BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
4.3 Pembahasan
4.3.3. Analisis Energi Terhadap Unjuk Kerja Alat Distilasi
Analisis ketiga mengenai efek kerugian energi terhadap unjuk kerja distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat ini membandingkan antara variasi 2, dan variasi 3. Perbedaan kedua variasi tersebut terletak pada mekanisme aliran air kotor, dengan, dan tanpa adanya aliran air keluar dari dalam alat distilasi. Pada variasi 2, air akan ditampung pada sekat terakhir setelah mengalir melewati tiap sekat secara zig-zag. Sementara pada variasi 3, air yang tidak teruapkan setelah air mengalir melewati tiap sekat secara zig-zag, akan dikeluarkan melalui sekat terakhir.
Gambar 21. Perbandingan efisiensi pada variasi 2a, 3a, 2b, dan 3b. Air yang keluar dari alat distilasi membawa energi panas keluar sehingga merupakan sebuah rugi-rugi energi. Adanya rugi-rugi energi yang keluar dari alat distilasi ini akan berpengaruh terhadap hasil akhir distilasi (Janarthanan, Chandrasekaran, dan Kumar, 2005). Kerugian terbesar terjadi
52,49 41,25 56,68 51,01 0 10 20 30 40 50 60 0,30 0,45 E fi si ensi ( %)
Laju Aliran (liter/jam)
Variasi air kotor dialirkan secara zig-zag dan ditampung pada sekat terakhir (variasi 2a, dan 2b)
Variasi air kotor dialirkan secara zig-zag dan dikeluarkan melalui sekat terakhir (variasi 3a, dan 3b)
pada awal pengambilan data karena absorber belum sepenuhnya terpanaskan.
Akan tetapi, berdasarkan Gambar 21, justru variasi 3 yang selalu memiliki efisiensi lebih tinggi daripada variasi 2 meskipun terdapat energi panas yang terbuang dari alat distilasi. Hasil tersebut berlaku baik pada laju aliran air sebesar 0,30 liter/jam, maupun 0,45 liter/jam.
Jika dilihat berdasarkan variasi laju aliran air, laju aliran 0,30 liter/jam menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi daripada variasi dengan laju aliran 0,45 liter/jam. Hal tersebut terjadi akibat laju aliran yang semakin besar menyebabkan air akan cepat tertampung pada sekat terakhir (variasi 2), atau menyebabkan semakin banyak air yang keluar dari alat distilasi (variasi 3). Jika air yang tertampung semakin besar, maka beban pemanasan menjadi lebih besar. Sementara bila air yang keluar semakin banyak, menyebabkan semakin besar kerugian energi yang keluar dari alat distilasi.
Gambar 22. Hasil air distilasi pada variasi 2a, 3a, 2b, dan 3b.
Berdasarkan Gambar 22, jika dilihat berdasarkan laju aliran yang sama, maka laju aliran yang semakin besar akan menyebabkan terjadinya penurunan hasil air distilasi yang cukup signifikan pada variasi 2. Pada laju
265,6 207,8 286,5 257,2 0 50 100 150 200 250 300 350 0,30 0,45 H asi l A ir D ist il asi ( m l)
Laju Aliran (liter/jam)
Variasi air kotor dialirkan secara zig-zag dan ditampung pada sekat terakhir (variasi 2a, dan 2b)
Variasi air kotor dialirkan secara zig-zag dan dikeluarkan melalui sekat terakhir (variasi 3a, dan 3b)
aliran sebesar 0,30 liter/jam terjadi peningkatan dari variasi 2a ke 3a hanya sebesar 8%. Hal ini berarti perlakuan pada variasi 2a memberikan hasil yang relatif sama dengan variasi 3a.
Akan tetapi, pada laju aliran sebesar 0,45 liter/jam, peningkatan hasil dari variasi 2b ke 3b mencapai angka 24%. Hal ini menunjukkan bahwa perlakuan yang terdapat pada variasi 2b memberikan pengaruh yang signifikan terhadap hasil distilasi. Perlu diingat bahwa baik pada variasi 2 maupun variasi 3, keduanya mengalami kerugian akibat efek aliran air seperti yang telah dijelaskan dalam subbab sebelumnya. Sehingga pada laju aliran yang sama, baik variasi 2 maupun 3, memiliki luasan kain yang tidak terbasahi yang relatif sama.
Hal yang membedakan adalah adanya air yang tertampung pada sekat terakhir pada variasi 2, sementara pada variasi 3 tidak. Apabila laju aliran air diperbesar, maka sekat terakhir pada variasi 2 akan semakin cepat terisi penuh. Sehingga beban pemanasan akan semakin besar yang mengakibatkan proses pemanasan air pada sekat terakhir menjadi lebih lama.
Lamanya proses pemanasan tersebut diakibatkan oleh distribusi temperatur pada plat absorber secara keseluruhan. Air yang tertampung di sekat terakhir memiliki temperatur yang relatif paling rendah dibanding air di sekat-sekat sebelumnya. Hal tersebut disebabkan oleh karena air yang tertampung dalam jumlah yang besar menyebabkan kapasitas panas yang terakumulasi di sekat terakhir semakin besar, sehingga temperatur air menjadi menurun.
Sehingga proses perpindahan kalor konveksi dari plat absorber di bawah sekat terakhir ke air yang tertampung menjadi lebih cepat. Hal tersebut menyebabkan plat absorber yang berada di bawah sekat terakhir bertemperatur lebih rendah. Hal tersebut menyebabkan terjadinya perpindahan panas konduksi dari bagian plat absorber yang lebih tinggi ke plat absorber di bawah sekat terakhir.
Berbeda dengan variasi 2, variasi 3 memiliki proses pemanasan yang relatif lebih cepat. Meskipun terdapat kerugian energi panas yang keluar
dari alat distilasi, namun air yang mengalir pada tiap sekat akan memiliki jumlah massa air yang relatif sama. Sehingga variasi 3 memiliki laju penguapan pada tiap sekat yang relatif seragam. Oleh karena itu, dapat dikatakan bahwa pada variasi 3 terdapat 6 sekat yang dapat berfungsi optimal, sementara pada variasi 2 hanya terdapat 5 sekat yang memberikan laju penguapan relatif sama secara optimal.
Penjelasan tersebut menunjukan, bahwa air yang tertampung di sekat terakhir lebih merugikan daripada kerugian akibat dari air yang mengalir keluar dari alat distilasi. Kerugian dari air yang tertampung di sekat terakhir merupakan sebuah rugi-rugi internal. Hal tersebut dikarenakan air yang tertampung dalam jumlah besar memerlukan waktu pemanasan yang lebih panjang, dan berpengaruh terhadap temperatur absorber secara keseluruhan.
Gambar 23. Beda temperatur (ΔT) rata-rata pada variasi 2a, 3a, 2b, dan 3b. Berdasarkan Gambar 23, nampak bahwa setiap variasi memiliki nilai ΔT yang relatif sama pada akhir pengambilan data. Akan tetapi, perbedaan yang cukup signifikan terjadi pada 20 menit pertama pengambilan data. Pada laju aliran 0,45 liter/jam (variasi 2b, dan 3b), temperatur mula-mula
absorber lebih rendah daripada variasi dengan laju 0,30 liter/jam (variasi 2a,
dan 3a). -3 -2 -1 0 1 2 3 4 5 6 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 Δ T ( °C) Waktu (menit) 2a 3a 2b 3b
Setelah melewati 20 menit pengambilan data, peningkatan temperatur
absorber pada variasi dengan laju 0,45 liter/jam menjadi lebih besar. Hal
tersebut terjadi karena laju 0,45 liter/jam memiliki area kontak yang lebih luas daripada laju 0,30 liter/jam. Area kontak yang dimaksud di sini adalah area yang bisa digunakan air untuk penyerapan panas baik dari lampu (matahari) maupun dari absorber. Luasan kontak yang semakin besar juga dapat mengoptimalkan kain agar dapat mendistribusikan air ke daerah yang lebih tinggi dalam ketebalan lapisan air yang minimum.
Gambar 24. Nilai quap rata-rata pada tiap variasi dengan air kotor yang dialirkan secara zig-zag.
Akan tetapi, laju yang semakin besar juga memberikan efek lain. Laju aliran air yang besar pada alat distilasi jenis absorber kain bersekat ini terbatas hanya pada sekat keenam saja. Pada variasi dengan air ditampung di sekat terakhir, laju yang semakin besar akan memberikan beban pemanasan yang lebih tinggi di sekat terakhir.
Nilai quap yang ditunjukan pada Gambar 24 memiliki nilai yang berbanding lurus dengan hasil air distilasi. Oleh karena itu diperoleh variasi 3a dengan nilai quap paling optimal daripada ketiga variasi lain. Secara keseluruhan, proses penguapan pada variasi 3 dapat berlangsung lebih baik
211,97 166,41 228,75 206,24 0 50 100 150 200 250 0,30 0,45
q
u ap ( W/ m 2)Laju Aliran (liter/jam)
Variasi air kotor dialirkan secara zig-zag dan ditampung pada sekat terakhir (variasi 2a, dan 2b)
Variasi air kotor dialirkan secara zig-zag dan dikeluarkan melalui sekat terakhir (variasi 3a, dan 3b)
daripada variasi 2 karena air pada setiap sekat pada variasi 3 menerima panas yang realtif merata. Sementara pada variasi 2, pemanasan air cenderung tidak merata akibat dari air yang ditampung pada sekat terakhir.
Gambar 25. Nilai qkonveksi rata-rata pada tiap variasi dengan air kotor yang dialirkan secara zig-zag.
Jika dibandingkan dengan nilai qkonveksi pada Gambar 25, semakin besar nilai quap menyebabkan nilai qkonveksi juga meningkat. Peningkatan nilai qkonveksi tersebut menunjukkan bahwa proses perpindahan panas dari uap yang dihasilkan ke kaca penutup dapat berlangsung optimal.
6,42 5,58 7,11 7,57 0 1 2 3 4 5 6 7 8 0,30 0,45
q
k on ve k si ( W/ m 2)Laju Aliran (liter/jam)
Variasi air kotor dialirkan secara zig-zag dan ditampung pada sekat terakhir (variasi 2a, dan 2b)
Variasi air kotor dialirkan secara zig-zag dan dikeluarkan melalui sekat terakhir (variasi 3a, dan 3b)
50