STUDI EKSPERIMENTAL PENDINGIN ADSORBSI AMONIA- CaCl2 ENERGI SURYA MENGGUNAKAN PERBANDINGAN AMONIA-CaCl2 0,2

  

STUDI EKSPERIMENTAL PENDINGIN ADSORBSI AMONIA-

CaCl

2 ENERGI SURYA MENGGUNAKAN PERBANDINGAN AMONIA-CaCl

  2 0,2

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk memenuhi salah satu syarat memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin

  Diajukan Oleh:

  

EKO FEBRI DAMAR SASONGKO

NIM: 085214042

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

  

EXPERIMENTAL STUDY OF SOLAR ENERGY AMMONIA-

CaCl

2 ADSORBTION REFRIGERATION USING 0,2

  

AMMONIA-CaCl RATIO

  2 FINAL PROJECT

  Presented as a partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Bachelor of Engineering degree in Mechanical Engineering Study Program

  By:

  

EKO FEBRI DAMAR SASONGKO

Student Number: 085214042

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

ABSTRAK

  Kebutuhan sistem pendingin pada masyarakat Indonesia saat ini semakin meningkat. Sistem pendingin biasanya digunakan untuk mengawetkan makanan, hasil pertanian, obat-obatan dan sebagainya. Sistem pendingin pada umumnya menggunakan energi listrik dan refrijeran sintetik pada proses kerjanya. Namun di daerah terpencil hal ini sering menjadi kendala dalam pengadaannya, ini dikarenakan belum seluruh daerah di Indonesia memiliki jaringan listrik. Maka pendingin adsorbsi energi surya menggunakan amonia-CaCl

  2 menjadi suatu

  gagasan yang dapat diterapkan di masyarakat luas. Tujuan penelitian ini adalah membuat model pendingin adsorbsi amonia-CaCl

  2 , serta meneliti unjuk kerja sistem pendingin dan temperatur pendinginan yang dapat dicapai.

  Pendingin ini terdiri dari beberapa komponen, yaitu generator, kondensor dan evaporator. Generator terbuat dari tabung pipa stainless steel dengan panjang 2 meter dan berdiameter 10 cm, evaporator terbuat dari tabung pipa stainless steel dengan panjang 50 cm dan berdiameter 10 cm, kondensor terbuat dari pipa

  

stainless steel yang berbentuk spiral dengan diameter pipa sebesar 2,54 cm.

  Variabel yang diukur dalam penelitian ini adalah temperatur generator (T1), temperatur kondensor (T2), temperatur evaporator (T3), temperatur kotak pendingin (T4), tekanan generator (P1), tekanan evaporator (P2), intensitas energi surya (G) dan waktu (t). Alat yang digunakan untuk pengukuran temperatur digunakan termokopel dan logger sebagai penampil data temperatur, sedangkan manometer digunakan untuk mengukur tekanan di generator dan evaporator serta

  solar meter yang digunakan untuk mengukur intensitas energi surya.

  Hasil penelitian telah berhasil dibuat sebuah sistem pendingin adsorbsi amonia-CaCl 2, temperatur terendah yang dicapai sebesar 12C dan COP terbaik sebesar 0,98.

  Kata kunci: pendingin adsorbsi, refrijeran sintetik, energi surya, amonia, CaCl 2 .

KATA PENGANTAR

  Puji syukur bagi-Mu Tuhan Yesus Yang Maha Kasih atas segala berkah dan rahmat, sehingga laporan tugas akhir ini dapat diselesaikan dengan baik.

  Tugas akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik untuk program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Penulis merasakan bahwa penelitian tugas akhir ini merupakan penelitian yang tidak mudah, dituntut keterlibatan langsung dalam pengambilan data, pemahaman terhadap sistem alat dan persamaan yang digunakan, serta penanggulangan yang tepat terhadap permasalahan yang dihadapi.

  Penelitian Tugas Akhir dengan judul “studi eksperimental pendingin adsorbsi

  amonia-CaCl 2 energi surya menggunakan perbandingan amonia-CaCl

  2 0,2”

  dapat berjalan dengan baik karena adanya bantuan secara langsung maupun tidak langsung dan kerjasama dari berbagai pihak. Menyadari hal itu, maka pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada:

  1. Paulina Heruningsih Prima Rosa. S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  2. Bapak Ir. P.K. Purwadi, M.T. selaku Ketua Program studi Teknik Mesin dan selaku Dosen Pembimbing Akademik

  3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing tugas akhir

  DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL ................................................................................ i TITLE PAGE ........................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................ iii

HALAMAN PENGESAHAN.................................................................. iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ............................ v LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA

UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ............................................... vi

ABSTRAK ............................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ............................................................................. viii

DAFTAR ISI ............................................................................................ x

DAFTAR TABEL ................................................................................... xii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................... xiii

BAB I. PENDAHULUAN .......................................................................

  1

  1.l Latar Belakang ................................................................... 1 1.2 Tujuan Penelitian ...............................................................

  2 1.3 Manfaat Penelitian ............................................................

  3 1.4 Batasan Masalah ...............................................................

  3 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA ............................................................

  5

  2.1.1 Pengertian Adsorbsi............................................................ 10 2.1.2 Adsorber.............................................................................

  32 3.3 Langkah Penelitian...........................................................

  59 5.1 Kesimpulan .......................................................................

  41 BAB V. PENUTUP .................................................................................

  37 4.2 Grafik dan Pembahasan ....................................................

  37 4.1 Data Hasil Penelitian …………………………….....…...

  ...... ^….

  35 BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ^{……………………...}

  33 3.4 Peralatan Pendukung ........................................................

  31 3.2 Variabel Yang Diukur ......................................................

  11

  31 3.1 Skema Alat .......................................................................

  28 BAB III. METODE PENELITIAN ......................................................

  23 2.4 Penelitian Yang Pernah Dilakukan....................................

  13 2.3 Reflektor............................................................................

  12 2.2 Refrijeran Dan Adsorber Yang Dipakai.............................

  12 2.1.5 Perbedaan Adsorbsi Dengan Absorbsi...............................

  2.1.3 Pengertian Absorbsi............................................................ 11 2.1.4 Absorber.............................................................................

  59

  DAFTAR PUSTAKA ............................................................................

  61 LAMPIRAN ............................................................................................

  63 DAFTAR TABEL Tabel 4.1. Data pertama proses desorbsi 5 Juli 2012............................

  37 Tabel4.2. Data pertama proses adsorbsi 6 Juli 2012............................

  38 Tabel 4.3. Data kedua proses desorbsi 6 Juli 2012...............................

  38 Tabel 4.4. Data kedua proses adsorbsi 7 Juli 2012.. ............................

  39 Tabel 4.5. Data ketiga proses desorbsi 7 Juli 2012...............................

  40 Tabel 4.6. Data ketiga proses adsorbsi 8 Juli 2012...............................

  40

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1. Siklus pendinginan (absorbsi)…………………................

  31 Gambar 3.2. Titik-titik pengambilan data ..............................................

  47 Gambar. 4.2.5. Grafik tekanan yang dicapai tiap data…………………..

  46 Gambar. 4.2.4. Grafik tekanan terhadap waktu dari ketiga data...............

  44 Gambar. 4.2.3. Grafik tekanan dan intensitas radiasi terhadap waktu data ketiga.........................................................................

  data kedua …………………………………………………..

  Gambar. 4.2.2. Grafik tekanan dan intensitas radiasi terhadap waktu

  32 Gambar 4.2.1. Grafik tekanan dan intensitas radiasi terhadap waktu data pertama………………………....………….…........... 43

  28 Gambar 3.1. Skema alat pendingin adsorbsi ..........................................

  5 Gambar 2.1.1 Skema diagram alir refrigeration carnot…………………

  27 Gambar 2.3.5. Kolektor tabung vakum......................................................

  24 Gambar 2.3.3. Kolektor plat datar konvensional........................................ 26 Gambar 2.3.4. Reflektor parabola piringan................................................

  24 Gambar 2.3.2. Reflektor parabola silinder ………………........................

  20 Gambar 2.3.1. Reflektor memantulkanenergimataharike generator.......

  15 Gambar 2.2.2. Siklussistempendinginabsorbsikontinyuamonia-air…..

  8 Gambar 2.2.1. Kalsiumklorida ………………..………………………..

  48

Gambar 4.2.7. Grafik temperatur evaporator (T3)....................................

  50 Gambar 4.2.8. Grafiktemperaturkotakpendingin (T4)terhadapwaktu..

  53 Gambar 4.2.9. Grafik suhu terendah kotak pendingin (T4)....................... 53

Gambar 4.2.10. Grafik Perbandingan COP rata-rata................................... 55Gambar 4.2.11. Grafik hubungan antara tekanan dan intensitas radiasi (Nopi, 2012)………………...……………………………...…….

  56 Gambar 4.2.12.Grafik proses pendinginan evaporator (Nopi, 2012)….....

  58

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

  Kebutuhan sistem pendingin untuk pengawetan, penyimpanan obat dan bahan makanan dirasakan semakin meningkat, baik di Negara-negara berkembang maupun daerah pedesaan atau daerah terpencil. Sistem pendingin yang ada saat ini kebanyakan menggunakan energi listrik dalam proses kerjanya, selain menggunakan energi listrik, sistem pendingin yang dijual di pasaran ini juga pada umumnya menggunakan refrijeran sintetik seperti : R- 11, R-12, R-22, R-134a dan R-502. Refrijeran sintetik ini pada umumnya mempunyai dampak negatif pada lingkungan seperti merusak lapisan ozon dan menimbulkan pemanasan global. Permasalahan lainnya adalah belum semua daerah terutama daerah terpencil memiliki sumber atau jaringan listrik, sehingga sistem pendingin yang menggunakan energi listrik belum bisa diterapkan di daerah terpencil tersebut.

  Sistem pendingin adsorbsi bisa menjadi salah satu alternatif sistem pendingin tanpa menggunakan energi listrik. Sistem pendingin adsorbsi hanya memerlukan energi panas untuk dapat bekerja. Energi panas yang dihasilkan alam seperti panas bumi dan energi surya. Indonesia sendiri memiliki

  2

  intensitas energi surya yang cukup besar, yaitu sebesar 4,8 kWh/m perharinya, sehingga energi surya dapat dijadikan sebagai sumber panas dalam sistem pendingin adsorbsi.

  Pada dasarnya penelitian ini bertujuan untuk menjajagi kemungkinan penerapan sistem pendingin adsorbsi amonia-kalsium klorida (CaCl ) dengan

  2

  memanfaatkan energi surya sebagai sumber pemanas untuk memenuhi kebutuhan sistem pendingin di masyarakat terutama di daerah yang belum terdapat jaringan listrik. Dapat tidaknya sistem pendinginan diterapkan pada masyarakat ditentukan oleh beberapa hal. Hal pertama adalah bagaimana unjuk kerja yang dapat dihasilkan oleh sistem pendingin tersebut. Unjuk kerja suatu sistem pendingin dapat dilihat dari temperatur terendah yang dapat dicapai dan koefisien unjuk kerja (COP) yang dapat dihasilkan.

1.3 Tujuan

  Tujuan yang ingin dicapai :

  1. Membuat sistem pendingin adsorbsi amonia-CaCl 2 .

  2. Meneliti temperatur pendinginan yang dapat dihasilkan oleh sistem pendingin adsorbsi amonia-CaCl

  2 .

  1.4 Manfaat

  Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini : 1. Menambah kepustakaan teknologi pendingin adsorbsi energi surya.

  2. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat prototipe dan produk teknologi pendingin adsorbsi tenaga surya yang dapat diterima di dunia industri pada khususnya dan pada masyarakat luas pada umumnya, sehingga dapat meningkatkan kesejahteraan serta mengurangi penggunaan listrik dan minyak bumi.

  1.4 Batasan Masalah

  Sistem pendingin yang dijual dipasaran pada umumnya menggunakan energi listrik dalam proses kerjanya dan menggunakan refrijeran sintetik, seperti : R-11, R-12, R-22, R-134a, dan R-502. Pada penelitian ini akan dibuat model sistem pendingin energi surya dengan menggunakan refrigeran berupa amonia dan adosrber berupa CaCl

  2 . Sistem pendingin dengan memanfaatkan

  energi surya ini diharapkan memberikan unjuk kerja yang baik. Perhitungan perbandingan amonia-CaCl di dapatkan dari perhitungan perbandingan massa

  2

  dari kedua bahan yang digunakan. Kadar amonia yang bercampur dengan air pada penelitian ini mempunyai perbandingan massa 70% air dan 30% amonia murni dan yang dipakai hanyalah amonia murninya saja, sehingga dapat kita

  Pada penelitian ini digunakan amonia-air sebanyak 3,8 liter, untuk mendapatkan amonia murni yang digunakan sebagai refrijeran maka dilakukan proses penyulingan, yaitu proses pemisahan amonia yang bercampur dengan air, setelah proses penyulingan amonia-air sebanyak 3,8 liter didapatkan amonia murni sebesar 1,14 kg, amonia sebanyak 1,14 kg ini didapatkan dari perhitungan dari kadar amonia murni yaitu 30% dikali dengan banyaknya amonia-air yang dipakai yaitu sebanyak 3,8 liter, untuk 1 liter amonia-air sama dengan 1 kg amonia-air ini dikarenakan massa jenis amonia besarnya hampir sama dengan air. CaCl

  2 yang dipakai sebagai adsorber

  sebanyak 6 kg, maka dapat kita hitung perbandingan amonia-CaCl

  2 yang

  digunakan pada penelitian ini, yaitu 1,14 kg:6 kg didapatkan hasil perbandingan 0,2.

  Pada penelitian sistem adsorbsi ini, alat yang digunakan sebagai penampil temperatur termokopel (logger) tidak bisa mencatat tiap detik perubahan energi surya yang datang, pencatatan data dilakukan tiap 15 menit selama proses desorbsi dan 5 menit saat proses adsorbsi. Selain itu logger yang dipakai hanya bisa menampilkan temperatur terendah yakni -5 C. Pengambilan dilakukan selama tiga hari berturut-turut, yaitu pada tanggal 5, 6 dan 7 juli 2012. Tempat pengambilan data dilakukan di kampus III Universitas Sanata Dharma, Sleman Yogyakarta.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Dasar Teori

  Pendingin adsorbsi maupun absorbsi pada umumnya terdiri dari 3 (tiga) komponen utama yaitu : (1) generator, (2) kondensor, (3) evaporator.

  keran

Gambar 2.1. Siklus pendinginan (absorbsi) siklus pendingin adsorbsi terdiri dari proses adsorbsi (penyerapan)

  refrijeran (amonia) ke dalam adsorber (CaCl

  2 ) dan proses desorbsi, yaitu

  proses pelepasan refrijeran (amonia) dari adsorber. Proses ini dapat dilihat pada Gambar 2.1. Proses desorbsi dan adsorbsi terjadi pada generator. Pada proses desorbsi generator memerlukan energi panas untuk dapat menguapkan amonia. Energi panas dapat berasal dari pembakaran kayu, batubara, minyak bumi, gas alam, panas bumi, biogas, dan sebagainya. Pada penelitian ini digunakan energi panas yang berasal dari energi surya, hal ini dilakukan agar dapat meminimalisir penggunaan minyak bumi dan listrik.

  Proses yang terjadi jika menggunakan refrijeran amonia adalah sebagai berikut : energi panas menaikkan temperatur campuran amonia- CaCl

  2 yang ada di dalam generator. Pada temperatur dan tekanan tertentu

  amonia akan menguap dan terpisah dari CaCl

  2 proses ini disebut proses

  desorbsi. Amonia ini mengalir dari generator menuju evaporator melalui kondensor. Di dalam kondensor amonia mengalami pendinginan dan mengembun. Cairan amonia hasil pengembunan akan mengalir ke dalam evaporator dan mengalami ekspansi sehingga tekanannya turun. Karena tekanan amonia di dalam evaporator turun maka temperatur juga akan turun

  O O

  sampai temperatur tertentu (sekitar 5 C sampai10

  C). Evaporator umumnya diletakkan di dalam kotak pendingin. Di dalam kotak pendingin tersebut diletakkan bahan-bahan yang akan didinginkan. Karena mendinginkan bahan maka amonia dalam evaporator akan menguap dan mengalir kembali ke dalam generator. Di dalam generator amonia tersebut diserap oleh CaCl

  2 ,

  proses ini disebut adsorbsi. Siklus tersebut akan berlangsung terus selama ada sumber panas. Selama proses desorbsi maka pendinginan di dalam evaporator tidak dapat terjadi karena seluruh amonia berada di dalam generator, oleh karena proses pendinginan tidak berlangsung secara kontinyu maka pendinginannya dikatakan berlangsung secara intermitten. Agar proses pendinginan bahan dapat berlangsung secara kontinyu maka harus terdapat dua alat pendingin, jika satu alat digunakan untuk mendinginkan bahan makanan atau obat (proses adsorbsi) maka pada alat yang lain dilakukan pemanasan (proses desorbsi).

  Unjuk kerja pendingin adsorbsi umumnya dinyatakan dengan koefisien prestasi adsorbsi (COP Adorbsi ) dan dapat dihitung dengan persamaan (Arismunandar, 1995) :

  COP Adsorbsi = (1)

  Kerja pendinginan dapat dihitung dengan persamaan (Arismunandar, 1995) : Kerja pendinginan = ∆(m.h )

  (2)

  fg evaporator

  Kerja pemanasan pada generator dapat dihitung dengan persamaan (Arismunandar, 1995) :

  ( )

  Kerja pemanasan = . + ( . ℎ ) (3)

  ∆

  Pada penelitian ini, analisa digunakan pendekatan siklus pendingin carnot, ini dikarenakan untuk perhitungan kerja pemanasan pada temperatur memungkinkannya peletakkan termokopel di dalam generator untuk mengukur temperatur pada amonia dan CaCl

  2 , berikut penjelasan siklus

  pendingin carnot: Karena proses melingkar carnot adalah proses reversible, maka proses dapat dibalik. Proses yang dibalik ini disebut refrigerator carnot. Jadi refrigerator carnot bekerja dengan kebalikan dari mesin carnot.

  Refrigerator carnot menerima kerja luar W dan menyerap panas Q

  1

  dari reservoir dingin (heat sink) temperatur T serta memberikan panas Q ke

  1

  2

  reservoir panas temperatur T . Skema diagram alir refrigerator carnot, pada

  2

  gambar :

Gambar 2.1.1. Skema diagram alir refrigeration carnot Jadi dapat dibuat hubungan : Q

  1 = Q 2 – W

  (4) W = Q – Q

  (5)

  2

  1

  koefisien performance, COP =

  (6) =

  (7) =

  (8) .

  =

  (9) .

  (10)

  =

  Sehingga dapat digunakan persamaan (1), yaitu : COP =

  Adsorbsi

  Energi surya yang digunakan untuk menaikkan temperatur sejumlah massa pada generator adalah sebesar intensitas energi surya yang diterima oleh kolektor berbanding dengan luasan permukaan kolektornya: Energi surya = G . A (11)

  Sehingga untuk mengetahui efisiensi kolektor ( ) dapat

  Kolektor

  diketahui dengan membandingkan kerja pemanasan untuk menaikkan temperatur sejumlah massa pada generator berbanding terbalik dengan energi radiasi surya yang diterima oleh generator melalui kolektor:

  η =

  (12)

  kolektor

  Keterangan: m : massa (tabung, amonia dan CaCl ) yang dipanasi (kg)

  2 C P : panas jenis (tabung, amonia dan CaCl 2 ) (J/(kg.K) o

  T

  1 : temperatur awal (

  C)

  o

  T

  2 : temperatur akhir (

  C) ∆t : lama waktu pemanasan (detik)

  

2

G : intensitas energi surya (W/m )

  

2

A : luas permukaan kolektor (m )

  : perububahan entropi (J/K) Δs hfg : entalpi penguapan amonia (J/kg)

2.1.1 Pengertian Adsorbsi

  Salah satu sifat penting dari permukaan zat adalah adsorpsi. Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida (cairan maupun gas) pada permukaan padatan tersebut. Berbeda dengan absorpsi dimana fluida terserap oleh fluida lainnya dengan membentuk suatu larutan. Adsorpsi secara umum adalah proses penggumpalan substansi terlarut (soluble) yang ada dalam larutan, oleh permukaan zat atau benda penyerap, dimana terjadi suatu ikatan kimia fisika antara substansi dengan penyerapnya. Definisi lain menyatakan adsorpsi sebagai suatu peristiwa penyerapan pada lapisan permukaan atau antar fasa, dimana molekul dari suatu materi terkumpul pada bahan pengadsorpsi atau adsorber.

  2.1.2 Adsorber

  Adsorber ialah zat yang melakukan penyerapan terhadap zat lain (baik cairan maupun gas) pada proses adsorbsi. Umumnya adsorber bersifat spesifik, hanya menyerap zat tertentu. Dalam memilih jenis adsorber pada proses adsorbsi, disesuaikan dengan sifat dan keadaan zat yang akan diadsorbsi. Adsorber yang paling banyak dipakai untuk menyerap zat-zat dalam larutan adalah arang. Karbon aktif yang merupakan contoh dari adsorbsi, yang biasanya dibuat dengan cara membakar tempurung kelapa atau kayu dengan persediaan udara (oksigen) yang terbatas.

  2.1.3 Pengertian Absorbsi

  Absorbsi adalah proses pemisahan bahan dari suatu campuran gas dengan cara pengikatan bahan tersebut pada permukaan absorber cair yang diikuti dengan pelarutan. Kelarutan gas yang akan diserap dapat disebabkan hanya oleh gaya-gaya fisik (pada absorbsi fisik) atau selain gaya tersebut juga oleh ikatan kimia (pada absorbsi kimia).

  2.1.4 Absorber

  Absorber adalah cairan yang dapat melarutkan bahan yang akan diabsorbsi pada permukaannya, baik secara fisik maupun secara reaksi kimia. Absorber sering juga disebut sebagai cairan pencuci. Persyaratan absorber :

  1. Memiliki daya melarutkan bahan yang akan diabsorbsi

  2. Selektif 3. Tidak korosif.

  4. Mempunyai viskositas yang rendah

  5. Murah Salah satu bahan yang dapat digunakan sebagai absorber adalah air

  (untuk gas-gas yang dapat larut, atau untuk pemisahan partikel debu dan tetesan cairan).

  2.1.5 Perbedaan Adsorbsi Dengan Absorbsi

  Adsorbsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida, cairan dan akhirnya membentuk suatu lapisan tipis atau film (zat terserap, refrijeran) pada permukaannya. Berbeda dengan absorbsi yang merupakan penyerapan fluida oleh fluida lainnya dengan membentuk suatu larutan. Proses ini berbeda dengan adsorbsi karena pengikatan molekul dilakukan melalui volume dan bukan permukaan.

  Secara garis besar perbedaan dari adsorbsi dengan absorbsi ini berada pada jenis dan bentuk penyerap refrijeran yang digunakan sebagai bahan untuk menyerap refrijeran yang dipakai Untuk adsorbsi, adsorber yang dipakai biasanya berbentuk padat, seperti arang, butiran CaCl

  2 dan

  sebagainya. Sedangkan untuk absorbsi, absorber yang dipakai berbentuk cair, oleh karena itu banyak sistem pendingin yang absorbsi yang menggunakan air sebagai absorbernya.

2.2 Refrijeran Dan Adsorber Yang Dipakai

  Refrijeran yang dipakai pada pendingin adsorbsi energi surya ini adalah amonia, sedangkan adsorber yang dipakai adalah kalsium klorida (CaCl

  2 ). Adapun penjelasan tentang kalsium klorida (adsorber) yang

  digunakan adalah sebagai berikut :

  a. Kalsium klorida (Adsorber)

  Kalsium klorida (CaCl

  2)

  , merupakan salah satu jenis garam yang terdiri dari unsur kalsium (Ca) dan klorin (Cl). Garam ini berwarna putih dan mudah larut dalam air. Kalsium klorida tidak berbau, tidak berwarna, dan tidak mudah terbakar. Kalsium klorida termasuk dalam tipe ion halida, dan padat pada suhu kamar. Karena sifat higroskopisnya, kalsium klorida harus disimpan dalam kontainer kedap udara rapat tertutup.

  b. Kegunaan Kalsium Klorida

  Kalsium klorida mempunyai banyak kegunaan, antara lain sebagai berikut:

  1. Sebagai zat pengering (Dessicant) Karena sifat higroskopisnya, kalsium klorida sering digunakan dalam pengering tabung untuk menghilangkan uap air. hal ini digunakan untuk mengeringkan rumput laut, yang kemudian digunakan untuk menghasilkan abu soda. Kalsium klorida telah disetujui oleh FDA (Food And Drug Administrator) sebagai bahan kemasan untuk memastikan kekeringan. Zat ini juga dapat digunakan untuk mengikat partikel debu dan menjaga kelembaban pada permukaan jalan beraspal.

  2. Sebagai zat pencair es (De-icing) Dengan menekan titik beku, kalsium klorida digunakan untuk jalan. Tidak seperti natrium klorida yang lebih umum digunakan, kalsium klorida relatif tidak berbahaya untuk tanaman dan tanah.

  Pemakaian kalsium klorida juga lebih efektif pada suhu yang lebih rendah daripada natrium klorida.

  3. Sebagai sumber ion kalsium Kalsium klorida umumnya ditambahkan untuk meningkatkan jumlah kalsium terlarut dalam air kolam renang. Hal ini dapat mengurangi erosi beton di kolam renang.

  4. Sebagai zat aditif dalam industri makanan Kalsium klorida telah terdaftar sebagai zat aditif dalam makanan. Rata-rata konsumsi kalsium klorida sebagai bahan tambahan pangan adalah sekitar 160-345mg/hari untuk individu. Kalsium klorida juga digunakan sebagai zat pengawet dalam sayuran kalengan, dalam pemrosesan dadih kacang kedelai menjadi tahu dan dalam memproduksi pengganti kaviar dari jus sayuran atau buah.

  5. Kalsium klorida dapat digunakan sebagai zat aditif dalam pemrosesan plastik, pipa dan semen.

  Kemampuan kalsium klorida untuk menyerap banyak cairan merupakan salah satu kualitas yang membuatnya begitu serbaguna. Hal inilah juga yang menjadi alasan penggunaan kalsium klorida sebagai adsorber alat pendingin yang diteliti.

  Kalsium klorida yang digunakan berbentuk serpih, bentuk ini dipilih karena yang berbentuk serpih memiliki kandungan air yang lebih banyak dan kurang kalsium, sehingga penyerapan amonia oleh kalsium klorida berbentuk serpih dapat lebih maksimal dibandingkan dengan bentuk pellet dan bubuk.

Gambar 2.2.1. Kalsium klorida

c. Proses Pembuatan Kalsium Klorida

  kalsium klorida (CaCl

  2 ) diproduksi secara komersial dengan

  berbagai proses, antara lain :

  1. Proses pemurnian dari air garam alami Proses pemurnian ini merupakan proses yang paling sederhana dalam pembuatan kalsium klorida, tetapi kemurnian kalsium klorida dari proses ini sangatlah rendah, yaitu di bawah 10%. Air garam alami dalam hal ini air laut, mengandung kalsium, magnesium, natrium, klorida, bromida dan ion lainnya. Dalam proses yang lebih tua, sekarang, larutan garam ini ditambahi dengan gas klorin untuk mengoksidasi bromida ke bromin. Bromin tersebut kemudian ditiup keluar dari larutan dengan udara dan dikumpulkan sebagai bromin bebas atau sebagai bromida. Gas klorin, digunakan dalam proses pemurnian, tapi terbuang dengan pemanasan air garam sebelum kalsium klorida terisolasi. Pada kondisi ini, kalsium klorida dari air garam alam tidak berubah secara kimia. Larutan tersebut kemudian ditambahi dengan kalsium oksida untuk membuat larutan garam tersebut bersifat alkali. Kalsium oksida yang ditambahkan diperoleh dari bahan batu kapur (CaCO ) melalui proses pemanasan secara

  

3

  kalsinasi. Ketika kapur ditambahkan ke larutan air garam, magnesium hidroksida yang tidak larut akan mengendap dan tersaring. Beberapa batu kapur yang ditambahkan tetap berada dalam air garam sebanyak 0,2% dan terisolasi dengan produk kalsium klorida akhir. Larutan air garam kemudian dipekatkan lebih lanjut melalui evaporasi. Karena natrium klorida kurang larut dibandingkan kalsium klorida, natrium klorida akan mengendap dan kemudian disaring. Kalsium klorida tidak terpengaruh pada langkah ini. Larutan kalsium klorida yang tersisa akan dipekatkan dan dikeringkan.

  2. Proses solvay Metode yang paling umum untuk menghasilkan kalsium digunakan adalah batu kapur dan larutan garam (natrium klorida) dengan katalis amoniak. Natrium karbonat (Na

  2 CO 3 ), juga dikenal

  dengan nama soda abu dapat diproduksi dengan proses Solvay. Soda abu ini dapat digunakan dalam pemrosesan gelas, sabun, detergen, pulp dan kertas. Proses ini melibatkan banyak reaksi dan konsentrasi kalsium klorida yang dihasilkan dari proses ini juga rendah, yaitu sekitar 10-15%.

  3. Proses pembuatan dari batu kapur dan asam klorida Proses ini merupakan proses pembuatan kalsium klorida yang paling umum digunakan di seluruh dunia, disebabkan karena bahan baku yang tersedia banyak dan murah. Batu kapur dapat direaksikan dengan larutan asam klorida menghasilkan kalsium klorida, magnesium klorida, karbon dioksida dan air. Asam klorida dicampur dengan batu kapur di dalam reaktor pada temperatur ruang sekitar 32

  o

  C dan tekanan 1 atm. Adapun konsentrasi asam klorida yang digunakan adalah maksimum 37%, dan konsentrasi CaCl

  2 dalam

  larutan yang dihasilkan adalah sekitar 36%. Semakin tinggi konsentrasi asam klorida yang digunakan, maka semakin tinggi konsentrasi produk kalsium klorida yang dihasilkan. Dalam proses ini, senyawa magnesium hidroksida juga dihasilkan sebagai produk samping dengan penambahan larutan alkali. Proses penguapan lebih klorida sehingga kalsium klorida yang dihasilkan lebih murni. Kemudian proses pengeringan dibutuhkan untuk menghasilkan produk kalsium klorida dalam bentuk serbuk.

  Selain menggunakan amonia-CaCl

  2 , masih banyak pasangan refrijeran

  lain yang dapat digunakan pada sistem pendingin adsorbsi maupun absorbsi, antara lain :

  1. Air-Litium bromida Sistem air-litium bromida banyak digunakan untuk pengkondisian udara dimana suhu evaporasi berada di atas 0 ºC. Litium Bromida (LiBr) adalah suatu kristal garam padat yang dapat menyerap uap air, itulah sebabnya Litium bromida dapat digunakan sebagai adsorber pada sistem pendingin adsorbsi

  2. Amonia-Air Sistem amonia-air digunakan secara luas untuk mesin pendingin berskala kecil (perumahan) maupun industri, yang mana suhu evaporasi yang dibutuhkan mendekati atau di bawah 0 ºC. Sistem amonia-air mempunyai hampir seluruh kriteria yang diperlukan di atas, kecuali bahwa zat-zat tersebut dapat bersifat korosif terhadap tembaga dan logam campuran, serta sifat amonia yang sedikit beracun sehingga membatasi penggunaannya untuk pengkondisian udara. Kelemahan sistem amonia-air yang paling utama adalah air yang juga mudah menguap sehingga amonia keluar dari generator dan masuk ke evaporator melalui kondensor. Keadaan ini dapat menyebabkan uap air meninggalkan panas di evaporator dan meningkatkan suhunya sehingga dapat menurunkan efek pendinginan. Untuk menghindari hal itu, mesin pendingin absorbsi dengan sistem amonia-air umumnya dilengkapi dengan rectifier dan analyze, seperti ditunjukkan Gambar 2.2.2.

Gambar 2.2.2. Siklus sistem pendingin absorbsi kontinyu amonia-air

  Amonia yang masih mengandung uap air dari generator melalui

  rectifier , suatu mekanisme yang bekerja seperti kondensor akibat adanya

  arus balik uap air dari analyzer. Di sini, uap air yangmempunyai suhu jenuh yang lebih tinggi diembunkan dan dikembalikan ke generator.

  Selanjutnya amonia dan sejumlah kecil uap air diteruskan ke analyzer, dimana uap air dan sebagian kecil amonia diembunkan dan dikembalikan

  Analyzer pada prinsipnya adalah suatu kolom distilasi, yang umumnya menggunakan air pendingin dari kondensor sebagai media pendingin.

  3. Zeolit-Air Zeolit memiliki beberapa sifat, berikut adalah sifatnya sebagai adsorbsi : Pada keadaan normal, ruang hampa dalam kristal zeolit terisi oleh molekul air bebas yang berada disekitar kation. Bila Kristal zeolit

  

  dipanaskan pada suhu sekitar 300-400 C air tersebut akan keluar sehingga zeolit dapat berfungsi sebagai penyerap gas atau cairan.

  Dehidrasi menyebabkan zeolit mempunyai struktur pori yang sangat terbuka, dan mempunyai luas permukaan internal yang luas sehingga mampu mengadsorbsi sejumlah besar subtansi selain air dan mampu memisahkan molekul zat berdasarkan ukuran molekul dan kepolarannya.

  Karena sifatnya yang mampu mengadsorbsi uap dan gas maka zeolit biasa digunakan sebagai adsorber sistem pendingin adsorbsi.

  Kalsium klorida (CaCl ) merupakan adsorber yang dipakai pada

  2

  sistem pendingin pada penelitian ini, sedangkan refrijeran yang dipakai adalah amonia. Berikut ini ada beberapa contoh sifat dan kegunaan amonia pada umumnya, sebagai berikut :

d. Amonia (refrijeran)

  Amonia (NH , adalah gas beracun dan tak bewarna dengan bau

  3)

  mengiritasi yang khas. Walaupun gas ini digunakan dalam banyak kasus sebagai larutan amonia dalam air, yakni dengan dilarutkan dalam air, amonia cair juga digunakan sebagai pelarut non-air untuk reaksi khusus. Amonia juga digunakan sebagai refrigeran (di lemari pendingin), selain itu dalam pembuatan polimer dan bahan letupan.

  e. Sifat-sifat Amonia

  Selain memiliki bau khas yang menyengat, ada beberapa sifat lain dari amonia, yaitu:

  1. Titik beku -77,74 C dan titik didih -33,5 C.

  2. Pada suhu dan tekanan biasa bersifat gas dan tidak berwarna, beratnya lebih ringan dari udara dan baunya menyengat.

  3. Amonia memiliki sifat basa, larutan amonia yang pekat mengandung 28%-29% amonia pada suhu 25 C.

  4. Amonia bersifat korosif pada tembaga dan timah

  5. Amoniak berbahaya bagi kesehatan dan lingkungan, karena dapat menimbulkan iritasi terhadap saluran pernapasan, hidung, tenggorokan mata dan paru-paru serta dapat menimbulkan pencemaran lingkungan.

  f. Manfaat Dan Kegunaan Amonia

  Amonia umum digunakan sebagai bahan pembuat obat-obatan, amonia yang dilarutkan dalam air dapat digunakan untuk membersihkan berbagai perkakas rumah tangga, zat ini juga digunakan sebagai campuran pembuat pupuk untuk menyediakan unsur nitrogen bagi tanaman, Amonia juga dapat digunakan sebagai refrijeran dalam sistem pendingin. Namun dalam penggunannya, diperlukan kehati-hatian karena konsentrasi tinggi amonia bisa sangat berbahaya bila terhirup, tertelan, atau tersentuh.

2.3 Reflektor

  Refektor surya yang digunakan adalah reflektor parabola silinder, adapun fungsi dari reflektor ini adalah memanfaatkan energi surya sebagai sumber energi utama. Ketika cahaya matahari menimpa reflektor, sebagian cahaya akan dipantulkan ke generator dan proses desorbsipun akan berlangsung. Jenis reflektor yang digunakan merupakan jenis Concentrating

  Collector , jenis ini dirancang untuk aplikasi yang membutuhkan energi panas

  pada temperatur antara 100°–400 °C. reflektor surya jenis ini mampu memfokuskan energi radiasi cahaya matahari pada suatu penerima, dalam hal ini merupakan generator, sehingga dapat meningkatkan kuantitas energi panas yang diserap oleh adsorber. Spesifikasi jenis ini dapat dikenali dari adanya komponen reflektor yang terbuat dari material dengan reflektifitas yang tinggi. reflektor surya dapat didefinisikan sebagai sistem perpindahan panas yang menghasilkan energi panas dengan memanfaatkan radiasi surya sebagai sumber energi utama, ketika radiasi surya menimpa alluminium foil pada reflektor, maka akan di fokuskan ke sebuah titik, dalam hal ini adalah tabung generator.

  Gambar 2.3.1.

  Reflektor memantulkan energi surya ke generator Agar energi surya selalu dapat difokuskan terhadap generator, maka reflektor harus dirotasi agar titik focus pantulan tetap dapat selalu terfokus pada generator.

  Salah satu keuntungan penggunaan reflektor parabola silinder line

  focus ini adalah penggunaannya relatif lebih mudah, ini dikarenakan reflektor

  yang dipakai tidak harus selalu mengikuti pergerakan matahari dalam setiap jamnya. Berbeda dengan jenis reflektor parabola piringan yang harus selalu mengikuti pergerakan matahari, pergerakan ini dimaksudkan agar pantulan energi surya yang telah diterima reflektor dapat tetap terfokus pada alat yang dipanaskan.

  Selain reflektor parabola silinder, masih banyak reflektor ataupun kolektor yang dapat diaplikasikan pada sistem pendingin ini, antara lain :

  1. Kolektor plat datar konvensional Kolektor surya plat datar bisa memanfaatkan paparan radiasi surya melalui sorotan langsung dan juga sebaran, tidak memerlukan tracking surya atau perubahan posisi mengikuti surya dan juga karena desainnya yang sederhana, hanya sedikit memerlukan perawatan dan biaya pembuatan,

  o

  kolektor ini dapat menghasilkan suhu antara 70-80 C.

  Gam Gambar 2.3.3 kolektor plat datar konvensional

  2. Reflektor parabol bola piringan Sebuah r h reflektor parabola (piring atau cermin) adal dalah perangkat reflektif digunaka unakan untuk mengumpulkan atau memproyeks eksikan energi, seperti cahaya, sua , suara atau gelombang radio. Bentuknya seperti pa ti parabola yang melingkar, yaitu tu permukaan yang dihasilkan oleh parabola berput rputar di sekitar porosnya.

  Reflektor ktor jenis ini memiliki rasio keonsentrasi lebih bih tinggi dari parabolik surya, a, reflektor jenis ini selalu mengarah lurus ke ke matahari dan memusatkan ene nergi surya pada titik fokus piring. Kelemahan j n jenis reflektor ini adalah peerge rgerakannya yang harus selalu mengikuti mataha tahari, sehingga diperlukan alat y t yang dapat melacak pergerakan matahari ata atau pergerakan secara manual. .

Gambar 2.3.4. Reflektor parabola piringan

  3. Kolektor tabung vakum (evacuated tube collector) Jenis ini dirancang untuk menghasilkan energi panas yang lebih tinggi, keistimewaannya terletak pada efisiensi transfer panasnya yang tinggi tetapi faktor kehilangan panasnya yang relatif rendah. Hal ini dikarenakan fluida yang terjebak diantara absorber dan penutupnya dikondisikan dalam keadaan vakum, sehingga mampu meminimalisasi kehilangan panas yang terjadi secara konveksi dari permukaan luar absorber menuju lingkungan.

Gambar 2.3.5. kolektor tabung vakum.

2.4 Penelitian yang Pernah Dilakukan

  Penelitian sistem pendingin absorbsi menggunakan refrijeran amonia air dengan penggerak panas bumi (Ayala, 1994) yang menghasilkan temperatur pemanasan 90 C-145 C di Meksiko untuk pendingin hasil pertanian menghasilkan kapasitas pendinginan sebesar 10,5kW. Modifikasi sistem ini dengan menggunakan refrijeran amonia-litium nitrat menghasilkan temperatur pendinginan 0 C-10 C. penelitian untuk mengetahui unjuk kerja pendingin absorbsi kecil dengan pasangan refrijeran (i) air-litium klorida dan (ii) air-litium klorida/litium klorida (dengan perbandingan berat 1:1). Hasil penelitian tersebut menunjukkan untuk temperatur evaporator yang sama Penelitian pendingin absorbsi menggunakan refrijeran litium bromide-air (Best, 2007) menunjukkan jika campuran refrijeran yang digunakan semakin jenuh maka temperatur sumber panas yang digunakan dapat semakin tinggi tanpa resiko terjadinya kristalisasi. Dengan semakin tingginya temperatur sumber panas yang digunakan, maka temperatur pendinginan yang dihasilkan dapat semakin rendah. Penelitian pendingin absorbsi menggunakan refrijeran air-litium bromida (Eisa, 2007), penelitian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh perubahan kondisi kerja pada unjuk kerja yang dihasilkan. Hasil yang didapat menunjukkan parameter yang penting adalah temperatur pemanasan dan perbandingan laju aliran. Semakin tinggi temperatur pemanasan semakin tinggi unjuk kerja yang dihasilkan. Laju aliran yang lebih besar memerlukan temperatur generator yang lebih tinggi. Penelitian pendingin absorbsi menggunakan refrijeran baru yakni 2,2,2-trifluoroethanol (TFE)-N-methylpyrolidone (NMP) (Shiming, 2001). Refrijeran baru ini mempunyai keunggulan dibandingkan dengan refrijeran klasik seperti H O-

  2 LiBr dan HNO 3 -H

2 O. keunggulan refrijeran baru tersebut adalah dapat

  menghasilkan temperatur yang lebih rendah dengan menggunakan energi pemanas yang lebih sedikit. Keunggulan ini disebabkan terutama karena sifat refrijeran TFE-NMP tidak mengalami kristalisasi, tekanan kerja yang rendah, temperatur pembekuan yang rendah dan kestabilan termal yang baik pada temperatur temperatur tinggi. Studi untuk mengetahui karakteristik alat sebesar 19%. Beberapa penelitian pendingin adsorpsi menggunakan zeolit-air (Hinotani, 1983) mendapatkan bahwa harga COP sistem pendingin adsorpsi surya menggunakan zeolit-air akan medekati konstan pada temperatur

  O

  pemanasan 160 C atau lebih. eksperimen sistem pendingin absorpsi surya menggunakan zeolit-air (Grenier, 1983) melakukan dan mendapatkan harga COP sebesar 0,12.

  Penelitian lainnya mengenai sistem pendingin dengan menggunakan refrijeran amonia-air, juga pernah dilakukan dimana pada penelitian tersebut digunakan generator horisontal yang tercelup sebagai absorbernya (Prastowo,

  2010). Variasi yang dilakukan adalah dengan memvariasikan sistem

  pendinginan evaporator, konsentrasi amonia dan tekanan evaporator. Hasil penelitian tersebut menyimpulkan beberapa hal, antara lain, bahwa semakin rendah konsentrasi amonia yang digunakan maka akan semakin cepat juga uap amonia diserap oleh absorber pada proses absorbsi sehingga jangka waktu pendinginanya juga akan semakin cepat. Selain itu didapatkan juga kesimpulan, bahwa, semakin tinggi tekanan evaporator dan kemampuan pendingin evaporator, maka semakin banyak pula uap amonia yang terdesorbsi, sehingga kalor yang terserap oleh uap amonia saat proses absorbsi juga semakin banyak, hal ini menyebabkan temperatur evaporator menjadi rendah.

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Skema Alat

  Alat yang dibuat meliputi berbagai bagian yang bisa dirangkai menjadi satu. Di bawah ini adalah skema gambar yang telah dibuat :