KESIMPULAN DAN SARAN - Analisis Evaporator Sebagai Ruang Pemanas Air Laut Pada Sistem Desalinas

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini membahas mengenai metode pelaksanaan penelitian, tempat, bahan dan alat serta prosedur analisis yang digunakan dalam penelitian.

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA

Pada bab ini membahas mengenai data yang diperoleh dari hasil analisis dan perbandingan data pengujian dengan analisa teoritis.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini membahas mengenai kesimpulan yang diperoleh dari pengujian skripsi dan saran-saran yang diperlukan untuk memperbaiki hasil penelitian selanjutnya.

iii

ABSTRAK

Sebuah konsep inovatif sistem desalinasi baru yang menggunakan tingkat panas rendah telah dikembangkan. Sistem ini memanfaatkan gaya gravitasi natural dan tekanan atmosfer untuk membentuk ruang vakum dimana air dapat dievaporasikan pada temperatur yang lebih rendah daripada teknik konvensional, sehingga pemanasan dapat menggunakan sumber panas dengan tingkat panas yang rendah. Keunikan sistem ini adalah dengan gaya gravitasi natural digunakan untuk membentuk kondisi vakum, dan hubungannya dalam desain sistem tunggal dimana evaporasi dan kondensasi terjadi pada tempat yang sesuai tanpa adanya energi masuk secara eksternal selain panas tingkat rendah. Sistem terdiri dari elemen pemanas dengan daya rendah, sebuah evaporator, sebuah kondensor dan sebuah tempat untuk menyuplai air laut dan pembuangan konsentrat garam. Evaporator terhubung dengan kondensor dimana uap air yang dihasilkan dapat dikondensasikan sehingga dapat diambil sebagai produk. Kedua evaporator dan kondensor diletakkan pada ketinggian sekitar 10 m (ketinggian yang dibutuhkan pipa air yang dapat menyeimbangkan tekanan atmosfer) dari tanah. Evaporator terhubung dengan suplai air laut, dan tangki konsentrat garam, dan kondensor terhubung dengan tangki air bersih. Semua tangki ditempatkan pada ketinggian tanah.

Pada penelitian ini konsep dipelajari secara teoritis dan eksperimental, untuk menginvestigasi kenaikan temperatur di dalam evaporator saat pemanasan secara analisa teoritis dan eksperimental (pengujian). Perhitungan analisa teoritis menggunakan perangkat lunak yaitu Fortran PowerStation 95. Pada perbandingan hasil analisa teoritis dan hasil pengujian, ditemukan ralat masing-masing untuk enam hari pengujian sebesar 5.87%, 7.70%, 4.51%, 9.77%, 8.78%, dan 8.41%. Ralat ini terjadi karena beberapa faktor, seperti perbedaan data input analisis, kecepatan angin tempat pengujian dilaksanakan, posisi termokopel, dan faktor cuaca pada tempat pengujian.

ABSTRACT

An innovative new concept of a solar distillation system which uses low grade heat was developed. The system utilizes natural forces of gravity and atmospheric pressure to create vacuum under which water can be evaporated at lower temperatures than conventional techniques, which would allow the use of low grade heat sources. The uniqueness of the system is in the way natural forces are used to create vacuum conditions, and its incorporation in a single system design where evaporation and condensation take place at appropriate locations without any external energy input other that low grade heat. The system consists of low grade heat electric water heater, an evaporator, a condenser, and provisions to supply the saline water and withdraw the concentrated brine. The evaporator is connected to the condenser where the produced vapor is condensed

and collected as the product.Both, the evaporator and condenser are placed at a

height of about 10 m (the height required to have a water column that would balance the atmospheric pressure) from the ground level. The evaporator is connected to the saline water supply, and concentrated brine tanks, and the condenser is connected to the fresh water tank. All tanks are kept at the ground level.

In this research the concept was studied theoretically and experimentally, to investigate temperature rise inside the evaporator while heating with theoretical analysis and experimental (test). Calculation process in theoretical analysis is done by using software Fortran PowerStation 95. For comparison of theoretical analysis and experimental results, there is a small difference between each six days of experimental and theoretical analysis results, it is 5.87%, 7.70%, 4.51%, 9.77%, 8.78%, and 8.41%. This difference occurs due to several factors, such as differences in input data analysis, wind speed where the experimental take place, position of thermocouple, and rainfall effects at the location where experimental take place.

ANALISIS EVAPORATOR SEBAGAI RUANG PEMANAS AIR

LAUT PADA SISTEM DESALINASI NATURAL VAKUM

DENGAN SOFTWARE FORTRAN POWERSTATION

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Oleh :

RICHIE WIJAYA (110401041)

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

M E D A N

i KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang memberikan limpahan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan sebaik mungkin.

Skripsi ini berjudul “ANALISIS EVAPORATOR SEBAGAI RUANG

PEMANAS AIR LAUT PADA SISTEM DESALINASI NATURAL VAKUM DENGAN SOFTWARE FORTRAN POWERSTATION”. Skripsi ini disusun sebagai syarat untuk menyelesaikan pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Proses penyusunan skripsi dari awal hingga selesai yang penulis lakukan dapat terlaksana berkat bantuan dan dukungan dari semua pihak. Untuk itulah, pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan rasa terima kasih yang mendalam dan setulusnya kepada :

1. Kedua orang tua penulis yang telah memberikan rasa cinta dan kasih

sayangnya yang sangat besar kepada penulis sehingga pengerjaan skripsi ini dapat berjalan dengan baik.

2. Bapak Dr. Eng. Himsar Ambarita, ST. MT, selaku dosen pembimbing

penulis yang telah meluangkan waktu untuk memberikan arahan dan bimbingan ilmu kepada penulis.

3. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, M.Sc selaku dosen pembanding I yang dengan

penuh kesabaran telah memberikan kritik dan saran yang membangun.

4. Bapak Ir. A. Halim Nasution, M.Sc selaku dosen pembanding II yang

dengan penuh kesabaran telah memberikan masukan dan kritik yang membangun.

5. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Ketua Departemen

Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara

6. Bapak Ir. Syahril Gultom, MT selaku Sekertaris Departemen Teknik

Mesin Universitas Sumatera Utara

7. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin

yang telah membimbing, mengarahkan dan membantu penulis selama kuliah serta dalam penyelesaian skripsi ini.

8. Seluruh teman–teman stambuk 2011, khususnya Peter Sumarwan,

Frenky C. Nababan, Alexander Jos, Novendy Leonard, Darman Sucitra,

dan semua teman–teman stambuk 2011 yang telah memberikan ilmu,

motivasi dan dorongan kepada penulis .

9. Abang dan adik di teknik mesin yang telah memberikan semangat dan

motivasi kepada penulis.

10.Jessica Salim yang selalu sabar dan terus memberikan semangat serta

memotivasi penulis.

11.Bapak Hendry Wijaya yang telah banyak membantu penulis dalam hal

teknis dan masukan-masukan.

12.Seluruh pihak yang banyak membantu penulis dalam pengerjaan

skripsi ini.

Semoga skripsi ini dapat memberikan manfaat dan ilmu bagi penulis–

penulis khususnya dan bagi masyarakat pada umumnya. Penulis dengan senang hati menerima kritik dan saran yang membangun dari pembaca .

Medan, 25 Januari 2016

Richie Wijaya 110401041

iii

ABSTRAK

ABSTRACT

and collected as the product.Both, the evaporator and condenser are placed at a

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR TABEL ... x

DAFTAR NOTASI ... xi

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Perumusan Masalah ... 2

1.3 Batasan Masalah Penelitian ... 3

1.4 Tujuan Penelitian ... 3

1.5 Manfaat Penelitian ... 3

1.6 Sistematika Penulisan ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Teori Dasar Desalinasi ... 5

2.2 Klasifikasi Sistem Desalinasi ... 7

2.2.1 Solar Still ... 7

2.2.2 Solar Desalinasi Humidifikasi-Dehumidifikasi ... 8

2.2.3 Solar Chimney ... 10

2.2.4 Solar Multi Stage Flash Desalination ... 11

2.2.5 Solar Multi Effect Desalination ... 12

2.2.6 Desalinasi Kompresi Uap ... 13

2.2.7 Freeze Desalination ... 14

2.2.8 Desalinasi Adsorpsi ... 15

2.2.10 Elektrodialisis Tenaga Surya (ED) ... 18

2.2.11 Distilasi Membran Tenaga Surya (MD) ... 19

2.2.12 Forward Osmosis (FO) ... 20

2.2.13 Sistem Desalinasi Vakum Natural Tenaga Surya ... 21

2.3 Pemodelan Matematik Sistem ... 22

2.3.1 Analisis pada Evaporator ... 22

2.3.2 Analisis Alat Penukar Kalor Tube in Tube ... 26

2.4 Evaporative Cooling ... 28

2.5 Fortran PowerStation 95 ... 30

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 32

3.1 Waktu dan Tempat ... 32

3.2 Alat dan Bahan ... 31

3.2.1 Alat ... 31

3.2.2 Bahan ... 38

3.2.3 Alat Ukur ... 38

3.3 Prosedur Pengujian ... 40

3.4 Set-up Experimental ... 40

3.5 Diagram Alir Analisis ... 43

BAB IV HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA ... 44

4.1 Data Input Analisa Teoritis ... 44

4.2 Asumsi Perhitungan ... 45

4.3 Koding Fortran PowerStation 95 ... 45

4.4 Data Output Hasil Analisis ... 49

4.5 Hasil Perbandingan Grafik Analisis dengan Grafik Pengujian ... 59

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 68

vii

5.2 Saran ... 69

DAFTAR PUSTAKA ... xiv

LAMPIRAN 1 LAMPIRAN 2 LAMPIRAN 3 LAMPIRAN 4

viii DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Klasifikasi Desalinasi Surya ... 2

Gambar 2.1 Desalinasi Sistem Vakum Natural ... 7

Gambar 2.2 Solar Still Sederhana ... 8

Gambar 2.3 Sistem Desalinasi Surya Humidifikasi-Dehumifikasi ... 9

Gambar 2.4 Instalasi Sistem Desalinasi Solar Chimney Air Laut ... 10

Gambar 2.5 Sistem Desalinasi Solar Multi Stage Flash ... 11

Gambar 2.6 Solar Multi Effect Distillation ... 12

Gambar 2.7 Sistem Desalinasi Kompresi Uap Mekanik ... 13

Gambar 2.8 Desalinasi Beku Menggunakan Auto Reversed Vapor Compression Heat Pump ... 15

Gambar 2.9 Sistem Desalinasi Adsorpsi ... 16

Gambar 2.10 Unit Desalinasi Reverse Osmosis Bertenaga Siklus Rankine Organik Surya ... 17

Gambar 2.11 Prinsip Kerja Unit Elektrodialisis ... 18

Gambar 2.12 Tipe Proses Distilasi Membran ... 19

Gambar 2.13 Unit Desalinasi Membran Bertenaga Surya ... 20

Gambar 2.14 Unit Forward Osmosis ... 21

Gambar 2.15 Sistem Desalinasi Vakum Natural Tenaga Surya ... 21

Gambar 2.16 Diagram Aliran Massa pada Evaporator ... 23

Gambar 2.17 Alat Penukar Kalor sebagai Heat Recovery ... 27

Gambar 2.18 Mekanisme Evaporative Cooling ... 30

Gambar 3.1 Evaporator ... 33

Gambar 3.2 Elemen Pemanas ... 33

Gambar 3.3 Kondensor dan Sirip (fin) beserta Flange ... 34

Gambar 3.5 Panel Thermocontrol ... 36

Gambar 3.6 Termokopel ... 37

Gambar 3.7 Agilent ... 38

Gambar 3.8 Laser Distance Meter Extech DT300 ... 39

Gambar 3.9 Skema Pengujian Desalinasi ... 42

Gambar 3.10 Diagram Alir Analisis ... 43

Gambar 4.1 Koding Perhitungan Persamaan Diskretisasi ... 46

Gambar 4.2 Koding Perhtungan Perpindahan Panas pada Evaporator . 47 Gambar 4.3 Koding Perhitungan Alat Penukar Kalor ... 48

Gambar 4.4 Kenaikan Temperatur pada Menit Pertama ... 49

Gambar 4.5 Kenaikan Temperatur pada Menit Kedua ... 50

Gambar 4.6 Kenaikan Temperatur pada Menit Ketiga ... 51

Gambar 4.7 Kenaikan Temperatur pada Menit Keempat ... 52

Gambar 4.8 Kenaikan Temperatur pada Menit Kelima ... 53

Gambar 4.9 Kenaikan Temperatur pada Menit Keenam ... 54

Gambar 4.10 Kenaikan Temperatur pada Menit Ketujuh ... 55

Gambar 4.11 Kenaikan Temperatur pada Menit Kedelapan ... 56

Gambar 4.12 Kenaikan Temperatur pada Menit Kesembilan ... 57

Gambar 4.13 Kenaikan Temperatur pada Menit Kesepuluh ... 58

Gambar 4.14 Posisi Termokopel Agilent Channel 111 ... 59

Gambar 4.15 Hasil Pengujian Tanggal 12 November 2015 ... 60

Gambar 4.16 Hasil Pengujian Tanggal 13 November 2015 ... 60

Gambar 4.17 Hasil Pengujian Tanggal 14 November 2015 ... 61

Gambar 4.18 Hasil Pengujian Tanggal 16 November 2015 ... 61

Gambar 4.19 Hasil Pengujian Tanggal 17 November 2015 ... 62

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Bilangan Nu di dalam Pipa Annulus Aliran Laminar ... 28

Tabel 4.1 Data Input Analisa Teoritis ... 44

Tabel 4.2 Perbandingan Data Temperatur Hasil Pengujian dan

xi DAFTAR NOTASI

V Laju Aliran Volume (m³/s)

C Konsentrasi (g/kg)

Cp Panas Jenis (J/kg K)

T Temperatur (K)

Q Laju Perpindahan Panas (Watt)

A Luas Permukaan (m²)

f(C) Faktor Koreksi (W/m²^oC)

P Tekanan (Pa)

hfg Panas Laten Penguapan Air Laut (J/kg)

h Koefisien Perpindahan Panas Konveksi (W/m² K)

Nu Bilangan Nusselt (tanpa dimensi)

Ra_L Bilangan Rayleigh (tanpa dimensi)

l Panjang Karakteristik (m)

p Perimeter (m)

r Radius / Jari-Jari (m)

l_s Tinggi Dinding Evaporator (m)

Pr Bilangan Prandtl (tanpa dimensi)

Cc Kapasitas Panas Air Laut Masuk Evaporator (kg m²/s²)

xii

Cr Perbandingan Kapasitas Panas Air Laut dan Konsentrat Garam (tanpa

dimensi)

m _{Laju Aliran Massa (kg/m}3

)

NTU Number of Transfer Unit (tanpa dimensi)

UA Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh (W/m²K)

D Diameter (m)

k Konduktivitas Thermal (W/mK)

ReD Bilangan Reynold

Huruf Yunani

μ Viskositas Dinamik Fluida (N s/m²)

ε Efektivitas untuk Alat Penukar Kalor (tanpa dimensi)

θ Sudut Kemiringan (^o)

α1 Koefiisen Empirik Faktor Koreksi (=0.0054, tanpa dimensi)

βT Koefisien Ekspansi Thermal Volumetrik (=5*10^-4 /^oC)

βC Koefisien Ekspansi Larutan (=8*10^-3/%)

ρ Massa Jenis (kg/m³)

αm Koefisien Empirik Laju Penguapan (=10^-7- 10^-6kg/m².Pa.s.K^0,5)

Subskrip

s Seawater dalam Evaporator, Surface

i Inlet

w Withdrawal (Konsentrat Garam Keluar Evaporator)

xiii

in Masuk

loss Kehilangan Panas

f Fresh Water (Air Bersih)

0 Kondisi Awal (Sebelumnya)

bottom Bagian Bawah (Alas Evaporator)

A Ambien (Lingkungan)

side Bagian Sisi (Dinding Evaporator)

ins,o Dari Pusat Evaporator ke Luar Permukaan Insulasi

top Bagian Atas (Kerucut Evaporator)

min Minimum

max Maksimum

o Outlet

Dalam dokumen Analisis Evaporator Sebagai Ruang Pemanas Air Laut Pada Sistem Desalinasi Natural Vakum Dengan Software Fortran Powerstation (Halaman 75-100)