Uji Performansi Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi Bertenaga Surya dengan Luas Kolektor 1 m2 Kemiringan 30o Menggunakan Karbon Aktif -Metanol Sebagai Pasangan Adsorben-Adsorbat
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat ini dunia internasional dipermasalahkan oleh terjadinya global warming
akibat permukaan bumi tidak terlindungi lagi dari radiasi langsung sinar
ultraviolet matahari karena rusaknya dan semakin menipisnya lapisan ozon. Salah
satu perusak lapisan ozon tersebut adalah penggunaan fluorocarbon (CFC, HCFC,
HFC) sebagai refrigeran dalam bidang pendinginan. Penolakan terhadap
penggunaan fluorocarbon telah tertuang dalam konvensi Wina dan Protokol
Montreal 1987, yang mewajibkan penghentian produksi dan penggunaan
refrigeran fluorocarbon. Selain itu permasalahan besar lain yang terjadi adalah
peningkatan konsumsi energi di dunia yang menyebabkan krisis energi. Hal ini
ditandai dengan meningkatnya harga minyak dunia, menunjukkan semakin
menipisnya cadangan bahan bakar fosil terutama minyak bumi.
Melihat dampak yang berkepanjangan dari pemakaian refrigeran (freon) dan
terjadinya krisis energi maka diperlukan suatu langkah mencari terobosan baru
teknologi pendinginan alternatif yang mampu meningkatkan keamanan dan secara
ekonomis lebih murah dan mudah didapatkan. Setiap orang berhak berkontribusi
dalam tujuan ini, terutama para engineer yang terlibat langsung di bidang
refrigeration. Salah satu sistem pendinginan yang bisa dijadikan alternatif adalah
sistem pendinginan siklus adsorpsi. Pendinginan secara adsorpsi mempunyai
karakteristik tersendiri dimana sistem kompresor mekanik yang digunakan seperti
pada Siklus Kompresi Uap (SKU) akan digantikan dengan sistem adsorpsi yang
1
Universitas Sumatera Utara
memerlukan sumber energi panas untuk menghasilkan siklus pendinginan. Tentu
teknik pendinginan alternatif ini mengacu pada permasalahan teknologi sekarang
karena teknik pendingin siklus adsorpsi memiliki beberapa keunggulan yaitu
ramah lingkungan karena refrigeran yang digunakan tidak berbahaya terhadap
lingkungan. Selain itu sistem ini memerlukan pemakaian sumber listrik yang
kecil. Teknik pendinginan ini lebih memerlukan sumber energi panas untuk
menjalankan siklus pendinginan. Salah satu sumber energi tersebut adalah energi
matahari/surya.
Sebelumnya teknologi pendinginan dengan siklus adsorpsi ini sudah pernah
dilakukan oleh beberapa peneliti. Misalnya penelitian internasional yang
dilakukan oleh M.Pons dan J.J.Guillminot tahun 1986 di Orsay, Prancis, dengan
mnggunakan karbon aktif-metanol sebagai pasangan adsorben-adsorbatnya. Luas
bidang penyerapan kolektor adalah 6 m2 diisi dengan 130 kg karbon aktif dan
metanol sebanyak 18 kg diklaim dapat menghasilkan 30-35 kg es per hari
tergantung intensitas radiasi mataharinya.[1]
Di Indonesia sendiri, potensi energi surya tersebut sangat mungkin untuk
dimanfaatkan. Letak Indonesia yang berada pada daerah khatulistiwa, yaitu pada
lintang 6oLU - 11oLS dan 95oBT – 141oBT, dan dengan memperhatikan peredaran
surya dalam setahun yang berada pada daerah 23,5 o LU dan 23,5o LS
menyebabkan Indonesia akan selalu disinari surya selama 10 - 12 jam dalam
sehari.[2] Menurut data buku putih energi Indonesia (2006), diperkirakan rata-rata
intensitas radiasi matahari yang jatuh pada wilayah permukaan Indonesia sekitar
4,8 kWh/m2 setiap harinya.[3]
Dengan melihat potensi dan catatan tersebut, penulis termotivasi untuk
2
Universitas Sumatera Utara
melakukan penelitian guna memanfaatkan energi surya tersebut sebagai sumber
energi panas pada sistem pendingin siklus adsorpsi. Penelitian ini nantinya
diharapkan dapat memberi gambaran awal sejauh mana teknologi pendinginan ini
dapat diaplikasikan di masyarakat Indonesia terutama di pedalaman dimana
pasokan energi listriknya masih terbatas.
1.2 Tujuan Penelitian
1.2.1 Tujuan Umum
a. Secara umum penelitian ini bertujuan untuk membuat dan menguji
mesin pendingin siklus adsorpsi bertenaga surya dengan menggunakan
karbon aktif-metanol sebagai pasangan adsorben-adsorbat nya.
b. Memberi gambaran awal sejauh mana potensi mesin pendingin siklus
adsorpsi dapat diaplikasikan di Indonesia, khususnya di daerah Medan.
1.2.2 Tujuan Khusus
a. Mengetahui temperatur pendinginan air minimum.
b. Mengetahui volume adsorpsi metanol oleh karbon aktif.
c. Mengetahui koefisien performansi (COP) dari mesin pendingin siklus
adsorpsi bertenaga surya.
d. Mengetahui korelasi antara intensitas radiasi matahari, kelembapan
udara dan temperatur lingkungan terhadap kinerja mesin pendingin
siklus adsorpsi bertenaga surya.
3
Universitas Sumatera Utara
e. Mendapatkan
persamaan
koefisien
performansi
(COP)
mesin
pendingin siklus adsorpsi sebagai fungsi dari intensitas radiasi
matahari, kelembapan udara dan temperatur lingkungan.
1.3 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini penulis membatasi bidang penelitian pada beberapa hal
sebagai berikut:
1. Pengujian dilakukan di kota Medan, Sumatera Utara dengan letak
astronomis 3° 30' LU – 3° 43' LU dan 98° 35' BT - 98° 44' BT.
2. Kolektor yang digunakan adalah tipe pelat datar dengan luas permukaan
absorber 1 m2 dan diatur pada kemiringan 30o ke arah timur.
3. Adsorben yang digunakan adalah karbon aktif biasa/teknis yang berasal
dari batok kelapa sebanyak 25 kg.
4. Refrigeran/adsorbat yang dipakai adalah metanol pro-analis (purity
99,95%) sebanyak 5 liter.
5. Media yang didinginkan adalah air dengan volume 4 liter.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian pada skripsi ini adalah sebagai berikut:
1. Memberikan alternatif lain dari mesin pendingin yang hemat energi dan
ramah lingkungan.
2. Sebagai wacana dan pendukung untuk penelitian selanjutnya mengenai
mesin pendingin bertenaga surya terutama dari segi luas kolektor dan
kemiringan sudut kolektor.
4
Universitas Sumatera Utara
3. Memberikan gambaran dan pengetahuan kepada masyarakat bahwa
matahari merupakan salah satu sumber energi yang dapat digunakan dan
dapat diaplikasikan pada mesin pendingin.
4. Dengan direncanakannya dan dibuatnya alat ini diharapkan nantinya dapat
dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat dengan tujuan
menghemat penggunaan energi listrik.
1.5 Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran secara singkat dan mempermudah pembaca
memahami skripsi ini maka penulis menyusunnya secara sistematis yang dibagi
ke dalam beberapa bab yaitu:
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi tentang latar belakang penelitian dan dilanjutkan dengan
tujuan penelitian, batasan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan
skripsi ini.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini menjelaskan tentang ulasan teori-teori yang berhubungan
dengan penelitian skripsi ini baik dari teori dasar maupun teori penunjang lainnya.
Dasar teori didapatkan dari berbagai sumber, diantaranya berasal dari buku-buku
pedoman, jurnal, paper, tugas akhir, e-book, dan e-news.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini akan membahas mengenai metode yang akan digunakan untuk
menyelesaikan penulisan skripsi. Pada bab ini juga akan dibahas mengenai
5
Universitas Sumatera Utara
langkah-langkah penelitian, bahan dan alat yang digunakan serta prosedur
pengujiannya.
BAB IV ANALISA DATA
Bab ini membahas dan menampilkan data dalam bentuk tabel dan grafik dan
menganalisanya sesuai dengan tujuan awal penulisan skripsi ini.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan dan
saran-saran yang bersifat membangun serta mendukung penelitian selanjutnya.
DAFTAR PUSTAKA
Berisi seluruh referensi yang digunakan dalam penelitian untuk penyusunan
skripsi ini.
LAMPIRAN
Lampiran berisikan data hasil penelitian yang didapatkan dan data-data
pendukung lainnya.
6
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat ini dunia internasional dipermasalahkan oleh terjadinya global warming
akibat permukaan bumi tidak terlindungi lagi dari radiasi langsung sinar
ultraviolet matahari karena rusaknya dan semakin menipisnya lapisan ozon. Salah
satu perusak lapisan ozon tersebut adalah penggunaan fluorocarbon (CFC, HCFC,
HFC) sebagai refrigeran dalam bidang pendinginan. Penolakan terhadap
penggunaan fluorocarbon telah tertuang dalam konvensi Wina dan Protokol
Montreal 1987, yang mewajibkan penghentian produksi dan penggunaan
refrigeran fluorocarbon. Selain itu permasalahan besar lain yang terjadi adalah
peningkatan konsumsi energi di dunia yang menyebabkan krisis energi. Hal ini
ditandai dengan meningkatnya harga minyak dunia, menunjukkan semakin
menipisnya cadangan bahan bakar fosil terutama minyak bumi.
Melihat dampak yang berkepanjangan dari pemakaian refrigeran (freon) dan
terjadinya krisis energi maka diperlukan suatu langkah mencari terobosan baru
teknologi pendinginan alternatif yang mampu meningkatkan keamanan dan secara
ekonomis lebih murah dan mudah didapatkan. Setiap orang berhak berkontribusi
dalam tujuan ini, terutama para engineer yang terlibat langsung di bidang
refrigeration. Salah satu sistem pendinginan yang bisa dijadikan alternatif adalah
sistem pendinginan siklus adsorpsi. Pendinginan secara adsorpsi mempunyai
karakteristik tersendiri dimana sistem kompresor mekanik yang digunakan seperti
pada Siklus Kompresi Uap (SKU) akan digantikan dengan sistem adsorpsi yang
1
Universitas Sumatera Utara
memerlukan sumber energi panas untuk menghasilkan siklus pendinginan. Tentu
teknik pendinginan alternatif ini mengacu pada permasalahan teknologi sekarang
karena teknik pendingin siklus adsorpsi memiliki beberapa keunggulan yaitu
ramah lingkungan karena refrigeran yang digunakan tidak berbahaya terhadap
lingkungan. Selain itu sistem ini memerlukan pemakaian sumber listrik yang
kecil. Teknik pendinginan ini lebih memerlukan sumber energi panas untuk
menjalankan siklus pendinginan. Salah satu sumber energi tersebut adalah energi
matahari/surya.
Sebelumnya teknologi pendinginan dengan siklus adsorpsi ini sudah pernah
dilakukan oleh beberapa peneliti. Misalnya penelitian internasional yang
dilakukan oleh M.Pons dan J.J.Guillminot tahun 1986 di Orsay, Prancis, dengan
mnggunakan karbon aktif-metanol sebagai pasangan adsorben-adsorbatnya. Luas
bidang penyerapan kolektor adalah 6 m2 diisi dengan 130 kg karbon aktif dan
metanol sebanyak 18 kg diklaim dapat menghasilkan 30-35 kg es per hari
tergantung intensitas radiasi mataharinya.[1]
Di Indonesia sendiri, potensi energi surya tersebut sangat mungkin untuk
dimanfaatkan. Letak Indonesia yang berada pada daerah khatulistiwa, yaitu pada
lintang 6oLU - 11oLS dan 95oBT – 141oBT, dan dengan memperhatikan peredaran
surya dalam setahun yang berada pada daerah 23,5 o LU dan 23,5o LS
menyebabkan Indonesia akan selalu disinari surya selama 10 - 12 jam dalam
sehari.[2] Menurut data buku putih energi Indonesia (2006), diperkirakan rata-rata
intensitas radiasi matahari yang jatuh pada wilayah permukaan Indonesia sekitar
4,8 kWh/m2 setiap harinya.[3]
Dengan melihat potensi dan catatan tersebut, penulis termotivasi untuk
2
Universitas Sumatera Utara
melakukan penelitian guna memanfaatkan energi surya tersebut sebagai sumber
energi panas pada sistem pendingin siklus adsorpsi. Penelitian ini nantinya
diharapkan dapat memberi gambaran awal sejauh mana teknologi pendinginan ini
dapat diaplikasikan di masyarakat Indonesia terutama di pedalaman dimana
pasokan energi listriknya masih terbatas.
1.2 Tujuan Penelitian
1.2.1 Tujuan Umum
a. Secara umum penelitian ini bertujuan untuk membuat dan menguji
mesin pendingin siklus adsorpsi bertenaga surya dengan menggunakan
karbon aktif-metanol sebagai pasangan adsorben-adsorbat nya.
b. Memberi gambaran awal sejauh mana potensi mesin pendingin siklus
adsorpsi dapat diaplikasikan di Indonesia, khususnya di daerah Medan.
1.2.2 Tujuan Khusus
a. Mengetahui temperatur pendinginan air minimum.
b. Mengetahui volume adsorpsi metanol oleh karbon aktif.
c. Mengetahui koefisien performansi (COP) dari mesin pendingin siklus
adsorpsi bertenaga surya.
d. Mengetahui korelasi antara intensitas radiasi matahari, kelembapan
udara dan temperatur lingkungan terhadap kinerja mesin pendingin
siklus adsorpsi bertenaga surya.
3
Universitas Sumatera Utara
e. Mendapatkan
persamaan
koefisien
performansi
(COP)
mesin
pendingin siklus adsorpsi sebagai fungsi dari intensitas radiasi
matahari, kelembapan udara dan temperatur lingkungan.
1.3 Batasan Masalah
Dalam penelitian ini penulis membatasi bidang penelitian pada beberapa hal
sebagai berikut:
1. Pengujian dilakukan di kota Medan, Sumatera Utara dengan letak
astronomis 3° 30' LU – 3° 43' LU dan 98° 35' BT - 98° 44' BT.
2. Kolektor yang digunakan adalah tipe pelat datar dengan luas permukaan
absorber 1 m2 dan diatur pada kemiringan 30o ke arah timur.
3. Adsorben yang digunakan adalah karbon aktif biasa/teknis yang berasal
dari batok kelapa sebanyak 25 kg.
4. Refrigeran/adsorbat yang dipakai adalah metanol pro-analis (purity
99,95%) sebanyak 5 liter.
5. Media yang didinginkan adalah air dengan volume 4 liter.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat penelitian pada skripsi ini adalah sebagai berikut:
1. Memberikan alternatif lain dari mesin pendingin yang hemat energi dan
ramah lingkungan.
2. Sebagai wacana dan pendukung untuk penelitian selanjutnya mengenai
mesin pendingin bertenaga surya terutama dari segi luas kolektor dan
kemiringan sudut kolektor.
4
Universitas Sumatera Utara
3. Memberikan gambaran dan pengetahuan kepada masyarakat bahwa
matahari merupakan salah satu sumber energi yang dapat digunakan dan
dapat diaplikasikan pada mesin pendingin.
4. Dengan direncanakannya dan dibuatnya alat ini diharapkan nantinya dapat
dikembangkan untuk memenuhi kebutuhan masyarakat dengan tujuan
menghemat penggunaan energi listrik.
1.5 Sistematika Penulisan
Untuk memberikan gambaran secara singkat dan mempermudah pembaca
memahami skripsi ini maka penulis menyusunnya secara sistematis yang dibagi
ke dalam beberapa bab yaitu:
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini berisi tentang latar belakang penelitian dan dilanjutkan dengan
tujuan penelitian, batasan penelitian, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan
skripsi ini.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Pada bab ini menjelaskan tentang ulasan teori-teori yang berhubungan
dengan penelitian skripsi ini baik dari teori dasar maupun teori penunjang lainnya.
Dasar teori didapatkan dari berbagai sumber, diantaranya berasal dari buku-buku
pedoman, jurnal, paper, tugas akhir, e-book, dan e-news.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Bab ini akan membahas mengenai metode yang akan digunakan untuk
menyelesaikan penulisan skripsi. Pada bab ini juga akan dibahas mengenai
5
Universitas Sumatera Utara
langkah-langkah penelitian, bahan dan alat yang digunakan serta prosedur
pengujiannya.
BAB IV ANALISA DATA
Bab ini membahas dan menampilkan data dalam bentuk tabel dan grafik dan
menganalisanya sesuai dengan tujuan awal penulisan skripsi ini.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisi tentang kesimpulan dari penelitian yang telah dilakukan dan
saran-saran yang bersifat membangun serta mendukung penelitian selanjutnya.
DAFTAR PUSTAKA
Berisi seluruh referensi yang digunakan dalam penelitian untuk penyusunan
skripsi ini.
LAMPIRAN
Lampiran berisikan data hasil penelitian yang didapatkan dan data-data
pendukung lainnya.
6
Universitas Sumatera Utara