BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Matahari
Matahari adalah sebuah bulatan gas panas yang memiliki diameter 1,39 x 109 m dan mempunyai jarak rata-rata 1,5 x 1011 m dari bumi. Matahari dianggap sebagai benda hitam dengan temperatur permukaan 5.762 K. Sedangkan temperatur pusat diperkirakan mencapai 8 x 106– 40 x 106 K dengan massa jenis 100 kali dari air. Energi matahari merupakan hasil reaksi fusi yang kontinu antara gas hydrogen dan helium.(Duffie 2006)
2.1.1 Intensitas Radiasi Pada Bidang Miring
Radiasi per jam pada permukaan miring dan pada permukaan horizontal dari sebuah kolektor ditunjukkan pada gambar 2.1.
(a) (b)
Gambar 2.1 Intensitas radiasi pada bidang horizontal (a), dan bidang yang
dimiringkan (b) G
b
� G
bn
�
G bT
G bn
Perbandingannya dapat dinyatakan dengan persamaan berikut:
Gb,T = intensitas radiasi pada bidang miring (W/m2)
Gbn = intensitas radiasi matahari dengan sudut masuk normal pada bidang horizontal (W/m2)
θ = sudut datang radiasi; θz = sudut zenith
2.1.2 Posisi Matahari
Untuk menghitung intensitas radiasi matahari langsung pada sebuah permukaan miring dari data intensitas radiasi matahari pada sebuah permukaan horizontal dapat dihitung jika posisi matahari diketahui setiap saat. Posisi matahari juga digunakan untuk menentukan radiasi matahari yang diteruskan melalui kaca, dimana transmisivitas-absorpsivitasnya juga berubah-ubah sesuai dengan sudut matahari.
Sudut datang radiasi matahari yang dapat ditentukan dengan menggunakan persamaan berikut:
cosθ= cos ϕ −β cosδ. cosω+ sin ϕ −β sinδ………....(2.2)
Untuk permukaan yang dimiringkan, cos θ = cos θT (tilt). Beberapa parameter pada persamaan di atas dijelaskan sebagai berikut
a. Posisi lintang (�)
b. Deklinasi (δ)
Yaitu sudut posisi matahari pada siang hari sehubungan dengan bidang khatulistiwa.
Utara bernilai positif; -23,45 δ 23,45. Nilai δ dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
δ = , sin ………...…....(2.3)
dimana n adalah hari ke berapa dalam tahun tersebut. c. Kemiringan (β)
Yaitu sudut antara bidang permukaan tertentu dengan bidang horizontal; 0o β 90o(β > 90o berarti permukaan bidang menghadap ke bawah). d. Sudut Jam Matahari (ω)
Yaitu pergeseran sudut dari matahari kearah timur/barat dari garis bujur local akibat rotasi bumi pada porosnya sebesar 15o per jam, pagi negatif dan sore positif. Nilai ω dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
ω = − � ………...(2.4)
2.2 Teori Umum Adsorpsi
adsorptive
adsorbat
pores
Desorp/melepaskan
Untuk mengetahui karateristik yang terjadi dalam proses adsorpsi dapat diilustrasikan dengan gambar 2.4 dimana padatan berpori (pores) yang menghisap
(adsorp) dan melepaskan (desorp) suatu fluida disebut adsorben. Molekul fluida
yang dihisap tetapi tidak terakumulasi atau melekat pada adsorben disebut
adsorptive, sedangkan yang terakumulasi disebut adsorbat . Seperti yang terlihat
pada gambar 2.2
Gambar 2.2 Proses adsorpsi dengan karbon aktif (Pratama, 2009) 2.2.1 Jenis-Jenis Proses Adsorpsi
Berdasarkan interaksi molecular antara permukaan adsorben dengan adsorbat, adsorpsi dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu:
a. Adsorpsi Fisika (physical adsorption)
Pada adsorpsi jenis ini, adsorpsi terjadi tanpa adanya reaksi antara molekul-molekul adsorbat dengan permukaan adsorbat. Molekul-molekul adsorbat terikat secara lemah karena adanya gaya van der waals. Adsorpsi ini relatif berlangsung cepat dan bersifat reversible (reversible). Karena dapat berlangsung di bawah temperatur kritis adsorbat yang relatif rendah, maka panas adsorpsi yang dilepaskan juga rendah. Adsorbat yang terikat secara lemah
adsorben
pada permukaan adsorben, dapat bergerak dari suatu bagian permukaan ke bagian permukaan lain. Peristiwa adsorpsi fisika menyebabkan molekul-molekul gas yang teradsorpsi mengalami kondensasi. Besarnya panas yang dilepaskan dalam proses adsorpsi fisika adalah kalor kondensasinya.(Purba, 2013)
Proses adsorpsi terjadi tanpa memerlukan energi aktifasi, sehingga proses tersebut membentuk lapisan jamak (multilayers) pada permukaan adsorben. Ikatan yang terbentuk dalam adsorpsi fisika dapat diputuskan dengan mudah, yaitu melalui degassing atau pemanasan pada temperatur sekitar 1500C-2000C selama 2-3 jam.
b. Adsorpsi Kimia (Chemical Adsorpstion)
Adsorpsi ini terjadi karena adanya reaksi kimia antara molekul-molekul adsorbat dengan permukaan adsorben. Adsorpsi jenis inilah yang biasa disebut
“absorption” dan bersifat tidak reversible hanya membentuk satu lapisan
Tabel 2.1 Perbedaan antara adsorpsi fisika dan kimia (Taufan, Andi, 2008)
Karateristik Adsorpsi Fisika Adsorpsi Kimia
Gaya yang
bekerja
Gaya tarik secara fisika sehingga adsorpsi
fisika sering disebut adsorpsi Van der
Waals
Gaya tarik atau ikatan kimia
sehingga adsorpsi kimia sering
disebut adsorpsi teraktifasi
Tebal lapisan Banyak lapisan (multilayer) Satu lapis (single layer)
Energi aktifasi Kurang dari 1 kkal/gr-mol 10-60 kkal/gr-mol
Temperatur
Terjadi pada temperatur di bawah titik
didih adsorbat
Dapat terjadi pada temperatur
tinggi
Kemampuan
adsorpsi
Lebih bergantung pada adsorbat daripada
adsorben
inti aktif adsorben yang dapat
bereaksi dengan adsorbat
Driving force
Tidak ada transfer electron, meskipun
mungkin terjadi polarisasi pada adsorbat
Ada transfer electron, terbentuk
pada ikatan antara adsorbat dan
permukaan padatan
Kalor adsorpsi 5-10 kkal/gr-mol gas 10-100 kkal/gr-mol gas
2.2.2 Adsorben
Kriteria-kriteria adsorben yang baik, antara lain:
a. memiliki kapasitas tinggi untuk meminimalisasi jumlah adsorben yang diperlukan
b. memiliki selektivitas tinggi untuk proses pemisahan
c. memiliki sifat fisik dan sifat kimia yang mendukung proses perpindahan massa secara cepat
d. memiliki stabilitas kimia dan termal, serta sifat kelarutan yang rendah terhadap fluida yang kontak dengan adsorben
e. memiliki ketahanan fisik dan mekanik
f. tidak memiliki kecenderungan untuk mendorong terjadinya reaksi-reaksi kimia yang tidak dikehendaki
g. memiliki kemampuan untuk diregenerasi h. memiliki harga relatif murah
2.2.2.1 Karbon Aktif Sebagai Adsorben
Karbon aktif merupakan zat padat amorf yang mempunyai luas permukaan internal dan volume pori yang sangat besar. Produk komersial karbon aktif memiliki luas permukaan spesifik antara 500- 2000 m2/g, tetapi seiring perkembangan teknologi telah dikembangkan pula karbon aktif dengan luas permukaan spesifik antara 3500-5000 m2/g.
85% sampai 95% karbon bebas. Semua jenis adsorbat dapat digunakan sebagai pasangan karbon aktif kecuali air. Dan pada gambar di bawah ini dapat kita lihat gambar 2.3 dan tabel sifat Adsorben pada tabel 2.2
Gambar 2.3 Karbon Aktif
Adsorben karbon aktif yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari cangkang kelapa. Adapun sifat dari adsorben karbon aktif yang digunakan adalah sebagai berikut ini.
Tabel 2.2 Sifat Adsorben Karbon Aktif (Purba, 2013)
No Sifat Adsorben Karbon Aktif Nilai Sifat Karbon aktif
1 Massa Jenis 22 – 34 lb/ft3
2 Panas Spesifik 0.27 – 0.36 BTU/lb°F
3 Pore Volume 0,56 – 1,20 cm3/g
4 Diameter Rata-rata Pori 15-25 Å
5 Temperatur Regenerasi 100 - 140°C
6 Temperatur Maksimum Diizinkan 150°C
7 Ukuran Karbon Aktif 3 mm
2.2.2.2 Pembuatan Karbon Aktif
a. Proses karbonisasi
Proses karbonisasi umumnya dilakukan pada temperatur 600oC – 700oC. Pada proses karbonisasi akan terjadi penguapan air (H2O) yang disusul dengan pelepasan gas karbondioksida (CO2) dan selanjutnya terjadi peristiwa eksotermis yang merupakan tahap permulaan proses karbonisasi. Karbonisasi dianggap sempurna jika asap sudah tidak terbentuk lagi. Kualitas hasil karbonisasi ditentukan oleh banyaknya kandungan karbon, semakin tinggi kandungan karbon maka semakin baik kualitasnya.
b. Aktifasi karbon
Proses pengaktifan karbon dilakukan dengan tujuan untuk memperbesar luas permukaan karbon dengan cara membuka pori-pori yang tertutup sehingga memperbesar kapasitas adsorpsi terhadap zat warna. Pori-pori dalam karbon umumnya mengandung tar, hidrokarbon, dan zat-zat organik lainnya seperti fixed carbon, abu, air, persenyawaan yang mengandung nitrogen dan sulfur.
Langkah-langkah untuk mengaktifkan karbon dapat dilakukan dengan berikut ini:
a. Arang dimasukkan ke dalam tangki aktivasi (pirolisis) dan ditutup rapat. b. Pastikan sambungan pipa pendingin, dan termocouple untuk pengamatan
temperatur berfungsi sebagaimana mestinya.
d. 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. Kemudian api dimatikan, dan tungku aktivasi dibiarkan sampai dingin, setelah itu bisa dibuka dan dikeluarkan untuk dilakukan penggilingan sesuai mesh yang diinginkan. Arang aktif atau karbon aktif siap digunakan.
Untuk memenuhi kebutuhan bagi aplikasi-aplikasi spesifik, karbon aktif dibuat dan diklasifikasikan dalam bentuk granular, bubuk (powder) dan bentuk tertentu ((extrude). Karbon aktif granular diproduksi secara langsung dengan menggunakan bahan baku granular, misalnya serbuk gergaji. Karbon aktif yang berupa bubuk diperoleh dengan cara menggiling karbon aktif granular. Produk dengan bentuk tertentu (extrude) biasanya diproduksi dalam bentuk pellet silinder dengan cara extrusion bahan baku dengan binder yang sesuai sebelum bahan baku mengalami proses aktifasi.
2.2.2.3 Aplikasi Penggunaan Karbon Aktif
Aplikasi penggunaan karbon aktif dapat dibedakan menjadi dua bagian, yaitu:
a. Aplikasi karbon aktif untuk fasa cair
lebih besar pada bagian macropore yang menyebabkan cairan dapat berdifusi lebih cepat ke bagian mesopore dan micropore. Karbon aktif yang digunakan untuk fasa cair dapat berupa bubuk, granular, maupun dalam bentuk tertentu.
Aplikasi penggunaan karbon aktif pada fasa cair antara lain sebagai berikut :
- penjernihan air (menghilangkan kontaminan)
- pengolahan limbah cair industri (menghilangkan zat-zat berbahaya dan bahan organik lainnya dalam limbah cair)
- dekolorisasi bahan pemanis, misalnya pemurnian gula
- industri makanan dan minyak (proses pemurnian), dan industri minuman (menghilangkan bau tertentu pada minuman)
b. Aplikasi karbon aktif untuk fasa gas
Karbon aktif yang digunakan untuk aplikasi fasa gas umumnya berupa granular atau dengan bentuk tertentu (extrude). Karbon aktif untuk fasa gas terutama digunakan dalam proses-proses pemisahan. Proses pemisahan tersebut didasarkan pada perbedaan daya adsorpsi karbon aktif terhadap gas dan uap.
2.2.3 Adsorbat
2.2.3.1 Metanol Sebagai Adsorbat
Metanol juga dikenal sebagai metil alcohol, wood alcohol atau spiritus adalah senyawa kimia dengan rumus CH3OH. Metanol merupakan bentuk alcohol paling sederhana. Pada keadaan atmosfer, metanol berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah terbakar dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan dari pada etanol). Metanol digunakan sebagai bahan pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan sebagai bahan aditif bagi etanol industri. Dan pada gambar di bawah ini dapat kita lihat gambar 2.4 dan tabel sifat methanol pada tabel 2.3
Gambar 2.4 Metanol (CH3OH) Tabel 2.3 Sifat Metanol (Purba, 2013)
No Sifat Metanol Nilai Sifat Metanol
1 Massa Jenis (cair) 0.79 Kg/liter
2 Ttitik Lebur -97.7 °C
3 Titik Didih 64,5 °C
4 Klasifikasi EU Flamamable (F), Toxic (T)
5 Panas Jenis (Cp) 2530 J/kg K
6 Panas Laten Penguapan (Le) 1168 kJ/kg
2.3 Prinsip Sistem Pendinginan Adsorpsi
Bentuk sederhana siklus pendingin adsorpsi ditunjukkan pada gambar 2.5.
Gambar 2.5 Prinsip dasar adsorpsi-desorpsi
Pada awalnya sistem dikondisikan pada tekanan dan temperatur rendah. Dua buah botol labu (vessel) yang berhubungan, dimana pada labu pertama terdapat adsorben (karbon aktif) yang mengandung adsorbat berkonsentrasi tinggi sedangkan pada labu kedua terdapat adsorbat dalam fasa uap. Labu pertama dipanaskan, sehingga tekanan dan temperatur sistem meningkat dan menyebabkan kandungan adsorbat yang ada di dalam adsorben berkurang atau menguap. Proses berkurangnya kandungan adsorbat pada adsorben pada kasus ini disebut proses desorpsi.
Adsorbat yang menguap kemudian terkondensasi dan mengalir ke botol labu yang kedua, disini panas dilepaskan ke lingkungan dimana tekanan sistem masih tinggi. Pemanasan pada botol labu pertama dihentikan, lalu pada botol labu pertama
Kondensasi/panas dilepas ke lingkungan
terjadi perpindahan panas ke lingkungan sehingga tekanan dan temperatur sistem menjadi rendah. Tekanan dan temperatur sistem yang rendah menyebabkan adsorbat cair pada botol labu yang kedua menguap dan terserap ke botol labu pertama yang berisi adsorben. Proses terserapnya adsorbat ke adsorben pada kasus ini disebut adsorpsi. Proses adsorpsi menghasilkan efek pendinginan yang terjadi pada botol labu yang kedua, dimana pada tekanan rendah panas dari lingkungan diserap untuk menguapkan adsorbat sampai sistem kembali ke kondisi awal dimana pada botol labu yang pertama berisi adsorben dengan kandungan adsorbat berkonsentrasi tinggi dan pada botol labu kedua terdapat adsorbat dalam fasa gas.
2.4 Siklus Ideal Sistem Pendingin Adsorpsi
Adsorpsi dan desorpsi merupakan suatu proses yang dapat berlangsung secara reversibel. Adsorpsi merupakan proses exothermic dimana adsorben dan adsorbat melepaskan panas sehingga penurunan pergerakan molekul adsorbat yang mengakibatkan adsorbat menempel pada permukaan adsorben dan membentuk suatu lapisan tipis.
Gambar 2.6 Diagram tekanan vs temperatur pada garis isoters.
Siklus mesin pendingin adsorpsi tidak membutuhkan energi mekanis, melainkan membutuhkan energi panas. Pada saat mesin pendingin beroperasi, beberapa proses yang terjadi pada adsorber yang melibatkan proses endothermic
dan exothermic. Proses endothermic berlangsung selama proses pemanasan
(peningkatan tekanan) dan proses pemanasan-desorpsi-kondensasi, sedangkan proses exothermic berlangsung selama proses pendinginan (penurunan tekanan) dan proses pendinginan-adsorpsi-evaporasi. Keempat proses tersebut membentuk suatu siklus yang digambarkan oleh diagram Clapeyron ideal seperti pada gambar 2.7
Gambar 2.7 Diagram Clapeyron Ideal
Kempat proses tersebut adalah sebagai berikut:
1. Proses pemanasan (pemberian tekanan)
Selama proses ini, tidak ada aliran metanol yang masuk maupun keluar dari adsorber. Adsorber menerima panas sehingga temperatur adsorber meningkat dan diikuti oleh peningkatan tekanan dari tekanan evaporasi menjadi tekanan kondensasi. Proses ini sama seperti proses kompresi pada sistem pendingin mekanik. Proses ini diilustrasikan pada gambar 2.8.
Gambar 2.8 Proses pemanasan 2. Proses pemanasan-desorpsi-kondensasi
Selama periode ini, adsorber terus dialiri panas sehingga adsorber terus mengalami peningkatan dan temperatur yang menyebabkan timbulnya uap desorpsi. Sementara itu, katup aliran ke kondensor dan evaporator dibuka sehingga adsorbat dalam bentuk gas mengalir ke kondensor untuk mengalami proses kondensasi. Kalor laten pengembunan adsorbat diserap oleh media pendingin pada kondensor. Siklus ini sama dengan siklus kondensasi pada sistem pendingin mekanik. Proses ini diilustrasikan pada gambar 2.9.
Gambar 2.9 Proses pemanasan-desorpsi-kondensasi 3. Proses pendinginan (penurunan tekanan)
Selama periode ini, tidak ada aliran metanol yang masuk maupun keluar dari adsorber. Adsorber melepaskan panas dengan cara didinginkan sehingga temperature di adsorber turun dan diikuti penurunan tekanan kondensasi ke tekanan evaporasi. Proses ini sama seperti proses ekspansi pada sistem pendingin mekanik. Proses ini diilustrasikan seperti pada gambar 2.10.
Gambar 2.10 Proses pendinginan 4. Proses pendinginan-adsorpsi-evaporasi
adsorber dibuka sehingga adsorbat dalam bentuk uap mengalir dari evaporator ke adsorber. Adsorbat dalam bentuk uap dihasilkan dari proses penyerapan kalor oleh adsorbat dari lingkungan sebesar kalor laten penguapan adsorbat tersebut. Proses ini berlangsung pada temperatur saturasi yang rendah pula. Proses ini diilustrasikan pada gambar 2.11.
Gambar 2.11 Proses pendinginan-adsorpsi-evaporasi
2.4.1 Faktor-Faktor yang Memperngaruhi Daya Adsopsi Daya adsorpsi dipengaruhi oleh lima faktor, yaitu: 1. Jenis adsorbat
a. Ukuran molekul adsorbat
Ukuran molekul yang sesuai merupakan hal yang penting agar adsorpsi dapat terjadi, karena molekul-molekul yang dapat diadsorpsi adalah molekul-molekul yang diameternya lebih kecil atau sama dengan diameter pori adsorben.
b. Kepolaran zat
2. Karateristik adsorben a. Kemurnian adsorben
Sebagai zat yang mengadsorpsi, maka adsorben dengan kemurnian yang lebih tinggi lebih diinginkan karena kemampuan adsorpsi lebih baik. b. Luas permukaan dan volume pori adsorben
Jumlah molekul adsorbat yang teradsorpsi meningkat dengan bertambahnya luas permukaan dan volume pori adsorben.
3. Temperatur absolut (T)
Temperatur yang dimaksud adalah temperatur adsorbat. Pada saat molekul-molekul gas atau adsorbat melekat pada permukaan adsorben akan terjadi pembebasan sejumlah energi yang dinamakan peristiwa eksotermis. Berkurangnya temperatur akan menambah jumlah adsorbat yang teradsorpsi demikian juga peristiwa sebaliknya.
4. Tekanan (P)
Tekanan yang dimaksud adalah tekanan adsorbat. Kenaikan tekanan adsorbat dapat menaikkan jumlah yang diadsorpsi.
5. Interaksi Potensial (E)
2.5 Sistem Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi
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, sebagian cahaya akan dipantulkan kembali ke lingkungan, sedangkan sebagian besar akan diserap dan dikonversi menjadi energi panas, lalu panas tersebut kemudian dimanfaatkan guna berbagai aplikasi.
Kolektor surya yang pada umumnya memiliki komponen-komponen utama, yaitu :
1. Cover, berfungsi untuk mengurangi rugi panas secara konveksi menuju lingkungan
2. Absorber, berfungsi untuk menyerap panas dari radiasi cahaya matahari. 3. Kanal, berfungsi sebagai saluran transmisi fluida kerja.
4. Isolator, berfungsi meminimalisasi kehilangan panas secara konduksi dari absorber menuju lingkungan
5. Frame, berfungsi sebagai struktur pembentuk dan penahan beban kolektor 2.5.1.1 Klasifikasi Kolektor Surya
Terdapat tiga jenis kolektor surya yang diklasifikasikan ke dalam Solar
Thermal Collector System dan juga memiliki korelasi dengan pengklasifikasian
kolektor surya berdasarkan dimensi dan geometri dari receiver yang dimilikinya, yaitu:
a. Kolektor Surya Pelat Datar (Flat-Plate Collector)
c. Evacuated Tube Collectors
2.5.1.2 Kolektor Surya Pelat Datar (Flat-Plate Collector)
Tipe ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas pada temperatur di bawah 100°C. Spesifikasi tipe ini dapat dilihat dari absorber-nya yang berupa pelat datar yang terbuat dari material dengan konduktivitas termal tinggi, dan dilapisi dengan cat berwarna hitam. Kolektor pelat datar memanfaatkan radiasi matahari langsung dan terpencar (beam dan diffuse), tidak membutuhkan pelacak matahari, dan hanya membutuhkan sedikit perawatan. Aplikasi umum kolektor tipe ini antara lain digunakan untuk pemanas air, pemanas gedung, pengkondisian udara, dan proses panas industri. Komponen penunjang yang terdapat pada kolektor pelat datar antara lain; transparent cover, absorber, insulasi, dan kerangka, seperti terlihat pada gambar 2.12
Gambar 2.12 Kolektor surya pelat datar sederhana 2.5.2 Kondensor
refrigeran berupa cair jenuh dan bertemperatur lebih rendah tetapi dengan tekanan sama (tinggi) seperti sebelum masuk ke kondensor.
Berdasarkan jenis media pendingin yang digunakan, kondensor dibagi menjadi tiga jenis yaitu:
a. Kondensor berpendingin air (water cooled condenser)
Kondensor berpendingin air dapat dibedakan menjadi dua kategori, yaitu: - Kondensor yang air pendinginnya dibuang langsung
- Kondensor yang air pendinginnya disirkulasikan kembali b. Kondensor berpendingin udara (air cooled condenser)
Ada dua metode mengalirkan udara pada jenis ini, yaitu konveksi alamiah dan konveksi paksa dengan bantuan kipas. Konveksi secara alamiah mempunyai laju aliran udara yang melewati kondensor sangat rendah, karena hanya mengandalkan kecepatan angin yang terjadi saat itu. Kondensor yang menggunakan bantuan kipas angin dalam mensirkulasikan media pendinginnya dikenal sebagai kondensor berpendingin udara konveksi paksa.
c. Kondensor evaporatif (evaporative condenser)
Kondensor evaporative pada dasarnya adalah kombinasi kondensor yang menggunakan air dan udara sebagai media pendinginnya.
2.5.3 Evaporator
itu tercapai. Artinya jika pada kondensor fungsinya hanya membuang panas ke lingkungan, maka pada evaporator panas harus diserap untuk menyesuaikan dengan beban pendingin di ruangan.
Berdasarkan cara evaporator mengambil beban pendingin dari ruangan, sistem pendingin dapat dibagi menjadi dua jenis yaitu direct cooling sistem dan
indirect cooling sistem.
2.6Performansi Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi Tenaga Surya
2.6.1 Energi Panas Radiasi Total yang Diterima Kolektor
Total energi panas radiasi yang diterima oleh suatu permukaan kolektor, Qit, dapat ditentukan dengan persamaan berikut:
Qi = GiA [J]………...……..………....(2.5)
Dimana:
Gi =adalah fluks energi/intensitas matahari yang diterima sepanjang hari (J/m2) Ac = adalah luas permukaan area kolektor yang terpapar sinar matahari (m2). 2.6.2 Energi Panas Radiasi yang Digunakan Kolektor
Energi panas radiasi yang digunakan kolektor, Qic, merupakan energi yang digunakan kolektor atau yang diserap adsorben (karbon aktif) untuk menaikkan temperaturnya dan selanjutnya digunakan untuk melepaskan/mendesorpsi adsorbat (metanol). Energi panas aktual yang digunakan kolektor, Qic, dapat dihitung dengan persamaan berikut:
Dimana:
mac = adalah massa karbon aktif (kg)
Cpac = adalah kalor jenis karbon aktif (J/kgoC)
mr = adalah massa metanol yang akan didesorpsi (kg) Cpr = adalah kalor jenis metanol (J/kgoC)
ΔTg = adalah temperatur pemanasan kolektor maksimal
mrhsg = adalah energi panas laten metanol (J). 2.6.3 Kapasitas Kalor yang Diserap Evaporator
Kapasitas kalor yang diserap evaporator, Quc, merupakan jumlah panas yang diserap evaporator dari air untuk menurunkan temperaturnya saat proses adsorpsi. Jumlah air, mw, yang akan didinginkan di dalam wadah air yang bersentuhan dengan evaporator akan mengalami perubahan temperatur ∆Tw, jika air mencapai temperatur pembekuan, maka sejumlah es, mi, akan dihasilkan. Jika semua air membeku, es akan mengalami perubahan temperatur, ∆Ti. Dalam kasus ini, mw = mi dan kapasitas kalor yang diserap evaporator, Quc (useful cooling),, dapat dengan mudah dievalusi dengan persamaan berikut:
Q = mwC wΔTw+ mih + miC iΔTi [J]………..(2.7)
Dimana
mw = adalah massa air (kg)
Cpw = adalah panas jenis air (J/kgoC)
ΔTw = adalah penurunan temperatur air (oC)
mi = adalah massa es yang terbentuk (kg)
hsf = adalah panas laten es (KJ/kg)
ΔTi = adalah penurunan temperatur es (oC)
2.6.4 Efisiensi Termal Kolektor Surya
Efisiensi termal kolektor surya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
=Qi
Qit ………..……….…………... (2.8)
dimana Qic adalah energi panas yang digunakan kolektor (J), Qit adalah energi panas total yang diterima kolektor (J).
2.6.5 COP Sistem (Coeffiecient of Performance)
COP dari sebuah mesin pendingin dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:
Koefisien performansi siklus aktual:
COP = Q Q⁄ i ………(2.9)
Koefisien performansi sistem keseluruhan:
COP = Q Q⁄ i ………..(2.10)
Beberapa hasil penelitian dari mesin pendingin siklus adsorpsi tenaga surya dapat dilihat sebagai berikut:
Tabel 2.4 COP Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi
Peneliti Tipe Kolektor Pasangan
Adsorben-Adsorbat COPuo
C.I.Ezeckwe Pelat Datar (1.2 m
2) Karbon aktif – metanol 0.007 – 0.015
P.H.Grenier, dkk Pelat Datar (20 m2) Karbon aktif – metanol 0.10
M. Li, dkk Pelat Datar (0.75 &
1.5 m2) Karbon aktif – metanol 0.12 & 0.14
