L AM P IRA N 1 DA T A K E NA IK AN T E M P E RA T UR AIR L A UT DA L AM E VA P OR ATO R SE L AM A P E N G UJIA N SE L AM
A 6 HAR
I
Waktu Temperatur Waktu Temperatur Waktu Temperatur Waktu Temperatur Waktu Temperatur Waktu Temperatur 9:00 30.02 9:00 30.25 9:00 29.68 9:00 26.17 9:00 30.75 9:00 27.21 9:15 46.41 9:15 43.22 9:15 42.54 9:15 38.82 9:15 44.20 9:15 40.35 9:30 49.81 9:30 49.81 9:30 47.92 9:30 49.15 9:30 46.17 9:30 49.28 9:45 48.88 9:45 48.88 9:45 47.35 9:45 47.39 9:45 46.46 9:45 48.04 10:00 47.57 10:00 47.57 10:00 47.07 10:00 47.63 10:00 45.32 10:00 47.07 10:15 47.24 10:15 47.24 10:15 46.59 10:15 47.44 10:15 45.05 10:15 46.73 10:30 45.33 10:30 45.33 10:30 45.63 10:30 46.59 10:30 45.14 10:30 46.58 10:45 45.50 10:45 45.50 10:45 45.20 10:45 46.59 10:45 48.58 10:45 46.57 11:00 45.24 11:00 45.24 11:00 44.83 11:00 45.81 11:00 48.62 11:00 45.75 11:15 48.04 11:15 48.04 11:15 44.50 11:15 45.56 11:15 47.65 11:15 45.05 11:30 46.98 11:30 46.98 11:30 48.94 11:30 44.69 11:30 47.57 11:30 44.44 11:45 46.37 11:45 46.37 11:45 48.32 11:45 48.67 11:45 47.03 11:45 48.57 12:00 45.90 12:00 45.90 12:00 47.20 12:00 48.23 12:00 46.41 12:00 47.78 12:15 45.39 12:15 45.39 12:15 46.60 12:15 47.65 12:15 45.78 12:15 47.70 12:30 49.71 12:30 49.71 12:30 46.92 12:30 46.59 12:30 45.70 12:30 46.87 12:45 48.68 12:45 48.68 12:45 46.25 12:45 47.05 12:45 48.67 12:45 46.48 13:00 47.84 13:00 47.93 13:00 45.76 13:00 46.66 13:00 49.48 13:00 46.18 13:15 47.58 13:15 47.60 13:15 49.99 13:15 45.77 13:15 48.92 13:15 48.25 13:30 46.68 13:30 47.34 13:30 49.30 13:30 45.13 13:30 48.35 13:30 48.63 13:45 46.94 13:45 46.37 13:45 48.69 13:45 49.29 13:45 48.17 13:45 48.11 14:00 46.32 14:00 45.95 14:00 47.85 14:00 49.12 14:00 46.95 14:00 47.41 14:15 45.13 14:15 45.78 14:15 46.83 14:15 48.48 14:15 46.74 14:15 47.25 14:30 45.24 14:30 50.24 14:30 46.19 14:30 47.80 14:30 46.53 14:30 46.47 14:45 48.86 14:45 49.51 14:45 45.92 14:45 47.37 14:45 45.97 14:45 45.95 15:00 48.69 15:00 48.58 15:00 45.63 15:00 46.56 15:00 45.54 15:00 45.87 15:15 48.14 15:15 48.62 15:15 49.59 15:15 46.35 15:15 47.11 15:15 49.84 15:30 47.74 15:30 47.61 15:30 48.29 15:30 46.02 15:30 49.31 15:30 49.49 15:45 47.48 15:45 47.83 15:45 47.81 15:45 45.40 15:45 48.58 15:45 48.68 16:00 46.56 16:00 47.40 16:00 47.23 16:00 49.79 16:00 48.02 16:00 48.00 16:15 46.13 16:15 46.50 16:15 46.41 16:15 49.46 16:15 47.80 16:15 47.80 16:30 45.52 16:30 45.30 16:30 46.04 16:30 48.86 16:30 46.88 16:30 46.80 16:45 45.46 16:45 45.30 16:45 45.97 16:45 48.30 16:45 45.72 16:45 45.50 17:00 47.54 17:00 48.60 17:00 47.92 17:00 47.95 17:00 49.89 17:00 45.50
11/18/2015 11/13/2015
LAMPIRAN 2
DATA KENAIKAN TEMPERATUR AIR LAUT DALAM EVAPORATOR DENGAN ANALISA TEORITIS
Waktu (t) Temperatur (T)
9:00 25 9:01 27.44114 9:02 29.88228 9:03 32.32343 9:04 34.76469 9:05 37.44316 9:06 39.93179 9:07 42.72003 9:08 45.25146 9:09 47.7829 9:10 50.01187 9:11 50.03983 9:12 50.02495 9:13 50.00975 9:14 50.03771 9:15 50.02282 9:16 50.00762 9:17 50.03558 9:18 50.02038 9:19 50.00518 9:20 50.03283 9:21 50.01762 9:22 50.00242 9:23 50.0307 9:24 50.0155 9:25 50.0003 9:26 50.02794 9:27 50.01274 9:28 50.0407 9:29 50.0255 9:30 50.01062
LAMPIRAN 3
LAMPIRAN 4
xiii
DAFTAR PUSTAKA
Al-Kharabsheh, A. and Goswami, D. Y., Theoretical analysis of a water desalination
system using low grade solar heat, Journal of Solar Energy Engineering 126 (2004)
774-780.
Ali MT, Fath HES, Armstrong PR. A comprehensive techno-economical review of
indirect solar desalination. Renew Sustain Energy Rev 2011;15:4187-99.
Ambarita, Himsar. 2011. Perpindahan Panas Konveksi dan Pengantar Alat Penukar Kalor.
Medan : Departemen Teknik Mesin FT USU
Bemporad, G. A., 1995, ‘‘Basic Hydrodynamic Aspects of a Solar Energy Based
Desalination Process,’’ Desalination, 54, pp. 125–134.
Cath TZ, Childress AE, Elimelech M. Forward osmosis: principles, applications and
recent developments. J Membr Sci 2006;281(1–2):70–87.
Cengel, Y.A. Heat Transfer A Practical Approach, Second Edition. Mc Graw-Hill, Book
Company, Inc : Singapore
Helal AM, Al-Malek SA. Design of a solar-assisted mechanical vapor compression
(MVC) desalination unit for remote areas in the UAE. Desalination 2006;197:273–
300.
Rane MV, Padiya YS. Heat pump operated freeze concentration system with tubular heat
exchanger for seawater desalination. Energy Sustain Dev 2011;15:184–91.
Incropera, F. P., and DeWitt, D. P., 1996, Fundamentals of Heat and Mass Transfer, fourth
edition, John Wiley & Sons, New York.
Lock, G. S. H., 1994, Latent Heat Transfer: An Introduction to Fundamentals, Oxford
Science Publications, New York.
Kalogirou S. Seawater desalination using renewable energy sources. Prog Energy
Combust Sci 2005;31:242-81.
Manjarrez R, Galvan M. Solar multi stage flash evaporation (SMSF) as a solar energy
application on desalination processes. Description of one demonstration project.
Desalination 1979;31:545–54.
Mamayev, O. I., 1975, Temperature-salinity Analysis of World Ocean Waters, Elsevier
Scientific Publishing Company, Amsterdam, pp. 72.
Mezher T, Fath H, Abbas Z, Khaled A. Techno-economic assessment and environmental
xiv
Parekh S, Farid MM, Selman JR, Al-Halaj S. Solar desalination with a humidification–
dehumidification technique – a comprehensive technical review. Desalination
2004;160:167–86.
Qiblawey HM, Banat F. Solar thermal desalination technologies. Desalination
2008;220:633–44.
Qtaishat MR, Banat F. Desalination by solar powered membrane distillation systems.
Desalination 2012;308(2):186–97.
Rice W, DSC. Chau. Freeze distillation using hydraulic refrigerant compressors.
Desalination 1997;109:157–64.
Roberts DA, Johnston EL, Knott NA. Impacts of desalination plant discharges on the
marine environment:a critical review of published studies. Water Res 2010;44:5117-
28.
Rohsenow, W. M., Hartnett, J. P., and Ganic, E. N., 1985, Handbook of Heat Transfer,
third edition, McGraw-Hill Book Company, New York, pp. 6.31–6.41.
Salcedo R, Antipova E, Boer D, Jimenez L, Guillen-Gosalbez G. Multi-objective
optimization of solar Rankine cycles coupled with reverse osmosis desalination
considering economic and lifecycle environmental concerns. Desalination
2012;286:358–71.
Sangi R. Performance evaluation of solar chimney powerplants in Iran. Renew Sustain
Energy Rev 2012;16:704–10.
UN-Water. 2006. Coping With Water Scarcity : a Strategic Issue and Priority for
System-Wide Action
Wu JW, Biggs MJ, Hu EJ. Thermodynamic analysis of an adsorption-based desalination
32
BAB III
METODOLOGI PENELITIAN
3.1 Waktu dan Tempat
Pengujian dilakukan di Magister Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sumatera Utara. Waktu pelaksanaan penelitian adalah bulan
September 2015 sampai dengan November 2015.
3.2 Alat dan Bahan
3.2.1 Alat
Alat yang dipakai dalam penelitian ini terdiri dari:
1. Tangki Air Laut, Konsentrat Garam, dan Air Bersih
Tangki yang berfungsi sebagai penampung air laut, konsentrat garam dan
air bersih yang dipasang di bawah 10 meter dari evaporator dan kondensor
agar proses pemvakuman dapat berlangsung. Tangki yang akan digunakan
mempunyai volume masing-masing 20 liter.
2. Evaporator
Dalam penelitian ini, akan digunakan evaporator sebagai ruang pemanasan
air laut dimana pemanasnya adalah elemen pemanas. Seperti yang telah
dijelaskan sebelumnya bahwa tujuan penggunaan elemen pemanas adalah
agar suplai panas ke dalam evaporator stabil dan konstan sehingga dapat
menyederhanakan analisis. Alat ini merupakan alat yang sangat penting
dalam penentuan laju produksi air bersih. Material evaporator, volume air
laut di evaporator, dan isolasi panas evaporator sangat mempengaruhi laju
penguapan air laut. Spesifikasi evaporator yang akan digunakan adalah
33
Spesifikasi ruang evaporator :
Material :
Stainless Steel 304
Diameter Alas : 500 mm
Luas Alas: 0.2 m2
Tinggi : 0.2 m
Gambar 3.1 Evaporator
Spesifikasi elemen pemanas:
Material : Stainless Steel
Diameter Pemanas: 10 mm
Panjang total Elemen : 2970 mm
Daya Elemen: 2500 Watt / 220 V
34
3. Kondensor
Kondensor pada sistem ini berbentuk tabung yang dimiringkan dan di
sepanjang tabung terdapat sirip (fin) yang berfungsi mempercepat proses
kondensasi di kondensor. Semakin cepat proses kondensasi, semakin cepat
pula air bersih yang dihasilkan. Spesifikasi kondensor yang digunakan
adalah sebagai berikut :
Material : Stainless Steel 304
Panjang Tabung : 0.5 m
Ketebalan Tabung: 0.25 cm
Diameter Tabung: 4 inci
Untuk sirip (fin) yang dipasang di permukaan luar tabung memilki
spesifikasi sebagai berikut :
Jumlah fin : 10 buah
Diameter fin : 25.4 cm
Ketebalan fin : 0.0635 cm
Jarak antar fin : 4 cm
Gambar 3.3. Kondensor dan Sirip (fin) beserta Flange
4. Alat Penukar Kalor Tube-in-Tube
Konsentrat garam yang berada pada evaporator tidak dapat berevaporasi
karena titik didih konsentrat garam lebih tinggi daripada titik didih air
bersih, sehingga konsentrat garam yang tidak mendidih akan dialirkan ke
tangki konsentrat garam. Oleh karena temperatur konsentrat garam masih
35
tangki konsentrat garam, terlebih dahulu konsentrat garam akan dialirkan
ke alat penukar kalor untuk mengalirkan sebagian kalor terhadap air laut
yang mengalir di pipa dalam. Sehingga pemanasan di evaporator dapat
berlangsung dengan cepat. Spesifikasi alat penukar kalor adalah sebagai
berikut :
Material pipa luar : Stainless Steel 304
Material pipa dalam : Stainless Steel 304
Diameter pipa luar : 2.54 cm
Diameter pipa dalam : 1.27 cm
Gambar 3. 4. Alat Penukar Kalor Tube-in-Tube
5. Thermocontrol dan Termokopel
Penggunaan elemen pemanas pada evaporator akan memakan banyak
energi listrik jika dioperasikan terlalu lama. Material evaporator stainless
steel yang mampu menjebak panas lebih lama, aluminium foil yang
melapisi bagian luar evaporator yang mampu menahan panas keluar
lingkungan tidak akan cukup membuat sistem lebih efisien apabila
penggunaan elemen pemanas tidak dibatasi waktu penggunaannya. Oleh
karena sistem berada dalam tekanan vakum (tekanan dibawah tekanan
udara), tentunya air laut yang dipanaskan akan berevaporasi pada
36
bahwa pada tekanan 8 kPa air dapat berevaporasi pada temperatur
40,29oC. Karena temperatur penguapan yang kecil ini, maka elemen
pemanas dapat diatur lama pemanasannya berdasarkan temperatur fluida
di evaporator. Pengaturan lama pemanasan ini diatur oleh sebuah sensor
temperatur yang disebut Thermocontrol, sedangkan pengukur temperatur
dalam evaporator disebut Termokopel.
Gambar 3.5. Panel Thermocontrol
Spesifikasi Thermocontrol :
Sampling rate : 2.5 times/second
Analog Output: 1 loop 4-20 mA; load resistance600Ωmax
Auxiliary voltage output: DC 24V
37 Control output : Relay output load capability:3A/250VAC
Resolution: Display ± 0.1℃
Power consumption: ≤ 5 W
Working environment: 0~50℃ < 85% RH
Storange environment: -20~60℃ < 85% RH
Gambar 3.6. Termokopel
Spesifikasi Termokopel :
Bahan Konduktor Positif: Tembaga
Bahan Konduktor Negatif: Konstantan
Range Temperatur: 0 – 350oC
Batasan Ralat: ±1oC atau ±1.5%
38
3.2.2 Bahan
Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah air laut yang berasal
dari pantai Ocean Pacific (Belawan) dengan asumsi temperatur awal 25oC dan
konsentrasi 3.5%.
3.2.3 Alat Ukur
Alat ukur yang digunakan untuk mengukur variabel-variabel dalam
penelitian antara lain :
1. Agilent
Agilent digunakan untuk mengukur temperatur pada titik-titik sistem,
dimana alat ini bekerja secara otomatis dan mencatat hasil pengukuran per
menitnya dalam bentuk file Ms. Excel. Pada percobaan ini kabel agilent
atau selanjutnya disebut termokopel (berwarna merah pada gambar 3.3)
yang digunakan berjumlah tujuh titik yang dipasang pada alat penelitian
tersebut.
Gambar 3.7 Agilent
Spesifikasi
Tipe: Agilent 34970A
Buatan: Belanda
Jumlah sensor termokopel: 20 channels multiplexer
Volt: 250 V
2. Laser Distance Meter
Laser distance meter adalah alat pengukur jarak dengan menggunakan
39
mengukur jarak yang cukup jauh seperti sistem yang diharuskan berada
pada ketinggian minimal 10,3 meter dari tanah, panjang kabel yang
dibutuhkan untuk dapat menyuplai listrik dari panel listrik lokasi
pengujian ke panel kontrol temperatur dan lain-lain.
Gambar 3.8. Laser Distance Meter Extech DT300
Spesifikasi
Type: Extech DT300
Laser diode : Class 2 red laser (wavelength: 635nm)
Battery : Two(2) ‘AAA’ alkaline batteries
Dust/Splash Proof : IP 54
Operating conditions : 0 to 40°C (32 to 104°F)
Storage conditions : -10 to 60°C (14 to 140°F)
Dimensions: 115 x 48 x 28mm (4.5 x 1.9 x 1.1”)
Weight : 150 g (5.3 oz)
Distance Range: 0.5 to 50 m (2” to 164’)
Resolution : 0.001 inches, feet, or meters
Accuracy: ±1.5 mm (± 0.06”)
Length: 99.99 m (99’ 11”)
Area : 999.99 m2(999.99 sq. ft)
40
3.3 Prosedur Pengujian
Prosedur pengujian dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Instalasi alat penelitian
2. Pengecekan kebocoran sistem dan pelapisan isolasi panas pada evaporator
3. Pemasangan vacuum pressure, termokopel panel dan termokopel agilent
pada sistem
4. Mengisi air laut pada sistem dan tangki air laut
5. Pemvakuman sistem
6. Saklar penyuplai listrik dihidupkan, panel kontrol yang terhubung dengan
termokopel diatur pada temperatur 50oC
7. Proses perekaman data dimulai
8. Pengujian dilakukan hingga 8 jam mulai pukul 09.00 sampai 17.00 WIB
9. Tekanan vakum dicatat setiap 1 jam
10.Ketinggian air laut di tangki diatur pada ketinggian 10,34 meter
11.Laju produksi air bersih dan konsentrat garam diukur setelah pengujian
selesai
12.Ulangi pengujian hingga 6 hari
13.Hasil data pengujian dianalisis
3.4 Set-up Experimental
Untuk memulai pengujian, sistem harus divakumkan terlebih dahulu.
Proses pemvakuman dilakukan dengan mengisi penuh air laut dalam evaporator
dan alat penukar kalor tube-in-tube, sedangkan pada sisi kondensor diisi penuh
oleh air bersih. Antara evaporator dan kondensor terdapat keran untuk
memisahkan air laut dan air bersih pada saat proses pemvakuman berlangsung.
Untuk memvakumkan evaporator, keran pada pipa pengumpan (pipa dalam alat
penukar kalor) dibuka, sehingga air laut di evaporator akan jatuh melalui pipa
pengumpan sehingga membentuk ruang vakum pada bagian atas evaporator. Cara
yang sama untuk memvakumkan kondensor yaitu dengan membuka keran pipa air
41
membentuk ruang vakum pada kondensor. Keran antara evaporator dan kondensor
pun dibuka setelah terbentuk ruang vakum di evaporator dan kondensor.
Air laut di dalam evaporator dipanaskan oleh elemen pemanas yang telah
diatur pada thermocontrol untuk memanaskan hingga temperatur 50oC. Oleh
karena pemanasan berlangsung pada tekanan vakum, maka kandungan air dalam
air laut akan berevaporasi dan uap yang dihasilkan dialirkan melalui pipa
penghubung evaporator-kondensor, dan proses kondensasi akan berlangsung di
kondensor. Untuk menjaga agar panas dari evaporator tidak berpindah ke
kondensor secara konduksi, maka antara pipa penghubung tersebut dipasang
flange. Diantara flange terdapat packing karet yang digunakan untuk mengisolasi
panas yang dikonduksi dari evaporator sehingga temperatur kondensor dapat
dijaga tetap pada temperatur lingkungan.
Pada sisi kondensor, uap air akan dikondensasikan dengan bantuan sirip
(fin) yang terpasang pada tabung kondensor. hasil kondensasi akan jatuh melalui
pipa air bersih dan menjadi produk air bersih. Air laut yang tidak mendidih akan
jatuh melalui pipa luar alat penukar kalor menuju tangki konsentrat garam. Karena
air laut yang tidak mendidih mempunyai temperatur yang cukup tinggi, sebelum
menuju tangki konsentrat garam, air laut yang panas akan memanasi pipa
pengumpan dalam alat penukar kalor sehingga air laut umpan pada pipa
pengumpan akan terpanasi sebelum memasuki evaporator untuk selanjutnya
dipanasi oleh elemen pemanas. Air bersih dan konsentrat garam yang telah keluar
dari sistem mengakibatkan volume fluida berkurang. Kekurangan volume fluida
ini akan diisi oleh pipa pengumpan, sehingga air laut dapat ditarik ke atas
42
Gambar 3.9. Skema Pengujian Desalinasi
Prinsip kerja skema pengujian, yaitu :
1. Panel control akan menyuplai dan mengatur besar tegangan listrik yang
akan dialirkan ke heater dengan tegangan maksimum sebesar 220 V
dan mengaturnya secara otomatis dengan data temperatur yang dibaca
oleh termokopel.
2. Heater merupakan sumber panas yang akan menaikkan temperatur
fluida kerja di dalam evaporato.
3. Termokopel digunakan untuk mengukur besarnya perubahan
temperatur yang terjadi dalam evaporator dan mengirimkan data
tersebut ke panel control dan agilent.
4. Agilent akan mencatat temperatur setiap menit dan data tersebut akan
disimpan ke dalam USB.
5. Data perubahan temperatur kemudian ditampilkan di laptop untuk
43
3.5. Diagram Alir Analisis
Gambar 3.10. Diagram Alir Analisis Mulai
Selesai
Masukkan data input parameter kondisi awal fluida kerja :
ρ0, C0, Ci, Ts, Tf dan T0
Tentukan sifat fluida kerja (Cp,0 , ρi, ρs dan Cp,i), serta
tekanan pada evaporator (Ps(Ts)), dan tekanan pada
kondensor (Pf(Tf)) dengan fungsi temperatur
Masukkan data input parameter pada evaporator, alat penukar kalor
dan kondensor:
De, Di, Do, Dfin, l, Dco, Dci, lc, k, kc
Tentukan luas alas evaporator (Ae), laju penguapan ( ), panas
laten penguapan (hfg(Ts)), kalor penguapan (Qe), dan temperatur
air laut masuk evaporator (Ti)
Tentukan Temperatur pada setiap detik (T(i)) dengan persamaan kekekalan energi sistem
Bandingkan data temperatur hasil analisis dengan data temperatur pengukuran agilent
Validasi Data
YA
44
BAB IV
HASIL PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Data Input Analisa Teoritis
Tabel berikut menunjukkan data sistem pada kondisi awal dari desalinasi
sistem vakum, baik sifat material evaporator, kondensor, alat penukar kalor
tube-in-tube, sifat fluida kerja pada kondisi awal, serta bilangan-bilangan tanpa dimensi
yang dibutuhkan untuk menghitung parameter-parameter lain. Data-data ini untuk
selanjutnya akan dianalisis dengan bantuan perangkat lunak Fortran PowerStation
95 dan hasil analisis akan dibandingkan dengan hasil pengujian.
Tabel 4.1. Data Input Analisa Teoritis
KETERANGAN Simbol Nilai Satuan
Massa Jenis Air Laut Awal ρ0 1026.43 kg/m3
Koefisien Ekspansi Termal Volumetrik βT 0.0005 /oC
Koefisien Ekspansi Larutan βC 0.008 /oC
Temperatur Air Laut Awal T0 25 oC
Konsentrasi Air Laut Awal C0 35 %
Diameter Evaporator De 0.5 m
Koefisien Empirik αm 0.0000001 kg/m2.Pa.s.K0.5
Koefisien Empirik untuk faktor koreksi α1 0.0054 m
Diameter Pipa Luar Alat Penukar Kalor Do 0.0254 m
Diameter Pipa Dalam Alat Penukar Kalor Di 0.0127 m
Temperatur Lingkungan Ta 25 m
Panjang Pipa Alat Penukar Kalor l 9 m
Percepatan Gravitasi g 9.8 m/s2
Konduktivitas Termal Stainless Steel k 14.9 W/mK
Temperatur Rata-Rata pada Alas Evaporator Tb 44.3 oC
Konsentrasi Air Laut Sebelum Masuk Evaporator Ci 35 %
Temperatur Kondensasi Tf 40 oC
Massa Jenis Air Bersih di Kondensor ρf 992.06 kg/m3
Temperatur Rata-Rata pada Dinding Evaporator Tsd 46
o
C
Temperatur Rata-Rata pada Kerucut Evaporator Tt 39.34 J/K.mol
Bilangan Prandtl Dinding Evaporator Prs 0.70581
Konduktivitas Termal Air Laut Keadaan Awal k 0.62225 W/mK
Volume Air Laut Awal V0 0.018 m3
Fouling Factor Pipa FT 0.001
Difusivitas Termal Alas Evaporator αb 0.0000236 m
Viskositas Kinematik Alas Evaporator γb 0.00001666 m2/s
Jarak dari pusat ke aluminium foil rino 0.251 m
45
4.2 Asumsi Perhitungan
Sebelum memulai perhitungan dengan bantuan perangkat lunak Fortran
PowerStation 95, maka perlu adanya asumsi-asumsi yang digunakan selama
perhitungan agar dapat menyederhanakan persamaan. Asumsi-asumsi yang
digunakan tersebut adalah :
1. Kapasitas panas material evaporator dan kondensor diabaikan
2. Temperatur pada masing-masing komponen adalah seragam atau tidak ada
variasi temperatur di evaporator dan kondensor
3. Sumber panas menggunakan pemanas listrik agar suplai panas ke
evaporator merata dan tidak mengganggu perhitungan konfigurasi
evaporator dan kondensor
4. Aliran fluida dalam sistem diasumsikan laminar karena kecepatan fluida
kerja baik dalam alat penukar kalor, evaporator dan kondensor sangat kecil
5. Efek radiasi diabaikan
6. Panas hilang secara konveksi natural
7. Ketinggian air laut dalam evaporator konstan
4.3 Koding Fortran PowerStation 95
Berikut perintah-perintah pada Fortran PowerStation 95 yang digunakan
untuk menghitung kenaikan temperatur pada evaporator, perubahan konsentrasi
air laut selama pemanasan di dalam evaporator, serta panas hilang rata-rata yang
terjadi selama 8 jam eksperimen. Perintah perhitungan untuk setiap bagian sistem
dipisah dalam subroutine sehingga data-data output hasil perhitungan setiap
46
47
48
49
4.4 Data Output Hasil Analisis
Hasil Analisa dengan perangkat lunak Fortran PowerStation 95
menunjukkan bahwa temperatur fluida mencapai 50oC pada detik ke 605 (10.08
menit). Gambar berikut menunjukkan hasil analisa laju aliran volume,
konsentrasi, serta temperatur pada evaporator.
50
51
52
53
54
55
56
57
58
Gambar 4.10 Kenaikan Temperatur pada Menit Kesepuluh
59
4.5 Hasil Perbandingan Grafik Analisis dengan Grafik Pengujian
Pada subbab ini akan dipaparkan grafik temperatur hasil pengujian selama
8 hari dan grafik hasil analisis dengan fortran. Seperti yang telah dijelaskan pada
bab 3 bahwa pengukuran temperatur akan menggunakan alat ukur Agilent.
Agilent yang dipakai memiliki 20 termokopel atau biasa disebut 20 channel.
Namun pada penelitian ini hanya akan membandingkan hasil analisa teoritis
dengan hasil pengukuran agilent channel 111, yakni pengukuran termokopel panel
[image:34.595.209.512.273.386.2]kontrol.
Gambar 4.14 Posisi Termokopel Agilent Channel 111
Letak termokopel agilent sangat bergantung aspek kemudahan dalam
pemasangan dan perkiraan posisi dimana perubahan temperatur terjadi secara
signifikan. Semakin dekat termokopel dengan fluida maka semakin akurat
pengukuran agilent. Berikut akan dipaparkan grafik kenaikan temperatur yang
terjadi dalam evaporator selama 6 hari pengujian.
60 Ga mba r 4. 15 H asil P enguji an Ta ngga l 12 Nove m be r 201 5 Ga mbar 4. 16 H asil P engu ji an Ta ngga l 13 Nove m be r 201 5
0 10 20 30 40 50 60
9:00 AM 9:15 AM 9:30 AM 9:45 AM 10:00 AM 10:15 AM 10:30 AM 10:45 AM 11:00 AM 11:15 AM 11:30 AM 11:45 AM 12:00 PM 12:15 PM 12:30 PM 12:45 PM 1:00 PM 1:15 PM 1:30 PM 1:45 PM 2:00 PM 2:15 PM 2:30 PM 2:45 PM 3:00 PM 3:15 PM 3:30 PM 3:45 PM 4:00 PM 4:15 PM 4:30 PM 4:45 PM 5:00 PM
Temperatur (oC)
Waktu
D
a
ta
Agile
n
t
Tang
g
al 12
-11
-2015
0 10 20 30 40 50 60
9:00 AM 9:15 AM 9:30 AM 9:45 AM 10:00 AM 10:15 AM 10:30 AM 10:45 AM 11:00 AM 11:15 AM 11:30 AM 11:45 AM 12:00 PM 12:15 PM 12:30 PM 12:45 PM 1:00 PM 1:15 PM 1:30 PM 1:45 PM 2:00 PM 2:15 PM 2:30 PM 2:45 PM 3:00 PM 3:15 PM 3:30 PM 3:45 PM 4:00 PM 4:15 PM 4:30 PM 4:45 PM 5:00 PM
Temperatur (oC)
[image:35.842.175.420.109.509.2] [image:35.842.493.736.110.508.2]61 Ga mbar 4. 17 H asil P enguji an Ta ngga l 14 Nove m be r 201 5 Ga mbar 4. 18 H asil P enguji an Ta ngga
l 16 Nove
m
be
r 201
5
0 10 20 30 40 50 60
9:00 AM 9:15 AM 9:30 AM 9:45 AM 10:00 AM 10:15 AM 10:30 AM 10:45 AM 11:00 AM 11:15 AM 11:30 AM 11:45 AM 12:00 PM 12:15 PM 12:30 PM 12:45 PM 1:00 PM 1:15 PM 1:30 PM 1:45 PM 2:00 PM 2:15 PM 2:30 PM 2:45 PM 3:00 PM 3:15 PM 3:30 PM 3:45 PM 4:00 PM 4:15 PM 4:30 PM 4:45 PM 5:00 PM
Temperatur (oC)
Waktu
D
a
ta
Agile
n
t
Tang
g
al 14
-11
-2015
0 10 20 30 40 50 60
9:00 AM 9:15 AM 9:30 AM 9:45 AM 10:00 AM 10:15 AM 10:30 AM 10:45 AM 11:00 AM 11:15 AM 11:30 AM 11:45 AM 12:00 PM 12:15 PM 12:30 PM 12:45 PM 1:00 PM 1:15 PM 1:30 PM 1:45 PM 2:00 PM 2:15 PM 2:30 PM 2:45 PM 3:00 PM 3:15 PM 3:30 PM 3:45 PM 4:00 PM 4:15 PM 4:30 PM 4:45 PM 5:00 PM
Temperatur (oC)
[image:36.842.510.757.109.510.2] [image:36.842.193.442.112.511.2]62 Ga mbar 4. 19 H asil P enguji an Ta ngga
l 17 Nove
m be r 201 5 Ga mbar 4. 20 H asil P enguji an Ta ngga
l 18 Nove
m
be
r 201
5
0 10 20 30 40 50 60
9:00 AM 9:15 AM 9:30 AM 9:45 AM 10:00 AM 10:15 AM 10:30 AM 10:45 AM 11:00 AM 11:15 AM 11:30 AM 11:45 AM 12:00 PM 12:15 PM 12:30 PM 12:45 PM 1:00 PM 1:15 PM 1:30 PM 1:45 PM 2:00 PM 2:15 PM 2:30 PM 2:45 PM 3:00 PM 3:15 PM 3:30 PM 3:45 PM 4:00 PM 4:15 PM 4:30 PM 4:45 PM 5:00 PM
Temperatur (oC)
Waktu
D
a
ta
Agile
n
t
Tang
g
al 17
-11
-2015
0 10 20 30 40 50 60
9:00 AM 9:15 AM 9:30 AM 9:45 AM 10:00 AM 10:15 AM 10:30 AM 10:45 AM 11:00 AM 11:15 AM 11:30 AM 11:45 AM 12:00 PM 12:15 PM 12:30 PM 12:45 PM 1:00 PM 1:15 PM 1:30 PM 1:45 PM 2:00 PM 2:15 PM 2:30 PM 2:45 PM 3:00 PM 3:15 PM 3:30 PM 3:45 PM 4:00 PM 4:15 PM 4:30 PM 4:45 PM 5:00 PM
Temperatur (oC)
[image:37.842.500.758.106.515.2] [image:37.842.195.440.111.509.2]63
Dari grafik pengujian selama 6 hari yang telah dipaparkan, dapat dilihat
bahwa bentuk grafik berupa garis naik dan turun. Hal ini terjadi karena pada saat
temperatur yang diukur oleh termokopel panel kontrol telah mencapai 50oC, maka
elemen pemanas akan berhenti menyuplai panas pada evaporator hingga
pengukuran termokopel menunjukkan 49oC. Grafik yang menurun menunjukkan
penurunan temperatur yang dimulai saat temperatur fluida kerja mencapai 50oC.
Sedangkan grafik yang cenderung naik menunjukkan elemen pemanas sedang
memanaskan kembali fluida kerja yang telah mencapai 49oC menurut pengukuran
termokopel panel kontrol. Perbedaan grafik pada setiap pengujian disebabkan oleh
faktor cuaca, kesalahan (error) dari alat ukur agilent, serta kondisi lingkungan
sekitar tempat pengujian berlangsung.
Validasi terhadap hasil analisa dilakukan dengan membandingkan antara
hasil analisa dengan hasil pengujian untuk mendapatkan ralat yang terjadi dalam
perhitungan. Pada gambar diatas, dapat disimpulkan bahwa kenaikan temperatur
tercepat adalah pada termokopel panel kontrol (channel 111). Hal ini disebabkan
karena posisi termokopel panel kontrol berada paling dekat pada heater dibanding
pada alas dan dinding evaporator. Pada analisa teoritis ini akan dihitung kenaikan
temperatur air laut di dalam evaporator selama pemanasan. Perhitungan kenaikan
temperatur per detik pada analisis ini akan menggunakan software Fortran
PowerStation untuk memudahkan perhitungan. Hasil analisa teoritis akan
dituangkan dalam bentuk tabel yang menunjukkan kenaikan temperatur setiap
menit selama 1 jam. Dengan membandingkan nilai kenaikan temperatur pada
pengujian dan hasil analisis, maka akan didapat ralat. Tabel berikut menunjukkan
kenaikan temperatur setiap menit dengan hasil analisis Fortran dengan hasil
64 Tabel 4 .2 P erba n d in g an D ata T e m p eratur H asi l P e n g u ji an d an H asi l An al isa Te o ri ti s u n tuk 6 hari p eng u ji an
12/11/2015 Ralat (%) 13-11-2015 Ralat (%) 14-11-2015 Ralat (%) 16-11-2016 Ralat (%) 17-11-2016 Ralat (%) 18-11-2016 Ralat (%) 9:00 25 3.00E+01 20.08% 30.25 21.02% 29.68 18.74% 26.17 4.68% 30.75 23.01% 27.21 8.84% 9:01 27.48891 3.15E+01 14.41% 31.02 12.85% 30.14 9.66% 26.61 3.21% 31.62 15.02% 28.20 2.58% 9:02 29.97702 3.27E+01 8.98% 31.91 6.43% 30.61 2.10% 27.21 9.23% 32.51 8.46% 28.90 3.61% 9:03 32.46435 3.38E+01 3.96% 32.72 0.78% 31.10 4.21% 28.20 13.14% 33.21 2.28% 29.80 8.22% 9:04 34.95086 3.48E+01 0.49% 33.59 3.91% 31.92 8.66% 28.90 17.33% 34.14 2.33% 30.63 12.37% 9:05 37.55588 3.56E+01 5.23% 34.51 8.12% 32.84 12.55% 29.80 20.66% 34.93 6.99% 31.58 15.90% 9:06 40.06465 3.71E+01 7.32% 35.45 11.52% 33.83 15.57% 30.63 23.56% 36.07 9.98% 32.57 18.72% 9:07 42.57261 3.89E+01 8.65% 36.40 14.51% 34.88 18.08% 31.58 25.81% 37.02 13.04% 33.36 21.64% 9:08 45.07978 3.95E+01 12.31% 37.27 17.32% 35.65 20.93% 32.57 27.76% 38.04 15.63% 34.49 23.49% 9:09 47.38484 4.01E+01 15.33% 38.19 19.41% 36.69 22.56% 33.36 29.60% 39.19 17.30% 35.37 25.35% 9:10 49.86799 4.16E+01 16.66% 39.32 21.15% 37.54 24.71% 34.49 30.84% 40.19 19.40% 36.05 27.72% 9:11 50.02047 4.28E+01 14.48% 40.14 19.75% 38.79 22.46% 35.37 29.28% 40.74 18.55% 36.77 26.48% 9:12 50.00035 4.35E+01 13.08% 41.15 17.71% 39.66 20.69% 36.05 27.91% 41.67 16.65% 37.87 24.26% 9:13 50.02301 4.48E+01 10.54% 41.88 16.27% 41.04 17.96% 36.77 26.49% 41.74 16.56% 38.82 22.41% 9:14 50.00289 4.57E+01 8.71% 42.45 15.10% 41.48 17.04% 37.87 24.26% 43.03 13.94% 39.35 21.30% 9:15 50.02591 4.64E+01 7.23% 43.22 13.60% 42.54 14.97% 38.82 22.41% 44.20 11.66% 40.35 19.35% 9:16 50.00579 4.80E+01 3.95% 44.63 10.75% 43.54 12.92% 39.35 21.30% 44.89 10.23% 41.69 16.62% 9:17 50.02986 4.91E+01 1.80% 45.17 9.71% 44.06 11.94% 40.35 19.35% 45.75 8.56% 42.16 15.73% 9:18 50.00994 5.02E+01 0.44% 45.81 8.40% 45.06 9.89% 41.69 16.63% 46.74 6.55% 43.22 13.58% 9:19 50.03318 5.00E+01 0.01% 47.18 5.71% 46.13 7.80% 42.16 15.74% 47.28 5.51% 44.33 11.40% 9:20 50.01326 5.04E+01 0.77% 47.99 4.05% 47.18 5.66% 43.22 13.58% 47.60 4.82% 45.00 10.02% 9:21 50.03653 5.05E+01 0.83% 49.08 1.92% 48.26 3.55% 44.33 11.40% 47.29 5.50% 45.41 9.26% 9:22 50.01684 5.08E+01 1.55% 50.16 0.29% 49.18 1.68% 45.00 10.03% 47.27 5.50% 46.25 7.54% 9:23 50.04029 5.09E+01 1.75% 50.91 1.75% 48.81 2.47% 45.41 9.26% 46.64 6.80% 47.61 4.85% 9:24 50.0206 5.08E+01 1.54% 50.79 1.54% 49.29 1.45% 46.25 7.55% 46.67 6.70% 48.45 3.13% 9:25 50.03717 5.09E+01 1.67% 50.87 1.67% 49.02 2.04% 47.61 4.84% 47.18 5.70% 48.75 2.58% 9:26 50.01724 5.08E+01 1.62% 50.83 1.62% 48.87 2.29% 48.45 3.13% 47.49 5.06% 49.39 1.25% 9:27 50.04045 5.03E+01 0.45% 50.27 0.45% 48.68 2.73% 48.75 2.59% 46.73 6.62% 49.65 0.77% 9:28 50.02052 5.03E+01 0.50% 50.27 0.50% 48.86 2.33% 49.39 1.26% 47.08 5.89% 49.15 1.73% 9:29 50.0006 5.01E+01 0.24% 50.12 0.24% 48.56 2.88% 49.65 0.70% 47.12 5.77% 49.47 1.07% 9:30 50.02398 4.98E+01 0.43% 49.81 0.43% 47.92 4.20% 49.15 1.74% 46.17 7.70% 49.28 1.48%
Temperatur
Analisis Agilent
[image:39.842.124.725.89.487.2]65 Tabel 4 .2 P erba n d in g an D ata T e m p eratur H asi l P e n g u ji an d an H asi l An al isa Te o ri ti s u n tuk 6 hari p eng u ji an ( Lan ju tan)
12/11/2015 Ralat (%) 13-11-2015 Ralat (%) 14-11-2015 Ralat (%) 16-11-2016 Ralat (%) 17-11-2016 Ralat (%) 18-11-2016 Ralat (%) 9:31 50.00405 5.00E+01 0.04% 49.98 0.04% 47.68 4.65% 49.47 1.08% 45.96 8.09% 48.41 3.19% 9:32 50.02726 4.99E+01 0.24% 49.91 0.24% 47.99 4.08% 49.28 1.49% 46.49 7.08% 47.55 4.95% 9:33 50.00733 4.96E+01 0.72% 49.65 0.72% 48.50 3.02% 48.41 3.19% 46.79 6.44% 48.04 3.94% 9:34 50.03496 4.90E+01 1.99% 49.04 1.99% 48.74 2.60% 47.55 4.97% 46.56 6.94% 48.05 3.97% 9:35 50.01525 4.93E+01 1.41% 49.31 1.41% 48.64 2.74% 48.04 3.96% 46.91 6.21% 48.56 2.90% 9:36 50.03866 4.95E+01 1.18% 49.45 1.18% 47.95 4.17% 48.05 3.98% 46.78 6.50% 48.26 3.55% 9:37 50.01895 4.93E+01 1.52% 49.26 1.52% 47.66 4.72% 48.56 2.91% 47.09 5.86% 48.50 3.05% 9:38 49.99944 4.93E+01 1.43% 49.28 1.43% 48.33 3.35% 48.26 3.47% 46.91 6.18% 48.67 2.67% 9:39 50.02295 4.90E+01 2.03% 49.01 2.03% 48.01 4.02% 48.50 3.05% 47.05 5.94% 48.65 2.75% 9:40 50.00339 4.88E+01 2.38% 48.81 2.38% 48.27 3.47% 48.67 2.67% 47.02 5.98% 48.53 2.95% 9:41 50.02693 4.85E+01 3.10% 48.48 3.10% 48.49 3.06% 48.65 2.76% 46.77 6.52% 48.50 3.05% 9:42 50.0002 4.87E+01 2.64% 48.68 2.64% 47.05 5.90% 48.53 2.94% 46.14 7.72% 48.29 3.42% 9:43 50.02359 4.89E+01 2.28% 48.88 2.28% 47.18 5.69% 48.50 3.04% 46.04 7.97% 47.39 5.27% 9:44 50.00386 4.86E+01 2.75% 48.63 2.75% 47.65 4.71% 48.29 3.43% 46.45 7.12% 47.46 5.09% 9:45 50.02725 4.89E+01 2.29% 48.88 2.29% 47.35 5.36% 47.39 5.28% 46.46 7.14% 48.04 3.97% 9:46 50.01786 4.89E+01 2.30% 48.87 2.30% 47.05 5.94% 47.46 5.12% 46.09 7.84% 47.69 4.65% 9:47 50.04125 4.86E+01 2.91% 48.59 2.91% 47.07 5.94% 48.04 4.00% 46.33 7.42% 47.89 4.30% 9:48 50.02152 4.80E+01 4.00% 48.02 4.00% 48.03 3.97% 47.69 4.66% 45.95 8.15% 47.89 4.26% 9:49 50.00179 4.77E+01 4.54% 47.73 4.54% 47.91 4.19% 47.89 4.22% 45.90 8.21% 47.41 5.18% 9:50 50.02716 4.78E+01 4.45% 47.80 4.45% 48.03 3.99% 47.89 4.27% 45.82 8.42% 47.73 4.60% 9:51 50.00743 4.81E+01 3.85% 48.08 3.85% 47.57 4.87% 47.41 5.19% 46.07 7.88% 47.98 4.06% 9:52 50.03082 4.82E+01 3.66% 48.20 3.66% 46.76 6.54% 47.73 4.60% 45.95 8.15% 47.65 4.77% 9:53 50.01109 4.81E+01 3.87% 48.08 3.87% 46.61 6.81% 47.98 4.06% 46.04 7.93% 47.44 5.14% 9:54 50.03448 4.76E+01 4.79% 47.64 4.79% 46.70 6.67% 47.65 4.77% 46.36 7.34% 47.17 5.73% 9:55 50.01394 4.75E+01 4.93% 47.55 4.93% 46.71 6.61% 47.44 5.15% 46.14 7.75% 47.44 5.16% 9:56 50.03959 4.75E+01 5.05% 47.51 5.05% 47.56 4.95% 47.17 5.74% 45.43 9.21% 47.27 5.54% 9:57 50.02007 4.77E+01 4.65% 47.69 4.65% 47.53 4.97% 47.44 5.17% 45.32 9.39% 47.32 5.39% 9:58 50.00055 4.79E+01 4.23% 47.89 4.23% 47.25 5.50% 47.27 5.47% 45.68 8.64% 47.63 4.75% 9:59 50.02391 4.80E+01 3.95% 48.05 3.95% 46.89 6.26% 47.32 5.40% 45.57 8.91% 47.29 5.46% 10:00 50.00438 4.76E+01 4.88% 47.57 4.88% 47.07 5.88% 47.63 4.75% 45.32 9.37% 47.07 5.86%
4.48% 5.85% 7.69% 9.77% 8.75% 8.41%
Rata-Rata Waktu
Temperatur
[image:40.842.118.730.90.484.2]66
Gambar 4.21 Grafik Hasil Pengujian vs Hasil Analisa Teoritis
Dari tabel dan grafik yang telah dipaparkan di atas, bahwa ralat rata-rata
tertinggi terjadi pada tanggal 16 November 2015 yaitu sebesar 9.77%. Ralat ini
terjadi disebabkan oleh beberapa faktor, yakni :
1. Pada analisa teoritis, temperatur lingkungan awal dianggap sama untuk 8
jam pengujian, yaitu 25oC. Sedangkan temperatur awal selama pengujian
8 jam berbeda-beda. Temperatur lingkungan yang semakin rendah akan
meningkatkan panas hilang lebih cepat.
2. Pada analisa teoritis digunakan asumsi bahwa semua fluida yang
berevaporasi akan masuk ke kondensor untuk dikondensasikan.
Sedangkan pada pengujian, uap yang dihasilkan evaporator dapat
terkondensasi langsung pada dinding kerucut evaporator sehingga air
kondensat jatuh kembali ke evaporator.
3. Posisi termokopel agilent channel 111 menempel pada termokopel panel
kontrol. Sedangkan termokopel panel kontrol dan agilent tidak dapat
[image:41.595.115.514.85.369.2]langsung berhubungan dengan fluida kerja. Sehingga pada termokopel 0 10 20 30 40 50 60 9: 00 AM 9: 15 AM 9: 30 AM 9: 45 AM 10: 00 AM Tem p e ratu r ( oC) Waktu
Grafik Hasil Pengujian VS Hasil Analisis
Pengujian 12-11-15 Pengujian 13-11-15 Pengujian 14-11-15
Pengujian 16-11-15 Pengujian 17-11-15 Pengujian 18-11-15
67
panel kontrol dipasang sarung termokopel pada dinding evaporator
dimana sarung termokopel akan berhubungan langsung dengan fluida
kerja dalam evaporator, dan panas dari fluida kerja dialirkan lagi secara
konduksi dari sarung termokopel dinding luar ke dinding dalam dan
mengenai termokopel panel kontrol dan agilent untuk pengukuran
temperaturnya. Oleh karena pengukuran termokopel agilent tidak
langsung berhubungan dengan fluida kerja dalam evaporator, maka akan
ada perbedaan temperatur pada fluida kerja dan termokopel. Sehingga
pengukuran agilent tidak sepenuhnya akurat.
4. Pada analisa teoritis, model matematik sistem mengasumsikan panas
hilang secara konveksi natural. Sedangkan pada pengujian dapat terjadi
konveksi paksa apabila kecepatan angin melalui cukup tinggi.
5. Bahan termokopel panel kontrol adalah Stainless Steel 304 dimana
secara umum bahan ini memiliki laju pembuangan panas yang rendah.
sehingga temperatur antara fluida kerja evaporator dengan temperatur
termokopel sedikit menyimpang.
Nilai mass flow rate yang di dapat (xmf) dari gambar 4.13 diasumsikan konstan setiap detik dan terkondensasi semuanya, sehingga jumlah total evaporasi dapat dirumuskan sebagai berikut :
t m m *
8 * 3600 * 2 0000399059 , 0 m kg m1,14929
m V kg dm kg V 998 1000 * 14929 , 1 3 6. liter
V 1,152
Ralat dari hasil simulasi yang didapat dengan hasil eksperimental adalah : % 167 , 4 % 100 * 016 , 1 2 , 1 152 ,
1
liter liter liter
68
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Dari hasil analisis dan pengujian desalinasi air laut sistem vakum, penulis
mendapatkan beberapa kesimpulan, yaitu :
1. Prinsip kerja desalinasi sistem vakum adalah dengan memanfaatkan ruang
vakum pada sistem untuk memanaskan air laut pada temperatur pemanas
yang rendah (dalam penelitian ini temperatur pemanas 50oC).
Pemvakuman sistem dibentuk dengan menjatuhkan sebagian air laut dalam
evaporator melalui pipa Tube-in-Tube setinggi 10 meter dan air bersih
dalam kondensor hingga mencapai kondisi setimbang. Saat kondisi
setimbang terjadi, air laut yang dipanaskan akan menjadi uap air dan
dikondensasikan oleh kondensor menjadi air bersih yang jatuh melalui
pipa kondensor. Jumlah volume air yang jatuh melalui pipa kondensor ini
akan diisi kembali dengan menarik volume air laut pada tangki air laut ke
evaporator. Didapat laju aliran massa untuk produksi air bersih adalah
sebesar 1.152 liter dengan ralat sebesar 4.167%.
2. Dari hasil perbandingan analisa teoritis dengan perangkat lunak Fortran
PowerStation 95 dan hasil pengujian selama 6 hari, didapat ralat tertinggi
sebesar 9,77% dan ralat terendah sebesar 5,87%. Ralat ini terjadi
disebabkan oleh faktor cuaca, sehingga panas hilang lebih cepat dan waktu
pemanasan pada pengujian menjadi lebih lama.
3. Pada hasil analisa teoritis, dengan telah memperhitungkan panas hilang
secara konveksi natural dan besarnya panas hilang diasumsikan konstan,
bahwa rata-rata kenaikan temperatur air laut di dalam evaporator setiap
69
5.2 Saran
Adapun saran dari penulis adalah sebagai berikut :
1. Pada penelitian selanjutnya, sebaiknya letak termokopel panel berada
dekat dengan fluida kerja dan lebih jauh dari elemen pemanas karena
elemen pemanas dapat langsung memanaskan termokopel sehingga
pengukuran temperatur lebih akurat
2. Pada penelitian selanjutnya sebaiknya sistem berada pada ruang tertutup
sehingga efek cuaca, kecepatan angin, dan radiasi matahari dapat
diabaikan dimana hal ini sesuai dengan asumsi analisis agar hasil analisa
lebih akurat dengan hasil pengujian
3. Agar material evaporator yang digunakan adalah titanium untuk mencegah
terjadi korosi. Sedangkan material kondensor adalah tembaga agar
pembuangan panas lebih cepat.
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Teori Dasar Desalinasi
Desalinasi pada prinsipnya merupakan cara untuk mendapatkan air bersih
melalui proses penyulingan air kotor. Secara umum terdapat berbagai cara yang
sering digunakan untuk mendapatkan air bersih yaitu : perebusan, penyaringan,
desalinasi dan lain-lainnya. Cara perebusan dilakukan hanya untuk mematikan
kuman dan bakteri-bakteri yang merugikan, namun kotoran yang berupa
padatan-padatan kecil tidak bisa terpisah dengan air. Penyaringan digunakan hanya untuk
menyaring kotoran-kotoran yang berupa padatan kecil, namun kuman dan bakteri
yang merugikan tidak bisa terpisah dari air. Cara desalinasi merupakan cara yang
efektif digunakan untuk menghasilkan air bersih yang bebas dari kuman, bakteri,
dan kotoran yang berupa padatan kecil. Proses desalinasi secara umum biasanya
yang diambil hanyalah air kondensatnya, sedangkan konsentrat garam dibuang
dan ini dapat berakibat buruk bagi kehidupan air laut (Ketut dkk, 2011).
Prinsip kerja desalinasi secara umum sebenarnya sangat sederhana. Air
laut dipanaskan hingga menguap, dan kemudian uap yang dihasilkan
dikondensasikan kembali dan ditampung di sebuah wadah. Air kondensat tersebut
adalah air bersih. Sedangkan air laut yang tidak mendidih selama pemanasan
adalah konsentrat garam. Proses desalinasi yang akan penulis bahas pada
penelitian ini adalah desalinasi sistem vakum dengan modifikasi suplai panas
menggunakan elemen pemanas berdaya rendah. Konsep dari sistem ini adalah
memanfaatkan ruang vakum yang dibentuk secara alami untuk dapat
mengevaporasikan sejumlah air laut pada tekanan rendah sehingga dapat
berevaporasi dengan suplai energi panas yang lebih sedikit dibanding dengan
teknik konvensional. Suplai energi panas yang sedikit dapat diambil dari kolektor
surya plat datar dan / atau panas yang dibuang. Namun pada penelitian ini akan
digunakan elemen pemanas daya rendah agar suplai panas dalam evaporator
konstan. Keunikan dari sistem ini adalah cara gaya gravitasi dan tekanan atmosfer
digunakan dalam pembentukan kondisi vakum. Pembentukan sistem vakum
6
berlangsung dengan suplai panas yang rendah. Tekanan atmosfer akan sama
dengan tekanan hidrostatis yang dibentuk dengan pipa air yang tingginya sekitar
10 meter. Jadi, jika ketinggian pipa lebih dari 10 meter dan ditutup dari bagian
atas dengan air, dan air dibiarkan jatuh kebawah akibat gravitasi, air akan jatuh
pada ketinggian sekitar 10 meter, dan membentuk ruang vakum diatasnya.
Komponen-komponen yang terdapat pada desalinasi sistem vakum natural
adalah evaporator, kondensor, dan alat penukar kalor berupa Tube-in-Tube.
Evaporator berfungsi sebagai ruang pemanasan air laut dengan suplai panas
berasal dari pemanas listrik berdaya rendah untuk menjaga kestabilan suplai
panas. Kondensor berfungsi untuk mengumpulkan uap yang dihasilkan oleh
pemanasan air laut di evaporator untuk dikondensasikan kembali sehingga air
kondensat dapat ditampung dan didapat air bersih sebagai produk sistem.
Sedangkan tube in tube heat exchanger berfungsi sebagai heat recovery (pemulih
panas), dimana air laut yang tidak mendidih akibat pemanasan di ruang evaporator
akan jatuh melalui pipa luar dari tube in tube untuk memanaskan pipa dalam yang
sedang dialiri air laut dari tangki pengumpan. Alasan penggunaan sistem
desalinasi vakum natural dalam penelitian ini adalah karena penggunaan daya
listriknya yang rendah, cocok untuk pemakaian skala besar terutama di pesisir
pantai, dan keunikan sistemnya yang tidak membutuhkan pompa vakum untuk
menyuplai air laut ke evaporator yang tingginya 10m. Gambar 2.1 menunjukkan
desalinasi sistem vakum. Adapun kelebihan dan kelemahan dari sistem desalinasi
vakum natural sebagai berikut.
Kelebihan menggunakan Desalinasi Vakum Natural :
1. Tidak membutuhkan pompa vakum untuk penyuplaian air laut
2. Biaya konstruksi termurah diantara semua jenis desalinasi tenaga surya
3. Pemanasan dapat menggunakan suplai panas rendah karena sistem dalam
7
Kelemahan menggunakan Desalinasi Vakum Natural :
1. Konstruksi cukup sulit karena proses instalasi berhubungan dengan
ketinggian
2. Hanya cocok untuk pemakaian skala besar (untuk luas alas evaporator
yang besar)
3. Pemilihan bahan konstruksi sangat mempengaruhi lifetime sistem
Selain desalinasi sistem vakum, masih banyak jenis lain sistem desalinasi
bertenaga surya. Pembahasan mengenai sistem desalinasi jenis lain beserta prinsip
kerja, kelebihan dan kelemahannya dibahas pada subbab berikutnya.
10,34 m
C o n d e n s e r
Evaporator
Saline Water Tank Saline Water
Brine Condensate
Heater
Gambar 2.1. Desalinasi Sistem Vakum Natural
2.2 Klasifikasi Sistem Desalinasi
2.2.1 Solar Still
Solar still terdiri dari bak yang dicat hitam yang diisi oleh air laut hingga
pada kedalaman tertentu dan ditutup oleh kaca yang dimiringkan sebagai tempat
masuknya radiasi surya sekaligus peristiwa kondensasi. Radiasi surya memasuki
bak melalui kaca untuk memanaskan sisi bak yang dicat hitam yang
mengakibatkan pemanasan air laut hingga terjadi evaporasi, karena perbedaan
tekanan parsial dan perbedaan temperatur, uap air terkondensasi sepanjang kaca
8
dibawah kemiringan kaca (Qiblawey dkk, 2008). Gambar 2.2 menunjukkan sistem
solar still sederhana.
Kelebihan menggunakan Solar Still :
1. Konstruksi yang sederhana
2. Kondensasi tidak memerlukan kondensor, proses kondensasi terjadi pada
kaca
3. Mudah dalam perawatannya
Kelemahan menggunakan Solar Still :
1. Laju produksi air bersih per hari rendah
2. Sebagian uap air yang terkondensasi pada kaca dapat langsung jatuh
kembali dan bercampur dengan air laut yang belum berevaporasi
[image:48.595.218.406.378.527.2]3. Proses evaporasi lambat karena air laut dipanaskan pada tekanan atmosfer
Gambar 2.2. Solar Still Sederhana
2.2.2 Solar Desalinasi Humidifikasi-Dehumidifikasi
Ide utama dibalik proses solar humidification-dehumidification adalah uap
saturasi dapat membawa udara dengan kapasitas yang semakin banyak dengan
meningkatnya temperatur. Air laut akan melalui pemanasan awal sebelum
disemprotkan ke dalam evaporator. Pemanasan terjadi pada dua fluida, yakni air
laut dan angin. Pemanasan pada angin bertujuan untuk disirkulasikan ke dalam
ruang evaporator - kondensor. Sesuai dengan ide utama sistem ini, udara panas
membawa uap dari pemanasan air laut ke ruang kondensor yang berada tepat di
Sea Water Tank
Basin
Brine Tank Fresh Water Tank
Solar Radiation
Glass
9
sebelah ruang evaporator untuk dikondensasikan. Air laut yang tidak berevaporasi
akan langsung jatuh ke tempat penampungan konsentrat garam (Parekh dkk,
2004). Gambar 2.3 menunjukkan sistem desalinasi surya humidifikasi –
dehumidifikasi.
Kelebihan sistem desalinasi humidifikasi-dehumidifikasi :
1. Efektif dalam memproduksi air bersih
2. Sangat cocok dioperasikan untuk kapasitas rendah
3. Konsentrat garam yang masih mengandung air dapat diproses ulang
Kelemahan sistem desalinasi humidifikasi – dehumidifikasi :
1. Konstruksi yang kompleks
2. Air laut yang tidak berevaporasi dibiarkan jatuh bebas ke tempat
penampungan dapat menimbulkan percikan air sehingga memungkinkan
terkontaminasi konsentrat garam ke air bersih jika isolasi tidak baik
3. Meskipun menggunakan energi surya sebagai sumber pemanas, sistem
masih menggunakan energi listrik untuk mensirkulasikan udara dan air
[image:49.595.180.444.488.724.2]laut
Gambar 2.3. Sistem Desalinasi Surya Humidifikasi – Dehumidifikasi
Hot Air
Evaporator
Air in Solar Air Heater
Blower Hot Air Inlet
Brine Out
Brine Storage Tank
Solar Water Heater
Preheated Sea Water Hot Sea Water
Distillate Tank
Brine Recycle
Pump Dehumidified Air Outlet
Saline Water Tank
Sea Water In
10
2.2.3 Solar Chimney
Solar Chimney mengkonversikan energi termal surya ke energi kinetik
yang akan dikonversikan menjadi energi listrik dengan menggunakan
turbo-generator. Komponen-komponen utama dalam solar chimney adalah diameter
kolektor surya yang besar, turbin, generator dan cerobong (chimney) yang tinggi.
Penggunaan kolektor terutama kaca atau lembaran plastik yang berperan sebagai
rumah kaca akan menjebak panas dan menyebabkan pemanasan pada ruang
dibawah kolektor sehingga terjadi perbedaan temperatur antara udara lingkungan
dan udara di dalam sistem yang menyebabkan udara panas mengalir melalui
cerobong. Energi kinetik dari udara yang mengalir menyebabkan turbin yang
dipasang dibawah cerobong berotasi dan menghasilkan daya (Sangi, 2012)
Kelebihan sistem desalinasi solar chimney :
1. Laju produksi air bersih yang tinggi
2. Dapat menghasilkan daya selain air bersih
3. Biaya produksi air bersih yang lebih rendah
Kelemahan sistem desalinasi solar chimney :
1. Konstruksi sistem kompleks
2. Biaya turbin dan kolektor surya yang mahal karena dibutuhkan kolektor
yang sangat besar
[image:50.595.212.412.559.718.2]3. Perawatan sistem sangat sulit dan mahal
Gambar 2.4. Instalasi Sistem Desalinasi Solar Chimney pada Air Laut
Condensate Tank Condensate Pump
Condenser
Air In Sea Water
Air In Sea Water
Transparent Plastic or Glass Cover
SUN
Chimney
Humid Hot Air
Wind Turbine
11
2.2.4. Solar Multi Stage Flash Desalination
Dalam sistem desalinasi Multi-Stage Flash, air laut pengumpan
dipanaskan diatas temperatur saturasi dalam pemanas konsentrat garam dan
mengalami perubahan fasa secara cepat dalam bak tekanan rendah yang
dipertahankan dengan menggunakan pompa vakum. Konsentrat garam yang
dibuang keluar dari tingkat sebelumnya diperbolehkan untuk berubah fasa pada
tingkat berikutnya dan uap dibentuk di setiap tingkat dikondensasikan dengan
menggunakan kondensor dimana air laut masuk telah dipanaskan terlebih dahulu
(Manjarrez dkk, 1979)
Kelebihan solar multi stage flash desalination :
1. Laju produksi air bersih yang sangat tinggi
2. Pemanasan yang cepat sehingga tidak memakan banyak energi panas dari
kolektor surya
3. Adanya tangki penyimpan kalor yang dapat menyuplai energi panas
selama 24 jam
Kelemahan solar multi stage flash desalination :
1. Konstruksi sistem yang kompleks
2. Tangki penyimpan kalor (Thermal Energy Storage) dan pompa vakum
mahal
[image:51.595.170.458.560.724.2]3. Perawatan sulit dan mahal
Gambar 2.5. Sistem Desalinasi Solar Multi Stage Flash
Brine
Saline Water Tank
Saline Water Destilate Tank
Pump Condenser Preheated Feed Water
Solar Field
Thermal Energy Storage
Heat Transfer Field
Thermic Fluid Boiler
12
2.2.5. Solar Multi Effect Distillation
Unit Multi-Effect Distillation (MED) terdiri dari bak-bak dimana secara
umum disebut efek yang dipertahankan pada tekanan rendah dengan pompa
vakum. Panas yang dibutuhkan untuk mengevaporasi air laut pada efek pertama
disuplai dari kumpulan kolektor surya atau dengan pembakaran bahan bakar fosil
dan uap yang dibentuk digunakan untuk memanaskan air laut pengumpan pada
efek selanjutnya. Sehingga, panas laten yang diproduksi uap air pada efek
sebelumnya dapat digunakan seluruhnya di efek selanjutnya pada MED (Mezher
dkk, 2011)
Kelebihan solar multi effect distillation :
1. Proses pemanasan dilakukan secara bertingkat, sehingga tidak ada
konsentrat garam yang terkandung dalam air bersih
2. Sistem dapat diperbanyak dengan menambah efek
3. Laju produksi air bersih tinggi
Kelemahan solar multi effect distillation :
1. Proses pemvakuman menggunakan pompa vakum dimana pada pasaran
pompa vakum sangat mahal
2. Masih menggunakan energi listrik pada sistem
[image:52.595.163.463.540.703.2]3. Konstruksi sistem mahal dan kompleks
Gambar 2.6. Solar Multi Effect Distillation
To Vacuum To Vacuum To Vacuum Preheated Feed Water
Saline Water Tank
Destillste Tank Destillate
Pump Condenser
Brine
13
2.2.6 Desalinasi Kompresi Uap
Dalam Desalinasi Kompresi Uap, air laut pengumpan dipanaskan oleh
sumber panas eksternal dan berubah fasa menjadi uap, sehingga uap yang
diproduksi akan dikompres menggunakan Mechanical Vapor Compressor (MVC)
atau Thermo Vapor Compressor (TVC) untuk meningkatkan tekanan kondensasi
dan temperatur uap dan uap terkompresi digunakan untuk memanaskan air
pengumpan pada tingkat yang sama maupun tingkat yang lain (Helal dkk, 2006)
Kelebihan sistem desalinasi kompresi uap :
1. Pemanasan menggunakan pemanas air listrik sehingga perawatannya lebih
mudah
2. Konstruksi sistem yang sederhana
3. Air bersih tidak akan terkontaminasi dengan air laut di kondensor
Kelemahan sistem desalinasi kompresi uap :
1. Komponen sistem yakni pompa dan kompresor mahal
2. Masih menggunakan enegi listrik yang tidak sedikit
[image:53.595.167.463.478.664.2]3. Tidak cocok dalam memproduksi air bersih untuk skala kecil
Gambar 2.7. Sistem Desalinasi Kompresi Uap Mekanik
Condenser
Destillate Tank Saline Water Tank Pump
Brine Tank Brine Out Compressor
External power Source Electic Heater
Hot Saline Water
14
2.2.7 Freeze Desalination
Desalinasi beku adalah teknik di mana air laut dibiarkan untuk didinginkan
di bawah titik beku, sehingga kristal es dari air bersih yang terbentuk di
permukaan. Ketiga jenis desalinasi beku adalah desalinasi beku kontak lansung,
desalinasi beku kontak tidak langsung dan desalinasi beku operasi vakum (Rane
dkk, 2011). Dalam proses desalinasi beku kontak langsung cairan refrigeran
(biasanya n-butana) dicampur langsung dengan air laut pengumpan dalam
pembeku sehingga panas dari air laut akan diserap oleh refrigeran menghasilkan
pembentukan kristal es yang kemudian dipisahkan dan dimurnikan untuk
mendapatkan air bersih dalam bentuk kristal es. Proses desalinasi beku seperti ini
membutuhkan rasio tekanan rendah, untuk mencapai rasio tekanan ini dengan
kompresor konvensional tidak ekonomis, sehingga dewasa ini mengarah pada
pengembangan refrigeran kompresor hidrolik. Kompresor pendingin hidrolik
tidak menggunakan minyak pelumas karena dapat mengkontaminasi kristal es.
Ukuran dari alat pencairan dan pembersihan dapat diperkecil dengan memperkecil
jumlah dalam air sehingga biaya dan ukuran sistem dapat diperkecil dan dapat
digunakan untuk tujuan irigasi di daerah yang mengalami kelangkaan air bersih
(Rice dkk, 1997). Dalam desalinasi beku kontak tak langsung, pendingin dan air
laut yang tidak dicampur satu sama lain, mereka dipisahkan dalam bentuk kristal
oleh permukaan perpindahan panas dan es yang terbentuk dalam sistem ini
kemudian dikerok dari permukaan perpindahan panas (Rane dkk, 2011). Dalam
sistem desalinasi beku vakum, air laut umpan didinginkan di bawah three point
dengan mengurangi tekanan untuk menghasilkan masing-masing es dan uap. Es
yang terbentuk dikumpulkan dan uap yang dihasilkan dikompresi dan kondensasi
di ruang beku. Metode ini membutuhkan kompresor ukuran besar karena volume
spesifik uap air yang tinggi dan dikenal dengan vacuum vapors compression
freeze desalination.
Kelebihan Freeze Desalination :
1. Efisiensi sistem desalinasi sangat tinggi
2. Konstruksi mudah
15
Kelemahan Freeze Desalination :
1. Sistem masih menggunakan energi listrik
2. Perawatan sistem sulit
3. Membutuhkan kompresor yang besar sehingga biaya konstruksi sistem
[image:55.595.183.442.210.418.2]mahal
Gambar 2.8. Desalinasi Beku menggunakan Auto Reversed Vapor Compression
Heat Pump
2.2.8 Desalinasi Adsorpsi
Sistem utama desalinasi adsorpsi terdiri dari evaporator, dudukan adsorpsi
(silica atau zirconia) dan kondensor. Dudukan adsorpsi disuplai dengan air panas
atau pendingin sesuai kebutuhan. Air laut yang menguap di evaporator diserap
oleh dudukan dengan dipertahankan pada suhu rendah oleh sirkulasi air
pendingin. Uap air terperangkap di dudukan dipulihkan oleh sirkulasi air panas,
uap air terjebak di dalam dudukan dipulihkan oleh sirkulasi air panas, uap air yang
telah dipulihkan dikondensasikan dalam kondensor dan hasil kondensasi
berkualitas tinggi karena distilasi ganda. Untuk sistem dua dudukan, adsorpsi
berlangsung di satu dudukan dan Desorpsi berlangsung di dudukan lain secara
bersamaan (Wu dkk, 2010)
Fresh Water Brine Water Waste Washing Water Line
Brine Fresh Water
B A
Evaporator or Condenser Evaporator or
Condenser
Solar PV or Thermal Powered Compressor Unit
16
Kelebihan sistem desalinasi adsorpsi :
1. Laju produksi air bersih yang tinggi
2. Air bersih yang dihasilkan berkualitas tinggi karena melalui distilasi ganda
3. Air bersih tidak mungkin terkontaminasi oleh konsentrat garam
Kelemahan sistem desalinasi adsorpsi :
1. Konstruksi yang kompleks dan mahal karena memerlukan distilasi ganda
2. Perawatan sistem sulit
3. Masih menggunakan energi listrik (pompa) untuk mensirkulasikan air
[image:56.595.185.440.314.504.2]dingin dan air panas
Gambar 2.9. Sistem Desalinasi Adsorpsi
2.2.9 Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya
Dalam desalinasi RO (Reverse Osmosis) tenaga surya, energi mekanik
yang dihasilkan oleh aliran fluida organik secara langsung digunakan untuk
menjalankan unit RO dan pompa tekanan tinggi. Unit desalinasi RO surya thermal
adalah teknologi yang lebih menjanjikan, setiap perkembangan teknologi RO
akan berguna untuk mengembangkan teknologi RO berdasarkan sistem panas
matahari. Menggabungkan unit RO dengan siklus Rankine tenaga surya dapat
Brine Tank Ambient Temperatur Water Saline Water
V1 V2
Warm Water Out Warm Water Out
Cold water In Hot water In
Adsorption Process
Desorption Process BED 1 BED 2
V3 V4
Chilled Water Warm Water
Desalinated Water
Destillate Tank Condenser
17
memotong emisi CO2 dan mengakibatkan penghematan lingkungan dengan selisih
sedikit tambahan biaya modal (Salcedo dkk, 2012)
Kelebihan Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya Termal :
1. Adanya tangki penyimpan kalor yang dapat menyimpan energi termal
selama 24 jam
2. Proses pemanasan sangat cepat karena dibantu oleh boiler
3. Adanya kolektor surya dalam jumlah banyak dapat menyuplai baik energi
termal mauun energi listrik yang dibutuhkan sistem
Kelemahan Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya Termal :
1. Sistem membutuhkan daya listrik yang besar karena adanya boiler dan dua
pompa bertekanan tinggi
2. Perawatan sistem yang sulit
[image:57.595.127.500.334.620.2]3. Konstruksi kompleks dan mahal
Gambar 2.10. Unit Desalinasi Reverse Osmosis Bertenaga Siklus Rankine
Organik Surya
Saline Water Tank Saline Water
Condenser Solar Organic Rankine Cycle Organic Fluid
Turbine
High Pressure Pump
RO Module
Fresh Water Brine
Brine Tank Fresh Water Tank Heat Transfer Fluid
Thermal Energy Storage
Boiler
Solar Field
18
2.2.10 Elektrodialisis Tenaga Surya (ED)
Elektrodialisis (ED) adalah proses penghilangan garam dari air laut dan
unit ED terdiri dari sejumlah besar ruangan diisi dengan air laut dan dipisahkan
oleh membran pertukaran kation dan anion. Ketika polaritas DC diterapkan
melalui katoda dan anoda, ion negatif melewati membran pertukaran anion dan
ion positif melewati membran pertukaran kation dan ion-ion ini akan terakumulasi
dalam ruangan khusus dan dibuang sebagai konsentrat garam. Pembalikan
polaritas biasanya diikuti setiap 20 menit untuk mencegah pengendapan garam di
membran (Charcosset dkk, 2009)
Kelebihan Elektrodialisis :
1. Tidak adanya penggunaan kalor untuk pemanasan air laut, kolektor surya
disini digunakan untuk membangkitkan arus listrik DC
2. Tidak ada kemungkinan kontaminasi konsentrat garam ke air bersih
karena melalui banyak membran
3. Laju produksi air bersih tinggi
Kelemahan Elektrodialisis :
1. Membran sangat mahal
2. Membutuhkan energi listrik yang besar untuk disuplai pada pompa dan
unti elektrodialisis
[image:58.595.206.418.562.719.2]3. Perawatan sistem sulit dan mahal
Gambar 2.11. Prinsip Kerja Unit Elektrodialisis
Saline Water Tank Pump
Fresh Water Tank Brine Tank
Saline Water
Anode Cathode
CEM AEM CEM AEM
CEM AEM
- Cation Exchange Membrane
19
2.2.11 Distilasi Membran Tenaga Surya (MD)
Distilasi membran adalah proses pemisahan yang mana hanya uap yang
diperbolehkan untuk melewati poros membran hidrofobik. Pemisahan ini dapat
terjadi karena perbedaan tekanan uap antara permukaan membran. Ada empat
jenis proses distilasi membran yaitu membran distilasi celah udara, sweeping gas
distillation, membran distilasi kontak langsung dan membran distilasi vakum. Di
semua proses ini larutan panas umpan berkontak langsung dengan permukaan
membran (Qtaishat dkk, 2012). Penjelasan tentang keempat jenis proses distilasi
[image:59.595.125.543.296.660.2]membran dapat dilihat pada diagram berikut.
Gambar 2.12. Tipe Proses Distilasi Membran
Destilasi Membran Kontak Langsung
larutan umpan panas dan permeat
dingin akan berada dalam kontak langsung dengan membrane
kondensasi uap terjadi dalammodul
membran
panas hilang secara konduksi
Destilasi Membran Celah Udara
Kehadiran celah udara antara membran dan permukaan kondensat
kondensasi uap terjadi di dalam sel membran setelah melintasi celah
Pengurangan panas hilang secara konduksi
adanya udara meningkatkan resistensi perpindahan massa
Destilasi Membran gas Menyapu
gas menyapu digunakan untuk
menyapu uap di sisi membran permeat
kondensasi terjadi di luar modul
membrane
Pengurangan panas hilang secara
konduksi
perpindahan massa ditingkatkan
Destilasi Membran Vakum
vakum dibuat dalam sisi membran permeat
kondensasi terjadi di luar modul membran
kehilangan panas oleh konduksi diabaikan
20
Gambar 2.13. Unit distilasi membran bertenaga surya
2.2.12 Forward Osmosis (FO)
Forward Osmosis adalah sebuah proses di mana molekul air dari air laut
bergerak melalui membran semi permeabel terhadap larutan seimbang yang mana
umumnya pada konsentrasi yang lebih tinggi daripada larutan umpan. Utamanya
FO menggunakan gradien tekanan osmotik dan bukan gradien tekanan hidrolik
(Cath dkk, 2006).
Kelebihan Forward Osmosis :
1. Konstruksi sederhana
2. Perawatan mudah yaitu cukup dengan mengganti membran semi
permeabel
3. Laju produksi air bersih yang tinggi
Kelemahan Forward Osmosis :
1. Membran semi permeabel yang mahal
2. Kontaminasi konsentrat garam ke air bersih bergantung pada efektivitas
membran semi permeabel
3. Usia membran semi permeabel singkat
Saline Water Tank Pump
Distillate
Brine Membrane
Condensate Solar Collector Field
21
Gambar 2.14. Unit Forward Osmosis
2.2.13 Sistem Desalinasi Vakum Natural Tenaga Surya
Dalam sistem desalinasi, uap air bersih dapat diproduksi dari air laut pada
tekanan operasi yang rendah jika vakum telah disediakan oleh pompa vakum,
akan tetapi hal ini akan mengkonsumsi lebih banyak daya. Konsumsi energi listrik
dapat dikurangi atau ditiadakan dengan memvakumkan ruangan secara alami,
artinya dengan menggunakan gaya gravitasi yang diikuti oleh jatuhnya air
dibawah gravitasi sehingga membentuk vakum pada ketinggian 10,34 meter.
Gambar 2.15. Sistem Desalinasi Vakum Natural Tenaga Surya
Sea Water Tank
Fresh Water Tank Fresh Water
Solar Radiation
Draw Solution Brine Tank
Semi Permeable Membrane Sea Water
Condensate Brine
Saline Water
Saline Water Tank Solar Heating System
Evaporator
C o n d e n s e r
[image:61.595.129.498.508.721.2]22
2.3 Pemodelan Matematik Sistem
Pada subbab ini akan dijelaskan pemodelan matematis dari setiap
komponen yang ada dalam desalinasi sistem vakum. Pemodelan matematis yang
akan dibahas adalah pada evaporator, sumber panas (heat source), alat penukar
kalor tube in tube, dan kondensor. Pembahasan akan lebih sederhana apabila telah
ditetapkan beberapa asumsi, antara lain :
1. Kapasitas panas di evaporator dan kondensor diabaikan
2. Temperatur pada masing-masing komponen adalah seragam atau tidak ada
variasi temperatur di evaporator dan kondensor
3. Sumber panas
