Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi Tenaga Surya dengan Menggunakan Adsorben Alternatif dan Adsorbat Metanol

Abstract

Indonesia memiliki potensi berlimpah energi surya karena lokasinya berada di garis khatulistiwa 6°N dan 11°N serta di antara 95°E dan 141°E. Sebagian besar wilayah Indonesia mendapat radiasi cukup besar dengan rata-rata intensitas radiasi matahari yang jatuh di permukaan bumi Indonesia adalah 4 kWh/m2. Bila kondisi langit cerah maka energi matahari total di wilayah Indonesia dapat berkisar 16.000 -18.000 kJ/m2/hari, berdasarkan hasil pengukuran dan prediksi. Salah satu aplikasi pemanfaatan energi surya untuk sistem pendinginan adalah mesin pendingin adsorpsi. Dibandingkan dengan sistem kompresi uap mekanik maka sistem pendingin adsorpsi memiliki manfaat hemat energi karena didukung oleh sumber panas dari energi terbarukan, pengontrolan yang sederhana, tidak menimbulkan keributan, non korosif, ramah lingkungan dan biaya operasi yang lebih murah. Hingga saat ini dapat dikatakan bahwa penelitian tentang mesin pendingin adsorpsi yang digerakkan oleh tenaga surya masih jarang di Indonesia. Penelitian disertasi ini mengkaji kinerja dari mesin pendingin adsorpsi tenaga surya yang menggunakan adsorben alternatif yaitu alumina aktif (molecular sieve 13X), campuran alumina aktif-karbon aktif butiran dan karbon aktif butiran dari cangkang kelapa produksi lokal. Selama ini penelitian di luar negeri umumnya menggunakan adsorben karbon aktif komersial yang harganya cukup mahal dan tidak ekonomis. Perlu diketahui bahwa berdasarkan penelaahan yang telah dilakukan, belum ada publikasi mengenai penelitian mesin pendingin adsorpsi tenaga surya yang menggunakan alumina aktif dan campurannya sebagai adsorben. Pada penelitian ini digunakan tipe kolektor surya plat datar yang memiliki luas penampang 0,25 m2 dan kemiringan sudut 30o. Dari hasil pengujian dan perhitungan diperoleh nilai efisiensi maksimum kolektor surya sebesar 65,92% saat intensitas radiasi maksimum 989,73 W/m2. Sedangkan nilai COP maksimum diperoleh 0.1276 dan nilai SCP maksimum diperoleh 36,115 W/kg. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa sistem pasangan adsorpsi alternatif yang diuji ini dapat membuat proses pendinginan yang menghasilkan temperatur evaporator minimum sebesar 2,81°C dengan sumber energi panas yang memiliki rentang temperatur berkisar 80°C - 105oC. Dari hasil pengujian dan analisa diperoleh bahwa parameter utama yang mempengaruhi kinerja mesin pendingin adsorpsi tenaga surya diantaranya radiasi matahari total dan performansi kolektor. Hal utama yang dapat disimpulkan pada penelitian ini adalah bahwa dengan menggunakan adsorben alternatif yaitu alumina aktif, campuran dan karbon aktif butiran dari cangkang kelapa produk lokal, efek pendinginan (cooling effect) dapat dihasilkan oleh mesin pendingin adsorpsi tenaga surya sesuai kondisi cuaca di kota Medan.

Indonesia has abundant potential of solar energy because its location is on the equator line between 6°N and 11°N latitudes and in between 95°E and 141°E longitudes. Most of the Indonesian area gets enough radiation with the average of the solar radiation intensity falling on the surface of the earth Indonesia is 4 kWh.m-2. Based on clear sky conditions that total solar energy in Indonesian archipelagos can range from 16000 to 18000 kJ.m-2.day-1, according to measurements and predictions. One application of solar energy utilization for refrigeration system is a solar adsorption refrigerator. In comparison with mechanical vapor compression systems, adsorption refrigerator systems have the benefits of energy saving if powered by waste heat or solar energy, and controlled by simpler, noiseless, non-corrosive, and environmentally friendly with lower operation costs. It could be argued that research on solar adsorption refrigerator are still rare in Indonesia. This study investigates the performance of a solar adsorption refrigerator using activated alumina (molecular sieve 13X) and granular activated carbon of coconut shell made in Indonesia as adsorbents. To the best of our knowledge, no similar research using adsorbent of activated alumina in a solar adsorption refrigerator has been conducted. The experiments were carried out for 24-hour. The refrigeration was completed during seven cycles with varying weather conditions. A flat plate type collector was used with an area of 0.25 m2 and tilt angle of 30o. Theoretical calculations show that, the maximum collector efficiency is 65.92% when the maximum solar radiation obtained is 989.73 W/m2. In this research, the maximum value of COP is 0.1276 and the maximum value of SCP obtained is 36.115 W/kg. The experiment results show that the adsorption pair system can deliver an evaporator temperature of about 2.81°C and the cooling load can be achieved by a heat source with a temperature range of 80°C and 105oC. The main parameters that affect the performance of solar adsorption refrigerator are total solar radiation and collector performance. The main conclusion that can be drawn here is that by using activated alumina and granular activated carbon of coconut shell made in Indonesia as adsorbents, a cooling effect can be produced in a solar adsorption refrigerator according to weather in Medan city.