INTISARI
Salah satu cara mendapatkan air bersih adalah dengan menggunakan alat destilasi energi surya. Permasalahan yang dihadapi alat destilasi energi surya saat ini adalah tingkat efisiensi yang dihasilkan masih rendah. energy recovery dengan metode kapilaritas adalah salah satu cara yang dapat dilakukan untuk meningkatkan efisiensi. Tujuan dari penelitian ini adalah membuat alat destilasi energi surya yang memanfaatkan energy recovery dengan metode kapilaritas, menganalisis pengaruh ketinggian air di bak destilator dan pengaruh penggunaan pendingin kaca maupun reflektor terhadap air yang dihasilkan setelah proses destilasi, menganalisis efisiensi destilasi air energi surya menggunakan energy recovery metode kapilaritas dan destilasi energi surya konvensional. Variasi yang diteliti adalah ketinggian air dalam bak 1 cm dan 0,5 cm sedangkan pada alat destilasi menggunakan energy recovery metode kapilaritas ditambahkan variasi pendingin kaca dan reflektor. Secara keseluruhan hasil yang didapatkan alat destilasi menggunakan energy recovery lebih baik dari pada alat destilasi konvensional. Hasil terbaik dari semua variasi yang diteliti adalah ketika ketinggian air dalam bak destilator 0,5 cm tidak menggunakan pendingin kaca dan tidak menggunakan reflektor, efisiensi teoritis sebesar 53,36 %, efisiensi aktual sebesar 52,19 % dan air yang dihasilkan sebesar 4,16 kg dengan energi surya yang datang sebesar 573,01 W/m2. Faktor utama yang mempengaruhi hasil tersebut adalah energi surya yang datang pada saat penelitian paling tinggi.
ABSTRACT
A way for getting clean water is to distillate using solar energy. One of the problems on solar water distillation equipment today is it’s low efficiency. Energy recovery with the capillary method is one way that can be done to improve the efficiency. The purpose of this study is to make solar energy distillation equipment that utilizes energy recovery with capillary method, to analyze the effect of the water level in the distillation tub, influence of the use of glass cooling, reflectors effect to water distillation process results, and to analyze the efficiency of solar energy water distillation using energy recovery with the capillary method, and distillation of conventional solar energy. Variations investigated were the water level in the tub that were 1 cm and 0.5 cm, while the distillation equipment using energy recovery capillarity methods varied by adding glass cooler and reflectors. Overall the results obtained using the energy recovery distillation equipment is better than conventional distillation equipment. The best results of all the examined variations are when the water level in the distillation tub was 0.5 cm, using no cooling glass and no reflector. The theoretical efficiency is 53.36 %, the actual efficiency is 52.19 %, the water produced is 4.16 kg and solar energy received is 573.01 W/m2. The main factors that influence these results is solar energy that comes on when the highest research.
i
PENINGKATAN EFISIENSI DESTILASI AIR ENERGI SURYA
MENGGUNAKAN ENERGY RECOVERY DENGAN METODE
KAPILARITAS
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan
Mencapai derajat Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan oleh: YOSEF SUPRIADI
NIM: 125214086
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
ii
INCREASING THE EFFICIENCY OF SOLAR WATER
DISTILLATION USING RECOVERY ENERGY WITH
CAPILARITY METHOD
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfillment of the requirement
to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
Presented by: YOSEF SUPRIADI
NIM: 125214086
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
iii
TUGAS AKHIR
PENINGKATAN EFISIENSI DESTILASI AIR ENERGI SURYA
MENGGUNAKAN ENERGY RECOVERY DENGAN METODE
KAPILARITAS
Disusun Oleh:
YOSEF SUPRIADI NIM: 125214086
Telah disetujui oleh:
Pembimbing,
iv
PENINGKATAN EFISIENSI DESTILASI AIR ENERGI SURYA
MENGGUNAKAN ENERGY RECOVERY DENGAN METODE
KAPILARITAS
Yang dipersiapkan dan disusun oleh:
YOSEF SUPRIADI
NIM: 125214086
Telah dipertahankan di hadapan dewan penguji
Pada tanggal
Dan dinyatakan telah lulus memenuhi syarat
Susunan Dewan Penguji
Nama lengkap Tanda Tangan
Ketua : RB Dwiseno Wihadi, ST, M.Si ____________
Sekretaris : Doddy Purwadianto, ST, MT _____________
Anggota : A. Prasetyadi, S.Si, M.Si _____________
Yogyakarta, 18 Febuari 2016
Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta
Dekan
v
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir
dengan judul :
PENINGKATAN EFISIENSI DESTILASI AIR ENERGI SURYA MENGGUNAKAN ENERGY RECOVERY DENGAN METODE
KAPILARITAS
Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh untuk
menjadi Sarjana Teknik pada Program Strata-1, Program Studi Teknik Mesin,
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Sejauh yang saya
ketahui bukan merupakan tiruan dari tugas ahir yang sudah dipublikasikan di
Universitas Sanata Dharma maupun di Perguruan Tinggi manapun. Kecuali
bagian informasinya dicantumkan dalam daftar pustaka, sebagaimana layaknya
karya ilmiah.
Yogyakarta, 18 Febuari 2016
Penulis
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma
Nama : Yosef Supriadi
Nomor Mahasiswa : 125214086
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :
PENINGKATAN EFISIENSI DESTILASI AIR ENERGI SURYA MENGGUNAKAN ENERGY RECOVERY DENGAN METODE
KAPILARITAS
Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan
kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan,
mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan
data, mendistribusikan secara terbatas dan mempublikasikannya di internet atau
media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin dari saya
maupun memberi royalti kepada saya selama masih mencantumkan nama saya
sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya
Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal : 18 Febuari 2016
Yang menyatakan
vii
INTISARI
Salah satu cara mendapatkan air bersih adalah dengan menggunakan alat destilasi energi surya. Permasalahan yang dihadapi alat destilasi energi surya saat ini adalah tingkat efisiensi yang dihasilkan masih rendah. energy recovery dengan metode kapilaritas adalah salah satu cara yang dapat dilakukan untuk meningkatkan efisiensi. Tujuan dari penelitian ini adalah membuat alat destilasi energi surya yang memanfaatkan energy recovery dengan metode kapilaritas, menganalisis pengaruh ketinggian air di bak destilator dan pengaruh penggunaan pendingin kaca maupun reflektor terhadap air yang dihasilkan setelah proses destilasi, menganalisis efisiensi destilasi air energi surya menggunakan energy recovery metode kapilaritas dan destilasi energi surya konvensional. Variasi yang diteliti adalah ketinggian air dalam bak 1 cm dan 0,5 cm sedangkan pada alat destilasi menggunakan energy recovery metode kapilaritas ditambahkan variasi pendingin kaca dan reflektor. Secara keseluruhan hasil yang didapatkan alat destilasi menggunakan energy recovery lebih baik dari pada alat destilasi konvensional. Hasil terbaik dari semua variasi yang diteliti adalah ketika ketinggian air dalam bak destilator 0,5 cm tidak menggunakan pendingin kaca dan tidak menggunakan reflektor, efisiensi teoritis sebesar 53,36 %, efisiensi aktual sebesar 52,19 % dan air yang dihasilkan sebesar 4,16 kg dengan energi surya yang datang sebesar 573,01 W/m2. Faktor utama yang mempengaruhi hasil tersebut adalah energi surya yang datang pada saat penelitian paling tinggi.
viii
ABSTRACT
A way for getting clean water is to distillate using solar energy. One of the problems on solar water distillation equipment today is it’s low efficiency. Energy recovery with the capillary method is one way that can be done to improve the efficiency. The purpose of this study is to make solar energy distillation equipment that utilizes energy recovery with capillary method, to analyze the effect of the water level in the distillation tub, influence of the use of glass cooling, reflectors effect to water distillation process results, and to analyze the efficiency of solar energy water distillation using energy recovery with the capillary method, and distillation of conventional solar energy. Variations investigated were the water level in the tub that were 1 cm and 0.5 cm, while the distillation equipment using energy recovery capillarity methods varied by adding glass cooler and reflectors. Overall the results obtained using the energy recovery distillation equipment is better than conventional distillation equipment. The best results of all the examined variations are when the water level in the distillation tub was 0.5 cm, using no cooling glass and no reflector. The theoretical efficiency is 53.36 %, the actual efficiency is 52.19 %, the water produced is 4.16 kg and solar energy received is 573.01 W/m2. The main factors that influence these results is solar energy that comes on when the highest research.
ix
KATA PENGANTAR
Puji Syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat
dan berkat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini dengan
baik. Tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana
S-1 Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas
Sanata Dharma, Yogyakarta.
Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Peningkatan
efisiensi destilasi air energi surya menggunakan energy recovery dengan metode kapilaritas” ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai
pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih
atas segala bantuan berupa dorongan, dukungan baik dalam hal material, morial
maupun spriritual antara lain kepada:
1. Sudi Mungkasi, S. Si., M. Math. Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik
dan Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma.
3. A. Prasetyadi, S.Si, M.Si., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang
telah mendampingi dan memberikan bimbingan dalam menyelesaikan
tugas akhir.
4. Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T., yang telah membimbing dalam proses
x
5. Dr. Drs. Vet. Asan Damanik, M.Si., selaku dosen mata kuliah pra skripsi
yang sudah memberikan pengetahuan dan masukan selama pembuatan
Tugas Akhir.
6. Ag. Rony Windaryawan selaku Laboran yang telah membantu dan
memberikan izin dalam penggunaan fasilitas yang diperlukan dalam
penelitian ini.
7. Seluruh dosen pengajar Program Studi Teknik Mesin dan staff Fakulras
Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta atas segala
kerjasama, pelayanan dan bimbingan selama penulis menempuh kuliah
dan proses penulisan tugas ahir.
8. Bapak Misdi dan Ibu Supriyati selaku orang tua penulis, Krismawati dan
Kristiyanti selaku kakak dari penulis, yang selalu memberikan
dukungan, mendoakan, memberi semangat, dan semua fasilitas yang
penulis butuhkan selama menempuh kuliah sampai menyelesaikan tugas
akhir ini.
9. Raphael Retta, Selaku tim yang membantu dalam perancangan,
pembuatan, perbaikan alat dan pengambilan data.
10.Teman-teman seperjuangan, Daniel Hutahaean, Karel Giovanni, Rio
Christy B, Andrew William M, B. Morgan Wijayanto, Sigit Jalu P,
Laurensius Praba, dan semua teman Teknik Mesin Angkatan 2012 dan
teman-teman penulis lainnya, terima kasih.
11.Keluarga kos Griya Kanna, Jakataru David E, Prima Nugroho, Charisca
xi
Cindya D, Bertha Nathania, Celly Brita, Blasius Filimon dan yang
lainnya, terima kasih
12.Sahabat sekaligus keluarga, Almer Rayhan, Stepanus Wijaya N, Adela
Dela Tiara, Aisah Gita M, Anindita D, Mbak Atma dan Om Efran yang
telah memberi semangat untuk menyelesaikan tugas akhir.
13.Pihak – pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah
memberikan dorongan dan bantuan dalam wujud apapun selama
penyusunan tugas akhir ini.
Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan dalam
penyusunan tugas akhir ini karena keterbatasan pengetahuan yang belum
diperoleh, oleh karena itu penulis mengharapkan adanya kritik dan saran dari
semua pihak yang bersifat positif dan membangun dalam penyempurnaan laporan
ini. Semoga karya tulis ini berguna bagi pembaca. Apabila terdapat kesalahan
dalam penulisan naskah ini penulis mohon maaf. Terima Kasih.
Yogyakarta, 18 Febuari 2016
Penulis
xii
JUDUL ... i
TITLE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
INTISARI ... vi
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xvi
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1. Latar Belakang ... 1
1.2. Rumusan Masalah ... 3
1.3. Tujuan ... 4
1.4. Manfaat ... 4
1.5. Batasan Masalah... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Pengertian Destilasi ... 6
2.2 Landasan Teori ... 7
2.3 Penelitian yang Pernah Dilakukan ... 11
BAB III METODE PENELITIAN ... 14
3.1 Skema Alat Penelitian ... 14
3.2 Variabel yang Divariasikan ... 17
3.3 Parameter yang Diukur ... 17
3.4 Langkah Penelitian ... 18
xiii
3.7. Analisis Data ... 20
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 21
4.1 Data Penelitian ... 21
4.2 Hasil Penelitian ... 33
4.3 Pembahasan ... 37
BAB V PENUTUP ... 51
5.1 Kesimpulan ... 51
5.2 Saran ... 52
DAFTAR PUSTAKA ... 53
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm, dan
hanya menggunakan pendingin kaca pada hari pertama ... 23
Tabel 2 Data pada Ketinggian air dalam bak destilator 0,5 cm, tidak
menggunakan pendingin kaca dan tidak menggunakan reflektor
pada hari kedua ... 24
Tabel 3 Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm, hanya
menggunakan reflektor hari ketiga ... 25
Tabel 4 Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm,
menggunakan reflektor dan menggunakan pendingin kaca pada hari
keempat ... 26
Tabel 5 Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 1 cm,
menggunakan reflektor dan menggunakan pendingin kaca pada hari
keempat ... 27
Tabel 6 Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm pada
hari pertama ... 28
Tabel 7 Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm pada
hari kedua... 29
Tabel 8 Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm pada
hari ketiga ... 30
Tabel 9 Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm pada
xv
Tabel 10 Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 1 cm pada
hari kelima ... 32
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Prinsip kerja alat destilasi air energi surya menggunakan energy
recovery. ... 8
Gambar 2. Panjang kapilaritas kain ... 10
Gambar 3a. Komponen alat destilasi energi surya menggunakan energy
recovery kondensor pasif ... 15
Gambar 3b. Komponen alat destilasi energi surya menggunakan energy
recovery kondensor pasif tampak samping ... 15
Gambar 4. Komponen alat destilasi energi surya konvensional standar ... 16
Gambar 5. Grafik rata-rata efisiensi teoritis rata-rata pada alat destilasi air
energi surya menggunakan energy recovery metode kapilaritas
dengan alat destilasi konvensional . ... 38
Gambar 6. Grafik rata-rata efisiensi aktual pada alat destilasi air energi
surya menggunakan energy recovery metode kapilaritas dengan
alat destilasi konvensional. ... 41
Gambar 7. Grafik (hasil air yang terdestilasi) dari kelima variasi
selama 10 jam pengambilan data pada alat destilasi air energi
surya menggunakan energy recovery metode kapilaritas. ... 44
Gambar 8. Grafik perbandingan antara (massa air yang terdestilasi)
pada alat destilasi air energi surya menggunakan energy
xvii
terdestilasi) pada alat destilasi konvensional selama 10 jam
pengambilan data. ... 46
Gambar 9. Grafik perbandingan antara massa uap air destilasi ( ) dengan massa air yang terdestilasi ( pada alat destilasi air menggunakan energy recovery metode kapilaritas dari kelima variasi selama 10 jam pengambilan data. ... 48
Gambar 10. Letak , dan pada alat destilasi air menggunakan energy recovery metode kapilaritas. ... 49
Gambar L.1 Alat destilasi Konvensional ... 56
Gambar L.2 Alat destilasi menggunakan energy recovery metode kapilaritas 56 Gambar L.3 Alat destilasi bagian energy recovery dan kapilaritas kain ... 57
Gambar L.4 Air pendingin kaca ... 57
Gambar L.5 Penampung air terkontaminasi ... 58
Gambar L.6 Penunjuk ketingian air dalam bak ... 58
Gambar L.7 Penampung air hasil destilasi ... 59
Gambar L.8 Sensor yang digunakan ... 59
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air merupakan salah satu sumber utama kehidupan bagi makluk hidup
tidak terkecuali bagi manusa. Di Indonesia kebutuhan akan air bersih seperti
untuk air minum semakin hari semakin dirasakan terbatas akan
ketersediaannya baik itu masyarakat perkotaan maupun masyarakat di
daerah-daerah terpencil. Ketersediaan air yang seringkali tidak mencukupi
kebutuhan tersebut dikarenakan sumber air yang ada telah terkontaminasi
oleh bahan tidak kesat mata seperti; bahan kimia, bakteri, kuman penyakit,
tanah garam (air laut), dan bahan lain yang dapat membahayakan bila
dikonsumsi secara langsung. Selain itu, air yang telah terkontaminasi dapat
menimbulkan penyakit di dalam tubuh. Umumnya masyarakat akan membeli
air minum untuk memenuhi kebutuhannya dan masyarakat daerah terpencil
mereka menampung air hujan untuk dimanfaatkan sebagai air minum.
Memenuhi kebutuhan akan air minum dengan cara membeli akan berdampak
pada kesejahteraan masyarakat itu sendiri dan memanfaatkan air hujan
sebagai air minum akan berdampak menimbulkan penyakit yang merugikan
bagi kesehatan. Sehingga diperlukan tindakan untuk membersihkan air
tersebut dari bahan kontaminan yang terkandung di dalamnya.
Untuk memisahkan dan menjernihkan air dari bahan kontaminan,
satunya dengan menggunakan destilasi tenaga surya. Saat ini potensi tenaga
surya di Indonesia belum dimanfaatkan dengan baik, hal ini dikarenakan
harga energi terbarukan masih terbilang kalah bersaing dibandingkan bahan
bakar fosil akibat kurang dikuasainnya teknologi dan kebijakan harga energi.
Alat destilasi air pada umumnya berbentuk kotak dan terdiri dari dua
komponen utama, yaitu bak air dan kaca penutup. Fungsi dari bak air itu
sendiri adalah menyerap energi surya untuk menguapkan air sehingga air
terpisah dari zat yang mengkontaminasi. Kaca penutup berfungsi sebagai
tempat mengembunnya uap air sehingga diperoleh air bersih yang dapat
langsung untuk dikonsumsi.
Permasalahan yang dihadapi alat destilasi energi surya saat ini adalah
tingkat efisiensi yang dihasilkan masih rendah. Salah satu faktor penyebab
rendahnya efisiensi tersebut adalah terjadinya kerugian kalor. Kerugian kalor
terjadi akibat perbedaan temperatur. Temperatur dalam kotak destilator lebih
tinggi dibandingkan temperatur lingkungan sekitar alat destilasi sehingga
kalor mengalir keluar dari kotak destilator ke lingkungan sekitar. Terdapat
dua jenis kerugian kalor yaitu kerugian kalor akibat kurang baiknya bahan
isolasi atau kurang rapatnya kotak destilasor dan kerugian kalor akibat proses
pengembunan uap air yang secara bersamaan melepaskan kalor ke
lingkungan melalui kaca penutup. Salah satu cara meningkatkan efisiensi
destilasi air tenaga surya adalah dengan memperkecil kerugian kalor pada
saat pengembunan untuk menguapkan pada tingkat berikutnya. Cara inilah
yang disebut dengan energy recovery.
Energy recovery memerlukan komponen tambahan pada alat destilasi
yaitu berupa kondensor pasif yang umumnya berbentuk kotak dan terletak di
bagian belakang kotak destilator. Penggunaan kondensor pasif pada alat
destilasi menyebabkan sebagian uap air hasil proses penguapan dalam kotak
destilator akan mengalir ke dalam kondensor pasif dan akan terjadi
pengembunan pada dinding pengembun kondensor pasif. Pada saat terjadi
pengembunan terjadi pula pelepasan panas. Panas yang dilepaskan itulah
yang digunakan kembali untuk menguapkan air pada metode kapilaritas.
Dalam hal ini penulis tertarik untuk membahas efisiensi dari alat destilasi
dengan energy recovery menggunakan metode kapilaritas serta
variabel-variabel lainnya yang mempengaruhi efisiensi, di antaranya jumlah massa air
pada alat destilasi (jumlah massa air mempengaruhi temperatur air), jumlah
masa air dalam kondensor pasif, perbandingan volume antara kotak destilator
dengan kondensor pasif terhadap jumlah energi surya yang digunakan untuk
proses penguapan.
1.2 Rumusan Masalah
Destilasi air tenaga surya merupakan salah satu cara untuk menjernihkan
air yang mengandung zat kontaminan sehingga cara ini dapat digunakan
untuk mengatasi masalah akan kekurangan air bersih. Dalam hal ini destilasi
dihasilkan. Salah satu cara yang dapat digunakan untuk meningkatkan
efisiensi adalah dengan energy recovery dengan metode kapilaritas. Dengan
adanya hal tersebut, penulis tertarik untuk meneliti beberapa masalah yaitu
1. Mengetahui peningkatan efisiensi destilasi air tenaga surya dengan energy
recovery metode kapilaritas,
2. Mengetahui efisiensi mana yang lebih baik antara destilasi air tenaga
surya dengan kondensor pasif dan energy recovery metode kapilaritas
dengan alat destilasi air konvensional,
3. Mengetahui pengaruh variasi ketinggian air maupun variasi penggunaan
pendingin kaca dan reflektor.
1.3 Tujuan
Tujuan yang diperoleh dari penelitian ini adalah
1. Membuat prototipe alat destilasi energi surya dengan menggunakan
energy recovery dengan metode kapilaritas,
2. Menganalisis pengaruh ketinggian air di kotak destilator,
3. Menganalisis pengaruh penggunaan pendingin kaca maupun reflektor
terhadap air yang dihasilkan setelah proses destilasi,
4. Menganalisis efisiensi destilasi air energi surya menggunakan energy
recovery metode kapilaritas dan destilasi energi surya konvensional.
1.4 Manfaat
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah
2. Hasil penelitian ini diharapkan mendapat dikembangkan untuk membuat
prototipe dan produk teknologi alat destilasi air energi surya yang dapat
diterima dengan baik oleh masyarakat,
3. Memudahkan masyarakat untuk memenuhi kebutuhan akan air bersih,
4. Meningkatkan kesehatan dan kesejahteraan masyarakat.
1.5 Batasan Masalah
Dalam penelitian yang akan dilakukan, penulis membatasi
masalah-masalah yang akan dibahas yakni
1. Penulis membatasi penelitian khusus alat destilasi surya dengan
memanfaatkan energy recovery dengan metode kapilaritas,
2. Ketinggian air di dalam bak destilasi divariasikan sebanyak 2 variasi
yakni 1 cm dan 0,5 cm dan menggunakan variasi lain seperti penggunaan
reflektor dan pendingin kaca,
3. Pada alat destilasi konvensional (tanpa menggunakan energy recovery
metode kapilaritas) ketinggian air sama yakni 1 cm dan 0,5 cm tidak
menggunakan reflektor maupun pendingin kaca,
4. Air yang masuk ke dalam kotak destilator tidak mengalami proses
pemanasan terlebih dahulu,
5. Menambahkan satu variasi alat lagi berupa destilasi horizontal sederhana
tanpa kondensor pasif dimana destilasi horizontal sederhana ini dijadikan
sebagai pembanding, sehingga diperoleh hasil pemodelan yang lebih
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Pengertian Destilasi
Destilasi air energi surya merupakan salah satu metode untuk
memisahkan air dari bahan kontaminasi sehingga diharapkan mampu
menghasilkan air yang jernih. Sedangkan kegunaan energy recovery sebagai
pemanfaatan kembali dari sisa kalor pada kotak destilator yang dialirkan ke
kondensor pasif sehingga dapat meningktkan jumlah efisiensi dari hasil
pendestilasian air. Alat destilasi air dengan energi surya ini merupakan salah
satu alternatif untuk memenuhi kebutuhan masyarakat terhadap air bersih
terutama untuk daerah yang tidak terjangkau sumber energi listrik ataupun
daerah terpencil.
Alat destilasi air pada umumnya berbentuk kotak dan terdiri dari dua
komponen utama, yaitu bak air dan kaca penutup. Bak air digunakan untuk
menyerap energi surya untuk menguapkan air sehingga air terpisah dari zat
yang mengkontaminasi dan kaca penutup berguna sebagai tempat
mengembunnya uap air sehingga diperoleh air bersih yang dapat langsung
untuk dikonsumsi.
Unjuk kerja alat destilasi energi surya tergantung pada beberapa variabel
di antaranya, jumlah massa air yang ada dalam bak atau jumlah massa air
yang masuk dan radiasi surya yang diterima. Metode yang dilakukan adalah
menguap (volatilitas) bahan. Proses destilasi air meliputi dua proses yaitu
evaporasi dan kondensasi. Air terkontaminasi yang masuk akan menguap
karena mendapat kalor dari absorber, bagian yang mengalami penguapan
hanya air sedangkan zat kontaminan yang terkandung di dalam air tertinggal
di absorber. Uap akan bergerak ke dinding kaca, karena temperatur bagian
luar kaca lebih rendah dari temperatur bagian dalam maka uap akan
mengembun.
2.2 Landasan Teori
Komponen utama alat destilasi air energi surya menggunakan energy
recovery terdiri atas kotak destilator, kondensor pasif dan bagian energy
recovery. Bagian energy recovery terletak di dalam kondensor pasif. Prinsip
kerja destilasi air energi surya menggunakan energy recovery (Gambar 1)
adalah proses penguapan air yang terkontaminasi dan proses pengembunan
uap air sehingga dihasilkan air bersih yang layak untuk dikonsumsi. Pada
proses penguapan hanya air yang menguap sedangkan zat yang
mengkontaminasinya tertinggal di bak air. Proses penguapan terjadi karena
air di dalam bak air pada kotak destilator menerima energi surya melalui kaca
penutup sedangkan proses pengembunan pada kotak destilator terjadi di kaca
penutup karena temperatur kaca lebih rendah dari temperatur pengembunan
uap air. Embun pada kaca penutup akan mengalir ke saluran air destilasi
karena posisi kaca yang miring. Tidak semua uap air hasil penguapan air dari
uap air hasil penguapan air dari bak air di dalam kotak destilator mengalir
masuk ke dalam kondensor pasif.
Gambar 1. Prinsip kerja alat destilasi air energi surya menggunakan energy
recovery. (Gusti I Ketut Puja, 2014)
Mengalirnya sebagian uap air ke dalam kondensor pasif disebabkan
adanya perbedaan tekanan parsial uap air antara kotak destilator dengan
kondensor pasif mekanisme ini disebut purging. Perbandingan massa uap air
yang masuk ke dalam kondensor pasif dengan massa uap air yang dihasilkan
pada kotak destilator sebanding dengan perbandingan volume kondensor
pasif dengan jumlah volume kondensor pasif dan kotak destilator atau
Uap air yang masuk ke dalam kondensor pasif akan mengembun karena
melepaskan panas ke dinding kondensor pasif dan ke dinding pengembun
pada bagian energy recovery. Energi panas yang diterima dinding pengembun
pada bagian energy recovery digunakan untuk menguapkan air yang mengalir
pada bahan porus (kain). Air yang mengalir pada kain berasal dari bak air
terkontaminasi yang berada di bawah kemudian dipompakan ke atas menuju
bak air. Mengalirnya air terkontaminasi dari atas ke bawah disebabkan
adanya sifat kapilaritas kain. Laju aliran air pada kain dapat dihitung dengan
persamaan
(
(2)
Dengan A adalah luas penampang kain arah tegak lurus aliran ( ),
ρ
adalahmassa jenis air terkontaminasi (kg/ ), g adalah gravitasi (m/ ), k
adalah permeabilitas kain ( ),
η
adalah viskositas air terkontaminasi (Ndetik/ ), adalah panjang kapilaritas kain (m) dan L adalah panjang kain
(m).
Permeabilitas (k) pada prinsipnya hanya merupakan fungsi struktur
keporusan media porus. Sebagai contoh katun dan fiber mempunyai
permeabilitas yang berbeda karena mempunyai struktur keporusan yang
berbeda. Panjang kapilaritas kain adalah kondisi kesetimbangan antara
tekanan kapilaritas dengan tekanan hidrolis atau = seperti
Gambar 2. Panjang kapilaritas kain (Gusti I Ketut Puja, 2014)
(3)
(4)
Dengan adalah tegangan permukaan, adalah sudut kontak zat cair dan R
adalah radius kapilaritas efektif. Untuk mengetahui permeabilitas (k) dan
panjang kapilaritas ( ) dari suatu bahan porus (kain) dapat dilakukan
eksperimen dengan prinsip seperti pada Gambar 2.
Efisiensi alat destilasi 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):
Dengan adalah luas alat destilasi ( ), dt adalah lama waktu pemanasan
(detik), G adalah energi surya yang datang (W/ ), adalah panas laten
air (J/(kg) dan adalah massa uap air total (kg). Massa uap air ( ) dapat
diperkirakan dengan persamaan matematis berikut (Arismunandar, 1995):
(6)
⁄ (7)
Dengan quap adalah bagian energi surya yang digunakan untuk proses
penguapan (W/ ), bagian energi surya yang digunakan untuk
konveksi (W/m2), adalah adalah tekanan parsial uap air pada temperatur air (N/ ), adalah tekanan parsial uap air pada temperatur kaca penutup
(N/ ), adalah temperatur air ( ) dan ) adalah temperatur kaca
penutup ( )
2.3 Penelitian yang Pernah Dilakukan
Penelitian secara eksperimental destilasi air energi surya menggunakan
energy 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 energy recovery tiga
tingkat dengan metode difusi yang dihubungkan dengan pipa panas (heat
pipe) memperkirakan hasil air destilasi sebanyak 21,8 kg/m2.hari dengan
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 energy recovery metode bak satu tingkat memperkirakan
dapat menghasilkan air destilasi sebanyak 10,7 kg/m2.hari (Hassan, 1995).
Destilasi air energi surya menggunakan energy recovery dua tingkat metode
bak air menghasilkan efisiensi 62% lebih tinggi jika dibandingkan destilasi
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 di bagian bawah destilator dan posisi destilator miring
menghasilkan kenaikan efisiensi yang cukup baik sehingga dapat
yang miring menyebabkan terjadinya sirkulasi alami udara yang mendorong
uap air ke kondensor di bagian 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). 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 energy 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 energy recovery di Aljasair
14
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Skema Alat Penelitian
Alat destilasi air tenaga surya yang dibuat berjumlah 2 alat, seperti yang
ditunjukan pada gambar 3a, gambar 3b dan gambar 4. Terdapat
bagian-bagian penting pada alat destilasi tenaga surya yaitu bak destilator, kondesnor
pasif, dan idikator ketinggian air dalam bak destilator. Karena fungsi dari alat
destilasi konvensional adalah sebagai pembanding, maka ukuran bak
destilator dibuat sama. Bahan yang digunakan untuk membuat bak destilator
adalah kayu dengan ketebalan 2 cm yang dilapisi dengan logam seng dengan
ketebalan 0,03 cm, panjang (P) = 118 cm, lebar (L) = 78 dan tinggi (T) = 6
cm. kondensor pasif juga terbuat dari kayu dengan ketebalan 2 cm yang
dilapisi dengan logam seng dengan ketebalan 0,03 cm, panjang (P) = 118 cm,
lebar (L) = 9 cm, dan tinggi (T) = 100 cm. Untuk pengaturan ketinggian air di
dalam kotak destilator digunakan tempat air minum ayam, dikarenakan
tempat air minum ayam dapat konstan untuk mempertahankan ketinggian air
Gambar 3a. Komponen alat destilasi energi surya menggunakan energy
recovery kondensor pasif.
Gambar 3b. Komponen alat destilasi energi surya menggunakan energy
[image:34.595.101.512.106.698.2]Terdapat komponen komponen utama alat destilasi air energi surya
menggunakan energy recovery berkondensor pasif seperti terlihat pada
Gambar 3a dan Gambar 3b yaitu (1) bak air, (2) saluran air hasil destilasi, (3)
kaca penutup, (4) kotak destilator, (5) air terkontaminasi, (6) kondensor pasif,
(7) bagian energy recovery, (8) bak air terkontaminasi, (9) dinding
pengembun, (10) saluran uap dari destilator ke kondensor pasif, (11) bahan
porus (kain), (12) saluran air hasil destilasi kondensor pasif, (13) saluran air
[image:35.595.101.512.236.644.2]yang tidak menguap, (14) rangka pendukung, (15) reflektor.
Gambar 4. Komponen alat destilasi energi surya konvensional standar
Komponen utama yang terdapat pada alat destilasi air energi surya
saluran air hasil destilasi,(3) kaca penutup, (4) kotak destilator, (5) air
terkontaminasi, (6) sumber air terkontaminasi, (7) rangka pendukung
3.2 Variabel yang Divariasikan
Pada penelitian ini terdapat beberapa jenis variasi yang dilakukan
sebagai berikut:
1. Jumlah massa air dalam bak destilator dengan metode kapilaritas dan
dalam bak alat destilasi energi surya konvensional standar,
2. Variasi ketingian air dalam bak destilasi yakni 1 cm dan 0,5 cm,
3. Penggunaan reflektor pada alat destilasi menggunakan energy recovery
metode kapilaritas,
4. Penggunaan pendingin kaca pada alat destilasi menggunakan energy
recovery metode kapilaritas.
3.3 Parameter yang Diukur
Pada penelitian ini beberapa parameter yang diukur diantaranya sebagai
berikut
1. Temperatur air di dalam bak (Tw)
2. Temperatur kaca pada bak (Tc)
3. Temperatur air yang masuk ke dalam bak
4. Temperatur kain pada kondensor pasif
5. Temperatur air pendingin kaca
7. Kelembapan udara sekitar (RH)
8. Energi Surya yang datang (G)
9. Debit air hasil destilasi pada destilator (md1)
10.Debit air hasil destilasi pada kondensor pasif dan bagian energy recovery
(md2, md3)
11.Lama waktu pengambilan data (t)
3.4 Langkah Penelitian
Langkah penelitian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut
[image:37.595.95.513.116.635.2]1.Pada penelitian ini diawali dengan pembuatan alat seperti pada gambar 3a,
gambar 3b dan gambar 4,
2.Kedua alat tersebut dijemur di bawah sinar matahari secara langsung,
3.Pengambilan data dilakukan dengan 2 (dua) cara, yaitu minggu pertama
pengambilan data dilakukan secara manual dan minggu kedua pengambilan
data dilakukan dengan bantuan sensor,
4.Pada saat pengambilan data dengan cara manual, setiap 2 jam alat dicek
dan dicatat data pertambahan debit hasil destilasi. Pencatatan debit hasil
destilasi dilakukan selama 10 jam, mulai dari jam 07:00 sampai jam 17:00
untuk setiap variasinya. Setiap variasi membutuhkan waktu 1 hari untuk
pengambilan data,
5.Data yang dicatat saat pengambilan data secara manual adalah debit air
6.Pada saat pengambilan data dengan menggunakan sensor, data dicatat oleh
sensor kurang lebih setiap 11 detik sekali selama 10 jam, dimulai dari jam
07:00 sampai jam 17:00 untuk setiap variasinya,
7.Data yang dicatat saat pengambilan data dengan menggunakan sensor
adalah temperatur udara sekitar, temperatur air yang masuk ke dalam bak
destilasi, temperatur air di dalam bak destilasi, tempetarur air pendingin
kaca, temperatur kaca pada bak destilasi, kelembapan udara sekitar, debit
air hasil destilasi dan lama waktu pencatatan data,
8.Sebelum melanjutkan pengambilan data pada hari berikutnya dengan
variasi yang berbeda, kondisi alat destilasi harus diperiksa untuk
memastikan kesiapan alat termasuk memastikan ketinggian air saat awal
pengambilan data. Hal ini dilakukan agar meminimalisir masalah-masalah
yang akan terjadi yang membuat terjadinya kegagalan saat pengambilan
data..
3.6 Alat Pendukung Pengambilan Data
1.Pyranometer
Pyranometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur besarnya
pengaruh radiasi cahaya matahari dengan satuan dan juga alat ini
berfungsi untuk mengkalibrasi radiasi cahaya matahari yang diterima oleh
solarmeter agar hasil data yang didapat oleh solarmeter sama dengan hasil
data yang didapat piranometer.
Solarmeter merupakan alat yang digunakan untuk mengukur intensitas
cahaya matahari yang datang.
3.Hygrometer
Hygrometer adalah alat yang digunakan untuk mengukur kelembapan
udara disekitar alat destilasi dan untuk mengkalibrasi data yang didapat
oleh alat destilasi.
4.Dallas Semiconductor Temperature Sensor (TDS)
Dallas semiconductor temperature sensor (TDS) merupakan alat yang
digunakan untuk mengukur temperatur pada alat destilasi.
5.Microcontroller Arduino
Microcontroller arduino merupakan aplikasi softwere yang digunakan
untuk membantu dan memudahkan pembacaan data hasil penelitian
destilasi energi surya.
6.E-Tape
E-Tape merupakan alat yang digunakan untuk membaca dan mengetahui
ketinggian air hasil destilasi.
3.7 Analisis Data
Pengolahan dan analisis data diawali dengan melakukan perhitungan
pada parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan
(1) sampai dengan (7). Analisis akan dilakukan dengan membuat grafik
21
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penelitian
Berikut ini adalah data hasil penelitian dari alat destilasi air tenaga surya
menggunakan energy recovery dengan metode kapilaritas yang divariasikan
menjadi 5 variasi, yaitu
1. Ketinggian air dalam bak 1 cm, menggunakan pendingin kaca dan
menggunakan reflektor.
2. Ketinggian air dalam bak destilator 0,5 cm, menggunakan pendingin kaca
dan menggunakan Reflektor.
3. Ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm, hanya menggunakan
pendingin kaca.
4. Ketinggian air dalam bak destilator 0,5 cm, hanya menggunakan reflektor.
5. Ketinggian air dalam bak destilator 0,5 cm, tidak menggunakan pendingin
kaca dan tidak menggunakan reflektor.
Secara lengkap data hasil dari penelitian tersebut dapat dilihat secara
berurutan pada tabel 1 sampai dengan tabel 10 dengan
Tc = Temperatur kaca penutup alat destilasi energi surya.
Tw = Temperatur air di dalam bak dan di dalam kondensor pasif alat
destilasi energi surya.
Pc = Tekanan parsial uap air pada temperatur kaca penutup alat
Pw = Tekanan parsial uap air pada temperatur air di dalam bak dan di
dalam kondensor pasif alat destilasi energi surya.
= Massa air hasil destilasi.
Hfg = Panas laten air.
= Massa uap air total.
= Bagian energi surya yang digunakan untuk proses penguapan.
= Bagian energi surya yang digunakan untuk konveksi.
G = Rata-rata energi surya yang ditangkap oleh alat destilasi air
2
[image:42.842.92.731.131.420.2]3
Tabel 1. Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm, dan hanya menggunakan pendingin kaca pada hari pertama
Menggunakan Energy Recovery Metode Kapilaritas 24 Oktober 2015
jam ke-
TC TW G Pc Pw hfg qkonv quap mg md η teoritis η aktual
(°C) (°C) (W/m2) (Pa) (Pa) (kJ/kg) (kW/m2) (kW/m2) (kg/jam.m2) (kg) (%) (%)
1 32.93 33.80 365.89 3213.8 3570.35 2421.11 0.0008 0.006 0.009 0.00 0.17 0.00 2 41.77 39.79 522.94 7805.6 6589.83 2406.74 0.0026 0.026 0.042 0.01 5.77 1.78 3 51.23 45.15 667.07 15074.0 10122.68 2393.80 0.0124 0.164 0.259 0.20 28.07 22.15 4 55.22 48.72 782.23 18861.9 12905.34 2385.15 0.0138 0.206 0.328 0.29 30.16 26.72 5 57.28 51.24 839.11 20999.1 15081.67 2379.02 0.0127 0.203 0.323 0.60 27.68 51.74 6 58.93 52.72 820.26 22787.6 16441.57 2375.41 0.0134 0.222 0.354 0.76 30.94 66.05 7 54.76 49.81 540.32 18406.7 13828.11 2382.49 0.0096 0.145 0.231 0.52 30.74 69.29 8 52.09 49.31 506.06 15848.6 13401.70 2383.71 0.0044 0.063 0.101 0.36 14.33 51.46 9 45.75 40.01 277.81 10568.3 6720.33 2406.21 0.0111 0.121 0.190 0.24 49.61 62.69 10 39.51 34.89 102.75 6430.4 4047.41 2418.50 0.0080 0.067 0.105 0.11 74.29 81.21
2
[image:43.842.92.721.144.423.2]4
Tabel 2. Data pada Ketinggian air dalam bak destilator 0,5 cm, tidak menggunakan pendingin kaca dan tidak menggunakan reflektor pada hari kedua
jam ke-
Menggunakan Energy Recovery Metode Kapilaritas 25 Oktober 2015
TC TW G Pc Pw hfg qkonv quap mg md η teoritis η aktual
(°C) (°C) (W/m2) (Pa) (Pa) (kJ/kg) (kW/m2) (kW/m2) (kg/jam.m2) (kg) (%) (%)
1 31.23 37.60 381.07 2574.8 5376.10 2411.99 0.012 0.085857 0.13482 0.00 25.75 0.00
2 47.56 45.37 587.00 11960.2 10283.30 2393.27 0.003 0.039068 0.06183 0.00 7.61 0.17
3 59.12 50.70 751.30 22993.6 14603.40 2380.33 0.020 0.322544 0.51322 0.58 49.07 55.24
4 64.05 54.65 839.27 28807.4 18301.32 2370.69 0.024 0.430560 0.68788 0.82 58.64 69.53
5 64.73 55.12 777.17 29660.3 18770.58 2369.54 0.024 0.451103 0.72105 0.66 66.35 60.29
6 61.12 52.23 638.32 25269.3 15984.69 2376.60 0.022 0.367386 0.58549 0.33 65.79 37.45
7 63.37 56.82 747.40 27964.2 20511.82 2365.39 0.015 0.272562 0.43643 0.25 41.69 24.27 8 59.43 52.55 555.37 23335.6 16279.99 2375.83 0.015 0.255537 0.40737 0.69 52.60 89.21
9 53.09 44.10 314.05 16788.9 9365.52 2396.35 0.021 0.280153 0.44279 0.58 101.97 134.10
10 46.61 39.24 139.21 11218.7 6272.55 2408.06 0.015 0.168347 0.26478 0.25 138.23 131.57
2
[image:44.842.87.735.132.419.2]5
Tabel 3. Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm, hanya menggunakan reflektor hari ketiga
jam ke-
Menggunakan Energy Recovery Metode Kapilaritas 26 Oktober 2015
TC TW G Pc Pw hfg qkonv quap mg md η teoritis η aktual
(°C) (°C) (W/m2) (Pa) (Pa) (kJ/kg) (kW/m2) (kW/m2) (kg/jam.m2) (kg) (%) (%)
1 31.35 29.80 370.35 2617.3 2098.05 2430.64 0.002 0.009624 0.01500 0.00 2.97 0.00 2 47.50 43.15 569.99 11917.0 8715.63 2398.63 0.008 0.092993 0.14684 0.00 18.65 0.06 3 59.95 54.95 718.88 23930.2 18593.14 2369.98 0.010 0.175732 0.28084 0.27 27.94 27.35 4 65.65 60.13 823.43 30827.8 24128.58 2357.27 0.012 0.235689 0.37869 0.61 32.72 52.49 5 66.99 61.12 840.54 32591.2 25267.55 2354.84 0.013 0.264993 0.42621 0.55 36.04 46.71 6 65.82 61.41 738.81 31051.7 25608.78 2354.12 0.009 0.178692 0.28749 0.63 27.65 60.41 7 61.87 56.58 573.58 26151.8 20255.58 2365.99 0.011 0.199944 0.32007 0.59 39.85 73.10 8 58.19 54.08 467.38 21977.0 17735.45 2372.10 0.008 0.129836 0.20731 0.50 31.75 77.26 9 51.73 44.05 248.98 15519.5 9336.15 2396.45 0.017 0.220416 0.34836 0.38 101.19 111.35 10 47.23 39.93 178.93 11701.0 6674.46 2406.40 0.015 0.171272 0.26957 0.05 109.41 20.46
2
[image:45.842.90.727.145.423.2]6
Tabel 4. Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm, menggunakan reflektor dan menggunakan pendingin kaca pada hari keempat
jam ke-
Menggunakan Energy Recovery Metode Kapilaritas 28 Oktober 2015
TC TW G Pc Pw hfg qkonv quap mg md η teoritis η aktual
(°C) (°C) (W/m2) (Pa) (Pa) (kJ/kg) (kW/m2) (kW/m2) (kg/jam.m2) (kg) (%) (%)
1 31.68 30.27 355.16 2737.2 2250.36 2429.51 0.002 0.008765 0.01366 0.00 2.82 0.00 2 44.15 40.30 578.74 9404.2 6894.26 2405.51 0.006 0.068566 0.10796 0.01 13.54 1.52 3 52.18 48.74 694.76 15935.3 12921.82 2385.10 0.006 0.083800 0.13307 0.26 13.79 26.74 4 58.32 53.72 841.37 22114.9 17386.15 2372.98 0.009 0.150084 0.23955 0.51 20.39 43.09 5 57.51 54.10 755.70 21240.1 17753.02 2372.06 0.006 0.100121 0.15986 0.54 15.14 50.81 6 57.79 55.08 776.27 21539.1 18721.55 2369.66 0.004 0.075269 0.12030 0.46 11.08 42.63 7 55.54 53.80 637.19 19190.8 17463.57 2372.79 0.002 0.039397 0.06289 0.51 7.07 57.61 8 50.51 46.36 429.43 14433.2 11023.85 2390.88 0.007 0.099583 0.15775 0.43 26.51 72.37 9 43.73 36.45 194.76 9108.4 4786.81 2414.76 0.015 0.143639 0.22530 0.10 84.30 36.11 10 39.29 33.09 99.39 6299.4 3277.04 2422.80 0.012 0.092649 0.14484 0.08 106.56 55.83
2
[image:46.842.90.727.142.423.2]7
Tabel 5. Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 1 cm, menggunakan pendingin kaca dan menggunakan reflektor pada hari kelima
jam ke-
Menggunakan Energy Recovery Metode Kapilaritas 29 Oktober 2015
TC TW G Pc Pw hfg qkonv quap mg md η teoritis η aktual
(°C) (°C) (W/m2) (Pa) (Pa) (kJ/kg) (kW/m2) (kW/m2) (kg/jam.m2) (kg) (%) (%)
1 29.67 29.46 317.58 2057.7 1992.39 2431.46 0.000 0.000620 0.00097 0.00 0.22 0.00 2 38.53 38.90 536.58 5875.3 6082.94 2408.87 0.000 0.002545 0.00400 0.01 0.54 1.35 3 49.06 50.11 735.54 13185.0 14084.58 2381.77 0.001 0.016819 0.02675 0.26 2.61 25.59 4 55.61 54.30 838.35 19264.5 17957.08 2371.55 0.002 0.027166 0.04339 0.44 3.70 37.33 5 55.74 52.84 725.61 19397.6 16555.02 2375.11 0.005 0.076574 0.12211 0.56 12.06 55.46 6 55.00 51.54 733.56 18650.4 15353.16 2378.28 0.006 0.093574 0.14902 0.53 14.58 51.83 7 49.20 44.73 314.16 13306.3 9813.66 2394.83 0.008 0.103538 0.16375 0.45 37.67 104.21 8 44.44 40.28 191.15 9611.2 6882.29 2405.56 0.007 0.076572 0.12056 0.11 45.79 43.44 9 41.28 38.06 164.01 7496.9 5617.03 2410.90 0.005 0.047577 0.07474 0.02 33.16 8.87 10 38.62 34.61 82.30 5922.2 3924.76 2419.15 0.007 0.053114 0.08316 0.05 73.77 47.77
2
[image:47.842.88.733.128.420.2]8
Tabel 6. Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm pada hari pertama
jam ke-
Konvensional 24 Oktober 2015
TC TW G Pc Pw hfg qkonv quap mg md η teoritis η aktual
(°C) (°C) (W/m2) (Pa) (Pa) (kJ/kg) (kW/m2) (kW/m2) (kg/jam.m2) (kg) (%) (%)
1 34.78 30.56 365.89 3999.9 2344.70 2428.83 0.007 0.043516 0.06450 0.00 12.92 0.00 2 41.40 42.06 522.94 7568.9 7992.68 2401.26 0.001 0.006433 0.00964 0.03 1.34 4.55 3 48.92 56.01 667.07 13070.6 19664.47 2367.39 0.016 0.237933 0.36182 0.07 38.75 7.84 4 55.34 66.72 782.23 18990.7 32225.20 2341.01 0.031 0.593884 0.91327 0.20 82.49 18.49 5 58.58 68.81 839.11 22401.5 35047.44 2335.82 0.028 0.556960 0.85840 0.29 72.12 24.35 6 56.97 67.63 820.26 20670.4 33439.33 2338.76 0.029 0.565077 0.86981 0.19 74.85 15.95 7 53.77 66.40 540.32 17441.8 31802.68 2341.81 0.036 0.663700 1.02029 0.45 133.46 58.80 8 50.22 64.02 506.06 14177.0 28767.36 2347.69 0.040 0.681685 1.04531 0.20 146.35 28.18 9 43.13 57.22 277.81 8701.2 20927.59 2364.42 0.039 0.548603 0.83529 0.39 214.56 99.33 10 37.84 49.58 102.75 5502.1 13624.88 2383.07 0.029 0.327348 0.49451 0.19 346.14 133.22
2
9
jam ke-
Konvensional 25 Oktober 2015
TC TW G Pc Pw hfg qkonv quap mg md η teoritis η aktual
(°C) (°C) (W/m2) (Pa) (Pa) (kJ/kg) (kW/m2) (kW/m2) (kg/jam.m2) (kg) (%) (%)
1 35.05 29.01 381.07 4119.3 1858.80 2432.52 0.011 0.066592 0.09855 0.00 18.99 0.00 2 42.89 44.74 587.00 8539.4 9821.22 2394.81 0.002 0.027765 0.04174 0.00 5.14 0.01 3 51.34 61.86 751.30 15172.5 26145.79 2353.00 0.027 0.465494 0.71219 0.06 67.32 6.14 4 54.67 66.52 839.27 18315.0 31967.99 2341.50 0.033 0.619636 0.95268 0.26 80.22 21.70 5 53.94 64.18 777.17 17606.4 28964.75 2347.29 0.027 0.485169 0.74409 0.20 67.83 18.52 6 49.70 60.86 638.32 13732.4 24969.95 2355.47 0.029 0.482105 0.73683 0.27 82.06 30.10 7 54.58 67.85 747.40 18229.4 33729.58 2338.22 0.039 0.734268 1.13050 0.22 106.74 20.90 8 49.68 63.23 555.37 13713.9 27796.88 2349.63 0.039 0.650953 0.99736 0.31 127.35 39.57 9 45.61 57.75 314.05 10459.2 21492.04 2363.12 0.032 0.475376 0.72419 0.43 164.46 98.09 10 40.04 51.25 139.21 6737.4 15091.17 2378.99 0.028 0.336083 0.50858 0.27 262.30 136.96
[image:48.842.111.762.101.425.2]3
[image:49.842.89.745.130.421.2]0
Tabel 8. Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm pada hari ketiga
jam ke-
Konvensional 26 Oktober 2015
TC TW G Pc Pw hfg qkonv quap mg md η teoritis η aktual
(°C) (°C) (W/m2) (Pa) (Pa) (kJ/kg) (kW/m2) (kW/m2) (kg/jam.m2) (kg) (%) (%)
1 34.55 33.04 370.35 3896.7 3259.15 2422.91 0.002 0.012004 0.01784 0.00 3.52 0.00 2 44.04 47.76 569.99 9325.2 12119.89 2387.49 0.006 0.077645 0.11708 0.00 14.80 0.19 3 52.23 65.10 718.88 15980.9 30133.95 2345.01 0.036 0.652377 1.00151 0.06 98.60 5.94 4 54.53 66.98 823.43 18181.0 32576.26 2340.36 0.035 0.665175 1.02319 0.27 87.77 22.90 5 55.14 72.22 840.54 18784.6 39890.45 2327.35 0.055 1.110039 1.71703 0.33 143.48 27.45 6 54.98 70.79 738.81 18629.5 37817.96 2330.91 0.049 0.976910 1.50880 0.40 143.66 38.51 7 52.40 68.15 573.58 16138.1 34137.98 2337.47 0.048 0.899226 1.38492 0.43 170.33 53.43 8 50.07 64.64 467.38 14049.3 29539.87 2346.16 0.043 0.738485 1.13315 0.41 171.67 61.41 9 43.66 57.53 248.98 9059.6 21261.88 2363.65 0.038 0.546290 0.83204 0.32 238.38 91.62 10 37.68 50.00 178.93 5415.8 13985.92 2382.05 0.031 0.351436 0.53113 0.14 213.39 56.73
3
[image:50.842.87.732.128.420.2]1
Tabel 9. Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 0.5 cm pada hari keempat
jam ke-
Konvensional 28 Oktober 2015
TC TW G Pc Pw hfg qkonv quap mg md η teoritis η aktual
(°C) (°C) (W/m2) (Pa) (Pa) (kJ/kg) (kW/m2) (kW/m2) (kg/jam.m2) (kg) (%) (%)
1 36.08 34.20 355.16 4607.7 3743.52 2420.14 0.002 0.017690 0.02631 0.00 5.41 0.00 2 44.88 47.44 578.74 9922.1 11865.84 2388.26 0.004 0.047754 0.07198 0.01 8.96 0.63 3 49.59 56.91 694.76 13640.6 20608.11 2365.16 0.016 0.255518 0.38892 0.12 39.96 12.24 4 55.86 67.42 841.37 19517.6 33150.55 2339.29 0.032 0.617532 0.95034 0.19 79.74 16.26 5 57.42 71.75 755.70 21149.1 39196.16 2328.54 0.044 0.897981 1.38831 0.30 129.10 27.90 6 57.01 71.31 776.27 20712.3 38572.01 2329.61 0.044 0.885751 1.36877 0.37 123.97 33.09 7 56.15 70.00 637.19 19813.5 36693.72 2332.88 0.041 0.821782 1.26814 0.36 140.12 39.91 8 49.84 65.17 429.43 13852.5 30220.77 2344.84 0.046 0.795083 1.22068 0.48 201.16 79.88 9 40.30 55.53 194.76 6890.6 19183.57 2368.54 0.043 0.557867 0.84792 0.32 311.21 117.13 10 35.73 47.44 99.39 4438.5 11867.39 2388.26 0.029 0.294644 0.44414 0.17 322.10 122.56
3
[image:51.842.88.731.128.420.2]2
Tabel 10. Data pada variasi ketinggian air dalam bak destilator 1 cm pada hari kelima
jam ke-
Konvensional 29 Oktober 2015
TC TW G Pc Pw hfg qkonv quap mg md η teoritis η aktual
(°C) (°C) (W/m2) (Pa) (Pa) (kJ/kg) (kW/m2) (kW/m2) (kg/jam.m2) (kg) (%) (%)
1 34.95 33.41 317.58 4077.0 3406.69 2422.04 0.002 0.012765 0.01897 0.00 4.37 0.00 2 41.06 45.85 536.58 7357.5 10641.88 2392.10 0.009 0.097700 0.14703 0.00 19.78 0.01 3 49.17 62.72 735.54 13285.2 27174.55 2350.89 0.038 0.639706 0.97961 0.08 94.49 7.93 4 49.25 66.03 838.35 13346.8 31330.39 2342.71 0.052 0.902288 1.38653 0.19 116.93 16.21 5 46.87 69.55 725.61 11415.8 36071.99 2333.99 0.078 1.380260 2.12895 0.35 206.67 33.57 6 46.60 72.12 733.56 11207.5 39738.51 2327.61 0.092 1.678917 2.59670 0.39 248.67 37.20 7 42.87 63.92 314.16 8526.7 28639.19 2347.94 0.068 1.060306 1.62572 0.51 366.70 114.59 8 39.79 56.19 191.15 6591.6 19850.76 2366.94 0.047 0.617325 0.93892 0.26 350.89 97.48 9 38.38 50.60 164.01 5790.5 14508.93 2380.59 0.031 0.358204 0.54169 0.14 237.30 59.85 10 34.96 46.02 82.30 4082.1 10770.11 2391.69 0.026 0.258127 0.38854 0.04 340.78 37.83
4.2 Hasil Penelitian
Berikut ini adalah contoh perhitungan data penelitian pada jam ke-5 hari
pertama pada alat destilasi air energi surya.
1. Perhitungan hasil data alat destilasi energi surya menggunakan energy
recovery metode kapilaritas dengan variasi ketinggian air dalam bak
destilator 0,5 cm dan hanya menggunakan pendingin kaca (tabel 1).
Menghitung pada destilator, diketahui:
Tc pada jam kelima = 57,28 oC = 330,28 K Tw pada jam kelima = 51,24 oC = 324,24 K Pc pada jam kelima = 20999,1 Pa
Pw pada jam kelima = 15081,67 Pa
pada jam kelima = 0,60471 kg
pada jam kelima = 2379,02 kJ/kg
G pada jam kelima = 839,11 watt /m2 Ac pada alat destilasi = 0,9204 m2 Volume destilator = 1,932 m3 Volume kondensor pasif = 1,062 m3
Maka energi surya yang dipindahkan secara konveksi (pers. 7) :
[ ] ⁄
(
⁄
(
Bagian energi surya yang digunakan untuk proses penguapan (pers.6) :
0,2031 ⁄
Massa uap air pada jam kelima pada kotak destilator dapat dihitung
dengan persamaan:
0,307 ⁄
Massa uap air pada jam kelima pada kondensor pasif (pers. 1) :
=
= 0.01622 ⁄
Massa uap air total pada jam kelima dapat dihitung pengan persamaan:
=
=
Menghitung efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi energi surya
menggunakan energy recovery metode kapilaritas (pers. 5) :
∫
∫
51,74 %
Dengan cara yang sama hasil penelitian destilasi air energi surya
menggunakan energy recovery metode kapilaritas disajikan selengkapnya
pada tabel 1 sampai tabel 5.
2. Perhitungan hasil data alat destilasi energi surya konvensional dengan
variasi ketinggian air dalam bak destilator 0,5 cm (Tabel 6).
Diketahui:
Tc pada jam kelima = 58,58 oC = 331,58 K Tw pada jam kelima = 68,81 oC = 341,81 K Pc pada jam kelima = 22401,5 Pa
Pw pada jam kelima = 35047,44 Pa
pada jam kelima = 0,29 kg
G pada jam kelima = 839,11 watt /
Ac pada alat destilasi = 0,9204 m2
Maka energi surya yang dipindahkan secara konveksi (pers. 7) :
[ ] ⁄
(
⁄
(
0,028 ⁄
Bagian energi surya yang digunakan untuk proses penguapan (pers.6) :
0.5569 ⁄
Massa uap air pada jam kelima pada alat destilasi dapat dihitung dengan
persamaan:
0,8584 ⁄
Menghitung efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi energi surya
∫
∫
24,35 %
Dengan cara yang sama hasil penelitian destilasi air energi surya
konvensional disajikan selengkapnya pada tabel 6 sampai tabel 10.
4.3 Pembahasan
Efisiensi teoritis adalah efisiensi yang didapatkan dari perbandingan
antara jumlah energi yang digunakan dalam proses penguapan dibagi dengan
luasan alat destilasi air energi surya dikalikan dengan radiasi surya yang
datang selama waktu tertentu. Efisiensi aktual adalah efisiensi yang
didapatkan dari perbandingan antara massa air hasil destilasi dalam proses
penguapan dikalikan dengan panas laten air kemudian dibagi dengan luasan
bak destilator dikalikan dengan jumlah radiasi surya yang datang selama
waktu tertentu. Hasil dari efisiensi semua variasi dan efisiensi masing masing
[image:56.595.98.514.94.594.2]alat destilasi akan dilakukan pembahasan dari gambar 5 sampai dengan
Gambar 5. Grafik efisiensi teoritis rata-rata pada alat destilasi air energi surya
menggunakan energy recovery metode kapilaritas dengan alat
destilasi konvensional.
Pada alat destilasi energi surya menggunakan energy recovery metode
kapilaritas dengan variasi ketinggian air dalam bak destilator 0,5 dan hanya
menggunakan pendingin kaca menghasilkan efisiensi teoritis rata-rata
sebesar 28,72 % dengan energi surya yang datang sebesar 542.44 watt/ .
Pada alat destilasi konvensional dengan ketinggian air dalam bak destilator
0,5 menghasilkan efisiensi teoritis lebih tinggi dari pada alat destilasi energi
surya menggunakan energy recovery yaitu sebesar 94,65 %. Pada variasi
kedua, ketiga, keempat, dan kelimapun terjadi hal yang sama, dimana
efisiensi teoritis rata-rata alat destilasi konvensional lebih tinggi dari pada alat
destilasi energi surya menggunakan energy recovery. Faktor yang
mempengaruhi tinggi rendahnya efisiensi teoritis adalah energi surya yang
0 100 200 300 400 500 600 700 0 20 40 60 80 100 120 140 160 180 200 ketinggian air 0,5 cm, menggunakan pendingin kaca ketinggian air 0,5 cm, tanpa pendingin kaca dan reflektor ketinggian air 0,5 cm, menggunakan reflektor ketinggian air 0,5 cm, menggunakan reflektor dan pendingin kaca ketinggian air 1 cm, menggunakan reflektor dan pendingin kaca G w a tt /m 2 η T e o ri ti s (% )
datang pada saat pengambilan data dan massa uap air. Penyebab lebih
rendahnya alat destilasi energi surya menggunakan energy recovery
dikarenakan massa uap air yang bekerja terbagi ke dalam dua bagian, yaitu
massa uap air pada bagian bak destilator dan sebagian uap air mengalir ke
dalam kondensor pasif. Pada alat destilasi konvensional massa uap air hanya
bekerja pada bak destilator sehingga massa uap air tinggi dan mengakibatkan
efisiensi teoritis tinggi. Pada alat destilasi konvensional sedikit terjadi
masalah dimana ketinggian air dalam bak destilasi seringkali berubah-ubah
(tidak setabil). Hal ini jugalah yang mempengaruhi tingginya efisiensi teoritis
pada alat destilasi konvensional dibandingkan dengan alat destilasi
menggunakan energy recovery.
Pada grafik (Gambar 5) menunjukkan bahwa rata-rata efisiensi teoritis
paling besar pada alat destilasi energi surya menggunakan energy recovery
metode kapilaritas terjadi pada variasi kedua yaitu saat variasi ketinggian air
dalam bak destilator 0.5 cm, tidak menggunakan pendingin kaca dan tidak
menggunakan reflektor yaitu sebesar 53,36 % dengan energi surya yang
datang sebesar 573,016 watt/ . Faktor utama yang mempengaruhi tingginya
efisiensi teoritis tersebut adalah energi surya yang datang paling besar dari
pada saat variasi lain dilakukan penelitian. Faktor lain adalah ketinggian air
dalam bak destilator dimana dapat dilihat pada variasi kelima saat ketinggian
air 1 cm, efisiensi teoritis yang dihasilkan sangatlah rendah yaitu sebesar
ketinggian air 0,5 cm yaitu sebesar: variasi pertama