i
UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI SURYA
BERKONDENSOR
PASIF DENGAN HEAT RECOVERY MENGGUNAKAN
EFEK KAPILARITAS SATU KAIN
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
Felix Kurniawan Hadi Pratama
NIM : 115214023
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
PERFORMANCE OF THE SOLAR WATER DISTILLATION VERTICAL TYPE
WITH CAPILLARITY EFFECTS ABSORBER USING ONE LAYER FABRIC
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of The Requirements To Obtain The Sarjana Teknik Degree
Presented by:
Felix Kurniawan Hadi Pratama
NIM : 115214023
MECHANICAL OF ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT MECHANICAL ENGINERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vii
INTISARI
Pada penelitian ini diteliti pengaruh penggunaan kondensor pasif dan heat recovery untuk meningkatkan volume air hasil destilasi. Dengan metode kondensor pasif uap berlebih pada saat terjadi penguapan dapat dimanfaatkan heat recovery. Dalam penelitian ini ketinggian air didalam bak destilator pada alat destilasi menggunakan kondensor pasif sangat berpengaruh terhadap efisiensi dan jumlah volume air yang dihasilkan. Pada ketinggian air 12 mm di dalam bak destilator menghasilkan proses penguapan yang lebih cepat dan volume air yang dihasilkan lebih banyak dibandingkan dengan variasi ketinggian air di dalam bak destilator 17 mm dan 29 mm. Hasil volume air terbanyak yang dihasilkan pada ketinggian air di dalam bak destilator 12 mm sejumlah 4,14 liter/m2. Pada variasi alat destilasi menggunakan kondensor metode kondensor satu kain menghasilkan efisiensi teoritis tertinggi selama pengambilan data yakni 71,93 % dan efisiensi aktual 14,94 % dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam sehari sebesar 590,59 watt/m2. Pada alat destilasi konvensional hasil volume air yang paling baik pada percobaan hari pertama dengan menghasilkan sebanyak 2,12 liter/m2. Sedangkan pada alat destilasi air konvensional (tanpa menggunakan kondensor pasif) menghasilkan efisiensi teoritis tertinggi selama pengambilan data yakni 77,75 % dan efisiensi aktual 34,06 % dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam sehari sebesar 590,59 watt/m2.
viii
ABSTRACT
In this research the passive condenser and heat recovery method are used to increase the water volume during destillation process. Using the passive condenser the excessive evaporation which occur during the evaporation process can be used for heat recovery. In this study, the water level in the tub distillation with apparatus using passive condenser also affects the efficiency and the produced water volume. Variation used is a variation of air conditioning (with nothing), pending the variation of water (cooling water flow glass), and the variation of water cooling using a reflector. The results showed that the highest actual efficiency of the distillation equipment types shown on the vertical variation of the cooling water is equal to 14,94 % at 590,59 G Watt / m2. But for the entire distillation equipment and conventional vertical type, conventional distillation equipment to obtain the highest current efficiency of 71,93 % on average for 3 days at G 590,59 Watt / m 2 3-day average rat. The results showed that the distilled water results in poor distillation equipment types shown on the vertical variation of water cooling using a reflector to reach 2,12 liters a day. But for the entire vertical type tool maunpun conventional distillation, the average for 3 days konvensonal distillation tool produces results reach most of distilled water 4,14 liters. Key words: distilled water, solar energi, vertical, nature capillarity, efficiency
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan berkah-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Tugas akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan tugas akhir. Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan baik. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan, dukungan dan dorongan, baik secara moriil, materiil dan spirituiil antara lain kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Si., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta;
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, S.T, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin;
x
3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan saran, kritik dan bimbingan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta;
4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan waktu, tenaga dan pikiran selama penulisan tugas akhir;
5. Ir. Franciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T., atas kerja sama bantuannya selama proses penelitian;
6. Segenap dosen dan staff Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta atas segala kerjasama, pelayanan dan bimbingan selama penulis menempuh kuliah dan proses penulisan tugas akhir;
7. Keluarga tercinta, Ayah tercinta Ignatius Sunarno Hadi, Ibu tercinta Bernadeta Padmi Indarwati, dan adik tercinta yang telah memberikan doa, semangat serta dukungan moral maupun materiil sehingga dapat membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
8. Untuk saudara – saudara Pak wiwik, Bu Heri, Bu Yuli, Bu Enik, Mbak fero, Mas Erwin , Dek Yovi yang telah memberikan dukungan sepenuhnya serta doa untuk tercapainya tugas akhir ini.
9. Untuk para sahabat tercinta Yudha, Ramos, Cahyo, Damar, Dani, dan Prima yang selalu mendukung dan membantu disaat saya mengalami kesulitan dalam penyelesaian tugas akhir ini.
xii
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
INTISARI ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv BAB I PENDAHULUAN ... 1.1 Latar Belakang ... 1 1.2 Tujuan Penelitian ... 3 1.3 Batasan Masalah ... 3 1.4 Manfaat Penelitian ... 4 1.5 Skema Alat ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Pengertian Destilasi ... 6
2.2 Landasan Teori ... 6
2.3 Persamaan yang Digunakan ... 9
2.4 Penelitian yang Pernah Dilakukan... 11
2.5 Jenis-jenis Destilasi ... 13
2.6 Elemen Alat Destilasi Umum ... 16
BAB III METODE PENELITIAN... 17
xiii
3.2 Alat yang Mendukung Dalam Pengambilan Data ... 20
3.3 Variabel yang Divariasikan ... 21
3.4 Parameter yang Diukur ... 22
3.5 Langkah Penelitian ... 22
3.6 Analisis Data ... 23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 24
4.1 Data Penelitian ... 24 4.2 Hasil Penelitian ... 28 4.3 Pembahasan ... 31 BAB V PENUTUP ... 50 5.1 Kesimpulan ... 50 5.2 Saran ... 51 DAFTAR PUSTAKA ... 52 LAMPIRAN ... 54
Lampiran 1 Foto-foto Alat Penelitian ... 55
Lampiran 2 Foto-foto Alat Penelitian ... 56
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam bak destilator pada penelitian alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pada hari pertama. ... 25 Tabel 2 Data pada variasi ketinggian air 15 mm di dalam bak destilator pada
penelitian alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pada hari kedua. ... 26 Tabel 3 Data pada variasi ketinggian air 27 mm di dalam bak destilator pada
penelitian alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pada hari ketiga. ... 26 Tabel 4 Data pada alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada
hari pertama. ... 27 Tabel 5 Data alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada hari
kedua. ... 27 Tabel 6 Data alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada hari
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Skema alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri dengan metode bak air satu tingkat ... 5 Gambar 2.1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum ... 8 Gambar 2.2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator tanpa
kondensor... 8 Gambar 2.3 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator dengan
kondensor... 8 Gambar 3.1 Skema alat destilasi energi surya konvensional tanpa menggunakan
kondensor... 18 Gambar 3.2 Skema alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri
dengan metode bak air satu tingkat ... Gambar 4.1 Grafik dari G pada alat masing-masing destilasi hari pertama ... 33 Gambar 4.2 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis
konvensional, efisisensi aktual kondensor, dan efisisensi aktual konvensional pada hari pertama. ... 33 Gambar 4.3 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari pertama ... 36 Gambar 4.4 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari pertama ... Gambar 4.5 Grafik dari G pada alat masing-masing destilasi hari kedua ... 37 Gambar 4.6 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis
konvensional, efisisensi aktual kondensor, dan efisisensi aktual konvensional pada hari kedua... 37 Gambar 4.7 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari kedua ... 38 Gambar 4.8 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari kedua ... Gambar 4.9 Grafik dari G pada alat masing-masing destilasi hari pertama ... 40 Gambar 4.10 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis
konvensional, efisisensi aktual kondensor, dan efisisensi aktual konvensional pada hari ketiga ... 41 Gambar 4.11 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari ketiga ... 42 Gambar 4.12 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari destilasi
xvi
Gambar 4.13 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional hari
pertama ... 44
Gambar 4.14 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional hari kedua ... 45
Gambar 4.15 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional hari ketiga ... 46
Gambar 4.16 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi perhari dari efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada alat destilasi berkondensor dan destilasi konvensional selama 3 hari ... 47
Gambar 4.17 Grafik penbandingan md (lt) pada alat destilasi berkondensor dengan variasi ketinggian air di dalam bak destilator 10 mm, 15 mm, dan 27 mm ... 49
Gambar L. 1 Sifat Air dan Uap Jenuh ... 53
Gambar L. 2 Alat Destilasi Energi Surya Konvensional ... 55
Gambar L. 3 Alat Destilasi Energi Surya menggunakan Kondensor ... 55
Gambar L. 4 Logger (Biru) dan Stalker (Merah) ... 56
Gambar L. 5 Penampung Air Kotor dan Pengatur Ketinggian Air di dalam Bak Destilator ... 56
Gambar L. 6 Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) ... 57
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air adalah zat atau materi atau unsur yang penting bagi semua bentuk kehidupan yang diketahui sampai saat ini di bumi. Air menutupi hampir 71% permukaan bumi. Terdapat 1,4 triliun kilometer kubik (330 juta mil³) tersedia di bumi. Air sebagian besar terdapat di laut (air asin) dan pada lapisan –lapisan es (di kutub dan puncak – puncak gunung), akan tetapi juga dapat hadir sebagai awan, hujan, sungai, air tawar, danau muka air tawar,danau,uap air dan lautan es. Air dalam obyek - obyek tersebut bergerak mengikuti suatu siklus air yaitu : melalui penguapan,hujan dan aliran air diatas permukaan tanah (runoff, meliputi mata air, sungai, muara) menuju laut. Air bersih penting bagi kehidupan manusia. Di banyak tempat di dunia daerah- daerah yang kekurangan air bersih sangatlah banyak.Kualitas maupun kandungan dalam air menjadi persoalan utama. Karena air yang di konsumsi untuk manusia haruslah terbebas dari kuman maupun zat kimia yang berbahaya.
Banyak langkah - langkah diambil untuk mengatasi beberapa permasalahan akan kebutuhan air bersih. Salah satu langkahnya ialah menggunakan destilasi air energi surya. Destilasi air energi surya memanfaatkan panas dari sinar matahari, hal ini dapat menjadi solusi karena
2
di Indonesia sendiri merupakan daerah tropis(beriklim panas) dan mendapat sinar matahari langsung. Destilasi ini sendiri juga dapat menghemat energi dari energi fosil yang akhir – akhir ini menjadi pemikiran utama. Tetapi masalah pada destilasi air tenaga surya terletak pada masih rendahnya efisiensi yang dihasilkan. Pada alat destilasi air energi surya konvensional umumnya berbentuk kotak dan disebut kotak destilator. Kotak destilator terdiri dari 2 (dua) komponen utama yakni bak air dan kaca penutup. Bak air berfungsi menyerap energi surya untuk menguapkan air sehingga air terpisah dari zat yang terkontaminasi. Kaca pada alat ini berguna untuk tempat mengembunnya uap air sehingga dihasilkan air bersih yang langsung dapat dikonsumsi. Alat destilasi air energi konvensional juga masih memiliki masalah dengan rendahnya efisiensi yang dihasilkan.
Banyak kendala yang menyebabkan alat destilasi air energi konvesional mengalami kerugian efisiensi salah satu akibatnya adalah terjadinya kerugian kalor. Untuk memanfaatkan energi kalor yang banyak terbuang salah satu caranya adalah mengurangi kerugian kalor pada proses pengembunan uap air dengan memanfaatkan energi panas yang dilepas uap air untuk menguapkan air pada tingkat berikutnya. Proses ini disebut dengan energi recovery. Untuk memanfaatkan energi recovery memerlukan komponen tambahan pada alat destilasi yakni kondensor pasif. Bentuk kondensor pasif pada umumnya berbentuk kotak yang ditaruh dibagian belakang kotak destilator. Penggunaan alat kondensor pasif ini dapat menyebabkan sebagian uap air dari kotak destilator akan mengalir ke
3
kondensor pasif. Hasil penguapan air dapat langsung dapat dimanfaatkan lagi untuk menguapkan air didalam bak dengan satu kain sebagai absorber pada kondensor pasif.
Pada penelitian ini akan menggunakan metode lain dengan memanfaatkan penguapan air dari kotak destilator yang mengalir ke kondensor pasif dengan metode bak satu kain sebagai absorber. Hal ini diharapkan bahwa kerugian kalor pada alat destilasi air energi surya konvensional dapat dimanfaatkan untuk menguapkan air pada alat destilasi air yang menggunakan kondensor dengan metode bak satu kain sebagai absorber. Sehingga alat destilasi air dengan menggunakan kondensor pasif dapat meningkatkan efisiensi yang lebih baik dari alat destilasi yang sebelumnya.
1.2Rumusan Masalah
Destilasi air energi surya adalah salah satu cara untuk memisahkan air dari zat yang mencemarinya. Cara ini dapat digunakan untuk mengatasi kebutuhan akan air bersih pada daerah yang kekurangan dalam mendapatkan air bersih.
Alat destilasi energi surya pun masih memiliki permasalahan dalam hal rendahnya efisiensi yang dihasilkan. Salah satu langkah untuk meningkatkan efisiensi destilasi air energi surya adalah dengan energy recovery
menggunakan efek kapilaritas. Dari hal tersebut penulis tertarik untuk meneliti beberapa masalah, yaitu :
4
1. Mengetahui efisiensi destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery metode kapilaritas dengan destilasi air energi surya konvensional tanpa energy recovery dan kondensor pasif.
2. Mengetahui pengaruh variasi ketinggian air dalam bak destilator terhadap air yang dihasilkan dari proses destilasi tersebut.
3. Mengetahui peningkatan efisiensi destilasi energi surya dengan kondensor pasif dan energy recovery menggunakan efek kapilaritas. 4. Mengetahui efisiensi destilasi air energi surya menggunakan energy
recovery metode kapilaritas satu tingkat dan destilasi air energi surya menggunakan energy recovery metode kapilaritas satu tingkat dengan variasi ketinggian air dalam bak destilator.
1.3Tujuan
Tujuan yang ingin didapatkan pada penelitian ini :
1. Membuat model alat destilasi air energi surya menggunakan energi recovery dengan metode bak satu kain sebagai absorber.
2. Membandingkan perbedaan tingkat efisiensi yang dihasilkan dari alat destilasi air energi surya konvensional dengan alat destilasi air energi surya menggunakan energi recovery metode bak air satu kain sebagai absorber dengan variasi ketinggian air pada kotak destilator.
1.4 Batasan Masalah
1. Penelitian destilasi air energi surya menggunakan energi recovery metode bak air satu kain sebagai absorber.
5
2. Membandingkan pengaruh destilasi air energi surya tanpa memakai kondensor dengan yang memakai kondensor.
3. Pengaruh hasil efisiensi air dengan alat destilasi air energi surya menggunakan energi recovery bak air satu kain sebagai absorber.
4. Volume bak destilator pada destilasi konvensional dan destilasi air energi surya menggunakan energi sama, yaitu L = 71.5 cm, P = 122 cm, dan T = 9.5 cm maka volume bak tersebut adalah 82189.25cm3.
5. Volume bak pada kondensor bak belakang satu kain, yaitu L = 25 cm, P = 120 cm, T = 86 cm maka volume bak tersebut adalah 100.800 cm3.
6. Volume ruang pada kondensor pasif, yaitu L = 71,5 cm, P = 122 cm, dan T= 86 cm, maka volume ruang kondensor tersebut adalah 314.760 cm3.
1.4 Manfaat Penelitian
1. Dapat menguasai proses pembuatan destilasi air energi surya menggunakan energi recovery dengan metode bak air satu kain sebagai absorber.
2. Dapat mengatasi permasalahan masyarakat akan kebutuhan air bersih khususnya pada daerah yang membutuhkan air bersih.
3. Meningkatkan kemampuan masyarakat dalam bidang desain, perekayasaan dan rancang bangun destilasi air energi surya.
4. Hasil penelitian ini dapat dikembangkan dan dapat digunakan masyarakat untuk meningkatkan kesehatan dan kesejahteraan masyarakat.
6
1.5 Skema Alat
Gambar 1.1 Skema alat destilasi air energy surya menggunakan energy recovery dengan metode bak air satu tingkat
Komponen utama yang terdapat pada alat destilasi air energi surya
menggunakan energy recovery satu kain seperti terlihat pada Gambar 1 adalah (1) kaca penutup, (2) bak air, (3) kondensor pasif, (4) bagian energy recovery dengan metode kapilaritas, (5) bak air, (6) dinding pengembun, (7) saluran uap dari destilator ke kondensor pasif, (8) saluran air hasil destilasi, (9) saluran air yang tidak menguap, (10) bahan porus (kain).
8
100
0
3
1
8
5
7
6
5
9
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1Pengertian Destilasi
Destilasi air energi surya menggunakan energi recovery adalah suatu metode untuk memisahkan air yang terkontaminasi dengan menghasilkan air yang bersih. Sedangkan kegunaan energi recovery sebagai pemanfaatkan kembali dari sisa kalor pada kotak destilator yang dialiri ke kondensor bak air satu tingkat sehingga dapat meningkatkan jumlah efisiensi dari hasil pendestilasian air. Cara ini dapat mengurangi kerugaian kalor pada alat destilasi yang tidak menggunakan kondensor. Sehingga pada metode ini dapat membantu masyarakat untuk memenuhi kebutuhan pada air bersih.
2.2Landasan Teori
Destilasi merupakan salah satu cara untuk memisahkan air yang terkontaminasi dengan menggunakan panas matahari. Bagian dari destilasi biasa pada umumnya terdiri dari kotak destilator yang memiliki 2 bagian yakni bak air dan kaca penutup. Bak air berfungsi untuk menampung air yang terkontaminasi dan bak ini juga berfungsi untuk menyerap energi matahari sehingga air terpisah dari zat yang terkontamonasi. Kaca penutup berfungsi untuk menyerap panas dari matahari dan sebagai tempat untuk mengembunnya uap air yang dipanaskan yang menempel pada kaca penutup. Air yang menempel pada kaca penutup merupkan air bersih yang langsung dapat dikonsumsi.
8
Gambar 2.1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum
Pada destilasi air energi surya menggunakan energi recovery metode bak satu tingkat tidak berbeda jauh dari destilasi pada umumnya. Hanya menambahkan kondensor pasif pada bagian alat destilasi pada umumnya.. Umumnya kondensor pasif berbentuk kotak dan kondensor pasif ditaruh dibagian pada kotak destilator. Tujuan menggunakan kondensor pasif pada alat destilasi diharapkan dapat meningkatkan efisiensi dari alat destilasi air energi surya karena: dapat menyebabkan sebagian uap air dari kotak destilator akan menglir ke kondensor pasif, dapat meningkatkan kapasitas pengembunan dikarenakan pengembunan terjadi di kaca dan di kondensor pasif, dapat mengefektifkan proses pengembunan (temperaturnya dapat diupayakan rendah), dapat memnafaatkan energi panas dari kotak destilator untuk menguapkan bak yang terdapat pada kondensor pasif.
Ada beberapa mekanisme perpindahan masa uap air dari bak air ke kaca penutup pada alat destilasi air energi surya secara konveksi alami, purging,
9
dan difusi. Sebagian besar massa uap air berpindah secara konveksi alami dan hanya sebagian kecil yang berpindah secara purging dan difusi. Mekanisme perpindahan massa uap air dari destilator ke dalam kondensor pasif pada alat destilasi air dengan kondensor pasif terjadi secara purging dan difusi. Sebagian besar massa uap air berpindah secara purging dan hanya sebagian kecil yang berpindah secara difusi.
Gambar 2.2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator tanpa kondensor
Gambar 2.3 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator dengan kondensor
Konveksi alami adalah mekanisme berpindahnya massa uap air karena perbedaan temperatur. Mengalirnya sebagian uap air kedalam kondensor
10
pasif disebabkan tekanan parsial uap air antara kotak destilator dengan kondensor pasif mekanisme ini sebut purging. Molekul air yang mempunyai temperatur lebih tinggi akan mempunyai energi kinetik yang lebih besar dan dapat lepas dari permukaan air (menguap). Difusi adalah mekanisme berpindahnya massa uap air yang disebabkan perbedaan konsentrasi uap air. Uap air akan mengalir dari tempat dengan konsentrasi uap tinggi ke tempat dengan konsentrasi uap rendah. Dari penelitian tentang mekanisme purging yang pernah dilakukan dapat disimpulkan bahwa besar perpindahan massa uap air dari destilator ke kondensor pasif dengan mekanisme purging sebanding dengan perbandingan antara volume kondensor pasif dengan jumlah volume kondensor pasif dan destilator.
1
2.3Persamaan yang Digunakan
Menurut Arismunandar (1995) Unjuk kerja alat destilasi surya dinyatakan dengan efisiensi dan volume air yang dihasilkan. Efisiensi destilator didefinisikan sebagai perbandingan antar jumlah energi yang digunakan selama proses penguapan sejumlah air di dalam destilator dengan jumlah radiasi yang datang dalam interval waktu tertentu.Penghitungan efisiensi destilator dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
11
2
dengan :
mg : Massa air (kg)
hfg : Panas laten air (kJ/kg)
Ac : Luasan destilator (m2)
G : Radiasi surya yang datang (W/m2)
Massa uap air (Mg) dapat diperkirakan dengan persamaan matematis berikut (Arismunandar, 1995) :
3
4
dengan :
quap : Energi matahari untuk proses penguapan (kW/m2)
qkonv : Energi matahari yang dipindahkan ke tutup kaca dengan cara
konveksi (kW/m2)
PW : Tekanan parsial uap air pada temperatur air (N/m2)
12 TW : Temperatur air (°C)
TC : Temperatur kaca penutup (°C)
2.4 Penelitian yang pernah dilakukan
Penelitian secara eksperimental destilasi air energi surya menggunakan energi recovery dapat meningkatkan efisiensi sebesar 94% jika dibandingkan destilasi air energi surya konvensional. Efisiensi yang dicapai sebesar 67% dengan hasil air destilasi sebanyak 4,86 L/m2.hari (Kalbasi, 2010). Analisis teoritis alat destilasi air energi surya menggunakan energi recovery tiga tingkat dengan metode difusi yang dihubungkan dengan pipa panas (heat pipe) memperkirakan hasil air destilasi sebanyak 21,8 kg/m2.hari dengan asumsi energi surya sebesar 22,4 MJ/m2.hari (Tanaka, 2004). Studi parametrik pada destilasi air energi surya vertikal jenis difusi dengan variasi tingkat difusi memperkirakan dapat menghasilkan air destilasi antara 18 sampai 21,5 kg/m2.hari hasil air destilasi secara eksperimental sangat bergantung pada kualitas pembuatan alat. Pembuatan yang kurang baik dapat menyebabkan kerugian panas dan menurunkan produksi air destilasi sampai 50% dari perkiraan secara teoritis (Tanaka, 2005). Analisis transien berdasarkan kesetimbangan energi tiap komponen pada destilasi air energi surya menggunakan energi recovery metode bak satu tingkat memperkirakan dapat menghasilkan air destilasi sebanyak 10,7 kg/m2.hari (Hassan, 1995). Destilasi air energi surya menggunakan energi recovery dua tingkat metode bak air menghasilkan efisiensi 62% lebih tinggi jika dibandingkan destilasi
13
air energi surya konvensional. Tingkat pertama memberikan kontribusi sebesar 22% sementara tingkat kedua 18% pada total air destilasi yang dihasilkan (Madhlopa, 2009). Penelitian secara teoritis dan eksperimental menggunakan kondensor pasif di bagian belakang menghasilkan kenaikan efisiensi sebesar 50% (Fath, 1993).
Penelitian destilasi air energi surya dengan kondensor pasif menghasilkan efisiensi yang berbeda pada posisi kondensor yang berbeda. Posisi kondensor di bagian atas alat destilasi menghasilkan efisiensi 15,1% sementara pada posisi di bawah dihasilkan efisiensi 30,54%. (Ahmed, 2012). Penelitian destilasi energi surya dengan posisi kondensor dibagian bawah destilator danposisi destilator miring menghasilkan kenaikan efisiensi yang cukup baik sehingga dapat menghasilkan air destilasi sebanyak 5,1 kg/(m2.hari). Posisi alat destilasi yang miring menyebabkan terjadinya sirkulasi alami udara yang mendorong uap air ke kondensor dibagian bawah. Pada alat destilasi dengan posisi miring berpindahnya uap air disebabkan oleh beda tekanan destilastor dengan kondensor dan sirkulasi alami (Fath, 2004). Penelitian secara teoritis dan eksperimental menggunakan kondensor pasif di bagian belakang menghasilkan kenaikan efisiensi sebesar 48% sampai 70% jika kondensor mengalami pendinginan (El-Bahi, 1999). Penelitian eksperimental pada destilasi air energi surya vertikal di Aljasair menghasilkan air destilasi sebanyak 0,275 sampai 1,31 L/m2.hari dengan radiasi surya bervariasi antara 8,42 sampai 14,71 MJ/ hari. efisiensi yang dihasilkan bervariasi antara 7,85 sampai 21,19% (Boukar, 2005).
14
Penelitian pada sebuah alat destilasi air energi surya vertikal jenis tak langsung di Aljasair dapat menghasilkan air destilasi antara 0,863 sampai 1,323 L/m2. hari dan efisiensi antara 47,69% sampai 57,85% dengan energi surya antara 19,15 sampai 26,08 MJ/m2. hari (Boukar, 2006). Penambahan kondensor pasif tanpa energi recovery dapat meningkatkan efisiensi dari 70% (tanpa kondensor pasif) menjadi 75% (dengan kondensor pasif). Kemiringan kaca yang digunakan 4ᵒ dan hasil air destilasi sebesar 7 L/m2.hari (El-Bahi, 1999). Penelitian secara eksperimental alat destilasi air energi surya vertikal tanpa energi recovery di Aljasair menghailkan air destilasi sebanyak 0,5 sampai 2,3 kg/m2.hari (Boukar, 2004).
2.5 Jenis-jenis Destilasi
Terdapat berbagai jenis-jenis dari destilasi yang berkembang, berikut penjelasan dari berbagai jenis destilasi :
1. Destilasi Sederhana
Pada dasarnya destilasi ini memiliki pemisah yang jelas beruapa perbedaan titik didih yang jauh. Jika campuran dipanaskan maka komponen yang titik didihnya lebih rendah akan lebih menguap lebih dahulu. Destilasi ini dilakukan pada tekanan atmosfer. Aplikasi ini sering dignakan untuk memisahkan air dan alkohol.
15
2. Destilasi Uap
Destilasi uap dilakukan untuk mernisahkan komponen campuran pada temperatur lebih rendah dari titik didih normal komponen-komponennya. Dengan cara ini pernisahan dapat berlangsung tanpa merusak komponen-komponen yang hendak dipisahkan. Cara ini dapat dipilih jika komponen-komponen yang dipisahkan sensitif terhadap panas dan harus dijaga.
Ada dua cara melakukan destilasi uap. Yang pertama adalah dengan menghembuskan uap secara kontinu di atas campuran yang sedang diuapkan. Cara kedua adalah dengan cara mendidihkan senyawa yang dipisahkan bersama dengan pelarut yang diuapkan. Komponen yang dipisahkan dididihkan bersama-sama dengan pelarutnya. Tekanan parsial dari komponen ini secara bertahap akan mencapai kesetimbangan tekanan total sistem. Dalam model destilasi uap ini temperatur dari komponen yang dipisahkan dapat diturunkan dengan cara menguapkannya kepada uap pembawa (carrier), biasanya uap pelarut. Temperatur penguapan dalam hal ini lebih rendah dari temperatur didih senyawa-senyawa yang dipisahkan. Hal ini juga untuk menjaga agar senyawa-senyawa komponen yang dipisahkan tidak rusak karena panas. Jika pelarutnya air maka uap pelarut adalah uap air. Uap pelarut ini akan membawa serta komponen.
16
3. Destilasi Vakum
Destilasi vakum dilakukan dengan menurunkan tekanan, dari beberapa ratus mmHg sampai 0,001 mmHg atau hampir vakum. Tujuan utamanya adalah menurunkan titik didih cairan yang bersangkutan. Hal ini dilakukan jika senyawa-senyawa target mudah terdekomposisi pada titik didihnya atau jika titik didih senyawa target susah untuk dicapai. Tambahan lagi, volatilitas relatif juga meningkat jika tekanan diturunkan.
Dengan demikian, rancangan peralatan destilasi tidak sederhana karena memerlukan sistem tertutup. Kolom destilasi biasanya mempunyai desain sebagai kolom berisi dan tertutup (packed column) untuk destilasi fraksional. Destilasi vakum tinggi (high vacuum distillation) dilakukan untuk tekanan 1-50 mmHg. Di bawah 1 mmHg destilasi dilakukan dengan kolom fraksionasi khusus. Destilasi vakum sangat berhubungan dengan destilasi fraksional. Untuk kolom fraksionasi besaran yang digunakan untuk menentukan keberlangsungan proses adalah HETP (height equivalent to a theoreticai plates) di mana harga HETP rendah merupakan indikasi sistem yang baik.
4. Destilasi Fraksionisasi
Fungsi destikasi fraksionasi adalah memisahkan komponen – komponen cair, dua atau lebih, dari suatu larutan berdasarkan perbedaan titik didihnya. Destilasi ini juga dapat digunakan untuk campuran dengan perbedaan titik
17
didih kurang dari 200 C dan bekerja pada tekanan atmosfer dan tekanan rendah. Aplikasi dari destilasi jenis ini biasa digunakan pada industri minyak mentah, untuk memisahkan komponen – komponen dalam minyak mentah. Perbedaan destilasi fraksionisasi dengan destilasi sederhana terletak pada kolom fraksionisasinya, dalam kolom ini terjadi pemanasan secara bertahap dengan suhu berbeda – beda pada setiap pelatnya.
2.6 Elemen Alat Destilasi Umum
1. Kaca = untuk mentrnsferkan panas ke dalam ruang bak destilator.
2. Air kotor = sebagai sumber air kotor yang akan didestilasi. 3. Bak destilator = sumber air kotor yang akan diuapkan oleh panas
matahari.
1
2 3
18
BAB III
METODE PENELITIAN
Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental dengan rancangan penelitian deskriptif komparatif, dimana dalam penelitian ini ada perlakuan pada alat penelitian. Penelitian ini mendeskripsikan keadaaan alat dan membandingkan dengan alat yang sudah ada sebelumnya dengan memberikan variasi yang diharapkan bisa memperbaiki dalam hal efisiensi alat destilasi sebelumnya.
3.1 Skema Alat
Alat destilasi yang dibuat berjumlah 2 (dua) alat, seperti pada gambar 3.1 dan gambar 3.2. Terdapat 3 bagian penting pada alat destilasi yang harus diperhatikan adalah bak variasi satu tingkst, kondensor dan indikator ketinggian air. Bak variasi satu tingkat terbuat dari aluminium dengan tebal 0.3 mm dengan luas pada bak T=8 cm, L=30 cm, dan panjang 120 cm. Sedangkan Kondensor dibuat dari plate aluminium dengan ketebalan 0.3 mm agar proses pengembunan dapat berlangsung dengan efektif dan efisien. Untuk pengaturan jumlah ketinggian air di dalam bak destilator digunakan tempat air minum ayam, dikarenakan tempat minum ayam dapat konstan untuk mempertahankan ketinggian air didalam bak dengan laju aliran air yang rendah.
19
Skema alat destilasi energi surya pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Alat destilasi energi surya konvensional atau tanpa menggunakan
kondensor.
Gambar 3.1 Skema alat destilasi energi surya konvensional tanpa menggunakan kondensor
Kaca
Rangka pendukung Kotak destilator
20
2. Alat destilasi air energy surya menggunakan energy recovery dengan metode bak air satu tingkat.
Gambar 3.2 Skema alat destilasi air energy surya menggunakan energy recovery dengan metode bak air satu tingkat
3.2 Alat yang Mendukung Dalam Pengambilan Data
a. Piranometer
Piranometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur radiasi
matahari, alat tersebut digunakan untuk mengkalibrasikan dengan solar meter agar dapat memberikan hasil data energi surya yang datang sama dengan hasil data energi surya yang datang pada alat piranometer.
Bak kondensor kaca Kondensor heat Recovery Bak destilator Rangka pendukung
21
b. Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS)
Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) digunakan untuk
mengukur temperatur alat destilasi. c. Sensor Capacitive
Sensor Capacitive alat yang digunakan untuk mengukur hasil ketinggian air dalam penampung air yang sudah didestilasi.
d. Solarmeter
Solarmeter digunakan untuk mengukur intensitas energi matahari yang
Dating.
e. Microcontroller Arduino-1.5.2
Microcontroller Arduino merupakan aplikasi software yang digunakan untuk pembacaan hasil dalam pengambilan data alat destilasi energi surya.
3.3 Variabel yang Divariasikan
22
2. Ketinggian air dalam bak destilaor : 17 mm
3. Ketinggian air dalam bak destilator : 29 mm
3.4 Parameter yang Diukur
23 2. Temperatur kaca penutup (Tc) 3. Temperatur Kondensor (Tk)
4. Jumlah massa air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi (mD)
5. Jumlah massa air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi dengan menggunakan kondensor (mK)
6. Energi surya yang datang (G) 7. Lama waktu pengambilan data (t)
3.5 Langkah Penelitian
Langkah penelitian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Penelitian diawali dengan mempersiapkan alat seperti pada gambar 3.1 dan gambar 3.2
2. Kedua alat tersebut dijemur dibawah sinar matahari.
3. Setiap 2 jam alat dicek pada setiap sensornya dan menghitung pertambahan etape pada setiap alat destilasi. Penghitungan etape dilakukan sampai jam 4 sore. Setelah jam 4 sore dihitung jumlah penambahan etape pada setiap alat destilasi.
4. Data yang akan dicatat adalah temperatur air (Tw), temperatur kaca penutup (Tc), temperatur kondensor (Tk), jumlah massa air destilasi
24
dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi (mD), jumlah massa air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi dengan menggunakan kondensor (mK), radiasi surya yang datang (G) dan lama waktu pencatatan data (t). Semua data tersebut sudah tercata dalam sensor dan data didalam sensor tinggal dipindahkan kedalam laptop. 5. Sebelum melanjutkan pengambilan data pada hari berikutnya kondisi
alat destilasi harus diperiksa untuk memastikan ketinggian air saat awal dan tidak ada masalah seperti pada indikator air yang terlepas. Sehingga air yang ada pada bak destilasi masih dengan ketinggian yang sama dengan sebelumnya. Dan mengecek air didalam tempat minum ayam bila air didalam minum sudah habis segera diisi dan merapikan kembali alat destilasi ditutup dengan terpal.
a. Analisis data
Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada parameter – parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (1) sampai dengan persamaan (4). Analisa akan dilakukan dengan membuat grafik efisiensi alat destilasi.
25
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penelitian
Dalam pengambilan data penelitian secara keseluruhan terdapat 3 variasi pengambilan data,yaitu :
1. Ketinggian air 12 mm didalam bak destilator pada alat destilasi konvensional dan yang menggunakan dua kondensor dengan satu kain sebagai absorber. 2. Ketinggian air 17 mm didalam bak destilator pada alat destilasi konvensional
dan yang menggunakan dua kondensor dengan satu kain sebagai absorber. 3. Ketinggian air 29 mm didalam bak destilator pada alat destilasi konvensional
dan yang menggunakan dua kondensor dengan satu kain sebagai absorber. Secara lengkap data dari 5 variasi tersebut dapat dilihat secara berurutan pada tabel 4.1 sampai tabel dengan :
Tc = Suhu pada permukaan kaca penutup alat destilasi energy surya Tw = Suhu air pada bak alat destilasi energy surya
TCOND = Suhu ruangan didalam kondensor pasif alat destilasi energy surya
Lev1 = Jumlah massa air yang sudah dilakukan proses destilasi dengan menggunakan alat destilasi energi konvensional
26
Lev2 = Jumlah massa air yang sudah dilakukan proses destilasi dengan menggunakan alat destilasi energi surya penambahan kondensor pasif pada posisi depan
Lev3 = Jumlah massa air yang sudah dilakukan proses destilasi dengan menggunakan alat destilasi energi surya penambahan bak kain sebagai absorber pada bagian belakang
G = Rata – rata energi surya yang didapat alat destilasi energi surya setiap jamnya
27
T
ab
el
1
D
at
a
p
ad
a
v
ari
as
i
k
et
in
g
g
ian
a
ir
1
2
mm di
d
al
am
b
ak
de
st
il
at
o
r p
ad
a pe
n
el
it
ia
n
al
at
d
es
ti
la
si
air e
n
erg
i
su
ry
a m
en
g
g
u
n
ak
an
kon
d
en
so
r p
ad
a ha
ri
p
er
tama
28
T
ab
el
2
D
at
a
p
ad
a
v
ari
as
i
k
et
in
g
g
ian
a
ir
1
7
mm di
d
al
am
b
ak
de
st
il
at
o
r p
ad
a pe
n
el
it
ia
n
al
at
d
es
ti
la
si
air e
n
erg
i
su
ry
a m
en
g
g
u
n
ak
an
kon
d
en
so
r p
ad
a ha
ri
k
ed
u
a.
29
T
ab
el
3
D
at
a
p
ad
a
v
ari
as
i
k
et
in
g
g
ian
a
ir
29
mm di
d
al
am
b
ak
de
st
il
at
o
r p
ad
a pe
n
el
it
ia
n
al
at
d
es
ti
la
si
air e
n
erg
i
su
ry
a m
en
g
g
u
n
ak
an
kon
d
en
so
r p
ad
a ha
ri
k
e
tig
a.
30
T
ab
el
4
D
at
a
p
ad
a a
la
t pe
mb
an
d
in
g
de
st
il
as
i air e
n
er
g
i s
u
ry
a k
o
n
v
en
si
o
n
al
p
ad
a
h
ar
i p
ert
am
a.
31
T
ab
el
5
D
at
a
p
ad
a a
la
t pe
mb
an
d
in
g
de
st
il
as
i air e
n
er
g
i s
u
ry
a k
o
n
v
en
si
o
n
al
p
ad
a
h
ar
i
k
ed
u
a.
32
T
ab
el
6
D
at
a
p
ad
a a
la
t pe
mb
an
d
in
g
de
st
il
as
i air e
n
er
g
i s
u
ry
a k
o
n
v
en
si
o
n
al
p
ad
a
h
ar
i
k
et
ig
a.
33
4.2Hasil Penelitian
Berikut ini adalah contoh perhitungan data penelitian variasi ketinggian air didalam bak destilator 17 mm pada jam ke-3 hari pertama.
Diketahui :
Tc pada jam ketiga = 43,94 °C = 316,94 K Tw pada jam ketiga = 54,64 °C = 327,64 K md air jam ketiga =0,03 liter
jam ketiga = 752,63 alat destilasi vertikal = 0,8275
Bagian energi matahari ke kaca penutup karena konvensi: (pers. 4)
2 3 1 3 4 / 03 , 0 69 , 12 ] 68 , 311 17 , 517 10 9 , 268 68 , 7930 69 , 12 [ 10 84 , 8 m kw
34 2 3
/
32
,
0
)
69
,
12
68
,
7930
(
03
,
0
10
27
,
16
m
kw
Massa uap air perjamnya pada proses destilasi vertikal: (pers. 3)
2
/
49
,
0
87
,
2366
3600
32
,
0
m
kg
Proses perhitungan efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi: (Pers. 2)
% 93 , 71 63 , 752 8275 , 0 87 , 2366 49 , 0 2 m x 100 %
35
%
94
,
14
63
,
752
8275
,
0
87
,
2366
03
,
0
Berikutnya setelah pengumpulan data yang dilakukan yaitu mencari persamaan dan menghitung dengan rumus yang sudah ditentukan. Sebagai contoh perhitungan penulis mengambil data yang tercantum pada tabel (4) yang merupakan data dari alat destilasi konvensional :
Diketahui :
Tc pada jam ketiga = 58,59 °C = 331,59 K Tw pada jam ketiga = 68,17 °C = 341,17 K md air jam ketiga =0,18 liter
jam ketiga = 767,12 alat destilasi vertikal = 0,866
Bagian energi matahari yang digunakan untuk proses penguapan: (Pers. 3)
2 3
/
42
,
0
)
59
,
58
17
,
68
54
,
18569
61
,
28773
(
02
,
0
10
27
,
16
m
kw
36 2
/
625
,
0
98
,
2338
3600
42
,
0
m
kg
Proses perhitungan efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi: (Pers. 2)
x 100 %
%
06
,
34
%
100
)
3600
12
,
767
866
,
0
98
,
2338
18
,
0
(
4.3PembahasanEfisiensi teoritis adalah efisiensi yang didapat dengan perbandingan antara jumlah energi yang digunakan sebagai proses penguapan dibagi dengan rata rata radiasi surya yang datang dalam satu hari.Sedangkan efisiensi aktual
%
75
,
77
%
100
3600
12
,
767
866
,
0
98
,
2338
65
,
0
37
adalah efisiensi yang didapat dengan melakukan perhitungan dari massa hasil destilasi dikalikan dengan panas laten air kemudian dibagi dengan luasan bak destilator dikalikan dengan rata – rata radiasi surya yang datang dalam satu hari.Hasil dari perhitungan efisiensi data penelitian alat destilasi energi surya pada setiap variasi akan dilakukan pembahasan dari gambar berikut.
a. Grafik efisiensi alat destilasi energi surya pada variasi 12mm.
38
Gambar 4.2 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis konvensional, efisisensi actual kondensor, dan efisisensi actual konvensional pada ketinggian 12 mm
Pada gambar 4.2 efisisensi teoritis pada alat destilasi berkondensor pada jam 7 dan 8 sudah menunjukan angka yang tinggi, sedangkan efisiensi terotitis pada alat destilasi surya konvensional mulai menunjukan peningkatan pada jam 7 dan 11.Hal ini disebabkan pada jam 7 dan 8 panas yang diterima alat destilasi berkondensor masih sedikit atau rendah, sehingga pada alat destilasi berkondensor memiliki pengaruh pada nilai efisiensinya yang menunjukan angka lebih tinggi daripada alat destilasi konvensional. Namun setelah panas yang didapat dari matahari mulai banyak, terlihat bahwa pengupan yang mulai terjadi pada alat destilasi konvensional meningkat.Dan hal tersebut membuat efisisensi teoritis pada konvensional mengalami peningkatan yang sangat tinggi dan pada saat panas matahari mulai berkurang tidak berpengaruh pada penurunan efisiensi teoritis.
39
Dan kita lihat bahwa pada jam 14 efisiensi teoritis pada konvensional yang merupakan puncak tertinggi. Disini kita lihat bahwa efisiensi pada destilasi konvensional lebih baik dari destilasi menggunakan kondensor. Hal yang sama terjadi pada efisisensi actual. Disini kita lihat hampir setiap jam efisisensi actual destilasi konvensional lebih baik dari destilasi berkondensor. Hal ini dikarena pada destilasi konvensional banyak menghasilkan air yang sudah di destilasi, sedangkan pada alat destilasi berkondensor tidak terlalu banyak. Pada jam 14 dan 15 efisiensi actual destilasi berkondensor lebih baik dibanding destilasi konvensional. Hal ini dikarenakan saat berkurangnya panas dari matahari telah terjadi pengembunan didalam alat destilasi. Dan pengembunan pada destilasi berkondensor lebih banyak menghasikan air daripada destilasi konvensional, karena pada destilasi berkondensor memiliki 2 sumber air yang didestilasi. Hal ini yang membuat hasil air yang didapat destilasi berkondensor lebih baik. Karena debit air yang didapat dari alat destilasi berpengaruh pada efisisens actualnya.
40
Gambar 4. 3 Grafik pada suhu bak air destilator (Tw) pada destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari ketinggian 12 mm
Dapat disimpulkan dari gambar 4.3 bahwa suhu pada air di bak destiltor konvensonal lebih baik dibanding suhu air di bak destilator destilasi berkondensor. Hal ini disebabkan karena panas matahari yang berkerja pada alat destilasi konvensional berlaku langsung pada sistem pemanasan air dan ruangan di dalam destilator, sedangkan pada alat destilasi berkondensor panas dari matahari cenderung berkerja pada 2 bagian di kondensor dan bak air. Sehingga suhu pada air di bak destilator menjadi tidak menunjukan angka yang lebih unggul dibanding yang konvensional. Suhu panas dalam bak air destilator dipengaruhi dari banyaknya panas yang diterima oleh alat destilasi (gambar 4.3).
41
Gambar 4.4 Grafik hasil air dari destilasi (md) dari destilasi berkondensor dan destilasi konvensional pada ketinggian 12 mm.
Pada grafik 4.4 Terlihat bahwa awalnya air yang dihasilkan alat destilasi berkondensor dan konvensional menunjukan angka yang sama pada jam pertama dan kedua. Tapi mulai pada jam 10 trjadi penurunan debit air pada alat destilasi berkondensor dan kenaikan pada alat konvensional sampai pada jam 11 yaitu pada puncaknya panas matahari. Hal ini disebabkan karena pengembunan terjadi dari suhu tinggi ke suhu yang rendah dan pada saat panas matahari tinggi maka kaca akan ikut panas. Bahkan panas kaca akan hampir sama dengan panas air pada bak destilator, ini yang membuat pengembunan tidak terjadi karena hampir sama antara suhu air dan kaca. Panas dari kaca sangat dipengaruhi dari panas diterima kaca dari matahari pada waktu itu. Tetapi sistem kerja yang berlaku pada air yang pada sifatnya adalah penyimpan panas sehingga suhu ruangan kondensor tetap
42
terjaga walaupun panas yang diterima tidak lagi tinggi. Sehingga pada saat ini pengembunan yang terjadi maksimal.
b. Grafik efisiensi alat destilasi energi surya pada variasi 17mm.
43
Gambar 4.6 Grafik efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis konvensional, efisisensi actual kondensor, dan efisisensi actual konvensional pada ketinggian 17 mm.
Pada gambar 4.6 efisiensi teoritis pada alat destilasi mengalami perubahan dibanding pada variasi ketinggian 12 mm. Panas matahari yang datang pada hari kedua (ketinggian 17mm) lebih sedikit dari hari pertama (ketinggian 12mm) dikarenakan cuaca yang cenderung mendung. Panas dari matahari yang diterima lebih sedikit berpengaruh pada uap yang ada didalam bak destilator sehingga lebih sedikit dan ini akan mempengaruhi pada efisiensi teoritis. Namun pada ketinggian 17 mm efisiensi pada destilasi konvensional masih lebih unggul dari destilasi berkondensor. Tetapi pada efisiensi actual dimana destilasi berkondensor mempunyai efisiensi lebih unggul dari destilasi konvensional. Faktor matahari sangat mempengaruhi hasil air yang akan didapat dari pendestilasian. Karena hasil air sangat mempengaruhi nilai dari efisiensi actual. Jadi pada hari kedua efisiensi
44
teoritis lebih rendah dari variasi ketinggian 12 mm,tetapi efisiensi actual pada jam ke 13 hingga ke 17 hari kedua jauh lebih unggul dibanding hari ke1.Hal ini berpengaruh pada debit yang dihasilkan dari penguapan alat destilasi berkondensor pada jam dimana panas matahari mulai menurun.
Gambar 4.7 Grafik suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional pada ketinggian 17 mm.
Pada hari kedua gambar 4.7 menunjukan suhu dalam bak air di destilator pada destilasi konvensional masih lebih unggul dari pada destilasi berkondensor. Dari jam 7 hingga jam 14 suhu air di bak destilator pada destilasi konvensional lebih tinggi dari suhu air di bak desilator pada destilasi berkondensor. Di hari kedua ini suhu bak air dari kedua destilasi terlihat lebih rendah dari suhu bak air di variasi 12 mm. Hal ini dipengaruhi dari panas matahari yang diterima pada hari kedua ketinggian 17mm lebih rendah sehingga hal ini juga mempengaruhi
45
menurunnya suhu air dalam bak destilator. Matahari disini memiliki peran utama dalam pengaruh panas yang terdapat dalam bak destilator alat destilasi dan juga panas dalam kondensor tersebut.
Gambar 4.8 Grafik hasil air dari destilasi (md) dari destilasi berkondensor dan destilasi konvensional pada ketinggian 17 mm.
Pada gambar 4.8 Terlihat pada jam 11 sampai jam 13 hasil air yang dihasilkan destilasi konvensional lebih baik dari destilasi berkondensor, namun mulai pada jam 12 hasil air destilasi berkondensor mengalami peningkatan debit air per jamnya dan menghasilkan debit air lebih banyak dibanding dengan alat destilasi konvensional. Hal ini kemungkinan terjadi pengembunan karena pada saat hari ke 2 (ketinggian 17 mm) matahari tidak menghasilkan panas tinggi. Secara teori pengembunan terjadi pada saat suhu tinggi ke rendah. Penghasil pengembunan dari debit air alat destilasi berkondensor terdiri dari 3 tempat yaitu
46
pada bak destilator,kondensor dan juga kondensor kain. Sedangkan pada alat destilasi konvensional hanya pada bak destilator saja.
c. Grafik efisiensi alat destilasi energi surya pada variasi 29mm.
47
Gambar 4.10 Grafik efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis konvensional, efisisensi actual kondensor, dan efisisensi actual konvensional pada ketinggian 29 mm.
Pada gambar 4.10 sama pada hari ketiga ini nilai teoritis pada alat destilasi berkondensor mengalami penurunan pada jam 7 dibanding hari pertama dan kedua. Sama pada hari sebelumnya pada jam 7 dan jam 8 efisiensi teoritis destilasi berkondensor lebih unggul dari pada efisiensi konvensional. Tetapi pada jam terakhir efisiensi teoritis destilasi berkondensor mengalami peningkatan yang cukup tinggi dan lebih baik dari destilasi konvensional. Pada efisiensi actual destilasi konvensional hampir setiap jamnya lebih baik dari destilasi berkondensor. Hal ini dikarena jumlah air yang dihasilkan pada destilasi konvensional lebih banyak dari destilasi berkondensor, sehingga dapat mempengaruhi hasil dari efisiensi actual nya. Pada hari ketiga ini alat destilasi berkondensor hanya unggul dalam efisiensi teoritis di jam terakhir karena panas
48
yang tersimpan dalam kondensor cenderung meningkat walaupun panas yang diterima hari itu tidak sebaik 2 hari sebelumnya, jika alat destilasi konvensional cenderung turun pada jam dimana matahari tidak menghasilkan panas dengan baik. Sedangkan untuk efisiensi actual alat konvensional memang unggul karena pada alat destilasi berkondensor antara suhu dalam kondensor dan diluar hampir sama sehingga air yang terkumpul dari penguapan cenderung sedikit.
Gambar 4.11 Grafik suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada ketinggian 29 mm.
Pada gambar 4.11 suhu air di bak destilator pada destilasi konvensional lebih baik dari suhu air di bak destilator pada destilasi konvensional. Sama pada hari pertama dan kedua destilasi konvensional lebih baik dari destilasi berkondensor. Panas yang di terima dalam bak destilasi konvensional lebih baik daripada dalam bak destilasi berkondensor hal ini di sebabkan panas lebih
49
terkonstrasi sempurna dalam bak konvensional daripada bak air pada alat destilasi berkondensor yang terkonsentrasi pada pemanasan suhu dalam kondensor. Dari grafik ini penurunan panas dalam bak jelas terjadi pada jam terakhir dibanding 2 hari sebelumnya pada 2 alat destilasi karena cuaca saat penelitian panas yang diterima kedua alat tidak sempurna,seperti saat hari pertama pengambilan data.
Gambar 4.12 Grafik hasil air dari destilasi (md) dari destilasi berkondensor dan destilasi konvensional pada ketinggian 29 mm.
Pada gambar 4.12 hasil air yang dihasil kan dari setiap destilasi beragam tapi pada variasi kenaikan debit air ini dalam tiap jam alat destilasi berkondensor sangat unggul pada jam 8 dan 15 dimana matahari tidak pada puncaknya. Namun secara keseluruhan hasil air destilasi berkondensor lebih baik dari destilasi
50
konvensional. Karena pada destilasi berkondensor pengembunan tidak hanya terjadi pada sisi bak destilator saja tetapi juga pada ruang kondensor deapan dan ruang kondensor belakang yang terdapat kain sebagai absorber.
Gambar 4.13 Grafik total rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi actual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional ketinggian 12 mm.
Hasil efisiensi pada hari pertama ketinggian air 12 mm gambar 4.13 efisiensi rata-rata teoritis destilasi konvensional menujukan lebih baik dibanding destilasi berkondensor. Rata-rata efisiensi teroritis destilasi berkondensor 71,92 %, sedangkan efisiensi teoritis konvensional mencapai 77,75 %. Pada efissiensi rata-rata actual menunjukan destilasi konvensional juga lebih unggul dari destilasi berkondensor. Rata-rata efisiensi actual destilasi berkondensor mencapai 14,94 %, dibanding efisiensi destilasi konvensional mencapai 34,06 %. Sehingga rata-rata
51
efisiensi teoritis dan efisiensi actual destilasi konvensional lebih unggul di banding destilasi berkondensor pada ketinggian 12 mm ini.
Gambar 4.14 Grafik total rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi actual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensiona ketinggian 17 mm.
` Pada hari kedua ketinggian air 17 mm ini gambar 4.14 mengalami perbedaan daripada hari pertama efisiensi, rata-rata teoritis alat destilasi konvensional memang lebih unggul seperti sebelumnya dibanding alat destilasi berkondensor. Rata-rata efisiensi teroritis destilasi berkondensor mencapai 42,38 %, sedangkan efisiensi teoritis konvensional mencapai 73,93 %. Pada efissiensi rata-rata actual destilasi berkondensor mendapatkan hasil 73,93% dikarenakan hasil yang didapatkan berasal dari 2 bagian yaitu pada kondensor dan kondensor dengan sistem heat recovery. Rata-rata efisiensi actual destilasi berkondensor mencapai 50,07 %, sedangkan pada efisiensi destilasi konvensional mencapai 34,63 %. Pada hasil rata – rata actual didapatkan nilai 34,63 % dikarenakan pada
52
hari ini didapatkan nilai yang lebih tinggi dari hari sebelumnya karena pengembunan terjadi lebih sempurna dibandingkan hari sebelumnya.
Gambar 4.15 Grafik total rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi actual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional ketinggian 29 mm.
Di hari ketiga ketinggian air 29 mm seperti pada gambar 4.14 sama pada hari pertama efisiensi rata-rata teoritis destilasi konvensional lebih baik dari destilasi berkondensor. Rata-rata efisiensi teroritis destilasi berkondensor mencapai 36,87 %, sedangkan efisiensi teoritis konvensional mencapai 56,01 %. Dan pada efissiensi rata-rata actual destilasi konvensional juga lebih baik dari destilasi berkondensor. Rata-rata efisiensi actual destilasi berkondensor mencapai 16,51 %, sedangkan pada efisiensi destilasi konvensional mencapai 33,85 %. Jadi secara rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi actual destilasi konvensional lebih baik dari destilasi berkondensor. Pada hari ketiga ini dapat dilihat lagi efisiensi
53
actual dari alat destilasi berkondensor mulai menunjukan penurunan dibanding hari sebelumnya yang lebih tinggi dari efisiensi teoritis.
Gambar 4.16 Grafik hasil rata-rata per variasi ketinggian air didapat efisiensi teoritis dan efisiensi actual pada alat destilasi berkondensor dan destilasi konvensional.
Seperti yang terlihat pada gambar 4.15 pada hari pertama (variasi ketinggian 12 mm) pada alat destilasi berkondensor mendapatkan efisiensi teoritis sebesar 71,92 % dan efisiensi actual sebesar 14,94 %. Pada alat destilasi konvensional mendapatkan efisiensi teoritis sebesar 77,75 % dan efisiensi actual sebesar 34,06 %. Rata-rata radiasi surya pada hari pertama mencapai 590,59 watt/m2. Pada hari kedua (ketinggian 17 mm) pada alat destilasi berkondensor mendapatkan efisiensi teoritis sebesar 42,38 % dan efisiensi actual lebih baik dari hari sebelumnya dan juga dari alat destilasi konvensional yaitu sebesar 50,07 %. Pada alat destilasi
54
konvensional mendapatkan efisiensi teoritis sebesar 73,93 % dan efisiensi actual sebesar 34,63 %. Rata-rata radiasi surya pada hari kedua mencapai 538,37 watt/m2. Pada variasi ketinggian 29 mm pada alat destilasi berkondensor mendapatkan efisiensi teoritis sebesar 36,87 % dan efisiensi actual sebesar 16,81 %. Pada alat destilasi konvensional mendapatkan efisiensi teoritis sebesar 56,01 % dan efisiensi actual sebesar 33,85 %. Rata-rata radiasi surya pada hari ketiga mencapai 387,94 watt/m2. Dapat dilihat dari grafik perhitungan selama 3 hari ini hampir setiap hari alat destilasi konvensional lebih unggul dalam hal perolehan hasil efisiensi teoritis dan juga actualnya dibanding dari alat destilasi berkondensor.
Gambar 4.17 Grafik penbandingan md (lt) pada alat destilasi berkondensor dengan variasi ketinggian air di dalam bak destilator 10 mm, 15 mm, dan 27 mm
Pada gambar 4.16 terlihat bahwa hasil air pendestilasian paling baik pada hari pertama dengan ketinggian air di dalam bak destilator 12 mm. Pada
55
variasi 10 mm menghasil air sebanyak 4,64 liter/m2, pada variasi 17 mm menghasilkan air sebanyak 3,80 liter/m2, dan pada variasi 29 mm hanya menghasilkan air sebanyak 1,77 liter/m2. Dapat dilihat dari penelitian yang dilakukan pada variasi ketiggian air ini bahwa semakin tingginya air berpengaruh pada debit air yang dihasilkan oleh alat destilasi tersebut. Semakin tinggi variasi ketinggian yang dilakukan pada bak destilator ini maka air yang dihasilkan makin sedikit, karena debit air semakin banyak maka proses penguapan akan lebih sedikit dihasilkan pada proses ini. Tingginya air dalam bak destilator akan mempengaruhi efisiensi actualnya, secara teori hasil air yang banyak berpengaruh pada tingginya efisiensi actual yang didapat. Apabila debit yang dihasilkan sedikit maka efisiensi actualnya juga akan berpengaruh menghasilkan sedikit.
56
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Telah berhasil dibuat alat destilasi enegi surya konvensional (tanpa mengunakan kodensor pasif) dan alat destilasi energi surya dengan penambahan kondensor pasif dibagian belakang bak destilator, serta melakukan penelitian pada alat tersebut.
2. Pada penelitian ini ketinggian air didalam bak destilator pada alat destilasi menggunakan kondensor pasif sangat berpengaruh terhadap efisiensi dan jumlah volume air yang dihasilkan. Pada ketinggian air 12 mm di dalam bak destilator menghasilkan proses penguapan yang lebih cepat dan volume air lebih banyak dibandingkan dengan variasi ketinggian air di dalam bak destilator 17 mm dan 29 mm. Hasil volume air terbanyak yang dihasilkan pada ketinggian air di dalam bak destilator 12 mm sejumlah 4,64 liter/m2. Pada variasi alat destilasi menggunakan kondensor metode 2 kondensor pasif dan 1 kondensor kain sebagai absorber menghasilkan efisiensi teoritis tertinggi selama pengambilan data yakni 71,93 % dan efisiensi aktual 14,94 % dengan hasil air yang diperoleh 4,64 liter/m2 dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam sehari sebesar 590,59 watt/m2. Dan alat destilasi air konvensional (tanpa menggunakan kondensor pasif) menghasilkan efisiensi teoritis tertinggi selama pengambilan data yakni 77,75 % dan efisiensi aktual 34,06 %
57
dengan hasil air yang diperoleh 2,12 liter/m2 dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam sehari sebesar 590,59 watt/m2.
5.2 Saran
1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan volume kondensor pasif lebih kecil.
2. Untuk penelitian selanjutnya lebih meningkatkan kualitas sensor suhu dan etape yang digunakan supaya data yang dihasilkan lebih baik dan akurat.
