Kajian Eksergi Pada Mesin Pendingin Adsorpsi Intermitten Menggunakan Pasangan Silicagel Dan Methanol

KAJIAN EKSERGI PADA MESIN PENDINGIN ADSORPSI
INTERMITTEN MENGGUNAKAN PASANGAN SILICAGEL
METHANOL

BAYU RUDIYANTO

SEKOLAH PASCASARJANA
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008

PERNYATAAN MENGENAI PENELITIAN
DAN SUMBER INFORMASI
Dengan ini saya menyatakan bahwa penelitian Kajian Eksergi Pada Mesin
Pendingin Adsorpsi Intermitten Menggunakan Pasangan Silicagel Methanol
adalah karya sendiri dibawah bimbingan Prof. Dr. Ir. Kamaruddin Abdullah,
MSA, APU dan Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan, M.Agr. dan belum
diajukan dalam bentuk apapun kepada perguruan tinggi manapun. Sumber
informasi yang berasal atau dikutip dari karya yang diterbitkan dari penulis lain
telah disebutkan dalam teks dan dicantumkan dalam daftar pustaka pada bagian
akhir usulan penelitian ini.

Bogor, Pebruari 2008

Bayu Rudiyanto

ABSTRACT
BAYU RUDIYANTO. Exergy Analysis on the Adsorption Refrigeration
System Using Silicagel Methanol. Under direction of KAMARUDDIN
ABDULLAH and ARMANSYAH H. TAMBUNAN
Adsorption refrigeration system (ARS) is one of environment friendly
refrigerating machines, which can be operated by using renewable energy sources
available locally such as solar and biomass The experimental adsorption
refrigeration system developed in this study utilizes silica gel – methanol
combination as the adsorbent and refrigerant which harmless for human being.
The objectives of the research are identify the performance of adsorption
refrigeration system using silicagel–methanol and to conduct exergy analysis of
adsorption refrigeration system. The research was started by testing of ARS and
than developing energy and exergy balance to determine the exergy loss, from the
ARS.
The results show that the value of exergy loss was obtained for each the

process in ARS. The exergy loss expresses the most ineffective operation of ARS.
The exergy loss in desorption process was found 35.33 Watt (90.57 %). The
Condensation process was found 0.2 Watt (0.51 %). The Evaporation was found
0.07 Watt (0.18 %) and adsorption process was found 1.37 Watt (3.51 %).
Key word : Adsorption system, silica gel, methanol, exergy

RINGKASAN
BAYU RUDIYANTO. Kajian Eksergi pada Mesin Pendingin Adsorpsi
Intermitten Menggunakan Pasangan Silicagel Methanol. Dibimbing oleh
KAMARUDDIN ABDULLAH, ARMANSYAH H. TAMBUNAN.
Perkembangan mutakhir bidang refrigerasi utamanya didorong oleh
permasalahan lingkungan yaitu menipisnya lapisan ozon. Menipisnya lapisan
ozon menyebabkan berkurangnya kemampuan ozon untuk melindungi dari radiasi
sinar ultraviolet yang dapat menyebabkan kanker, katarak dan penyakit lainnya.
Lapisan ozon yang mengalami kerusakan tersebut diantaranya disebabkan oleh
penggunaan fluorocarbon (CFC, HCFC, HFC) sebagai refrigerant dalam bidang
pendinginan. Selain itu permasalahan besar lain yang terjadi adalah krisis energi.
Tujuan dari penelitian ini adalah mendapatkan kinerja mesin pendingin adsorpsi
intermitten pasangan Silicagel Methanol dan melakukan analisis eksergi pada
mesin pendingin adsorpsi intermitten pasangan Silicagel Methanol.

Metode penelitian diawali dengan pengujian terhadap kebocoran pada
semua komponen didalam sistem pendingin adsorpsi dan dilanjutkan dengan
pengujian sistem pendingin adsorpsi menggunakan pasangan Silicagel Methanol.
Suhu tiap komponen yaitu generator, kondensor, evaporator dan pipa-pipa
masukan dan keluaran diukur dengan menggunakan termokopel tipe C-C yang
dihubungan dengan alat perekam suhu. Sedangkan untuk analisis eksergi diawali
dengan perancangan model pada masing-masing komponen dalam system
pendingin adsorpsi intermitten.
Hasil percobaan yang dilakukan bahwa temperatur terendah yang mampu
dicapai di ruang evaporator untuk tiga kali percobaan, berturut-turut adalah
sebesar 24.5°C pada tekanan 105.4 torr, 24°C pada tekanan kerja 100.3 torr dan
27°C pada tekanan 117.1 torr. Dimana temperatur awal beban sebesar 30°C.
Sedangkan untuk menganalisis transfer energi yang terjadi pada tiap-tiap
komponen dilakukan dengan menggunakan analisis eksergi menunjukkan bahwa
pada komponen generator memberikan nilai eksergi hilang (exergy destroy)
terbesar baik untuk proses desorpsi ataupun adsorpsi. Rincian hasil yang dicapai
dari perhitungan dengan analisis eksergi memberikan data pada generator desorpsi
kehilangan eksergi (exergy destroy) sebesar 35.33 Watt atau 90.57 persen.
Kondensor memberikan nilai sebesar 0.20 Watt atau 0.51 persen. Evaporator
memberikan nilai sebesar 0.07 Watt atau sebesar 0.18 persen dan pada generator

adsorpsi memberikan nilai sebesar 3.51 persen. Besarnya nilai kehilangan eksergi
akan memberikan nilai efisiensi eksergi yang berkebalikan. Artinya nilai
kehilangan eksergi yang besar akan menghasikan nilai efisiensi eksergi yang
kecil. Karena besaran nilai efisiensi eksergi sangat dipengaruhi oleh nilai asupan
ekserginya. Selain itu kecilnya nilai efisiensi eksergi pada komponen memberikan
arti bahwa pada komponen itu menunjukkan bahwa tranfer eksergi yang terjadi
tidak berjalan dengan baik.

KAJIAN EKSERGI PADA MESIN PENDINGIN ADSORPSI
INTERMITTEN MENGGUNAKAN SILICAGEL
METHANOL

BAYU RUDIYANTO

Tesis
sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
Magister Sains pada
Departemen Ilmu Keteknikan Pertanian

SEKOLAH PASCASARJANA

INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
2008

Penguji Luar Komisi pada Ujian Tesis: Dr. Ir. Suroso, M.Agr.

Judul Tesis
Nama
NIM

: Kajian Eksergi Pada Mesin Pendingin Adsorpsi Intermitten
Menggunakan Pasangan Silicagel Dan Methanol
: Bayu Rudiyanto
: F151050011

Disetujui
Komisi Pembimbing

Prof. Dr. Kamaruddin Abdullah, M.SA Prof. Dr. Armansyah H.Tambunan,M.Agr.
Ketua

Anggota

Diketahui

Ketua Program Studi
Ilmu Keteknikan Pertanian

Dekan Sekolah Pascasarjana

Prof. Dr. Armansyah H.Tambunan, M.Agr. Prof. Dr.Ir. Khairil A.Notodiputro,MS

Tanggal Ujian: 12 Pebruari 2008

Tanggal Lulus:

PRAKATA
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah SWT atas segala karuniaNya sehingga tesis ini dapat diselesaikan dengan baik. Penelitian yang
dilaksanakan sejak bulan September 2006 ini dengan judul Kajian Eksergi Pada
Mesin Pendingin Adsorpsi Intermitten Menggunakan Pasangan Silicagel
Methanol.

Terima kasih penulis ucapkan kepada Prof. Dr. Ir. Kamaruddin Abdullah,
MSA, APU, selaku ketua komisi pembimbing dan Prof. Dr. Ir. Armansyah H.
Tambunan, MAgr., selaku anggota komisi pembimbing yang telah banyak
memberikan saran dan arahan mulai dari perencanaan hingga selesainya penulisan
Tesis ini. Selanjutnya penulis mengucapkan terima kasih kepada Penelitian Tim
Pascasarjana (HPTP) No.317/SP3/PP/DP2M/II/2006 atas bantuan dana penelitian.
Selanjutnya penulis mengucapkan terima kasih kepada pengelola beasiswa BPPS
atas bantuan beasiswa dan pimpinan Politeknik Negeri Jember atas kesempatan
untuk melanjutkan studi. Terima kasih juga penulis haturkan kepada serta Dr. Ir.
Suroso, M.Agr selaku penguji yang telah banyak memberi saran. Penulis juga
mengucapkan terima kasih kepada Dr. Leopold O. Nelwan yang banyak
membantu selama penulisan dan semua peneliti di lab. Bersama Leuwikopo,
yaitu Yogi Sirodz G., Nuruddin, Omil, Kapid, Sulikah, Riris, dan Amna, dan
teman-teman mahasiswa Pascasarjana program studi Ilmu Keteknikan Pertanian
angkatan 2005 khususnya Lukman A.H, Hendrisyah, dan semua pihak yang telah
memberikan bantuan selama penelitian berlangsung. Terimakasih juga diucapkan
kepada teman-teman di asrama Buchori atas pengertiannya. Akhinya ungkapan
terima kasih yang dalam disampaikan kepada Ayahanda H. M. Sunarno, Ibu Hj.
Siti Sumarsih, istri tercinta Indah Yuli A., putriku

tersayang Kartika Aulia

Tsabitah, keluarga mas Gunawan dan keluarga mas Bambang, Ibu Hj. Horimah
beserta keluarga, serta seluruh keluarga atas segala doa dan kasih sayangnya.
Semoga karya ilmiah ini bermanfaat
Bogor, Pebruari 2008

Bayu Rudiyanto

RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Jember pada tanggal 21 Desember 1973 sebagai anak
bungsu dari pasangan H.M. Sunarno dan Hj. Siti Sumarsih. Pada tahun 1993,
penulis diterima di Politeknik Universitas Brawijaya Malang, jurusan Teknik
Mesin, lulus tahun 1996 dan pada tahun 1998 melanjutkan pendidikan sarjana
(S1) di jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Brawijaya Malang,
lulus pada tahun 2001. Pada tahun 2005, penulis mendapat kesempatan untuk
melanjutkan pendidikan pada Program Pascasarjana IPB jurusan Teknik
Pertanian. Beasiswa pascasarjana diperoleh dari Departemen Pendidikan Tinggi
(DIKTI).
Penulis bekerja sebagai staf pengajar sejak tahun 2002 di Politeknik

Negeri Jember dan ditempatkan di jurusan Teknologi Pertanian pada program
studi Keteknikan Pertanian. Selama menjadi staf pengajar di Politeknik Negeri
Jember, mata kuliah yang menjadi tanggung jawab penulis adalah Elemen Mesin,
Ilmu Bahan, Energi dan Elektrifikasi Pertanian serta Perawatan dan Pemeliharaan
Alat Mesin Pertanian (ALSINTAN).

DAFTAR TABEL

Halaman
1. Temperatur dan Tekanan Generator percobaan 2 ............................................. 38
2. Data laju desorpsi antara adsorbat – adsorber pada percobaan 3...................... 43
3. Perhitungan kesetimbangan energi percobaan 2 ............................................... 45
4. Perhitungan kesetimbangan energi percobaan 3 ............................................... 46
5. Perhitungan Pindah Panas Overall Pengujian 1................................................ 48
6. Perhitungan Pindah Panas Overall Pengujian 3................................................ 48
7. Eksergi dan Kehilangan Eksergi Sistem Pendingin Adsorpsi pengujian 2....... 53
8. Eksergi dan Kehilangan Eksergi Sistem Pendingin Adsorpsi pengujian 3....... 54

DAFTAR GAMBAR

Halaman
1. Skema sistem pendingin adsorpsi intermitten................................................... 7
2. Aliran energi, eksergi, dan entropi masuk dan keluar dari sistem ................. 11
3. Model Fisik di Generator Desorpsi. .............................................................. 17
4. Model Fisik Kondensor................................................................................... 22
5. Model Fisik Evaporator................................................................................... 24
6. Sistem Pendingin Adsorpsi Intemitten............................................................ 26
7. Unit Generator................................................................................................. 27
8. Unit Kondensor. .............................................................................................. 27
9. Unit Receiver .................................................................................................. 28
10. Unit Evaporator............................................................................................... 28
11. Mesin Diesel dan Heat exchanger................................................................... 29
12. Sistem Menara Pendingin. .............................................................................. 30
13. Pompa Vakum................................................................................................. 31
14. Hibrid Recorder............................................................................................... 31
15. Silicagel........................................................................................................... 32
16. Hubungan Temperatur generator, kondensor terhadap waktu ........................ 37
17. Hubungan Temperatur adsorber, evaporator terhadap waktu ......................... 37
18. Grafik P-T-X Tekanan-Temperatur Silica gel (MeOH) percobaan 2 ............. 38
19. Grafik Temperatur, Waktu dan Tekanan pada proses desorpsi – adsorpsi

percobaan 1. .................................................................................................... 39
20. Grafik Siklus desorpsi –adsorpsi percobaan 1 ................................................ 41
21. Grafik Siklus desorpsi-adsorpsi percobaan 3.................................................. 42
22. Grafik konsentrasi methanol terhadap Silicagel methanol percobaan 3 ......... 43
23. Diagram Aliran Energi pada Sistem Pendingin Adsorpsi percobaan 2 .......... 46
24. Diagram Aliran Energi pada Sistem Pendingin Adsorpsi percobaan 3 .......... 47
25. Skema Sistem Pendingin Adsorpsi Intermitten .............................................. 51
26. Skema Proses Generasi Adsorpsi – Kondensasi. ............................................ 51
27. Skema Proses Evaporasi – Adsorpsi............................................................... 52
28. Diagram aliran eksergi Sistem Pendingin Adsorpsi pengujian 1.................... 54

29. Diagram aliran eksergi Sistem Pendingin Adsorpsi pengujian 1.................... 55
30. Model generator desorpsi................................................................................ 56
31. Perubahan irreversibilitas padalaju berbeda selama proses ............................ 58
32. Perubahan efisiensi eksergi pada laju alir berbeda selama proses .................. 58

DAFTAR LAMPIRAN

Halaman

1. Gambar Generator-Adsorber ............................................................................ 64
2. Gambar Evaporator ........................................................................................... 69
3. Gambar Kondensor ........................................................................................... 70
4. Grafik Proses Desorpsi – Adsorpsi percobaan 2 dan percobaan 3................... 71
5. Notasi ................................................................................................................ 72
6. Tabel sifat-sifat methanol.................................................................................. 73
7. Perhitungan Laju Panas..................................................................................... 74
8. Data proses desorpsi kondensasi percobaan 1 .................................................. 77
9. Data proses evaporasi adsorpsi percobaan 1..................................................... 78
10. Data proses desorpsi kondensasi percobaan 2 ................................................ 79
11. Data proses evaporasi adsorpsi percobaan 2................................................... 80
12. Data proses desorpsi kondensasi percobaan 3 ................................................ 81
13. Data proses evaporasi adsorpsi percobaan 3................................................... 82

DAFTAR ISI
Halaman
DAFTAR TABEL.................................................................................................. vi
DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii
DAFTAR LAMPIRAN........................................................................................ viii
PENDAHULUAN .................................................................................................. 1
TINJAUAN PUSTAKA
Proses pendinginan ................................................................................... 4
Pemilihan Fluida Kerja Mesin Pendingin Adsorpsi.................................. 4
Prinsip Kerja Mesin Pendingin Adsorpsi Intermitten ............................... 6
Perkembangan Mesin Pendingin Adsorpsi ............................................... 9
Konsep Keseimbangan Energi, Entropi dan Eksergi .............................. 11
LANDASAN TEORI
Model Persamaan Thermodinamika Siklus Pendingin Adsorpsi Kondisi
Steady ..................................................................................................... 14
Model Pindah Panas Generator Desorpsi................................................ 17
Model Pindah Panas Kondensor ............................................................. 22
Model Pindah Panas Evaporasi............................................................... 24
BAHAN DAN METODA
Waktu dan Tempat .................................................................................. 26
Alat dan Bahan ....................................................................................... 26
Prosedur Penelitian ................................................................................. 33
HASIL DAN PEMBAHASAN
Uji Kinerja mesin Pendingin Adsorpsi ................................................... 36
Laju Penguapan ...................................................................................... 43
Keseimbangan panas .............................................................................. 44
Coeficient of Performance ...................................................................... 49
Analisis Eksergi Mesin Pendingin Adsorpsi........................................... 51
SIMPULAN DAN SARAN .................................................................................. 60
DAFTAR PUSTAKA .......................................................................................... 61
LAMPIRAN.......................................................................................................... 63

Pendahuluan
Latar Belakang
Perkembangan mutakhir bidang refrigerasi utamanya didorong oleh
permasalahan lingkungan yaitu menipisnya lapisan ozon. Menipisnya lapisan
ozon menyebabkan berkurangnya kemampuan ozon untuk melindungi dari radiasi
sinar ultraviolet yang dapat menyebabkan kanker, katarak dan penyakit lainnya.
Lapisan ozon yang mengalami kerusakan tersebut diantaranya disebabkan oleh
penggunaan fluorocarbon (CFC, HCFC, HFC) sebagai refrigerant dalam bidang
pendinginan. Penolakan terhadap penggunaan fluorocarbon telah tertuang dalam
konvensi Wina dan Protokol Montreal 1987 dengan keharusan penghentian
produksi dan penggunaan refrigeran fluorocarbon. Selain itu permasalahan besar
lain yang terjadi adalah krisis energi dimana ditandai dengan meningkatnya harga
minyak dunia yang menunjukkan semakin menipisnya cadangan bahan bakar fosil
terutama minyak bumi.
Melihat dampak yang berkepanjangan dari pemakaian refrigeran (freon)
dan terjadinya krisis energi maka perlu kiranya mencari terobosan baru teknologi
pendinginan (refrigerasi) alternatif yang mampu meningkatkan keamanan dan
secara ekonomis lebih murah dan mudah didapatkan. Salah satu sistem
pendinginan yang bisa dijadikan alternatif adalah sistem pendinginan adsorpsi.
Pendinginan secara adsorpsi mempunyai karakteristik tersendiri dimana
sistem kompresor mekanik akan digantikan dengan sistem adsorpsi dan regenerasi
yang memerlukan sumber energi panas (kalor) untuk menghasilkan siklus
pendingin (heat-operated cycle) (Stoecker, 1992). Teknik pendinginan ini
memiliki beberapa keunggulan yaitu ramah lingkungan, karena refrigeran yang
digunakan tidak berbahaya terhadap lingkungan. Selain itu sistem ini memerlukan
pemakaian sumber listrik yang lebih kecil. Teknik pendinginan ini memerlukan
sumber energi panas sebagai penghasil siklus pendinginan. Beberapa sumber
energi tersebut dapat diperoleh dari biomassa dari hasil limbah pertanian atau juga
energi radiasi surya.
Metode pendinginan secara adsorpsi menurut aliran fluidanya terbagi
menjadi dua yaitu aliran fluida secar kontinyu dan secara tidak kontinyu

(intermitten). Pada aliran fluida kontinyu terdapat bagian yang berfungsi sebagai
generator-adsorber secara bergantian, sedangkan aliran fluida yang tidak kontinyu
(intermitten) hanya terdapat satu bagian yang berfungsi sebagai generator–
adsorber.
Generator-adsorber pada sistem pendinginan adsorpsi berfungsi sebagai
tempat untuk melakukan proses desorpsi dan adsorpsi. Pada proses desorpsi
diperlukan aliran panas untuk melepaskan metanol di dalam generator, sedangkan
untuk proses adsorpsi di generator berfungsi untuk mengikat kembali metanol
selama proses berlangsung. Untuk melihat kebutuhan energi dan menganialisis
penggunaan serta melihat mutu dari energi pada sistem pendingin adsorpsi
diperlukan analisis menggunakan hukum termodinamika.
Menurut kaidah termodinamika I yang merupakan konsep kekekalan
energi dimana energi dapat dikonversikan dari satu bentuk ke bentuk lain dan
tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Secara umum, keseimbangan energi
tidak memberikan informasi mengenai mutu dan kualitas dari energi yang masuk
atau keluar dari batas sistem tersebut. Dalam hukum thermodinamika II dikenal
konsep eksergi yang berguna untuk menganalisis sistem termal, karena eksergi
adalah suatu ukuran mutu atau nilai dari energi dan dalam sistem termal eksergi
dapat dimusnahkan. Hukum termodinamika II menyatakan bahwa sebagian dari
eksergi yang memasuki suatu sistem termal akan hilang oleh adanya
irreversibilitas (ketakmampubalikan) dari sistem tersebut. Hal ini dapat dijelaskan
menggunakan analisis keseimbangan eksergi pada sistem termal. Energi tidak
dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan, energi hanya dapat dikonversi dari
satu bentuk ke bentuk yang lainnya, sedangkan eksergi adalah bagian dari energi,
yakni kerja minimum yang diperlukan agar proses dapat berlangsung (Cengel,
2002). Dengan demikian antara energi dan eksergi saling terkait.
Pada kenyataannya potensial energi untuk digunakan yang terdapat dalam
satu sistem akan mengalami penurunan akibat adanya sifat irreversibilitas. Hal ini
juga berlaku dalam sistem refrigerasi, karena pendinginan secara umum
merupakan proses pengambilan kalor suatu ruang atau benda untuk menurunkan
suhunya dengan jalan memindahkan kalor yang terkandung dalam benda tersebut
(Kamaruddin et al, 1998). Untuk mengetahui besarnya energi yang dapat

dikonversikan menjadi kerja secara cermat, mengetahui lokasi dan besarnya
energi yang hilang dan tak terpakai digunakan suatu metode analisis eksergi
(Yumrutas, 2002).

Tujuan
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Mendapatkan kinerja mesin pendingin tipe adsorpsi intermitten dengan
kombinasi silicagel methanol.
2. Melakukan analisa eksergi pada mesin pendingin adsorpsi intermitten
dengan kombinasi silicagel methanol.

TINJAUAN PUSTAKA
Proses Pendinginan
Proses pendinginan merupakan suatu usaha untuk mendapatkan kondisi
yang diinginkan oleh produk atau material, dalam hal ini temperatur yang rendah
agar produk atau material dapat disimpan dalam waktu yang relatif lama, baik
untuk konsumsi, produksi, maupun perdagangan. Pendinginan dan pembekuan
dalam bidang pertanian digunakan untuk menjaga agar produk pertanian yang
mudah rusak tetap baik kualitasnya selama waktu tertentu sebelum produk
tersebut akhirnya dikonsumsi. Penyimpanan dan transportasi bahan pangan,
proses pengolahan makanan dan minuman, pembuatan es (ice making) merupakan
beberapa contoh kegiatan yang memerlukan proses pendinginan dan pembekuan.
Tujuan lain pendinginan pada bidang pertanian adalah untuk memperlambat
aktivitas

bakteri,

sedangkan

pada

proses

pembekuan

bertujuan

untuk

menghentikan sepenuhnya aktivitas bakteri pada produk yang diinginkan.
Proses pendinginan merupakan proses pengambilan kalor/panas suatu
ruang atau benda untuk menurunkan suhunya dengan jalan memindahkan kalor
yang terkandung dalam ruangan atau benda tersebut. Sehingga, proses
pendinginan merupakan rangkaian proses pindah panas. Proses pindah panas
dapat terjadi secara konveksi, konduksi maupun radiasi. Konveksi adalah pindah
panas yang terjadi karena adanya gaya gerak dari luar yang dinamakan dengan
konveksi paksa, sedangkan jika pergerakan fluida terjadi karena perbedaan massa
jenis yang disebabkan perbedaan temperatur dinamakan dengan konveksi bebas.
Konduksi adalah pertukaran melalui kontak langsung antara molekul yang
berbeda temperatur. Radiasi merupakan perpindahan panas melalui gelombang
elektromagnetik yang dipancarkan oleh getaran atom dan sub atom pada
permukaan suatu benda. Semua sistem pendingin melakukan pertukaran kalor
dengan cara melepaskan ke udara melalui kontak langsung dengan air. Dalam
proses ini berlangsung kombinasi antara perpindahan kalor dengan massa dengan
konsep perbedaan potensial entalpi (Stoecker WF dan Jones JW, 1992).
Perkembangan teknologi pendinginan sangat dipengaruhi oleh dua
permasalahan besar pada pemakaian refrigeran yang berdampak pada lingkungan

yaitu menipisnya lapisan ozon dan pemanasan global. Sifat merusak ozon yang
dimiliki oleh refrigeran CFCs (Chloro Fluoro Carbons), HCFCs (Hydro Chloro
Fluoro Carbons), HFCs(Hydro Fluoro Carbons) merupakan jenis refrigeran yang
pada tahun 2030 harus dihapuskan sesuai kesepakatan Protokol Montreal tahun
1987 dan Protokol Kyoto tahun 1997. Pemakaian refrigeran yang tidak ramah
lingkungan ini mendorong peneliti untuk mencari beberapa refrigeran alternatif
yaitu melakukan pergantian refrigeran dengan amonia dan hidrokarbon yang saat
ini banyak dilakukan penelitian. Beberapa kendala didalam pemakaian refrigeran
ini karena amonia bersifat racun (toxic) dan cukup mudah terbakar. Sedangkan
hidrokarbon termasuk dalam zat yang mudah terbakar. Untuk refrigeran
hidrokarbon beberapa penelitian dilakukan untuk menekan tingkat keterbakaran
yaitu dengan cara mencampurkannya dengan refrigeran lain yang tidak mudah
terbakar.
Perkembangan lain dari sistem pendingin selain permasalahan pemakaian
refrigeran adalah penggunaan energi. Sehingga para peneliti berusaha
memunculkan sistem pendingin alternatif yang tidak mengandung permasalahan
serupa diatas. Teknologi pendingin alternatif diantaranya adalah refrigerasi sistem
absorpsi, adsorpsi padatan (solid adsorption) dan efek magnetokalorik.
Keunggulan dari sistem absorpsi dan adsorpsi padatan adalah tidak menggunakan
refrigeran yang merusak lapisan ozon dan menimbulkan pemanasan global serta
untuk pelepasan refrigeran dapat menggunakan panas buangan, sinar matahari dan
juga

bisa

menggunakan

biomassa,

sedangkan

refrigerasi

sistem

efek

magnetokalorik sama sekali tidak menggunakan refrigeran primer. Refrigerasi
magnetik dipandang sebagai teknologi hijau (green technology) yang memiliki
potensi untuk menggantikan siklus konvensional kompresi uap.

Pemilihan Fluida Kerja Mesin Pendingin Adsorpsi (solid adsorption)
Mesin pendingin tipe adsorpsi, fluida kerja yang digunakan merupakan
kombinasi dari dua macam zat yang berfungsi sebagai adsorbat dan adsorben.
Proses

adsorpsi

melibatkan

pemisahan

suatu

zat

dari

cairan

dan

pengakumulasiannya pada permukaan zat padat. Zat yang menguap dari fasa cair

disebut adsorbat, sedangkan zat yang menyerap adsorbat disebut sebagai
adsorben.
Menurut Powell 2002, diacu dalam Indartono 2006 menerangkan beberapa
syarat yang harus dimiliki oleh refrigerant pengganti, yakni :
1. Memiliki sifat-sifat thermodinamika yang berdekatan dengan refrigeran
yang hendak digantikan, utamanya pada tekanan maksimum operasi
refrigeran baru yang diharapkan tidak terlalu jauh berbeda dengan tekanan
refrigerant lama yang berklorin.
2. Tidak mudah terbakar.
3. Tidak beracun
4. Bisa bercampur (miscible) dengan pelumas yang umum digunakan dalam
mesin refrigerasi.
5. Setiap refrigerasi CFC hendaknya digantikan oleh satu jenis refrigeran
yang ramah lingkungan.
Beberapa pasangan absorbat absorben yang banyak digunakan untuk
sistem pendingin adsorpsi antara lain ammonia-carbon aktif, air-silicagel dan
methanol-silicagel. Pasangan carbon-ammonia memerlukan temperatur yang
tinggi (>120 °C ) sebagai panas pemasukan dalam proses regenerasi. Air-silicagel,
methanol-silicagel merupakan pasangan yang ideal dalam pendinginan adsorpsi
karena panas yang dibutuhkan untuk proses regenerasi berkisar antara 60-70 °C.
Tetapi air sebagai refrigeran tidak mampu menghasilkan efek pendinginan
dibawah 0 °C, sebab itu untuk menghasilkan efek yang lebih baik dalam aplikasi
maka dipakai pasangan methanol-silicagel (Oertel, 1997).

Prinsip Kerja Mesin Pendingin Tipe Adsorpsi Intermitten
Prinsip dari pendinginan adsorpsi dapat dilihat pada Gambar 1. Komponen
pendingin sistem adsorpsi terdiri dari kondensor, katup, evaporator dan ruang
penyerapan (generator) sebagai kompresor termal. Kompresor termal bekerja
dalam dua fase yaitu pada fase satu siklus operasi refrigeran diuapkan pada
tekanan dan suhu rendah di evaporator, sehingga menyebabkan kondesat
refrigeran dalam evaporator berekspansi dan menguap dengan mengambil panas
sekelilingnya sehingga menghasilkan efek refrigerasi. Uap refrigerasi yang terjadi

mengalir kedalam unit generator – adsorber

untuk diadsorpsi dengan

mengeluarkan panas sekelilingnya sambil didinginkan di generator untuk diserap
oleh silica gel pada ruang reaksi dibawah kondisi isobarik.
Setelah proses adsorpsi selesai, kemudian diikuti dengan pemanasan
secara isoterik dan desorpsi secara isobarik dalam generator. Proses ini terjadi
karena pemanasan dilakukan di unit generator menyebabkan refrigeran yang ada
didalamnya terpisah dari zat penyerapnya dan mengalir menuju kondensor. Uap
refrigeran tersebut kemudian terkondensasi di unit kondensor karena pendinginan
dari sekelilingnya yang temperaturnya lebih rendah. Dengan dua proses ini
adsorpsi dan desorpsi refrigeran telah mengalami kompresi. Tekanan akhir dari
siklus kedua bagian ini ditandai dengan penguapan pada kondensor yang
ditentukan dengan menggunakan suhu air dingin.

Gambar 1 Skema sistem pendingin adsorpsi intermitten (Oerthel, 1997).

Fungsi bagian-bagian Mesin Pendingin Adsorpsi
a.

Unit Generator
Generator berfungsi ganda, yaitu tempat terjadinya proses desorpsi dan

adsorpsi, dimana pada saat proses desorpsi terjadi pemisahan refrigeran
(metanol) dengan adsorber (silicagel) dan pada

proses adsorbsi terjadi

pengikatan kembali refrigeran (metanol) oleh adsorber (silicagel)

b.

Katup
Katup ini berfungsi untuk pemisah antar beberapa unit. Pada mesin

pendingin intermitten ini terdapat 4 katup yang saling menghubungkan antara
unit yang satu dan yang lain. Katup1, menghubungkan antara unit generator
dan unit kondensor katup 2 menghubungkan antara kondensor dan receiver,
katup 3 menghubungkan antara receiver dan evaporator, pada katup ini
berfungsi untuk menyalurkan methanol hasil kondensasi ke ruang evaporator,
dan katup yang terakhir menghubungkan antara evaporator dan generator,
selain itu dengan adanya katup ini dapat mencegah refrigeran yang telah
terkondensasi di kondensor kembali lagi ke generator.
c.

Unit Kondensor
Unit ini berfungsi sebagai tempat kondensasi refrigeran pada saat proses

desorpsi. Kodensor dibuat miring untuk memudahkan metanol mengembun
jatuh tertampung ke reciever karena pengaruh dari gravitasi. Pada kondensor
terdapat koil pendingin yang digunakan untuk membantu mengembunkan
refrigeran.
d.

Unit Reciever
Unit berfungsi untuk menampung refrigeran yang telah berkondensasi dan

berubah menjadi refrigeran murni .
e.

Unit Evaporator
Unit ini berfungsi untuk tempat penampungan dari kondensat

yang

terbentuk, setelah sebelumnya ditampung dalam receiver. Pada unit ini terjadi
proses evaporasi. Dimana refrigeran akan menyerap panas dari heat exchanger
agar dapat berekspansi kembali ke generator.

Perkembangan Mesin Pendingin Adsorpsi
Perkembangan mutakhir di bidang refrigeran utamanya didorong oleh dua
masalah besar dalam lingkungan, yakni lubang ozon dan pemanasan global. Sifat
merusak ozon dimiliki oleh refrigeran utama yang digunakan yaitu CFCs (Chloro
Fluoro Carbons). (Molina dan Rowland 1974, diacu dalam Indartono 2006).
Setelah keberadaan lubang ozon dilapisan atmosfer diverisifikasi secara saintifik,
perjanjian internasional untuk mengatur dan melarang penggunaan zat-zat perusak

disepakati pada tahun 1987 yang terkenal dengan sebutan Protokol Montreal.
Penggunaan CFCs dan HCFCs (Hydro Chloro Fluoro Carbons) merupakan dua
refrigeran utama yang dijadwalkan untuk dihapuskan masing-masing pada tahun
1996 dan 2030 untuk negara – negara maju. Sedangkan untuk negara – negara
berkembang dijadwalkan untuk dihapus (phase- out) pada tahun 2010 (CFCs) dan
2040 (HCFCs) (Powell dalam Indartono, 2006). Pada tahun 1997, Protokol Kyoto
mengatur pembatasan dan pengurangan gas-gas penyebab rumah kaca, termasuk
HCFCs. Munculnya beberapa permasalahan pada refrigerasi siklus kompresi uap
dalam dekade belakangan ini membuat para peneliti berusaha memunculkan
sistem refrigerasi alternatif yang tidak mengandung permasalahan serupa.
Teknologi alternatif tersebut diantaranya adalah refrigerasi sistem adsorpsi
padatan (solid adsorption). Sistem adsorpsi padatan ini tidak menggunakan
refrigeran yang merusak ozon, serta bisa memanfaatkan matahari dan panas
buangan .
Teknik pendinginan adsorpsi merupakan salah satu pilihan dari metode
pendinginan yang dapat digunakan jika sumber listrik tidak ada dan sebagai
pengganti refrigeran yang tidak ramah lingkungan. Metode pendinginan ini
memerlukan sumber energi panas sebagai penghasil siklus pendinginan. Sumber
energi tersebut dapat diperoleh dari biomassa, energi radiasi surya, maupun panas
buangan.
Perkembangan mesin ini telah dikenal pada tahun 1980 sampai sekarang,
dimana M. Pons dan J.J. Guilleminot (1981) membuat alat mesin pendingin
dengan menggunakan pasangan Zeolit – air dan pasanganan karbon aktif –
metanol. Sokoda dan Suzuki (1984) dan Critoph et al (1988) melakukan studi
kinerja siklus adsorpsi untuk pendingin surya. Vichan Tangkengsirin et al (1997)
menggunakan pasangan silicagel – air dan sumber panas dari energi surya.
Siegfried Kreussler dan Detlef Bolz melakukan penelitian mesin pendingin
solar adsorpsi menggunakan zeolit dan air, diperoleh energi pendingin sebesar
350 kJ/kg zeolit dan COP 8 %. K Sumanthy (1999) melakukan percobaan alat
pendingin solar energi dengan pasangan karbon aktif – methanol, dan berhasil
membuat es sebanyak 4 kg/hari dengan luas kolektor 0,92 m2.

Hildrand C, Dind P., Pons M., Butchter F.(2001), melakukan penelitian
pada mesin pendingin menggunakan silica gel – water dengan sumber panas
kolektor surya dengan luas 2 m2 mendapatkan harga COP antara 0.10 sampai
0.25. Sedangkan Wang D.C, Xia Z.Z, Zhai H, Wang R.Z dan Dou W.D.(2005),
melakukan penelitian mesin pendingin adsorpsi menggunakan silica gel dan air,
diperoleh Kapasitas pendinginan dan COP sebesar 7,15 kW dan 0,38.
Beberapa penelitian pada sistem pendingin adsorpsi telah dilakukan di
laboratorium Energi dan Elektrifikasi, diantaranya oleh Aep et al, (2002) telah
melakukan penelitian mesin pendingin adsorpsi dengan menggunakan silicagel –
metanol dengan pembangkitan panas dari listrik, dari hasil penelitian dengan 3
kali pengujian dengan tekanan awal sebesar 5,4 kPa diperoleh temperatur
evaporator 10 °C dengan pemanasan pada generator sebesar 72°C. Pada saat
proses desorpsi yang berlangsung selama 7 jam, temperatur evaporator meningkat
menjadi 26 °C dengan lama proses selama 2 jam. Sedangkan pendinginan dengan
menggunakan beban pendinginan dan tekanan awal 0.11 kPa (0.88 mmHg) dan
suhu evaporator sebesar 24°C menurun menjadi 10°C dan terus meningkat karena
adanya beban pendinginan air pada chiller dan berlangsung selama 7 jam yang
mencapai 26°C. Pendinginan menghasilkan selisih 1.5 - 2°C perbedaan suhu yang
masuk dan keluar dari evaporator.
Selain itu penelitian untuk melihat kinerja alat pendingin adsorpsi juga
dilakukan oleh Setiono B, (2005) dimana hasil yang didapatkan menunjukkan
besaran temperatur di evaporator 9.7°C pada tekanan 26.1 torr (3.48 kPa) tanpa
menggunakan beban pendinginan, sedangkan dengan menggunakan beban
pendinginan didapatkan suhu evaporator sebesar 13.5°C pada tekanan 38.7 torr
(5.16 kPa) dan 13.4°C pada tekanan 45.1 torr (6.01 kPa). Pada percobaan yang
dilakukan ini berhasil menurunkan temperatur rata-rata 5°C. Tetapi pada
penelitian ini proses awal yang dilakukan adalah proses evaporasi-adsorpsi,
kemudian dilanjutkan dengan proses generasi-desorpsi.

Konsep Keseimbangan Energi, Eksergi dan Entropi
Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja, yaitu memindahkan
suatu benda dengan gaya N dan jarak tertentu (m) sehingga menghasilkan gerak,

dimana energi terdiri atas eksergi dan entropi. Eksergi adalah kualitas energi yang
digunakan untuk melakukan kerja. Sedangkan entropi adalah bagian dari energi
yang mengalami perubahan wujud energi dan tidak melakukan kerja.
Energi dan massa yang memasuki sistem sebagai kerja akan sama dengan
energi yang keluar dari sistem pada kondisi seimbang (steady state). Ini
merupakan konsep kekekalan energi dan massa (Hukum Thermodinamika I).

Gambar 2 Aliran energi, eksergi, dan entropi masuk dan keluar dari
sistem (Shukuya et al, 2002).
Energi yang masuk sistem sama dengan energi yang keluar sistem pada
kondisi steady berdasarkan hukum kekekalan energi. Sementara entropi yang
memasuki sistem lebih kecil dari pada entropi yang keluar dari sistem karena
entropi

yang

keluar

sistem

bertambah

dengan

adanya

pertumbuhan

entropi.menurut hukum peningkatan entropi. Sebaliknya eksergi yang memasuki
sistem lebih besar daripada eksergi yang keluar dari sistem, karena terjadi adanya
kehilangan dan kehancuran eksergi yang dikonsumsi oleh peningkatan entropi.

Keseimbangan Eksergi
Menurut Kaidah Termodinamika II, setiap proses nyata berlangsung
secara irreversible (tidak mampu balik). Melalui kaidah tersebut dapat diketahui
terjadinya perubahan mutu energi, yang diukur dengan parameter eksergi.
Penggunaan energi dalam suatu proses akan selalu menyebabkan penurunan mutu,

atau dengan kata lain terjadinya penurunan eksergi sebagai akibat dari
ketidakmampu-balikan proses (Bejan, 1996).
Analisis eksergi dapat dilakukan dengan mengembangkan model
keseimbangan eksergi berdasarkan model fisik sistem termal yang dipelajari.
Dengan memanfaatkan konsep-konsep yang dikembangkan pada kaidah-kaidah
termodinamika pertama dan kedua, keseimbangan eksergi untuk sistem tertutup
dikembangan dengan menggabungkan

persamaan keseimbangan energi dan

keseimbangan entropi pada sistem tersebut (Cengel, 2005). Konsep kekekalan
energi merupakan persamaan awal yang mendasari keseimbangan eksergi, dimana
energi masuk sama dengan jumlah energi yang diserap ( energy stored ) dan
energi yang keluara sistem.
(energy input) = (energy stored) + (energy output)
Dengan anggapan kondisi steadi, sehingga tidak ada energi yang diserap sistem
maka persamaan diatas dapat disederhanakan menjadi :
(energy input ) = (energy output)
Selanjutnya persamaan keseimbangan entropi sistem dinyatakan dengan
persamaan berikut :
(entropy input) + (entropy generated) = (entropy stored) + (entropy output)
Dengan asumsi kondisi steadi sehingga tidak ada entropi yang diserap (entropy
stored) sebagaimana tidak ada energi yang diserap (energy stored), maka
persamaan keseimbangan entropi disederhanakan menjadi :
(entropy input) + (entropy generated) = (entropy output)
Dimana entropi adalah J/K (atau W/K) dan energi adalah J (atau W).
Kombinasi keseimbangan energi dan entropi menghasilkan persamaan
keseimbangan sebagai berikut :
(Exergy input ) – (Exergy consumed) = (Exergy output)
Persamaan keseimbangan eksergi ini pada kondisi tidak steady. Eksergi
yang dikonsumsi sebanding dengan produksi entropi pada suhu keseimbangan
lingkungan.
(Exergy Consumed ) = (Environmental temperature ) x ( Entropy Generated)

Persamaan perubahan eksergi juga dapat diperoleh dari selisih keseimbangan
entropi yang dikalikan dengan suhu lingkungan ( T0) terhadap keseimbangan
energi.
(Perubahan eksergi ) = (balans Energi ) – (T0) x (balans Entropi)

LANDASAN TEORI
Model Persamaan Termodinamika Siklus Adsorpsi Kondisi Steady
Menurut Gillet (1982), diacu dalam Setiono (2005) , untuk mempelajari
sistem ada dua alternatif yang dapat dilakukan. Pertama dengan mempelajari
sistem aktual itu sendiri dan yang kedua dengan membentuk model dari sistem
dan mempelajari melalui model tersebut. Model diperlukan untuk memahami
suatu keadaan atau sistem yang rumit. Model dalam arti luas merupakan suatu
konsep yang menggambarkan sistem sebenarnya. Untuk melakukan penelitian
terhadap sistem, kita dapat meneliti suatu model. Hal ini akan mengurangi resiko
kegagalan, menghemat biaya dan waktu.
Kompleksitas

dan

sulitnya

pengendalian

keadaan

sebenarnya

menyebabkan penggunaan model menjadi sangat bermanfaat

(efektif).

Keuntungan dari model adalah lebih sederhana dibandingkan dengan keadaan
sebenarnya, selain itu model masih dapat dipergunakan untuk memprediksi dan
menerangkan fenomena-fenomena dengan ketepatan cukup tinggi. Suatu model
dikatakan baik apabila dapat meramalkan efek perubahan dalam sistem.
Dalam simulasi ini nilai hubungan antara adsorben dan adsorbate dapat
dilihat dari grafik P-T-X yang dikembangkan oleh Kamaruddin, et al (2005).
Dalam simulasi ini dicoba dicari dari persamaan empirik untuk pendekatan
hubungan antara tekanan (P), konsentrasi (X) dan suhu adsorben (T) dalam
berbagai variasi. Pembuatan persamaan tersebut berdasarkan data dan grafik
Oetler (1997). Persamaan empirik yang dibuat didapatkan juga dari fitting curve
sifat metanol.

T ⎞
⎛
X (T , Ts ) = A(T ) exp⎜ B(T ) ⎟
Ts ⎠
⎝

..............................................................................(1)

dimana :
T = suhu dari adsorben (K)
Ts = suhu jenuh dari refrigeran/adsorbat (K)

A (T) dan B (T) variabel yang merupakan fungsi suhu dari adsorben. Lebih lanjut
koefisien dari persamaan 1 ditentukan sebagai berikut :
Koefisien A dinyatakan oleh :
A(T ) = a1

⎛ a2 ⎞
⎜ ⎟
.e ⎝ T ⎠ ...................................................................................................(2)

dimana :
a1 = 1.45E-9
b1 = 7568.5352
Koefisien B dinyatakan oleh :
B(T)= a2T+b2(T)+c2(T)2+d2(T)3+e2(T)4+f2(T)5 .................................................. (3)
dimana :
a2 =-18929.136

d2 = 0.004525

b2 = 273.8533

e2 = -6.46E-06

c2 = -1.57816

f2 = 3.6649E-09

Dari persamaan diatas kemudian dikembangkan untuk dapat menghitung
persamaan persamaan lainnya.
Pendugaan suhu Tg1 dan Ta1

Pendugaan suhu ini diperlukan agar dapat menggambarkan grafik P-T-X
siklus kerja mesin pendingin adsorpsi. Berdasarkan asumsi dari grafik P-T-X,
maka :
X (Tg 1 , Tc ) = X (Ta 2 , Te) .............................................................................. (4)
X (Tg 2 , Tc ) = X (Ta1 , Te) ................................................................................ (5)

Dari persamaan (1), maka :
Tg ⎞
⎛
X (Ta 2 , Te) = A(T ) exp⎜ B(T ) 1 ⎟ .............................................................. (6)
Tc ⎠
⎝

Tg ⎞
⎛
X (Ta1 , Te) = A(T ) exp⎜ B(T ) 2 ⎟ ............................................................... (7)
Tc ⎠
⎝
sehingga :
Tg1 =

⎛ X (Ta 2 , Te) ⎞
Tc
⎟ .................................................................... (8)
. ln⎜⎜
B(Tg1 ) ⎝ A(Tg1 ) ⎟⎠

Ta1 =

⎛ X (Tg 2 , Tc) ⎞
Te
⎟ .................................................................... (9)
. ln⎜⎜
B(Tg 2 ) ⎝ A(Tg 2 ) ⎟⎠

Dari hubungan antara tekanan (P) dengan suhu jenuh refrigeran (Ts)
berlaku persamaan Clausius – Clapeyron :

ln( P) = A −

C
............................................................................................. (10)
Ts

Dari hubungan tekanan jenuh dan suhu jenuh metanol didapat fitting curve
sebagai berikut :
ln(P) = 25.169647 – 4650.2884(1/Ts).......................................................... (11)
Maka suhu Tg1dan Ta1 dapat dicari dengan memprediksi suhu adsorben
(generator ) dengan mengetahui tekanan jenuh pada kondensor :
⎞⎤ ⎤
⎛
C
⎛
⎞ ⎡ ⎡
C
⎟⎟⎥ ⎥
⎜⎜
⎟⎟ ⎢ X ⎢Ta 2 ⎜⎜
⎝ A − ln( P) ⎠⎦ ⎥
⎝ A − ln( P) ⎠ ⎢ ⎣
T 12( P) =
ln ⎢
⎥ ........................................ (12)
A(Ta 2)
B(Ta 2 )
⎢
⎥
⎢⎣
⎥⎦
⎞⎤ ⎤
⎛
C
⎞ ⎡ ⎡
⎛
C
⎟⎟⎥ ⎥
⎟⎟ ⎢ X ⎢Ta 2 ⎜⎜
⎜⎜
⎝ A − ln( P) ⎠⎦ ⎥
⎝ A − ln( P) ⎠ ⎢ ⎣
T 34( P) =
ln ⎢
⎥ ........................................ (13)
A(Tg 2)
B(Tg 2 )
⎢
⎥
⎢⎣
⎥⎦

MODEL PINDAH PANAS GENERATOR DESORPSI

Gambar 3 Model fisik di Generator Desorpsi.

1. Kesetimbangan Massa (mass balance)
Proses desorpsi di generator (pelepasan methanol dari silicagel)
membutuhkan energi (Qin) yang diperoleh dari aliran air panas dari dua
arah,masing masing dari disisi luar dan dalam generator (gambar 1), sedangkan
perubahan massa didalam ruang silica gel - methanol untuk kondisi unsteady
dapat dinyatakan dalam bentuk persamaan :
mi − me = Δm system → − me = (m2 − m1 ) CV atau me = (m1 − m2 ) CV ......... (14)

2. Kesetimbangan Energi (energy balance)
Untuk mengembangkan model matematik pindah panas dari air ke
silikagel-metanol selama proses desorpsi, dapat didekati dengan hukum pertama
termodinamik tentang kesetimbangan energi di generator, dengan asumsi kondisi
aliran methanol tidak tunak (unsteady flow). Hal ini disebabkan karena proses
desorpsi diikuti dengan proses kondensasi secara serempak, sehingga laju
penguapan methanol bekerja pada tekanan konstan.
Proses pindah panas dari air ke silicagel-metanol akan mengakibatkan
peningkatan suhu pada silika gel yang diikuti dengan kenaikan suhu metanol
(sensible heat) dan pelepasan methanol dari silicagel (latent heat). Silika gel-

metanol menerima panas dari dua arah secara

melingkar yang terdiri dari

selubung pipa air bagian luar dan selubung pipa air bagian dalam, sehingga panas
dipindahkan dari air ke dinding pipa secara konveksi paksa, dalam dinding pipa
secara konduksi, dan dari dinding pipa luar ke silakagel berlangsung secara
konduksi. Mengingat dinding pipa yang tipis (ketebalan 2 mm), maka tahahan
termalnya dapat diabaikan. Model matematika tersebut dapat didekati dengan
bentuk persamaan :

{Energi air masuk − Energi air keluar}SL + {Energi air masuk − Energi air keluar}SD
{Perubahan Energi dalam Silikagel − methanol}sistem

{E

{(Q
{(Q

w1,in

in
in

=

− E w1,out } + {E w 2,in − E w 2,out } = ΔE sistem ........................................................(15)

+ Win + ∑ mθ ) − (Q out + W out + ∑ mθ )}SD +

+ Win + ∑ mθ ) − (Q out + W out + ∑ mθ )}SL = ΔE sistem

Dengan asumsi energi potensial, energi kinetik, energi masuk, dan kerja mekanik
sama dengan nol, maka persamaan menjadi

0 = (∑ mh )out , SL + (∑ mh )out , SD − (∑ mh )in ,SL − (∑ mh )in , SD + ΔE sistem
0 = (∑ mh )w1,out + (∑ mh )w 2,out − (∑ mh )w1,in − (∑ mh )w 2,in + ΔE Silicagel − MeOH −Gen.

− (∑ mh )w1,out − (∑ mh )w 2,out + (∑ mh )w1,in + (∑ mh )w2,in = ΔE Silicagel − MeOH −Gen.
Panas yang digunakan untuk memanaskan Silicagel
Tsg 2

Q1 =

∫m

sg

Cpsg dT ........................................................................................(16)

Tsg 1

Panas sensibel Generator
Tg 1

Q2 =

∫ m Cp dT ..........................................................................................(17)
g

g

Tg 2

Panas yang diperlukan MeOH dari kondisi cair menjadi uap
Tmet , 2

Tsat

Q3 =

∫m

met , f

Cp met ,l dT + mmet ,uap Δh fg +

Tmet ,1

Energi yang dibutuhkan selama proses desorpsi

∫m

Tsat

met ,uap

Cp met ,uap dT ....................(18)

E sist = Q1 + Q2 + Q3
Tsg 2

E sist =

∫m

Tg 2
sg

Cp sg dT +

Tsg 1

∫m

Tsat
g

Cp g dT +

Tg 1

∫m

met , f

Cp met ,l dT +

Tmet ,1

Tmet , 2

m met ,uap Δ h fg +

∫m

met , uap

...................(19)

Cp met ,uap dT

Tsat

E sist = m sg Cp sg (Tsg 2 − Tsg1 ) + m g Cp g (Tg 2 − Tg1 ) + mmet , f Cp met , f (Tsat − Tmet ,1 ) +
mmet ,uap Δh fg + mmet ,uap Cp met ,uap (Tmet , 2 − Tsat )
.......................................................................................................................(20)
Sehingga kesetimbangan energi (energy balance) di generator pada saat desorpsi
adalah :

(mCp )w,1 (Tw1,out

− Tw1,in ) + (mCp )w, 2 (Tw 2,out − Tw 2,in ) = m sg Cp sg (Tsg 2 − Tsg1 ) +

m g Cp g (T g 2 − T g1 ) + m met , f Cp met , f (Tsat − Tmet ,1 ) + m met ,uap Δh fg +
m met ,uap Cp met ,uap (Tmet , 2 − Tsat )
....................................................................................................................(21)

3. Kesetimbangan Entropi (entropy balance)
⎛ Total ⎞ ⎛ Total ⎞ ⎛ Total
⎞ ⎛ Perubahan ⎞
⎜
⎟ ⎜
⎟ ⎜
⎟ ⎜
⎟
⎜ Entropi ⎟ − ⎜ Entropi ⎟ + ⎜ Entropi
⎟ = ⎜ Entropi ⎟
⎜ masuk ⎟ ⎜ keluar ⎟ ⎜ pembentukan ⎟ ⎜ sistem
⎟
⎝
⎠ ⎝
⎠ ⎝
⎠ ⎝
⎠

S in − S out + S gen = ΔS sistem

⎛ dQ ⎞
S in − S out + S gen = ΔS sistem = S 2 − S1 = ∫ ⎜
⎟
T ⎠
1⎝
2

Tw1, out

∫ (mCp) w,1

Tw1,in
Tg 2

∫ m g Cp g

Tg 1

dT
+
T

Tsat

met ,uap

∫ (mCp) w,2

Tw 2 ,in

Tsg 2

dT
dT
+ S gen = ∫ m sg Cp sg
+
T
T
Tsg 1

Tsat
d (Δh fg )
dT
dT
+ ∫ mmet , f Cp met ,l
+ mmet ,uap
+
T Tmet ,1
T
T

Tmet , 2

∫m

Tw 2 , out

Cp met ,uap

dT
T

m w,1Cp w,1 ln
m g Cp g ln

Tw1,out
Tw1,in

Tg 2
Tg1

+ m w, 2 Cp w, 2 ln

+ mmet , f Cp met , f ln

mmet ,uap Cp met ,uap ln

Tw 2,out

+ S gen = m sg Cp sg ln

Tw 2,in

Tsg 2
Tsg1

⎡ Δh ⎤
Tsat
+ mmet ,uap ⎢ met ⎥ +
Tmet1
⎣ Tmet ⎦

+
.............(22)

Tmet , 2
Tsat

sedangkan pertumbuhan entropi (entropy generation) adalah

S gen = msg Cpsg ln

Tsg 2
Tsg1

+ mg Cpg ln

Tg 2
Tg1

+ mmet, f Cpmet, f ln

Tsat
+
Tmet1

Tmet,2
⎡Δh ⎤
−
mmet,uap ⎢ met ⎥ + mmet,uapCpmet,uap ln
Tsat
⎣ Tmet ⎦
mw,1Cpw,1 ln

Tw1,out
Tw1,in

− mw,2Cpw,2 ln

..................(23)

Tw2,out
Tw2,in

4. Kesetimbangan Eksergi (exergy balance)
Penerapan kesetimbangan eksergi selama proses desorpsi pada generator
dengan menggunakan pendekatan volume atur (control volume) untuk fluida air
pemanas, methanol-silikagel dan generator. Kondisi aliran air pemanas
berlangsung secara tunak (steady), sedangkan kondisi pergerakan methanol dari
silikagel berlangsung pada tekanan konstan yang diikuti dengan proses
kondensasi. Kesetimbangan eksergi dari proses diatas dapat dinyatakan dengan :
⎛ Total ⎞ ⎛ Total ⎞ ⎛ Total
⎞ ⎛ Perubahan ⎞
⎜
⎟ ⎜
⎟ ⎜
⎟ ⎜
⎟
⎜ Eksergi ⎟ − ⎜ Eksergi ⎟ − ⎜ Eksergi
⎟ = ⎜ Eksergi ⎟
⎜ masuk ⎟ ⎜ keluar ⎟ ⎜ pemusnahan ⎟ ⎜ sistem
⎟
⎝
⎠ ⎝
⎠ ⎝
⎠ ⎝
⎠

X in − X out − X destroyed = ΔX sistem
Sehingga persamaan kesetimbangan eksergi, menjadi :

(mCp )w,1 (Tw1,out − Tw1,in ) + (mCp )w, 2 (Tw2,out − Tw 2,in ) −
T0 m w,1Cp w,1 ln

Tw1,out
Tw1,in

− m w, 2 Cp w, 2 ln

Tw 2,out
Tw 2,in

− T0 S gen =

m sg Cp sg (Tsg 2 − Tsg1 ) + m g Cp g (Tg 2 − Tg