EFEK NANO KARBON DARI ARANG BAMBU PADA UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS BAK

(1)

i

EFEK NANO KARBON DARI ARANG BAMBU PADA UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS BAK

TUGAS AKHIR

Untuk Memenuhi Salah Satu Persyaratan Memperoleh Gelar Sarjana Strata 1 (S1) Pada Jurusan Teknik Mesin

Universitas Sanata Dharma

Disusun oleh :

KALEB ERSA KURNIAWAN 185214063

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2022

(2)

ii

THE EFFECT OF BAMBOO CHARCOAL NANOCARBON ON THE PERFORMANCE OF BASIN-TYPE SOLAR STILL

FINAL PROJECT

Presented As Partial Fulfilment Of The Requirement To Obtain The Engineering Degree

In Mechanical Engineering

Disusun oleh :

KALEB ERSA KURNIAWAN 185214063

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2022

(3)

iii

(4)

iv

(5)

v

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul :

EFEK NANO KARBON DARI ARANG BAMBU PADA UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS BAK

Dibuat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Strata I, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Sejauh yang saya ketahui, penelitian ini bukan merupakan tiruan dari tugas akhir maupun penelitian yang sudah di publikasikan di Universitas Sanata Dharma atau di Perguruan Tinggi manapun, kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam Daftar Pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.

Yogyakarta, Jumat 7 Januari 2022 Penulis,

Kaleb Ersa Kurniawan 185214063

(6)

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma Yogyakarta :

Nama : Kaleb Ersa Kurniawan Nomor Mahasiswa : 185214063

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta karya ilmiah dengan judul :

EFEK NANO KARBON DARI ARANG BAMBU PADA UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS BAK

Dengan demikian, saya memberikan hak kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma Yogyakarta untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam bentuk pangkalan data, mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin kepada saya selama masih mencantumkan nama saya sebagai penulis. Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.

Yogyakarta, Jumat 7 Januari 2022 Penulis,

Kaleb Ersa Kurniawan 185214063

(7)

vii ABSTRAK

Air minum merupakan kebutuhan pokok sehari-hari masyarakat. Penyebab air yang tidak bersih dapat dari sumber yang tercemar oleh zat yang membahayakan. Salah satu solusi untuk masalah tersebut adalah distilasi air dengan energi surya. Keuntungan alat distilasi air energi surya adalah biaya yang murah dan perawatan yang mudah. Penggunaan alat distilasi bertujuan untuk memisahkan air kotor menjadi air bersih yang aman dikonsumsi oleh manusia. Cara kerjanya absorber menyerap panas matahari untuk menaikkan temperatur air yang ditampungnya agar dapat menguap sehingga terpisah dari kotoran dan zat yang berbahaya. Distilasi air jenis bak memiliki efisiensi yang rendah. Pada penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan efisiensi alat dengan melakukan perubahan pada absorber. Penelitian ini menggunakan alat distilasi jenis bak berukuran 30 cm x 33 cm dengan kaca penutup memiliki kemiringan 15⁰ dan interface absorber dari kayu dan alumunium. Penelitian dengan variasi nano karbon arang bambu 0 gram, 1 gram, 3 gram, dan 6 gram. Pengujian dilakukan di dalam ruangan dengan menggunakan lampu halogen sebagai simulator surya. Penelitian dilakukan selama dua jam untuk setiap pengujian yang dilakukan. Hasil tertinggi sebesar 98 ml dengan peningkatan sebesar 105% dibandingkan dengan jenis konvensional dengan 6 gram nano karbon arang bambu. Penggunaan 1 gram nano karbon arang bambu hanya mendapatkan 62 ml dan lebih sedikit 30% jika tanpa menggunakan nano karbon. Penggunaan nano karbon dapat memberikan pengaruh yang baik dan buruk pada kinerja alat distilasi.

Kata kunci : distilasi, efisiensi, interface, nano karbon, arang bambu

(8)

viii ABSTRACT

Drinking water is a basic daily need of the community. The cause of unclean water can be from sources that are polluted by harmful substances. One solution to this problem is the distillation of the water with solar energy. The advantages of solar energy water distillation equipment are low cost and easy maintenance. The use of a distillation tool aims to separate dirty water into clean water that is safe for human consumption. How it works absorber absorbs the sun's heat to raise the temperature of the water it holds so that it can evaporate so that it is separated from dirt and harmful substances. Basin-type solar still has low efficiency. This study aims to increase the efficiency of the tool by making changes to the absorber.

Using a Basin-type solar still unit measuring 30 cm x 33 cm with a cover glass having a slope of 15⁰ and an interface absorber of wood and aluminum. Research with variations of nanoparticles of bamboo charcoal 0 grams, 1 gram, 3 grams, and 6 grams. The test was carried out indoors using halogen lamps as a solar simulator. The study was conducted for two hours for each test performed. The highest yield was 98 ml with an increase of 105% compared to the conventional type with 6 grams of bamboo charcoal nanoparticles. The use of 1 gram of bamboo charcoal nanoparticles only gets 62 ml and 30% less if you don't use nanoparticles.

The use of nanoparticles can have a good or bad effect on the performance of the distillation unit.

Keywords : distillation, efficiency, interface absorber, nanocarbon, bamboo charcoal

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat-Nya sehingga dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Skripsi yang berujudul “Efek Nano Karbon Dari Arang Bambu pada Unjuk Kerja Distilasi Air Energi Surya Jenis Bak” Penulisan skripsi ini dilakukan karena menjadi salah satu syarat kelulusan dan memperoleh ijazah S1 Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma. Penyusunan Skripsi ini tidak lepas dari bimbingan dan bantuan berbagai pihak. Oleh karena itu penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :

1. Bapak Prof. Ir. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Dodi Purwadianto selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Bapak Ir. Fransiscus Asisi Rusdi Sambada, M.T. selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan bimbingan dan masukan sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah skripsi ini.

5. Bapak dan Ibu saya dirumah yang telah mendukung penulis sehingga dapat menyelesaikan studi dan tugas akhir ini.

6. Lembaga Domby Kids Hope yang mendukung serta membiayai penulis hingga akhir studi.

7. Seluruh teman kelas dan teman sebimbingan rekayasa energi surya 2 yang sudah berdinamika bersama.

8. Seluruh teman komsel UPN yang sudah mendukung penulis hingga dapat menyelesaikan tugas akhir.

9. Teman – teman saya (Gress, Cika, Farisa, Senny, Nath, Jela, Indra, Yoel, Ana, Eka) yang sudah mendukung penulis saat mengerjakan skripsi.

(10)

x

Penulis menyadari bahwa pada naskah skripsi ini masih jauh dari kata sempurna. Penulis memohon maaf apabila terdapat kesalahan dan kekurangan dalam penulisan dan penyusunan naskah skripsi ini, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan penyusunan skripsi ini. Semoga naskah ini dapat menambah informasi dan pengetahuan bagi pembaca dan berguna di bidang teknologi yang berkaitan.

Yogyakarta,07 Januari 2022

Penulis

(11)

xi DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

LEMBAR PERSETUJUAN ... iii

LEMBAR PENGESAHAN ... iv

LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi

ABSTRAK ... vii

ABSTRACT ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR TABEL... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

BAB I ... 1

PENDAHLUAN... 1

BAB II ... 4

TINJAUAN PUSATAKA ... 4

(12)

xii

BAB III ... 10

METODE PENELITIAN ... 10

BAB IV ... 15

HASIL DAN PEMBAHASAN ... 15

BAB V ... 29

KESIMPULAN DAN SARAN ... 29

DAFTAR PUSTAKA ... 30

LAMPIRAN ... 32

(13)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Data penelitian distilasi air energi surya jenis bak konvensional ... 15 Tabel 2 Data penelitian distilasi dengan interface absorber dan 0 gram nano

karbon arang bambu... 16 Tabel 3 Data penelitian distilasi dengan interface absorber dan 1 gram nano

karbon arang bambu... 17 Tabel 6 Data perhitungan distilasi air energi surya jenis bak konvensional ... 18 Tabel 7 Data perhitungan distilasi tanpa nano karbon arang bambu ... 18 Tabel 8 Data perhitungan distilasi dengan 1 gram nano karbon arang bambu .... 19 Tabel 9 Data perhitungan distilasi dengan 3 gram nano karbon arang bambu .... 19 Tabel 10 Data perhitungan distilasi dengan 6 gram nano karbon arang bambu .. 20 Tabel 11 Sifat air dan uap jenuh (Arismunandar, 1995) ... 34

(14)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Alat distilasi air energi surya jenis bak ... 10

Gambar 2 Skema alat distilasi jenis bak konvensional ... 10

Gambar 3 Skema alat distilasi dengan interface absorber ... 11

Gambar 4 Skema variasi kadar nano karbon arang bambu ... 11

Gambar 5 Efisiensi distilasi air jenis bak setiap variasi ... 20

Gambar 6 Hasil air distilasi jenis bak setiap variasi ... 22

Gambar 7 Temperatur air rata-rata distilasi air jenis bak setiap variasi ... 24

Gambar 8 Selisih temperatur absorber dan kaca setiap variasi ... 25

Gambar 9 Nilai qkonveksi distilasi ... 26

Gambar 10 Nilai quap distilasi... 27

Gambar 11 Variasi 1 gram nano karbon ... 32

Gambar 14 Bubuk nano karbon arang bambu... 32

Gambar 15 Foto absorber bagian bawah bagian bawah ... 32

Gambar 16 Foto permukaan absorber tanpa kertas bambu ... 32

Gambar 17 Foto alat distilasi tampak depan ... 33

Gambar 18 Foto alat distilasi dari samping... 33

Gambar 19 Foto alat distilasi bagian kelistrikan dan timer... 33

Gambar 20 Foto alat distilasi saat pengujian ... 33

Gambar 21 Sertifikat presenter seminar BIS 2021 ... 36

(15)

1 BAB I PENDAHLUAN Latar Belakang

Air minum merupakan kebutuhan pokok sehari-hari masyarakat. Air berperan memenuhi kebutuhan kebutuhan masyarakat dan mendukung aktivitas sehari-hari. Tanpa air aktivitas masyrakat pasti terganggu. Air yang di setiap daerah tidak selalu bersih dan layak dikonsumsi. Penyebab air yang tidak bersih dapat dari sumber yang tercemar oleh zat yang membahayakan. Salah satu solusi untuk masalah tersebut adalah distilasi air. Distilasi dapat diterapkan dengan memanfaatkan energi terbarukan yaitu energi surya.

Energi terbarukan terutama energi surya sangat berlimpah di Indonesia.

Indonesia adalah negara yang berada digaris khatulistiwa dimana mendapatkan pancaran sinar matahari 10 - 12 jam setiap harinya. Intensitas penyinaran matahari rata-rata 4,5 kWh per meter selama sehari dan matahari bersinar sekitar 2000 jam pertahun, hal ini menjadikan Indonesia tergolong negara yang kaya akan sumber energi matahari (Ima Rochimawati, 2019). Dengan memanfaatkan energi terbarukan ini akan membantu mengurangi polusi dan dapat menghemat energi yang didapatkan dari bahan bakar fosil.

Salah satu pemanfaatan energi surya adalah dengan alat distilasi air.

Keuntungan alat distilasi air energi surya adalah biaya yang murah dan perawatan yang mudah (Doddy Purwadianto et al., 2017). Selain itu distilasi air energi surya merupakan alat yang ramah lingkungan sehingga aman diterapkan dimana saja selama dapat dijangkau sinar matahari seperti di Indonesia. Distilasi energi surya sangat bergantung dengan cuaca dan kondisi alam. Cuaca sangat berpengaruh karena dapat menghambat kerja alat tersebut karena tidak menerima pasokan sinar matahari yang cukup. Efeknya air yang ditampung tidak dapat menguap dan tidak menghasilkan air bersih.

Penggunaan alat distilasi bertujuan untuk memisahkan air kotor menjadi air bersih yang aman dikonsumsi oleh manusia. Cara kerjanya absorber menyerap

(16)

2

panas matahari untuk menaikkan temperatur air yang ditampungnya agar dapat menguap sehingga terpisah dari kotoran dan zat yang berbahaya. Uap air nantinya akan menempel pada permukaan kaca penutup bagian dalam. Kaca penutup memiliki perbedaan temperatur karena terpapar langsung dengan udara sekitar. Hal ini berpengaruh menyebabkan uap air dapat mengembun. Air hasil pengembunan ini kemudian diteruskan ke penampung.

Kinerja alat distilasi dapat diukur dari hasil air bersih yang dihasilkan.

Beberapa faktor mempengaruhi proses distilasi seperti suhu lingkungan kelembapan udara, radiasi matahari. Namun faktor perancangan alat dapat kita ubah sesuai yang diinginkan agar memaksimalkan hasil distilasinya. Dua komponen yang mempengaruhi kinerja distilasi adalah absorber dan kaca penutup.

Pada penelitian ini menggunakan distilasi air energi surya jenis bak.

Distilasi air jenis bak ini memiliki efisiensi yang rendah. Penelitian ini bertujuan untuk meningkatkan efisiensi alat dengan melakukan perubahan pada absorber.

Interface absorber yang digunakan pada penelitian ini dibuat dari kayu dan alumunium. Selain itu, interface absorber dilengkapi dengan sumbu-sumbu untuk menaikkan air yang berada di bawah absorber menuju ke permukaan absorber.

Pada permukaan absorber ditambah kertas bambu sebagai tempat menampung air. Penelitian ini juga menggunakan variasi kadar nano karbon yang diletakkan pada kertas bambu. Nano karbon dari arang bambu dipilih karena terbuat dari bahan sintesis yang ramah lingkungan. Selain itu mencoba inovasi baru Kemudian digabungkan dengan teknologi distilasi air energi surya jenis bak.

1.2 Identifikasi Masalah

Berdasarkan latar belakang diatas terdapat masalah alat distilasi air energi surya jenis bak memiliki efisiensi rendah. Efisiensi yang rendah dapat dipengaruhi oleh proses penguapan dan pengembunan air distilasi yang lambat. Interface absorber dari kayu dan alumunium digunakan pada penelitian ini. Selain itu, pada bagian absorber diberi variasi kadar nano karbon dari arang bambu. Nano karbon diletakkan pada kertas bambu yang berada di permukaan absorber. Nano karbon

(17)

3

digunakan supaya dapat menambah luasan permukaan serta diharapkan dapat meningkatkan absortivitas panas yang mendukung kinerja alat distilasi.

1.3 Rumusan Masalah

Pada penelitian ini dirumuskan beberapa masalah diantaranya : 1. Efek interface absorber kayu dan alumunium.

2. Efek kadar nano karbon arang bambu yang digunakan.

Batasan Masalah

Pada penelitian ini dirumuskan beberapa batasan masalah diantaranya : 1. Temperatur kaca dianggap merata.

2. Temperatur air dalam bak dianggap merata.

3. Proses tidak dipengaruhi kelembapan udara sekitar.

Tujuan Penelitian

Pada penelitan ini memiliki tujuan, diantaranya :

1. Mengetahui efek interface absorber terhadap efisiensi dan efektivitas alat distilasi.

2. Mengetahui efek variasi kadar nano karbon arang bambu.

Manfaat Penelitian

Pada penelitian memiliki manfaat yang dapat diperoleh, diantaranya :

1. Menambah literatur tentang penggunaan nano karbon arang bambu pada distiliasi air energi surya jenis bak.

2. Hasil penelitian dapat sebagai referensi untuk mengembangkan teknologi distilasi.

(18)

4 BAB II

TINJAUAN PUSATAKA Penelitian yang Pernah Dilakukan

Abyar telah melakukan penelitian dengan menggunakan dua macam distilasi air energi surya DB-ISWD (double basin-inclined solar water distillation) dan SB-ISWD (single basin-inclined solar water distillation) (Aybar et al., 2016).

Pada distilasi satu bak mirip dengan jenis konvensional memiliki absorber dari alumunium. Jenis DB-ISWD memiliki dua bak, yang pertama absorber dengan kaca transparan yang kedua absorber dengan bahan alumunium. Pada penelitian ini menggunakan sumbu-sumbu dari bulu domba hitam diletakkan pada absorber alumunium saja kemudian dibandingkan dengan kedua jenis alat distilasi tanpa diberi tambahan material lain. Hasil tes pertama tanpa menggunakan tambahan material apapun didapatkan hasil rata-rata air distilasi per jam untuk SB-ISWD dan DB-ISWD sebesar 83,7 dan 140,8 ml / jam dengan efisiensi 10,40% dan 22,16%.

Kemudian tes kedua menggunakan tambahan bulu domba hitam didapatkan hasil rata-rata air distilasi per jam untuk SB-ISWD dan DB-ISWD sebesar 166,4 dan 222,18 ml / jam dengan efisiensi 29,44 dan 39,07%.

Astawa telah melakukan distilasi air laut menggunakan penyerap berbahan dasar beton dengan 3 tipe (Astawa et al., 2012). Penelitian tersebut menggunakan penyerap panas tipe datar, tipe gelombang dan tipe gelombang yang dilapisi batu kerikil. Pengujian dilakukan selama 9 jam dari pukul 08.00 hingga 17.00 WITA.

Efisiensi tertinggi didapatkan oleh plat penyerap tipe gelombang sebesar 12,55%

dengan produk air tawar sebanyak 1173 gram, kemudian 11,33 % dan 1173 air tawar oleh plat penyerap tipe gelombang dengan batu kerikil. Plat penyerap tipe datar mendapatkan 8,48% dan air tawar sebanyak 665 gram. Kinerja alat distilasi air laut energi surya dipengaruhi oleh luasan dari plat penyerap panas dan intensitas matahari.

Arjunan telah melakukan distilasi air laut dengan menggunakan kerikil pada distilasi jenis bak (Arjunan et al., 2017). Kerikil digunakan sebagai upaya

(19)

5

meningkatkan penyerapan panas, dan dijadikan material penyimpan panas.

penelitian menggunakan bak distilasi berukuran 0,5 m² dan kaca penutup dengan kemiringan 100. Penelitian dibandingkan dengan jenis konvensional didapatkan peningkatan produktivitas 9,5% dan menghasilkan 1,5 kg/hari.

Landasan Teori

Distilasi adalah proses penyulingan air agar air terpisah dengan kotoran atau zat kimia yang terkandung di dalamnya. Distilasi energi surya bekerja dari energi yang didapatkan dari panas matahari. Distilasi air energi surya bekerja dengan tahapan pemanasan, penguapan dan pengembunan. Air yang ada pada bak dipanaskan dengan absorber yang sudah menyimpan energi panas, sehingga air dapat menguap dan terpisah dari polutan maupun zat yang berbahaya. Uap air yang memiliki massa jenis lebih rendah dapat terangkat dan menempel pada kaca bagian dalam. Proses pengembunan pada distilasi dapat terjadi akibat perbedaan temperatur kaca bagian dalam dan luar. Pada bagian dalam kaca bersentuhan dengan uap air akibat pemanasan dan bagian luar kaca bersentuhan langsung dengan udara sekitar. Air yang mengembun akan mengalir ke arah talang kemudian ditampung, air dapat mengalir akibat desain kaca yang digunakan dibuat miring.

Distilasi air energi surya dapat bekerja dengan energi panas yang diterima dari pancaran radiasi matahari. Distilasi surya mengalami dua perpindahan energi panas yang paling berpengaruh yaitu radiasi dan konveksi. Proses perpindahan panas radiasi ditujukan pada saat absorber menerima pancaran radiasi. Absorber menyerap panas untuk memanaskan air yang ditampungnya. Perpindahan panas konveksi dialami saat absorber bersentuhan langsung dengan air kotor, begitu juga permukaan kaca bagian dalam dengan uap air, dan permukaan kaca bagian luar dengan udara sekitar.

Pada distilasi air energi surya jenis bak panas memiliki dua komponen yang mempunyai peranan penting yaitu kaca penutup dan absorber. Absorber berfungsi menyerap energi surya untuk menguapkan air sehingga terpisah dari kotoran dan

(20)

6

zat berbahaya. Penutup distilasi berfungsi untuk tempat mengembun uap air (Ketut Puja & Rusdi Sambada, 2012).

Absorber yang digunakan pada penelitian ini adalah absorber interface yang terbuat dari kayu dan alumunium yang dicat hitam untuk meningkatkan absorptivitas panas. Kayu digunakan sebagai isolator panas, untuk mengurangi kerugian panas yang disebabkan oleh air di bawahnya. Pada bagian permukaaan yang menggunakan alumunium juga diberikan tiga lapis kertas bambu untuk menyimpan dan membuat lapisan yang merata menutupi absorber agar mempercepat proses penguapan (Aybar et al., 2016). Proses penguapan dan pemanasan diharapkan maksimal akibat lapisan air merata menutupi permukaan absorber. Absorber ini juga dilengkapi dengan sumbu-sumbu yang berfungsi untuk menaikkan air yang ada berada di bawah absorber menuju ke permukaan absosrber.

Sumbu-sumbu pada interface absorber terbuat dari kertas bambu yang dilapisi kain hitam. Penggunaan kertas bambu dipilih karena memiliki pori-pori yang kecil. Kapilaritas terjadi pada proses berpindahnya air melalui sumbu hingga berada di permukaan absorber. Kapilaritas adalah peristiwa zat cair meresap melalui celah celah sempit (Asrori et al., 2021). Kapilaritas terjadi akibat adanya gaya kohesi dan adhesi antar molekul. Gaya Adhesi adalah gaya tarik-menarik yang terjadi antara partikel-partikel yang tidak sejenis. Kohesi adalah gaya tarik-menarik antara partikel-partikel yang sejenis. Jika gaya kohesi lebih kecil dari pada adhesi maka zat cair akan merambat naik dan sebaliknya jika lebih besar maka zat cair akan turun. Kecepatan mengalirnya air dalam bak ke sumbu absorber sangat ditentukan oleh sifat kapilaritas bahan, seperti serat bahan dan ketinggian permukaan air dalam bak.

Nano karbon adalah suatu suatu partikel yang sangat kecil yang berukuran 1 sampai 1000 nm. Pada dunia industri karbon nano dapat dimanfaatkan diantaranya sebagai media filtrasi air minum, penyaringan limbah, dan pemurnian udara (Hakim, 2018). Nano karbon yang digunakan dipat menambah luasan namun tidak semuanya dapat terpapar radiasi lampu dikarenakan ada yang tertutup oleh kertas bambu seperti pada Gambar 4. Nano karbon digunakan pada penelitian

(21)

7

karena dapat memberikan kepekatan warna hitam gelap pada kertas bambu serta meningkatkan luasan kontak penyerapan panas. Panas berguna untuk menguapkan air agar cepat memproduksi air bersih. Nanopartikel yang berbahan logam dapat meningkatkan kinerja alat distilasi dengan meningkatnya absorptivitas panas (El- Ghetany et al., 2021). Namun pada penelitian ini mencoba menggunakan nano karbon dari bahan sintetis alami yaitu bambu.

Tujuan penggunaan kertas bambu tiga lapis pada absorber agar mendapatkan suatu lapisan air pada atas absorber agar panas pada absorber dapat digunakan secara merata dan meningkatkan hasil uap air. Ketika uap air yang dihasilkan semakin banyak maka menyebabkan tekanan parsial uap yang membesar, sehingga pengembunan cepat terjadi.

Upaya peningkatan efisiensi dilaksanakan karena merupakan tujuan penelitian distilasi air energi surya. Distilasi pada penelitian ini menggunakan tambahan nano karbon arang bambu yang diletakkan pada permukaan absorber untuk meningkatkan absorptivitas panas. Absorptivitas panas dapat meningkat akibat warna dari nano karbon arang bambu yang digunakan.

Persamaan yang digunakan :

Efisiensi distilasi air energi surya di tinjau dapat ditinjau dari jumlah energi panas yang digunakan untuk menguapkan air dengan jumlah radiasi yang diterima (Arismunandar, 1995). Selama proses distilasi berlangsung uap air akan dikumpulkan pada suatu tempat, kemudian dihitung menggunakan persamaan sebagai berikut :

𝑚 =

^𝑞^𝑢𝑎𝑝^{× 𝐴 × 𝑡}

ℎ_𝑓𝑔 (1)

𝜂 = ^{𝑚 × ℎ}^𝑓𝑔

𝐴 × 𝐺 × 𝑡 × 100 % (2)

𝑚 adalah hasil distilasi (kg), hfg adalah panas laten air (J/kg,), sedangkan A adalah luas permukaan plat absorber (m²), G adalah total radiasi yang diterima (W/m²),

(22)

8

dan dt adalah waktu pemanasan air (detik).

𝑞_{𝑘𝑜𝑛𝑣} = ℎ_{𝑘𝑜𝑛𝑣} × (𝑇_𝑤− 𝑇_𝑔) (3) Perpindahan kalor konveksi juga dialami oleh distilasi air tenaga surya karena air merupakan fluida yang berperan sebagai media perpindahan panas. Tw

adalah temperatur air (K), Tg adalah temperatur kaca penutup (K), didapatkan dari selisih Tw dan Tg atau ∆T (℃). perhitungan koefsien konveksi (h) dengan persamaan berikut :

ℎ_{𝑘𝑜𝑛𝑣} = 88,84 × 10⁻³(𝑇_𝑤− 𝑇_𝑔 ^𝑃^𝑤^−𝑃^𝑔

268,9 × 10⁻³−𝑃_𝑤 𝑥 𝑇_𝑤)¹³ (4) Koefisien konveksi (W/m².℃). Pw adalah tekanan parsial uap pada temperatur air pada absorber, Pg adalah tekanan uap pada temperatur kaca (N/m²).

Penguapan terjadi akibat perpindahan panas yang menyebabkan ikatan molekul air melemah sehingga saling terlepas. Temperatur air naik akibat plat absorber bersentuhan langsung dengan air, sehingga air dapat dipanaskan dan menguap. Uap air naik kemudian menempel pada bagian permukaan dalam dapat dihitung menggunakan persamaan Darcy Weisbach :

𝑞_𝑢𝑎𝑝= 𝑚 𝑥

ℎ

_𝑓𝑔 (5) quap adalah laju pernguapan air yang naik ke permukaan penutup bagian dalam (W/m²). Laju perpindahan panas dengan cara konveksi juga terjadi karena air termasuk fluida. Tekanan terjadi saat penguapan, Pc adalah tekanan parsial udara (Pa). Tw adalah temperatur absorber (K), Tg adalah temperatur kaca penutup (K).

𝑞_𝑟𝑎𝑑 = σε_𝑤(𝑇_𝑤⁴ − 𝑇_𝑔⁴ ) (6) qradiasi adalah energi yang terbuang dari absorber ke kaca (W/m²), σ adalah konstanta Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 W/(m².K⁴) dengan εw adalah nilai emisivitas air.

(23)

9 Kerangka Penelitian

Pada penelitian ini distilasi air energi surya jenis bak menggunakan absorber interface dari kayu dan alumunium tebal 3 mm serta dilengkapi sumbu- sumbu berbahan kertas bambu yang dilapisi kain hitam. Penggunaan kertas tiga lapis pada distilasi ini untuk upaya membuat lapisan air yang menutupi permukaan absorber untuk memaksimalkan penguapan dari panas yang ada pada absorber.

Dengan menggunakan interface absorber dapat meminimalkan air yang akan dipanaskan sehingga proses penguapan dapat terjadi lebih cepat. Selain itu interface absorber juga berguna untuk isolator panas agar tidak terserap oleh air yang berada di dalam bak. Kemudian menggunakan variasi nano karbon arang bambu untuk meningkatkan absorptivitas panas absorber karena memberi warna pekat dan gelap.

Hasil distilasi air energi surya jenis bak dengan absorber interface dan nano karbon dibandingkan dengan distilasi air jenis konvensional. Efisiensi alat dapat ditinjau dari karakteristik kinerja jenis distilasi dan banyak air bersih yang dihasilkan.

Hipotesis

Pada penelitian ini terdapat beberapa hipotesis, antara lain :

1. Penambahan nano karbon arang bambu akan meningkatkan penyerapan panas, sehingga meningkatkan laju pembentukan uap air sehingga dapat meningkatkan produksi uap air.

2. Efisiensi meningkat dengan modifikasi absorber dan pemberian nano karbon arang bambu.

(24)

10 BAB III

METODE PENELITIAN Skema dan spesifikasi alat

Alat yang digunakan pada penelitian ini adalah distilasi air energi surya jenis bak. Bak air distilasi dan dindingnya terbuat dari kayu tebal 2 cm dengan ukuran 35 cm x 32 cm. Sedangkan ukuran dalam bak 33 cm x 30 cm setiap sisi bak distilasi dilapisi dengan cat hitam yang berfungsi sebagai isolator. Penutup distilasi terbuat dari kaca tebal 3 mm dengan kemiringan 15^⁰. Alat ini ditopang dengan kayu multiplek dan rangka dari besi L. Skema alat serta distilasi ditunjukkan pada Gambar 1.

Gambar 1 Alat distilasi air energi surya jenis bak

Gambar 2 Skema alat distilasi jenis bak konvensional

Meja (kayu)

Rangka (Besi) Interface

Absorber Bak Distilasi

(25)

11

Pengujian pertama menggunakan alat distilasi jenis konvensional. Jenis konvensional adalah alat distilasi yang tidak dimodifikasi. Seperti yang ditunjukkan pada gambar 2.

Gambar 3 Skema alat distilasi dengan interface absorber

Gambar 3 adalah skema alat distilasi yang sudah dimodifikasi dengan interface absorber serta nano karbon. Interface absorber dibuat dari bahan kayu tebal 18 mm dan alumunium yang diberi cat hitam tebal 2 mm sebagai absorber.

Penggunaan kayu sebagai isolator panas absorber agar mengurangi rugi-rugi panas oleh air yang berada di dalam bak. Pada absorber ini diberi 42 lubang dengan diameter 10 mm sebagai tempat sumbu. Sumbu terbuat dari kertas bambu yang dilapisi dengan kain hitam. Sumbu digunakan untuk menaikkan air dari bak agar membasahi permukaan absorber dengan proses kapilaritas. Pada permukaan interface absorber menggunakan kertas bambu tiga lapis dengan total ketebalan 0,225 mm. Kertas bambu ini berfungsi sebagai tempat penyerapan serta menampung air untuk dipanaskan oleh absorber.

Gambar 4 Skema variasi kadar nano karbon arang bambu

Absorber (Aluminium) Nano karbon

Kertas bambu

(26)

12

Pada penelitian ini menggunakan nano karbon dari arang bambu sebagai upaya peningkatan hasil distilasi. Nano karbon arang bambu yang digunakan untuk upaya meningkatkan absorptivitas karena dapat memberi warna gelap yang pekat serta dapat menambah luasan absorber akibat partikel-partikel kecil yang banyak seperti pada gambar 4.

Pada penelitian ini distilasi air dengan energi surya jenis bak dilakukan di dalam ruangan. Pengambilan data tidak bisa dilakukan di bawah sinar matahari langsung karena di Provinsi Yogyakarta sudah memasuki musim penghujan dan akan menghambat hasil. Penelitian dilakukan di dalam ruangan dengan menggunakan dua lampu pemanas halogen sebagai simulator energi surya.

Pengambilan data dalam penelitian ini dilakukan selama 2 jam untuk setiap variasi.

Parameter yang Divariasikan

Pada penelitian ini menggunakan beberapa variasi parameter yaitu :

1. Penggunaan jenis absorber berbahan kayu dan alumunium dengan ketebalan kertas bambu tiga lapis 0,225 mm.

2. Variasi nano karbon arang bambu yang digunakan, sebanyak 0 gram,1 gram, 3 gram dan 6 gram.

Peralatan pendukung penelitian

Pada penelitian ini, digunakan beberapa peralatan pendukung guna mempermudah pengambilan data, sebagai berikut :

1. Dallas semiconductor temperatur sensors (TDS), untuk merekam dan memantau temperatur proses distilasi.

2. Etape Liquid Sensor level, digunakan untuk mengukur pertambahan ketinggian air hasil distilasi dalam wadah penampung

3. Mikrokontroler Arduino, adalah aplikasi yang digunakan untuk memantau data dari sensor yang dipasang di alat distilasi.

(27)

13

4. Solarmeter, untuk mengukur bersar intensitas radiasi yang diterima oleh alat distilasi.

Pada penelitian ini penulis akan menganilisis pengaruh dari modifikasi absorber pada distilasi air energi surya jenis bak, analisis yang dilakukan sebagai berikut :

1. Menganalisis pengaruh interface absorber tanpa nano material terhadap peningkatan efisiensi.

2. Menganalis pengaruh kadar nano karbon yang diberikan pada absorber terhadap efisiensi.

Parameter yang Diukur

Pada penelitian ini, terdapat beberapa variable yang diukur, diantaranya : 1. Temperatur absorber, Tw (⁰C)

2. Temperatur kaca penutup, Tg (⁰C)

3. Jumlah energi radiasi yang datang. G (W/m²) 4. Lama waktu pengambilan data, t (menit) 5. Massa air yang dihasilkan, m (kg)

Langkah Penelitian

Proses penelitian ini dengan pembuatan alat distilasi, melakukan pengambilan data hingga analisis data. Berikut langkah-langkah penelitian yang dilakukan :

1. Mempersiapkan alat distilasi beserta dengan peralatan pendukung 2. Menguji alat distilasi berserta alat pendukung yang digunakan 3. Melakukan pengambilan data untuk distilasi bak jenis konvensional 4. Melakukan pengujian sesuai dengan variasi yang ditentukan.

5. Pengambilan data dilakukan selama 2 jam untuk setiap percobaan distilasi 6. Mencatat data sesuai dengan parameter yang diukur untuk setiap

percobaan distilasi

(28)

14

7. Proses rekam data dan pencatatan data dilakukan setiap 11 detik selama dua jam dalam temperatur ruangan. Data yang dicatat sesuai dengan parameter yang di ukur sesuai sub bab 3.4

(29)

15 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN Data Penelitian

Berikut adalah data penelitian yang dilakukan di dalam ruangan dengan menggunakan lampu pemanas sebagai simulator surya. Lampu memiliki daya listrik sebesar 1000 watt. Pengujian dilakukan selama 2 jam untuk setiap variasi.

Nilai G berasal dari lampu yang digunakan dianggap konstan untuk setiap pengujian sebesar 750 (W/m²). Pengujian dengan menggunakan interface absorber dan variasi banyak nano karbon yang digunakan. Data dicatat oleh sensor setiap 11 detik selama pengambilan data. Data dihitung dengan aplikasi Microsoft Excel dengan rata-rata 10 menit untuk lebih ringkas dan mempermudah dalam pengolahan data.

Tabel 1 Data penelitian distilasi air energi surya jenis bak konvensional Menit

Ke

Temperatur Absorber (⁰C)

Temperatur Kaca (⁰C)

Temperatur Air (⁰C)

Hasil (ml)

10 29,20 33,34 28,79 0,00

20 34,29 36,27 33,75 0,00

30 39,23 37,44 38,74 0,00

40 43,75 38,36 43,29 0,00

50 47,73 39,01 47,33 0,00

60 51,23 40,02 50,87 0,00

70 54,31 40,61 53,94 0,00

80 56,94 40,96 56,60 0,00

90 59,21 41,60 58,86 4,35

100 61,15 42,14 60,76 20,39

110 62,80 42,56 62,38 35,43

120 63,99 43,00 63,57 47,01

(30)

16

Tabel 2 Data penelitian distilasi dengan interface absorber dan 0 gram nano karbon arang bambu

Menit Ke

Hasil (ml)

10 43,03 35,08 27,53 0,00

20 53,13 40,45 27,85 0,00

30 57,71 42,04 28,43 0,00

40 60,82 42,92 29,29 0,00

50 62,95 43,56 30,33 7,52

60 64,35 43,80 31,48 19,41

70 65,36 44,06 32,65 32,23

80 66,21 44,67 33,81 43,34

90 66,83 44,98 34,96 55,65

100 67,23 45,08 36,03 67,11

110 67,61 45,53 37,09 79,14

120 67,83 45,74 37,93 89,0

Menit Ke

Hasil (ml)

10 37,8 33,2 25,3 0,1

20 48,0 38,6 25,5 0,8

30 53,0 40,6 26,0 0,8

40 56,2 41,9 26,8 0,8

50 58,6 42,8 27,8 0,8

60 60,6 43,4 29,0 0,8

70 62,2 44,1 30,1 0,8

80 63,4 44,5 31,3 0,8

90 64,5 44,7 32,5 14,7

100 65,2 44,9 33,7 18,7

110 65,8 45,4 34,9 31,7

120 66,2 45,5 35,8 62,0

(31)

17

Menit Ke

Hasil (ml)

10 40,8 25,8 34,7 0,00

20 52,7 25,8 40,4 0,00

30 57,9 26,4 43,0 0,00

40 61,4 27,5 44,6 1,08

50 63,9 28,7 45,8 5,04

60 66,0 29,9 46,6 12,97

70 67,5 31,2 47,3 24,06

80 68,6 32,4 47,9 37,23

90 69,4 33,7 48,1 47,45

100 70,0 35,0 48,6 66,64

110 70,4 36,3 48,8 79,74

120 70,7 37,3 49,0 91,00

Menit Ke

Hasil (ml)

10 42,5 27,1 35,8 0,0

20 53,8 27,3 40,9 0,0

30 58,9 27,8 42,6 0,5

40 62,4 28,6 43,6 2,5

50 64,8 29,7 44,4 12,2

60 66,5 30,9 45,1 23,5

70 67,8 32,2 45,5 35,0

80 68,7 33,5 45,7 46,9

90 69,4 34,8 45,8 58,8

100 69,9 36,0 46,0 71,1

110 70,2 37,2 46,0 84,7

120 70,5 38,2 46,1 98,0

(32)

18 Hasil Pengolahan Penelitian

Tabel 6 Data perhitungan distilasi air energi surya jenis bak konvensional

Menit ΔT Pw Pc quap qkonv quap hfg md η

⁰C Pascal W/m² kJ/kg kg/m² %

10 -4,14 4033,6 4918,9 0,0 0,00 -23,86 2432,2 0,00 0%

20 -1,98 5156,6 5698,1 0,0 0,00 -11,84 2419,8 0,00 0%

30 1,79 6642,9 6050,9 0,0 0,00 11,07 2407,8 0,00 0%

40 5,39 8436,4 6346,3 0,0 0,00 34,12 2396,9 0,00 0%

50 8,72 10433,7 6565,8 0,0 0,00 56,44 2387,2 0,00 0%

60 11,21 12558,2 6922,6 0,0 0,00 74,14 2378,7 0,00 0%

70 13,70 14746,2 7141,0 0,0 0,00 92,20 2371,2 0,00 0%

80 15,98 16874,6 7277,1 0,0 0,00 109,06 2364,8 0,00 0%

90 17,62 18914,9 7525,5 19,2 1,82 121,89 2359,3 0,04 2%

100 19,01 20812,6 7746,3 80,8 7,23 133,06 2354,6 0,21 11%

110 20,24 22550,5 7921,1 127,4 10,84 143,06 2350,6 0,36 17%

120 20,99 23873,3 8107,7 154,8 12,67 149,50 2347,7 0,47 20%

Tabel 7 Data perhitungan distilasi tanpa nano karbon arang bambu

⁰C Pascal W/m² kJ/kg kg/m² %

10 8,0 8119,29 5363,82 0,00 0,00 49,3 2398,61 0,00 0%

20 12,7 13868,81 7080,74 0,00 0,00 84,7 2374,09 0,00 0%

30 15,7 17538,32 7705,98 0,00 0,00 107,7 2362,97 0,00 0%

40 17,9 20478,43 8075,01 0,00 0,00 125,4 2355,40 0,00 0%

50 19,4 22706,13 8352,46 59,51 4,94 137,6 2350,24 0,08 8%

60 20,6 24284,67 8460,54 127,84 10,21 146,9 2346,83 0,12 17%

70 21,3 25470,09 8580,28 181,72 14,09 153,2 2344,38 0,13 24%

80 21,5 26496,14 8860,79 213,65 16,04 155,9 2342,33 0,11 28%

90 21,8 27271,25 9012,03 243,68 17,92 158,8 2340,82 0,12 32%

100 22,1 27782,51 9061,58 264,37 19,22 161,4 2339,84 0,12 35%

110 22,1 28278,01 9277,98 283,27 20,24 161,5 2338,91 0,12 37%

120 22,1 28561,55 9382,63 292,00 20,67 161,9 2338,38 0,10 38%

(33)

19

Tabel 8 Data perhitungan distilasi dengan 1 gram nano karbon arang bambu

⁰C Pascal W/m² kJ/kg Kg/m² %

10 4,5 6159,38 4895,20 2,34 0,52 27,25 2411,35 0,00 0%

20 9,5 10608,71 6414,53 16,16 2,24 61,32 2386,44 0,01 2%

30 12,4 13743,65 7130,96 10,72 1,23 82,71 2374,51 0,01 1%

40 14,4 16272,88 7636,88 8,01 0,82 98,04 2366,56 0,01 1%

50 15,8 18366,97 8030,99 6,40 0,60 109,65 2360,74 0,01 1%

60 17,2 20281,83 8291,06 5,32 0,47 120,84 2355,88 0,01 1%

70 18,0 21865,42 8617,15 4,55 0,38 127,91 2352,14 0,01 1%

80 18,9 23217,94 8783,00 3,98 0,32 135,21 2349,11 0,01 1%

110 20,4 25954,71 9216,26 113,71 8,50 147,79 2343,40 0,32 15%

120 20,7 26543,18 9264,72 203,92 15,05 150,96 2342,23 0,63 27%

10 15,0 7213,82 3448,95 -0,04 -0,01 88,44 2404,02 0,00 0%

20 26,9 13575,16 3464,07 -0,02 0,00 167,55 2375,09 0,00 0%

30 31,5 17732,53 3553,01 -0,01 0,00 202,14 2362,44 0,00 0%

40 33,9 21027,12 3725,20 10,75 1,29 222,22 2354,09 0,01 1%

50 35,3 23814,85 3936,43 39,86 4,35 235,44 2347,82 0,05 5%

60 36,1 26238,00 4167,88 85,26 8,57 244,71 2342,84 0,13 11%

70 36,4 28150,61 4425,03 135,38 12,75 249,65 2339,15 0,24 18%

80 36,2 29618,96 4707,32 183,04 16,34 251,25 2336,45 0,38 24%

90 35,7 30679,74 5018,74 207,22 17,70 249,96 2334,56 0,48 27%

100 35,0 31497,52 5348,16 261,76 21,51 247,22 2333,14 0,67 34%

110 34,1 32062,59 5694,25 284,61 22,64 243,07 2332,18 0,81 37%

120 33,4 32456,74 6000,75 297,66 23,08 239,13 2331,51 0,92 39%

(34)

20

Pembahasan

Data perhitungan distilasi disajikan di dalam grafik untuk mempermudah pembahasan. Penggunaan interface absorber dan nano karbon yang digunakan mempunyai pengaruh pada kinerja alat distilasi. Pada subbab ini akan membahas tentang efisiensi, hasil air distilasi, pengaruh selisih temperatur absorber dan kaca, dan temperatur air.

4.3.1 Efisiensi

Gambar 5 Efisiensi distilasi air jenis bak setiap variasi

10 15,4 7898,53 2399,87 -0,06 -0,01 -0,06 2399,87 0,00 0%

20 26,5 14386,24 2372,38 -0,03 0,00 -0,03 2372,38 0,00 0%

30 31,2 18643,42 2360,01 7,16 0,92 7,16 2360,01 0,01 1%

40 33,8 22122,11 2351,55 25,20 2,88 25,20 2351,55 0,03 3%

50 35,1 24840,33 2345,67 96,33 10,04 96,33 2345,67 0,12 13%

60 35,6 26912,18 2341,51 154,66 15,03 154,66 2341,51 0,24 20%

70 35,6 28534,16 2338,43 196,65 18,03 196,65 2338,43 0,35 26%

80 35,2 29745,45 2336,22 230,48 20,13 230,48 2336,22 0,47 30%

90 34,7 30729,20 2334,48 256,62 21,48 256,62 2334,48 0,59 34%

100 33,9 31396,74 2333,32 279,40 22,58 279,40 2333,32 0,72 37%

110 33,0 31858,53 2332,53 302,35 23,71 302,35 2332,53 0,86 40%

120 32,3 32172,41 2331,99 320,61 24,56 320,61 2331,99 0,99 42%

(35)

21

Pada Gambar 5 hanya jenis konvensional yang tidak menggunakan interface absorber. Pada penelitian ini didapatkan jenis konvensional mempunyai efisiensi yang paling rendah sebesar 20%. Penggunaan interface absorber tanpa nano karbon menghasilkan efisiensi sebesar 38%. Dari Gambar 5 membuktikan penggunaan interface absorber dapat meningkatkan efisiensi alat, peningkatan sebesar 25% jika dibandingkan dengan jenis konvensional.

Penggunaan interface absorber kayu dan alumunium meningkatkan laju penguapan.Interface absorber dapat menampung dan memanaskan sedikit air yang berada dipermukaan yang berada di kertas bambu. Dengan minimalnya massa air yang terpanasi pada absorber ini, proses penguapan menjadi lebih efektif dan efisien (Sambada & Ananta, 2020). Proses penguapan pada interface absorber yang cepat dapat menyebabkan kekosongan atau kekeringan pada kertas bambu yang dipakai. Karena tidak ada air yang dapat dipanaskan, karena kering maka tidak ada uap yang dihasilkan.

Kekeringan disebabkan karena jumlah air pada kertas bambu yang menguap lebih banyak dibandingkan jumlah massa air yang mengalir ke permukaan absorber (D Purwadianto et al., 2017). Kekeringan ini berhubungan dengan kapilaritas bahan yang dipakai. Material yang memiliki kapilaritas yang baik dapat mengalirkan air secara konsisten.

Variasi 1 gram arang bambu mendapatkan efisiensi sebesar 27%, memiliki selisih sebesar 11% jika dibandingkan variasi tanpa nano karbon. Penggunaan 1 gram arang bambu menghasilkan hasil dan efisiensi yang rendah. Penggunaan nano karbon yang sedikit, tidak efektif meningkatkan absorptivitas panas karena warna yang dihasilkan tidak pekat dan nano karbon yang dipakai menghambat proses kapilaritas air. Air yang berada dalam bak terhambat sehingga tidak konsisten untuk mengisi kekosongan yang pada kertas bambu diatas absorber. Absorptivitas panas yang rendah mengakibatkan air sulit menguap dan tidak menghasilkan air bersih yang banyak.

(36)

22

Efisiensi tertinggi sebesar 42% dihasilkan oleh penggunaan 6 gram nano karbon. Variasi 6 gram dan 3 gram nano karbon juga mengalami penyumbatan pada kertas bambu akibat kadarnya semakin banyak. Namun memiliki pengaruh yang lebih baik karena menambah luasan kontak penyerapan panas oleh nano karbon yang jumlahnya lebih banyak seperti pada gambar 4.

Pemberian kadar nano karbon arang bambu yang lebih banyak akan memberikan warna hitam yang lebih gelap dan pekat. Sehingga berpengaruh pada absorber dalam meningkatkan absorptivitas panas. Namun pada gambar 5 variasi 3 gram dan 6 gram belum mendapatkan perbedaan efisiensi diatas 5% dibandingkan dengan variasi 0 gram nano karbon.

4.3.2 Hasil Air Distilasi

Gambar 5 sudah dipaparkan besar efisiensi yang dihasilkan untuk setiap variasi, hasil air distilasi adalah yang mempengaruhi besar efisiensi tersebut. Pada subbab ini akan dijelaskan mengenai hasil air distilasi setiap variasi.

Gambar 6 Hasil air distilasi jenis bak setiap variasi

Gambar 6 merupakan grafik dari hasil air distilasi setiap variasi penggunaan nano karbon dan jenis konvensional. Dari gambar 6 terlihat penambahan 6 gram nano karbon menghasilkan air distilasi tertinggi adalah 98 ml dengan penggunaan interface absorber dan 6 gram nano karbon. Namun hasil tanpa menggunakan nano

(37)

23

karbon memiliki pebedaan 9,18% lebih rendah. Penggunaan nano karbon terbukti dapat meningkatkan hasil distilasi. Namun tidak memiliki perbedaan yang jauh sehingga tanpa nano karbon penggunaan interface absorber bisa mendekati hasil penggunaan nano karbon 3 dan 6 gram.

Kenaikan hasil produksi air bersih juga didapatkan dari penggunaan 6 gram nano karbon arang bambu, mendapatkan hasil air distilasi sebesar 98 ml. Hasil ini lebih tinggi 9,18% dibandingkan 0 gram nano karbon. Untuk ketiga percobaan 0 gram, 3 gram, dan 6 gram meningkatkan hasil air distilasi jika dibandingkan dengan jenis kovensional memiliki peningkatan lebih dari 100%.

Hasil air distilasi penggunaan interface absorber dan 1 gram nano karbon hanya mendapatkan 62 ml, dengan peningkatan hasil sebesar 32% dari jenis konvensional. Namun masih lebih baik variasi tanpa nano karbon karena air bersih yang dihasilkan 30% lebih banyak.

Beberapa faktor yang mempengaruhi jumlah air distilasi, antara lain:

absorptivitas absorber, keefektifan kaca mengembunkan uap air, volume air yang dipanaskan, dan jumlah energi surya yang diterima (Ketut Puja & Rusdi Sambada, 2012). Hasil air distilasi yang sedikit dari jenis konvensional disebabkan oleh pemanasan air secara langsung, dengan volume air dalam bak yang banyak tidak sebanding dengan energi yang diterima maka proses pemanasan hingga menghasilkan uap memerlukan waktu yang sangat lama. Untuk itu penggunaan absorber memiliki fungsi meminimalkan volume air yang akan dipanaskan agar cepat menguap dengan jumlah energi yang diterima absorber. Selain itu interfaceabsorber juga dipengaruhi oleh tingkat kapilaritas bahan untuk dapat menaikkan air ke permukaan secara konsisten agar proses pemanasan air tetap berlangsung.

Variasi 1 gram nano karbon menghasilkan 30% air distilasi lebih sedikit dari variasi 0 gram nano karbon. Begitu juga variasi 1 gram nano karbon hanya mengalami kenaikan hasil 2% dari variasi 0 gram nano karbon. Nano karbon arang bambu kurang efektif meningkatkan kinerja alat distilasi. Tingkat absorptivitas

(38)

24

panas yang rendah sehingga diperlukan lebih banyak kadar nano karbon agar dapat meningkatkan hasil air distilasi. Seperti penggunaan 6 gram nano karbon yang mendapatkan hasil yang lebih banyak karena tingkat absortivitasnya lebih baik.

Hasil air distilasi juga dipengaruhi oleh nilai quap dan qkonveksi yang dimiliki, yang akan dipaparkan pada Gambar 9 dan 10.

4.3.3 Temperatur Air

Pada subbab selanjutnya akan menjelaskan pengaruh penggunaan interface absorber khususnya terhadap air dalam bak. dalam bak. Penggunaan interface absorber menghasilkan temperature air dalam bak yang berbeda-beda yang dipaparkan Gambar 7.

Gambar 7 Temperatur air rata-rata distilasi air jenis bak setiap variasi Air dalam bak merupakan salah satu potensi yang merugikan karena termasuk material penyimpan panas. Penggunaan interface absorber bertujuan untuk mengurangi rugi-rugi panas agar tidak diserap oleh seluruh air yang berada di bak. Jumlah energi panas yang diterima absorber dapat cepat menguapkan air jika volumenya sedikit. Oleh karena itu penggunaan interface absorber bertujuan untuk memisahkan sedikit air yang berada dalam bak agar dapat cepat dipanaskan hingga menjadi uap.

Gambar 7 terlihat temperatur air dengan semua variasi yang dilakukan dengan menggunakan interface absorber memiliki temperatur air dalam bak rata-

(39)

25

rata 42,2 ⁰C. Terbukti bahwa penggunaan absorber dapat meminimalisir kerugian panas absorber.

Pada jenis kovensional temperatur air rata-rata yang dihasilkan lebih dari 42,2 ⁰C. Hal ini dikarenakan air langsung terpapar sinar lampu dan energi panas terserap oleh semua air yang berada dalam bak.

4.3.4 Selisih Temperatur Absorber dan Kaca

Penggunaan interface absorber juga mempengaruhi temperature dari absorber. Hal ini menghasilkan selisih temperature antara absorber dan kaca yang bervariasi karena kadar nano karbon yang dipakai berbeda–beda.

Gambar 8 Selisih temperatur absorber dan kaca setiap variasi

Pada penelitian ini semua jenis variasi menggunakan lampu pemanas yang sama, sehingga mendapatkan energi yang konstan. Namun setiap variasi mempengaruhi kemampuan absorber dalam menyerap panas. Absorber yang menyerap radiasi dengan maksimal akan menghasilkan temperatur yang tinggi sehingga dapat mempercepat penguapan. Proses penguapan yang cepat akan menghasilkan tekanan parsial uap yang besar sehingga mempercepat pembentukan butiran-butiran air. Apabila didukung dengan temperatur kaca yang rendah, maka akan mempermudah pengembunan uap air. Banyaknya embun yang dihasilkan

(40)

26

akan meningkatkan efisiensi dari alat distilasi karena air bersih yang dihasilkan semakin banyak (Nanda, 2020). Selain itu pengembunan dapat terjadi karena tekanan parsial uap yang besar sehingga mempercepat pembentukan butiran- butiran air.

Gambar 8 merupakan hasil rata-rata dari selisih temperatur absorber dan temperatur kaca pada setiap pengujian. Pada penelitian ini didapatkan ∆T paling besar dengan menggunakan nano karbon 3 gram dan 6 gram arang bambu sebesar 32,4 dan 31,9. ∆T yang tinggi meningkatkan laju pengembunan yang mendukung produktivitas air distlasi. Penambahan nano karbon yang banyak dan merata dapat menutupi seluruh permukaan absorber dengan warna hitam, sehingga terjadi ada kepekatan warna. Semakin pekat dan gelap warna absorber maka meningkatkan absorptivitas panas sehingga temperatur absorber dapat lebih tinggi dari pada temperatur kaca (El-Ghetany et al., 2021).

4.3.5 Pengaruh Nilai qkonveksi dan quap

Seperti yang sudah dibahas pada subbab hasil air distilasi dipengaruhi oleh nilai qkonveksi dan quap.. Gambar 9 adalah hasil dari perhitungan rata-rata qkonveksi. Gambar 10 adalah hasil dari perhitungan rata-rata quap.

Gambar 9 Nilai qkonveksi distilasi

Pada Gambar 9 didapatkan nilai qkonveksi variasi 0 gram, 3 gram, dan 6 gram nano karbon memiliki nilai qkonveksi lebih dari 10 kj/kg dan menghasilkan hasil air distilasi lebih dari 89 ml. untuk jenis konvensional dan variasi 1 gram nano karbon

(41)

27

menghasilkan air yang rendah dengan qkonveksi di bawah 3. Nilai qkonveksi merupakan rugi-rugi energi panas yang dipindahkan secara konveksi dari absorber ke kaca penutup dan absorber ke air (Nugraha, 2020). Nilai konveksi yang semakin besar menyebabkan kerugian panas meningkat namun hasil air distilasi akan semakin banyak juga. Nilai qkonveksi mempengaruhi nilai quap sehingga mempengaruhi cepat lambatnya air berubah menjadi uap.

Gambar 10 Nilai quap distilasi

Gambar 10 menunjukan variasi 0 gram nano karbon nilai q yang dihasilkan konvensional dan variasi 1 gram arang bambu mendapatkan nilai terendah dan tertinggi oleh 0 gram dan 3 gram arang bambu. Hal ini membuktikan bahwa energi yang diperoleh alat distilasi sedikit akan mempengaruhi kinerja alat distilasi.

Dengan laju penguapan yang rendah dan hasil yang rendah menunjukkan energi yang dimiliki kurang dapat mnghasilkan banyak air bersih. Besar energi (quap) yang digunakan untuk menguapkan air didapatkan dari hasil air distilasi yang dibagi luasan absorber (m²). Nilai quap berhubungan dengan nilai qkonveksi. Apabila nilai qkonveksi meningkat maka quap juga meningkat sehingga hasil air disilasi semakin baik. Nilai quap menjadi indicator seberapa air yang dapat diuapkan (Wicaksono, 2020). Dapat dilihat pada Gambar 8 jenis konvensional dan variasi 1 gram nano karbon memiliki nilai quap yang paling rendah diantara yang lain sehingga menghasilkan sedikit produk air distilasi. Kedua jenis ini memiliki laju penguapan yang paling lama karena memiliki energi yang kecil untuk dapat menguapkan air yang ditampungnya. Jenis konvensional memiliki volume air yang besar sehingga

(42)

28

quap menjadi tidak sanggup untuk menguapkan air dengan cepat, sedangkan variasi 1 gram nano karbon memiliki absorptivitas panas yang rendah sehingga tidak memiliki quap yang besar.

(43)

29 BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan

Berdasarkan dari hasil penelitian dan pengolahan data yang telah dilakukan, didapatkan beberapa kesimpulan sebagai berikut :

1. Penggunaan interface absorber kayu dan alumunium menyebabkan air pada bak tidak mengalami pemanasan secara keseluruhan. Air pada permukaan absorber dapat dipanaskan secara efektif dan lebih cepat menguap ditunjukkan pada variasi tanpa nano karbon.

2. Penggunaan nano karbon arang bambu dapat meningkatkan produktivitas air distilasi, namun kurang efektif. Nano karbon arang bambu memiliki absorptivitas panas yang rendah sehingga diperlukan kadar nano karbon yang lebih banyak untuk mendapatkan peningkatan hasil air yang lebih banyak.

Saran

Saran yang diberikan penulis untuk memperbaiki penelitian kedepannya adalah sebagai berikut:

1. Pada penelitian selanjutnya diharapkan menggunakan nano karbon dari bahan logam atau bahan alami yang memiliki absorptivitas lebih tinggi.

Agar dapat meningkatkan efisiensi distilasi air energi surya jenis bak.

(44)

30

DAFTAR PUSTAKA

Arjunan, T. V., Aybar, H. Ş., & Nedunchezhian, N. (2017). Experimental Study on Enhancing the Productivity of Solar Still Using Locally Available Material as a Storage Medium. Journal of The Institution of Engineers (India): Series C, 98(2), 191–196. https://doi.org/10.1007/s40032-016-0280- 7

Asrori, Hadi, S., Yudianto, E., & Gumono. (2021). Mekanika fluida dasar.

February.

Astawa, K., Sucipta, M., Gede, I. P., & Negara, A. (2012). Analisa Performansi Destilasi Air Laut Tenaga Surya Menggunakan Penyerap Radiasi Surya Tipe Bergelombang Berbahan Dasar Beton. Jurnal Energi Dan Manufaktur, 5(1), 7–13.

Aybar, H., Irani, F., & Arslan, M. (2016). Performance analysis of single and double basin-inclined solar water distillation systems with and without black- fleece wick. Desalination and Water Treatment, 57(37), 17167–17181.

https://doi.org/10.1080/19443994.2015.1085917

El-Ghetany, H. H., Elgohary, H. M., & Mohammed, Y. M. (2021). Performance improvement of solar water distillation system using nanofluid particles.

Egyptian Journal of Chemistry, 64(8), 4425–4431.

https://doi.org/10.21608/ejchem.2021.64067.3372

Hakim, A. R. (2018). Kajian Produksi Nanopartikel dari Arang Akasia Dengan Tumbukan Bola Baja Diameter 5/16, 1/4, 3/16, 5/32 Inchi.

Ima Rochimawati. (2019). Perancangan Pembangkit Listrik Tenaga Surya.

Strategy : Jurnal Teknik Industri, 1(1), 169–180.

https://doi.org/10.37753/strategy.v1i1.7

Ketut Puja, I., & Rusdi Sambada, F. (2012). Unjuk Kerja Destilasi Air Energi Surya. Jurna Energi Dan Manufaktur, 5(1), 82–88.

(45)

31

Nanda, I. D. Y. (2020). Karakteristik Distilasi Air Energi Surya Absorber Kain Bersekat. 21(1), 1–9.

Nugraha, A. (2020). Efek Absorber Antar Muka Pada Efisiensi Distilasi Air Energi Surya Jenis Bak. 5(1), 43–54.

http://www.akrabjuara.com/index.php/akrabjuara/article/view/919 Purwadianto, D, Sambada, R. F., & Puja, I. G. K. (2017). Efek Kapilaritas

Absorber pada Unjuk Kerja Destilasi Air Energi Surya Jenis Vertikal. Jurnal Ilmiah Widya, 14(Tinjauan Filosofis Tentang Hidup, Tujuan Hidup,

Kejahatan, Takdir, dan Perjuangan), 32–36.

Purwadianto, Doddy, Prasetyadi, A., & Artanto, D. (2017). Peningkatan unjuk kerja destilasi air energi surya jenis vertikal menggunakan pelacak matahari.

Jurnal Energi Dan Manufaktur, 9(2), 119–125.

Sambada, F. R., & Ananta, F. (2020). Peningkatan Efisiensi Distilasi Air Energi Surya Menggunakan Pengapung. Jurnal Energi Dan Manufaktur, 13(2), 70.

https://doi.org/10.24843/jem.2020.v13.i02.p05

Wicaksono, F. A. H. (2020). Efek Penggunaan Silinder Berkaki Terhadap Efisiensi Distilasi Air Energi Surya Jenis Bak. 3(2017), 54–67.

http://repositorio.unan.edu.ni/2986/1/5624.pdf

Arismunandar, W. (1995). Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta: PT. Pradnya Paramita.

(46)

32 LAMPIRAN

Lampiran 1 Absorber dan variasi kadar nanocarbon arang bambu

Gambar 15 Foto absorber bagian bawah bagian bawah

Gambar 16 Foto permukaan absorber tanpa kertas bambu

Gambar 13 Variasi 6 gram nano karbon

Gambar 14 Bubuk nano karbon arang bambu

(47)