Rancang Bangun Mesin Pendingin Tenaga Surya Dengan Luas Kolektor 0,25 M2

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. Sistem Mesin Pendingin Adsorpsi Sistem pendinginan adsorpsi mirip dengan siklus pendinginan kompresi

  uap. Perbedaan utama kedua siklus tersebut adalah gaya yang menyebabkan terjadinya perbedaan 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 adsorben dan generator bertekanan rendah, tekanan ditingkatkan dengan pompa dan pemberian panas di generator sehingga adsorben dan generator dapat menggantikan fungsi kompresor secara mutlak kompresi tersebut, sistem pendingin adsorpsi memerlukan masukan energi panas. seperti yang dapat kita lihat pada gambar 2.1 Proses pemanasan kolektor dengantenaga surya.

Gambar 2.1. Proses Pemanasan Kolektor dengan tenaga surya 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 yangmenggunakan energi komersial. Komponen utama mesin pendingin adsorpsi adalah kolektor, kondensor, dan evaporator.

2.2. Adsorben

  Kebanyakan zat pengadsorpsi atau adsorben adalah bahan-bahan yang sangat berpori, dan adsorpsi berlangsung terutama pada dinding-dinding pori atau pada daerah tertentu di dalam partikel itu. Karena pori-pori adsorben biasanya sangat kecil maka luas permukaan dalamnya menjadi beberapa kali lebih besar dari permukaan luar. Adsorben yang telah jenuh dapat diregenerasi agar dapat digunakan kembali untuk proses adsorpsi. Karbon aktif yang merupakan contoh dari adsorpsi, yang biasanya dibuat dengan cara membakar tempurung kelapa atau kayu dengan persediaan udara yang terbatas. Tiap partikel adsorben dikelilingi oleh molekul yang diserap karena terjadi interaksi tarik menarik.

  Unjuk Kerja Adsorben

  Adsorben dipandang sebagai suatu adsorben yang baik untuk adsorpsi dilihat dari sisi waktu. Lama operasi terbagi menjadi dua, yaitu waktu penyerapan hingga komposisi diinginkan dan waktu regenerasi / pengeringan adsorben. Makin cepat dua varibel tersebut, berarti makin baik unjuk kerja adsorben tersebut.

  Penggolongan Adsorben

   Berdasarkan Sifatnya Terhadap Air Adsorben merupakan bahan yang digunakan untuk menyerap komponen dari suatu campuran yang ingin dipisahkan. Secara umum, hal yang mempengaruhi kinerja adsorben adalah struktur kristalnya (zeolit dan silikat) dan sifat dari molekuladsorben tersebut. Zeolit dalam jumlah yang banyak telah ditemukan baik dalam bentuk sintetis ataupun alami. Berikut adalah klasifikasi umum adsorber. dapat kita lihat pada tabel 2.1 Penggolongan Adsorben berdasarkan kemampuan menyerap air

Tabel 2.1 Penggolongan adsorben berdasarkan kemampuan menyerap air

  Jenis Penyusun Struktur Hidrofobik Polimer Karbon Aktif Moleculer sieve Karbon

  Silikat Hidrofolik Silika Gel Zeeolit : 3A(KA),

  4A(NaA), 5A(CaA),

  13X(NaX) Mordenite, Chabazite, dll

   Berdasarkan Bahannya Klasifikasi adsorben berdasarkan bahannya dibagi menjadi dua , yaitu: 1.

  Adsorben Organik Adsorben organik adalah adsorben yang berasal dari bahan-bahan yang mengandung pati. Adsorben ini digunakan sejak tahun 1979 untuk mengeringkan berbagai macam senyawa. Beberapa tumbuhan yang biasa digunakan untuk adsorben diantaranya adalah ganyong, singkong, jagung, dan gandum. Kelemahan dari adsorben ini adalah sangat bergantung pada kualitas tumbuhan yang akan dijadikan adsorben.

2. Adsorben Anorganik

  Adsorben ini mulai dipakai pada awal abad ke-20. Dalam perkembangannya, pemakaian dan jenis dari adsorben ini semakin beragam dan banyak dipakai orang. Penggunaan adsorben ini dipilih karena berasal dari bahan- bahan non pangan, sehingga tidak terpengaruh oleh ketersediaan pangan dan kualitasnya cenderung sama. Dalam penelitian ini, adsorben yang dipakai adalah karbon aktif 4 Kg dan Alumina aktif 4 Kg dan biji besi ukuran 25 mm sebanyak 85 biji.

  Karbon aktif Dalam penelitian ini adsorben yang digunakan adalah karbon aktif.

  Karbon aktif adalah material yang berbentuk butiran atau bubuk yang berasal dari material yang mengandung karbon misalnya batubara, kulit kelapa, dan sebagainya. Dengan pengolahan tertentu yaitu proses aktivasi seperti perlakuan dengan tekanan dan suhu tinggi, dapat diperoleh karbon aktif yang memiliki permukaan dalam yang luas.

  Arang 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 didalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Seperti yang terlihat pada gambar 2.4 karbon aktif

Gambar 2.4 karbon aktif

  Arang 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 arang tersebut dilakukan aktifasi dengan bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada temperatur tinggi. Dengan demikian, arang akan mengalami perubahan sifat-sifat fisika dan kimia. Arang yang demikian disebut sebagai arang aktif.

  Dalam satu gram karbon aktif, pada umumnya memiliki luas permukaan

  2

  seluas 500-1500 m , sehingga sangat efektif dalam menangkap partikel-partikel yang sangat halus berukuran 0.01-0.0000001 mm. Karbon aktif bersifat sangat aktif dan akan menyerap apa saja yang kontak dengan karbon tersebut. Dalam waktu 60 jam biasanya karbon aktif tersebut manjadi jenuh dan tidak aktif lagi. Oleh karena itu biasanya arang aktif di kemas dalam kemasan yang kedap udara. Sampai tahap tertentu beberapa jenis arang aktif dapat di reaktivasi kembali, meskipun demikian tidak jarang disarankan untuk sekali pakai.

  Menurut SII No.0258 -79, arang aktif yang baik mempunyai persyaratan seperti yang tercantum pada tabel 2.2 Spesifikasi karbon akif berikut ini:

Tabel 2.2. Spesifikasi karbon aktif.

  Jenis Persyaratan Bagian yang hilang pada pemanasan Maksimum 15% 950 °C.

  Air Maksimum 10% Abu Maksimum 2,5% Bagian yang tidak diperarang Tidak nyata Daya serap terhadap larutan Minimum 20% Karbon aktif terbagi atas 2 tipe yaitu arang aktif sebagai pemucat dan arang aktif sebagai penyerap uap.

  Arang aktif sebagai pemucat

  Biasanya berbentuk serbuk yang sangat halus dengan diameter pori mencapai 1000 A0 yang digunakan dalam fase cair. Umumnya berfungsi untuk memindahkan zat-zat penganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan dan membebaskan pelarut dari zat

• – zat penganggu dan kegunaan yang lainnya pada industri kimia dan industri baru. Arang aktif ini diperoleh dari

serbuk

• – serbuk gergaji, ampas pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan mempunyai struktur yang lemah.

  Arang aktif sebagai penyerap uap.

  Biasanya berbentuk granula atau pellet yang sangat keras dengan diameter pori berkisar antara 10-200 A0. Tipe porinya lebih halus dan digunakan dalam fase gas yang berfungsi untuk memperoleh kembali pelarut atau katalis pada pemisahan dan pemurnian gas. Umumnya arang ini dapat diperoleh dari tempurung kelapa, tulang, batu bata atau bahan baku yang mempunyai struktur keras.

  Arang aktif yang merupakan adsorben adalah suatu padatan berpori, yang sebagian besar terdiri dari unsur karbon bebas dan masing- masing berikatan secara kovalen. Dengan demikian, permukaan arang aktif bersifat non polar. Selain komposisi dan polaritas, struktur pori juga merupakan faktor yang penting diperhatikan. Struktur pori berhubungan dengan luas permukaan, semakin kecil pori-pori arang aktif, mengakibatkan luas permukaan semakin besar. Dengan demikian kecepatan adsorpsi bertambah. Untuk meningkatkan kecepatan adsorpsi, dianjurkan agar menggunakan arang aktif yang telah dihaluskan. Sifat arang aktif yang paling penting adalah daya serap.

  Alumina Aktif

  Activated alumina dibuat dari aluminium hidroksida dengan dehydroxylating dengan cara yang menghasilkan bahan yang sangat berpori. Bahan ini dapat memiliki luas permukaan secara signifikan lebih dari 200 meter persegi / g. Senyawa ini digunakan sebagai pengering (untuk menjaga hal-hal kering dengan menyerap air dari udara) dan sebagai filter fluoride, arsenik dan selenium dalam air minum. Ini terbuat dari aluminium oksida (alumina, Al2O3), zat kimia yang sama seperti safir dan ruby (tapi tanpa kotoran yang memberikan orang permata warna mereka).

  Activated alumina digunakan untuk berbagai adsorben dan aplikasi katalis termasuk adsorpsi katalis dalam produksi polyethylene , dalam produksi hidrogen peroksida , sebagai adsorben selektif untuk bahan kimia, termasuk arsenik , fluoride , dalam penghapusan belerang dari aliran gas ( proses Claus Catalyst) .

  Digunakan sebagai desiccant , ia bekerja dengan proses yang disebut adsorpsi . Air di udara benar-benar menempel pada alumina sendiri di antara bagian-bagian kecil seperti udara melewati mereka. Molekul air menjadi terperangkap sehingga udara yang kering saat melewati filter . Proses ini reversibel . Jika pengering alumina dipanaskan untuk ~ 200 ° C , ia akan melepaskan air yang terperangkap . Proses ini disebut regenerasi pengering tersebut.

  Activated alumina juga banyak digunakan untuk menghilangkan fluoride dari air minum . Di AS , ada program luas untuk fluoridate air minum . Namun, di daerah tertentu , seperti di kawasan Jaipur India , ada cukup fluoride dalam air menyebabkan fluorosis . Filter alumina aktif dapat dengan mudah mengurangi kadar fluoride dari 0,5 ppm menjadi kurang dari 0,1 ppm . Jumlah fluoride kehabisan dari air yang disaring tergantung pada berapa lama air benar-benar menyentuh media alumina filter. Pada dasarnya , semakin alumina di filter , semakin sedikit fluoride akan berada di final , air disaring . Air suhu yang lebih rendah , dan air pH rendah ( air asam ) akan disaring lebih efektif juga. PH yang ideal untuk pengobatan adalah 5,5 yang memungkinkan untuk sampai tingkat removal 95 %.

  Alumina aktif , bila digunakan sebagai filter fluoride , dapat diregenerasi dengan larutan alkali ( natrium hidroksida , NaOH ) , asam sulfat ( H2SO4 ) , atau tawas (KAL ( SO4 ) 2 ) . Kapasitas penyerapan fluoride ( FUC ) dari alumina aktif bisa sampai 5000mg/kg. Untuk satu liter simulasi distl.water mengandung 100mg / L fluoride , agitasi 100 rpm bawah mesin uji jar . Tambahkan 10 g AA yang diuji . Setelah satu jam . , Matikan mesin dan mengambil Solun tersebut . Setelah 5 menit , tuang dengan seksama Solun supernatan . dan menentukan fluoride . Hitung perbedaan antara asli dan diperlakukan fluoride air concn . Kalikan perbedaan dengan 100 ini akan memberikan kapasitas penyerapan fluoride dari AA dalam mg / kg . Yang mana contoh alumina aktif Dapat kita lihat pada Gambar 2.5 Alumina Aktif.

Gambar 2.5 Alumina Aktif

  Bijih besi

  Biji besi terdiri atase O ),

  3

  4

  

  2

  3

  dari kelabu tua, kuning muda, ungu tua, hingga merah karat anjing Saat ini, cadangan biji besi nampak banyak, namun seiring dengan bertambahnya penggunaan besi secara eksponensial berkelanjutan, cadangan ini mulai berkurang, karena jumlahnya tetap. Sebagai contoh, h memperkirakan bahwa bijih besi bisa habis dalam waktu 64 tahun berdasarkan pada ekstrapolasi konservatif dari 2% pertumbuhan per tahun. Berikut Gambar 2.6 Biji Besi

Gambar 2.6 Biji Besi

  Kolektor surya plat rata

  Data radiasi surya pada bidang miring jarang diperloleh : karakteristik dari permukaan di sekitarnya berbeda antara satu tempat dengan yang lainnya,sehingga standariasasi pengukuran sukar dibuat. Misalnya, data untuk suatu permukaan miring yang menghadap tanah tertutup salju serta menerima komponenen radiasi karena pemantulan, harus dirinci dulu kondisi saljunya, yaitu sifat pantulnya

  Karena itu, radiasi total pada suatu permukaan miring biasanya dihitung. Dalam bagian ini dipertimbangkan metode untuk menghitung komponen radiasi pada sutu permukaan miring. Komponen sorotan I diperoleh dengan mengubah

  bT

  radiasi sorotan pada permukaan horizontal menjadi masuk normal dengan menggunakan sudut zenith, dan kemudian mendapatkan komponen pada permukaan miring dengan menggunakan sudut masuk. Radiasi sorotan pada permukaan horisontal diperoleh dari selisih antara pengukuran radiasi total dan pengukuran radiasi sebaran untuk suatu lokasi tetentu.

  Komponen sebaran pada permukaan miring, I , dihitung dari komponen

  dT

  horisontal. Perhitungan dapat dilakukan dengan dua cara: yang pertama dengan menggap radiasi sebaran didistribusi merata; yang kedua,suatu ,metode yang lebih teliti, menggap bahwa sebaran lebih banyak berasal dari daerah langit dekat matahari. Karena untuk kebanyakan daerah, komponen sebaran untuk suatu permukaan horizontal, I , tidak dapat diperoleh secara terpisah, maka suatu

  d

  metode perhitungan fraksi sebaran dari radiasi total, I /I. Komponen yang

  d

  dipantulkan pada permukaan miring, I , dapat segera dihitung apabila reflektansi

  rT

  dari permukaan disekitanya telah diketahui. Radiasi total pada permukaan miring adalah jumlah dari tiga komponen yang diterangkan dengan menggunakan rumus: I + I + I

  

T – I bT dT rT

  Intensitas radiasi langsung atau sorotan per jam pada sudut masuk normal I ,

  bn Ib

  I =

  bn coz ∅z

  Dimana I adalah radiasi sorotan pada permukaan horizontal dan cosØz

  b

  adalah sudut zenith, untuk permukaan yang dimiringkan dengan sudut

  β terhadap

  bidang horizontal, intensitas dari komponen sorotan adalah :

  cos ∅

  I = I cosØ = I

  bT bn T b ∅

  Dimana Ø disebut sudut masuk, dan didefenisikan sebagai sudut antara

  T o

  arah sorotan pada sudut masuk normal dan arah komponen tegak lurus ( 90

  C) pada permukaan miring.

  Apabila permukaan dimiringkan dengan sudut

  β terhadap horizontal, maka

  hal itu adalah sama dengan apabila bumi diputar denga arah jarum jam sebesar

  β,

  dan permukaannya tetap berada pada kedudukan yang sama,. Hubungan antara cosØz untuk garis lintang ф – β kemudian datap diganti untuk permukaan yang dimiringkan pada garis l intang ф. Karena garis lintang ditentukan dari bidang ekuator, maka kemiringan permukaan megarah ke ekuator, yaitu bahwa permukaan itu dimiringkan ke selatan.

  Persamaan untuk sudut Ø , yaitu sudut masuk adalah :

  T

  Cos Ø = sin

  T

  δ. Sin (ф – β) + cos δ. Cos (ф – β). Cos ω Radiasi sorotan I pada permukaan miring selanjutnya dapat dihitung dari

  bT

  radiasi sorotan I pada sebuah permukaan horizontal,

  b sin .sin(ф− )+cos .cos(ф− ) cos

  I = I

  bT b sin .sin ф+cos .cos ф cos Radiasi sebaran yang disebut juga radiasi langit (sky radiation), adalah radiasi yang diancarkan ke permukaan oleh atmosfer, dank arena itu berasal dari seluruh bagian langit.

  Apabila dimisalkan, seperti yang sering terjadi, bahwa radiasi sebaran (langit) didistribusikan merata , maka radiasi sebaran pada permukaan miring dinyatakan dengan:

  1+cos

  I =

  dT

  I

  

d

  2 Dimana β 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

  α dari permukaan yang berdektan itu,dan kemiringan permukaan yang menerima. Radiasi yang dipantulkan per jam, juga disebut radiasi patulan , adalah :

  1−cos

  I =

  rt

  (I + I

  

bT d

  2 Dimana

  α =0,20-0,25 untuk permukaan tanpa salju dan 0,7 untuk permukaan lapisan salju.

  Prestasi termal kolektor surya pelat rata dijabarkan oleh persamaan effisiensi termal Hottel-Whillier-Bliss. Persamaan tersebut diterapkan secara luas dalam simulasi dan analisa sistem surya. Pemanasan surya pada umumnya terdiri dari selembar bahan konduktif termal yang disebut pelat penyerap yang menyambung pipa-pipa/pembawa cairan pemindah panas. Radiasi surya ditransmisikan melalui penutup yang transparan dan diubah menjadi panas pada pelat penyerap tersebut.

  Panas yang hilang dari bagian atas pelat penyerap karena konveksi alam dan karena radiasi ke permukaan dalam dari pelat penutup kaca,tetapi dalam analisis ini hal itu akan diabaikan. Panas ini dikonduksikan oleh pelat kaca ke permukaan luarnya,kemudian dipindahkan ke atmosfer luar secara konveksi dan radiasi. Kerugian panas ini dinamai kerugian atas (top loss),dinyatakan dengan:

  2 U (t -t ) W/m t p a

  2 Dimana U disebut koefisien kerugian atas ,W/(m .K), dan T dan T t p a

  masing-masing adalah temperatur pelat dan temperatur lingkungan. Kebalikan dari U ,1/U , adalah jumlah tahanan terhadap perpindahan panas dari pelat ke

  t t lingkungan yang dinyatakan dengan sirkuit seri-pararel sederhana.

  Dalam sirkuit ini, h1 = koefisien konveksi (alam) dalam h2 = koefisen radiasi (ekivalen) dalam

  2 R (kaca) = harga R dari kaca,tebal/konduktivitas termal =t/k,m .K/W

  Ho = koefisien konveksi luar Hro = koefisien radiasi (ekivalen) luar

  Dimana satuan-satuan untuk koefisien konveksi dan koefisien radiasi

  2

  adalah W/(m .K) Karena dalam suatu sirkuit pararel konduktansi-konduktansi dijumlahkan, dan dalam suatu sirkuitseri tahanannya dijumlahkan, maka tahanan total dapat ditulis

  1

  1

  1

• =

  ( ) + ℎ + ℎ ℎ + ℎ

  1

  2

  koefisien konveksi alam hi antara pelat-pelat miring yang dipanasi dari bawah telah dikorelasikan oleh hollands dan lain-lain untuk sudut miring lain o y

  antara 0 dan 70+o yang dinyatakan dalam bilangan Rayleigh (perbandingan

  1

  gaya apung terhadap gaya viskos) dan sudut miring . Koefisien tersebut dapat

  β

  dengan mudah dinyatakan dari sela z, antara pelat penyerap dan penutup kaca, dengan sudut miring sebagai parameter. Fungsi-fungsi , dan didefenisikan

  1

  2

  3

  ∅ ∅ ∅ sebagai berikut:

  357

  =

  1

  ∅

  1 2 ⁄ ⁄ 2 3

  ( +200) −

  =

  50 2 3 ⁄

  1428 ( +200)

  =

2 Dan temperatur rata-rata (Tm) :

  T =T +T /2

  

m p c

  koefisien radiasi dalam (ekivalen) h

  ri

  Penukaran panas radiasi antara penyerap dan penutup adalah :

  4

  4

(

1 −

  2

  q =

  

1

  1

• −1

  

1

  2

  yang dapat ditulis sebagai fungsi koefisien radiasi ekuivalen hri sebagai q = h (T -T )

  ri p c

  dimana:

  4

  4 ( − )

  h ri =

  1

  

1

( − −1)( − )

  Tahanan termal kaca dinyatakan dengan R(kaca) =

  Dimana t adalah tebal kaca, m dan k adalah konduktivitas termal W/(m.K) Koefisien konveksi luar ho dihitung dengan h = 5,7 + 3.8 V

  o

  dimana V adalah kecepatan angin dalam m/s Koefisien radiasi luar ekivalen dapat ditulis sebagai

  

4

  4 ( − )

  2 H = W/(m .K) ro −

  Dimana temperatur langit diperkirakan oleh Swinbank adalah

  2/3

  T = 0,0552 (T )

  

langit a

  Temperatur luar Ta adalah dalam derajat Kelvin (K) Pelepasan panas sebuah kolektor surya lebih baik sebagai fungsi dari temperatur masuk fluida T . Hal ini dapat dilakukan dengan memakai faktor

  i

  pelepasan panas yang diberilambang F . Apabila kerugian panas dinyatakan

  

R

  sebagai fungsi temperatur fluida masuk T i maka kerugian tersebut dinyatakan sebgai : U (T -T )

  

L i a

  Dimana T selalu lebih kecil dari pada temperatur pelat yang menjadi dasar

  i

  bagi U . Maka perolehan panas yang dinyatatakan sebagai fungsi temperatur

  L

  fluida masuk, menjadi : F [(G ( (T -T )]

  

R T L i a

  τα) - U 2.3.

   Kondensor

  Kondensor berfungsi untuk melepaskan kalor kelingkungan untuk merubah fase refrigerant dari uap bertekanan tinggi menjadi cairan bertekanantinggi atau dengan kata lain pada kondensor ini terjadi proses kondensasi. Refrigerant yang telah berubah menjadi cair tersebut kemudian dialirkan keevaporator melalui pompa

  Kondensor bisa di sebut juga suatu alat untuk terjadinya kondensasi refrigeran uap dari kompresor dengan suhu tinggi dan tekanan tinggi. Kondensor sebagai alat penukar kalor berguna untuk membuang kalor dan mengubah wujud refrigeran dari uap menjadi cair.

  Faktor-faktor yang mempengaruhi kapasitas kondensor adalah : 1.

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

  2. Aliran udara pendinginnya secara konveksi natural atau aliran paksa oleh fan

3. Perbedaan suhu antara refrigeran dengan udara luar 4.

  Sifat dan karakteristik refrigeran di dalam sistem Kondensor ditempatkan di luar ruangan yang sedang didinginkan, agar dapat melepas keluar kepada zat yang mendinginkannya. Tekanan refrigeran yang meninggalkan kondensor harus cukup tinggi untuk mengatasi gesekan pada pipa dan tahanan dari alat ekspasi, sebaliknya jika tekanan di dalam kondensor sangat rendah dapat menyebabkan refrigeran tidak mampu mengalir melalui alat ekspansi.

2.3.1. Klasifikasi Ekspansi

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

  1. Kondensor berpendingin udara (Air Cooled Condenser) Air Cooled Condenser adalah kondensor yang menggunakan udara sebagai cooling mediumnya, biasanya digunakan pada sistem berskala rendah dan sedang dengan kapasitas hingga 20 ton refrigerasi. Air Cooled Condenser merupakanperalatan AC (Air Conditioner) standard untuk keperluan rumah tinggal (residental) atau digunakan di suatu lokasi di mana pengadaan air bersih susah diperoleh atau mahal.

  Untuk melayani kebutuhan kapasitas yang lebih besar biasanya digunakan multiple air colled condenser. Udara sebagai pendingin kondensor dapat mengalir secara alamiah atau dialiri paksa oleh fan. Kulkas pada umumnya menggunakan kondensor berpendingin udara secara alamiah (konveksi natural) yang umum disebut sebagai kondensor statis. Fan dapat meniupkan udara kearah kondensor dalam jumlah yang lebih besar, sehingga dapat memperbesar kapasitas pelepasan panas oleh kondensor.

  Refrigeran dari kompresor pada suhu dan tekanan tinggi dialirkan ke bagian paling atas kondensor. Di dalam kondensor, refrigeran melepas kalor embunnya sehingga mengembun, wujudnya berubah dari uap menjadi cair. Refrigeran dengan tekanan tinggi ini dialirkan dari bagian bawah kondensor ke saringan dan alat ekspansi. Pelepasan panas ini dapat dirasakan yaitu muka kondensor menjadi hangat.

  Kondensor berpendingin udara bentuknya sederhana, tidak memerlukan perawatan khusus. Ini adalah keuntungan dari kondensor berpendingin udara. Sistem refrigerasi yang berkapasitas kurang dari 1 kW umumnya menggunakan kondensor jenis ini. Dapat Kita lihat pada Gambar 2.7 Kondensor berpendingin udara.

Gambar 2.7 Kondensor berpendingin udara 1.

  Kondensor berpendingin air (Water Cooled Condenser)

  Kondensor jenis ini digunakan pada system yang berskala besar untuk keperluan komersil di lokasi yang mudah memperoleh air bersih. Kondensor jenis ini menjadi pilihan yang ekonomis bila terdapat suplai air bersih mudah dan murah. Pada umumnya kondensor seperti ini berbentuk tabung yang di dalamnya berisi pipa (tubes) tempat mengalirnya air pendingin. Uap refrigeran berada di luar pipa tetapi di dalam tabung (shell). Kondensor seperti ini disebut shell and

  . Air yang menjadi panas, akibat kalor yang dilepas

  tube water cooled condenser

  oleh refrigeran yang mengembun, kemudian air yang telah menjadi panas ini didinginkan di dalam alat yang disebut menara pendingin (cooling tower). Setelah keluar dari cooling tower, air menjadi dingin kembali dan disalurkan dengan pompa kembali ke kondensor. Dengan cara inilah pendingin disirkulasikan. Kondensor jenis ini biasanya digunakan pada sistem berkapasitas besar. Dapat kita lihat seperti Gambar 2.8 Kondensor berpendingin air

Gambar 2.8 Kondensor berpendingin air 2.

  Kondensor berpendingin campuran udara dan air (Evaporative Condenser) Kondensor jenis ini merupakan kombinasi dari kondensor berpendingin udara dan kondensor berpendingin air. Koil kondensor ini diletakkan berdekatan dengan media pendinginnya yang berupa udara tekan dan air yang disemprotkan melalui suatu lubang nozzle.

  Kondensor jenis ini disebut juga evaporative condenser. Kondensornya sendiri berbentuk seperti kondensor dengan pendingin air, namun diletakkan di dalam menara pendingin. Percikan air dari atas menara akan membasahi muka kondensor jadi kalor dari refrigeran yang mengembun diterima oleh air dan kemudian diberi pada aliran udara yang mengalir dari bagian bawah ke bagian atas menara. Sebagai akibatnya air yang telah menjadi panas tersebut diatas, didinginkan oleh aliran udara, sehingga pada saat air mencapai bagian bawah menara, air ini sudah menjadi dingin kembali. Selanjutnya air dingin ini dipompakan ke bagian atas menara demikian seterusnya. Dalam Negara yang bemusim empat, pada musim dingin sering kali tidak dibutuhkan percikan air dari atas menara, karena udara sudah cukup dingin dan mampu secara langsung menerima beban kondensor. Dalam keadaan seperti ini, dikatakan bahwa dioperasikan secara kering. Dengan cara ini maka

  evaporative condenser

  dioperasikan secara kering. Maka evaporative condenser

  evaporative condenser

  ini akan berfungsi seperti kondensor berpendingin udara. Seperti yang terihat pada

gambar 2.9 Kondensor berpendingin campuran udara dan airGambar 2.9 Kondensor berpendingin campuran udara dan air

2.3.2. Prinsip Kerja Kondensor

  Uap refrigeran yang keluar dari generator akan memasuki kondensor. Uap yang bersuhu tinggi ini sebelum masuk ke evaporator terlebih dahulu didinginkan di kondensor. Panas uap dari refrigeran secara konveksi akan mengalir ke pipa kondensor. Panas akan mengalir ke sirip-sirip kondensor sehingga panas tersebut dibuang ke udara bebas melalui sirip dengan cara konveksi alamiah.

  Sehingga untuk memperluas daya konveksi maka luas sirip dirancang semaksimal mungkin. Suhu uap refrigeran didalam kondensor ini akan turun tetapi tekanannya tetap tidak berubah. Bila penurunan suhu gas mencapai titik pengembunannya maka akan terjadi proses pengembunan (kondensasi), dalam hal ini terjadi perubahan wujud gas menjadi liquid yang tekanan dan suhunya masih cukup tinggi (tekanan kondensing).

  Proses pendinginan dikondensasikan tersebut menghasilkan refrigeran berbentuk cairan (liquid). Proses kondensasi yang terjadi selama proses percobaan tidak stabil karena menggunakan pendingin udara yang kecepatan udaranya tidak konstan. Jika semakin tinggi kecepatan udara maka pembuangan panas ke udara semakin efektif.

2.3.3. Adsorpsi

  Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida (cairan maupun gas) terikat kepada suatu padatan dan akhirnya membentuk suatu film (lapisan tipis) pada permukaan padatan tersebut. Berbeda dengan absorpsi, dimana fluida terserap oleh fuida lainnya dengan membentuk suatu larutan.

  Sistem pendingin adsorpsi dapat menggunakan panas tingkat rendah dan menggunakan refrigeran dengan nol ODP dan GWP. Keuntungan dari adsorpsi adalah sebagai berikut : 1.

  Sistem pendingin adsorpsi dapat didukung oleh sumber dengan kisaran temperatur yang luas. Suhu 50 C sudah dapat digunakan sebagai sumber panas untuk sistem adsorpsi, tetapi dalam sistem absorpsi sumber harus

  o

  setidaknya pada 70

  C, bahkan jika dua tahap siklus diadsorpsi. Sumber panas

  o

  mendekati suhu 500 C dapat digunakan secara langsung dalam adsorpsi tanpa menghasilkan masalah korosi, sedangkan dalam sistem absorpsi, korosi akan mulai terjadi pada suhu di atas 200

  o C.

  2. Sistem pendingin adsorpsi cocok untuk kondisi dengan getaran yang kuat, seperti di perahu nelayan dan lokomotif, tapi pada sistem absorpsi karena bahan penyerapnya (absorben) dalam bentuk cairan mengalami masalah karena absorben dapat mengalir dari generator ke evaporator atau dari absorber ke kondensor. Ketika absorben berpindah, refrigeran menjadi tercemar dan sistem tidak dapat bekerja secara normal.

3. Sistem adsorpsi jauh lebih sederhana dibandingkan dengan sistem absorpsi.

  Sebagai contoh, dalam sistem adsorpsi NH3-H2O, peralatan dephlegmate harus digabungkan ke dalam sistem karena titik didih air mirip dengan amonia.

  Walaupun adsorpsi biasanya dikaitkan dengan perpindahan dari suatu gas atau cairan ke suatu permukaan padatan, perpindahan dari suatu gas ke suatu permukaan cairan juga terjadi. Substansi yang terkonsentrasi pada permukaan didefinisikan sebagai adsorbat dan material pada mana adsorbat terakumulasi didefinisikan sebagai adsorben. Pada dasarnya adsorben dibagi menjadi tiga yaitu : 1.

  Adsorben yang mengadsorpsi secara fisik (karbon aktif, silika gel dan zeolit)

2. Adsorben yang mengadsorpsi secara kimia (calcium chloride, metal

  hydrides dan complex salts ) 3.

  Adsorben yang mengadsorpsi secara kimia dan fisik (composite

  adsorbent

  ) 1. Adsorben yang mengadsorpsi secara fisik (karbon aktif, silika gel dan zeolit)

  Pada adsorpsi jenis ini, adsorpsi terjadi tanpa adanya reaksi antara molekul-molekul adsorbat dengan permukaan adsorben. Molekul-molekul adsorbat terikat secara lemah karena adanya gaya van der Waals. Adsorpsi ini relatif berlangsung cepat dan bersifat reversibel (reversible). Karena dapat berlangsung di bawah temperatur kritis adsorbat yang relatif rendah, maka panas adsorpsi yang dilepaskan juga rendah. Adsorbat yang terikat secara lemah 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 Proses adsorpsi fisik terjadi tanpa memerlukan energi aktivasi, sehingga proses tersebut membentuk lapisan jamak (multilayers) pada permukaan adsorben. Ikatan yang terbentuk dalam adsorpsi fisika dapat diputuskan dengan mudah, yaitu dengan cara degassing atau pemanasan pada temperatur 150-200 C selama 2-3 jam. Seperti yang terlihat pada gambar 2.10 Siklus refrigerasi adsorpsi (clapeyron diagram).

Gambar 2.10 Siklus refrigerasi adsorpsi (Clapeyron diagram)

  Keterangan Gambar : Dalam adsorber 1-2, panas masuk (pemanasan isosteric); 2-3, panas masuk

  (pemanasan isobarik dan desorpsi); 3-4, panas keluar (pendinginan isosteric) 3-4- 1, panas keluar (pendinginan dan isobarik adsorpsi).

  Dalam evaporator

• – kondensor 2‟- 3‟ panas keluar (kondensasi isobarik); 3‟- 4‟-1, efek pendinginan (isosteric refrigerant pendingin diri dan isobarik penguapan).

  2. Adsorben yang mengadsorpsi secara kimia (calcium chloride, metal hydrides dan complex salts ) Untuk adsorpsi kimia antara adsorben dan refrigeran, kekuatan pasang kerja adsorpsi kimia umumnya meliputi fungsi kompleksasi, koordinasi, hidrogenasi dan oksidasi. Siklus adsorpsi kimia mencakup empat proses dibagi menjadi dua fase dekomposisi, kondensasi, evaporasi dan sintesis yang ditunjukkan dalam Gambar 2.11

Gambar 2.11 Adsorpsi kimia titik 1, dekomposisi (Desorpsi); titik 2 kondensasi; titik 3 penguapan; butir 4, sintesis (Adsorpsi)

3. Adsorben yang mengadsorpsi secara kimia dan fisik (composite adsorbent) Pasangan kerja utama adsorpsi komposit adalah silika gel / klorida / air.

  Adsorben komposit dengan silika gel biasanya dihasilkan aditif klorida. pasangan kerja Klorida/ air, misalnya CaCl2/H2O, bukan merupakan adsorpsi padat karena CaCl2 mencair setelah menyerap sejumlah air, tetapi kuantitas adsorpsi tertinggi CaCl2/H2O sekitar enam kali nilai yang didapat dengan silika gel.

  Menurut Aristov et al, karakteristik adsorpsi dari adsorben komposit silika gel dapat dimodifikasi dengan: a. mengubah struktur pori silika gel.

  b. mengubah jenis garam.

  c. mengubah proporsi antara garam dan silika gel

2.4. Evaporator

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

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

• – lahan dan akan menyerap metanol. Akibatnya metanol akan menguap dan menyerap kalor dari sekitarnya sehingga temperatur akan turun.

  Perpindahan Kalor Didalam Evaporator

   Koefisien Perpindahan Kalor Faktor yang mempengaruhi koefisien perpindahan kalor adalah kecepatan aliran fluida atau benda yang akan didinginkan, disamping itu makin besar luas bidang benda yang hendak diinginkan atau dekat dengan bidang pendingin juga mempengaruhi koefisien perpindahan kalor. Untuk temperatur penguapan refrigeran, temperatur benda atau fluida yang akan didinginkan akan dipengaruhi oleh kecepatan aliran dari zat yang hendak didinginkan.Di dalam evaporator, banyaknya perpindahan kalor dihitung berdasarkan perbedaan rata- rata temperatur, makin besar perbedaan temperatur, makin kecil ukuran penukar kalor (luas bidang perpindahan kalor) yang bersangkutan, namun dalam hal tersebut diatas, temperatur penguapannya menjadi rendah.

  Kapasits (Q) Pendingin di dalam Evaporator

  Kapasitas suatu mesin pendingin ialah kemampuan mesin tersebut untuk menyerap panas dari benda yang didinginkan, umumnya dinyatakan dalam Kkal/jam atau Btu/jam. Satuan lain yang sering dipakai ialah Ton Of Refrigeration (TR) atau Refrigeration Ton (RT). Satuan ini dihitung berdasarkan panas pencairan 1 ton es selama 24 jam.

  Dimana tiap 1 lb es yang mencair membutuhkan panas 144 btu, maka :

  2000 x 144 /

  1RT = = 288.000

  24

  24

  1RT = 12000 = 3.026 / Kapasitas mesin pendingin pada umumnya ditentukan tiga hal, yaitu; jumlah refrigeran yang diuapkan tiap jam, temperatur penguapan refrigeran didalam evaporator, jenis refrigeran yang digunakan.

2.4.1. Jenis Evaporator

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

1. Evaporator Pipa Telanjang ( Bare Tube Evaporator ) 2.

  Evaporator Pelat ( Plate Surface Evaporator ) 3. Evaporator Bersirip ( Finned Evaporator)

  Berdasarkan bentuk dan penggunaannya, evaporator dibagi menjadi beberapa macam, yaitu :

1. Evaporator jenis expansi kering

  Cairan refrigeran yang diexpansikan melalui katup expansi pada waktu masuk ke evaporator sudah dalam keadaan campuran cair dan uap, sehingga keluar dari evaporator dalam kering.

  Karena sebagian besar evaporator terisi oleh uap refrigeran , maka perpindahan kalor yang terjadi tidak begitu besar, jika dibandingkan dengan keadaan dimana refrigeran dimana evaporator terisi oleh refrigeran cairan. Evaporator jenis ini tidak memerlukan cairan refrigeran dalam jumlah yang besar, disamping itu jumlah minyak pelumas yang tertinggal di dalam evaporator sangat kecil. Jumlah refrigeran yang masuk kedalam evaporator dapat diatur oleh katup expansi sehingga semua refrigeran meningggalkan evaporator dalam bentuk uap jenuh, dan bahkan dalam keadaan superpanas.

  2. Evaprator jenis super basah

  Evaporator jenis setengah basah adalah evaporator dengan kondisi refrigeran diantara diantara evaporator jenis expansi kering dan evaporator jenis basah. Dalam evaporator jenis ini, selalu terdapat refrigeran cair dalam pipa penguapnya. Oleh karena itu, laju perpindahan kalor dalam evaporator jenis setengah basah lebih tinggi dari pada yang dapat diperoleh pada jenis expansi kering, tetapi lebih rendah dari pada yang diperoleh pada jenis basah.

  Pada jenis basah expansi kering, refrigeran masuk dari bagian atas dari koil sedangkan pada evaporator jenis setengah basah, refrigeran dimasukkan dari bagian bawah koil evaporator.

  3. Evaporator jenis basah

  Dalam evaporator jenis basah, sebagian dari jenis evaporator terisi oleh cairan refrigeran. Proses penguapannya terjadi seperti pada ketel uap. Gelelmbung refrigeran yang terjadi karena pemanasan akan naik, pecah pada permukaan cair atau terlepas dari permukaannya. Sebagian refrigeran kemudian masuk ke dalam akumulator yang memisahkan uap dari cairan maka refrigeran yang ada dalam bentuk uap sajalah yang masuk ke dalam kompresor. Bagian refrigeran cair yang dipisahkan didalam akumulator akan masuk kembali kedalam evaporator, bersama

• – sama dengan refrigeran (cair) yang berasal dari kondensor.

Tabung evaporator terisi oleh cairan refrigeran. Cairan refrigeran meyerap kalor dari fluida yang hendak di dinginkan ( air larutan garam), yang mengalir di dalam pipa uap refrigeran yang terjadi dikumpulkan di bagian atas dari evaporatorsebelum masuk kekompresor. Tinggi permukaan cairan refrigeran yang ada di dalam evaporator diatur oleh pelampung. Jumlah refrigeran yang dimasukkan ke dalam tabung evaporator di sesuaikan dengan beban pendingin.

  Adsorpsi adalah proses dimana satu atau lebih unsur-unsur pokok dari suatu larutanfluida akan lebih terkonsentrasi pada permukaan suatu padatan tertentu (adsorbent).Dengan cara ini, komponen-komponen dari suatu larutan, baik itu dari larutan gasataupun cairan, bisa dipisahkan satu sama lain (Treybal, 1980).

  Adsorpsi melibatkan proses perpindahan massa dan menghasilkan kesetimbangan distribusi dari satu ataulebih larutan antara fasa cair dan partikel. Pemisahan dari suatu larutan tunggal antaracairan dan fasa yang diserap membuat pemisahan larutan dari fasa curah cair dapatdilangsungkan. sperti yang terlihat pada gambar 2.12 Gambar 2.12 penyerapan suatu zat oleh zat pengadsorpsi.

  Fasa penyerap disebut sebagai adsorben. Bahan yang banyak digunakan sebagaiadsorben adalah karbon aktif, molecular sieves dan silika gel. Permukaan adsorben padaumumnya secara fisika maupun kimia heterogen dan energi ikatan sangat mungkin berbeda antara satu titik dengan titik lainnya. Pada praktiknya, proses adsorpsi bisadilakukan secara tunggal namun bisa pula merupakan kelanjutan dari proses pemisahan dengan cara distilasi.

  Jenis-Jenis Adsorpsi 1. Adsorpsi Fisik

  Adsorpsi fisik adalah adsorpsi yang terjadi akibat gaya interaksi tarik- menarik antara molekul adsorben dengan molekul adsorbat. Adsorpsi ini melibatkan gaya-gaya

  Van der Wals (sebagai kondensasi uap). Jenis ini cocok untuk proses adsorpsi yang membutuhkan proses regenerasi karena zat yang teradsorpsi tidak larut dalam adsorben tapi hanya sampai permukaan saja.

  2. Adsorpsi Kimia

  Adsorpsi kimia adalah adsorpsi yang terjadi akibat interaksi kimia antara molekul adsorbendengan molekul adsorbat. Proses ini pada umumnya menurunkan kapasitas dari adsorben karena gaya adhesinya yang kuat sehingga proses ini tidak reversibel.

  3. Kinetika Adsorpsi

  Kinetika adsorpsi berhubungan dengan laju reaksi. Hanya saja, kinetika adsorpsi lebih khusus, yang hanya membahas sifat penting dari permukaan zat.[4]. Kinetika adsorpsi yaitu laju penyerapan suatu fluida oleh adsorben dalam suatu jangka waktu tertentu. Kinetika adsorpsi suatu zat dapat diketahui dengan mengukur perubahan konsentrasi zat teradsorpsi tersebut. Kinetika adsorpsi dipengaruhi oleh kecepatan adsorpsi. Kecepatan adsorpsi dapat didefinisikan sebagai banyaknya zat yang teradsorpsi per satuan waktu. Kecepatan atau besar kecilnya adsorpsi dipengaruhi oleh beberapa hal, diantaranya :

   Macam adsorben  Macam zat yang diadsorpsi (adsorbate)  Luas permukaan adsorben

   Konsentrasi zat yang diadsorpsi (adsorbate)  Temperatur

  Kesetimbangan Adsorpsi

  Fasa kesetimbangan antara cairan dan fasa yang diserap oleh satu atau lebih komponen dalam proses adsorpsi merupakan faktor yang menentukan di dalam kinerja proses adsorpsi tersebut. Dalam hampir semua proses, faktor ini jauh lebih penting daripada laju perpindahan. Peningkatan kapasitas stoikiometrik adsorben memiliki pengaruh yang lebih besar daripada peningkatan laju perpindahan.

  Isoterm Adsorpsi

  Isoterm adsorpsi adalah hubungan yang menunjukkan distribusi adsorben antara fasa teradsorpsi pada permukaan adsorben dengan fasa ruah saat kesetimbangan pada temperatur tertentu. Ada tiga jenis hubungan matematik yang umumnya digunakan untuk menjelaskan isoterm adsorpsi.

  Isoterm Brunauer, Emmet, and Teller (BET)

  Isoterm ini berdasar asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang homogen. Perbedaan isoterm ini dengan Langmuir adalah BET berasumsi bahwa molekul-molekul adsorbat bisa membentuk lebih dari satu lapisan adsorbat di permukaannya.

  Isoterm Freundlich

  Untuk rentang konsentrasi yang kecil dan campuran yang cair, isoterm adsorpsi dapat digambarkan dengan persamaan empirik yang dikemukakan oleh Freundlich. Isoterm ini berdasarkan asumsi bahwa adsorben mempunyai permukaan yang heterogen dan tiap molekul mempunyai potensi penyerapan yang berbeda-beda. Persamaan ini merupakan persamaan yang paling banyak digunakan saat ini. Persamaannya adalah:

  1

  2