BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Siklus Adsorpsi

2.1.1 Teori Umum Adsorpsi

Adsorpsi adalah suatu proses yang terjadi ketika suatu fluida

(cairan maupun gas) terikat pada suatu padatan (zat penyerap, adsorben) dan

akhirnya membentuk suatu lapisan tipis atau film (zat terserap: adsorbat) pada

permukaannya. Berbeda dengan absorpsi yang merupakan penyerapan fluida 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.

Adsorpsi adalah pengumpulan dari adsorbat di atas permukaan adsorben,

sedang absorpsi adalah penyerapan dari adsorbat ke dalam adsorben dimana

disebut dengan fenomena sorption. Materi atau partikel yang diadsorpsi disebut

adsorbat, sedangkan bahan yang berfungsi sebagai pengadsorpsi disebut adsorben.

Adsorpsi dibedakan menjadi dua jenis, yaitu adsorpsi fisika yang

disebabkan oleh gaya Van Der dan secara kimia (terjadi reaksi antara zat yang

diserap dengan adsorben).

Apabila daya tarik menarik antara zat terlarut dengan adsorben besar maka

zat yang terlarut akan diadsorpsi pada permukaan adsorben. Inilah yang disebut

dengan gaya Van Der Waals. Pada proses ini gaya yang menahan molekul fluida

pada permukaan solid relatif lemah, dan besarnya sama dengan

gaya kohesi molekul pada fase cair (gaya Van Der Waals) mempunyai derajat

yang sama dengan panas kondensasi dari gas menjadi cair. Keseimbangan antara

permukaan solid dengan molekul fluida biasanya cepat tercapai dan bersifat

reversibel.

Universitas Sumatera Utara

Adsorpsi kimia adalah reaksi yang terjadi antara zat padat dengan zat

terlarut yang teradsorpsi. Adsorpsi ini bersifat spesifik dan melibatkan gaya yang

jauh lebih besar daripada adsorpsi fisika. Karena adanya ikatan kimia maka pada

permukaan adsorben akan terbentuk suatu lapisan, di mana terbentuknya lapisan

tersebut akan menghambat proses penyerapan selanjutnya oleh bantuan adsorben

sehingga efektifitasnya berkurang.[18]

Perhatikan siklus dasar refrigerasi adsorpsi di bawah ini.

Gambar 2.1 Siklus Dasar Refrigerasi Adsorpsi

Pada kondisi awal sistem berada pada tekanan dan temperatur rendah,

adsorben memiliki konsentrasi refrigeran yang tinggi dan vessel lain terdapat

refrigeran dalam bentuk gas (gambar a). Vessel yang terdapat adsorben

Universitas Sumatera Utara

dipanaskan yang mengakibatkan naiknya temperatur dan tekanan sistem sehingga

kandungan adsorbat yang ada di dalam adsorben berkurang atau menguap. Proses

berkurangnya kandungan adsorbat pada adsorben pada kasus ini disebut desorpsi.

Refrigeran yang terdesorpsi kemudian terkondensasi sebagai cairan di

dalam labu kedua dengan dikeluarkannya panas ke lingkungan dimana tekanan

dan temperatur sistem masih tinggi (gambar b). Pemanasan pada labu pertama

dihentikan, lalu pada botol labu yang pertama terjadi perpindahan panas ke

lingkungan sehingga tekanan sistem menjadi rendah. Tekanan sistem yang rendah

menyebabkan adsorbat cair pada botol labu yang kedua menguap dan terserap ke

botol pertama yang berisi adsorben. Proses terserapnya adsorbat ke adsorben pada

kasus ini disebut adsorpsi. Proses adsorpsi menghasilkan efek pendinginan yang

terjadi pada botol labu kedua, dimana pada tekanan rendah panas dari lingkungan

diserap untuk menguap adsorbat (d) sampai sistem kembali ke kondisi awal.

Siklus mesin pendingin adsorpsi dapat digambarkan pada diagram

Clayperon berikut ini.

Gambar 2.2 Diagram Clayperon pada Sistem Pendingin Siklus Adsorpsi

Proses yang terjadi dapat di uraikan sebagai berikut ini.

1. Proses Pemanasan (pemberian tekanan)

Proses pemanasan dimulai dari titik A dimana adsorben berada pada

temperatur rendah TA dan tekanan rendah Pe (tekanan evaporator). Adsorber akan

Universitas Sumatera Utara

menerima panas sehingga temperatur adsorber meningkat dan diikuti peningkatan

tekanan evaporasi menjadi tekanan kondensasi. Selama proses ini tidak ada aliran

refrigeran.

2. Proses desorpsi

Proses desorpsi berlangsung pada waktu panas diberikan dari titik B ke D

sehingga adsorber mengalami peningkatan temperatur yang menyebabkan

timbulnya uap desorpsi. Sehingga, adsorbat yang berada pada adsorben dalam

bentuk gas mengalir ke kondensor untuk mengalami proses kondensasi menjadi

cair.

3. Proses Pendinginan (penurunan tekanan)

Proses pendinginan berlangsung dari titik D ke F yang berlangsung pada

malam hari. Adsorber melepaskan panas dengan cara didinginkan sehingga suhu

di adsorber turun dan diikuti oleh penurunan tekanan dari tekanan kondensasi ke

tekanan evaporasi.

4. Proses Adsorpsi

Proses adsorpsi berlangsung dari titik F ke A. Adsorber terus melepaskan

panas sehingga adsorber mengalami penurunan temperatur dan tekanan yang

menyebabkan timbulnya uap adsorpsi.

2.2 Adsorben

2.2.1 Karbon Aktif

Karbon aktif 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 di dalam ruangan pemanasan sehingga bahan yang mengandung

karbon tersebut hanya terkarbonisasi dan tidak teroksidasi. Karbon aktif 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 karbon aktif tersebut dilakukan

aktivasi dengan aktif faktor bahan-bahan kimia ataupun dengan pemanasan pada

temperatur tinggi.

Universitas Sumatera Utara

Karbon aktif dibagi atas 2 tipe, yaitu karbon aktif sebagai pemucat dan

sebagai penyerap uap. Karbon aktif sebagai pemucat biasanya berbentuk bubuk

yang sangat halus, digunakan dalam fase cair, berfungsi untuk memindahkan zat-

zat pengganggu yang menyebabkan warna dan bau yang tidak diharapkan,

membebaskan pelarut dari zat-zat pengganggu dan kegunaan lain yaitu pada

industri kimia dan industri baru. Diperoleh dari serbuk-serbuk gergaji, ampas

pembuatan kertas atau dari bahan baku yang mempunyai densitas kecil dan

mempunyai struktur yang lemah.

Gambar 2.3 Adsorben Karbon Aktif

Adsorben karbon aktif yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari

cangkang kelapa. Adapun sifat dari adsorben karbon aktif yang digunakan adalah

sebagai berikut ini.

Tabel 2.1 Sifat Adsorben Karbon Aktif.[18,10]

Sifat Adsorben Karbon Aktif

Massa Jenis 352,407-544,629 m3/kg

Pore Volume 0,56-1,20 cm3/g

Diameter rata-rata pori 15-25 Å

Regeneration Temperature 100-140 oC

(Steaming)

Ukuran Karbon Aktif 3 mm

Untuk lebih jelasnya perhatikan bagian-bagian dari struktur satu adsorben

karbon aktif berikut ini.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.4 Struktur Karbon Aktif [18]

Karbon aktif merupakan arang yang diproses sedemikian rupa sehingga

mempunyai daya serap/adsorpsi yang tinggi terhadap bahan yang berbentuk

larutan atau gas.

2.2.2 Pembuatan Karbon Aktif

Untuk membuat arang aktif, setidaknya minimal dilakukan dengan 2 cara.

antara lain:

1. Karbonisasi atau pembuatan arang dari batok kelapa tua

2. Aktivasi arang batok

Untuk membuat arang dari batok kelapa perlu memenuhi syarat antara

lain: tempurung dari kelapa tua dan berkadar air rendah. Syarat ini akan

memudahkan proses pengarangan, pematangannya akan berlangsung baik dan

merata.

Prinsip dasar aktivasi arang aktif adalah distilasi kering atau pirolisis yaitu

pembakaran tanpa menggunakan udara atau oksigen dengan suhu tinggi.

Berikut cara kerja pembuatan arang aktif:

1. Karbonisasi atau pembuatan arang

Untuk membuat arang ada beberapa cara, yang pertama cukup dimasukkan

ke dalam drum minyak, kemudian tempurung dibakar saat awal saja, kemudian

setelah menyala ditutup. Harap ingat, drum harus dikasih lubang udara sedikit

untuk melihat apakah arang sudah jadi atau belum, bisa dilihat dari indikasi asap

yang keluar.

Universitas Sumatera Utara

Cirinya adalah jika asap tebal dan putih, berarti batok sedang mengering,

jika asap tebal dan kuning, berarti sedang terjadi pengkarbonan, Pada fase ini

sebaiknya tungku ditutup dengan maksud agar oksigen pada ruang pengarangan

serendah-rendahnya sehingga diperoleh hasil arang yang baik. Untuk pengaturan

udara di dalam tungku bisa diatur dengan membuka tutup lubang udara.

Kemudian jika asap semakin menipis dan berwarna biru, berarti

pengarangan hampir selesai, tunggu sampai arang menjadi dingin. Setelah dingin

arang bisa di bongkar.

2. Aktivasi Arang Aktif

Adapun prosedur atau langkah-langkah untuk mengaktifkan karbon dapat

dilakukan dengan berikut ini.

a. Arang dimasukkan ke dalam tangki aktivasi (pirolisis) dan ditutup rapat.

b. Pastikan sambungan pipa pendingin, dan termocouple untuk pengamatan

temperatur berfungsi sebagaimana mestinya.

c. Alirkan air pendingin ke dalam pipa pendingin, kemudian kompor tungku

pirolisis mulai dinyalakan. Kompor bisa menggunakan bahan bakar

minyak tanah atau solar. Pengaturan api bisa diatur menggunakan

kompresor.

d. Melakukan pengamatan terhadap kerja dari tungku aktivasi dengan

mengamati kenaikan temperatur. Temperatur selama proses sekitar 600°C

apabila temperatur telah mencapai 600°C dan terlihat pada ujung

pendingin tidak adanya tar (cairan berwarna coklat) yang keluar, ditandai

dengan adanya gelembung air, maka pembakaran dipertahankan selama 3

jam. Setelah waktu tersebut proses telah selesai.

e. Kemudian api dimatikan, dan tungku aktivasi dibiarkan sampai dingin,

setelah itu bisa dibuka dan dikeluarkan untuk dilakukan penggilingan

sesuai mesh yang diinginkan. Arang aktif atau karbon aktif siap

digunakan.

2.3.3 Kegunaan Karbon Aktif

Karbon aktif digunakan secara luas dalam industri kimia, makanan dan

farmasi. Pada umumnya karbon aktif digunakan sebagai bahan penyerap dan

Universitas Sumatera Utara

penjernih. Dalam jumlah yang kecil digunakan juga sebagai katalisator. Untuk

lebih jelasnya dapat dilihat dalam tabel berikut ini.

Tabel 2.2 Kegunaan Karbon Aktif [17]

Maksud/Tujuan Pemakaian

1. Pemurnian gas Desulfurisasi, menghilangkan gas beracun, bau busuk,

asap, menyerap racun.

2. Pengolahan LNG Desulfurisasi dan penyaringan berbagai bahan mentah

dan reaksi gas.

3. Katalisator Reaksi katalisator atau pengangkut vinil klorida dan

vinil acetat

4. Lain-lain Menghilangkan bau dalam kamar pendingin dan

mobil, bahan adsorben pada mesin pendingin siklus

adsorpsi

Syarat mutu karbon aktif menurut Standar Industri Indonesia (SII No.

0254-79) adalah seperti tabel berikut ini.

Tabel 2.3 Standar Mutu Karbon Aktif [17]

Jenis Uji Satuan Persyaratan 1. Bagian yang hilang pada pemanasan 95oC % Maksimum 15 2. Air % Maksimum 10 3. Abu % Maksimum 2,5 4. Bagian yang tidak mengarang % Tidak ternyata

2.3 Refrigeran

Refrigeran adalah zat yang mengalir dalam mesin pendingin (refrigerasi)

atau mesin pengkondisian udara. Zat ini berfungsi untuk menyerap panas dari

benda atau udara yang didinginkan dan membawanya kemudian membuangnya ke

udara sekeliling di luar benda.

Berdasarkan jenis senyawanya, refrigeran dapat dikelompokan menjadi 7

kelompok yaitu sebagai berikut [19]:

1. Kelompok refrigeran senyawa halokarbon.

Universitas Sumatera Utara

Kelompok refrigeran senyawa halokarbon diturunkan dari hidrokarbon

(HC) yaitu metana (CH4), etana (C2H6), atau dari propana (C3H8) dengan

mengganti atom-atom hidrogen dengan unsur-unsur halogen seperti khlor (Cl),

fluor (F), atau brom (Br). Jika seluruh atom hidrogen tergantikan oleh atom Cl

dan F maka refrigeran yang dihasilkan akan terdiri dari atom khlor, fluor dan

karbon. Refrigeran ini disebut refrigeran chlorofluorocarbon (CFC). Jika hanya

sebagian saja atom hidrogen yang digantikan oleh Cl dan atau F maka refrigeran

yang terbentuk disebut hydrochlorofluorocarbon (HCFC). Refrigeran halokarbon

yang tidak mengandung atom khlor disebut hydrofluorocarbon (HFC).

2. Kelompok refrigeran senyawa organik cyclic.

Kelompok refrigeran ini diturunkan dari butana. Aturan penulisan nomor

refrigeran adalah sama dengan cara penulisan refrigeran halokarbon tetapi

ditambahkan huruf C sebelum nomor. Contoh dari kelompok refrigeran ini adalah:

1. R-C316 C4Cl2F6 1,2-dichlorohexafluorocyclobutane

2. R-C317 C4ClF7 chloroheptafluorocyclobutane

3. R-318 C4F8 octafluorocyclobutane

4. Kelompok refrigeran campuran Zeotropik.

Kelompok refrigeran ini merupakan refrigeran campuran yang bisa terdiri

dari campuran refrigeran CFC, HCFC, HFC, dan HC. Refrigeran yang terbentuk

merupakan campuran tak bereaksi yang masih dapat dipisahkan dengan cara

destilasi.

5. Kelompok refrigeran campuran Azeotropik.

Kelompok refrigeran Azeotropik adalah refrigeran campuran tak bereaksi

yang tidak dapat dipisahkan dengan cara destilasi. Refrigeran ini pada

konsentrasi, tekanan dan temperatur tertentu bersifat azeotropik, yaitu

mengembun dan menguap pada temperatur yang sama, sehingga mirip dengan

refrigeran tunggal. Namun demikian pada kondisi (konsentrasi, temperatur atau

tekanan) yang lain refrigeran ini bisa saja menjadi bersifat zeotropik.

6. Kelompok refrigeran senyawa organik biasa

Universitas Sumatera Utara

Kelompok refrigeran ini sebenarnya terdiri dari unsur C, H dan lainnya.

Namun demikian cara penulisan nomornya tidak dapat mengikuti cara

penomoran refrigeran halokarbon karena jumlah atom H nya jika ditambah

dengan 1 lebih dari 10 sehingga angka kedua pada nomor refrigeran menjadi dua

digit. Sebagai contoh butana (C4H10), jika dipaksakan dituliskan sesuai dengan

cara penomoran refrigeran halokarbon, maka refrigeran ini akan bernomor R-

3110, sehingga akan menimbulkan kerancuan.

7. Kelompok refrigeran senyawa anorganik.

Kelompok refrigeran ini diberi nomor yang dimulai dengan angka 7 dan

digit selanjutnya menyatakan berat molekul dari senyawanya. Contoh dari

refrigeran ini adalah:

• R-702 : hidrogen

• R-704 : helium

• R-717 : amonia

• R-718 : air

• R-744 : O2

• R-764 : SO2

8. Kelompok refrigeran senyawa organik tak jenuh.

Kelompok refrigeran ini mempunyai nomor empat digit, dengan

menambahkan angka keempat yang menunjukkan jumlah ikatan rangkap di

depan ketiga angka yang sudah dibahas dalam sistem penomoran refrigeran

halokarbon.[19]

2.3.1 Metanol

Untuk terjadinya suatu proses pendinginan diperlukan suatu bahan yang

mudah dirubah bentuknya dari gas menjadi cair atau sebaliknya. Adapun sifat

Metanol dapat dilihat seperti tabel berikut ini.

Tabel 2.4 Sifat Metanol[18,10]

Sifat Metanol Massa jenis 787 kg/m³, cair

Universitas Sumatera Utara

Titik lebur

Titik didih

Klasifikasi EU

Panas Laten Penguapan (Le)

-97,7oC

64,5oC

Flammable (F), Toxic (T)

1100 kJ/kg

Metanol juga dikenal sebagai metil alkohol, wood alcohol atau spiritus.

Metanol merupakan bentuk alkohol paling sederhana. Pada keadaan atmosfer,

metanol berbentuk cairan yang ringan, mudah menguap, tidak berwarna, mudah

terbakar dan beracun dengan bau yang khas (berbau lebih ringan dari pada etanol).

Metanol digunakan sebagai bahan pendingin anti beku, pelarut, bahan bakar dan

sebagai bahan aditif bagi etanol industri.

Metanol diproduksi secara alami oleh metabolisme anaerobik oleh bakteri.

Hasil proses tersebut adalah uap metanol (dalam jumlah kecil) di udara. Setelah

beberapa hari uap metanol tersebut akan teroksidasi oleh oksigen dengan bantuan

sinar matahari menjadi karbon dioksida dan air.[17]

Gambar 2.5 Metanol ( CH3OH)

2.3.2 Etanol

Etanol disebut juga etil alkohol/alkohol murni/alkohol absolut

atau alkohol saja yaitu sejenis cairan yang mudah menguap, mudah terbakar, tak

berwarna. Senyawa ini merupakan obat psikoaktif dan dapat ditemukan

pada minuman beralkohol dan termometer modern. Etanol adalah salah satu obat

rekreasi yang paling tua.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.6 Etanol ( C2H5OH)

Etanol termasuk ke dalam alkohol rantai tunggal dengan rumus kimia

C2H5OH dan rumus empiris C2H6O. Etanol merupakan isomer konstitusional dari

dimetil eter. Etanol sering disingkat menjadi EtOH, dengan "Et" merupakan

singkatan dari gugus etil (C2H5). Sifat etanol dapat dilihat seperti pada tabel

berikut ini.

Tabel 2.5 Sifat Etanol[10,18]

Sifat Etanol Massa jenis

Titik lebur

Titik didih

Klasifikasi EU

Panas Laten Penguapan (Le)

783 kg/m³, cair

–114,2 °C

78,2 °C

F (Flammable): mudah terbakar

838,3 kJ/kg

Etanol banyak digunakan sebagai pelarut berbagai bahan-bahan kimia

yang ditujukan untuk konsumsi dan kegunaan manusia. Contohnya adalah pada

parfum, perasa, pewarna makanan, dan obat-obatan. Dalam kimia, etanol adalah

pelarut yang penting sekaligus sebagai stok umpan untuk sintesis senyawa kimia

lainnya. Dalam sejarahnya etanol telah lama digunakan sebagai bahan bakar.

2.3.3 Amonia

Amonia adalah senyawa kimia dengan rumus NH3. Biasanya senyawa ini

didapati berupa gas dengan bau tajam yang khas (disebut bau amonia). Sifat

amonia dapat dilihat seperti tabel di bawah ini.

Universitas Sumatera Utara

Tabel 2.6 Sifat Amonia[10,18]

Sifat Amonia Massa jenis

Titik lebur

Titik didih

Klasifikasi EU

Panas Laten Penguapan (Le)

682 kg/m³, cair

–77,7°C

-33,3 °C

Kautik, korosif

1357 kJ/kg

Walaupun amonia memiliki sumbangan penting bagi keberadaan nutrisi di

bumi, amonia sendiri adalah senyawa kaustik dan dapat merusak kesehatan.

Kontak dengan gas amonia berkonsentrasi tinggi dapat menyebabkan kerusakan

paru-paru dan bahkan kematian. Sekalipun amonia diatur sebagai gas tak mudah

terbakar, amonia masih digolongkan sebagai bahan beracun jika terhirup.

Gambar 2.7 Amonia Cair (NH3)

2.3.4 Musicool

Refrigeran hidrokarbon merupakan refrigeran alternatif jangka panjang

refrigeran CFC/HCFC. Dua keunggulaan penting yang dimilikinya adalah ramah

lingkungan dan karakteristik termodinamika yang handal sehingga meningkatkan

kinerja dan menghemat konsumsi energi sistem refrigerasi secara aman.

Musicool adalah refrigeran dengan bahan dasar hidrokarbon alam

sehinggga termasuk dalam kelompok refrigeran ramah lingkungan, yang

Universitas Sumatera Utara

dirancang sebagai alternatif pengganti refrigeran sintetik yang masih memiliki

potensi merusak alam.

Gambar 2.8 MC-134

Musicool telah memenuhi persyaratan teknis sebagai refrigeran. Dari hasil

pengujian menunjukan bahwa dengan beban pendinginan yang sama, musicool

memiliki keunggulan-keunggulan dibanding refrigeran sintetik, diantaranya

beberapa parameter memberikan indikasi data lebih kecil, seperti: kerapatan

bahan (density), rasio tekanan kondensasi terhadap evaporasi dan nilai

viskositasnya. Sedangkan beberapa parameter lain memberikan indikasi data lebih

besar, seperti: efek refrigerasi, COP, kalor laten, dan konduktivitas bahan.

Perhatikan tabel sifat musicool di bawah ini.

Tabel 2.7 Sifat Musicool [16]

No Parameter MC-12 MC-22 MC-134

1. Normal boiling point, °C -32,90 -42,05 -33,98

2. Temperatur kritis, °C 115,5 96,77 113,8

3. Tekanan kritis, Psia 588,6 616,0 591,8

4. Panas jenis cairan jenuh pada 37,8° C,kJ/kgK 2,701 2,909 2,717

5. Panas jenis uap jenuh pada 37,8 ° C, kJ/ kgK 2,003 2,238 2,014

6. Tekanan cairan jenuh pada 37,8 °C, Psia 134,4 188,3 139,4

7. Kerapatan cairan jenuh pada 37,8°C (kg/m³) 503,5 471,3 500,6

8. Kerapatan uap jenuh pada 37,8°C (kg/m³) 17,12 28,53 17,76

Universitas Sumatera Utara

Hidrokarbon dapat terbakar bila berada di dalam daerah segitiga api yaitu

tersedianya hidrokarbon, udara dan sumber api. Jika salah satu dari ketiga faktor

tersebut tidak terpenuhi maka proses kebakaran tidak akan tejadi. Hal ini

mengakibatkan tidak akan terjadi kebakaran di dalam sistem refrigerasi karena

tidak adanya udara (tekanan sistem refrigerasi lebih tinggi dari tekanan atmosfer).

Hidrokarbon termasuk kelompok refrigeran A3, yaitu refrigeran tidak

beracun yang mempunyai batas nyala bawah (Low Flammability Limit/LFL)

kurang dari 3,5%. Hidrokarbon dapat terbakar jika berada di antara ambang batas

nyala 2-10% volume. Bila konsentrasi hidrokarbon di udara kurang dari 2% maka

tidak cukup hidrokarbon untuk terjadinya pembakaran, demikian juga bila

konsentrasinya di atas 10% karena oksigen tidak cukup untuk terjadinya

pembakaran.

2.4 Keamanan Refrigeran

Refrigeran dirancang untuk digunakan pada ruangan tertutup atau tidak

bercampur dengan udara luar. Jika ada kebocoran karena sesuatu hal yang tidak

diinginkan, maka refrigeran ini akan keluar sistem dan bisa saja terhirup oleh

manusia. Untuk menghindari hal-hal yang tidak diinginkan maka refrigeran harus

dikategorikan aman atau tidak aman. Ada dua faktor yang digunakan untuk

mengklasifikasikan refrigeran berdasarkan keamanan, yaitu bersifat racun dan

mudah terbakar.

Berdasarkan toxicity, refrigeran dapat dibagi dua kelas, yaitu kelas A

bersifat tidak beracun pada konsentrasi yang ditetapkan dan kelas B jika bersifat

racun. Batas yang digunakan untuk mendefinisikan sifat racun atau tidak adalah

sebagai berikut. Refrigeran dikategorikan tipe A jika pekerja tidak mengalami

gejala keracunan meskipun bekerja lebih dari 8 jam/hari (40 jam/minggu) di

lingkungan yang mengandung konsentrasi refrigeran sama atau kurang dari 400

ppm (part per million by mass). Sementara kategori B sebaliknya.

Berdasarkan sifat mudah terbakar, refrigeran dapat dibagi atas 3 kelas,

kelas 1, kelas 2, dan kelas 3. Yang disebut kelas 1 jika mudah terbakar jika diuji

pada tekanan 1 atm (101 kPa) temperatur 18,3oC. Kelas 2 jika menunjukkan

keterbakaran yang rendah saat konsentrasinya lebih dari 0,1 kg/m3 pada 1 atm dan

Universitas Sumatera Utara

temperatur 21,1oC atau kalor pembakarannya kurang dari 19 MJ/kg. Kelas 3

sangat mudah terbakar. Refrigeran ini akan terbakar jika konsentrasinya kurang

dari 0,1 kg/m3 ataun kalor pembakarannya lebih dari 19 MJ/kg.

Berdasarkan defenisi ini, sesuai dengan standar 34-1997. Refrigeran

diklasifikasikan menjadi 6 kategori.[2]

1. A1 : sifat racun rendah dan tidak terbakar.

2. A2 : Sifat racun rendah dan sifat terbakar rendah.

3. A3 : Sifat racun rendah dan mudah terbakar.

4. B1 : sifat racunlebih tinggi dan tidak terbakar.

5. B2 : sifat racun lebih tinggi dan sifat terbakar rendah.

6. B3 : sifat racun lebih tinggi dan mudah terbakar.

2.5 Kalor (Q)

Kalor adalah salah satu bentuk energi yang dapat mengakibatkan

perubahan suhu. Pada abad ke 19 berkembang teori bahwa kalor merupakan fluida

ringan yang dapat mengalir dari suhu tinggi ke suhu rendah, jika suatu benda

mengandung banyak kalor, maka suhu benda itu tinggi (panas). Sebaliknya, jika

benda itu mengandung sedikit kalor, maka dikatakan benda itu bersuhu rendah

(dingin). Kuantitas energi kalor (Q) dihitung dalam satuan joules (J). Laju aliran

kalor dihitung dalam satuan joule per detik (J/s) atau watt (W). Laju aliran energi

ini juga disebut daya, yaitu laju dalam melakukan usaha

2.5.1 Kalor Laten

Suatu bahan biasanya mengalami perubahan temperatur bila terjadi

perpindahan kalor antara bahan dengan lingkungannya. Pada suatu situasi tertentu,

aliran kalor ini tidak merubah temperaturnya. Hal ini terjadi bila bahan mengalami

perubahan fasa. Misalnya padat menjadi cair, cair menjadi uap dan perubahan

struktur kristal (zat padat). Energi yang diperlukan disebut kalor transformasi.

Kalor yang diperlukan untuk merubah fasa dari bahan bermassa m adalah

QL = Le m ........................ (2.1)

Dimana :

Universitas Sumatera Utara

QL = Kalor laten (J)

Le = Kapasitas kalor spesifik laten (J/kg)

M = Massa zat (kg)

2.5.2 Kalor Sensibel

Tingkat panas atau intensitas panas dapat diukur ketika panas tersebut

merubah temperatur dari suatu substansi. Perubahan intensitas panas dapat diukur

dengan termometer. Ketika perubahan temperatur didapatkan, maka dapat

diketahui bahwa intensitas panas telah berubah dan disebut sebagai kalor sensibel.

Dengan kata lain, kalor sensibel adalah kalor yang diberikan atau yang dilepaskan

oleh suatu jenis fluida sehingga temperaturnya naik atau turun tanpa

menyebabkan perubahan fasa fluida tersebut.

Qs = m Cp ∆T ........................ (2.2)

Dimana:

Qs = Kalor sensible (J)

Cp = Kapasitas kalor spesifik sensibel (J/kg.K)

∆T = Beda temperatur (K)

2.5.3 Perpindahan Panas

Panas hanya akan berpindah jika ada perbedaan temperatur, yaitu dari

sistem yang bertemperatur tinggi ke sistem bertemperatur rendah. Perbedaan

temperatur ini mutlak diperlukan sebagai syarat terjadinya perpindahan panas.

Selama ada perbedaan temperatur antara dua sistem maka akan terjadi

perpindahan panas. Mekanisme perpindahan panas yang terjadi dapat

dikategorikan atas 3 jenis yaitu: konduksi, konveksi dan radiasi

1. Konduksi

Perpindahan panas dari partikel yang lebih panas ke partikel yang lebih

dingin sebagai hasil dari interaksi antara partikel tersebut. Karena partikelnya

tidak berpindah, umumnya konduksi terjadi pada medium padat, tetapi bisa juga

cair dan gas. Perpindahan panas di sini terjadi akibat interaksi antara partikel

tanpa diikuti perpindahan partikelnya. Perhatikan gambar di bawah ini.

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.9 Perpindahan Panas Konduksi Melalui Sebuah Pelat

Secara matematik, untuk plat datar seperti gambar di atas ini, laju

perpindahan panas konduksi dirumuskan dengan persamaan:

𝑄𝑐 = 𝑘𝐴∆𝑇∆𝑥

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.3)

Atau sering dirumuskan dengan persamaan berikut ini.

𝑄𝑐 = 𝑘𝐴 𝑑𝑇𝑑𝑥

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.4) [ lit.3]

Dimana:

𝑄𝑐 = Laju aliran energi (W)

A = Luas penampang (m2)

∆T = Beda temperatur (K)

∆x = Panjang (m)

k = Daya hantar (konduktivitas) (W/m.K)

2. Konveksi

Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas antara permukaan

padat yang berbatasan dengan fluida mengalir. Fluida di sini bisa dalam fasa cair

atau fasa gas. Syarat utama mekanisme perpindahan panas konveksi adalah

adanya aliran fluida. Perhatikan gambar di bawah ini.

Qc

Aliran Udara

Aliran Udara

Aliran Udara

Universitas Sumatera Utara

Gambar 2.10 Perpindahan Panas Konveksi dari Permukaan Pelat

Secara matematik perpindahan panas konveksi pada permukaan pelat rata

dapat dirumuskan dengan persamaan berikut ini.

Qh = hA(Ts-TL) ........................ (2.5) [lit.4]

Dimana:

Qh = Laju perpindahan panas konveksi (W)

h = Koefisien konveksi (W/m2K)

A = Lluas penampang perpidahan panas (m2)

Ts = Temperatur permukaan

TL = Temperatur fluida

3. Radiasi

Perpindahan panas radiasi adalah panas yang dipindahkan dengan cara

memancarkan gelombang elektromagnetik. Berbeda dengan mekanisme konduksi

dan konveksi, radiasi tidak membutuhkan medium perpindahan panas. Sampainya

sinar matahari ke permukaan bumi adalah contoh yang jelas dari perpindahan

panas radiasi.

Persamaan yang dapat digunakan untuk menghitung laju perpindahan

panas radiasi antara permukaan pelat (gambar 2.10) dan lingkungannya adalah:

Qr = eσAT4 ........................(2.6)

Dimana

Qr = Laju perpindahan panas radiasi (W)

σ = Konstanta Boltzman: 5,67 x 10-8 W/m2 K4

e = Emisivitas (0 ≤ e ≤ 1)

T = Temperatur (K)

Universitas Sumatera Utara

4. Konveksi Natural

Jika aliran fluida terjadi secara alami, sebagai akibat perpindahan panas

yang terjadi. Konveksi ini disebut konveksi natural atau kadang disebut konveksi

bebas dalam bahasa Inggris disebut natural convection atau free convection.

Pada kasus konveksi natural pada bidang horizontal panjang yang digunakan

menghitung bilangan RaL adalah panjang karakteristik yang didefinisikan dengan

persamaan:

𝐿 = 𝐴𝐾

. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . (2.7) [lit.4]

Dimana A menyatakan luas bidang horizontal dan K adalah keliling. Dengan

menggunakan panjang karakteristik (L) ini bilangan RaL dapat dihitung dengan

menggunakan persamaan berikut (2.8).

RaL = 𝑔𝛽(𝑇𝑠−𝑇𝑙)𝐿3

𝑣2𝑃𝑟........................(2.8)

Pola konveksi natural pada permukaan horizontal diperlihatkan seperti

gambar berikut ini.

Gambar 2.11 Konveksi Natural pada Bidang Horizontal (tipe a)

Persamaan untuk menghitung Nu seperti gambar di atas (bidang horizontal) dapat digunakan yang diajukan oleh Llyod Moran (1974):

Untuk 104 < RaL < 107 :

Nu = 0,54R𝑎𝐿0,25........................(2.9)

Untuk 107 < RaL < 109

Nu = 0,15R𝑎𝐿1/3........................(2.10)

Jika polanya ditunjukkan seperti gambar di bawah ini, yaitu fluida panas akan terdesak dari permukaan yang panas dan mengalir ke sebelah luar. Untuk

Tr < Ts

Ts

Tr < Ts

Ts

Universitas Sumatera Utara

mengisi kekosongan akibat aliran ini maka fluida dibawahnya akan mengalir ke atas.

Gambar 2.12 Konveksi natural pada bidang horizontal (tipe b)

Persamaan menghitung bilangan Nu untuk kasus ini dapat digunakan persamaan dapat dituliskan:

Nu = 0,27𝑅𝑎𝐿0,25.......................(2.11)

Persamaan ini berlaku untuk 105 < RaL <1010

Universitas Sumatera Utara