TEKNIK, 41 (1), 2020, 1-8
doi: 10.14710/teknik.v41n1.25406               Copyright © 2020, TEKNIK, p-ISSN: 0852-1697, e-ISSN: 240-9919

## Performansi Kolektor Surya Pada Mesin Pendingin Yang Menggunakan Pasangan Adsorpsi Karbon Aktif Serbuk-Metanol
Tulus Burhanuddin Sitorus 1,2* , Syahrul Abda 1
1 Departemen Teknik Mesin Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara,
2 PUI Energi Berkelanjutan dan Biomaterial, Universitas Sumatera Utara, Jl. Almamater  Kampus USU, Medan, Indonesia 20155

## Abstrak
Kolektor  merupakan  salah  satu  komponen  utama  dari  mesin  pendingin  adsorpsi  tenaga  surya.  Dapat dikatakan  bahwa  kolektor  merupakan  motor  penggerak  dari  siklus  yang  terjadi  pada  mesin  pendingin adsorpsi. Pada penelitian ini digunakan kolektor tipe plat datar dengan luas penampang 0,5 m 2 dan diisi dengan  menggunakan  pasangan  adsorpsi  karbon  aktif  serbuk-metanol.  Proses  pengujian  dilakukan  di lokasi  yang  terkena  paparan  radiasi  matahari  selama  beberapa  hari.  Alat  ukur  cuaca  digunakan  untuk mengetahui  parameter  yang  diukur  seperti  intensitas  radiasi,  temperatur  dan  kelembaban  udara lingkungan. Sedangkan alat ukur termokopel yang terhubung dengan alat akuisisi data digunakan untuk merekam  perubahan  temperatur  pada  komponen  kolektor  dan  mesin  pendingin  adsorpsi.  Hasil eksperimental  menunjukkan  bahwa  efisiensi  kolektor  yang  diperoleh  memiliki  nilai  maksimum  sebesar 55,43%. Diperoleh juga pengaruh kondisi cuaca terhadap kinerja kolektor berdasarkan analisa statistik sebesar 72%.
Kata kunci : kolektor surya; performansi; mesin pendingin adsorpsi

## Abstract
[Title:  Performance  of  a  Solar  Collector  in  a  Cooling  Machine  Using  a  Powder-Methanol  Active Carbon  Adsorption  Pair] The  collector  is  one  of  the  main  components  of  the  solar  adsorption refrigerator. It can be said that the collector is the prime  mover of the solar adsorption refrigerator. In this study, a flat plate type collector was used with a cross-sectional area of 0.5 m2 and was filled using powdered  activated  carbon.  The  testing  process  is  carried  out  in  a  location  that  is  exposed  to  solar radiation  for  several  days.  Weather  measuring  devices  are  used  to  determine  the  parameters  such  as radiation intensity, temperature, and air humidity. The thermocouple measuring device connected to the data  acquisition  tool  is  used  to  record  temperature  changes  in  the  collector  components  and  the adsorption refrigerator. The experimental results show that the maximum collector efficiency obtained at 55.43%. The influence of weather conditions on the collector performance based on a statistical analysis of 72%.
Keywords : solar collector; performance; adsorption refrigerator

## 1. Pendahuluan
Potensi  keberadaan  energi  fosil  Indonesia  yang terdiri  dari  gas  bumi,  batubara  dan  minyak  bumi diperkirakan  dapat  bertahan  hanya  sekitar  10  tahun,  31 tahun,  dan  80  tahun  dari  saat  ini  bila  cadangan  energi
fosil  yang  baru  tidak  ditemukan  (Sitorus,  Napitupulu  & Ambarita,  2016).  Situasi  ini  menjadi  peluang  sekaligus tantangan bagi pemerintah terutama dalam menggalakkan  pemanfaatan  energi  terbarukan.  Salah satu  energi  terbarukan  yang  ramah  lingkungan  adalah energi  surya.  Setiap  tahun  matahari  memberikan  energi sebesar  5,6×10 24 joule  ke  permukaan  bumi  melalui radiasi  termal  (Sitorus,  Napitupulu  &  Ambarita,  2017).
------------------------------------------------------------------
*) Penulis Korespondensi. E-mail: burhanudin@yahoo.com
Merujuk  kepada  posisi  astronomi  negara Indonesia maka potensi energi surya di Indonesia cukup berlimpah. Berada di daerah khatulistiwa pada lintang 6 0 Lintang  Utara  (LU)  -  11 0 Lintang  Selatan  (LS)  dan  95 0 Bujur  Timur  (BT)  -  141 0 Bujur  Timur  serta  dengan memperhatikan  peredaran  matahari  dalam  setahun  pada daerah  23,5 0 LU  dan  23,5 0 LS  maka  wilayah  Indonesia selalu  memperoleh  sinar  matahari  berkisar  2500 jam/tahun. Aplikasi energi termal matahari secara umum diterapkan  untuk  sistem  pendinginan  dan  sistem pengeringan  produk  pertanian  (Yunfeng dkk. ,  2018; Ammar,  Benhaoua  &  Bouras ,  2016).  Untuk  sistem pendinginan  maka  salah  satu  peralatan  yang  digunakan adalah  mesin  pendingin  adsorpsi  yang  terdiri  atas  tiga komponen  utama  yaitu  kolektor,  kondensor,  dan evaporator (Chen dkk. , 2018; Cherrad dkk. , 2017). Perlu diketahui  bahwa  kolektor  merupakan  motor  penggerak dari  mesin  pendingin  adsorpsi  tenaga  surya  karena sangat berperan  menyerap radiasi surya sebagai  sumber energi  untuk  mesin  pendingin  adsorpsi.  Penelitian  ini menggunakan  kolektor  jenis  plat  datar  ( flat  plate collector ).  Kolektor  tipe  ini  memiliki  kelebihan diantaranya  desainnya  yang  relatif  sederhana,  biaya pembuatan  dan  perawatan  yang  murah,    dan  umum dipergunakan  pada  mesin  pendingin  tenaga  surya ( Rashidi,  Esfahani  &  Rashidi, 2017;  Umair,  Atsushi  & Yuki,  2014).  Penelitian  ini  bertujuan  untuk  mengkaji kinerja  kolektor  surya  dengan  luas  penampang  0,5  m 2 yang  digunakan  pada  mesin  pendingin  adsorpsi  dengan refrijeran metanol dan adsorben karbon aktif serbuk.

## 2. Metode Penelitian
Lokasi pengujian dilaksanakan di ruang terbuka yang  terpapar  sinar  matahari  dengan  posisi  astronomi pada  3,45 o Lintang  Utara  dan  98,44 o Bujur  Timur  serta berada  pada  ketinggian  berkisar  37,5  meter  di  atas permukaan  laut.  Penelitian  yang  dilakukan  bersifat kuantitatif  dengan  metode  eksperimental.  Tantangan dalam pengujian ini adalah proses pemvakuman alat uji. Di  samping  itu  saat  pengisian  refrijeran  ke  dalam evaporator  maka  diperlukan  kehati-hatian  agar  metanol tidak bocor dan menguap ke lingkungan sekitar. Hal ini mengingat  bahwa  metanol  salah  satu  zat  yang  ikut mempengaruhi  pemanasan  global  ( global  warming ). Gambar  1  menampilkan  kolektor  surya  yang  diuji. Bagian  dinding  kolektor  diisolasi  dengan  menggunakan kayu,  styrofoam,  rockwool,  busa  dan  aluminium  foil untuk mengurangi kerugian panas yang terjadi.
Besarnya  kehilangan  kalor  total  pada  sisi kolektor terlihat dari Persamaan 1 (Duffie, 2016).
Q total =  Q dinding +  Q bawah + Q atas + Q radiasi (1)
Kinerja  dari  kolektor  surya  yang  diuji  dapat  diketahui dari Persamaan 2 (Kalogirou, 2009).
A . I Q η b 
(2)
Sedangkan  perolehan  energi  panas  menggunakan Persamaan 3 dan 4.
Q b =   F’    x    (Q masuk - Q total )                                 (3)
dan
Q masuk =  I   .  A   .  τ   .  α                                         (4) Parameter τ merupakan konstanta yang menyatakan  nilai  absorptivitas  plat  kolektor  yang berwarna hitam sebesar 0,98 dan F’ atau faktor efisiensi kolektor  bernilai  90%  untuk  kolektor  tipe  plat  datar. Perlu  diketahui  bahwa  menurut  (Mahesh,  2017; Fernandes dkk. ,  2014)  bahwa  massa  adsorben  yang dapat  diisi  di  dalam  kolektor  berkisar  20-26  kg/m 2 .
Terdapat  beberapa  pasangan  adsorben-adsorbat  yang digunakan  pada  mesin  pendingin  adsorpsi  yaitu  karbon aktif-metanol,  karbon  aktif-amonia,  silika  gel-air  dan zeolite-air. Karena kolektor surya merupakan komponen utama  yang  terintegrasi  dengan  mesin  pendingin adsorpsi  maka  perlu  diketahui  parameter  kinerja  dari mesin  pendingin  adsorpsi  yaitu  COP  ( coefficient  of performance ).  Berdasarkan  penelitian  dari  (Farhana dkk. ,  2007;  Mahmoud,  2017)  bahwa  nilai  COP  untuk mesin pendingin adsorpsi tenaga surya berkisar dari 0,01 hingga  0,2.  Penerapan  dari  mesin  pendingin  adsorpsi umumnya  terdiri  atas  tiga  fungsi  yaitu  untuk  refrijerasi makanan  dan  penyimpanan  vaksin  (0-8 o C),  untuk mendinginkan  udara  ruangan  (8-18 o C),  dan  untuk pembekuan es serta tujuan pengentalan (< 0 o C) (Mehdi, Yogi & Elias, 2015).
Kaca penutup Kayu Styrofoam Rockwoll Plat kolektor Q dinding Q radiasi Q bawah Q atas Celah udara Karbon aktif serbuk
Gambar 1. Dinding penampang kolektor yang diuji
Kinerja dari mesin pendingin adsorpsi yang digerakkan oleh kolektor surya dapat ditentukan dengan Persamaan 5.
radiasi n pendingina Q Q COP  (5)
doi: 10.14710/teknik.v41n1.25406               Copyright © 2020, TEKNIK, p-ISSN: 0852-1697, e-ISSN: 240-9919
dimana  besarnya  efek  pendinginan  (kJ)  dapat  diketahui dari Persamaan 6.
Q pendinginan =   m air . C p-air . (T air-maks -   T air-min )         (6)
Jumlah  intensitas  radiasi  matahari  yang  diterima permukaan  kolektor  (kJ)  dapat  ditentukan  dari Persamaan 7.
Q radiasi =   I radiasi .    A kolektor
(7)
dimana  I radiasi merupakan  jumlah  intensitas  radiasi  total untuk  satu  siklus  berdasarkan  hasil  pengukuran  dan A kolektor merupakan luas penampang dari kolektor (m 2 ). Tabel  1  menampilkan  spesifikasi  dari  kolektor surya  yang  dirakit.  Pada  penelitian  ini  digunakan adsorbat  atau  refrijeran  metanol  pro  analisis  dengan kemurnian  99%  sebanyak  3  liter.  Media  yang didinginkan  adalah  air  sebanyak  tiga  liter.  Sedangkan adsorben yang digunakan adalah karbon aktif sebuk non komersial  dengan  spesifikasi  seperti  tampak  pada  tabel 2.  Bentuk  kolektor  surya  yang  dirakit  dan  telah terintegrasi  dengan  komponen  mesin  pendingin  surya lainnya dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar  3  menampilkan  skema  eksperimental yang  dirancang.  Prinsip  kerja  dari  skema  pengujian dapat diuraikan sebagai berikut. Saat siang hari, kolektor surya  menyerap  radiasi  surya  serta  meneruskannya  ke adsorben  karbon  aktif  serbuk  yang  ada  di  dalam kolektor.  Sebagian  radiasi  surya  yang  menerpa  pada permukaan  kaca  penutup  akan  diserap  kemudian sebagian  akan  langsung  dipantulkan  serta  sebagian  lagi akan  diteruskan  ke  permukaan  kolektor.  Permukaan kolektor  selanjutnya  akan  menyerap  radiasi  surya  dan kalor  yang  diserap  digunakan  untuk  memanaskan adsorben  karbon  aktif  serbuk  tersebut.  Akibat  energi panas  yang  diterima  permukaan  kolektor  membuat permukaan  adsorben  melepaskan  metanol  sehingga menjadi  terpisah  dan  selanjutnya  bergerak  menuju kondensor untuk mengalami proses kondensasi.
Seperti  telah  disebutkan  sebelumnya  bahwa kolektor  surya  yang  dirakit  terintegrasi  dengan komponen  mesin  pendingin  adsorpsi  yang  lain  seperti kondensor,  dan  evaporator.  Kolektor  yang  diuji memiliki  luas  penampang  0,5  m 2 dan  memiliki  sudut kemiringan 30 o . Komponen kondensor dibuat dari bahan baja  tahan  karat  dengan  luas  total  penampang perpindahan  panas  0.8  m 2 .  Pada  penelitian  ini permukaan  kolektor  didinginkan  secara  konveksi alamiah  oleh  udara  lingkungan.  Untuk  komponen evaporator dibuat dari baja tahan karat dan  diisi dengan refrijeran  metanol  sebanyak  3  liter.  Objek  yang didinginkan  berupa  air  sebanyak  3  liter  diletakkan  di dalam  ruang  dingin  ( cold  chamber )  dan  selanjutnya diisolasi dengan styrofoam dan rockwool .
Tabel 1. Spesifikasi kolektor surya yang dibuat
Parameter Dimensi Panjang x Lebar x Tebal 1000 x 500 x 100  mm Luas permukaan kolektor   500 mm 2 Tebal kaca penutup 3 mm Tebal plat kolektor 2 mm Bahan aluminium Tebal isolasi kayu 30 mm, styrofoam 30 mm, rockwool 20 mm Tabel 2. Spesifikasi karbon aktif yang digunakan Parameter Rentang nilai Massa jenis 352 - 545 kg/m 3 Pore volume 0,56 -1,20 cm 3 /g Diameter rata-rata pori 15-25 Å Temperatur regenerasi 100 - 140 o C Bentuk serbuk
Gambar 2. Kondisi kolektor saat pengujian
Kolektor tipe plat datar Evaporator Kaca penutup Katup Metanol Air Komputer Data Logger Micro station data logger Pyranometer Alat ukur cuaca T – smart censor Termokopel Termokopel Karbon aktif serbuk RH smart censor Kondenser 30 o
Gambar 3. Skema eksperimental
Komponen utama mesin pendingin adsorpsi yang terdiri  dari  kolektor,  kondensor  dihubungkan  oleh  pipa fleksibel  berdiameter  20  mm.  Data  akuisisi  cole  parmer yang  terhubung  dengan  kabel  termokopel  tipe  J  (akurasi  0,4%)  ditempatkan  pada  sisi  kolektor,  kondensor, evaporator,  dan  objek  yang  didinginkan.  Untuk  merekam parameter  cuaca  yang  meliputi  intensitas  radiasi  matahari dengan  pyranometer  (akurasi  5%),  temperatur  dan kelembaban  udara  dengan  T  (akurasi  0,2 o C)  dan  RH (akurasi  ±2,5%)  smart  sensor  digunakan  alat  ukur  cuaca HOBO.  Perubahan  tekanan  kerja  pada  mesin  pendingin adsorpsi  diukur  dengan  menggunakan  tekanan  vakum digital Pace XR5 yang memiliki tingkat akurasi  2%. Saat pengujian, digunakan juga pompa vakum dengan daya satu horse  power  yang  bertujuan  untuk  mengeluarkan  udara yang  terdapat  di  dalam  mesin  pendingin  karena  dapat mempengaruhi  proses  adsorpsi  terjadi. Gambar  4 menampilkan  diagram  Clayperon  yang  menggambarkan prinsip kerja dari mesin pendingin adsorpsi tenaga surya.
Secara  ringkas  prinsip  kerja  dari  siklus  mesin pendingin adsorpsi sesuai dengan gambar 4 adalah:
a. Proses pemanasan ( heating ) dari titik 1 ke titik 2 Pada  kondisi  ini,  adsorben  yang  terdapat  di  dalam kolektor  dipanaskan  oleh  radiasi  surya hingga tekanannya  mencapai  tekanan  uap  adsorbat  sehingga memungkinkan  terjadinya  pelepasan  uap  adsorbat  dari permukaan adsorben.
b. Proses desorpsi dari titik 2 ke titik 3
Pada proses desorpsi, setelah kondisi titik 2 tercapai maka penambahan panas dari radiasi surya menyebabkan  terjadinya  pelepasan  uap  adsorbat. Selanjutnya  adsorbat  dalam  fasa  uap  mengalami  proses kondensasi  di  kondenser  dan  masuk  menuju  ke evaporator.
c. Proses pendinginan ( cooling ) dari titik 3 ke titik 4 Pada  proses  pendinginan,  tingkat  intensitas  radiasi surya  mengalami  penurunan.  Hal  ini  menyebabkan tekanan maupun temperatur kolektor dan adsorben yang terdapat  di  kolektor  ikut  menurun.  Proses  pendinginan ini terjadi secara konveksi alamiah dan dipengaruhi oleh kondisi udara lingkungan.
d. Proses adsorpsi dari titik 4 ke titik 1
Pada  kondisi  malam  hari,  tekanan  dan  temperatur kolektor  serta  adsorben  semakin  menurun  hingga tekanannya  mencapai  tekanan  uap  adsorbat  sehingga membuat  adsorben  akan  menyerap  adsorbat  kembali. Hal  ini  akan  dimulainya  proses  adsorpsi.  Pada  proses adsorpsi,  cairan  adsorbat  yang  ada  di  dalam  evaporator akan  mengalami  proses  penguapan.  Dalam  proses penguapan tersebut maka adsorbat menyerap kalor yang terdapat pada dinding evaporator sebesar kalor latennya. Hal  ini  menyebabkan  terjadinya  proses  pendinginan ( cooling  effect )  di  komponen  evaporator.  Pada  hari berikutnya proses ini akan berulang kembali.
1 Desorpsi P evap 2 3 4 P kond Ln P -1/T T 1 T 4 T 3 Adsorpsi T 2 Gambar 4. Diagram Clayperon

## 3. Hasil dan Pembahasan
3.1. Kinerja Kolektor Surya dan Kondisi Cuaca
Berdasarkan  proses  pengukuran  kondisi  cuaca yang  dilakukan  selama  beberapa  hari  maka  diperoleh intensitas radiasi maksimum sebesar 988,60 W/m 2 pada siklus  kedua.  Intensitas  radiasi  maksimum  dari  hasil pengukuran  umumnya  terjadi  pada  pukul  11.49-13.36 WIB  dan  temperatur  udara  maksimum  terjadi  pada pukul  12.17-14.11  WIB.  Data  dari  rekaman  alat  ukur pyranometer  selama  proses  pengujian  menunjukkan bahwa  intensitas  radiasi  mulai  tampak  diantara  pukul 06.12-06.28  WIB  dan  mulai  hilang  diantara  pukul 18.11-18.33  WIB.  Diperoleh  juga  lama  penyinaran radiasi  matahari  maksimum  yang  terdapat  pada  siklus ketiga sebesar 12,59 jam/hari dan minimum pada siklus kedua  sebesar  12,11  jam/hari.  Kondisi  intensitas radiasi  surya  diukur  ditampilkan  pada  gambar  5. Selama  proses  pengukuran,  kondisi  intensitas  radiasi selalu  berfluktuasi  setiap  saat.  Rekapitulasi  parameter rata-rata  cuaca  selama  pengujian  tampak  pada  tabel  3. Rekapitulasi  tersebut  meliputi  kondisi  rata-rata  dari radiasi matahari, temperatur lingkungan dan kelembaban  relatif  udara  selama  pengujian  untuk  lima siklus.
1000
800 600 400 200 0 Radia si Su rya (W /m 2 ) 18 16 14 12 10 8 6 Waktu (WIB) Pengujian - 1 Pengujian - 2 Pengujian - 3 Pengujian - 4 Pengujian - 5
Gambar 5. Kondisi intensitas radiasi saat pengujian
Tipe  kolektor  yang  digunakan  pada  penelitian adalah  plat  datar  dengan  luas  penampang  0,5  m 2 . Sebagai salah satu komponen utama, kolektor merupakan  motor  penggerak  dari  mesin  pendingin adsorpsi  tenaga  matahari.  Kinerja  kolektor  surya  tipe plat datar sangat ditentukan oleh temperatur permukaan kolektor.
Gambar 6 menunjukkan pola distribusi temperatur  pada  sisi  kolektor  dan  permukaan  kaca penutup  pada  pengujian  hari  pertama.  Tampak  bahwa terjadi  fluktuasi  temperatur  pada  permukaan  kaca  dan kolektor.  Temperatur  maksimum  pada  sisi  kolektor bagian  atas  berkisar  120,11 o C.  Sedangkan  temperatur maksimum  pada  permukaan  kaca  adalah  79,35 o C. Radiasi  matahari  yang  diterima  oleh  permukaan  kaca diteruskan  menuju  ke  dalam  kolektor.  Permukaan kolektor  sisi  atas  dan  sisi  bawah  yang  berwarna  hitam menyerap  radiasi  tersebut  untuk  memanaskan  adsorben yang  terdapat  di  dalam  kolektor.  Fluktuasi  temperatur permukaan kaca dan kolektor tersebut turut dipengaruhi oleh  intensitas  radiasi  yang  diterima  permukaan kolektor.
Efisiensi kolektor dan parameter yang mempengaruhinya  seperti  jumlah  panas  yang  hilang, jumlah  panas  yang  masuk  dan  jumlah  panas  yang berguna.  Ini  dapat  dilihat  pada  Tabel  4.  Jumlah  panas yang  hilang  merupakan penjumlahan dari panas radiasi, panas  sisi atas, panas sisi bawah dan panas  sisi dinding dari kolektor.
Gambar  7  menampilkan  efisiensi  kolektor surya yang  diperoleh  terhadap waktu.  Dengan menerapkan data hasil pengukuran dan hasil perhitungan maka  diperoleh  besarnya  nilai  efisiensi  kolektor  dari rentang  51,45-55,43%.  Beberapa  parameter  yang mempengaruhi  efisiensi  kolektor  yaitu  luas  permukaan kolektor,  intensitas  radiasi  serta  kerugian  kalor  yang terjadi.  Untuk  menangkap  radiasi  matahari  sekaligus mengurangi kerugian panas yang mengalir ke udara luar maka digunakan kaca penutup kolektor yang terdiri dari dua lapis.  Supaya kolektor dapat bekerja secara optimal maka pada saat proses desorpsi terjadi  maka  komponen ini  harus  mampu  menghasilkan  temperatur  permukaan kolektor  yang  maksimum  atau  kerugian  kalor  yang dilepaskan kolektor harus seminimal mungkin. Sebaliknya,  ketika  proses  desorpsi  selesai  maka permukaan  kolektor  harus  dapat  mencapai  temperatur seminimal  dengan  cara  melepaskan  kalor  semaksimum mungkin sehingga proses adsorpsi berlangsung maksimal di malam hari.
Hasil perhitungan menunjukkan bahwa kerugian  kalor  yang  cukup  besar  adalah  akibat  radiasi dari  sisi  atas  kolektor.  Analisa  dari  kondisi  ini  dapat diuraikan  sebagai  berikut.  Dibutuhkan  temperatur  yang cukup  tinggi  pada  permukaan  kolektor  untuk  dapat memanaskan adsorben karbon aktif serbuk yang terdapat
di  dalamnya.  Namun,  kondisi  ini  turut  meningkatkan koefisien perpindahan kalor total pada bagian sisi atas yang secara simultan menambah jumlah kalor yang hilang pada sisi bagian atas  kolektor  surya. Korelasi distribusi tekanan pada  kolektor  dengan  intensitas  radiasi  surya  pada pengujian hari pertama ditampilkan pada Gambar 8.
Tabel  3. Kondisi cuaca selama pengujian
Waktu penelitian Mei 2019 Siklus Radiasi rata - rata (W/m 2 ) Temperatur lingkungan rata-rata ( o C) Kelembaban relatif rata-rata (%) 1 - 2 1 162 29,18 79,11 2 - 3 2 129 28,23 74,78 3 - 4 3 149 28,69 75,43 4 - 5 4 192 29,45 80,32 5 - 6 5 195 29,72 81,33
140 120
100
80 60 40 20 0 Tem perat ur ( o C) 22 20 18 16 14 12 10 8 6 Waktu  (WIB) Kaca Penutup Sisi Bawah Kolektor Sisi Atas Kolektor
Gambar 6. Kondisi temperatur pada sisi kolektor dan kaca penutup pada hari pertama
Tabel 4. Performansi kolektor surya selama pengujian
Siklus Q panas yang hilang (W) Q masuk (W) Q berguna (W) η -kolektor (%) 1 264.988 737.447 425.213 54.81 2 270.651 768.560 448.118 55.43 3 282.593 728.736 401.529 52.38 4 283.037 735.503 407.219 52.63 5 276.177 716.058 395.892 52.56 60
55 50 45 40 Efisie nsi Kole ktor (% ) 5 4 3 2 1 Waktu (hari) Efisiensi kolektor
Gambar 7. Efisiensi kolektor surya versus waktu

## TEKNIK, 41 (1), 2020, 6
Intensitas  radiasi  yang  berfluktuasi  turut berpengaruh terhadap perubahan tekanan yang terjadi di dalam  kolektor.  Lamanya  proses  pendinginan  hingga adsorpsi  berkisar  14  jam  dan  temperatur  pemanasan hingga desorpsi sekitar 10 jam dalam satu siklus.  Secara umum  proses  pemanasan  hingga  desorpsi  umumnya terjadi  mulai  pukul  08.00  WIB  sedangkan  proses pendinginan  hingga  adsorpsi  terjadi  mulai  pukul  17.00 WIB.
Tekanan  operasional  hasil  pengukuran  selama pengujian berkisar 0,101-0,798 bar. Umumnya tekanan operasional  maksimum  terjadi  pada pukul  12.00-13.30 WIB  dan  tekanan  operasional  minimum  terjadi  pada pukul  04.00-06.00  WIB.  Temperatur  permukaan kolektor maksimum selama proses pengujian diperoleh 120,21 o C  dengan  radiasi  maksimum  988,60 W/m 2 . Pada  penelitian  ini,  turut  dipantau  kondisi  perubahan temperatur  air  sebagai  objek  yang  didinginkan  dimana temperatur  air  minimum  yang  diperoleh  selama pengujian  berkisar  1,57 o C.  Turut  diamati  juga hubungan  atau  korelasi  antara  kinerja  kolektor  surya yang  diuji  dengan  kondisi  parameter  cuaca  selama proses  pengujian.  Faktor  yang  mempengaruhi  variasi nilai  efisiensi  kolektor  tersebut  diantaranya  intensitas radiasi  dan  luas  permukaan  kolektor.  Dengan menggunakan analisa  statistik, diperoleh korelasi  yang cukup  kuat  antara  pengaruh  intensitas  radiasi  terhadap efisiensi  kolektor  berkisar  0,839  seperti  yang ditunjukkan pada tabel 5. Secara keseluruhan diperoleh juga  pengaruh  parameter  cuaca  yang  meliputi temperatur  udara,  kelembaban  relatif  dan  intensitas radiasi  terhadap  kinerja  kolektor  surya  yang  diuji sebesar  72%  dengan  menggunakan  analisis  regresi berganda.

## 3.2. Analisa Performansi Mesin Pendingin Adsorpsi
Proses pengujian performansi  mesin pendingin adsorpsi  dimulai  dari  pukul  08.00  WIB  hingga  pukul 08.00 WIB besok hari selama 24 jam. Performansi dari sistem  mesin  pendingin  adsorpsi  tenaga  surya  dapat diketahui  dari  besarnya  nilai  koefisien  performansi (COP) yang diperoleh. Tabel 6 menampilkan nilai COP yang  diperoleh  selama  pengujian.  Berdasarkan  hasil pengukuran  dan  perhitungan  maka  diperoleh  nilai koefisien performansi mesin pendingin diantara 0,0565- 0,0759.  Tampak  juga  besarnya  nilai  kalor  pendinginan dan kalor radiasi yang terjadi untuk setiap siklus selama proses pengujian.
Data  hasil  eksperimental  yang  telah  dianalisa menunjukkan  bahwa  variabel  utama  yang  berpengaruh terhadap  kinerja  sistem  mesin  pendingin  adsorpsi  yang diuji adalah kinerja kolektor, besarnya intensitas radiasi yang  diterima  permukaan  kolektor  dan  waktu  yang dibutuhkan  untuk  proses  satu  siklus.  Seperti  diketahui bahwa  perubahan  intensitas  radiasi  cukup  dipengaruhi
oleh  kondisi  langit  seperti  cerah  ( bright )  dan  berawan ( cloudy). Berdasarkan  pengujian  yang  telah  dilakukan bahwa karbon aktif yang  digunakan memiliki kemampuan  adsorpsi  250-260  ml/kg  untuk  temperatur pemanasan dari 125-150 o C.
Hal  ini  mengindikasikan  bahwa  adsorben karbon  aktif tersebut  memiliki  kemampuan penyerapan yang  cukup  baik  terhadap  refrijeran  metanol.  Karbon aktif  berfungsi  sebagai  adsorben  untuk  mengikat adsorbat  atau  refrijeran  pada  saat  proses  adsorpsi  dan saling  terpisah  pada  saat  proses  desorpsi.  Pengaruhnya adalah  saat  proses  adsorpsi  terjadi  maka  proses pendinginan  terhadap  objek  yang  didinginkan  dapat terjadi  secara  optimal.  Karena  seluruh  refrijeran  yang terdapat  di  evaporator  akan  diserap  oleh  adsorben karbon  aktif  yang  terdapat  di  kolektor. Namun  data pengukuran  menunjukkan  bahwa  temperatur  kolektor maksimum  yang  dapat  dicapai  selalu  di  bawah temperatur 150 o C.
1.0 0.8 0.6 0.4 0.2 0.0 Tekanan (bar) 20 18 16 14 12 10 8 Waktu (WIB) 1000 800 600 400 200 0
Tekanan Radiasi Surya
Gambar 8. Korelasi distribusi tekanan pada kolektor dengan intensitas radiasi surya
Tabel 5. Korelasi parameter cuaca terhadap efisiensi kolektor surya
Parameter Intensitas radiasi Temperatur udara Kelembaban udara Efisiensi kolektor Intensitas radiasi 1 Temperatur udara 0.835 1 Kelembaban udara -0.722 -0.979 1 Efisiensi kolektor 0.839 0.699 -0.617 1 Tabel 6. Nilai COP selama pengujian Siklus Q pendinginan (W) Q radiasi (W) Nilai COP 1 364.39 4191.61 0.0869 2 360.19 3350.85 0.1075 3 366.24 3852.98 0.0951 4 398.16 4968.26 0.0801 5 403.03 5059.31 0.0797
Kondisi ini membuat kemampuan dari adsorben  dalam  melepaskan  metanol  saat  proses desorpsi  menjadi  kurang  maksimal.  Disamping  itu, terdapatnya  gas  yang  tidak  diinginkan  ( unwanted gasses )  di  dalam  komponen  mesin  pendingin  sangat berkorelasi dengan sistem pemvakuman saat pengujian. Umumnya,  tekanan  operasional  normal  dari  mesin pendingin  adsorpsi  yang  menggunakan  refrijeran metanol sekitar 0,02-0,2 bar, namun tekanan operasional  dari  hasil  pengujian  berkisar  0,101-0,798 bar. Peningkatan kinerja kolektor perlu dimaksimumkan  dengan  mengurangi  kerugian  kalor saat  proses  radiasi  dengan  memperbaiki  sistem  isolasi pada  dinding  kolektor.    Disamping  itu  perlu penyempurnaan  dalam  sistem  pendinginan  kolektor secara  konveksi  alami  untuk  meningkatkan  efisiensi kolektor.
Proses perpindahan panas pada saat pendinginan  permukaan  kolektor  yang  terjadi  secara konveksi  alami  dipengaruhi  oleh  kondisi  cuaca.  Secara umum,  laju  perpindahan  panas  dan  massa  yang  terjadi di  dalam  kolektor  cukup  rendah  dan  hal  ini membutuhkan  waktu  yang  lama  untuk  proses  satu siklus.  Perlu  diketahui  bahwa  untuk  mesin  pendingin siklus  adsorpsi  yang  digerakkan  oleh  radiasi  matahari umumnya  memiliki  temperatur  permukaan  kolektor dibawah  150 o C.  Hal  ini  terjadi  karena  proses pemanasan kolektor dipengaruhi kondisi cuaca sehingga  intensitas  radiasi  surya  tidak  dapat  konstan. Radiasi  surya  yang  diserap  oleh  permukaan  kolektor surya  tersebut  digunakan  untuk  memanaskan  karbon aktif  serbuk  sehingga  metanol  dapat  terlepas  dari adsorben  pada  saat  proses  desorpsi.  Semakin  banyak radiasi  surya  yang  dikumpulkan  kolektor  maka  hal  ini akan  membuat  temperatur  adsorben  semakin  tinggi. Efeknya,  volume  metanol  yang      yang  dilepaskan  oleh karbon  aktif  serbuk  akan  semakin  besar  sehingga volume  metanol  yang  terdapat  pada  komponen evaporator  menjadi  meningkat.  Meningkatnya  jumlah refrijeran  di  evaporator  akan  semakin  meningkatkan efek pendinginan dalam siklus adsorpsi.

## 4. Kesimpulan
Kinerja  kolektor  dengan  luas  penampang  0,5 m 2 yang menggunakan pasangan adsorpsi  karbon aktif serbuk-metanol  telah  diuji  dan  dianalisa.  Kolektor surya  yang  diuji  terintegrasi  dengan  komponen  mesin pendingin  adsorpsi  yang  lain  seperti  kondensor  dan evaporator.  Data  eksperimental  menunjukkan  bahwa performansi  dari  kolektor  dipengaruhi  oleh  parameter cuaca  saat  pengujian  dan  luas  permukaan  kolektor. Efisiensi  kolektor  yang  diperoleh  selama  pengujian berkisar  diantara  51,45-55,43%.  Analisa  statistik  yang dilakukan  menyatakan  bahwa  pengaruh  parameter cuaca terhadap kinerja kolektor berkisar 72%.

## Ucapan Terima Kasih
Terima
kasih disampaikan kepada DRPM Kemenristekdikti  RI  Tahun  Anggaran  2019  atas  Hibah Penelitian Terapan Unggulan Perguruan Tinggi (PTUPT) yang telah diberikan.

## Daftar Pustaka
Cherrad,  N.,  Benchabane,  A.,  Sedira,  L.,  &  Rouag,  A. (2018). Transient numerical model for predicting operating  temperatures  of  solar  adsorption refrigeration cycle. Applied Thermal
Engineering , 130 , 1163-1174.
Chen,  Q.  F.,  Du,  S.  W.,  Yuan,  Z.  X.,  Sun,  T.  B.,  &  Li, Y. X. (2018). Experimental study on performance change with time of solar adsorption refrigeration system. Applied  Thermal  Engineering , 138 ,  386- 393.
Duffie,  J.A.  (2006).  Solar  Engineering  of  Thermal Processes, 3 rd Ed., New York: Wiley. Farhana,  K.,  Kadirgama,  K.,  Rahman,  M.  M., Ramasamy,  D.,  Noor,  M.  M.,  Najafi,  G.,  ...  & Mahamude,  A. S. F. (2019). Improvement in the performance of solar collectors with nanofluids— A  state-of-the-art  review. Nano-Structures  & Nano-Objects , 18 , 100276.
Fernandes,  M.  S.,  Brites  G.  J.  V.  N.,  Costa J.J.,  Gaspar A.R., & Costa V.A.F. (2014). Review and future trends  of  solar  adsorption  refrigeration  systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 39 102-123.
Ammar,  M.  H.,  Benhaoua,  B.,  &  Bouras,  F.  (2017). Thermodynamic analysis and performance of an adsorption  refrigeration  system  driven  by  solar collector. Applied  Thermal  Engineering , 112, 1289-1296.
Kalogirou, S. (2009). Solar Energy Engineering Process and  Systems . USA  :  The  Cyprus  University  of Technology.
Mahmoud  A.  S.,  Gyula  G.,  &  Omid  M.  (2017).
Experimental  Study  on  the  Performance  of  a Flat-Plate Collector Using WO3/Water Nanofluids, Energy, 2436-2444.
Mahesh,  A..  (2017).  Solar  collectors  and  adsorption materials  aspects  of  cooling  system. Renewable and Sustainable Energy Reviews 73, 1300-1312 Mehdi, Z., Yogi, G. & Elias S. (2015). A review of solar thermo-mechanical  refrigeration  and  cooling methods. Renewable  and  Sustainable  Energy Reviews 51, 1428 - 1445.
Rashidi,  S.,  Esfahani,  J.  A.,  &  Rashidi,  A.  (2017).  A review on the applications of porous materials in solar energy systems. Renewable and Sustainable Energy Reviews , 73 , 1198-1210.
Sitorus,  T.B.,  Napitupulu  F.H.,  &  Ambarita  H.  (2016).
Experimental  Study  of  Solar  Refrigerator System Using  Activated  Alumina and Methanol Adsorption  Pair. International  Journal  of Technology , 7 (5), 910-920.
Sitorus, T.B., Napitupulu, F.H., & Ambarita, H. (2017). A  Study  on  Adsorption  Refrigerator  Driven  by Solar  Collector  Using  Indonesian  Activated Carbon. Journal of Engineering and Technological Sciences , 49 (5), 657-670.
Umair, M., Atsushi, A., & Yuki, U. (2014). Performance Evaluation  of  a  Solar  Adsorption  Refrigeration System  with a Wing Type  Compound Parabolic Concentrator. Energies, 7, 1448-1466. Yunfeng, W., Ming, L., Xu, J., Qiongfen, Y., Guoliang, L., & Xun, M. (2018). Experimental study of the effect  of  enhanced  mass  transfer  on  the performance  improvement  of  a  solar-driven adsorption refrigeration system. Applied Energy, 224, 417-425.