ANALISA PERFORMANSI DESTILASI AIR LAUT TENAGA SURYA MENGGUNAKAN PENYERAP RADIASI SURYA TIPE BERGELOMBANG YANG BERBAHAN DASAR CAMPURAN SEMEN DENGAN PASIR.

(1)

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

Seminar Nasional Mesin Dan Industri (SNMI8) 2013

Riset Multidisiplin Untuk Menunjang Pengembangan Industri Nasional Jakarta, 14 November 2013

TM-42 | 263

ANALISA PERFORMANSI DESTILASI AIR LAUT TENAGA SURYA

MENGGUNAKAN PENYERAP RADIASI SURYA TIPE

BERGELOMBANG YANG BERBAHAN DASAR

CAMPURAN SEMEN DENGAN PASIR

Ketut Astawa1), Made Sucipta2), I Gusti Ngurah Suryana3)

Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Udayana-Badung, Indonesia (80364) e-mail: awatsa@yahoo.com

Abstrak

Air merupa ka n kebutuha n ya ng pa ling penting da la m kehidupa n ma nusia teruta ma a ir ta wa r ya ng bersih da n seha t. Kekura nga n a ka n a ir bersih ba nya k menimpa ma sya ra ka t ya ng tingga l di da era h pesisir pa nta i. Seba gia n besa r sumber a ir ya ng dida pa t merupa ka n a ir la ut. Sehingga untuk menda pa tka n a ir bersih perlu a da nya pemrosesa n a ta u pengola ha n a ir la ut menja di a ir ta wa r da n a ir bersih. Pa da sistem destila si a ir la ut tena ga surya ini, pla t penyera p sa nga t berpera n penting ka rena berfungsi seba ga i penyera p sina r ra dia si ma ta ha ri da n mengkonversika nnya menja di energi pa na s. Pa da penelitia n ini a ka n dibua t sua tu ra nca ng ba ngun destila si a ir la ut tena ga surya mengguna ka n penyera p tipe bergelomba ng da n penyera p tipe da ta r seba ga i pemba ndingnya denga n dimensi 1m x 1m. Menginga t dida la m a ir la ut terda pa t ka ndunga n ga ra m ya ng mempunya i sifa t korosi, ma ka ba ha n penyera p ya ng a ka n diguna ka n pa da penelitia n ini terbua t da ri ca mpura n semen denga n pa sir, denga n tujua n untuk menghinda ri terja dinya korosi pa da penyera p sehingga bisa diguna ka n da la m ja ngka wa ktu ya ng cukup la ma . Pengujia n dila kuka n da ri pukul 09.00 wita sa mpa i denga n pukul 17.00 wita . Ha sil pengujia n menunjukka n penyera p ra dia si tipe bergelomba ng lebih ba nya k mengha silka n kondensa t ya itu sebesa r 1250 ml, denga n efisiensi destila si tertinggi ya itu menca pa i 13,91%. Seda ngka n penyera p ra dia si tipe da ta r ha nya bisa mengha silka n s ebesa r 795 ml denga n efisiensi destila si tertinggi menca pa i 9,86%.

Kata kunci : Destila si, Tena ga Surya , Penyera p Ra dia si Tipe Gelomba ng

1. Pendahuluan

Air merupakan sumber kehidupan. Air merupakan kebutuhan yang paling penting dalam kehidupan manusia terutama air tawar yang bersih dan sehat. Kesulitan mendapatkan air bersih dan layak pakai menjadi permasalahan yang mulai muncul dibanyak tempat yang salah satunya menimpa masyarakat yang tinggal di daerah pesisir pantai dimana sumber air yang tersedia adalah keebanyakan air laut. Sehingga untuk mendapatkan air bersih dari sumber air laut yang tersedia perlu adanya pemrosesan atau pengolahan air laut menjadi air tawar dan air bersih, yang salah satunya adalah dengan cara distilasi. Distilasi pada prinsipnya adalah merupakan cara untuk mendapatkan air bersih melalui proses penyulingan air kotor. Pada proses penyulingan terdapat proses perpindahan panas, penguapan, dan pengembunan.

(7)

TM-42 | 264 2. Landasan Teori

2.1 Destilasi Tenaga Surya

Teknologi penyulingan air untuk mendapatkan air tawar dari air kotor atau air laut intinya adalah menguapkan air laut dengan cara dipanaskan, yang kemudian uap air tersebut diembunkan sehingga didapatkan air tawar. Sumber panas yang dipergunakan berasal dari energi yang beragam yaitu: minyak, gas, listrik, surya/matahari, dan lainnya. (Sugeng Abdullah, 2005).

Gambar 2.1. Proses Kerja Destilasi Tenaga Surya

2.2Kesetimbangan Energi

Efisiensi alat destilasi air merupakan perbandingan dari energi berguna dengan energi panas yang dihasilkan oleh plat penyerap. Energi berguna merupakan energi panas yang digunakan dalam proses penguapan dan energi panas yang digunakan saat pengembunan. Untuk mengetahui efisiensi alat destilasi kita tinjau kesetimbangan energi pada alat destilasi.

Gambar 2.2. Diagram aliran energi Keterangan gambar:

IT = Intensitas matahari (W/m2).

qr,1 = Laju perpindahan panas radiasi dari kolektor kepermukaan dalam kaca (Watt). qc,1 = Laju perpindahan panas konveksi dari uap air kepermukaan dalam kaca (Watt). qc,w = Laju perpindahan panas konveksi dari air ke uap air (Watt).

qk = Laju perpindahan panas konduksi dari kolektor kedinding luar (Watt). qr,o = Laju perpindahan panas radiasi dari kaca ke lingkungan (Watt).

qc,o = Laju perpindahan panas konveksi dari permukaan kaca ke lingkungan (Watt). Ta = Temperatur lingkungan (oC).

Tw = Temperatur air (oC).

Tc = Temperatur permukaan kaca (oC).

Radiasi Matahari

Output Air Bersih Sistem Destilasi

Input Air Laut

Tw Tp

qr,1

qc,w

qc,1

Ta

qc,o

qr,o

Tsv

Tc

Pantulan

IT

(8)

TM-42 | 265 Tsv = Temperatur uap air (oC).

Tp = Temperatur plat penyerap (oC).

Kesetimbangan energi dari sistem adalah sebagai berikut:

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

2.3 Energi Berguna

Energi berguna merupakan energi panas yang dihasilkan plat penyerap radiasi untuk memanaskan air laut yang berada di atasnya selama proses. Besarnya energi berguna dapat digunakan persamaan sebagai berikut:

Qu = Qin - Qout

Qu = (α .IT .Ac .τ) – [UL .Ac .(Tp– Ta)] (2) dimana:

IT = Intensitas matahari (W/m2) Ac = Luas plat penyerap (m2)

α = Koefisien absorptivitas plat penyerap

τ = Koefisien transmisivitas cover / kaca UL = Koefisien kerugian panas total (W/m2.oC) Tp = Temperatur plat penyerap (oC)

Ta = Temperatur lingkungan (oC)

2.4 Energi Berguna Destilasi

Energi berguna destilasi merupakan energi yang dibutuhkan untuk penguapan air laut yang menjadi produk air bersih selama proses. Untuk persamaan energi berguna destilasi dapat dilihat sebagai berikut:

t

Efisiensi alat destilasi merupakan perbandingan energi panas untuk menguapkan air laut yang menjadi produk air bersih terhadap besar radiasi matahari yang diterima oleh alat destilasi melalui plat penyerap radiasi matahari dalam selang waktu tertentu. Untuk perhitungan efisiensi alat destilasi air laut tenaga surya dapat digunakan persamaan:

.

2.6 Koefisien Kerugian Panas Total

(9)

TM-42 | 266 bagian bawah, dan bagian samping. Pada umumnya kerugian panas bagian samping diabaikan karena luasan kontak perpindahan panas dari plat penyerap ke samping sangat kecil dibandingkan dengan luasan plat penyerap pada bagian atas/bawah.

Untuk koefisien kerugian panas total dapat ditulis sebagai berikut:

UL = Ut + Ub (5)

dimana:

UL = koefisien kerugian panas total (W/m2.0C) Ut = koefisien kerugian panas bagian atas (W/m2.0C) Ub = koefisien kerugian panas bagian bawah (W/m2.0C)

3 Metode Penelitian 3.1 Rancangan Penelitian

Metode yang digunakan dalam pengujian ini adalah pengujian eksperimental terhadap rancang bangun destilasi air laut tenaga surya untuk mendapatkan perbandingan unjuk kerjanya apabila menggunakan plat penyerap tipe datar dan menggunakan plat penyerap tipe bergelombang seperti yang terlihat pada gambar 3.1 dan gambar 3.2. Prinsip kerja alat destilasi air laut tenaga surya ini adalah air laut yang berada dalam reservoir akan dialirkan menuju basin (penampung air di dalam alat destilasi) melalui pipa penghubung. Air laut yang berada dalam basin akan dipanaskan oleh radiasi matahari melalui media plat penyerap yang berada pada dasar basin. Air laut akan mengalami penguapan dan kemudian akan mengalami pengembunan pada kaca penutup bagian bawah. Hasil pengembunan berupa kondensat akan mengalir mengikuti kemiringan kaca penutup dan masuk ke kanal (saluran kondensat) yang selanjutnya akan ditampung dalam penampung air bersih.

Gambar 3.1. Alat destilasi air laut tenaga surya menggunakan plat penyerap radiasi tipe datar

Gambar 3.2. Alat destilasi air laut tenaga surya menggunakan plat penyerap radiasi tipe

bergelombang

Keterangan Gambar: 1. Kaca penutup 2. Plat penyerap 3. Gelas Ukur 4. Kanal 5. Keran/katup 6. Pipa

7. Reservoir Air Laut 8. Isolasi

(10)

TM-42 | 267 3.2 Diagram Alir Prosedur Penelitian

Gambar 3.3. Diagram alir penelitian

4 Hasil dan Analisa

Dari pengujian yang telah dilakukan, maka didapat data-data hasil pengujian dari alat destilasi air laut tenaga surya menggunakan penyerap radiasi surya tipe bergelombang dan tipe datar sebagai pembandingnya, seperti yang ditunjukan tabel di bawah.

Tabel 4.1. Hasil Pengujian Tipe Datar Menghitung Efisiensi Alat Destilasi

ηd

SELESAI

Plot Grafik, Analisa Grafik Menghitung Energi Berguna Destilasi

(11)

TM-42 | 268

Dengan menggunakan persamaan-persamaan yang dijelaskan pada landasan teori maka hasil perhitungannya dapat dibuatkan grafik seperti dibawah ini:

Gambar 4.1. Garfik Perbandingan Energi Berguna Pada Kolektor Terhadap Intensitas Radiasi Matahari

0

(12)

TM-42 | 269 Dari grafik energi berguna (Qu) tersebut terlihat bahwa energi berguna pada plat gelombang lebih besar dibandingkan dengan plat datar. Itu disebabkan karena pengaruh dari energi yang masuk ke kolektor. Dari teori menyatakan bahwa dalam energi masuk kolektor terdapat fungsi dari luasan plat penyerap yang dimana dalam pengujian ini luasan plat penyerap pada tipe gelombang lebih besar dibandingkan dengan luasan plat penyerap pada tipe datar. Jadi dengan semakin luas plat penyerap maka energi berguna juga semakin besar. Selain itu, intensitas radiasi matahari juga mempengaruhi energi berguna pada kolektor.

Gambar 4.2. Garfik Perbandingan Energi Berguna Destilasi Terhadap Intensitas Radiasi Matahari

Dari grafik energi berguna destilasi (Qu-d) yang ditunjukan dalam gambar 4.8 sampai gambar 4.10 diatas, terlihat energi berguna destilasi pada plat penyerap tipe gelombang lebih besar. Pada saat intensitas radiasi matahari menurun maka energi berguna pada destilasi mulai meningkat. Itu disebabkan pada saat intensitas menurun menyebabkan proses pengembunan menjadi cepat sehingga massa air kondensat yang dihasilkan pun menjadi besar.

Gambar 4.3. Grafik Perbandingan Efisiensi Destilasi

0

Qu-d Plat Datar Qu-d Plat Gelombang IT

(13)

TM-42 | 270 Efisiensi destilasi (ηd) merupakan kemampuan alat destilasi untuk menghasilkan produk destilasi yang berupa kondensat. Dari gambar 4.3 diatas terlihat efisiensi destilasi yang menggunakan plat penyerap tipe gelombang lebih besar, karena hasil produksi yang berupa kondensat pada plat penyerap tipe gelombang lebih banyak dibandingkan dengan tipe datar. Dengan intensitas radiasi matahari yang besar, maka uap air yang dihasilkan juga meningkat. Dengan meningkatnya intensitas radiasi matahari tersebut maka temperatur cover juga meningkat, sehingga proses pengembunan tidak dapat berjalan dengan baik karena pengembunan memerlukan media permukaan dengan temperatur ideal. Pada saat hari semakin sore dimana intensitas radiasi juga menurun akan menyebabkan temperatur cover juga menurun sehingga proses pengembunan pada saat itu juga meningkat.

5 Kesimpulan

Dari hasil pengujian terhadap performansi destilasi air laut yang menggunakan kolektor surya tipe datar dan tipe bergelombang yang terbuat dari bahan campuran semen dan pasir dapat disimpulkan bahwa performansi destilasi air laut yang menggunakan tipe gelombang lebih tinggi dari tipe datar. Efisiensi destilasi pada plat penyerap tipe gelombang mencapai 12,55 %, dengan rata-rata produktivitas air tawar mencapai 1173 gram. Sedangkan pada plat penyerap tipe datar efisiensi destilasi mencapai 8,48 %, dengan rata-rata produktivitas air tawar mencapai 665 gram.

Daftar Pustaka

1. Abdullah, Sugeng.(2005).Pemanfaatan Destilator Tenaga Surya (Solar Energy) Untuk Memproduksi Air Tawar Dari Air Laut, Laporan P enelitian Sekolah

P ascasarjana Universitas Gadjah Mada Yogyakarta.

2. Duffie and all. (1991). Solar Engineering of Thermal Processes, John Wiley & Sons, Inc, United State of America.

3. Holman, J. P. alih bahasa oleh Ir. E. Jasjfi M. Sc.(1997). Perpindahan Kalor, Erlangga, Jakarta.

4. Ismail, Nova R. (2010). Pengaruh Bentuk Cover Terhadap Produktivitas Dan Efisiensi Solar Still. Jurnal Teknologi Universitas Widyagama Malang Vol.3 No.1. P.70-74.

5. Jansen, T. J. alih bahasa oleh Prof. Wiranto Arismunandar. (1995). Teknologi Rekayasa Surya. PT. Pradnya Paramita, Jakarta.

6. Mulyanef., Marsal., Arman R., Sopian K. (2006). Sistem Destilasi Air Laut Tenaga Surya Menggunakan Kolektor Plat Datar Dengan Tipe Kaca Penutup Miring.