Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006 ISSN 0852 - 2979

STUDI TEKNIK PENDINGIN UNTUK INSTALASI DEKONTAMINASI ELEKTROLITIKBERMEDIA TOR Ag2+

RatikoPusat Teknologi Limbah Radioaktif, BATAN

ABSTRAKSTUD! TEKNIK PENDINGIN UNTUK INSTALASI DEKONT AMI NASI

ELEKTROLITIK BERMEDIATOR Ag2+. Oalam Penelitian ini dikaji beberapa konsepsistem pending in yang diperlukan Instalasi Oekontaminasi Elektrolitik bermediator Ag2+.Sistem pendingin diperlukan Instalasi Oekontaminasi Elektrolitik bermediator Ag2+karena temperatur anolyte mempengaruhi efisiensi kerja instalasi. Pada suhu tertentuakan dicapai efisiensi kerja instalasi yang optimal. Oari perkembangan teknologipendingin terkini, sistem Refrigerasi Absorpsi dan sistem Kompresi Uap merupakansistem refrigerasi yang lebih menguntungkan untuk Instalasi OekontaminasiElektrolitik.

ABSTRACTSTUDY OF COOLING SYSTEM FOR THE ELECTROLYTIC

DECONTAMINATION PLANT WITH Ag2+ MEDIATOR. Some cooling concepts for theelectrolytic decontamination plant with Ag2+ mediator have been investigated. Coolingsystem is needed, due to the fact that temperature of the anolyte solution creates achange of the plant efficiency. The optimally efficiency will be reached in the certaintemperature. In the actual refrigeration technology, absorption refrigeration andcompression refrigeration system are favorable for the electrolytic decontaminationplant with Ag2+mediator.

PENDAHULUAN

Industri nuklir yang memproses bahan uranium, plutonium, americium beserta

turunanya menghasilkan limbah terkontaminasi alfa yang membahayakan manusia

serta makhluk hidup lainnya. Salah satu cara pengelolaan limbah radioaktif

terkontaminasi alfa adalah dengan mendekontaminasi limbah tersebut dengan teknik

dekontaminasi elektrolitik hingga mencapai batas yang diperbolehkan untuk dibuang

ke lingkungan atau didaur ulang.

Teknik Oekontaminasi Elektrolitik yang telah diaplikasikan untuk pengelolaan

limbah radioaktif ada dua metode, yaitu: metode elektroplising dan metode

elektrodisposisi. Oalam metode elektropolising limbah radioaktif dioksidasi secara

langsung. Limbah langsung diberlakukan sebagai salah satu elktroda. Metode ini

efektif hanya untuk limbah metal.

Oalam metode elektrodisposisi limbah radioaktif dioksidasi secara tidak

langsung, yaitu dengan menggunakan mediator seperti Cesium, Cobalt dan Perak

yang dapat dielektroregenerasi menjadi Ce4+, Co3+, Ag2+sebagai katalisator. Metode ini

196

Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Talwn 2006 ISSN 0852 - 2979

(1 )

(2)

(3)

mengoksidasi limbah

dioksidasi oleh Ag2+

efektif untuk mendekontaminasi limbah metal dan juga non metal.

Karena memiliki potensal oksidasi paling tinggi, Ag2+ memiliki hasil yang lebih efektif

dibanding mediator Cesium dan Cobalt.

Metode dekontaminasi elektrolitik dengan elektoregenerasi dan mediator Ag2+

mempunyai beberapa keuntungan sebagai berikut: peralatannya kompak dan dapat

diinstal didalam glove box, pengopersaiannya mudah, kondisi operasi pad a temperatur

dan tekanan udara rendah, material radioaktif berada dalam kondisi cair.

Untuk mendapatkan efisiensi dekontaminasi yang optimal, teknik

dekontaminasi elktrolitik dengan elektoregenerasi dan mediator Ag2+ memerlukan

temperatur operasi tertentu. Untuk itu diperlukan Sistem pengatur temperatur untuk

mendapatkan efisiensi yang optimal. Dalam penelitian ini dikaji beberapa konsep teknik

pendingin untuk instalasi dekontaminasi elektrolitik dengan mediator Ag2+ untuk

mendapatkan gambaran dan landasan pemilihan beberapa parameter yang bisa

diaplikasikan.

KARAKTERISTIK REAKSI 01 INSTALASI OEKONTAMINASI ELEKTROLITIK

BERMEOIATOR Ag2+

Teknik elektrokimia didasarkan pada perpindahan elektron yang dikendalikan

oleh perbedaan potensial listrik. Pada elektrode positif (anode) terjadi reaksi oksidasi

dan pada elektrode negatif (katode) terjadi reaksi reduksi.

Sebagaimana disinggung diatas, teknik elektrokimia yang dipakai di instalasi

dekontaminasi elektrolitik bermediator Ag2+ adalah metode oksidasi secara tidak

langsung. Pad a oksidasi elektrokimia dengan media perak dan pengembannya asam

nitrat, Ag2+ akan dibangkitkan oleh reaksi elekrolisis di anode melalui reaksi

perpindahan elektron sebagai berikut:

Ag+ ~ Ag2+ + e- (anode)

2H+ + N03- + e- ~ N02 + H20 (katode)

4W + N03- + 3e- ~ NOx + 2H20 (katode)

Pad a dekontaminasi elektrokimia, Ag2+ di dalam anolyte akan

radioaktif yang akan didekontaminasi. Misalnya, PU02 akan

menjadi Pu2+ ion yang larut.

2 Ag+ ~2 Ag2+ + 2e- (anode) (4)

PU02(S) + Ag2+

~PU02+ + Ag+ (5)

PU02 ++ Aq2+

~PuO/+ + Aq+ (6)

PU02(S)

~PU022+ + 2 e-(7)

197

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006 ISSN 0852 - 2979

Oari contoh reaksi diatas bisa dikatakan, bahwa dengan semakin besar kwantitas

terbentuknya Ag2+ akan semakin besar hasil dekontaminasi limbah radioaktif.

Selain bergantung pada faktor besar arus listrik dari 2 elektrode, desain alat,

kecepatan kontak Ag2+ ke elektrode dan konsentrasi larutan yang terdapat pada anode

dan katode, kecepatan terjadinya Ag2+juga bergantung pada temperatur.

Oari hasil penelitian didapatkan bahwa, kecepatan pembangkitan Ag2+ justru akan

semakin bertambah dengan turunnya temperatur. Padahal dari persamaan:

k = Ae-EaJRT (8)

didapatkan bahwa kecepatan reaksi akan semakin bertambah dengan bertambahnya

temperatur. Namun bersamaan dengan reaksi pembentukan Ag2+ terjadi pula reaksi

antara Ag2+ dengan air membentuk kembali Ag+:

4 Ag2+ + 2 H20 ~ 4 Ag+ + O2 + 4 H+ (9)

Oari penelitian didapatkan bahwa pengaruh kenaikan temperatur terhadap

reaksi antara Ag2+ dengan air (membentuk kembali Ag+) lebih kuat dibandingkan

dengan pengaruhnya terhadap reaksi pembentukan Ag2+. Sehingga dengan penurunan

temperatur akan didapatkan kenaikan kecepatan reaksi pembentukan Ag2+, yang

berarti akan semakin besar kwantitas limbah yang bisa didekontaminasi.

Oi sisi lain kenaikan temperatur akan meningkatkan faktor dekontaminasi, oleh karena

itu dalam prakteknya perlu dipilih temperatur optimal, yang menghasilkan efisiensi

dekontaminasi yang maksimal. Untuk keperluan pemilihan temperatur optimal tersebut

tentunya diperlukan sistem pengatur suhu (Teknik Pending in).

SISTEM PENDINGIN UNTUK INSTALASI DEKONTAMINASI ELEKTROLITIK

BERMEDIA TOR Ag2+

Beberapa kemungkinan Konsep Pendingin/Refrigerasi yang saat ini banyak

diaplikasikan atau potensial untuk diaplikasikan:

Sistem Refrigerasi Konvensional (Kompresi Uap)

Saat ini mesin refrigerasi yang paling banyak digunakan di dunia adalah dari

jenis siklus kompresi uap. Mesiri refrigerasi siklus kompresi uap memiliki fleksibilitas

penggunaan, yakni bisa berfungsi sebagai mesin pendingin (AC) ataupun

pemanas/pompa kalor (heat pump) dengan mengubah arah aliran refrigerannya. Mesin

refrigerasi jenis ini juga berukuran cukup kompak, sehingga tidak memerlukan ruang

yang besar.

Mesin refrigerasi kompresi uap terdiri atas em pat komponen utama, yakni

kompresor, kondensor, katup ekspansi, dan evaporator. Kondensor dan evaporator

198

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006ISSN 0852 - 2979

sesungguhnya merupakan penukar kalor (heat exchanger) yang berfungsi

mempertukarkan kalor diantara dua fluida, yakni antara refrigerant dengan fluida luar

(bisa berupa air ataupun udara). Skema mesin refrigerasi ini dapat dilihat pada

Gambar 1 di bawah ini.

Katup

ekspansi

We

Kompresor

Gambar 1 Skema mesin refrigerasi siklus kompresi uap

Sedangkan diagram tekanan-entalpi yang menjelaskan proses pada mesinrefrigerasi siklus kompresi uap bisa dilihat pada Gambar 2.

Tekanan

Entalpi

Gambar 2 Diagram Tekanan-Entalpi pad a proses refrigerasi siklus kompresi uap

Pad a proses 1-2, kompresor menaikkan tekanan uap refrigerant. Kenaikan

tekanan ini diikuti dengan kenaikan temperatur uap refrigerant. Pada tingkat keadaan

(TK) 2, uap refrigerant berada pada kondisi uap super-panas. Pada proses 2-3, uap

refrigerant memasuki kondensor dan mendapatkan pendinginan dari kondensor.

Pendinginan ini terjadi akibat pertukaran panas antara uap refrigerant dengan fluida

luar (misalnya udara lingkungan ataupun air pendingin). Refrigerant keluar dari

kondensor pada TK 3 dalam kondisi cair jenuh, atau bisa juga pada kondisi cair sub­

dingin. Refrigerant kemudian memasuki katup ekspansi. Katup ekspansi ini pada

prinsipnya berupa penyempitan daerah aliran yang berakibat pad a penurunan tekanan

199

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

fluida secara drastis. Idealnya, refrigerant melalui katup ekspansi (proses 3-4) secara

iso-entalpi (isentalpl). Pada TK 4, refrigerant berada dalam kondisi campuran cair dan

uap. Karena refrigerant berada pada tekanan jenuhnya (tekanan penguapan). maka

dia akan mengalami penguapan; hukum alam menyatakan bahwa penguapan

membutuhkan energi, terjadilah penyerapan energi termal dari luar evaporator yang

menyebabkan efek pendinginan oleh mesin refrigerasi.

Sistem Refrigerasi Absorpsi

Untuk menggantikan fungsi kompresor (yang memerlukan energi terbesar

dalam kompenen sistem kompresi uap) seperti yang digunakan di dalam siklus

kompresi uap, digunakan tiga komponen di dalam siklus absorpsi; yakni absorber,

pompa, dan generator. Sehingga bila dibandingkan dengan sistem refrigerasi

konvensional, energi mekanik yang diperlukan oleh refrigerasi absorpsi sangat keci!.

Diagram refrigerasi absorpsi efek tunggal dapat dilihat pada Gambar 3 berikut ini:

Qc

rethgera n

Gambar 3 Diagram siklus refrigerasi absorpsi efek tunggal

Pada Gambar 3, QA adalah perpindahan panas dari absorber, WPump kerja

yang diperlukan pompa, QG adalah perpindahan panas yang diperlukan oleh

generator, Qc adalah perpindahan panas dari kondenser, dan QE adalah panas yang

diserap oleh evaporator. Penukar kalor yang terdapat di dalam siklus absorpsi

berfungsi untuk meningkatkan temperatur larutan sebelum memasuki generator,

sehingga bisa menghemat energi.

Seperti halnya siklus refrigerasi kompresi uap, efek pendinginan pada siklus

absorpsi juga terjadi pada sisi evaporator. Untuk menggantikan kompresor seperti

yang digunakan di dalam siklus kompresi uap, digunakan tiga komponen di dalam

siklus absorpsi; yakni absorber, pompa, dan generator. Absorber berfungsi untuk

200

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006ISSN 0852 - 2979

menyerap uap refrigeran ke dalam absorben, sehingga keduanya bercampur menjadi

larutan. Karena reaksi di dalam absorber adalah eksotermik (mengeluarkan panas),

maka perlu dilakukan proses pembuangan panas dari absorber. Tanpa dilakukannya

proses pembuangan panas, maka kelarutan (solubility) uap refrigeran ke dalam

absorben akan rendah. Selanjutnya, larutan tersebut dipompa ke generator.

Dalam perjalanan menuju generator, larutan dilewatkan di dalam penukar kalor untuk

meningkatkan temperatur (preheating). Daya pompa yang diperlukan sangat kecil,

sehingga dalam perhitungan COP siklus absorpsi, daya ini biasanya diabaikan. Di

dalam generator, larutan dipanaskan hingga terjadi pemisahan refrigeran dari larutan.

Selanjutnya, uap refrigeran tersebut akan memasuki kondensor. Proses selanjutnya

tidak berbeda dengan siklus kompresi uap, yakni kondensasi, penuruan tekanan

(melalui mekanisme penghambat aliran - flow restrictor), dan evaporasi.

Sistem Refrigerasi Adsorpsi Padatan

Efek pendinginan pada siklus solid adsorption menggunakan prinsip yang

sama dengan sistem refrigerasi lainnya: bahwa proses evaporasi memerlukan suplai

energi (menyerap energi). Proses adsorpsi melibatkan pemisahan suatu zat dari cairan

dan pengakumulasiannya pada permukaan sebuah zat padat. Zat yang menguap dari

fasa cair disebut sebagai adsorbat, sedangkan zat padat yang menyerap adsorbat

disebut sebagai adsorben. Molekul-molekul yang diserap oleh adsorben bisa

dilepaskan kembali dengan cara memanaskan adsorben; dengan demikian proses ini

bersifat reversibel. Terdapat dua macam adsorben, yakni hydrophilic seperti gel silika,

zeolit dan alumina aktif atau alumina berpori; dan hydrophobic seperti karbon aktif,

polimer dan silikat (Sumathy dkk., 2003). Adsorben hydrophilic memiliki kemampuan

ikat yang tinggi dengan zat yang bersifat polar (seperti air), sedangkan adsorben

hydrophobic dengan zat yang bersifat non-polar (seperti minyak).

1~1P

c B D

1

T

Gambar 4 Diagram Clapeyron untuk siklus adsorpsi ideal

201

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR ralll/n 2006 ISSN 0852 - 2979

Siklus adsorpsi dasar bisa dilihat pada Gambar 4. Siklus ideal dimulai dari titik

A: adsorben berada pada temperatur rendah, TA' dan tekanan rendah, PE (tekanan

evaporasi). A - B menunjukkan pemanasan adsorben bersamaan dengan adsorbat.

Pada saat ini, wadah adsorben (kolektor) dihubungkan dengan kondensor. Pemanasan

lanjut pada adsorben dari B ke 0 menyebabkan sebagian adsorbat mengalami

desorpsi dan selanjutnya uapnya terkondensasi di kondensor (titik C). Pada saat

adsorben mencapai temperatur maksimum, To, proses desorpsi berhenti. Selanjutnya

cairan adsorbat dikirimkan ke evaporator dari C ke E; kemudian kolektor ditutup dan

mending in. Penurunan temperatur dari 0 ke F menyebabkan penurunan tekanan dari

Pc ke PE. Setelah kolektor dihubungkan dengan evaporator; evaporasi dan adsorpsi

terjadi pada saat adsorben didinginkan dari temperatur F ke A. Efek pendinginan

muncul pada saat terjadinya evaporasi adsorbat.

Sistem Refrigerasi Efek Magnetokalorik

Efek magnetokalorik, yang merupakan sifat intrinsik seluruh material

magnetik, menyebabkan material yang bersifat magnetik akan membuang panas dan

tingkat entropi magnetiknya turun pada saat dikenai medan magnet secara isotermal.

Efek yang berkebalikan akan terjadi manakala medan magnet dihilangkan. Dengan

demikian, efek magnetokalorik ini bisa digunakan untuk mendinginkan suatu zat.

Prinsip ini telah digunakan dalam refrigerasi kriogenik sejak tahun 1930-an (Yu dkk.,

2003). Refrigerasi magnetik dipandang sebagai teknologi hijau (green technology)

yang memiliki potensi untuk menggantikan siklus konvensional kompresi uap. Efisiensi

refrigerasi magnetik bisa mencapai 30 - 60% terhadap siklus Carnot, sedangkan siklus

kompresi uap hanya mencapai 5 - 10% terhadap siklus Carnot (Yu dkk., 2003). Oleh

karena itu, refrigerasi magnetik diperkirakan memiliki potensi yang bagus di masa

mendatang.

Siklus dasar refrigerasi magnetik adalah siklus Carnot magnetik, siklus Stirling

magnetik, siklus Ericcson magnetik, dan siklus Brayton magnetik. Mekanisme kerja

siklus refrigerasi magnetik, misalnya siklus Ericcson magnetik, dijelaskan di bawah ini.

202

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahzln 2006

sA

T

ISSN 0852 - 2979

Gambar 5 Diagram siklus Ericcson magnetik. S:Entropi, T:Temperatur

• Proses magnetisasi isothermal (A-B). Pada saat terjadi kenaikan medan magnet

(dari Ho ke H1), panas dipindahkan dari refrigeran magnetik ke fluida regenerator

untuk menjaga refrigeran dalam keadaan isotermal. Note: yang dimaksud dengan

refrigeran adalah material magnetik itu sendiri.

• Proses pendinginan pada medan-konstan (B-C). Pada keadaan medan magnet

konstan (H1), panas dipindahkan dari refrigeran magnetik ke fluida regenerator.

• Proses demagnetisasi isotermal (C-D). Pada saat medan magnet diturunkan (dari

H1 ke Ho), panas diserap dari fluida regenerator ke refrigeran magnetik untuk

menjaga kondisi isotermal pada refrigeran.

• Proses pemanasan pada medan-konstan (D-A). Temperatur akhir refrigeran

magnetik kembali ke kondisi semula (A).

HASIL DAN PEMBAHASAN

Beberapa Parameter Positif dan Negatif Sistem Refrigerasi

Setiap Sistem Refrigerasi yang diuraikan sekilas diatas (Bab 3), tentunya

memiliki kelebihan namun juga kekurangan bila diadakan komparasi antara sistem

yang satu dengan yang lain.

Sistem Refrigerasi Efek Magnetokalorik:

Beberapa peneliti mengeksplorasi kemungkinan penggunaan refrigerasi

magnetik sebagai pengganti sistem refrigerasi konvensional. Pada 1976, di Lewis

Research Center of American National Aeronautics and Space Administration, Brown

menggunakan logam tanah jarang (rare-earth metal) gadolinium (Gd) sebagai

refrigeran magnetik untuk refrigerasi pada temperatur ruang (Yu dkk., 2003). Dengan

menambahkan berbagai variasi silika dan germanium ke latis (lattice) kristal

203

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006 ISSN 0852 - 2979

gadolinium, Vitalij Peeharsky dan Karl Gsehneidner dari the Ames Laboratory di Iowa

State University menemukan jenis material baru yang bisa mendinginkan dua hingga

enam kali lebih banyak dalam siklus magnetik tunggal, yang berarti bahwa mesin

refrigerasi ini bisa menggunakan medan magnet yang lebih lemah atau material yang

lebih keeil (Glanz,1998). Dengan memadukan refrigeran magnetik GdSGe2Si2 dan

sejumlah kecil besi, Provenzano dkk. (2004) melaporkan bahwa mereka bisa

mengurangi kehilangan histerisis (yang menyebabkan refrigeran magnetik kurang

efisien) hingga 90%. Selain menggunakan paduan berbasiskan gadolinium, Tegus dkk.

(2002) menggunakan refrigeran magnetik berbasiskan logam transisi, MnFePo.4s,Aso.ss,

untuk refrigerasi pada temperatur ruang dengan hasil refrigerasi yang seeara signifikan

lebih besar dibandingkan dengan GdSGe2Si2.

Namun demikian, seeara umum saat ini pengembangan refrigerasi magnetik

pada temperatur ruang masih be/um matang. Yu dkk. (2003) menekankan bahwa

kesulitan utama dalam pengembangan refrigerasi magnetik adalah:

1. Diperlukannya material magnetik dengan efek magnetokalorik yang besar

2. Diperlukannya medan magnet yang kuat

3. Diperlukannya sifat regenerasi dan perpindahan panas yang istimewa.

Sistem Refrigerasi Adsorpsi Padatan:

Beberapa peneliti telah menyelidiki aplikasi siklus adsorpsi di berbagai bidang,

seperti pengkondisian udara di dalam kabin masinis (Lu dkk., 2004; Wang dkk.,

2006a), refrigerator tenaga surya untuk gedung (Lemmini dan Errougani, 2005),

pendingin air (Liu dkk., 2005), dan pembuat es (ice maker) untuk kapal nelayan (Wang

dkk., 2006b).

Namun dibandingkan dengan siklus kompresi uap, prestasi siklus adsorpsi

jauh lebih keeil. Sumathy dkk. (2003) menjelaskan beberapa modifikasi yang perlu

dilakukan pad a siklus adsorpsi untuk meningkatkan prestasi siklus terse but. COP

tertinggi siklus adsorpsi yang didata oleh Sumathy dkk. (2003) adalah 1,06.

Sistem Refrigerasi Absorpsi:

Dua keuntungan utama penggunaan siklus absorpsi adalah: (1) Siklus ini tidak

menggunakan refrigeran yang merusak lapisan ozon dan menimbulkan pemanasan

global, dan (2) Siklus ini bisa menggunakan panas buangan, sehingga sangat coeok

digunakan dalam siklus kombinasi bersama dengan pembangkitan listrik dan

panas/termal. Siklus kombinasi ini sangat berpotensi menghemat energi. Sistem

pemanas dan pendingin di Shinjuku, Jepang, diklaim oleh operatornya (Tokyo Gas)

204

Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006 ISSN 0852 - 2979

bisa menghasilkan penghematan energi pendinginan sebesar 20% (Tokyo Gas, 2002).

Performansi sistem ini bisa didefiniskan dengan cara yang sama seperti halnya dalam

siklus kompresi uap, yakni:

QE

COP = r.r. Q - +h 1'lImp(,(10)

Namun karena daya pompa siklus ini umumnya sangat kecil dibandingkan

dengan komponen yang lain, maka WPump seringkali dihilangkan dari Persamaan (10).

Dalam aplikasinya, performa (COP) siklus absorpsi masih lebih rendah bila

dibandingkan dengan siklus kompresi uap. Dalam artikel reviewnya, Shrikhirin (2001)

menjelaskan beberapa teknik yang bisa digunakan untuk meningkatkan prestasi siklus

absorpsi.

Holmberg dan Berntsson (1990) menerangkan beberapa kriteria yang perlu dipenuhi

oleh fluida kerja (campuran antara refrigeran dan absorben), yakni:

1. Perbedaan titik didih antara refrigeran dan larutan pada tekanan yang sama (boiling

elevation) haruslah sebesar mungkin.

2. Refrigeran perlu memiliki panas penguapan yang tinggi dan konsentrasi yang tinggi

di dalam absorben untuk menekan laju sirkulasi larutan diantara absorber dan

generator persatuan kapasitas pendinginan.

3. Memiliki sifat-sifat transport, seperti viskositas, konduktivitas termal, dan koefisien

difusi, yang baik sehingga dapat menghasilkan perpindahan panas dan massa

yang juga baik.

4. Baik refrigeran dan absorbennya harus bersifat non-korosif, ramah lingkungan, dan

murah.

Kriteria lain untuk fluida kerja sistem absorpsi serupa dengan kriteria untuk

refrigeran siklus kompresi uap, seperti stabil secara kimiawi, tidak beracun, tidak

mudah terbakar, dan tidak mudah meledak. Hingga saat ini, fluida kerja yang paling

banyak digunakan di dalam sistem refrigerasi absorpsi adalah Air/NH3 dan LiBr/Air

(Srikhirin dkk., 2001).

Dua keuntungan utama penggunaan sistem Absorpsi:

• tidak menggunakan refrigeran yang merusak lapisan ozon dan menimbulkan

pemanasan global.

205

Hasi/ Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

• Sistem ini bisa menggunakan panas matahari dan panas buangan, sehingga cocok

digunakan dalam siklus kombinasi bersama dengan pembangkitan listrik dan

panas/termal.

Beberapa catatan penting untuk sistem Absorpsi adalah:

• Biaya investasi yang diperlukan relativ lebih besar dibanding Sistem Kompresi Uap

• Oimensi (masa dan luas) Instalasi Sistem Absorpsi lebih besar dibanding Sistem

Kompresi Uap.

Sistem Refrigerasi Kompresi Uap:

Pada mesin refrigerasi siklus kompresi uap, fungsi kondensor dan evaporator

bisa dibalik dengan mengubah arah aliran refrigerant. Oengan demikian, mesin ini bisa

berfungsi sebagai pendingin di musim panas dan pemanas (heat pump) di musim

dingin. Prestasi AC dapat dinyatakan dengan:

(\ ])

COP (tak bersatuan) singkatan dari Coefficient of Performance, QE

adalah perpindahan panas pada evaporator, dan We adalah kerja kompresor.

Persamaan (11) menyatakan prestasi AC pada satu saat tertentu. Prestasi AC dalam

kurun waktu yang lama, misalnya selama musim panas, dinyatakan dalam SEER

(Seasonal Energy Efficiency Ratio). SEER memiliki bentuk yang sama dengan

Persamaan (11), hanya berbeda pada satuan SEER, yakni Btu.hlWatt. Kelemahan

utama Sistem ini adalah bahwa Refrigeran (fluida utama di mesin Pendingin)

menimbulkan masalah lingkungan, yaitu lobang ozon dan pemanasan global. Sifat

merusak ozon yang dimiliki oleh refrigeran utama yang digunakan pada periode 1930

hingga 1990, yakni CFCs (Chloro Fluoro Carbons), dikemukakan oleh Molina dan

Rowland (1974) yang kemudian didukung oleh data pengukuran lapangan oleh

Farman dkk. (1985). Setelah keberadaan lubang ozon di lapisan atmosfer diverifikasi

secara saintifik, perjanjian internasional untuk mengatur dan melarang penggunaan

zat-zat perusak ozon disepakati pada 1987 yang terkenal dengan sebutan Protokol

Montreal. CFCs dan HCFCs merupakan dua refrigeran utama yang dijadwalkan untuk

dihapuskan masing-masing pada tahun 1996 dan 2030 untuk negara-negara maju

(United Nation Environment Programme, 2000). Sedangkan untuk negara-negara

berkembang, kedua refrigeran utama tersebut masing-masing dijadwalkan untuk

dihapus (phased-out) pada tahun 2010 (CFCs) dan 2040 (HCFCs, Hydro Chloro Fluoro

206

Hasi/ Pene/ilian dan Kegiatan PTLR Tahlln 2006/SSN 0852 - 2979

Carbons) (Powell, 2002). Pada tahun 1997, Protokol Kyoto mengatur pembatasan dan

pengurangan gas-gas penyebab rumah kaca, termasuk HFCs /Hydro Fluoro Carbons,

(United Nation Framework Convention on Climate Change, 2005).

Powell (2002) menerangkan beberapa syarat yang harus dimiliki oleh refrigeran

pengganti, yakni:

1. Memiliki sifat-sifat termodinamika yang berdekatan dengan refrigeran yang hendak

digantikannya, utamanya pada tekanan maksimum operasi refrigeran baru yang

diharapkan tidak terlalu jauh berbeda dibandingkan dengan tekanan refrigeran

lama yang ber-klorin.

2. Tidak mudah terbakar.

3. Tidak beracun.

4. Bisa bercampur (miscible) dengan pelumas yang umum digunakan dalam mesin

refrigerasi.

5. Setiap refrigeran CFC hendaknya digantikan oleh satu jenis refrigeran ramah

lingkungan.

Setelah periode CFCs, R22 (HCFC) merupakan refrigeran yang paling banyak

digunakan di dalam mesin refrigerasi dan pengkondisian udara. Saat ini beberapa

perusahaan pembuat mesin-mesin refrigerasi masih menggunakan refrigeran R22

dalam produk-prod uk mereka. Meski refrigeran ini, termasuk juga refrigeran jenis

HCFCs lainnya, dijadwalkan untuk dihapuskan pada tahun 2030 (untuk negara maju),

namun beberapa negara Eropa telah mencanangkan jadwal yang lebih progresif,

misalnya Swedia telah melarang penggunaan R22 dan HCFCs lainnya pada mesin

refrigerasi baru sejak tahun 1998, sedangkan Denmark dan Jerman mengijinkan

penggunaan HCFCs pada mesin-mesin baru hanya hingga 31 Desember 1999

(Kruse,2000).

Protokol Montreal memaksa para peneliti dan industri refrigerasi membuat

refrigeran sintetis baru, HFCs (Hydro Fluoro Carbons) untuk menggantikan refrigeran

lama yang ber-klorin yang dituduh menjadi penyebab rusaknya lapisan ozon.

Weatherhead dan Andersen (2006) mengemukakan bahwa sejak 8 tahun terakhir,

penipisan kolom lapisan ozon tidak terjadi lagi. Kedua peneliti ini meyakini akan

terjadinya pemulihan lapisan ozon. Meski demikian, keduanya tidak secara jelas

merujuk turunnya penggunaan zat perusak ozon sebagai penyebab pulihnya lapisan

ozon. Powell (2002) menyebutkan bahwa adanya kerjasama yang sangat baik antara

produser refrigeran dan perusahaan pengguna refrigeran telah memungkinkan

terjadinya transisi mulus dari era penggunaan CFCs secara besar-besaran di 1986

207

Hasil Pene/ilian dan Kegialan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

hingga penghapusan dan penggantiannya dengan R134a di tahun 1996. Banyak

kalangan menyebutkan bahwa Protokol Montreal adalah salah satu perjanjian

internasional di bidang lingkungan yang paling berhasil diterapkan.

Saat ini, HCFCs (yang pada dasarnya merupakan pengganti transisional untuk CFCs)

telah memiliki 2 kandidat pengganti, yakni R410A (campuran dengan sifat mendekati

zeotrop) dan R407C (campuran azeotrop) (Kruse, 2000). Hidrokarbon Propana (R290)

juga berpotensi menjadi pengganti R22 (Kruse, 2000). R407C merupakan campuran

antara R32/125/132a dengan komposisi 23/25/52, sedangkan R410A adalah

campuran R32/125 dengan komposisi 50/50 (ASHRAE, 2005). Saat ini, beberapa

perusahaan terkemuka di bidang refrigerasi dan pengkonsian udara telah

menggunakan R410A dalam produk mereka.

Jika Protokol Montreal dan Kyoto dilaksanakan secara penuh dan konsisten, maka

secara umum pada saat ini belum ada pilihan refrigeran komersial selain refrigeran

alami. Meskipun perlu dicatat bahwa baru-baru ini terdapat produsen refrigeran yang

mengklaim keberhasilannya membuat refrigeran yang tidak merusak ozon dan tidak

menimbulkan pemanasan global (ASHRAE. 2006). Beberapa refrigeran alami yang

sudah digunakan pada mesin refrigerasi adalah: amonia (NH3), hidrokarbon (HC).

karbondioksida (C02), air. dan udara (Riffat dkk., 1997). Kata "alami" menekankan

keberadaan zat-zat tersebut yang berasal dari sumber biologis atapun geologis;

meskipun saat ini beberapa produk refrigeran alami masih didapatkan dari sumber

daya alam yang tidak terbarukan, misalnya hidrokarbon yang didapatkan dari oi/­

cracking, serta amonia dan CO2 yang didapatkan dari gas alam (Powell, 2002).

Penggunaan karbondioksida, air, dan udara pada refrigerator komersial masih

memerlukan riset yang mendalam, sedangkan penggunaan amonia dan hidrokarbon.

meskipun sudah cukup banyak dilakukan, masih memiliki peluang riset yang cukup

banyak (Riffat dkk., 1997). Amonia bersifat racun (toxic) dan cukup mudah terbakar,

sedangkan hidrokarbon termasuk dalam zat yang sangat mudah terbakar; oleh karena

itu refrigeran tersebut secara umum sulit digunakan pada sistem ekspansi langsung.

Sistem refrigerasi tak-Iangsung bisa digunakan untuk mengatasi kelemahan kedua

refrigeran terse but. Beberapa peneliti berusaha menekan tingkat keterbakaran

refrigeran hidrokarbon dengan cara mencampurkannya bersama refrigeran lain yang

tak mudah terbakar (Pasek dkk., 2006; Sekhar dkk., 2004; Dlugogorsky dkk., 2002).

Granryd (2001) menekankan bahwa pada dasarnya sudah tersedia teknologi untuk

meningkatkan keamanan pada sistem refrigerasi yang menggunakan refrigeran

hidrokarbon, namun cara yang ekonomis untuk membuat sistem tersebut aman dan

208

Hasil Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

terbukti dapat digunakan dalam skala luas masih perlu dikembangkan lebih lanjut.

Komparasi Sistem Pendingin untuk Instalasi Dekontaminasi Elektrolitikbermediator Ag2+

Oari 4 Sistem Refrigerasi diatas, sistem Refrigerasi Magnetokalorik dan sistem

Refrigerasi Adsorpsi Padatan memiliki kekurangan yang cukup signifikan. Sistem

Refrigerasi Adsorpsi Padatan dan juga sistem Refrigerasi Magnetokalorik memiliki

COP yang relatif jauh lebih kecil dibanding Sistem Kompresi Uap. Kekurangan lain

yang dimiliki kedua Sistem ini adalah biaya investasi yang lebih tinggi, proses belum

bisa kontinyu dan masih terbatas kapasitasnya (belum mampu mendinginkan dengan

daya besar). Sistem Refrigerasi Absorpsi memang memiliki COP yang lebih kecil

dibanding Sistem Kompresi Uap, namun bila user memiliki panas buang sisa (seperti

panas buang dari pembangkit listrik, atau panas buang dari proses industri lainnya),

maka biaya operasional untuk operasi Refrigerasi Absorpsi akan jadi sangat murah.

Energi utama yang diperlukan Refrigerasi Absorpsi adalah energi pemanas untuk

GeneratorlDesorber (OG). OG tersebut bisa dipenuhi beberapa persen (atau bahkan

100 persen) dengan energi panas buangan sisa yang dimiliki user. Energi ntuk

memompa refrigeran (WPump) relatif sangat kecil (atau bahkan bisa diabaikan dalam

perhitungan) bila dibandingkan dengan OG. (Iihat Persamaan (10). Untuk suatu daerah

yang minim pasokan energi listrik, maka Sistem Refrigerasi Absorpsi lebih unggul

dibanding Sistem Kompresi Uap. Sistem Absorpsi tidak memiliki masalah untuk

diaplikasikan dalam kapasitas (daya) besar, bahkan semakin besar daya semakin kecil

periode payback (balik modal). Namun, dilihat dari biaya Investasi, Sistem Refrigerasi

Absorpsi memang lebih besar (1,5 - 2 kali) dibanding Sistem Kompresi Uap. Sistem

Konvesional (Kompresi Uap) yang memang saat ini merupakan sistem pendingin yang

paling banyak dipakai didunia, jelas memiliki beberapa kelebihan: biaya investasi yang

paling murah dibanding sistem lainnya, memiliki COP yang paling tinggi, memerlukan

dimensi yang lebih kecil untuk kapasitas daya yang sama.

Kelemahan sistem ini adalah refrigerannya memiliki efek negatif bagi

lingkungan (Iubang ozon dan pemanasan global). Namun sebagaimana disinggung

diatas (Bab 4.1.4) telah dilakukan beberapa perbaikan untuk mengurangi (atau bahkan

berusaha menghilangkan) kelemahan tersebut.

KESIMPULAN

Beberapa rekomendasi untuk sistem Pendingin di Instalasi Oekontaminasi Elektrolitik

bermediator Ag2+:

209

HasH Penelitian dan Kegiatan PTLR Tahun 2006 ISSN 0852 - 2979

• Sistem Refrigerasi Magnetokalorik dan Adsorpsi Padatan tidak direkomendasikan

untuk diaplikasikan. Kedua sistem ini memiliki COP yang relatif jauh lebih kecil

dibanding Sistem Kompresi Uap. Kekurangan lain yang dimiliki kedua Sistem ini

adalah biaya investasi yang lebih tinggi, proses belum bisa kontinyu dan masih

terbatas kapasitasnya (belum mampu mendinginkan dengan daya besar).

• Sistem Konvensional (Kompresi Uap) masih merupakan pilihan menguntungkan

untuk diaplikasikan. Sistem ini memiliki COP yang relatif paling tinggi, biaya

investasi paling rendah, dan dimensi instalasi yang paling kecil (berukuran lebih

kompak). Berkenaan dengan efek negatif terhadap lingkungan, tentunya perlu

dipilih refrigeran yang ramah lingkungan.

• Sistem Refrigerasi Absorpsi juga merupakan alternatif pilihan, bahkan memiliki

memiliki potensi lebih menguntungkan dibanding Sistem Kompresi Uap. Energi

utama (QG) untuk operasi sistem ini bisa diambil dari panas buangan dari PLTN.

Setelah berlalu waktu payback dari biaya investasi (apalagi untuk daya besar,

payback semakin pendek) sistem ini menjadi lebih ekonomis dibanding sistem

kompresi uap.

• Dengan beberapa variabel dari instalasi dekontaminasi elektrolitik (kapasitas

Instalasi Dekontaminasi, lokasi instalasi tersebut yang berhubungan dengan

kemungkinan pengambilan panas buang, dll), bisa dikalkulasi apakah Sistem

Kompresi Uap atau Sistem Absorpsi yang lebih menguntungkan untuk diinstal.

DAFTAR PUSTAKA

1. YULI SETYO INDARTONO, Perkembangan Terkini Teknologi

Refrigerasi/Pengkondisian Udara, Artikellptek 2006

2. SONNTAG, RICHARD E., Fundamentals of Thermodynamic, 1998

3. RAFFERTY, KEVIN D., Absorption Refrigeration, Geo Heat Center, Klamath Falls,

USA

4. MULYONO DARYOKO, Kecepatan Pembangkitan Ag+2 sebagai langkah pada

Dekontaminasi Elektrokimia, Hasil Penelitian PTLR

5. SUWARDIYONO, Studi Teknik Dekontaminasi Elektrolitik untuk Limbah Padat

Terkontaminasi Alpha, Hasil Penelitian PTLR

210