Pengujian Sistem Distilasi Air Laut Tenaga Surya Menggunakan Kolektor Plat Datar Dengan Tipe Kaca Penutup Miring

(1)

KARYA AKHIR

PENGUJIAN SISTEM DISTILASI AIR LAUT

TENAGA SURYA MENGGUNAKAN KOLEKTOR

PLAT DATAR DENGANTIPE KACA PENUTUP

MIRING

Disusun Oleh : MUANNIS NIM : 035202048

KARYA AKHIR YANG DIAJUKAN

UNTUK MEMENUHI PERSYARATAN MEMPEROLEH GELAR SARJANA SAINS TERAPAN

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI MEKANIK INDUSTRI PROGRAM DIPLOMA IV

FAKULTAS TEKNIK

(2)

Diketahui :

Ketua Program Studi Teknologi Mekanik Industri Program Diploma-IV FT,USU

Dr.Ing.Ir Ikhwansyah Isranuri NIP 132018668

KARTU BIMBINGAN

KARYA AKHIR

NO : /JO5.1.12/D-IV/AK/2009

Sub. Program studi : Konversi Energi

Bidang Tugas : Konversi Energi

Judul Tugas : Pengujian Sistem Distilasi Air Laut Tenaga Surya

Menggunakan Kolektor Plat Datar Dengan Tipe Kaca Penutup Miring

Diberikan Tanggal : Selesai Tanggal :

Dosen Pembimbing :Ir. Mulfi Hazwi,M.Sc Nama Mhs : Muannis

NIM : 035202048

No Tanggal KEGIATAN ASISTENSI BIMBINGAN Tanda Tangan

Dosen Pembibing

1 03-03-09 Acc Proposal Karya akhir

2 13-03-09 Pengajuan judul

3 21-03-09 Pendahuluan dan BAB I

4 25-03-09 Perbaikan BAB I dan teruskan BAB II

5 01-04-09 BAB II dan Lanjutkan BAB III

6 14-04-09 Perbaikan BAB III dan Lanjutkan BAB IV

7 27-04-09 Lampirkan ukuran tipe box di BAB III

8 04-05-09 Perbaikan kurva BAB IV

9 14-05-09 Mencari jumlah panas dan BAB V

10 16-06-09 Lengkapi daftar pustaka dan lampiran

11 12-08-09 ACC karya akhir

Catatan :

Kartu ini harus diperlihatkan kepada dosen pembimbing Setiap asistensi

Kartu ini harus dijaga bersih dan rapi

Kartu ini harus dikembalikan kejurusan,bila kegiatan Asistensi telah selesai

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI MEKANIK INDUSTRI PROGRAM DIPLOMA – IV

(3)

PROGRAM STUDI TEKNOLOGI MEKANIK INDUSTRI PROGRAM DIPLOMA – IV ( D-IV)

FAKULTAS TEKNIK USU

AGENDA : /KA/2009 DITERIMA TGL : / /2009

PARAF :

KARYA AKHIR

NAMA : Muannis

NIM : 035202048

MATA PELAJARAN : Konversi Energi

SPESIPIKASI : Pengujian Sistem Distilasi Air Laut Tenaga Surya

Menggunakan Kolektor Plat Datar Dengan Tipe Kaca

Penutup Miring.

• Data hasil pengujian pada alat distalasi air laut tenaga

surya

• Produktivitas air bersih pada distalasi air laut

• Jumlah panas maksimum

• Grafik hasil pengujian dan analisis

DIBERIKAN TANGGAL : 2009 SELESAI TANGGAL : 2009

MEDAN, 2009 KETUA PROGRAM STUDI, DOSEN PEMBIMBING,

Dr.Ing.Ir Ikhwansyah Isranuri Ir. Mulfi Hazwi,MSc

(4)

KATA PENGANTAR

Syukur alhamdulillah kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat dan

hidayah-Nya, saya dapat menyelesaikan Karya Akhir saya yang berjudul

“PENGUJIAN SISTEM DISTILASI AIR LAUT TENAGA SURYA MENGGUNAKAN KOLEKTOR PLAT DATAR DENGAN TIPE KACA PENUTUP MIRING”.

Karya akhir ini merupakan salah satu syarat yang harus dipenuhi untuk

menyelesaikan program studi Teknologi Mekanik Industri (D-IV) di Departemen

Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan karya akhir ini, saya ingin mengucapkan terima

kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Bapak Ir. Mulfi Hazwi, MSc, selaku Dosen Pembimbing, yang selalu

memberi sumbangan pikiran, nasehat, saran dan ide-ide inovatif, serta

meluangkan waktunya dalam memberikan bimbingan.

2. Bapak Dr.Ing.Ir Ikhwansyah Isranuri, selaku ketua Departemen Teknik

Mesin Universitas Sumatera Utara yang telah memimpin Departemen ini

dengan sangat baik dan membawa Departemen ini berkembang lebih

maju.

3. Seluruh Staf Pengajar Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera

Utara.

4. Pegawai Departemen Teknik Mesin, Kak Is, Kak Sonta, Bang Syahwal,

(5)

5. Kedua orang tua dan keluarga saya, yang saya cintai yang telah banyak

memberikan perhatian, nasehat, doa dan dukungan moril maupun materil.

6. Rekan satu team mamek.

7. Teman-teman stambuk ’03 yang tidak dapat disebutkan namanya satu

persatu.

8. 100 % poenya Q Love Banget...!!!!!

Akhir kata, syukur pada Tuhan Yang Maha Esa dan semoga Karya Akhir

ini bermanfaat bagi dunia dan kita semua.

Medan, Agustus 2009

Penulis,

MUANNIS

(6)

DAFTAR ISI

Halaman

KATA PENGANTAR ... i

DAFTAR ISI ... iii

DAFTAR GAMBAR ... vi

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR NOTASI... viii

BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Tujuan dan Manfaat ... 2

1.3 Sistematika Penulisan ... 3

1.4 Batasan masalah ... 4

1.5 Metode Pengujian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Sumber Energi ... 5

2.1.1 Sumber Energi Yang Tidak Dapat Diperbaharui ... 5

2.1.2 Sumber Energi Yang Dapat Diperbaharui ... 6

2.2 Energi Surya ... 9

2.2.1 Energi Surya Sumber Berbagai Sumber Energi .... 9

2.2.2 Potensi Energi Surya ... 11

2.2.3 Geometri Surya ... 11

2.3 Kolektor Datar ... 15

2.4 Distalasi Surya Tipe Basin ... 19

(7)

2.6 Aplikasi Energi Surya Untuk Pengeringan Produk Pertanian 24

BAB III PROSEDUR PENGUJIAN

3.1 Waktu dan tempat pengujian ... 25

3.2 Alat dan Bahan ... 25

3.3 Prosedur pengujian ... 27

3.4 Bagian-bagian distalasi tenaga surya ... 28

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data hasil pengujian distalasi air laut dan Perhitungan Intensitas Surya... 32

4.2 Analisa Kalor yang Berguna ... 44

4.3 Perhitungan Effesiensi Kolektor ... 50

4.4 Perhitungan Effesiensi Destilasi ... 50

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN 5.1 Kesimpulan... 52

5.2 Saran ... 53

DAFTAR PUSTAKA ... 54

(8)

DAFTAR GAMBAR

Halaman

Ganbar 2.1 Panel surya (photovoltaic arrays) di atas yacht kecil di laut

dapat mengisi baterai 12 V sampai 9 amperes dalam

cahaya matahari penuh dan langsung. ... 7

Gambar 2.2 Bagian Internal Matahari ... 9

Gambar 2.3 Surya sebagai Sumber Berbagai Sumber Energi ... 10

Gambar 2.4. Oven energi surya dengan kolektor plat penyerap... 17

Gambar 2.5 Distalasi surya tipe satu kaca miring ... 20

Gambar 2.6 Diagram aliran energi ... 22

Gambar 2.7 Pengering ERK tipe bak ... 24

Gambar 3.1 Termometer ... 25

Gambar 3.2 Gelas ukur ... 26

Gambar 3.3 . Alat destilasi surya ... 27

Gambar 3.4 . Proses destilasi air laut ... 28

Gambar 3.5 . Gabus (foam) ... 29

Gambar 3.6 . Rangka destilasi ... 29

Gambar 3.7 Potongan papan tripleks ... 30

Gambar 3.8 Plat kolektor ……….... .. 30

Gambar 3.9 Kaca transparan ………... 30

Gambar 4.1 Laju Intensitas surya tiap jamnya (Percobaan I) ... 35

Gambar 4.2 Laju Intensitas surya terhadap temperature air (Percobaan I) ... 35

(9)

Gambar 4.4 Laju Intensitas surya terhadap temperature air (Percobaan

II) ... 39

Gambar 4.5 Laju intensitas surya tiap jamnya (Percobaan III) ... 42

Gambar 4.6 Laju intensitas surya terhadap temperatur air (Percobaan

III) ... 42

Gambar 4.7 Perbandingan laju intensitas surya tiap jamnya dari ketiga

percobaan ………... 43

Gambar 4.8 Perbandingan laju intensitas surya terhadap temperatur air

dari ketiga percobaan ………. 44

Gambar 4.9 Persentase kalor yang berguna tiap jamnya(percobaan I) ... 46

Gambar 4.10 Persentase kalor yang berguna tiap jamnya (percobaan

II) ……… 48

Gambar 4.11 Persentase kalor yang berguna tiap jamnya (percobaan

III) ……….. 49

Gambar 4.12 Persentase kalor yang berguna tiap jamnya dari tiap

(10)

DAFTAR TABEL

Halaman

Tabel 2.1. Nilai konstanta A,B dan C. ... 14

Tabel 4.1 Pengujian pertama distalasi air laut ... 32

Tabel 4.2 Nilai intensitas surya pada percobaan pertama ... 34

Tabel 4.3 Pengujian kedua distalasi air laut ... 36

Tabel 4.4 Nilai intensitas surya pada percobaan kedua ... 37

Tabel 4.5 Nilai Energi yang berguna persatuan luas pada percobaan pertama ... 39

Tabel 4.6 Nilai Energi yang berguna persatuan luas pada percobaan kedua ... 41

Tabel 4.7 Nilai energi yang berguna persatuan luas pada percobaan pertama ………... 45

Tabel 4.8 Nilai energi yang berguna persatuan luas pada percobaan ke dua ……….. 47

(11)

DAFTAR NOTASI

Lambang Keterangan Satuan

ω Sudut Jam º

ts Waktu Surya Jam

δ Deklinasi Surya º

Z

Cosθ Sudut zenit º

IDN radiasi langsung W/m2

A, B Tetapan Radiasi

H ketinggian suatu tempat di atas permukaan laut Meter

P/Po nisbah tekanan di suatu tempat terhadap

tekanan atmosfer baku

HGlo Iradiasi Global W/m2

α sudut ketinggian surya Altitude

C presentase sinar baur %

QA Panas yang diserap kolektor Watt

QL Kerugian panas ke lingkungan Watt

τ Tetapan Boltzman W/m2.K4

α Nilai absortivitas bahan

I Intensitas surya W/m2

Ac Luas permukaan kolektor m2

UL Koefesien pindahan panas keseluruhan pada kolektor

ke lingkungan

W/m2.ºC

(TC – TA) beda antara suhu absorber kolektor dengan suhu

lingkungan

ºC

η Effesiensi Kolektor %

h Koefisien konveksi W/m2 .K

Tw Temperatur dinding K

(12)

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Luas wilayah Indonesia merupakan lautan, yaitu sekitar 3.288.683 km2.

Sehingga Indonesia juga mendapat julukan negara maritim. Melihat Indonesia

yang terletak di tengah kepungan air laut, kekurangan air bersih banyak menimpa

masyarakat yang tinggal di pesisir pantai. Air merupakan salah satu kebutuhan

pokok manusia untuk hidup. Peralatan yang diteliti adalah distilasi surya tipe

basin yang mempunyai konstruksi sederhana, mudah dioperasikan dan hemat

energi karena energi yang digunakan adalah radiasi matahari. Peralatan ini sangat

cocok digunakan pada daerah pesisir, yang air laut dan surya banyak. Kaca

penutup kolektor surya plat datar merupakan komponen terpenting dari distilasi

surya, yang berfungsi untuk mengurangi kehilangan panas dari plat penyerap ke

lingkungan dan tempat kondensasi. Kaca tebal 4 mm dipilih sebagai penutup

karena kaca dapat menyekat sinaran yang melebihi 3 μm dan tahan lama. Secara

umum kaca mempunyai indeks bias 1,5 dan dapat meneruskan radiasi yang datang

(13)

1.2 Tujuan dan Manfaat

Adapun tujuan dari pengujian sistem distilasi air laut tenaga surya

menggunakan kolektor plat datar dengan tipe kaca penutup miring adalah :

1. Melakukan pengujian pada alat distilasi air laut tenaga surya menggunakan

kolektor plat datar dengan tipe kaca penutup miring.

2. Mengetahui produktivitas air bersih pada alat uji distilasi surya.

Manfaat dari pengujian sistem distilasi air laut tenaga surya menggunakan

kolektor plat datar dengan tipe kaca penutup miring adalah:

1. Mendapatkan jumlah air bersih dengan memamfaatkan energi surya

2. Dengan Menggunakan alat destilasi air laut tenaga surya masyarakat

mendapatkan sumber energi yang murah sehingga dapat menghemat ongkos

pengeluaran (belanja).

3. Orientasi ke depan yaitu untuk pengembangan industri kecil khususnya

indutsri sebagai pengembangan dari produk atau dengan kata lain disertifikasi

(14)

1.3 Sistematika Penulisan

Adapun sistematis penulisan karya akhir ini adalah sebagai berikut:

I. Pendahuluan. Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakar dari

alat destilasi air laut tenaga surya. Tujuan dan Manfaat Pengujian, Sistematis

Penulisan, Batasan Masalah dan Metode Pengujian.

II. Tinjauan Pustaka. Pada bab ini akan dibahas mengenai teori-teori

dasar yang berhubungan dengan judul karya akhir mengenai destilasi air laut

tenaga surya.

III. Prosedur Pengujian. Bab ini memberikan informasi mengenai tempat

dan waktu pelaksanaan pengujian, bahan dan peralatan yang dipakai sera tahapan

dan prosedur pengujian

IV. Hasil dan Pembahasan. Bab ini membahas tentang hasil data yang

diperoleh dari setiap pengujian melalui pembahasan perhitungan dan

penganalisaan dengan memaparkan kedalam bentuk tabel dan grafik.

V. Kesimpulan. Pada bab ini akan memaparkan kesimpulan dari analisa

hasil pengujian.

Daftar Pustaka. Referensi yang mendukung karya akhir ini akan secara

lengkap disajikan untuk kemudahan dalam mencari data maupun bahan kajian

berikutnya.

Lampiran. Segala data hasil survey, data pendukung rancangan serta

beberapa lampiran yang digunakan dalam penulisan Karya Akhir ini dilampirkan

(15)

1.4 Batasan masalah

Dalam penulisan karya akhir, pembahasan dibatasi hanya pada hasil-hasil

pengujian. Apakah sistem destilasi tenaga surya dapat memanfaatkan energi surya

menjadi sumber energi sehingga dapat memproduksi air bersih ? dan seberapa

banyak produktivitas air bersih tersebut ?

1.5 Metode Pengujian

Metode yang dilakukan dalam pengujian adalah alat diuji dibawah sinar

matahari, dan mencatat waktu yang diperlukan selama proses tersebut serta

mencatat temperatur air setiap selang waktu 30 menit. Alat yang diuji adalah alat

(16)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Sumber Energi

Pada dasarnya sumber energi di dunia banyak dan tersebar dimana-mana.

Tetapi hanya sebagian saja yang banyak dimanfaatkan oleh manusia yaitu energi

dari minyak bumi, bahan fosil dan gas alam, sedangkan sumber energi lain seperti

sampah dedaunan, kayu, angin, air, matahari, dan gelombang pasang sedikit sekali

dimanfaatkan.

2.1.1 Sumber Energi Yang Tidak Dapat Diperbaharui

Sumber energi ini banyak digunakan disegala sektor sekarang ini. Sumber

energi ini yaitu yang berasal dari minyak bumi, bahan fosil, dan gas alam. Semua

sumber ini memerlukan proses yang panjang untuk mendapatkannya dan

kemudian dapat dimanfaatkan, sebagai contoh minyak bumi membutuhkan proses

berjuta-juta tahun. Sebaliknya, pengekplotasianya dilakukan terus-menerus dan

bisa dibayangkan pasti persediaannya akan menipis dan mungkin akan habis. Hal

inilah mengakibat harga minyak bumi dunia melonjak dengan tajam sampai

mendekati 100 dolar AS per barel. Oleh karena itu sekarang ini para ahli berlomba

untuk mencari alternatif sumber energi yang salah satunya yaitu dengan

(17)

2.1.2 Sumber Energi Yang Dapat Diperbaharui

Sumber energi ini belumlah banyak dimanfaatkan oleh banyak orang.

Sumber energi ini dapat berasal dari alam sekitar yaitu angin, air, biogas, biomass

dan yang tak kalah pentingnya yaitu sumber energi utama di dunia ini yaitu

matahari. Hal ini disebabkan energi matahari merupakan energi yang murah dan

ramah lingkungan. Energi matahari ini merupakan energi pancaran dan radiasi

yang dapat digunakan untuk memasak.

Energi geothermal berasal dari

membuat Bumi panas dari dalam, dan dari matahari, yang membuat panas

permukaan bumi. Dia dapat digunakan dengan tiga cara:

1. Listrik geothermal

2. pemanasan geothermal, melalui pipa ke dalam Bumi

3. pemanasan geothermal, melalui sebuah

Energi surya yang dimaksud di sini adalah energi yang dikumpulkan langsung

dari cahaya matahari. Tenaga surya dapat digunakan untuk:

1. menghasilkan listrik menggunakan

2. menghasilkan listrik menggunakan pembangkit tenaga panas surya

3. menghasilkan listrik menggunaka

4. memanaskan gedung, secara langsung

5. memanaskan gedung, melalui

(18)

Ganbar 2.1 Panel surya (photovoltaic arrays) di atas yacht kecil di laut dapat

mengisi baterai 12 V sampai 9 amperes dalam cahaya matahari penuh dan

langsung.(Lieraturt 3)

Karena matahari memanaskan permukaan bumi secara tidak merata, maka

terbentuklah angin. Energi kinetik dari angin dapat digunakan untuk menjalankan

adalah fungsi kubus dari kecepatan angin, maka turbin tersebut paling tidak

membutuhkan angin dalam kisaran 5,5 m/d (20 km/j), dan dalam praktek sangat

sedikit wilayah yang memiliki angin yang bertiup terus menerus. Namun begitu di

daerah pesisir atau daerah di ketinggian, tersedia angin yang cukup konstan.

Pada

bagian dunia, dengan perusahaan "utility" memiliki kapasitas total lebih dari

47.317MW. Kapasitas merupakan output maksimum yang memungkinkan dan

tidak menghitung "load factor".

Lahan angin baru dan taman angin lepas pantai telah direncanakan dan

(19)

dengan cepat di

listrik utama. Kebanyakan turbin yang digunakan menghasilkan listrik sekitar

25% dari waktu (load factor 25%), tetapi beberapa mencapai 35%. Load factor

biasanya lebih tinggi pada musim dingin. Ini berarti bahwa turbin 5MW dapat

memiliki output rata-rata 1,7MW dalam kasus terbaik.

Energi air dapat digunakan dalam bentuk gerak atau perbedaan suhu.

Karena air ribuan kali lebih berat dari udara, maka aliran air yang pelan pun dapat

menghasilkan sejumlah energi yang besar.

Tumbuhan biasanya menggunakan

surya, air, da. Bahan bakar bio adalah bahan bakar yang diperoleh dari

biomass - organisme atau produk dari metabolisme mereka, seperti tai dari sapi.

Dia merupakan energi terbaharui.

Biasanya bahan bakar bio dibakar untuk melepas energi kimia yang

tersimpan di dalamnya. Riset untuk mengubah bahan bakar bio menjadi listrik

menggunakan sel bahan bakar adalah bidang penelitian yang sangat aktif.

Biomass dapat digunakan langsung sebagai bahan bakar atau untuk

memproduksi bahan bakar bio cair. Biomass yang diproduksi dengan teknik

pertanian, seperti

sampingan dari pengkultivasian

(20)

Sebuah hambatan adalah seluruh biomass harus melalui beberapa proses berikut:

harus dikembangkan, dikumpulkan, dikeringkan, difermentasi dan dibakar.

Seluruh langkah ini membutuhkan banyak sumber daya dan infrastruktur.

2.2 Energi Surya

Matahari adalah pabrik tenaga nuklir yang dengan memakai proses fusi

mengubah sejumlah empat ton massa hidrogen yang banyak terdapat di jagad raya

menjadi helium tiap detiknya dan menghasilkan energi dengan laju 1020

kW-Jam/detik. Berbeda dengan proses fusi nuklir yang berbahaya, proses yang terjadi

merupakan yang paling bersih dan gratis, selain itu energi ini tidak memerlukan

sarana angkutan atau transmisi jarak jauh, tidak berisik serta memiliki potensi

yang besar di berbagai lokasi untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi.

Gambar 2.2 Bagian Internal Matahari (Literatur 3)

2.2.1 Energi Surya Sumber Berbagai Sumber Energi

Energi surya memegang peranan paling penting dari berbagai sumber

energi lain yang dimanfaatkan oleh manusia. Energi surya merupakan sumber

(21)

yang lain dan sumber energi lain akan tercipta selama ada matahari. Sebagian

besar radiasi surya yang masuk ke atmosfer akan diserap oleh mahluk hidup yang

memiliki klorofil kemudian menggunakannya untuk membentuk biomassa yang

dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi baik secara langsung maupun melalui

pembentukan bahan bakar fosil. Selain itu, radiasi surya yang jatuh pada

permukaan air akan memanaskan dan menguapkan air tersebut sehingga daur

hidrologi terbentuk. Pada topografi permukaan bumi yang berbeda, daur

hidrologi yang ada dipermukaan ini dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi.

Ketidakseragaman radiasi surya di permukaan bumi juga membantu dalam

pembentukan pusat-pusat tekanan udara tinggi dan rendah yang mengakibatkan

terjadinya angin sebagai sumber energi. Mengingat kembali hukum

Termodinamika I, sumber-sumber energi ini pun dapat diubah menjadi bentuk

yang lain seperti listrik, kimia, elektromagnetik, panas, dan lain-lain.

(22)

2.2.2 Potensi Energi Surya

Potensi energi surya pada suatu wilayah sangat bergantung pada posisi

antara matahari dengan kedudukan wilayah tersebut dipermukaan bumi. Potensi

ini akan berubah tiap waktu, tergantung dari kondisi atmosfer, dan tempat (garis

lintang) serta waktu (hari dalam tahun dan jam dalam hari). Indonesia yang berada

dalam wilayah khatulistiwa mempunyai potensi energi surya yang cukup besar

sepanjang tahunnya.

Selain menjadi sumber energi bagi sumber energi lainnya, energi surya

sangat berpotensi untuk dimanfaatkan secara langsung sebagai sumber energi

alternatif. Pemanfaatan energi surya ini dapat dilakukan secara termal maupun

melalui energi listrik. Pemanfaatan secara termal dapat dilakukan secara langsung

dengan membiarkan objek pada radiasi matahari, atau menggunakan peralatan

yang mencakup kolektor dan konsentrator surya.

2.2.3 Geometri Surya

Sehubungan dengan bentuk bumi, posisi sumbu rotasi bumi, rotasi dan

revolusi bumi mengelilingi matahari maka penerimaan radiasi matahari di suatu

wilayah akan bergantung pada waktu (jam pada hari dan hari pada tahun) serta

bujur dan lintang wilayah tersebut. Perbedaan-perbedaan tersebut dapat

dijelaskan melalui Solar Geometry (Geometri Surya).

Radiasi surya diterima di permukaan bumi dalam dua cara, yaitu secara

langsung (radiasi langsung) dan melalui pantulan dari awan atau massa udara

(radiasi baur). Geometri surya ini lebih mempengaruhi nilai radiasi langsung

(23)

Bentuk bumi yang mendekati bola membuat radiasi matahari akan jatuh

pada intensitas yang berbeda di berbagai wilayah di permukaan bumi. Koordinat

pada bumi dinyatakan dengan bujur (B) dan lintang (L). Pada suatu wilayah bujur

mempengaruhi penerimaan radiasi pada satu hari sedangkan lintang

mempengaruhi penerimaan radiasi rata-rata dalam satu tahun.

Sudut jam merupakan sudut antara normal permukaan bumi dan sinar

matahari yang diproyeksikan berdasarkan pandangan dari kutub selatan Sudut ini

berubah sepanjang hari akibat adanya rotasi bumi. Perhitungan sudut ini juga

ditentukan oleh bujur dimana pengukuran radiasi dilakukan. Sudut jam dihitung

menggunakan

(Literatur 5)

dimana ts merupakan waktu surya yang dihitung berdasarkan:

60

(Literatur 5)

oleh karena itu sudut jam bernilai negatip sebelum jam 12 dan positip setelah jam

12 (waktu surya).

Akibat adanya tumbukan meteor pada berjuta tahun yang lalu, sumbu

putar bumi membentuk sudut (inklinasi) kira-kira 23.45o terhadap sumbu yang

tegak lurus bidang edarnya. Selama revolusi bumi dalam waktu 365.25 hari,

radiasi matahari yang jatuh ke suatu wilayah di permukaan bumi akan berbeda.

Pada tanggal 21 Juni, 23 Desember, 21 September dan 21 Maret sudut yang

dibentuk antara bidang ekuator berada pada nilai-nilai yang ekstrim.

Karena posisi sumbu rotasi bumi ini tetap maka saat bumi berevolusi sudut

(24)

berubah sepanjang tahun. Sudut ini disebut sebagai deklinasi surya. Hubungan

antara deklinasi surya terhadap hari selama satu tahun dinyatakan sebagai:

( )



(Literatur 5)

Karena permukaan bumi merupakan permukaan yang melengkung, maka

akan lebih mudah untuk menganalisis sudut datang matahari pada sistem

koordinat horizontal. Dengan menggunakan sistem koordinat horizontal, radiasi

matahari terhadap permukaan (bidang) datar

Azimuth surya merupakan sudut antara proyeksi sinar matahari di bidang

horzontal dari arah selatan. Altitude (tinggi) matahari merupakan sudut yang

dibentuk antara sinar matahari dengan proyeksinya pada bidang horizontal.

Sedangkan sudut zenit (sudut datang) merupakan komplemen dari sudut tinggi

surya yaitu diukur dari zenit. Sudut zenit ini ditentukan berdasarkan persamaan:

δ

(Literatur 5)

Pada waktu sinar melintasi atmosfer, sebagian energi terserap, besarnya

penurunan energi sepanjang garis lintang ini ditentukan oleh konstanta penurunan

energi (extinction coefficient) B.

(25)

(

H

)

Besarnya nilai konstanta B sangat bergantung pada kejernihan atmosfer

sedangkan besarnya konstanta A dan B dapat dilihat pada tabel 2.1. Perhitungan

energi global pada keadaan cerah dengan memakai rumus di atas harus

ditambahkan sebesar 5-10% karena adanya radiasi baur.

Tabel 2.1. Nilai konstanta A,B dan C

Tanggal Hari

Ke-

Ф A

(W/m2)

B C Persamaan

Waktu (menit)

21 Januari

21 Februari

21 Maret

21 April

21 Mei

21 Juni

21 Juli

21 Agustus

21 September

21 Oktober

21 Nopember

21 desember

19.85

(26)

Pada suatu bidang datar, besarnya iradiasi global, H yang merupakan

penjumlahan antara radiasi langsung dan baur, dapat ditentukan dengan rumus

berikut:

DN DN

glo I CI

H = sinα+

(Literatur 5)

Suku pertama ruas kanan merupakan komponen radiasi langsung, sedangkan

suku kedua mengacu pada radiasi baur.

Dimana: α = sudut ketinggian surya (altitude)

C = presentase sinar baur

2.3 Kolektor Datar

Kolektor datar dan konsentrator merupakan alat yang digunakan untuk

mengumpulkan energi radiasi surya sedemikian sehingga energi termal yang

dihasilkan dapat dimanfaatkan secara lebih praktis untuk berbagai proses.

Kolektor datar surya terdiri dari cover (penutup) transparan, absorber dan

insulator. Radiasi surya yang jatuh pada permukaan bahan transparan dalam

gelombang pendek akan diteruskan oleh bahan transparan untuk kemudian diserap

oleh absorber. Warna hitam pada absorber memiliki sifat absorpsi terhadap radiasi

yang lebih besar sehingga sebagian besar radias matahari akan diserap.

Penyerapan radiasi ini akan membuat suhu absorber menjadi tinggi. Radiasi

panas akan dipancarkan oleh absorber akan tetapi dalam bentuk gelombang

panjang. Kebanyakan bahan transparan akan memiliki sifat opak terhadap radiasi

gelombang panjang dan oleh karena itu sebagian radiasi gelombang panjang ini

dipantulkan kembali oleh bahan transparan menuju absorber. Sebagian radiasi

(27)

proses yang sama yaitu sebagian dipantulkan kembali ke absorber. Dengan

demikian, kehilangan panas akibat radiasi menjadi minimal dengan menggunakan

kolektor datar. Selain itu, penutup transparan juga berfungsi sebagai penahan

kehilangan panas yang dibawa oleh udara di atas absorber menuju lingkungan.

Panas dari absorber dimanfaatkan melalui penukar panas ke media

pembawa panas. Media pembawa panas yang umum digunakan dapat merupakan

udara atau air. Ketika menggunakan air sebagai media, absorber akan

mengkonduksikan panas menuju ke permukaan pipa-pipa bagian luar.

Selanjutnya berlangsung konduksi panas dari permukaan luar ke permukaan

dalam. Dengan proses konveksi, panas akan berpindah dari permukaan dalam ke

air yang mengalir di dalam pipa tersebut, sehingga suhu air akan meningkat. Air

dengan suhu yang tinggi kemudian dimanfaatkan pada di bagian lain di luar

kolektor datar. Proses yang mirip terjadi ketika udara digunakan sebagai media

pembawa panas, namun dalam hal ini pipa jarang digunakan. Udara di atas (atau

di bawah) absorber dipanaskan melalui proses konveksi akibat kontak langsung

dengan absorber. Udara dengan suhu tinggi ini kemudian dialirkan keluar

kolektor untuk dimanfaatkan pada proses-proses yang memerlukan udara panas.

Kinerja sebuah kolektor surya akan bergantung dari karakteristik

absorptivitas dari absorber, transmisivitas dari bahan transparan, overall heat

transfer coefficient (koefisien pindah panas keseluruhan) dari insulator, bahan

transparan serta absorber. Absorptivitas merupakan porsi cahaya yang diserap

oleh suatu objek; transmisivitas merupakan porsi cahaya yang diteruskan oleh

suatu objek; sedangkan koefisien pindah panas keseluruhan merupakan daya

(28)

η

τα

L

U

Gambar 2.4 keseimbangan termal kolektor datar

1. Keseimbangan termal

Keseimbangan termal dari kolektor dapat secara sederhana dinyatakan

sebagai panas yang dikumpulkan (untuk kemudian dimanfaatkan) adalah panas

yang diserap dikurangi panas yang hilang ke lingkungan atau dinyatakan sebagai:

L A Q

Q

Q= − _{(Literatur 9 , Hal :4)}

Dimana : Q = Panas yang berguna

QA = Panas yang diserap kolektor

QL = Kerugian panas ke lingkungan

Panas yang dikumpulkan bergantung dari nilai absorptivitas dari absorber

dan transmisivitas dari penutup kolektor. Hasil kali kedua nilai tersebut disebut

sebagai efisiensi optik. Panas yang diserap tersebut dinyatakan sebagai:

c

A IA

Q =τα _{(Literatur 9 , Hal :4)}

Dimana : τ = Tetapan Boltzman ( 5,669 × 10-8 [W/m2.K4] )

α = Nilai absortivitas bahan

I = Intensitas surya [W/m2]

(29)

Sedangkan panas yang hilang dari sistem kolektor berbanding lurus

dengan beda antara suhu absorber kolektor dengan suhu lingkungan, luas kolektor

dan koefisien pindah panas keseluruhan pada kolektor ke lingkungan. Jika luas

kolektor cukup tipis sehingga luas kolektor dan kehilangan panas melalui

insulator diabaikan maka panas yang hilang ini dapat dinyatakan sebagai:

)

Dimana : UL = Koefesien pindahan panas keseluruhan pada kolektor ke

lingkungan [W/m2.ºC]

(TC – TA) = beda antara suhu absorber kolektor dengan suhu

lingkungan [ºC]

Dengan demikian persamaan panas yang berguna dapat dinyatakan sebagai:

(

c A

)

Untuk setiap satuan luas persamaan (q/A ) dapat dinyatakan sebagai:

) (

/A I U_L T_C T_A

q =τα − − (Literatur 9 , Hal :4)

2. Efisiensi kolektor datar

Efisiensi kolektor menyatakan perbandingan antara panas yang dapat

dikumpulkan terhadap radiasi matahari.

(

)

(fc disebut sebagai titik pengoperasian atau fungsi

efisiensi) efisiensi tertinggi diperoleh ketika suhu absorber sama dengan suhu

(30)

efisiensi optiknya. Selain itu kurva juga menyatakan bahwa terdapat nilai radiasi

dimana efisiensi menjadi nol atau tidak ada panas yang dikumpulkan, yaitu pada:

(

)

(Literatur 5)

Tingkat radiasi ini disebut sebagai tingkat radiasi threshold. Pada

nilai-nilai radiasi dibawah It tersebut suhu kolektor tidak dapat bertahan pada Tc.

Dengan cara yang sama, pada tingkat radiasi tertentu maka terdapat nilai

Tc dimana panas tidak ada yang dikumpulkan (disebut sebagai suhu stagnasi)

yang besarnya adalah:

L

(Literatur 5)

Pada tingkat suhu kolektor Tcs, sehubungan dengan besarnya perbedaan

antara suhu dengan suhu lingkungan maka kehilangan panas yang terjadi sama

dengan tingkat radiasi yang diserap oleh kolektor.

2.4 Destilasi Surya Tipe Basin

Prinsip kerja distilasi surya tipe basin diperlihatkan pada Gambar 2.4

Radiasi surya menembus kaca penutup dan mengenai permukaan dari plat

penyerap, maka plat penyerap akan panas, dan energi panas dari plat penyerap

akan memanasi air laut yang ada didalam kolam (basin). Air akan menguap dan

berkumpul dibawah permukaan kaca penutup. Oleh karena temperatur udara di

dalam basin lebih tinggi dari pada temperatur lingkungan, maka terjadi kondensasi

yaitu uap berubah menjadi cair dan melekat pada kaca penutup bagian dalam.

(31)

kedalam kanal, terus mengalir ke tempat penampungan air bersih. Sedangkan

garam akan tinggal diatas plat penyerap karena adanya perbedaan massa jenis.

Gambar 2.5 Destilasi surya tipe satu kaca miring (Literatur 9,Hal :2)

1. Tinjauan Thermal Pada Sistem Destilator Surya

Dalam destilator surya akan terjadi perpindahan panas yang terdiri dari :

a. Konduksi

Panas mengalir secara konduksi dari daerah yang bertemperatur tinggi ke

daerah yang bertemperatur rendah. Laju perpindahan panas dinyatakan dengan

hukum Fourier berikut:

X T A k Q

∂∂ −

= . (Literatur 9,Hal :2)

Dimana : k = Konduktivitas Thermal [w/m.K]

A = Luas penampang tegak lurus terhadap arah aliran panas [m2]

(32)

b. Konveksi

Udara yang mengalir diatas suatu permukaan panas, misalnya dalam

saluran baja sebuah alat pemanas udara surya dipanasi secara konveksi. Apabila

aliran udara disebabkan oleh sebuah blower, kita menyebutnya sebagai konveksi

paksa dan apabila disebabkan oleh gradien massa jenis, maka disebut konveksi

alamiah. Pada umumnya, perpindahan panas konveksi dapat dinyatakan dengan

hukum pendinginan Newton sebagai berikut :

q = h . A . ( Tw-T ) (Literatur 9,Hal :3)

Dimana: h = Koefisien konveksi [W/m2 .K]

A = Luas permukaan [m2]

Tw = Temperatur dinding [K ]

T = Temperatur fluida [K ]

Umumnya koefisien konveksi (h) dinyatakan dengan parameter tanpa dimensi

yang disebut bilangan Nusselt (menurut nama dari Wilhelm Nusselt ), Nu = h .d/k,

dimana (k) adalah konduktivitas termal.

c. Radiasi

Berlainan dengan mekanisme konduksi dan konveksi dimana perpindahan

energi terjadi melalui perantara, kalor juga dapat berpindah melalui daerah –

daerah hampa. Mekanismenya disini adalah sinaran atau radiasi Elektromagnetik.

Penukaran panas netto secara radiasi antara dua badan ideal ( hitam ) adalah :

q = σ . A ( T14- T24) (Literatur 9,Hal :3)

Dimana : σ = konstanta Stefan – Boltzmann, 5, 67 x 10-8 (W/m2.K4)

(33)

2. Balans energi pada kolektor

Gambar 2.6 Diagram aliran energi

Keterangan :

Tw = Temperatur air ( oC )

Tg = temperatur permukaan kaca ( oC )

Tsv = Temperatur uap air ( oC )

IT = Intensitas matahari ( W/m2 )

qr,1 = Laju perpindahan panas radiasi dari air kolektor kepermukaan

dalamkaca

qc,1 = Laju perpindahan panas konveksi dari uap air kepermukaan dalam

kaca

qc,w = Laju perpindahan panas konveksi dari air

qk = Laju perpindahan panas konduksi dari kolektor kedinding luar

qr,o = Laju perpindahan panas radiasi yang hilang dari kaca

qc,o = Laju perpindahan panas konveksi dari kaca keudara

Kesetimbangan energi dari sistem adalah sebagai berikut :

qc, w + qr,1 + qc,1 + (α .IT .Ac) + (α . It ) = qk + qc,o+ qr,o

It Pembiasan Medium Kaca

Kaca

Garis Normal

(34)

2.5 Kontruksi Alat

Kontruksi alat merupakan rangkaian dari komponen-komponen tersendiri

yang disusun sedemikian sehingga menjadi satu kesatuan. Dan kesatuan yang

telah disusun itu dapat diterapkan sebagai sebuah bagian atau komponen lagi dari

suatu sistem yang lebih besar .

Komponen Utama yang Digunakan

a. Kaca Bening

Kaca kwarsa dibuat langsung dengan melebur kwarsa(pasir murni) di

dalam dapur listrik . Keunggulan kaca ini adalah ketahannya terhadap suhu tinggi.

Kaca kwarsa ini digunakan untuk menyerap panas yang diterima melalui kaca

bayang ke tempat penampungan.

b. Kayu Triplek

Kayu triplek berasal dari pohon tumbuhan dan termasuk ke dalam bahan

organik. Kayu triplek ini sangatlah cocok sebagai bahan pembuat rangka mesin,

karena ringan.

c. Isolasi

Berfungsi untuk menghindari kehilangan panas yang keluar dari kolektor,

isolasi diletakkan pada bagian bawah dan samping kolektor, dimana bahan isolasi

yang dipilih adalah Gabus (Foam),

d. Plat penyerap

Berfungsi sebagai pengumpul panas, material penyerap yang dipakai

(35)

2.6 Aplikasi Energi Surya Untuk Pengeringan Produk Pertanian

Energi surya dapat dimanfaatkan ke dalam dua bentuk yaitu pemanfaatan

secara termal dan pemanfaatan untuk listrik. Pada bidang pertanian pemanfaatan

energi surya termal biasa digunakan pada proses pengeringan bahan pertanian.

Pengeringan bisa dilakukan secara alami (penjemuran) maupun secara buatan.

Terdapat berbagai tipe pengering surya yang telah berkembang saat ini, salah

satunya adalah pengeringan yang menggunakan kolektor berbentuk bangunan

yang disebut dengan efek rumah kaca (ERK) yang telah dikembangkan di IPB

oleh Kamaruddin dan para kolega penelitinya sejak tahun 1993 sampai saat ini

secara berkesinambungan. Pada prinsipnya pengeringan efek rumah kaca yaitu

sinar matahari yang memiliki radiasi gelombang panjang masuk melalui dinding

transparan untuk kemudian diserap oleh absorber atau komponen lain di dalam

bangunan pengering sehingga suhu absorber dan komponen tersebut akan

meningkat. Radiasi yang dipancarkan oleh absorber/komponen dalam pengering

dalam bentuk gelombang panjang sehingg a sulit untuk menembus dinding

transparan. Dengan demikian, terjadi peningkatan suhu udara pengering dan

udara dihembuskan melalui produk yang akan dikeringkan. Udara yang telah

lembab kemudian dikeluarkan dari bangunan pengering. Beberapa contoh jenis

pengering ERK yang telah dikembangkan di IPB diberikan pada Gambar.

(36)

BAB III

PROSEDUR PENGUJIAN

Pegujian ini bertujuan untuk mencari alternatif tipe kaca penutup kolektor

plat datar yang dapat menghasilkan kondensat tinggi. Hal ini berhubungan dengan

aplikasi dari alat distilasi surya yaitu dapat menghasilkan air bersih dari air laut

bagi masyarakat yang tinggal dipinggir pantai.

3.1 Waktu dan tempat pengujian

Pengujian dilakukan di daerah pesisir pantai permai kecamatan pantai

cermin tanggal 22, 26 maret dan 15 Mei 2009 pukul 08.00 WIB.

3.2 Alat dan Bahan

Adapun alat-alat yang digunakan adalah :

1. Termometer 100 ºC

Termometer digunakan untuk mengukur temperatur air lat dan temperatur

pemukaan kaca.

Gambar 3.1 termometer

2. Gelas ukur 1000 cc

(37)

Gambar 3.2 Gelas ukur 1000 cc

3. Stopwacth

Stopwacth digunakan untuk mengukur waktu destilasi air laut

4. Alat destilasi surya

Sedangkan untuk bahan yang digunakan dalam percobaan adalah air laut

Pandangan Samp. Kanan Pandangan Depan

(38)

Tangki air laut Pandangan Bawah

Gambar 3.3 Alat destilasi surya

3.3 Prosedur pengujian

Adapun prosedur pengujian yang dilakukan adalah sebagai berikut :

Permulaan pengujian

1. Mencatat temperatur udara

2. Mencatat temperatur air laut

Sebanyak 1 liter air laut dimasukkan ke dalam kolam destilasi. Kemudian alat

distalsi ini diletakan ditempat terbuka yang banyak terdapat sinar mataharinya.

Energi panas matahari tersebut akan diserap oleh kolektor kemudian akan

(39)

Gambar 3.4 Proses Destilasi air laut

3.4 Bagian-bagian destilasi tenaga surya

1. Gabus (Foam)

Gabus yang digunakan adalah gabus untuk tempat pendingin minuman

yang banyak dijual di pasaran. Gabus ini memiliki ukuran tebal 30 mm dengan

ukuran 430 mm × 500 mm, yang nantinya pada bagian dalam dilapisi oleh plat

alumunium dan pada bagian luar oleh papan tripleks tebal 6 mm. Residu

1 liter air laut

Destilasi air laut tenaga surya

Distilat

(40)

Gambar 3.5 Gabus (Foam)

2. Rangka destilasi

Rangka destilasi dibuat dari bahan kayu ring ketam 1 × 1, pada rangka ini

natinya digunakan sebagai tempat pembatas antar papan tripleks dengan gabus.

Gambar 3.6. Rangka destilasi 3. Papan tripleks

Papan tripleks digunakan untuk menutupi bagian luar alat destilasi, papan

(41)

Gambar 3.7 Potongan papan tripleks

4. Plat kolektor

Kolektor dibuat dari kaca yang dicat hitam doof dengan tebal 6 mm. Plat

kolektor akan mengumpulkan panas yang diterima dari reflektor dan kemudian

akan diteruskan ke basin. Ukuran kolektor adalah 0,43 m × 0,5 m.

(42)

4. Kaca Penutup (Kaca Transparan)

Kaca bening digunakan untuk meneruskan sinar matahari ke kolektor

berbentuk seperti prisma dengan ukuran bidang alas adalah 430 mm × 500 mm,

tinggi 220 mm, ketebalan kaca 6 mm dengan kemiringan 24º.

Gambar 3.9 Kaca transparan Kaca

(43)

BAB IV

HASIL PENGUJIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Data hasil pengujian destilasi air laut dan Perhitungan Intensitas Surya

Data hasil pengujian pada proses destilasi air laut dapat dilihat pada tabel

dibawah ini :

Air Laut = 1 Liter dengan temperatur awal = 30 ºC

Tabel 4.1 Pengujian pertama destilasi air laut

Waktu

(WIB)

Temperatur (ºC)

Kolektor Lingkungan Air laut

Air yang tersisa didalam

basin 530 cc

Air bersih yang

dihasilkan 300 cc

09.00 46 28 30

09.30 59 28 32

10.00 73 30 34

10.30 82 30 36

11.00 91 30 40

11.30 97 31 50

12.00 102 32 60

12.30 106 32 75

13.00 111 33 80

13.30 110 33 88

14.00 108 32 90

14.30 104 32 86

15.00 99 32 70

15.30 91 30 62

(44)

Dari data-data hasil percobaan diatas maka dapat dihitung intensitas suryanya (IT)

sebagai berikut :

) (Tc4 TL4

IT =ατ − (lit :8 hal :423)

Dimana untuk kaca harga absortivitas (α) adalah 0,93 (Lampiran B-1), sehingga

untuk percobaan pertama pada pukul 09.00 WIB nilai intensitasnya adalah :

110

Pada pukul 09.30 WIB nilai intensitasnya adalah :

205

310

390

480

Dengan cara yang sama maka dapat dihitung intensitasnya untuk tiap jam, dan

(45)

Tabel 4.2 Nilai intensitas surya pada percobaan pertama

Waktu Temperatur (ºC)

IT

(W/m2) (WIB) _Kolektor _Lingkungan _{Air laut}

09.00 46 28 30 110

Intensitas rata-rata adalah 487 W/m2 dengan waktu 8 jam, dengan debit produksi

air bersih

Pada percobaan pertama Intensitas surya dari awal percobaan setelah satu

jam adalah 110 W/m2. Intensitas tertinggi terjadi pada pukul 13.00 WIB dengan

nilai 680 W/m2, intensitas menurun setelah pukul 13.00 WIB sampai pukul 16.00

WIB dengan nilai intensitasnnya 410 W/m2, penurunan intensitas disebabkan

karena perubahan altitude (tinggi) matahari yang merupakan sudut antara sinar

matahari dengan proyeksi pada bidang harizontal. Bila dirata-ratakan intensitas

surya dari pukul 08.00 sampai dengan pukul 16.00 adalah 487 W/m2.

(46)

0

Temperatur air (C)

In

09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00

Waktu (Jam)

Gambar 4.1 Laju Intensitas surya tiap jamnya (Percobaan I)

Bila dikaitkan dengan temperatur air laut maka temperatur maksimal air

laut adalah 90 ºC pada pukul 14.00 WIB dengan intensitas surya 660 W/m2. dan

setelah itu temperaturnya menurun sampai pada pukul 16.00 WIB temperatur

sanggup dipertahankan sampai pada 44 ºC dengan intensitas surya 410 W/m2

Perbandingan intensitas surya terhadap kenaikan temperatur air laut dapat

dilihat pada grafik berikut :

(47)

Tabel 4.3 Pengujian kedua destilasi air laut

Waktu

(WIB)

Temperatur (ºC)

basin 500 cc

Air bersih yang

dihasilkan 310 cc

09.00 44 28 30

Dari data-data hasil percobaan kedua diatas maka dapat dihitung intensitas

suryanya (IT) sebagai berikut :

) (Tc4 TL4

I_T =ατ − (lit :8 hal :423)

Dimana untuk kaca harga absortivitas adalah 0,93, sehingga untuk percobaan

kedua pada pukul 09.00 WIB nilai intensitasnya adalah :

100

pada pukul 09.30 WIB nilai intensitasnya adalah :

200

(48)

450

dapat dilihat pada tabel berikut

Tabel 4.4 Nilai intensitas surya pada percobaan kedua

IT

09.00 ₄₄ ₂₈ ₃₀ ₁₀₀

Intensitas rata-rata adalah 480,67 W/m2 dengan waktu 8 jam dengan debit

produksi air bersih 5 10 m /menit

menit

Pada percobaan kedua Intensitas surya dari awal percobaan setelah satu

(49)

WIB dengan nilai intensitasnnya 410 W/m2 penurunan intensitas disebabkan

surya dari pukul 08.00 sampai dengan pukul 16.00 adalah 480,67 W/m2.

Perbandingan intensitas surya tiap jamnya dapat dilihat pada grafik berikut

0

09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00

Waktu (Jam)

Gambar 4.3 Laju Intensitas surya tiap jamnya (Percobaan II)

(50)

0

In

Gambar 4.4 Laju Intensitas surya terhadap temperatur air (Percobaan II)

Tabel 4.5 Pengujian ketiga destilasi air laut

Waktu

(WIB)

Temperatur (ºC)

basin 500 cc

Air bersih yang

dihasilkan 300 cc

(51)

Dari data-data hasil percobaan ketiga diatas maka dapat dihitung intensitas

suryanya (IT) sebagai berikut :

) (Tc4 TL4

IT =ατ − (lit :8 hal :423)

Dimana untuk kaca harga absortivitas adalah 0,93, sehingga untuk percobaan

kedua pada pukul 09.00 WIB nilai intensitasnya adalah :

100

200

285

375

450

(52)

Tabel 4.6 Nilai intensitas surya pada percobaan ketiga

IT

09.00 ₄₄ ₂₈ ₃₀ ₁₀₀

Intensitas rata-rata adalah 479 W/m2 dengan waktu 8 jam dengan debit produksi

air bersih 5 10 m /menit

Pada percobaan ketiga Intensitas surya dari awal percobaan setelah satu

nilai 670 W/m2, intensitas menurun setelah pukul 13.00 WIB sampai pukul 16.00

WIB dengan nilai intensitasnnya 410 W/m2 penurunan intensitas disebabkan

surya dari pukul 08.00 sampai dengan pukul 16.00 adalah 479 W/m2.

(53)

0

In

09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00

Waktu (Jam)

Gambar 4.5 Laju Intensitas surya tiap jamnya (Percobaan III)

dilihat pada grafik berikut :

(54)

4.1.1 Analisa perbandingan dari ketiga percobaan

Laju Intensitas surya tiap jamnya

Untuk ketiga percobaan dapat dibandingan intensitas surya tiap jamnya.

Bila dilihat dari grafik dibawah Intensitas rata-rata tertinggi terjadi pada

percobaan I yaitu 487 W/m2, bedanya hanya 7,667 W/m2 dengan percobaan II dan

8 W/m2 dengan percobaan III.

09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00

Waktu (Jam)

Gambar 4.7 Perbandingan Laju Intensitas surya tiap jamnya dari ke tiga

percobaan

Laju Intensitas surya terhadap temperatur air

Untuk ketiga percobaan dapat dibandingan intensitas surya terhadap

temperatur air. Bila dilihat dari grafik dibawah temperatur maksimal air dari

tertinggi terjadi pada percobaan III yaitu 92ºC dengan intensitas surya 660 W/m2

(55)

100

In

Gambar 4.8 Perbandingan Laju Intensitas surya terhadap temperatur air dari ke

tiga percobaan

4.2 Analisa Kalor yang Berguna

Energi yang berguna persatuan luas pada percobaan pertama dapat

dihitung dengan menggunakan rumus berikut :

) (

/A I UL TC TA

q =α − − (Lit:6 Hal:4)

Untuk Nilai koefesien pindahan kalor menyeluruh diambil 2,3 W/m2ºC lihat pada

(56)

Pada pukul 10.30 WIB :

Dengan cara yang sama maka dapat dihitung energi yang berguna persatuan luas,

dan dapat dilihat pada tabel berikut

Tabel 4.7 Nilai Energi yang berguna persatuan luas pada percobaan pertama

IT

Q/A rata-rata adalah 315 W/m2

Pada percobaan pertama hanya 56,34 % kalor yang berguna dari awal

percobaan setelah satu jam dengan intensitas 110 W/m2. sedangkan bila dilihat

(57)

pemanfaatan yang paling tinggi, kemudian menurun hingga 62,83 % sampai

dengan pukul 16.00 WIB.

Perbandingan persetase kalor yang berguna tiap jamnya dapat dilihat pada grafik

berikut :

09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00

Waktu (Jam)

Gambar 4.9 Persentase kalor yang berguna tiap jamnya (Percobaan I)

Dengan cara yang sama maka dapat dihitung energi yang berguna persatuan luas,

(58)

Tabel 4.8 Nilai Energi yang berguna persatuan luas pada percobaan kedua

IT

Q/A rata-rata adalah 311 W/m2

Pada percobaan kedua hanya 56,08 % kalor yang berguna dari awal

pada pukul 13.00 WIB kalor yang berguna sekitar 66,63 % dan itu merupakan

(59)

50.00

09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00

Waktu (Jam)

Gambar 4.10 Persentase kalor yang berguna tiap jamnya (Percobaan II)

Tabel 4.9 Nilai Energi yang berguna persatuan luas pada percobaan ketiga

IT

(60)

Pada percobaan ketiga hanya 56,08 % kalor yang berguna dari awal

pada pukul 13.00 WIB kalor yang berguna sekitar 66,63 % dan itu merupakan

berikut :

09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00

Waktu (Jam)

Gambar 4.11 Persentase kalor yang berguna tiap jamnya (Percobaan III)

4.2.1 Analisa Perbandingan Kalor yang Berguna dari percobaan

Dari ketiga percobaan diperoleh bahwa persentase penyerapan kalor

(61)

50.00

09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00

Waktu (Jam)

Gambar 4.12 Persentase kalor yang berguna tiap jamnya dari tiap percobaan

4.3 Perhitungan Effesiensi Kolektor

Dari data-data diatas dapat diketahui effesiansi untuk tiap jamnya, maka

effesiensi kolektor pada percobaan pertaman didapat dengan merata-rata kan nilai

effesiensi tiap jamnya adalah 64 %,untuk percobaan kedua adalah 64%, dan untuk

percobaan ketiga adalah 64% maka effesiensi kolektor keseluruhan adalah 64%.

4.4 Perhitungan Effesiensi Destilasi

Effesiensi destilasi adalah energi yang dibutuhkan untuk menguapkan air

laut dibagi dengan energi panas yang diserap kolektor, maka effesiensi destilasi

untuk percobaan pertama adalah :

(62)

Hl = Heat laten [kJ/kg]

I = intensitas surya rata-rata dalam percobaan [W/m2]

t = waktu pemanasa [8 jam]

Luas permukaan kolektor yang telah direncanakan adalah 0,215 m2

Sedangkan untuk percobaan kedua :

2615

Sedangkan untuk percobaan ketiga :

=

(63)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari data hasil percobaan pada destilasi air laut maka dapat diambil

kesimpulan sebagai berikut :

1. Intensitas tertinggi dari tiap percobaan adalah :

a. Pada percobaan pertama intensitas tertinngi terjadi pada pukul

13.00 WIB dengan intensitas 680 W/m2, Temperatur kolektor 111

ºC, Temperatur lingkungan 33 ºC dan Temperatur air laut 80 ºC

b. Pada percobaan kedua intensitas tertinngi terjadi pada pukul 13.00

WIB dengan intensitas 670 W/m2, Temperatur kolektor 110 ºC,

Temperatur lingkungan 33 ºC dan Temperatur air laut 80 ºC

c. Pada percobaan keketiga intensitas tertinngi terjadi pada pukul

13.00 WIB dengan intensitas 670 W/m2, Temperatur kolektor 110

ºC, Temperatur lingkungan 33 ºC dan Temperatur air laut 80 ºC

2. Intensitas rata-rata tiap percobaan adalah :

a. Pada percobaan pertama 315 W/m2

b. Pada percobaan kedua 311 W/m2

c. Pada percobaan kedua 310 W/m2

3. Panas yang diserap plat kolektor pada tiap percobaan adalah :

a. Pada Percobaan pertama, bila dirata-ratakan maka panas yang

(64)

b. Pada Percobaan Kedua, bila dirata-ratakan maka panas yang

diserap plat kolektor adalah 63,65% dari rata-rata intensitas surya

c. Pada Percobaan Ketiga, bila dirata-ratakan maka panas yang

diserap plat kolektor adalah 63,59% dari rata-rata intensitas surya

4. Jadi perbedaan intensitas rata antara ketiga percobaan kedua adalah 1,27 %

5. Jadi perbedaan intensitas antara ketiga percobaan adalah 1,47 %

6. Air bersih yang dapat dihasilkan dari 1 liter air laut adalah 305 cc air

bersih dengan pemanasan selama 8 jam. Debit air 0,635 cm3/menit

7. Intensitas surya dari ketiga percobaan adalah 482 W/m2

8. Effesinsi Kolektor 64 %

9. Effesiensi destilasi 28,53 %

5.2 Saran

1. Untuk percobaan lebih lanjut sebaiknya dibuat model destilasi dengan

beberapa plat kaca miring.

2. Disarankan untuk menggunakan kaca reflektor agar semua sinar dapat

(65)

DAFTAR PUSTAKA

1. http://www. Wikipedia/Energi Terbarui

2. http://www Wikipedia/Kompor Tenaga Surya

3.

4.

5.

6. Mulyanef dan Andi Teesar, 2007, Unjuk Kerja Kompor Tenaga Surya

Menggunakan Kolektor Plat Datar Tipe Box. Prosiding Seminar Nasional

Mesin dan Industri (SNMI3) Universitas Tarumanagara, Jakarta.

7. Wibert F. Stoecker. “Refrigeran dan Pengkondisian Udara”Erlangga.

Jakarta. 1994.

8. J.P Holdman. “Perpindahan Kalor”. Edisi Keenam. Erlangga. Jakarta.

1991.

9. Marsal, 2005, “Studi Eksperimental Alat Desalinasi Air Laut

Menggunakan kolektor Tipe dua permukaan kaca Miring”, Tugas Akhir

Jurusan Teknik Mesin, Universitas Bung Hatta. Padang.

10.Minto, 1996, Kompor Tenaga Surya Serba Guna: Praktis, Irit Biaya &

(66)

(67)

Lampiran A Analisa Biaya

Analisa ini bertujuan untuk mengetahui tentang biaya perancangan dari

destilasi air laut dengan tenaga surya. Oleh karena itu perlu diperhitungkan berapa

besar biaya yang dibutuhkan untuk membuat alat tersebut.

Biaya untuk pembuatan destilasi air laut dengan tenaga surya terbagi dua

yaitu :

a. Biaya bahan.

b. Biaya pembuatan.

a. Biaya bahan

Dalam pembuatan alat ini adapun bahan-bahan yang dibutuhkan adalah

(68)

Tabel A-1 Harga Bahan

No Nama Alat Jumlah Harga

1 Papan tripleks 6 mm 1 Sheet Rp. 80.000,-

2. Panci Alumunium 1 buah Rp. 40.000,-

3. Cat Pilox Hitam Doff 1 Kaleng Rp. 20.000,-

4. Kayu Ring Ketam 1×1 2 Batang Rp. 40.000,-

5. Paku 1 dan 2 inchi ½ Kg Rp. 10.000,-

6.. Plat Alumunium 7 mm 1 Sheet Rp. 90.000,-

7. Papan Gabus 1 Buah Rp. 50.000,-

8. Kaca Transparan 6 mm (52 cm ×

42 cm)

1 Buah Rp. 20.000,-

9. Plat besi 1 Batang Rp. 20.000,-

10. Plat siku alumunium 1 Batang Rp. 15.000,-

11. Thermomenter 2 Buah Rp. 70.000,-

J u m l a h Rp. 455.000,-

2. Biaya pembuatan

Biaya pembuatan berdasarkan jumlah jam kerja untuk membuat alat.

Untuk pembuatan alat membutuhkan 1 orang pekerja dengan jumlah jam kerja @

4 jam / hari. Lama kerja 6 hari. Sehingga lamanya bekerja yaitu :

6 jam/hari × 6 hari = 34 jam

Jadi seorang pekerja dalam 6 jam / hari = Rp. 40.000,-, maka gaji pekerja dalam

pembuatan alat ini adalah : Rp. 40.000,- × 6 = Rp. 240.000 -

Bila diasumsikan biaya listrik 15 % dari biaya pembuatan dan biaya operasional

mesin (termasuk biaya pengangkutan bahan ) 20 % dari biaya bahan, maka :

Biaya Listrik : Rp.240.000,- × 15 % = Rp. 36.000,-

(69)

Jadi Biaya total = Rp. 455.000,- + Rp. 240.000,- + Rp. 36.000,- + Rp. 111.000,-=

Rp. 842.000 ,-

Lampiran B

Tabel B-1 Absorbtivitas total berbagai permukaan

Permukaan Absorbtivitas (α)

Alumunium 0,15

Besi cor 0,65

Pualam putih 0,46

Aspal 0,90

Bata Merah 0,75

Kaca 0,93

(Sumber : J.P Holdman “Perpindahan Kalor” Hal : 423)

Tabel B-2 Nilai kira-kira koefesien pindahan kalor menyeluruh

Situasi Fisis U (W/m2ºC)

Kondensor Uap 1100-5600

Jendela kaca lempeng 2,3

Kondensor Freon 12 dengan mesin pendingin

air 280-850

Kondensor ammonia, air didalam tabung 850-1400

Kondensor Alkohol, Air didalam tabung 225-630

(70)

Lampiran C

Tabel C-1 Pengujian pertama destilasi air laut dengan tenaga surya

Waktu

(WIB)

Temperatur (ºC)

Kolektor Lingkungan Air

basin 530 cc

09.00 ₄₆ ₂₈ ₃₀

09.30 ₅₉ ₂₈ ₃₂

10.00 ₇₃ ₃₀ ₃₄

10.30 ₈₂ ₃₀ ₃₆

11.00 ₉₁ ₃₀ ₄₀

11.30 ₉₇ ₃₁ ₅₀

12.00 ₁₀₂ ₃₂ ₆₀

12.30 ₁₀₆ ₃₂ ₇₅

13.00 ₁₁₁ ₃₃ ₈₀

13.30 ₁₁₀ ₃₃ ₈₈

14.00 ₁₀₈ ₃₂ ₉₀

14.30 ₁₀₄ ₃₂ ₈₆

15.00 ₉₉ ₃₂ ₇₀

15.30 ₉₁ ₃₀ ₆₂

(71)

Tabel C-2 Pengujian destilasi air laut dengan tenaga surya

Waktu

(WIB)

Temperatur (ºC)

Kolektor Lingkungan Air

basin 500 cc

09.00 44 28 30

09.30 58 28 32

10.00 72 30 34

10.30 81 30 38

11.00 88 30 40

11.30 96 31 55

12.00 101 32 60

12.30 106 32 75

13.00 110 33 80

13.30 109 33 85

14.00 108 32 90

14.30 104 32 85

15.00 99 32 70

15.30 91 30 65

(72)

Tabel C-3 Pengujian ketiga destilasi air laut

Waktu

(WIB)

Temperatur (ºC)

basin 500 cc

09.00 44 28 30

09.30 58 28 32

10.00 69 29 34

10.30 79 29 38

11.00 88 30 40

11.30 96 31 55

12.00 101 32 60

12.30 106 32 75

13.00 110 33 80

13.30 109 33 85

14.00 108 32 92

14.30 103 32 85

15.00 99 32 70

15.30 91 30 65

(73)

Tabel C-4 Nilai Energi yang berguna persatuan luas pada percobaan pertama

(74)

Tabel C-5 Nilai Energi yang berguna persatuan luas pada percobaan kedua

Waktu Temperatur (ºC) _IT

(W/m2)

Q/A

W/m2

%

penyerapan

(WIB) _Kolektor _{Lingkungan Air}

09.00 ₄₄ ₂₈ ₃₀ ₁₀₀ _56,08 _56,08

09.30 ₅₈ ₂₈ ₃₂ ₂₀₀ _117,04 _58,52

10.00 ₇₂ ₃₀ ₃₄ ₃₀₀ _183,08 _61,03

10.30 ₈₁ ₃₀ ₃₈ ₃₈₀ _236,99 _62,37

11.00 ₈₈ ₃₀ ₄₀ ₄₅₀ _285,35 _63,41

11.30 ₉₆ ₃₁ ₅₅ ₅₃₀ _342,81 _64,68

12.00 ₁₀₁ ₃₂ ₆₀ ₅₈₀ _379,74 _65,47

12.30 ₁₀₆ ₃₂ ₇₅ ₆₃₀ _416,03 _66,04

13.00 ₁₁₀ ₃₃ ₈₀ ₆₇₀ _446,45 _66,63

13.30 ₁₀₉ ₃₃ ₈₅ ₆₆₅ _442,77 _66,58

14.00 ₁₀₈ ₃₂ ₉₀ ₆₆₀ _437,98 _66,36

14.30 ₁₀₄ ₃₂ ₈₅ ₆₀₅ _397,84 _65,76

15.00 ₉₉ ₃₂ ₇₀ ₅₅₀ _358,14 _65,12

15.30 ₉₁ ₃₀ ₆₅ ₄₈₀ _306,38 _63,83

16.00 ₈₄ ₃₀ ₄₅ ₄₁₀ _257,59 _62,83

(75)

Tabel C-6 Nilai Energi yang berguna persatuan luas pada percobaan ketiga

IT