## ANALISA KONDENSOR MESIN PENDINGIN ADSORPSI TENAGA SURYA DENGAN MENGGUNAKAN SIMULASI 3D
Dimas B. N. Sitorus 1 *, Tulus B. Sitorus 2 , Terang UHSG 3 , Andianto Pintoro 4 1,2,3,4 Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara Email: sitorus.dimas@gmail.com

## Abstract
Energy consumption that is very widely used by humans at this time results in an energy crisis, one of the causes of this event is human dependence on energy derived from  fossils where this energy cannot be renewed and will eventually run out. One of the most widely used energy today is in the field of cooling. Making an innovation that  allows  reduced  energy  use  by  obtaining  equal  results  is  very  necessary.  However,  making  such  innovations cannot be made with just one experiment until the innovation can be disseminated. The most efficient way is to use CFD  applications.  This  study  aims  to  determine  the  fluid  phenomena  that  occur  in  the  condenser  system  on adsorption refrigeration devices using CFD applications. Simulations were carried out from 12:30 WIB at desorption for 30 minutes and carried out in transient conditions. The results of the simulation are displayed in the form of color contours. The amount of convection heat transfer rate that occurs in the condenser is 1.25 Watts.
Keywords: CFD, Evaporataion-Condensation, Condenser, Adsorption, Desorption

## Abstrak
Konsumsi energi yang sangat banyak digunakan oleh manusia pada saat ini mengakibatkan terjadinya krisis energi, salah satu penyebab kejadian ini adalah ketergantungan manusia terhadap energi yang berasal dari fosil yang dimana  energi  ini  tidak  dapat  diperbaharui  dan  suatu  saat  akan  habis.  Salah  satu  energi  yang  paling  banyak digunakan  saat  ini  adalah  dibidang  pendinginan.  Pembuatan  suatu  inovasi  yang  memungkinkan  berkurangnya penggunaan energi dengan mendapatkan hasilnya setara sangatlah diperlukan. Namun, pembuatan inovasi tersebut tidak  dapat  dibuat  hanya  dengan  sekali  percobaan  hingga  inovasi  tersebut  dapat  disebarluaskan.  Cara  yang  paling efisien ialah dengan menggunakan aplikasi CFD. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui fenomena fluida yang terjadi  didalam  sistem  kondensor  pada  alat  pendingin  adsorpsi  dengan  menggunakan  apliaksi  CFD.  Simulasi dilakukan dari jam 12.30 WIB pada saat desorpsi selama 30 menit dan dilakukan pada kondisi transient. Hasil dari simulasi  di  tampilkan  dalam  bentuk  kontur  warna.  Besar  laju  perpindahan  panas  konveksi  yang  terjadi  pada kondensor sebesar 1,25 Watt.
Kata kunci: CFD, Evaporasi-Kondensasi, Kondensor, Adsorpsi, Desorpsi

## 1. Pendahuluan
Konsumsi  energi  yang  sangat  banyak  digunakan  oleh  manusia  pada  saat  ini  mengakibatkan terjadinya krisis energi, salah satu penyebab kejadian ini adalah ketergantungan manusia terhadap energi yang berasal dari fosil yang dimana energi ini tidak dapat diperbaharui dan suatu saat akan habis [1, 2]. Salah satu energi yang paling banyak digunakan saat ini adalah dibidang pendinginan. Penggunaan energi dibidang  pendinginan  ini  banyak  kita  jumpai  di  setiap  lantai  gedung-gedung  besar  seperti  mall  ataupun perkantoran, dan juga banyak di gunakan rumah-rumah penduduk.
Semakin  meningkatnya  penggunaan  energi  semakin  membuat  terjadinya  energi  krisis,  dengan kata  lain  manusia  membutuhkan  suatu  energi  yang  ramah  lingkungan  bagi  bumi  dan  juga  energi  yang dapat di perbaharui. Salah satu energi itu ialah energi surya atau yang biasa di sebut dengan energi panas matahari.
Penggunaan  energi  surya  dapat  diaplikasikan  untuk  beberapa  hal  seperti  pembangkit  lisrik, pengeringan,  dan  juga  salah  satunya  adalah  sebagai  pendingin  ( solar  cooling )  [3,  4].  Dari  beberapa kejadian  tersebut  membuktikan  tingginya  kebutuhan  terhadap  pendingan  yang  besar  dan  juga memanfaatkan  energi  surya  yang  dapat  diperbaharui  dengan  cukup  besar,  yang  dimana  penelitian  ini didasari oleh masalah yang sedang dihadapi saat ini.
Metode yang digunakan pada penelitian ini adalah membuat alat pendingin adsorbsi dimana alat ini hanya menggunakan tenaga matahari sebagai penggeraknya dan tidak digunakan energi mekanik.
Penelitian  yang  sekaligus  perkembangan  dari  alat  pendingan  adsorbsi  ini  membutuhkan  waktu dan biaya yang banyak. Oleh sebab itu, untuk mengurangi hal tersebut digunakanlah teknologi simulasi. Karena  melibatkan  aliran  fluida,  bidang  CFD  ( Computational  Fluid  Dynamics )  dapat  digunakan  untuk membantu pemodelan proses adsorbsi. Teknologi CFD sekarang ini banyak di gunakan untuk membantu para  perancang  alat untuk membuat  sesuatu  hal  dengan  dengan  lebih  efisien  dan  juga dapat  lebih  cepat mengetahui permasalahan yang terjadi pada alat tersebut.

## 2. Metode
Penelitian  ini  menggunakan  kondensor  pada  alat  pendingin  adsorpsi  tenaga  surya  seperti  pada gambar di bawah ini.
Gambar 2.1 Komponen Kondensor pada Sistem Pendingin Adsorpsi
Pemodelan  dengan  metode  komputasi  pada  dasarnya  menggunakan  persamaan  dasar  dinamika fluida,  dan  momentum,.  Persamaan-persamaan  ini  merupakan  pernyataan  matematis  untuk  dua  prinsip dasar fisika [5,6] :
1. Hukum Kekekalan Massa (The Conservation of Mass)
2. Hukum  Kekekalan  Momentum  (The  Conservation  of  Momentum)  sebagai  interpretasi  dari hukum kedua Newton (Newton Second’s Law of Motion)
1. Hukum Kekekalan Massa (The Conservation of Mass) [1]
Konsep  utama  dari  hukum  ini  adalah  laju  kenaikan  massa  dalam  volume  control  adalah  sama dengan laju net aliran fluida ke dalam elemen batas. Secara sederhana dapat ditulis:
𝜕𝑀 𝜕𝑡 =   𝛴ṁ 𝑖𝑛 −   𝛴ṁ 𝑜𝑢𝑡 (1)
Hukum kekekalan massa 3 dimensi secara umum dapat ditulis dengan persamaan berikut:
0 =         +   +   +   +   +   +   z w y v x u z w y v x u t     
(2)
2. Hukum Kekekalan Massa (The Conservation of Mass)
Hukum kekekalan momentum ini merupakan interpretasi dari hukum ke-2 Newton (arah sumbu- x) yaitu :
 = x x ma F
(3)
Hukum  kekekalan  masa  arah  sumbu-x  3  dimensi  secara  umum  dapat  ditulis  dengan  persamaan sebagai berikut:
x yx x f y x x p Dt Du     +   +   +   − =
(4)
Dengan  cara  dan  bentuk  yang  sama  persamaan  kekekalan  momentum  3  dimensi  arah  sumbu-y dan arah sumbu-z dapat ditulis dengan persamaan sebagai berikut:
y zy yy xy f z y x y p Dt Dv      +   +   +   +   − =
(5)
z zz yz xz f z y x y p Dt Dw      +   +   +   +   − =
(6)

## 3. Analisi dan Pembahasan

## 3.1 Kondisi Batas
Kondisi  batas  pada  penelitian  ini  ialah  simulai  dimulai  pada  pukul  12.30  WIB  pada  proses desorpsi  selama  30  menit.  Bahan  kondensor  adalah  alumunium  dan  fluida  yang  digunakan  ialah  uap metanol.  Suhu  inlet  metanol  sebesar  35 o C,  tekanan  sebesar  -38663.49  Pa,  dan  suhu  lingkungan  sebesar 33.28 o C dan gravitasi sebesar 9.81 m/s 2 .

## 3.2 Hasil Simulasi
Simulasi  ini  menggunakan  Software  Ansys  19  dengan  pembuatan  geometri  menggunakan Software  Autocad  2016.  Gambar-gambar  dibawah  ini  menunjukkan  fenomena  yang  terjadi  pada kondensor  selama  percobaan  30  menit  seperti  kontur  distribusi  suhu,  kontur  tekanan,  liquid  volume fraction dan besar laju perpindahan panas.
Gambar 3.1 Kontur Temperatur Setelah 30 Menit
Gambar 3.2 Kontur Tekanan Setelah 30 Menit
Gambar 3.3 Kontur Liquid Volume Fraction Setelah 30 Menit
Gambar 3.4 Perpindahan Panas pada Kondensor Setelah 30 Menit

## 4. Kesimpulan
Dari  hasil  simulasi  3D  mengunakan  software  ansys  19.0  selama  30  menit  diperoleh  volume metanol pada fase vapor sebesar 0,0002826 m 3 dan volume metanol pada fase liquid sebesar 0,0003146 m 3 . Berdasarkan data dari simulasi menggunakan Software Ansys 19.0, bahwa distribusi temperatur pada kondensor pada menit awal sebesar 308,15 K, selanjutnya pada menit ke-10 sebesar 307,85 K, dan pada menit  ke-20  sebesar  308,06  K,  dan  pada  menit  terakhir  simulasi  yaitu  menit  ke-30  temperatur  pada kondensor  didominasi  pada  temperatur  307.61  K.  Dan,  besar  laju  perpindahan  panas  konveksi  yang terjadi pada kondensor adalah sebesar 1,25 Watt. Nilai ini merupakan pada proses selama 30 menit. Dan memiliki efisiensi sebesar 49,19%.

## Referensi
[1] Watheq  Khalil  Said  Hussein,  Solar  Energy  Refrigeration  by  Liquid-Solid  Adsorption  Technique, Egypt, (Thesis 2008)
[2] Zhang  X.J.,  R.Z.  Wang,  Design  and  performance  simulation  of  a  new  solar  continuous  solid adsorption refrigeration and heating hybrid system, Renewable Energy 27,  pp.401- 415, Elsevier, 2002.
[3] Wang L.W., R.Z. Wang, Z.S. Lu, C.J. Chen, J.Y. Wu, Comparison of The Adsorption Performance of  compound  Adsorbent  in  a  Refrigeration  Cycle  with  and  without  Mass  Recovery,  Elsevier Journal, 2006.
[4] Wang  L.W.,  R.Z.  Wang,  R.G.  Oliveira,  A  review  on  adsorption  working  pairs  for  refrigeration, Renewable ans Sustainable Energy Reviews 13  pp.518-534, 2009.
[5] Qu T.F., R.Z. Wang, W. Wang. Study on heat and mass recovery in adsorption refrigeration cycles. Applied Thermal Engineering 21 (2001) pp.439 - 454
[6] Critoph  E.R.,  S.J.  Metcalf.  Specific  cooling  power  intensification  limits  in  ammonia–carbon adsorption refrigeration systems. Applied Thermal Engineering 24 (2004) pp. 661-678.