EFEK MASSA DAN TEMPERATUR AIR MASUK TERHADAP UNJUK KERJA ALAT DISTILASI AIR ENERGI SURYA BERSEKAT PENAMPUNG AIR

(1)

i

EFEK MASSA DAN TEMPERATUR AIR MASUK TERHADAP UNJUK KERJA ALAT DISTILASI AIR ENERGI SURYA

BERSEKAT PENAMPUNG AIR

SKRIPSI

Diajukan sebagai salah satu syarat guna memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T)

Disusun Oleh : Winih Arga Christian

NIM : 155214062

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

ii

EFFECT OF MASS AND TEMPERATURE WATER DISCHARGE TOWARDS PERFORMANCE OF SOLAR WATER DISTILATION WICK

ABSORBENT WITH INSULATED WATER RESERVOIR

THESIS

Presented as partitial fullfilment of the requirement to obtain Bachelor Degree

Presented by : Winih Arga Christian

NIM : 155214062

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULTY OF SAINS AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii ABSTRAK

Saat ini masih banyak ditemui kasus kelangkaan air bersih yang disebabkan terkontaminasinya air bersih oleh kotoran. Salah satu solusi untuk mendapatkan air bersih adalah dengan menggunakan metode distilasi. Distilasi adalah proses pemisahan komponen zat dengan penguapan dan pengembunan yang terpisah. Permasalahanya adalah alat yang ada pada saat ini masih memiliki efisiensi yang masih rendah. Jenis absorber bak mempunyai keunggulan yakni kecilnya kerugian energi panas yang keluar ke lingkungan dari alat distilasi, tetapi mempunyai kelemahan yakni proses penguapan yang kurang efektif. Jenis absorber kain mempunyai keunggulan yakni proses penguapannya lebih efektif, tetapi mempunyai kelemahan yakni kerugian energi panas yang keluar dari alat distilasi ke lingkungan yang lebih besar dibandingkan jenis absorber bak.

Penelitian ini bertujuan meningkatkan unjuk kerja dengan memadukan keunggulan dari jenis absorber bak dan absorber kain. Perpaduan dari kedua jenis alat distilasi tersebut menghasilkan jenis baru yaitu distilasi air energi surya

absorber kain bersekat penampung air. Penelitian ini akan membuat model distilasi

air energi surya jenis absorber kain bersekat penampung air dan model distilasi air jenis absorber kain yang umum sebagai pembanding. Alat distilasi dipasang dengan kemiringan 15o, memliki luasan absorber sebesar 0,42 m2. Untuk mengetahui efek massa air terhadap unjuk kerja diberikan variasi massa air sebesar 0,1 kg (variasi 1), 0,56 kg (variasi 2), dan 2,3 kg (variasi 3). Ketiga variasi tersebut diberikan debit air masukan sebesar 1,8 liter/jam. Alat pembanding diberi debit air masukan sebesar 1,8 liter/jam. Untuk mengetahui efek temperatur air masuk, alat distilasi diberi perlakuan debit air panas yaitu sebesar 1,8 liter/jam (variasi 4), dan 1,2 liter/jam (variasi 5). Kedua variasi memiliki massa air sebesar 0,56 kg. Alat pembanding diberi debit air masukan sebesar 1,8 liter/jam. Parameter yang diukur diantaranya temperatur absorber (TW), temperatur kaca penutup (Tc), hasil air

distilasi yang dihasilkan (kg/m2.hari), energi panas dari surya (G), temperatur air masuk (Tin), temperatur air keluar (Tout), lama pengambilan data (Jam), dan debit air dingin/panas yang masuk ke dalam alat distilasi (Q).

Secara keseluruhan berdasarkan efek massa air, kenaikan unjuk kerja tertinggi alat distilasi air energi surya absorber kain bersekat penampung air ada pada variasi massa air 0,1 kg debit air masuk 1,8 liter/jam dengan kenaikan efisiensi dan hasil air secara berurutan sebesar 60,3 % dan 60,4 %. Berdasarkan efek temperatur air masuk efisiensi tertinggi ada pada variasi debit air panas 1,2 liter/jam dengan massa air 0,56 liter sebesar 71,6 %.

(8)

viii ABSTRACT

At present there are still many cases of scarcity of clean water caused by contamination of clean water by sewage. One solution to get clean water is to use a distillation method. Distillation is the process of separating components of substances with separate evaporation and condensation. This process can be done using a water distillation device using solar energy. The type of tub absorber has the advantage that it is a small loss of heat energy that comes out into the environment from the distillation apparatus, but has the disadvantage that the evaporation process is less effective. The type of wick absorber has the advantage that the evaporation process is more effective, but has the disadvantage of loss of heat energy coming out of the distillation device to a larger environment than the type of absorber tub.

The purpose of this study is to improve the performance by combining the advantages of the tub absorber and absorber wick. This study will make a water-absorbing solar energy distillation model of a kind of water storage and a wick distillation model that is commonly used as a comparison. The distillation apparatus is installed with a slope of 15o, having an absorber area of 0.42 m2. To determine the effect of the mass of water on the performance given variations in the mass of water by 0.1 kg (variation 1), 0.56 kg (variation 2), and 2.3 kg (variation 3). All three variations are given input water flow of 1.8 liters/hour. The comparator is given an input water discharge of 1.8 liters/hour. To find out the effect of the temperature of the inlet water, the distillation apparatus was treated with a hot water discharge of 1.8 liters/hour (variation 4), and 1.2 liters/hour (variation 5). Both of these variations have a water mass of 0.56 kg. The comparator is given an input water discharge of 1.8 liters / hour. Parameters measured include temperature absorber (TW), glass cover temperature (Tc), amount of distillation water produced (kg/m2.day), heat energy coming from the sun (G), temperature of incoming water (Tin), temperature the water that comes out (Tout), the length of time the data collection (Hours), and the cold/hot water discharge that goes into the distillation apparatus (Q).

Overall based on the effect of water mass, the highest increase in performance of the solar absorber distillation wickthe water reservoir is in the variation of the water mass of 0.1 kg of incoming water discharge of 1.8 liters/hour with an increase in efficiency and successive water yields of 60.3% and 60.4%. Based on the effect of the highest inlet water temperature efficiency there is a variation of 1.2 liters/hour of hot water discharge with a water mass of 0.56 liters of 71.6%.

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Terimakasih penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus yang telah memberkati dan membimbing penulis sehingga skripsi ini dapat terselesaikan dengan lancar. Penulisan skripsi ini dilakukan dalam rangka memenuhi salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin pada Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma. Penulis dapat menyelesaikan skripsi yang berjudul “Efek Massa Dan Temperatur Air Masuk Terhadap Unjuk Kerja Distilasi Air Energi Surya Bersekat Penampung Air” tentu tidak terlepas dari bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :

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

2. Ir. PK. Purwadi, MT., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

3. Doddy Purwadianto, M.T., selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan dukungan selama proses pengerjaan tugas akhir ini.

4. Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing yang telah meluangkan waktu, tenaga, dan pemikiran-pemikiran baru kepada penulis dengan sangat sabar sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan lancar.

5. Keluarga tercinta Chiekry Laryci (Ayah), Suci Murni (Ibu), dan Novelia Christien (Adik) yang telah memberi dukungan dalam berbagai hal. 6. Apak Liong Khon Hwa yang telah mendukung perkuliahan penulis. 7. Seluruh dosen dan laboran Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi

Universitas Sanata Dharma, yang telah memberikan pengetahuan selama kuliah.

8. Truth Richarge Group, Zona Barat 2, dan Gereja GBI Generasi Baru tercinta yang telah memberi motivasi kehidupan.

9. Teman dan sahabat : Abang Frans G, Wahyu Setyaji, Dimas Hanung Pamungkas, Natan Andang Pratiwan, Gregorius Widyatmoko, Deo Chandrin, Joshua Abimukti, Yulius Deni Saputro, Michael Roni, teman-teman kelas surya, teman-teman-teman-teman indekos, serta teman-teman-teman-teman seluruh angkatan Teknik Mesin 2015 yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

10. Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu secara langsung maupun tidak langsung yang telah memberikan dukungan.

(10)

(11)

xi

HALAMAN PERSEMBAHAN

Tiada berkesudahan kasih setia Tuhan Yesus Kristus kepada saya. Apa yang tidak pernah dilihat oleh mata dan tidak pernah didengar oleh telinga dan yang tidak pernah timbul di dalam hati telah disediakan Ia. Skripsi ini saya persembahkan untuk :

• Papah (Chiekry Laryci), Mamah (Suci Murni), dan Adik (Novelia Christien) yang sudah dan akan terus menjadi bagian terpenting dalam perjalan hidup saya. Terimakasih untuk segala dukungan yang telah diberikan hingga saya bisa mencapai titik ini, percayalah saya sangat mencintai kalian.

• Apak Liong Khon Hwa yang sudah sangat baik menjadi pendukung keluarga saya. Tuhan akan membalas segala kebaikan Apak.

• Gereja GBI Generasi Baru, zona Barat 2 dan Truth Richarge Group. Terimakasih untuk segala hal yang telah kalian bagikan kepada saya. Tanpa kalian kenangan Jogja dalam hidup saya akan biasa saja.

“For all Your goodness I’ll keep on singing...”

-Matt Redman, Bless the Lord-

(12)

xii DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN ... iii

LEMBAR PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vii

INTISARI ... vii

ABSTRACT ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

HALAMAN PERSEMBAHAN ... xi

DAFTAR ISI ... xii

DAFTAR TABEL ... xivv

DAFTAR GAMBAR ... xv

DAFTAR LAMPIRAN ... xvii

BAB I PENDAHULUAN ... 1 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Identifikasi Masalah ... 3 1.3 Rumusan Masalah ... 4 1.4 Batasan Masalah ... 4 1.5 Tujuan Penelitian ... 5 1.6 Manfaat Penelitian ... 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6

2.1 Landasan Teori...………...6

2.2 Tinjauan Pustaka ... 12

(13)

xiii

2.4 Hipotesis Penelitian ... 15

BAB III METODOLOGI PENELITIAN ... 16

3.1 Metode Penelitian ... 16

3.2 Deskripsi Alat Penelitian ... 17

3.3 Variasi Penelitian ... 19

3.4 Prosedur Penelitian ... 20

3.5 Variabel Penelitian ... 21

3.6 Komponen Alat Pendukung Penelitian ... 22

3.7 Prosedur Pengolahan Data... 23

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 24

4.1 Hasil Penelitian... 24

4.2 Data ΔT, h konveksi , q konveksi , dan q uap... 29

4.3 Hasil Unjuk Kerja ... 34

4.3.1 Efek Massa Air Terhadap Unjuk Kerja ... 34

4.3.2 Efek Temperatur Masukan Air Terhadap Efisiensi ... 35

4.4 Analisis ... 35

4.4.1 Efek Massa Air Terhadap Unjuk Kerja ... 35

4.4.2 Efek Temperatur Masukan Terhadap Unjuk Kerja ... 65

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 71

5.1 Kesimpulan ... 71

5.2 Saran ... 72

DAFTAR PUSTAKA ... 73

(14)

xiv

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data penelitian distilasi utama pada variasi 1 ... 24

Tabel 4.2 Data penelitian distilasi pembanding pada variasi 1 ... 25

Tabel 4.11 Data distilasi utama pada variasi 1... 29

Tabel 4.12 Data distilasi pembanding pada variasi 1... 30

Tabel 4.21 Unjuk kerja pada distilasi utama dan distilasi pembanding ... 34

(15)

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Distilasi air energi surya jenis absorber bak ... 7

Gambar 2.2 Distilasi air energi surya jenis absorber kain ... 8

Gambar 2.3 Distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat penampung air ... .9

Gambar 2.4 Mekanisme perpindahan panas ... 10

Gambar 2.5 Kerangka Pikir Penelitian ... 15

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian ... 16

Gambar 3.2 Bagian-bagian alat distilasi absorber kain ... 19

Gambar 3.3 Mikrokontroler Arduino ... 22

Gambar 3.4 Sensor Temperatur dengan Steel Head ... 23

Gambar 4.1 Perbandingan efisiensi distilasi utama dengan distilasi pembanding serta nilai G pada variasi 1,2, dan 3 ... 36

Gambar 4.2 Perbandingan kenaikan efisiensi distilasi utama terhadap distilasi pembanding pada variasi 1,2, dan 3 ... 37

Gambar 4.3 Perbandingan hasil air distilasi utama dengan distilasi pembanding serta nilai G pada variasi 1,2, dan 3 ... 38

Gambar 4.4 Kenaikan hasil air distilasi utama terhadap distilasi pembanding pada variasi 1,2, dan 3 ... 39

Gambar 4.5 Kenaikan ΔT, h konveksi, q konveksi, dan q uap distilasi utama terhadap distilasi pembanding pada variasi 1,2, dan 3 ... 40

Gambar 4.6 Perbandingan ΔT variasi 1 distilasi utama dan distilasi pembanding terhadap nilai G per jamnya ... 42

Gambar 4.7 Perbandingan hkonveksi variasi 1 distilasi utama dan distilasi pembanding terhadap nilai G per jamnya ... 44

Gambar 4.8 Perbandingan q konveksi variasi 1 distilasi utama dan distilasi pembanding terhadap nilai G per jamnya ... 45

Gambar 4.9 Perbandingan q uap variasi 1 distilasi utama dan distilasi pembanding terhadap nilai G per jamnya ... 47

(16)

xvi

Gambar 4.11 Perbandingan ΔT variasi 2 distilasi utama dan distilasi pembanding terhadap nilai G per jamnya……… ... 50 Gambar 4.12 Perbandingan h konveksi variasi 2 distilasi utama dan distilasi

pembanding terhadap nilai G per jamnya……….. . 51 Gambar 4.13 Perbandingan q konveksi variasi 2 distilasi utama dan distilasi

pembanding terhadap nilai G per jamnya ... 53 Gambar 4.14 Perbandingan q uap variasi 2 distilasi utama dan distilasi pembanding

terhadap nilai G per jamnya ... 54 Gambar 4.15 Perbandingan ΔP variasi 2 distilasi utama dan distilasi pembanding terhadap nilai G per jamnya ... 55 Gambar 4.16 Luas kain absorber variasi 2 ... 57 Gambar 4.17 Perbandingan ΔT variasi 3 distilasi utama dan distilasi pembanding terhadap nilai G per jamnya ... 58 Gambar 4.18 Perbandingan h konveksi variasi 3 distilasi utama dan distilasi

pembanding terhadap nilai G per jamnya ... 60 Gambar 4.19 Perbandingan q konveksi variasi 3 distilasi utama dan distilasi

pembanding terhadap nilai G per jamnya ... 61 Gambar 4.20 Perbandingan q uap variasi 3 distilasi utama dan distilasi pembanding

terhadap nilai G per jamnya ... 62 Gambar 4.21 Perbandingan ΔP variasi 3 distilasi utama dan distilasi pembanding terhadap nilai G per jamnya ... 63 Gambar 4.22 Luas kain absorber variasi 3 ... 65 Gambar 4.23 Perbandingan efisiensi terhadap ΔT air pemanas

variasi 4 dan 5……….65 Gambar 4.24 Perbandingan q pemanas, q masuk, dan q terbuang antara

variasi 4 dan 5 ... 67 Gambar 4.25 Perbandingan q konveksi dan q uap antara variasi 4 dan 5... 75

(17)

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Foto Alat Penelitian Distilasi... 74 Lampiran 2.Tabel Uap A-8 ... 75 Lampiran 3.Tabel Sifat AirA-9 ... 77

(18)

1 BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Salah satu kebutuhan penting kehidupan manusia adalah kebutuhan akan air minum. Tubuh manusia memerlukan air minum 2 liter/hari. Banyak daerah Indonesia yang masih kekurangan air bersih laik minum, apalagi ketika memasuki musim kemarau panjang, misalnya di Karawang warga sekitar terpaksa menggunakan air sungai kotor (http://www.liputan6.com/tag/krisis-air-bersih). Sering kali air terkontaminasi oleh berbagai kotoran-kotoran sehingga mengakibatkan air tidak laik minum, salah satu cara mengatasi hal ini adalah dengan menjernihkan air yang kotor dengan distilasi air menggunakan energi surya. Distilasi merupakan cara memisahkan air dari kotoran dengan memanaskan air terlebih dahulu sehingga menguap kemudian uap diembunkan. Hasil dari pengembunan merupakan air yang bersih karena kotoran-kotoran pada air telah terpisah pada saat proses penguapan.

Pada proses penguapan air kotor diperlukan energi panas. Salah satu sumber energi panas yang murah dan mudah didapat di Indonesia adalah energi surya. Alat distilasi terdiri dari 2 bagian yaitu bagian atap yang berupa kaca sebagai penutup dan penghalang agar uap air tidak terbuang ke lingkungan, kaca juga berfungsi sebagai medium bagi uap air untuk mengembun sehingga embun air menempel pada kaca. Embun akan dikumpulkan menuju wadah tempat air bersih. Bagian selanjutnya adalah

(19)

bak penampung pada bagian bawah yang juga merupakan absorber panas dari matahari yang berfungsi untuk memanaskan air sehingga dapat menguap.

Secara umum, jenis alat distilasi air energi surya yang banyak digunakan ada 2 yaitu absorber bak dan absorber kain. Tiap-tiap jenis memiliki keunggulan dan kekurangan masing-masing. Jenis absorber bak adalah jenis distilasi yang paling sederhana tetapi efisiensi yang dihasilkan termasuk yang terendah. Rendahnya efisiensi distilasi jenis absorber bak disebabkan oleh jumlah massa air yang cukup banyak di bak, yang mengakibatkan proses penguapan berlangsung lambat. Keunggulan dari jenis ini yakni kecilnya kerugian energi panas yang keluar ke lingkungan dari alat distilasi. Jenis absorber kain mempunyai efisiensi yang lebih baik dibandingkan jenis absorber bak. Hal tersebut disebabkan pada jenis

absorber kain, air yang akan diuapkan dialirkan pada kain sehingga lapisan air yang

tipis pada kain menyebabkan air lebih cepat menguap. Kelemahan dari distilasi jenis absorber kain adalah adanya air yang tidak menguap dan keluar alat distilasi sebagai air panas.

Salah satu faktor yang mempengaruhi unjuk kerja adalah jumlah massa air dan luas permukaan air yang berada di dalam alat distilasi. Idealnya, semakin kecil massa air maka akan semakin mudah terjadinya proses penguapan. Tujuan dari penelitian ini adalah meningkatkan unjuk kerja (efisiensi dan hasil air) dengan memadukan keunggulan dari jenis absorber bak dan absorber kain. Perpaduan dari kedua jenis alat distilasi tersebut menghasilkan jenis baru yaitu distilasi air energi surya absorber kain bersekat penampung air. Sekat berfungsi sebagai penampung air. Penampung air berfungsi menahan air pada absorber kain agar tidak mengalir

(20)

keluar alat distilasi sebelum menguap. Dengan demikian kerugian energi panas karena adanya air yang tidak menguap dan keluar sebagai air panas seperti pada distilasi jenis absorber kain tidak terjadi. Absorber kain berfungsi agar tiap saat hanya terdapat sedikit massa air yang akan diuapkan, sehingga proses penguapan dapat berlangsung dengan cepat. Mengalirnya air dari penampung ke kain disebabkan sifat kapilaritas kain, sehingga fungsi kain adalah mengalirkan air dari penampung sedikit demi sedikit agar proses penguapan dapat berlangsung lebih cepat. Penguapan juga terjadi pada permukaan air yang tertampung di dalam sekat. Dengan jenis alat ini akan dapat dilakukan variasi jumlah massa air di dalam alat sehingga dapat diketahui unjuk kerja terbaiknya. Variasi debit air masukan juga diberikan terhadap alat distilasi jenis ini, debit air masukan yang konstan akan membuat air di dalam alat tidak akan pernah berkurang dan akan selalu tetap. Hal tersebut dikarenakan ketika air di dalam sekat menguap maka debit air masukan secara otomatis akan mengisi kembali air di dalam sekat, sehingga pada alat jenis ini air yang ada di dalam alat tidak akan berukurang. Debit air masukan diberi perlakuan dua hal yang berbeda, yaitu debit air dingin dan debit air panas. Debit air panas didapatkan dari pipa yang dipanaskan oleh panas matahari yang terdapat pada kaca penutup alat distilasi. Debit air panas masukan akan membuat air di dalam alat distilasi lebih cepat menguap (efek temperatur air masukan).

1.2 Identifikasi Masalah

Proses utama pada distilasi adalah penguapan dan pengembunan. Hal yang mempengaruhi penguapan adalah temperatur, waktu, dan luas permukaan air. Semakin tinggi temperatur dan semakin lama prosesnya serta semakin luas bidang

(21)

permukaan air akan semakin baik penguapan. Pada penelitian ini waktu dapat diperlama dengan menggunakan sekat yang ada di dalam alat distilasi, kemudian temperatur dapat dinaikan dengan pipa pemanas air yang terpasang pada alat distilasi, dan luas permukaan air dapat diperluas dengan penambahan kain pada

absorber. Secara keseluruhan akan diteliti efek massa air dan temperatur air

masukan terhadap unjuk kerja alat distilasi air energi surya absorber kain bersekat penampung air.

1.3 Rumusan Masalah

Berdasarkan subbab 1.2 Identifikasi masalah, maka dapat diketahui rumusan masalah sebagai berikut :

1. Bagaimana pengaruh massa air dan debit air masukan akan berpengaruh terhadap unjuk kerja alat distilasi air energi surya absorber kain bersekat penampung air ?

2. Bagaimana pengaruh temperatur air masukan akan berpengaruh terhadap unjuk kerja alat distilasi air energi surya absorber kain bersekat penampung air ?

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah pada penelitian kali ini meliputi : 1. Luas alat distilasi 0,42 m2

2. Proses penguapan dianalisis menggunakan persamaan Darcy-Weisbach 3. Analisis data dilakukan dengan beberapa asumsi diantaranya tidak ada

(22)

pengukuran dianggap seragam dalam satu bidang, dan debit aliran air masuk alat distilasi air energi surya absorber kain bersekat penampung air konstan.

4. Dalam pengolahan data pada penelitian ini dibuat perbandingan antara alat distilasi air energi surya absorber kain bersekat penampung air dan alat distilasi absorber kain biasa.

1.5 Tujuan Penelitian

Tujuan dari penelitian ini adalah meningkatkan unjuk kerja alat distilasi air energi surya diantaranya dengan mengurangi kerugian energi panas yang terbuang ke lingkungan menggunakan penampung air pada absorber, memberi debit aliran air masukan yang konstan, dan meningkatkan temperatur air masukan pada alat distilasi.

1.6 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian ini adalah menambah kepustakaan teknologi distilasi air menggunakan energi surya yang dapat digunakan sebagai referensi penelitian selanjutnya.

(23)

6 BAB II DASAR TEORI

2.1 Landasan Teori

Distilasi air menggunakan energi surya merupakan proses untuk memurnikan air yang terkontaminasi menjadi air yang bersih dengan memanfaatkan energi panas surya untuk menguapkan air yang terkontaminasi. Alat distilasi umumnya berbentuk kotak dan terdiri dari dua komponen utama yaitu bak air dan kaca penutup. Bak air berfungsi sebagai absorber untuk menyerap energi surya yang nantinya digunakan untuk memanaskan air sehingga air dapat menguap, bagian yang menguap hanya air sedangkan kontaminan akan tertinggal. Hal ini terjadi karena pemisahan bahan kimia dalam distilasi berdasarkan perbedaan kecepatan atau kemudahan menguapnya suatu bahan (volatilitas). Kaca berfungsi sebagai penghalang serta kolektor uap air agar uap air terjebak di permukaan kaca, uap air yang terjebak akan mengembun karena temperatur di luar kaca lebih rendah dibandingkan temperatur di dalam kaca, sehingga dapat diperoleh air bersih yang laik minum.

Distilasi air energi surya jenis absorber bak (Gambar 2.1) dan distilasi air energi surya jenis absorber kain (Gambar 2.2) merupakan dua jenis distilasi air energi surya yang banyak digunakan untuk mendapatkan air yang laik minum dari air yang terkontaminasi.

(24)

Gambar 2.1 Distilasi air energi surya jenis absorber bak

Keunggulan distilasi air energi surya jenis absorber bak diantaranya tidak memerlukan pengaturan aliran air masukkan dan tidak ada kerugian energi panas karena keluarnya air yang tidak menguap dari alat distilasi. Sedangkan kelemahannya adalah efisiensi distilasi jenis absorber bak merupakan yang terendah dibandingkan distilasi jenis lainnya, misalnya jenis absorber kain. Rendahnya efisiensi pada distilasi air energi surya jenis absorber bak diantaranya disebabkan proses penguapan yang kurang efektif. Kurang efektifnya proses penguapan disebabkan jumlah massa air yang besar tiap satuan luas absorber. Selain itu, posisi absorber yang tidak sejajar dengan kaca penutup menyebabkan terjadinya efek bayangan pada permukaan air sehingga jumlah energi surya yang dapat diterima menjadi berkurang.

(25)

Gambar 2.2 Distilasi air energi surya jenis absorber kain

Keunggulan distilasi air energi surya jenis absorber kain adalah proses penguapan yang lebih baik dibandingkan jenis absorber bak. Hal tersebut disebabkan jumlah massa air tiap satuan luas absorber yang jauh lebih kecil dibandingkan jenis absorber bak. Selain itu posisi absorber yang sejajar dengan kaca penutup menyebabkan jumlah energi surya yang diterima jenis absorber kain lebih besar dibandingkan jenis absorber bak. Kelemahan distilasi jenis absorber kain adalah diperlukannya pengaturan aliran air masukkan dan adanya kerugian energi panas yang keluar alat distilasi karena tidak semua air terkontaminasi yang dialirkan di absorber dapat menguap. Air yang tidak menguap akan keluar sebagai air panas dan merupakan kerugian energi panas yang cukup besar.

(26)

Gambar 2.3 Distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat penampung air

Distilasi jenis perpaduan yang ditambah pipa pemanas memiliki keunggulan-keunggulan dari jenis distilasi sebelumnya, keunggulannya adalah penguapan yang lebih baik disebabkan jumlah massa air tiap satuan luas absorber yang jauh lebih kecil. Selain itu posisi absorber yang sejajar dengan kaca penutup menyebabkan jumlah energi surya yang diterima jenis absorber kain lebih besar, dan yang terpenting adalah tidak adanya kerugian energi panas yang keluar alat distilasi hal ini karena di sebabkan oleh sekat yang terpasang pada absorber kain (Gambar 2.3), sekat berfungsi sebagai penahan air pada absorber agar air yang mengalir pada alat distilasi ini tidak terbuang mengalir, kain berfungi sebagai media untuk menambah luas permukaan air dan laju kecepatan penguapan. Kain yang tipis mengakibatkan penguapan akan lebih cepat, sementara itu air akan selalu mengalir ke dalam kain karena memanfaatkan sifat kapilaritas, dengan kata lain air akan

(27)

sepenuhnya menguap. Pengatur massa air membuat massa air di dalam alat distilasi selalu konstan karena adanya debit air masukan. Pipa pemanas berfungsi untuk memanaskan air sebelum masuk ke dalam alat distilasi.

Penelitian dilakukan dengan membandingkan dua jenis alat distilasi, yaitu distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat penampung air dengan distilasi air energi surya jenis absorber kain biasa. Hal ini dikarenakan besar energi surya yang datang selalu berbeda tiap variasianya sehingga untuk mengetahui kenaikan unjuk kerja dari distilasi air energi surya jenis absorber kain bersekat penampung air diperlukan pembanding.

Proses distilasi yang terjadi di dalam alat tidak terlepas dari proses perpindahan panas. Proses perpindahan panas meliputi beberapa faktor diantaranya selisih temperatur absorber dan temperatur kaca (ΔT), koefisien konveksi (h

konveksi), q konveksi, dan q uap

Gambar 2.4 Mekanisme perpindahan panas

Gambar 2.4 menunjukan mekanisme perpindahan panas yang terjadi pada alat distilasi. Mekanisme yang terjadi didekati berdasarkan konsep aliran arus listrik. Beda potensial sama dengan selisih temperatur absorber dan temperatur

(28)

kaca (ΔT), hambatan berbanding terbalik dengan h konveksi, dan arus listrik sama

dengan q konveksi. Beda potensial akan semakin tinggi jika hambatan yang terjadi

semakin rendah, hal ini mengakibatkan arus listrik akan semakin tinggi. Hal tersebut juga berlaku pada proses distilasi yaitu ΔT akan semakin tinggi jika h

konveksi semakin tinggi yang mengakibatkan hambatan akan rendah, hal tersebut

mengakibatkan q konveksi akan semakin tinggi.

Efisiensi alat distilasi energi surya didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang digunakan dalam proses penguapan air dengan jumlah radiasi surya yang datang selama waktu tertentu (Arismunandar, 1995). Efisiensi distilasi dapat dihitung dengan meggunakan persamaan :

η= 𝑚 . ℎ𝑓𝑔 𝐴 . ∫ 𝐺₀𝑡 . 𝑑𝑡

(1)

Dengan η adalah efisiensi distilasi (%), A adalah luasanabsorber (m2), dt adalah lama waktu pemanasan (detik), G adalah radiasi surya yang datang (Watt/m2), hfg

adalah panas laten penguapan air (kJ/kg), dan m adalah hasil air distilasi (kg). Salah satu faktor penguapan adalah ΔT (oC) yaitu selisih temperatur absorber dengan temperatur kaca.

ΔT = 𝑇𝑤 − 𝑇𝑐 (2)

Sebagian energi panas dari absorber akan dikonveksikan ke kaca. Energi yang dikonveksikan dihitung menggunakan :

(29)

𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣𝑒𝑘𝑠𝑖= ℎ𝑘𝑜𝑛𝑣× (𝑇𝑊− 𝑇𝐶) (3)

Dengan q konveksi adalah bagian energi matahari yang hilang karena konveksi

(Watt/m2), TW adalah temperatur absorber (oC) , TC adalah temperatur kaca

penutup (oC), dan h konveksi adalah koefisien konveksi (Watt/m2.oC). Koefisien

konveksi dan energi penguapan secara berurutan dapat dihitung dengan:

ℎ 𝑘𝑜𝑛𝑣𝑒𝑘𝑠𝑖= 88,84 × 10−3 . (𝑇𝑊− 𝑇𝐶+ 𝑃𝑊− 𝑃𝐶 268,9 × 10−3_{− 𝑃} 𝑊 × 𝑇𝑊) 1 3 (4)

Energi q uap adalah bagian energi matahari yang digunakan untuk proses penguapan

(Watt/m2)

𝑞

_𝑢𝑎𝑝

=

𝑚 . ℎ

𝑓𝑔

𝑑𝑡

(5)

PW adalah adalah tekanan parsial uap air pada temperatur air (N/m2), dan PC adalah

tekanan parsial uap air pada temperatur kaca penutup (N/m2). Energi yang didapat dari temperatur air panas dapat dicari dengan persamaan di bawah. Cp merupakan kapasitas jenis panas pada debit air yang masuk (kJ/kg.o_{C), dan ΔT selisih antara}

temperatur air keluar pemanas dengan temperatur air masuk pemanas :

𝑞 = 𝑚 . 𝐶𝑝 . ΔT (6)

2.2 Tinjauan Pustaka

Berdasarkan penelitian yang pernah dilakukan, faktor-faktor yang mempengaruhi efisiensi alat distilasi air energi surya diantaranya pengaruh

(30)

temperatur udara sekitar, jumlah energi surya yang diterima alat distilasi (Arunkumar, et al., 2010), pengaruh bahan dan bentuk absorber (Mona M. Naim, 2002), pengaruh tebal dan kemiringan kaca penutup (Ahmed Z Al-Garni, et al., 2011; Hitesh N Panchal, 2011), pengaruh ketinggian air di bak air (Anil Kr. Tiwari, 2006 ), pengaruh beda temperatur air dalam bak distilasi dengan temperatur kaca (Pr. Kaabi Abdenacer, 2007 ), pengaruh temperatur air masuk ke alat distilasi (Ali A. Badran, 2005), pengaruh jenis dan konsentrasi zat kontaminasi, warna air yang akan didistilasi (Mitesh I. Patel, n.d.) dan pengaruh penggunaan kondensor pasif eksternal maupun internal pada alat distilasi (Hassan E.S. Fath, 1993). Penelitian pendinginan kaca pada alat distilasi air energi surya jenis absorber kain dengan kaca tunggal diperoleh adanya laju alir massa air pendingin optimum sebesar 1,5 m/s. Laju alir di bawah atau di atas nilai optimum tersebut akan menyebabkan turunnya efisiensi (Janarthanan, et al., 2006). Penelitian pendinginan kaca pada jenis konvensional menggunakan kaca penutup tunggal menunjukkan efek pendinginan kaca dapat menaikkan efisiensi sebesar 6%. Pada penelitian ini, diperoleh adanya laju alir massa air pendingin optimum. Penelitian ini juga menunjukkan bahwa penggunaan air pendingin pada kaca tunggal dapat

mengurangi kerugian karena angin dan air pendingin dapat berfungsi sebagai pembersih kaca (Abu-Hijleh, 1996).

2.3 Kerangka Pikir Penelitian

Proses penguapan disebabkan oleh beberapa faktor diantaranya adalah luas permukaan zat cair, adanya udara yang mengalir di atas permukaan air, tekanan pada air, dan temperatur pada air. Jenis alat distilasi air energi surya yang banyak

(31)

digunakan ada 2 yaitu absorber bak dan absorber kain. Jenis absorber bak efisiensi yang dihasilkan termasuk yang terendah. Rendahnya efisiensi distilasi jenis

absorber bak disebabkan oleh jumlah massa air yang cukup banyak di bak dan

posisi absorber yang tidak sejajar dengan kaca penutup mengakibatkan efek bayangan. Massa air yang terlalu banyak mengakibatkan energi surya yang datang membutuhkan waktu yang lambat untuk memanaskan air. Jenis absorber kain mempunyai efisiensi yang lebih baik dibandingkan jenis absorber bak. Hal tersebut disebabkan pada jenis absorber kain, air yang akan diuapkan dialirkan pada kain sehingga lapisan air yang tipis pada kain menyebabkan air lebih cepat menguap. Kelemahan dari distilasi jenis absorber kain adalah adanya air yang tidak menguap dan keluar alat distilasi sebagai air panas.

Perpaduan dari kedua jenis alat distilasi tersebut menghasilkan jenis baru yaitu distilasi air energi surya absorber kain bersekat penampung air. Sekat berfungsi sebagai penampung air. Penampung air berfungsi menahan air pada

absorber kain agar tidak mengalir keluar alat distilasi sebelum menguap. Dengan

demikian, kerugian energi panas karena adanya air yang tidak menguap dan keluar sebagai air panas tidak terjadi. Absorber kain berfungsi agar tiap saat hanya terdapat sedikit massa air yang akan diuapkan, sehingga proses penguapan dapat berlangsung dengan cepat. Debit air masukan pada alat distilasi membuat massa air di dalam alat akan selalu konstan yang berakibat proses penguapan tidak akan berhenti karena habisnya air di dalam alat distilasi. Penambahan pipa pemanas berguna untuk memanaskan air sebelum masuk ke dalam alat distilasi. Distilasi jenis perpaduan memiliki efisiensi yang tinggi seperti jenis absorber kain namun

(32)

tidak memiliki kerugian panas yang terbuang kelingkungan seperti jenis absorber bak. Berdasarkan uraian diatas, maka kerangka berpikir pada penelitian ini dapat digambarkan sebagai berikut :

Gambar 2.5 Kerangka Pikir Penelitian

2.4 Hipotesis Penelitian

Berdasarkan uraian subbab 2.3 Kerangka Pikir Penelitian, unjuk kerja dari alat distilasi air energi surya absorber kain bersekat penampung air akan lebih baik dibandingkan dengan alat distilasi jenis absorber bak dan kai

(33)

16 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian

Tahapan untuk mencapai tujuan tersebut dapat dilihat berikut :

Gambar 3.1 Diagram Alir Penelitian

Penelitian ini dilakukan dengan metode experimen yang didahului dengan studi literatur dari jurnal mengenai penelitian distilasi air energi surya yang pernah dilakukan. Studi literatur tentang teori-teori dasar dilakukan untuk mendukung

(34)

hipotesis dan analisa data yang akan dilakukan. Penelitian diawali dengan membuat dua model alat distilasi energi surya, yaitu (1) jenis absorber kain bersekat penampung air dan (2) jenis absorber kain biasa sebagai pembanding. Pengambilan data dari kedua jenis alat ini dilakukan secara bersamaan pada hari yang sama, hal ini dikarenakan kondisi cuaca yang selalu berubah-ubah sehingga mempengaruhi energi surya yang diterima alat distilasi. Langkah selanjutnya adalah melakukan pengujian dari kedua alat tersebut untuk mengetahui kesalahan yang terjadi dan melakukan perbaikan. Setelah langkah pengujian selesai selanjutnya adalah pengambilan data, pengambilan data dilakukan selama 8 jam dari pukul 08.00 – 16.00. Setelah pengambilan data selesai selanjutnya adalah melakukan pengolahan dan analisis data yang kemudian disusun untuk menjadi artikel ilmiah dan naskah skripsi.

3.2 Deskripsi Alat Penelitian

Alat distilasi air energi surya dirancang berdasarkan dasar teori. Pada penelitian kali ini akan dibuat dua jenis alat distilasi air energi surya. Jenis alat distilasi air energi surya absorber kain bersekat penampung air sebagai alat utama dan jenis alat distilasi air energi surya absorber kain biasa sebagai alat pembanding. Selanjutnya, alat distilasi air energi surya absorber kain bersekat penampung air disebut distilasi utama dan jenis alat distilasi air energi surya absorber kain biasa disebut sebagai distilasi pembanding. Kedua alat ini dirancang sebagai alat uji skala laboratorium, yang berarti penggunaan alat hanya bertujuan untuk penelitian dan pengambilan data. Adapun deskripsi mengenai alat distilasi utama adalah sebagai berikut :

(35)

1. Kemiringan absorber sebesar 15o

2. Bak penampungan air terbuat dari multiplek 60 cm x 80 cm x 4,5 cm

3. Luasan absorber alat distilasi adalah 55,4 cm x 76 cm

4. Alas terbuat dari alumunium plat dengan tebal 0,8 mm

5. Kain lenin pelapis absorber dengan ukuran 11 cm x 55 cm tiap sela-sela sekat

6. Tebal dinding adalah 3 cm

7. Dinding alat dilapisi dengan karet hitam dengan ketebalan 5 mm.

8. Jumlah sekat adalah 6 buah

9. Sekat terbuat dari alumunium plat dengan tebal 0,75 mm, lebar 2,75 cm, panjang 55,4 cm

10. Jarak antar sekat adalah 11,45 cm

11. Penutup alat mengunakan kaca dengan ketebalan 3 mm

12. Pipa alumunium yang digunakan pada pipa pemanas dengan diameter 7,5 mm dan panjang total 2,4 m

(36)

Gambar 3.2 Bagian-bagian alat distilasi absorber kain bersekat penampung air

Sementara itu penjelasan mengenai deskripsi alat distilasi pembanding adalah sama dengan alat distilasi utama, yang membedakan adalah kain Lenin pelapis absorber pada distilasi pembanding mempunyai luas 55,4 cm x 76 cm, dan tidak adanya sekat pada alat distilasi pembanding.

3.3 Variasi Penelitian

Dalam dasar teori telah disebutkan bahwa penguapan merupakan salah satu proses yang penting dalam alat distilasi. Penguapan diantaranya dipengaruhi oleh jumlah massa air, temperatur air, dan luas permukaannya di dalam alat distilasi utama. Untuk mengetahui unjuk kerja (efisiensi dan hasil air) pada penelitian ini akan divariasikan jumlah massa air dan debit masukan air dingin serta debit masukan air panas ke dalam alat distilasi utama guna mengetahui efeknya terhadap efisiensi dan hasil air distilasi yang didapatkan. Kenyataan di lapangan debit yang diberikan terhadap distilasi pembanding tidak setabil, sehingga nilai debit pada pengambilan data merupakan debit rata-rata.

(37)

Berikut adalah variasi yang akan dilakukan untuk mengetahui efek massa air terhadap unjuk kerja:

1. Massa air di dalam absorber sebesar 0,1 kg (variasi 1), 0,56 kg (variasi 2), dan 2,3 kg (variasi 3). Pada variasi 1 dan variasi 3 debit air masukan sebesar 1,8 liter/jam pada distilasi utama maupun distilasi pembanding. Pada variasi 2 debit air masukan rata-rata sebesar 3 liter/jam pada distilasi pembanding.

Efek temperatur air masukan terhadap unjuk kerja dianalisis dengan memvariasikan debit air yang masuk ke pemanas distilasi utama. Berikut adalah variasi yang akan dilakukan:

2. Debit air pada pemanas sebesar 1,8 liter/jam (variasi 4), dan 1,2 liter/jam (variasi 5). Kedua variasi ini menggunakan massa air di absorber sebesar 0,56 kg. Pada distilasi pembanding variasi 4 debit air masukan rata-rata sebesar 2,1 liter/jam, dan pada distilasi pembanding variasi 5 debit air masukan rata-rata sebesar 1,35 liter/jam.

3.4 Prosedur Penelitian

Tahapan pada penelitian ini meliputi :

1. Menyiapkan dua jenis alat distilasi yakni (1) distilasi utama dan (2) distilasi pembanding

2. Mengatur debit air masukan sebesar 1,8 liter/jam pada distilasi pembanding

(38)

4. Melakukan variasi 1,2, dan 3 pada distilasi utama.

5. Mencatat parameter-parameter pengukuran.

6. Menyiapkan jenis distilasi utama yang di pasangkan dengan pipa pemanas.

7. Melakukan pengulangan langkah (2)

8. Mengatur massa air di dalam distilasi utama seperti variasi 2

9. Melakukan variasi 4 dan 5.

10. Mencatat parameter-paramter pengukuran.

11. Melakukan analisis data menggunakan persamaan.

Pengambilan data dilakukan selama 5 hari. Pencatatan data dibantu oleh mikrokontroler Arduino sehingga data dapat diambil setiap 10 detik.

3.5 Variabel Penelitian

Dalam pengambilan data secara eksperimen, beberapa variabel yang digunakan akan diukur dan dianalisis. Variabel-variabel tersebut berlaku untuk kedua jenis alat yaitu alat distilasi utama dan alat pembanding. Variabel yang diukur diantaranya temperatur absorber (TW) dalam alat distilasi, temperatur kaca penutup

alat distilasi (Tc), jumlah hasil air distilasi yang dihasilkan (kg/m2_{.hari), energi}

panas yang datang dari surya (G), temperatur air yang masuk kedalam alat distilasi (Tin), temperatur air yang keluar dari alat distilasi (Tout), lama waktu pengambilan data (Jam), dan debit air dingin/panas yang masuk ke dalam alat distilasi (Q).

(39)

3.6 Komponen Alat Pendukung Penelitian

Alat-alat yang digunakan merupakan alat yang telah dipilih dan disesuiakan dengan kebutuhan dan kondisi pengujian. Berikut adalah alat-alat pendukung yang digunakan :

1. Mikrokontroler Arduiono (Gambar 3.3), alat ini merupakan pengendali mikro

single-board yang bersifat opensource. Fungsi dari alat ini untuk

memudahkan pengambilan data temperatur dan kenaikan air. Setiap 10 detik alat ini mengirimkan data dan mencatatnya di dalam server.

2. Sensor Temperatur dengan Steel Head (Gambar 3.4), alat ini digunakan untuk mengetahui besaran suhu disetiap titik yang ditempati alat ini. Sensor ini akan merepon ketika terdapat perubahan suhu di titik yang ditempati alat ini. Respon perubahan suhu yang terjadi dicatat setiap 10 detik dengan bantuan mikrokonroler Arduino dan dikirimkan ke server

Gambar 3.3 Mikrokontroler Arduino [Sumber : www.sahabat-informasi.com]

(40)

Gambar 3.4 Sensor Temperatur dengan Steel Head [Sumber : www.makerlab-electronics.com]

3.7 Prosedur Pengolahan Data

Menganalisis efek massa air di dalamdistilasi utama terhadap unjuk kerja, maka dilakukan sebagai berikut:

1. Analisisperbandingan unjuk kerja distilasi pada variasi 1, 2, dan 3

2. Analisis perbandingan kenaikan ΔT, kenaikan koefisien konveksi (h), kenaikan q konveksi, dan kenaikan q uap pada variasi 1, 2, dan 3

Menganalisis efek temperatur air yang masuk ke dalam distilasi utama terhadap unjuk kerja, maka dilakukan sebagai berikut:

1. Analisis perbandingan unjuk kerja pada variasi 4, dan 5

2. Analisis perbandingan efisiensi (η), q konveksi, q uap, q masuk, dan q terbuang pada

(41)

24 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Pada penelitian ini akan dipaparkan hasil dari pengambilan data yang telah dilakukan. Khusus pada variasi 3 pengambilan data dilakukan selama 6 jam dari pukul 08.00 hingga 14.00 hal ini dikarenakan keadaan cuaca hujan, sehingga pada variasi ini data dirata-rata tiap 1 jam, 2 jam dan seterusnya hingga 6 jam. Data yang diperoleh pada variasi yang lain selanjutnya dilakukan rata-rata tiap jam 1 jam, 2 jam dan seterusnya hingga 8 jam. Berikut data penelitian yang diperoleh (Tabel 1 – 10).

Tabel 4.1 Data penelitian distilasi utama pada variasi 1

Jam Tin _O Tout TW TC Hasil G

C O_C O_C O_C _kg/m2_Watt/m2 8 25,7 26,7 35,4 31,7 0,1 164,8 9 26,1 28,2 43,5 38,3 0,7 310,8 10 26,6 29,3 50,1 44,0 1,1 374,1 11 27,1 29,9 52,9 46,2 1,2 376,6 12 27,6 30,6 55,3 48,1 1,4 394,3 13 28,0 31,0 56,4 48,8 1,8 396,2 14 28,3 31,0 55,7 48,2 2,0 363,9 15 28,5 30,9 54,2 46,9 2,0 332,5 16 28,7 30,7 52,3 45,4 2,0 296,2 Rata-rata 28,7 30,7 52,3 45,4 2,0 296,2

(42)

Tabel 4.2 Data penelitian distilasi pembanding pada variasi 1

Jam Tin Tout TW TC Hasil G

O_C O_C O_C O_C _kg/m2_Watt/m2 8 25,8 27,7 34,4 30,5 0,4 164,8 9 26,2 30,0 41,9 35,9 0,4 310,8 10 26,6 31,2 49,2 41,9 0,4 374,1 11 27,0 31,4 52,3 44,7 0,8 376,6 12 27,4 31,8 54,7 47,1 0,8 394,3 13 27,8 32,8 55,2 47,9 1,1 396,2 14 28,1 33,8 54,0 47,4 1,3 363,9 15 28,4 33,9 52,2 46,2 1,7 332,5 16 28,6 33,8 50,3 44,8 1,9 296,2 Rata-rata 28,6 33,8 50,3 44,8 1,9 296,2

(43)

O_C O_C O_C O_C _kg/m2_Watt/m2 8 26,7 30,6 52,0 48,4 0,2 371,7 9 27,3 30,8 55,1 50,9 0,2 386,5 10 27,8 31,5 58,1 52,9 0,2 407,4 11 28,3 31,8 59,8 53,6 0,7 426,0 12 28,7 32,1 60,9 54,1 1,8 430,1 13 29,0 32,5 61,7 54,4 2,2 411,7 14 29,3 32,3 60,5 52,9 2,4 365,9 Rata-rata 29,3 32,3 60,5 52,9 2,4 365,9

(44)

C O_C O_C O_C _kg/m2_Watt/m2 8 26,2 34,8 51,4 44,3 0,2 371,7 9 26,6 36,0 55,6 47,4 0,5 386,5 10 27,0 35,7 58,7 50,2 1,0 407,4 11 27,5 36,0 60,1 51,5 1,1 426,0 12 27,9 36,9 61,1 52,6 1,5 430,1 13 28,4 37,0 61,7 53,4 1,6 411,7 14 28,8 36,4 59,8 51,8 2,3 365,9 Rata-rata 28,8 36,4 59,8 51,8 2,3 365,9

(45)

(46)

4.2 Data ΔT, h konveksi , q konveksi , dan q uap

Tabel 4.1 hingga 4.10 merupakan nilai yang didapat dari data penelitian. Pada variasi 4 dan 5 (Tabel 4.17 dan 4.19) terdapat nilai q pemanas, q masuk, dan q terbuang hubunganya dengan efek temperatur air masukan.

Tabel 4.11 Data distilasi utama pada variasi 1

Jam Hasil G ΔT q uap q konveksi h uap

kg/m2 _Watt/m2 OC _Watt/m2_Watt/m2_Watt/m2_.o_C

8 0,1 164,8 3,7 80,7 20,3 5,4 9 0,7 310,8 5,2 245,3 33,1 6,4 10 1,1 374,1 6,2 241,2 22,1 3,6 11 1,2 376,6 6,7 201,9 17,0 2,6 12 1,4 394,3 7,2 184,5 14,3 2,0 13 1,8 396,2 7,6 197,3 15,0 2,0 14 2,0 363,9 7,5 189,8 15,1 2,0 15 2,0 332,5 7,3 166,4 13,9 1,9 16 2,0 296,2 6,9 148,6 12,9 1,9 Rata-rata 2,0 296,2 6,9 148,6 12,9 1,9

(47)

Tabel 4.12 Data distilasi pembanding pada variasi 1

8 0,4 164,8 3,9 240,0 64,7 16,5 9 0,4 310,8 6,0 140,8 21,3 3,5 10 0,4 374,1 7,3 97,6 9,4 1,3 11 0,8 376,6 7,6 134,3 11,7 1,6 12 0,8 394,3 7,6 108,1 8,7 1,1 13 1,1 396,2 7,3 121,4 9,7 1,3 14 1,3 363,9 6,6 119,0 9,7 1,5 15 1,7 332,5 6,0 143,4 12,0 2,0 16 1,9 296,2 5,5 138,7 11,9 2,1 Rata-rata 1,9 296,2 5,5 138,7 11,9 2,1

8 0,2 316,5 2,4 123,4 16,8 6,9 9 0,3 385,0 4,4 115,4 10,0 2,3 10 0,5 435,9 5,6 113,5 7,8 1,4 11 1,2 434,6 6,5 200,5 13,1 2,0 12 2,0 456,5 7,1 256,7 16,0 2,2 13 2,4 474,1 7,7 259,1 15,2 2,0 14 2,8 452,3 8,2 256,0 15,5 1,9 15 2,9 416,6 8,3 237,1 15,3 1,8 16 3,1 378,2 8,2 221,8 15,3 1,9 Rata-rata 3,1 378,2 8,2 221,8 15,3 1,9

(48)

8 0,6 316,5 4,6 385,0 61,5 13,3 9 1,1 385,0 6,7 357,0 36,5 5,4 10 1,1 435,9 7,9 248,6 19,3 2,4 11 1,3 434,6 7,8 209,4 15,6 2,0 12 1,5 456,5 7,2 202,2 14,7 2,1 13 1,6 474,1 6,9 175,4 12,2 1,8 14 2,1 452,3 6,8 197,0 13,8 2,0 15 2,3 416,6 6,4 190,9 13,8 2,1 16 2,6 378,2 6,1 191,8 14,4 2,4 Rata-rata 2,6 378,2 6,1 191,8 14,4 2,4

8 0,2 371,7 0,7 106,4 10,4 14,6 9 0,2 386,5 2,8 70,1 5,9 2,1 10 0,2 407,4 4,2 49,0 3,5 0,8 11 0,7 426,0 5,5 120,0 8,2 1,5 12 1,8 430,1 6,3 233,9 15,4 2,5 13 2,2 411,7 6,8 244,1 15,8 2,3 14 2,4 365,9 7,1 221,8 15,4 2,2 Rata-rata 2,4 365,9 7,1 221,8 15,4 2,2

(49)

Jam Hasil G ΔT q uap q konveksi q uap ΔT Pemanas Cp q pemanas q masuk q terbuan g kg/m2 W/m2 O_C _W/m2 _W/m2 _W/m2 O_C _J/kg.0_C _Watt _Watt _Watt

8 0,05 189,9 3,4 30,5 7,7 2,3 2,8 4213,0 5,9 0,01 5,9 9 0,7 350,5 5,2 236,5 28,4 5,4 7,3 4203,5 15,3 0,3 15,0 10 1,0 359,9 6,6 215,8 21,7 3,3 8,0 4202,2 16,8 0,5 16,3 11 1,2 421,2 7,8 189,5 14,6 1,9 9,3 4199,6 19,6 0,6 19,0 12 1,8 426,7 8,6 229,8 16,5 1,9 9,7 4198,9 20,4 1,0 19,4 13 2,2 423,7 8,9 240,7 17,1 1,9 10,2 4198,1 21,3 1,3 20,0 14 2,3 401,6 9,1 214,7 15,7 1,7 9,8 4198,7 20,7 1,3 19,3 15 2,4 370,3 8,9 194,6 14,9 1,7 9,1 4200,0 19,2 1,3 17,9 16 2,4 332,5 8,6 173,2 13,9 1,6 8,2 4201,8 17,1 1,1 16,0 Rata -rata 2,4 332,5 8,6 173,2 13,9 1,6 8,2 4201,8 17,1 1,1 16,0

8 0,2 371,7 7,0 152,4 16,8 2,4 9 0,5 386,5 8,1 176,0 15,6 1,9 10 1,0 407,4 8,5 226,4 17,4 2,0 11 1,1 426,0 8,6 187,9 13,7 1,6 12 1,5 430,1 8,5 191,3 13,4 1,6 13 1,6 411,7 8,3 174,4 12,0 1,4 14 2,3 365,9 8,0 216,5 15,6 2,0 Rata-rata 2,3 365,9 8,0 216,5 15,6 2,0

(50)

Jam Hasil G ΔT q uap q konveksi h uap ΔT Pemanas Cp q pemanas q masuk q terbuan g kg/m2 _W/m2 O_C _W/m2 _W/m2 _W/m2 O_C J/kg.0

C Watt Watt Watt

8 0,2 359,1 4,2 142,4 15,0 3,6 13,6 4192,3 19,0 0,2 18,9 9 0,4 429,2 6,0 142,6 10,6 1,8 15,6 4189,3 21,8 0,4 21,4 10 0,8 484,9 7,6 174,8 10,8 1,4 16,4 4188,1 22,9 0,8 22,1 11 2,1 542,9 8,5 335,7 18,3 2,1 16,9 4187,5 23,5 2,0 21,5 12 2,7 499,2 8,8 355,6 19,8 2,3 15,7 4189,2 21,9 2,5 19,4 13 2,8 457,4 8,7 306,1 18,3 2,1 14,2 4191,3 19,9 2,3 17,5 14 3,0 429,3 8,6 276,1 17,5 2,0 13,3 4192,8 18,5 2,3 16,2 15 3,0 381,7 8,2 241,6 16,1 2,0 11,9 4195,0 16,7 2,1 14,6 16 3,0 341,3 7,8 214,8 15,0 1,9 10,7 4197,2 14,9 1,9 13,1 Rata-rata 3,0 341,3 7,8 214,8 15,0 1,9 10,7 4197,2 14,9 1,9 13,1

8 0,2 189,9 2,4 127,1 28,8 12,2 9 0,4 350,5 4,3 141,3 17,2 4,0 10 0,5 359,9 5,6 100,4 10,0 1,8 11 0,7 421,2 6,5 118,2 9,0 1,4 12 1,4 426,7 7,0 177,0 12,5 1,8 13 1,8 423,7 7,0 201,0 14,0 2,0 14 1,9 401,6 7,0 173,9 12,3 1,8 15 2,3 370,3 6,8 190,0 14,0 2,1 16 2,3 332,5 6,7 170,0 13,2 2,0 Rata-rata 2,3 332,5 6,7 170,0 13,2 2,0

(51)

4.3 Hasil Unjuk Kerja

4.3.1 Efek Massa Air Terhadap Unjuk Kerja

Perhitungan unjuk kerja variasi 1,2, dan 3 diambil data dari 6 jam pengambilan data. Hal Ini dilakukan untuk menyesuaikan variasi 3 yang pengambilan data dilakukan selama 6 jam dikarenakan cuaca hujan. Berikut tabel hasil perhitungan unjuk kerja pada variasi 1,2, dan 3 distilasi utama dan distilasi pembanding.

Tabel 4.21 Unjuk kerja pada distilasi utama dan distilasi pembanding

8 0,1 359,1 5,3 79,8 10,0 1,9 9 0,5 429,2 7,3 179,4 15,4 2,1 10 0,6 484,9 7,8 137,5 9,8 1,3 11 1,1 542,9 8,0 185,4 11,6 1,4 12 1,4 499,2 8,0 182,9 11,3 1,4 13 2,1 457,4 7,7 224,6 14,7 1,9 14 2,2 429,3 7,3 209,1 14,1 1,9 15 2,6 381,7 6,9 211,6 15,0 2,2 16 2,6 341,3 6,6 189,1 14,0 2,1 Rata-rata 2,6 341,3 6,6 189,1 14,0 2,1 Variasi A Δt G

Distilasi Utama Distilasi Pembanding hfg Hasil Air η hfg Hasil Air η m2 _s Watt/ m2 kJ/kg kg/m2 ._hari % kJ/kg kg/m2. hari % 1 0,4 21600 363,9 2367,2 2,0 60,9 2371,3 1,3 38,0 2 0,4 21600 452,3 2350,2 2,8 66,2 2357,4 2,1 50,6 3 0,4 21600 365,9 2357,3 2,4 71,0 2357,3 2,3 68,9 4 0,4 28800 332,52 2369,1 2,4 58,9 2369,3 2,3 57,7 5 0,4 28800 341,35 2363,4 3,0 71,6 2367,6 2,6 62,5

(52)

4.3.2 Efek Temperatur Masukan Air Terhadap Efisiensi

Perhitungan unjuk kerja variasi 4 dan 5 diambil dari 8 jam pengambilan data. Perbandingan yang dilakukan hanya bisa dilakukan pada nilai efisiensi, hal ini dikarenakan debit distilasi pembanding dari kedua variasi ini tidak sama. Efisiensi merupakan nilai yang tidak berdimensi, sehingga nilai tersebut dapat dibandingkan untuk mengetahui nilai terbaiknya. Berikut tabel hasil perhitungan unjuk kerja pada variasi 4 dan 5 distilasi utama.

Tabel 4.22 Unjuk kerja pada distilasi utama dan distilasi pembanding

4.4 Analisis

Dari tabel data di atas (Tabel 4.21 dan 4.22) maka dapat dilakukan perbandingan unjuk kerja tiap variasi antara distilasi utama dengan distilasi pembanding. Pembahasan dibuat berdasarkan dua parameter yang telah disebutkan pada subbab 3 Variasi Variabel Penelitian. Berikut analisis tiap variasi yang telah dilakukan pada alat distilasi.

4.4.1 Efek Massa Air Terhadap Unjuk Kerja

Perbandingan dilakukan pada variasi 1, 2, dan 3 untuk mengetahui kenaikan unjuk kerja terbaik. Gambar 4.1 menunjukan efisiensi tertinggi ada pada variasi 3 sebesar 71 % distilasi utama dan 68,9 % distilasi pembanding. Efisiensi terendah pada variasi 1 sebesar 60,9 % distilasi utama dan 38 % distilasi pembanding. Variasi 2 memiliki efisiensi sebesar 66,2 % distilasi

Variasi A Δt G hfg Hasil Air η

m2 _s _Watt/m2 _kJ/kg _kg/m2._hari _%

4 0,4 28800 332,5 2369,3 2,3 57,7

(53)

utama dan 50,6 % distilasi pembanding. Untuk mengetahui efek massa air terhadap efisiensi didasarkan pada selisih nilai efisiensi antara distilasi utama dan distilasi pembanding (kenaikan efisiensi). Nilai kenaikan efisiensi yang tertinggi akan menunjukan variasi yang paling baik.

Gambar 4.1 Perbandingan efisiensi distilasi utama dengan distilasi pembanding serta nilai G pada variasi 1,2, dan 3

60,9 66,2 71,0 38,0 50,6 68,9 363,9 452,3 365,9 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0 10 20 30 40 50 60 70 80 1 2 3 G ( Wa tt /m 2) Efi si ens i (% ) Variasi Alat Pembanding G

(54)

Gambar 4.2 Perbandingan kenaikan efisiensi distilasi utama terhadap distilasi pembanding pada variasi 1,2, dan 3

Gambar 4.2 menunjukan kenaikan efisiensi terjadi pada semua variasi, hal ini berarti variasi yang dilakukan terhadap distilasi utama sesuai dengan hipotesis. Gambar 4.2 menampilakan efisiensi terbaik pada variasi 1, pada variasi ini menunjukan kenaikan sebesar 60,3 % terhadap distilasi pembanding. Sementara itu pada variasi 2 dan 3 secara berurutan terjadi kenaikan sebesar 30,9 % dan 3,1 % terhadap distilasi pembanding. Dilihat dari nilai kenaikan efisiensinya, maka variasi 1 merupakan variasi yang paling baik diantara variasi lainya, dan yang terendah adalah pada variasi 3 yang kenaikan efisiensi sebesar 3,1 % terhadap distilasi pembanding.

60,3 30,9 3,1 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 K ena ial n η (%) Variasi

(55)

Gambar 4.3 Perbandingan hasil air distilasi utama dengan distilasi pembanding serta nilai G pada variasi 1,2, dan 3

Gambar 4.3 menunjukan hasil air distilasi utama dan distilasi pembanding. Nilai terbaik hasil air ada pada variasi 2 yaitu sebesar 2,75 kg/m2.hari distilasi utama dan 2,1 kg/m2.hari distilasi pembanding. Nilai terendah hasil air ada pada variasi 1 yaitu sebesar 2,02 kg/m2_{.hari distilasi utama}

dan 1,26 kg/m2.hari. Kemudian pada variasi 3 hasil air sebesar 2,38 kg/m2.hari distilasi utama dan 2,31 kg/m2.hari distilasi pembanding. Besaran energi suya (G) yang diterima alat distilasi berbeda pada hari yang berbeda, hal ini menyebabkan hasil air pada alat distilasi berbeda tiap harinya. Untuk mengetahui efek massa air terhadap hasil air didasarkan pada selisih nilai hasil air antara distilasi utama dan distilasi pembanding (kenaikan hasil air). Nilai kenaikan hasil air yang tertinggi akan menunjukan variasi yang paling baik.

2,02 2,75 2,38 1,26 2,10 2,31 363,9 452,3 365,9 0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 0,0 0,5 1,0 1,5 2,0 2,5 3,0 1 2 3 G ( Wa tt /m 2) H asi l A ir ( k g /m 2.hari ) Variasi Alat Pembanding G

(56)

Gambar 4.4 Kenaikan hasil air distilasi utama terhadap distilasi pembanding pada variasi 1,2, dan 3

Gambar 4.4 menunjukan kenaikan hasil air terjadi pada semua variasi, hal ini berarti variasi yang dilakukan terhadap distilasi utama sesuai dengan hipotesis. Gambar 4.4 menunjukan kenaikan hasil air tertinggi ada pada variasi 1 yaitu sebesar 60,44 % terhadap distilasi pembanding, kemudian kenaikan hasil air pada variasi 2 dan 3 secara berurutan sebesar 30,9 % dan 3,1 %.

Dari Gambar 4.2 dan 4.4 menunjukan kenaikan unjuk kerja masing-masing variasi. Kenaikan unjuk kerja terbaik ada pada variasi 1 dan kenaikan unjuk kerja terendah ada pada variasi 3. Tinggi atau rendahnya nilai unjuk kerja alat distilasi dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah ΔT, h konveksi,

q konveksi, dan q uap.. Berikut dijelaskan lebih lanjut mengenai faktor-faktor yang

mempengaruhi unjuk kerja tiap variasi. 60.3 30.9 3.1 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 K enai k an H asi l (%) Variasi

(57)

Gambar 4.5 Kenaikan ΔT, h konveksi, q konveksi, dan q uap distilasi utama terhadap

distilasi pembanding pada variasi 1,2, dan 3

Gambar 4.5 menunjukan kenaikan nilai ΔT, h konveksi, q konveksi, dan q uap distilasi utama terhadap distilasi pembanding. Khusus pada variasi 2 dan 3

terdapat nilai ΔP, hal ini disebabkan untuk mengetahui lebih jauh terjadinya proses penguapan. Dari grafik kenaikan nilai di atas, dapat diketahui efek massa air terhadap faktor-faktor yang mempengaruhi unjuk kerja.

4.4.1.1 Variasi 1 (Massa Air 0,1 kg dan Debit Air Masuk 1,8 liter/jam) Pada variasi 1 kenaikan ΔT sebesar 14 %, h konveksi sebesar 35,5 % , q konveksi sebesar 54,5 % , dan q uap sebesar 59,5 %. Kenaikan ΔT pada variasi 1

merupakan nilai tertinggi jika dibandingkan dengan variasi yang lainnya yaitu sebesar 14 %. ΔT mengindikasikan temperatur pada absorber dan kaca, temperatur ini akan berpengaruh terhadap penguapan dan pengembunan. Penguapan dan pengembunan adalah faktor terpenting di dalam proses alat

14,0 21,2 -10,8 35,5 -6,9 10,8 54,5 12,8 -1,1 59,5 30,0 2,4 46,7 -2,2 -20 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 1 2 3 K ena ik an (% ) Variasi

(58)

distilasi. Proses penguapan dimulai dari absorber menuju kaca, sedangkan proses pengembunan terjadi pada kaca bagian bawah. Semakin besar ΔT, menjadi salah satu penyebab makin baiknya proses distilasi, namun ΔT bukanlah satu-satunya penyebab dari baik atau buruknya hasil unjuk kerja. ΔT yang besar akan menunjukan nilai temperatur absorber lebih tinggi dari nilai temperatur kaca. Sementara itu, yang mempengaruhi temperatur adalah energi surya yang datang, semakin panas matahari maka proses penguapan akan semakin baik, karena dalam proses distilasi energi surya akan sangat mempengaruhi temperatur di dalam absorber. Sementara itu, absorber berfungsi untuk menyerap panas energi surya yang nantinya akan digunakan untuk memanaskan air yang berada di dalam alat distilasi. Air yang panas akan mudah untuk menguap.

Gambar 4.6 menunjukan ΔT distilasi utama dan distilasi pembanding mengikuti besar energi surya yang datang (G). Hal ini berarti nilai G sangat mempengaruhi ΔT. Gambar 4.6 menampilkan perbandingan ΔT antara distilasi utama dengan distilasi pembanding selama 6 jam pengambilan data. Diawal pengambilan data ΔT distilasi utama lebih rendah dibandingkan ΔT distilasi pembanding. Hal ini dikarenakan di dalam distilasi utama terdapat air yang tertampung di dalam absorber, air yang tertampung membuat proses pemanasan dari energi surya yang datang pada absorber membutuhkan waktu yang lebih lama dibandingkan dengan distilasi pembanding.