalam sistem penomoran refrigeran halokarbon.
2.4.1 Metanol
Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya.
Gambar 2.3 Metanol ( CH3OH)
Adapun sifat Metanol dapat dilihat seperti tabel berikut ini.
Tabel 2.4 Sifat Metanol
Sifat Metanol
Massa jenis
Titik lebur
Titik didih
Klasifikasi EU
Panas Laten Penguapan (Le)
787 kg/m³, cair
-97,7oC 64,5oC
Flammable (F), Toxic (T)
1100 kJ/kg
Metanol juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus.
metanol berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan dari pada etanol). Metanol digunakan sebagai bahan pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan aditif bagi etanol 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 akan teroksidasi oleh oksigen dengan bantuan sinar matahari menjadi karbon dioksida dan air.
2.4.2 Keamanan Refrigeran
Refrigeran dirancang untuk digunakan pada ruangan tertutup atau tidak bercampur dengan udara luar. Jika ada kebocoran karena sesuatu hal yang tidak diinginkan, maka refrigeran ini akan keluar sistem dan bisa saja terhirup oleh manusia. Untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan maka refrigeran harus dikategorikan aman atau tidak aman. Ada dua faktor yang digunakan untuk mengklasifikasikan refrigeran berdasarkan keamanan, yaitu bersifat racun dan mudah terbakar.
Berdasarkan toxicity, refrigeran dapat dibagi dua kelas, yaitu kelas A
bersifat tidak beracun pada konsentrasi yang ditetapkan dan kelas B jika bersifat racun. Batas yang digunakan untuk mendefinisikan sifat racun atau tidak adalah sebagai berikut. Refrigeran dikategorikan tipe A jika pekerja tidak mengalami gejala keracunan meskipun bekerja lebih dari 8 jam/hari (40 jam/minggu) di lingkungan yang mengandung konsentrasi refrigeran sama atau kurang dari 400 ppm (part per million by mass). Sementara kategori B
sebaliknya.
jika konsentrasinya kurang dari 0,1 kg/m3 ataun kalor pembakarannya lebih dari 19 MJ/kg.
Berdasarkan defenisi ini, sesuai dengan standar 34-1997. Refrigeran diklasifikasikan menjadi 6 kategori.
1. A1 : sifat racun rendah dan tidak terbakar.
2. A2 : Sifat racun rendah dan sifat terbakar rendah. 3. A3 : Sifat racun rendah dan mudah terbakar. 4. B1 : sifat racunlebih tinggi dan tidak terbakar.
5. B2 : sifat racun lebih tinggi dan sifat terbakar rendah. B3 : sifat racun lebih tinggi dan mudah terbakar
2.5 Komponen Mesin Pendingin Tenaga Surya 2.5.1 Kolektor Surya
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.
Kolektor surya merupakan sebuah alat yang digunakan untuk memanaskan fluida kerja yang mengalir kedalamnya dengan mengkonversikan energy radiasi matahari menjadi panas. Fluida yang 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.
a. Flat-Plate Collectors
Kolektor surya merupakan sebuah alat yang digunakan untuk memanaskan fluida kerja yang mengalir kedalamnya dengan mengkonversikan energy radiasi matahari menjadi panas. Fluida yang 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.
Gambar 2.4 Flat-Plate Collectors
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.
b. Concentrating Collectors
Gambar 2.5 Concentrating Collectors
Agar cahaya matahari selalu dapat difokuskan terhadap tabung absorber, concentrator harus dirotasi. Pergerakan ini disebut dengan tracking. Temperatur fluida melebihi 4000 C dapat dicapai pada sistem kolektor ini.
c.Evacuated Tube Collectors
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 cover-nya dikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasi kehilangan panas yang terjadi secara konveksi dari permukaan luar absorber menuju lingkungan.
Radiasi total pada permukaan miring adalah jumlah dari tiga komponen yang diterangkan dengan menggunakan rumus :
IT – IbT + IdT + IrT...(2.1)
Intensitas radiasi langsung atau sorotan per jam pada sudut masuk normal Ibn,
...(2.2) Dimana :
Ib = radiasi sorotan pada permukaan horizontal
cosØz = sudut zenith, untuk permukaan yang dimiringkan dengan sudut terhadap bidang horizontal, intensitas dari komponen sorotan adalah :
...(2.3)
Dimana ØT disebut sudut masuk, dan didefenisikan sebagai sudut antara arah
sorotan pada sudut masuk normal dan arah komponen tegak lurus ( 90 oC) pada permukaan miring.
Persamaan untuk sudut ØT , yaitu sudut masuk adalah :
Cos T = sin . Sin (ф – ) + cos . Cos (ф – ). Cos ω...(2.4)
Radiasi sorotan IbT pada permukaan miring selanjutnya dapat dihitung dari radiasi sorotan Ib pada sebuah permukaan horizontal,
...(2.5)
seluruh bagian langit. Apabila dimisalkan, seperti yang sering terjadi, bahwa radiasi sebaran (langit) didistribusikan merata , maka radiasi sebaran pada permukaan miring dinyatakan dengan:
...(2.6)
Dimana adalah sudut miring dari permukaan miring dan Id menunjukkan besarnya radiasi sebaran. Selain komponen radiasi langsung dan sebaran, permukaan penerima juga mendapatkan radiasi yang dipantulkan dari permukaan yang berdekatan; jumlah radiasi yang dipantulkan tergantung dari reflektansi dari permukaan yang berdektan itu,dan kemiringan permukaan yang menerima. Radiasi yang dipantulkan per jam, juga disebut radiasi patulan , adalah :
...(2.7)
Dimana = 0,20-0,25 untuk permukaan tanpa salju dan 0,7 untuk permukaan lapisan salju.
2.5.1.1 Efisiensi sirip
Efisiensi sirip adalah satu satunya parameter yang paling penting dalam perancangan klektor surya jenis cairan. Pelat penyerapmemindahkan panasnya secara konduksi ke pipa-pipa yang secara mekanis dan termal tersambung pada pelat penyerap itu. Kerugian panas dari penyerap akan menjadi minimum jika seluruh sirip ada pada Tb. Dalam sebuah kolektor yang
yang dirancang dengan sangat baik, selisih temperatur Tmaks – Tb dibuat
sekecil mungkin.
Parameter rancangan yang berkaitan dengan tebal pelat , konduktivitas thermal k, dan sela antara pipa s disebut efiiensi sirip dan diberi lambang F. Temperatur pelat, TpC mengetahui kebaikan radiasi diserap dan diubah menjadi panas yang dikonduksikan ke bagian dasar sirip kolektor surya ditunjukkan dalam tabel 2.5. Suatu penelitian terhadap literatur mengenai kolektor komersial menunjukkan bahwa harga F berkisar antara 0.92 dan 0.95.
Tabel 2.5 Konduktivitas termal beberapa bahan kolektor surya tertentu
No Bahan Konduktivitas termal
(k), W/(m.K)
7 ABS ( Akrilonitiril-Butadien-Stiren ) 0.27
8 Polikarbonat 0.2
9 Karet alam 30 durometer 0.14
10 Karet alam 70 durometer 0.17
2.5.1.2 Koefisien Kerugian, UL
Mekanisme kerugian panas dari dalam penyerap dalam gambar di bawah ini adalah sebagai berikut. Panas hilang dari bagian atas pelatpenyerap karena konveksi ala dan karena radiasi ke permukaan dalam dari pelat penutup kaca. Sebagian dari radiasi itu akan benar-benar melauipenutup kaca, tetapi dalam analisis ini hal itu akan diabaikan. Panas ini akan dikonduksikan oleh pelat kaca ke permukaan luarnya. Kemudian dipindahkan ke etmosfer luar secara konveksi dan radiasi.
Gambar 2.7 Kerugian panas kolektor
Kerugian panas ini dinamai kerugian atas (top loss),dinyatakan dengan: Ut(tp-ta) W/m2...(2.10)
Dimana :
Ut = Koefisien kerugian atas ,W/(m2.K)
Tp dan Ta = Temperatur pelat dan temperatur lingkungan.
Kebalikan dari Ut,1/Ut, adalah jumlah tahanan terhadap perpindahan panas dari pelat ke lingkungan yang dinyatakan dengan sirkuit seri-pararel sederhana dalam gambar
Dalam sirkuit ini,
b. h2 = koefisen radiasi (ekivalen) dalam
c. R(kaca) = harga R dari kaca,tebal/konduktivitas termal =t/k,m2.K/W d. Ho = koefisien konveksi luar
e. Hro = 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
...(2.11)
a. Koefisien konveksi alam
koefisien konveksi alam hi antara pelat-pelat miring yang dipanasi dari bawah telah dikorelasikan oleh hollands dan lain-lain untuk sudut miring lain antara 0o dan 70 yang dinyatakan dalam bilangan Rayleigh (perbandingan gaya apung
terhadap gaya viskos) dan sudut miring 1 . Koefisien tersebut dapat dengan mudah dinyatakan dari sela z, antara pelat penyerap dan penutup kaca, dengan sudut miring sebagai parameter. Fungsi-fungsi didefenisikan sebagai berikut:
Dan temperatur rata-rata (Tm) :
Gambar 2.8 Sirkuit ekivalen untuk tahanan perpindahan panas melalui bagian atas kolektor, I/Ut
b. koefisien radiasi dalam (ekivalen) hri
Penukaran panas radiasi antara penyerap dan penutup adalah :
...(2.13)
yang dapat ditulis sebagai fungsi koefisien radiasi ekuivalen hri sebagai q = hri (Tp-Tc)...(2.14)
dimana :
...(2.15)
c. Tahanan termal kaca dinyatakan dengan :
...(2.16)
Dimana:
t = Tebal kaca
m dan k = konduktivitas termal W/(m.K)
d. Koefisien konveksi luar ho dihitung dengan :
ho = 5,7 + 3.8 V...(2.17)
e. Koefisien radiasi luar ekivalen dapat ditulis sebagai :
w/(m
2.k)...(2.18)
Dimana temperatur langit diperkirakan oleh Swinbank adalah
Tlangit = 0,0552 (Ta3/2)...(2.19)
Temperatur luar Ta adalah dalam derajat Kelvin (K)
Koefisien kerugian Total UL, ditentukan dengan menambahkan koefisien
kerugian bawah dari kolektor pada Ut, atau
UL = Ub + Ut...(2.20)
Dengan cara menyamakan perpindahan panas dari pelat penyerap ke luar dengan perpindahan panas dari pelat penyerap ke tutup muka dengan mudah dapat diperolah persamaan untuk menghitung temperatur tutup. Temperatur ini digunakan untuk mendapatkan sebuah garga baru dari Utdan proses tersebut diulangi sampai selisihnya dengan harga dari Ut berikutnya menjadi cukup kecil.
Pelepasan panas sebuah kolektor surya lebih baik sebagai fungsi dari temperatur masuk fluida Ti. Hal ini dapat dilakukan dengan memakai faktor
pelepasan panas yang diberi lambang FR. Apabila kerugian panas dinyatakan
sebagai fungsi temperatur fluida masuk Ti maka kerugian tersebut dinyatakan
sebagai :
UL(T1-Ta)...(2.21)
Dimana Ti selalu lebih kecil dari pada temperatur pelat yang menjadi dasar
bagi UL . Maka perolehan panas yang dinyatatakan sebagai fungsi temperatur
fluida masuk, menjadi
FR[ (GT ( ) - UL (Ti-Ta)]
2.5.1.3 Faktor Efisiensi, F’
Karena temperatur Tp dari pelat penyerap berubah-ubah sepanjang dan
Langkah pertama untuk mencapai hal tersebut adalah menggunakan effisiensi sirip F’ berdasarkan temperatur dasar Tb.
Perolehan panas melalui lebar sirip (s-d)/2 , adalah :
T
a)]...(2.22)
Apabila radiasi yang diserap Gt ( ) untuk sesaat dibuat sama denga nol,maka
aliran panas dapat ditulis sebagai
...(2.23)
Dimana tahanan terhadap aliran panas dalam sirip adalah
...(2.24)
Tahanan dari perekat (misalnya solder) adalah
Dimana b adalah panjang perekat dan 1 adalah tebalnya. Perbandingan kb/I disebut kondukstansi perekat Cb
2.5.1.4 Efisiensi Termal Kolektor Surya
a. Persamaan efisiensi termal
Perolehan panas atau keluaran berguna dari sebuah kolektor surya pelat rata diberikan sebagai
Apabila keluaran ini dibagi dengan masukan, yaitu masukan radiasi pada kolektor,perbandingan yang dihasilkan adalah
...(2.25)
didefenisikan sebagai termal kolektor, dan FR UL biasanya hampir
konstan dalam daerah operasi kolektor. Dengan demikian persamaan ini dapat dilihat sebagai bentuk persamaan lurus y = b = mx, dimana b adalah sumbu -y yang terpotong dan m adalah kemiringan garis tersebut. FR ( )
absis a (Ti-Ta)/GT . Karena itu bilangan FR dan -FRUL adalah karakteristik
prestasi termal dari kolektor pelat rata, dan merupakan masukan bagi sejumlah program komputer untuk sistem energi surya.
b. Persamaan empiris untuk koefisien kerugian Ut
Sebuah persamaan empiris disarankan oleh S.A. Klein dan baru-baru ini dimodifikasi oleh Agarwal dan Larson untuk memperhitungkan ketergantungan sudut Ut pada kemeringin ,
yang berfungsi untuk mengkondensasikan fluida kerja. Pada sistem tenaga uap, fungsi utama kondensor adalah untuk mengembalikan exhaust steam dari turbin ke fase cairnya agar dapat dipompakan kembali ke boiler dan digunakan kembali. Selain itu, kondensor juga berfungsi untuk menciptakan back pressure yang rendah (vacuum) pada exhaust turbin . Dengan back pressure yang rendah, maka efisiensi siklus dan kerja turbin akan meningkat.
logam, seperti tembaga(biasanya diatur dalam kumparan atau bentuk lainnya), dan memindahkan panas ke udara sekitarnya. Kondensor industri besar menggunakan air atau cairan lainnya untuk menghilangkan panas. Kondensor panjang juga mengacu pada perangkat yang terpasang pada mesin carding dipabrik-pabrik tekstil untuk mengumpulkan serat ke dalam keliling untuk mesin berputar.
Kondensor adalah sebuah alat yang digunakan untuk membuang kalor ke lingkungan, sehingga uap refrigeran akan mengembun dan berubah fasa dari uap ke cair. Sebelum masuk ke kondensor refrigeran berupa uap yang bertemperatur dan bertekanan tinggi, sedangkan setelah keluar dari kondensor refrigeran berupa cairan jenuh yang bertemperatur lebih rendah dan bertekanan sama (tinggi) seperti sebelum masuk ke kondensor.
Berdasarkan jenis media pendingin yang digunakan kondenser dibagi menjadi 3 jenis, yaitu:
1. Kondensor berpendingin air (water cooled condenser).
Kondensor berpendingin air dapat dibedakan menjadi dua kategori, yaitu: a. Kondensor yang air pendinginnya langsung dibuang
b. Kondensor yang air pendinginnya disirkulasikan kembali.
Jika medium yang digunakan adalah air, kelebihannya adalah air mempunyai sifat membawa dan memindahkan panas yang jauh lebih baik daripada air. Oleh karena itu tidak dibutuhkan peralatan yang besar untuk proses pemindahan panas. Tetapi air tidak boleh dibuang begitu sajake lingkungan. Misalnya setelah digunakan sebagaipendingin kondensor air akan menjadi panas dan tidak bisa dibuang begitu saja ke sungai atau danau
2. Kondensor berpendingin udara (air cooled condenser).
Ada dua metoda mengalirkan udara pada jenis ini, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa dengan bantuan kipas. Konveksi secara alamiah mempunyai laju aliran udara yang melewati kondenser sangat rendah, karena hanya mengandalkan kecepatan angin yang terjadi pada saat itu. Oleh karena itu kondensor jenis ini hanya cocok untuk unit-unit yang kecil seperti kulkas, freezer untuk keperluan rumah tangga, dll. Kondensor berpendingin udara yang menggunakan bantuan kipas dalam mensirkulasikan media pendinginannya dikenal sebagai kondensor berpendingin udara konveksi paksa. Secara garis besar, jenis kondensor
a. Kondensor yang kipasnya dioperasikan dengan pengatur jarak jauh (remote control)
b. Kondensor yang kipasnya dirakit bersama-sama dengan unit kompresor atau condensing unit. Kapasitasnya kondensor jenis ini biasanya cocok untuk beban mulai < 1kW s/d 500 kW, bahkan kadang dapat lebih dari 500 kW.
Kelebihan dari kondensor berpendingin udara adalah tidak diperlukan pipa untuk mengalirkan udara dan setelah udara tersebut menyerap panas maka udara tersebut dapat dilepas ke udara lingkungan. Kelemahan dari kondensor berpendingin udara adalah udara tidak mempunyai sifat membawa dan menghantar panas yang baik. Oleh karena itu diperlukan usaha yang lebih untuk mengalirkan udara yang lebih banyak.Kondensor dengan media berpendingin udara umumnya digunakan pada siklus refrigerasi dengan kapasitas pendinginan yang lebih kecil.
3. Kondensor evaporatif (evaporative condenser).
Tabel 2.6 Perbandingan kondensor berpendingin udara dan air Parameter Pendingin Udara Pendingin air Perbedaan temperature
TR = Ton of Refrigerasi (Beban di evaporator) 1TR = 3,5 kW
2.5.2.1 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. Dari percobaan dan penelitian Count Rumford (1753-1814)
serta Sir Janes Prascolt Youle (1818-1889) muncul suatu pendapat bahwa
aliran panas itu tidak lain adalah suatu perpindahan energi :
...(2.27) Dimana
Q = Panas yang diserap atau dikeluarkan (w) m = Massa benda (kg)
c = Panas jenis (kj/kgc) t = selisih temperatur (c)
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 ...(2.28) Dimana
Q = Panas yang diserap atau dikeluarkan pada waktu perubahan fase (kj) M = Massa benda (kg)
Perhitungan panas yang dilepas air persatuan massa dapat dirumuskan sebagai berikut:
...(2.29) Dimana
Z = Panas yang dilepas air persatuan massa (kj/kg) 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)
2.5.3 Evaporator
Pada diagram Ph dari siklus kompresi uap sederhana, evapoator mempunyai tugas merealisasikan garis 4-1. Setelah refrigeran turun dari kondensor melalui katup ekspansi masuk ke evaporator dan diuapkan, dan dikirimke kompressor. Pada prinsipnya evaporatorhampir sama dengan kondensor, yaitu sama sama alat penukar kalor yang fungsinya mengubah fasa refrigeran. Bedanya jika pada kondensor refrigeran berubah dari uap menjadi cair, maka pada evaporator berubah dari cair menjadi uap. Perbedaan berikutnya adalah sebagai siklus refrigerasi, pada evaporatorlah sebenarnya tujuan itu ingin dicapai. Artinya jika kondensor fungsinya hanya membuang panas ke lingkungan,maka pada evaporatorpanas harus diserap untuk menyesuaikan dengan beban pendingin di ruangan.
Berdasarkan model perpindahan panasnya, evaporator dapat dibagi atas
natural convection dan forced convection.
1. Natural Convection
Pada evaporator natural convection, fluida pendingin dibiarkan mengalir
bawahnya untuk bersirkulasi. Sistem ini hanya mampu pada refrigerasi dengan kapasitas kapasitas kecil seperti kulkas.
2. Forced Convection
Kebalikan dari Natural Convection, Forced Convection menggunakan
blower untuk memaksa terjadinya aliran udara sehingga terjadi konveksi dengan laju perpindahan panas yang lebih baik. Pada evaporator dengan konveksi paksa dapat juga dibedakan atas dua bagian yaitu refrigeran mengalir di dalam pipa dan refrigeran mengalir di luar pipa.
Berdasarkan bagaimana cara evaporator mengambil beban pendingin dari ruangan yang ada beban pendinginnya, sistem pendingin dapat dibagi dua jenis, yaitu : direct cooling sistem dan indirect cooling sistem. Perbedaan ini
jga akan mempengaruhi bentuk dan jenis evaporatornya . Pada direct cooling
sistem, eveporator langsung bersentuhan dengan udara yang mendinginkan ruangan. Contoh yang termasuk ke sistem ini adalah sistem AC yang dipasang di rumah-rumah. Sistem yang kedua, evaporator hanya mendinginkan fluida kedua (biasa disebut refrigeran sekunder, misalnya air), lalu air ingin ini akan disirkulasikan ke dalam ruangan yang akan didinginkan,untuk mendinginkan udara. Sistem ini biasa digunakan untuk pengkondisian udara pada bangunan- bangunan besar seperti supermarket. Dengan kata lain, pada sistem direct,
evaporator mendinginkan udara, tetapipada sistem indirect evaporator
mendinginkan refrigeran kedua.
2.5.3.1 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
Dimana
QL = Kalor laten zat (J)
Le = Kapasitas kalor spesifik laten (J/kg)
m = Massa zat (kg)
2.5.3.2 Kalor sensibel
Tingkat panas atau intensitas panas dapat diukur ketika panas tersebut merubah temperatur 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 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.
...(2.31) Dimana :
Qs = Kalor sensibel zat (J)
Cp = Kapasitas kalor spesifik sensibel (J/kg. K)
ΔT= Beda temperatur (K) M = Massa benda (kg)
2.6 Tinjauan Perpindahan Panas
Perpindahan panas adalah salah satu dari displin ilmu teknik termal yang 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.
panas itu melepaskan panas ke pelat penutup kaca ( umumnya menutupi kolektor ) dengan cara konveksi alamiah dan dengan cara radiasi
2.6.1 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.
Panas mengalir secara konduksi dari daeah yang berteperatur tnggi ke daerah yang bertemperatur rendah. Laju perpindahan panas dinyatakan dengan hukum Fourier
...(2.32)
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 dalan arah aliran panas (-k/m)
Gambar 2.10 Perpindahan panas
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:
...(2.33)
Dimana :
Q = laju aliran energi (W) A = luas penampang (m2)
Δt = beda suhu (K)
L = panjang (m)
2.6.2 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 :
=
...(2.34)
Konstanta proporsional disebut viskositas dinamik.
Pada permulaan, pembentukan lapisan batas laminar pada suatu jarak kritis karena sifat-sifat fluida, gangguan-ganguan kecil pada aliran itu membesar dan mulailah terjadi proses transsisi hingga akhirnya aliran menjadi turbulen. Karakterstik aliran ini ditentukan oleh kuantitas suatu besaran yang disebut bilangan Reynolds. Untuk aliran melintas pada pelat rata, bilangan Reynold didefenisikan sebagai :
...(2.35)
Dimana,
= Kecepatan aliran bebas (m/s)
x = Jarak dari tepi depan pelat (m) = Viskositas kinematik fluida (m2/s)
konveksi paksa dan apabila disebabkan oleh gradien massa jenis, maka disebut konveksi alamiah.
Secara matematik perpindahan panas konveksi pada permukaan pelat rata dapat dirumuskan dengan persamaan berikut ini.
Qh = hA(Ts-TL)...(2.36)
Dimana:
Qh = Laju perpindahan panas konveksi (W) h = Koefisien konveksi (W/m2K)
A = Luas penampang perpidahan panas (m2) Ts = Temperatur permukaan
TL = Temperatur fluida
Beberapa parameter yang telah diuji dan mengenal bentuk korelasi yang banyak digunakan untuk menentukan koefisien konveksi (hc) yaitu :
1. Bilangan Reynold (Re)
Bilangan Reynold digunakan sebagai kriteria untuk menunjukkan aliran
fluida itu laminer dan turbulen. Untuk bilangan Re < 2300 dikatakan aliran laminar; Re > 2300 dikatakan aliran turbulen.
...(2.37)
Dimana :
= rapat massa (kg/m3)
v = kecepatan aliran fluida (m/s) D = diameter aliran fluida (m)
μ = viskositas fluida (Pa.det)
2. Bilangan Prandtl (Pr)
Bilangan Prandtl adalah bilangan tanpa dimensi yang merupakan fungsi
dari sifat-sifat fluida. Bilangan Prandtl didefinisikan sebagai perbandingan
...(2.38)
Dimana :
Cp = panas spesifik fluida (J/kg.K) μ = viskositas fluida (Pa.det)
k = konduktivitas thermal (W/m2K)
3. Bilangan Nusselt (Nu)
...(2.39)
Dimana :
Hc = koefisien konveksi (W/m2K) D = diameter efektif aliran fluida (m) k = konduktifitas thermal fluida (W/mK)
Banyak rumusan yang telah dikembangkan untuk susunan aliran tertentu sehingga hubungan antara bilangan Nusselt, Reynolds dan Prandtl dapat
dirumuskan
Nu = C (
...(2.40)
2.6.3 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, 3x1010 m/s. kecepatan ini sama dengan hasil perkalian panjang-gelombang dengan frekuensi radiasi,
C = . ...(2.41)
Dimana,
C = Kecepatan cahaya
= Panjang gelombang
Perambatan radiasi termal berlangsung dalam bentuk kuantum-kuantum yang diskrit atau farik (discrete), setaip kuantum mengandung energi sebesar
E = h. ...(2.42)
Dimana h adalah 6,625 x 10-34 J.s
Bila densitas energi diintegrasikan sepanjang seluruh panjang-gelombang,maka energy total yang dipancarkan sebanding dengan pangkat empat suhu absolut atau sesuai dengan hukum Stefan-Boltzmann :
Eb =
4
Dimana :
Eb = energi yang diradiasikan persatuan waktu dan persatuan luas (Watt/m2),
=K
onstanta Stefan-Boltzmann yang nilainya ( )= 5,669x10-8 W/m2. K4.Penukaran panas netto secara radiasi termal adalah:
q
=A
(
T
1 4-T
24
)...(2.43)
dimana:
= konstanta Stefan-Boltsman,5,67 x 108 W/(m2.K4 )
A = luas bidang,m2
Temperatur adalah derajat Kelvin pangkat empat,K4
Radiasi yang dipancarkan oleh permukaan matahari,Es, adalah sama
dengan hasil perkalian konstanta Stefan-Boltzmann , pangkat empat
temperatur permukaan absolute Ts4 , dan luas permukaan ds2
Es = ds2Ts4 W...(2.44)
Dimana = 5,67 x 10-8 W/(m2.K4), temperatur permukaan Ts dalam K,dan diameter matahari ds dalam meter.
Pada radiasi ke semua arah, energi yang diradiasikan mencapai luas permukaan bola dengan matahari sebagai titik tengahnya. Jari-jari (R) adalah sama dengan jarak rata-rata antara matahari dan bumi. Luas permukaan bola adalah sama dengan 4 R2 dan fluks radiasi pada satu satuan luas dari permukaan bola tersebut yang dinamakan
...(2.45)
Dengan garis tengah matahari 1,39 x 109 , temperatur permukaan matahari 762 K,dan jarak rata-rata antara matahari dan bumi sebesar 1,5 x 1011 m, maka fluks radiasi per satuan luas dalam arah yang tegak lurus pada radiasi tepat di luar atmosfer bumi adalah
2.7 Siklus Adsorpsi
Siklus Adsorpsi adalah siklus thermodinamika yang dapat digunakan sebagai siklus refrigerasi dan digerakkan oleh energi dalam bntuk panas. Salah satu keistimewaan siklus ini adalah panas yang digunakan untuk menjalankan siklus dapat berupa sumber panas yang temperaturnya kurang dari 200C. Sumberpanas seperti ini adalah mudah untuk didapatkan secara gratis di sekitar kita, seperti panas buang dari knalpot dan bahkan energi matahari. Pada bagian ini akan dibahas siklus adsorpsi. Pembahasan akan dimulai dengan definisi siklus, analisis thermodinamika, dan beberapa modifikasi dan aplikasi siklus ini.
2.7.1 Prinsip Kerja Siklus Adsorpsi
Siklus Adsorpsi memanfaatkan ikata kimia antara dua zat. Zat yang dapat diserap (diikat) oleh zat lain akan disebut adsorbate, sementara zat yang
bertugas menyerap (mengikat) akan dinamakan adsorbent. Karena zat yang
diikat sekaligus bertindak sebagai fluida kerja yang melakukan pendinginan, maka adsorbate akan bertugas sebagai refrigeran, atau biasa disebut fluida utama (primer), sementara fluida sekunder adalah adsorbent.
Prinsip kerja siklus adsorpsi sederhana dibagi atas dua bagian siklus, yaitu siklus pertama merupakan siklus refrigeran setelah terpisah dari adsorbent, pada gambar 2.7 ditunjukkan dengan titik 1-2-3-4. Siklus kedua adalah siklus adsorbent dimana di dalamnya juga termasuk refrigeran yang terikat atau terlarut dengan adsorbent, pada gambar 2.7 ditunjukkan dengan titik 5-6-7-8 atau ditutup dengan bagian berwarna merah.
Pada siklus pertama, setelah refrigeran menguap dari evaporator di titik 1, uap ini akan masuk ke siklus kedua dan keluar di titik 2 pada kondisi uap kering (super heat) dan tekanan tinggi. Setelah dititik 2, uap refrigeran masuk ke kondensor dan melepas panas ke lingkungan. Proses pelepasan panas ini terjadi secara isobarik dan akhirnya refrigeran berubah menjadi cair di titik 3. Kemudian, terjadi penurunan tekanan secara adiabatik. Pada saat tekan turun, temperatur juga akan turun dan sebagian cairan akan berubah menjadi uap di titik 4. Selanjutnya refrigeran akan melakukan fungsi refrigerasi di evaporator dan akhirnya menguap dan kembali ke titik 1. Siklus ini terjadi secara berulang-ulang.
Pada bagian kedua, uap refrigeran yang selesai melakukan tugasnya dari siklus pertama akan masuk ke adsorber. Uap ini akan diikat oleh larutan yang pekat (konsentrasi adsorbent tinggi), di titik 5. Proses ikatan kimia ini akan melepas sejumlah panas ke lingkungan. Sebagai hasilnya akan dihasilkan larutan yang lebih encer di titik 6. Larutan ini kemudian akan dipompakan ke generator oleh pompa sehingga tekanannya akan naik ke titik 7.
2.7.2 Performansi mesin pendingin siklus adsorpsi (COP)
Secara keseluruhan hukum kekekalan energi dapat ditetapkan pada siklus ini.
...(2.46)
...(2.47)
Karena kerja pompa hanya merupakan bagian kecil dari energi input, maka persamaan menghitung COP biasa disederhanakan menjadi :
Dimana :
Q = Laju aliran panas
