UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI SURYA DENGAN PENAMBAHAN KONDENSOR PASIF POSISI DI SAMPING KIRI DAN KANAN BAK DESTILATOR

i

UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI SURYA DENGAN

PENAMBAHAN KONDENSOR PASIF POSISI DI SAMPING

KIRI DAN KANAN BAK DESTILATOR

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh :

HENRYCUS RATNA PAMUNGKAS

NIM : 105214014

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

ii

PERFORMANCE OF SOLAR WATER DISTILLATION

WITH PASSIVE CONDENSOR ADDITION ON

LEFT AND RIGHT DISTILLATOR BOXES

FINAL PROJECT

Presented As Partial Fulfillment of The Requirements

To Obtain The Sarjana Teknik Degree In Mechanical Engineering

Presented by :

HENRYCUS RATNA PAMUNGKAS

Student Number : 105214014

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

vii

INTISARI

Permasalahan yang ada pada destilasi air energi surya saat ini adalah masih rendahnya efisiensi yang dihasilkan. Salah satu faktor yang sangat berpengaruh pada rendahnya efisiensi adalah konsentrasi uap yang berlebih pada alat destilasi pada saat proses penguapan air. Penggunaan kondensor pasif merupakan salah satu cara yang efektif dan efisien untuk mengatasi masalah konsentrasi uap air berlebih ini. Faktor yang mempengaruhi efektivitas dan efisiensi kondensor pasif adalah posisi kondensor dan perbandingan volume antara alat destilasi dengan volume kondensor. Belum banyak penelitian yang meneliti pengaruh faktor posisi kondensor terhadap efisiensi alat destilasi.

Penelitian ini bertujuan menganalisis pengaruh posisi kondensor pasif di posisi samping kanan dan kiri alat detilasi terhadap efisiensi yang dihasilkan, serta menganalisis efisiensi relatif antara efisiensi alat destilasi konvensional dengan alat destilasi menggunakan kondensor pasif. Alat penelitian terdiri dari dua konfigurasi alat destilasi yakni alat destilasi konvensional dan alat destilasi menggunakan kondensor pasif di posisi samping kanan dan kiri alat destilasi. Ketinggian air yang akan divariasikan sebesar 10, 20 dan 30 mm, serta dengan menutup kondensor dengan terpal plasik dan penambahan reflektor pada masing-masing bak destilator. Parameter yang dicatat adalah temperatur air (TW), temperatur kaca penutup (TC), jumlah massa air destilasi yang dihasilkan alat destilasi (mD) dan kondensor (mK), energi surya yang datang (G) dan lama waktu pencatatan data (t).

Alat destilasi energi surya konvensional dengan variasi ketinggian air 30 mm pada bak destilator, efisiensi teoritis sebesar 28.8 % dan efisiensi aktual sebesar 25.2 %. Sedangkan alat destilasi dengan kondensor, efisiensi teoritisnya sebesar 43.6 % dan efisiensi aktual sebesar 39.4 %.Alat destilasi konvensional dengan variasi ketinggian air 20 mm, efisiensi teoritis sebesar 48.7 % dan efisiensi aktual sebesar 28.4 %. Sedangkan alat destilasi dengan penambahan kondensor, efisiensi teoritisnya sebesar 48 % dan efisiensi aktual sebesar 37 %. Alat destilasi konvensional dengan variasi ketinggian air 10 mm, efisiensi teoritis sebesar 47.5 % dan efisiensi aktual sebesar 33 %. Sedangkan alat destilasi dengan kondensor terbuka pada bak destilator, efisiensi teoritisnya sebesar 45 % dan efisiensi aktual sebesar 44.8 %. Alat destilasi dengan keadaan kondensor tertutup efisiensi teoritis sebesar 53.2 % dan efisiensi aktual sebesar 34.4 %. Alat destilasi konvensional dengan variasi penambahan reflektor dengan ketinggian air 10 mm, efisiensi teoritis sebesar 42.5 % dan efisiensi aktual sebesar 13.5 %. Sedangkan alat destilasi dengan penambahan kondensor, efisiensi teoritisnya sebesar 43.1 % dan efisiensi aktual sebesar 30.9 %.

viii

ABSTRACT

The problems that exist in distilled water when solar energy is still produced low efficiency. One of the factors that greatly affect the efficiency is the low concentration of the excess steam distillation apparatus during the process of evaporation of water. The use of passive condensor is one of the effective and efficient way to overcome the problem of the excess water vapor concentration. Factors that influence the effectiveness and efficiency of the condensor is a passive position of the volume ratio between the condenser and distillation apparatus with condenser volume. Not many studies that examine the influence of factors on the efficiency of the condenser position distillation apparatus.

This study aims to analyze the influence of the position of a passive condensor on the right and left side position detilasi tool against the resulting efficiency, as well as analyzing the relative efficiency between the efficiency of a conventional distillation apparatus by means of distillation using passive condensor. Research tool consists of two distillation apparatus configurations that conventional distillation apparatus and distillation apparatus using a passive condensor on the right and left side position distillation apparatus. Water level to be varied by 10, 20 and 30 mm, as well as by closing the condenser with a tarp and additions plastic reflector on each distillation tub. The parameters are recorded water temperature (TW), the cover glass temperature (TC), the amount of mass produced distilled water distillation apparatus (mD) and condensor (mK), solar energy is coming (G) and long time recording of data (t).

Tool conventional solar energy distillation with water level variations of 30 mm in the distillation tub, a theoretical efficiency of 28.8% and 25.2% of the actual efficiency. While the distillation apparatus with a condenser, the theoretical efficiency of 43.6% and 39.4% of the actual efficiency. Conventional distillation equipment with water level variations of 20 mm, the theoretical efficiency of 48.7% and 28.4% of the actual efficiency. While the distillation apparatus with the addition of a condensor, the theoretical efficiency of 48% and an actual efficiency of 37%. Tool conventional distillation with water level variations of 10 mm, the theoretical efficiency of 47.5% and a current efficiency of 33%. While the distillation apparatus with condensor distillation open the tub, the theoretical efficiency of 45% and a current efficiency of 44.8%. Tool distillation with a closed condensor state theoretical efficiency of 53.2% and 34.4% of the actual efficiency. Tool conventional distillation with the addition of the variation with height of the water reflector 10 mm, the theoretical efficiency of 42.5% and the actual efficiency of 13.5%. While the distillation apparatus with the addition of a condensor, the theoretical efficiency of 43.1% and 30.9% of the actual efficiency.

ix

KATA PENGANTAR

Mengucapkan puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan wajib bagi mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir dilaksanakan dalam rangka sebagai pemenuhan syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana S-1 pada Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Tugas Akhir ini terselesaikan dengan baik atas berkat bimbingan, dukungan maupun nasihat dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan rasa terimakasih kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Univeristas Sanata Dharma Yogyakarta

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta

3. A. Prasetyadi, S.Si., M.Si., selaku Dosen Pembimbing Akademik 4. I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir 5. Ir. Franciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T., selaku Dosen Teknik Mesin

yang membantu secara teknis.

6. Sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah membantu segala keperluan dalam penyelesaian Tugas Akhir

7. Yohanes Christomus Suratno dan Christina Tuty Hariyanti, selaku orang tua tercinta yang telah memberi dukungan moril yang tak henti-hentinya maupun materiil secara penuh hingga saat ini.

xi

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL i

TITLE PAGE ii

HALAMAN PENGESAHAN iii

DAFTAR DEWAN PENGUJI iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR v

LEMBAR PUBLIKASI vi

INTISARI vii

ABSTRACT viii

KATA PENGANTAR ix

DAFTAR ISI xi

DAFTAR GAMBAR xiii

DAFTAR TABEL xvi

BAB I PENDAHULUAN 1

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Tujuan 3

1.3 Manfaat 3

1.4 Batasan Masalah 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 5

2.1 Dasar Teori 5

2.2 Persamaan Yang Digunakan 8

2.3 Penelitian Terdahulu 10

BAB III METODOLOGI PENELITIAN 12

3.1 Skema Alat Penelitian 12

3.2 Variabel Yang Divariasikan 12

3.3 Parameter Yang Diukur 13

xii

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 18

4.1 Hasil Penelitian 18

4.2 Perhitungan Data 35

BAB V PENUTUP 49

5.1 Kesimpulan 49

5.2 Saran 50

DAFTAR PUSTAKA 51

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum 6 Gambar 2.2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator tanpa

kondensor 7

Gambar 2.3 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator dengan

kondensor 7

Gambar 3.1 Skema alat destilasi konvensional tanpa menggunakan kondensor 14 Gambar 3.2 Skema alat destilasi konvensional dengan penambahan reflektor 14 Gambar 3.3 Skema alat destilasi dengan menggunakan kondensor pasif pada

posisi di samping bak destilator 15

Gambar 3.4 Skema alat destilasi dengan penambahan kondensor pasif tertutup terpal plastik pada posisi di samping bak destilasi 15 Gambar 3.5 Skema alat destilasi dengan penambahan kondensor pasif terbuka

pada posisi di belakang bak destilator dengan penambahan

reflektor 16

Gambar 3.6 Ketinggian air di dalam kotak destilator yang divariasikan 16 Gambar 4.1 Grafik perbandingan efisiensi teoritis per hari dengan G (energi

surya yang datang) pada variasi ketinggian air 30 mm pada bak

destilator 37

Gambar 4.2 Grafik perbandingan efisiensi teoritis per hari dengan G (energi surya yang datang) pada variasi ketinggian air 20 mm pada bak

destilator 37

Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi teoritis per hari dengan G (energi surya yang datang) pada variasi ketinggian air 10 mm pada bak

destilator 38

xiv

Gambar 4.5 Grafik efisiensi teoritis per hari dengan G (energi surya yang datang) pada jenis variasi penambahan reflektor pada ketinggian

air 10 mm pada bak destilator 39

Gambar 4.6 Grafik perbandingan antara efisiensi rata-rata teoritis dengan efisiensi rata-rata aktual pada variasi ketinggian air 30 mm pada

bak destilator 42

Gambar 4.7 Grafik perbandingan antara efisiensi rata-rata teoritis dengan efisiensi rata-rata aktual pada variasi ketinggian air 20 mm pada

bak destilator 42

Gambar 4.8 Grafik perbandingan antara efisiensi rata-rata teoritis dengan efisiensi rata-rata aktual pada variasi ketinggian air 10 mm pada

bak destilator 43

Gambar 4.9 Grafik perbandingan antara efisiensi rata-rata teoritis dengan efisiensi rata-rata aktual pada variasi kondensor ditutup terpal plastik pada ketinggian air 10 mm pada bak destilator ₄₃ Gambar 4.10 Grafik perbandingan antara efisiensi rata-rata teoritis dengan

efisiensi rata-rata aktual pada variasi penambahan reflektor pada

ketinggian air 10 mm pada bak destilator ₄₄

Gambar 4.11 Grafik perbandingan efisiensi aktual dengan total aktual (ditambah efisiensi malam hari) pada variasi ketinggian air 30 mm

pada bak destilator ₄₆

Gambar 4.12 Grafik perbandingan efisiensi aktual dengan total aktual (ditambah efisiensi malam hari) pada variasi ketinggian air 20 mm

pada bak destilator ₄₆

Gambar 4.13 Grafik perbandingan efisiensi aktual dengan total aktual (ditambah efisiensi malam hari) pada variasi ketinggian air 10 mm

pada bak destilator ₄₇

xv

Gambar 4.15 Grafik perbandingan efisiensi aktual dengan total aktual (ditambah efisiensi malam hari) pada variasi penambahan reflektor pada ketinggian air 10 mm pada bak destilator ₄₈ Gambar L.1 Alat Destilasi Air Energi Surya Konvensional ₅₃ Gambar L.2 Alat Destilasi Air Energi Surya dengan Kondensor Pasif di Kanan

dan Kiri ₅₃

Gambar L.3 _{Alat Destilasi Air Energi Surya dengan Kondensor Pasif di Isolasi 54} Gambar L.4 Alat Destilasi Air Energi Surya Konvensional dan Alat Destilasi

dengan Penambahan Kondensor Pasif dengan Penambahan

Reflektor ₅₄

Gambar L.5 Logger ₅₅

Gambar L.6 TDS (Dallas Semiconductor Temperature Sensor) dan Sensor

Kapasitif ₅₅

Gambar L.7 Tangki Air Terkontaminasi dan Tangki Air Destilasi ₅₆

xvi

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data pada variasi ketinggian air 30 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari pertama 20

Tabel 4.2 Data pada variasi ketinggian air 30 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari kedua 20

Tabel 4.3 Data pada variasi ketinggian air 30 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari ketiga 21

Tabel 4.4 Data pada variasi ketinggian air 30 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari keempat 21

Tabel 4.5 Data pada variasi ketinggian air 30 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari kelima 22

Tabel 4.6 Data pada variasi ketinggian air 30 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari keenam 22

Tabel 4.7 Data pada variasi ketinggian air 20 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari pertama 23

Tabel 4.8 Data pada variasi ketinggian air 20 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari kedua 23

Tabel 4.9 Data pada variasi ketinggian air 20 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

xvii

Tabel 4.10 Data pada variasi ketinggian air 20 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari keempat 24

Tabel 4.11 Data pada variasi ketinggian air 20 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari kelima 25

Tabel 4.12 Data pada variasi ketinggian air 20 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari keenam 25

Tabel 4.13 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari pertama 26

Tabel 4.14 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari kedua 26

Tabel 4.15 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari ketiga 27

Tabel 4.16 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari keempat 27

Tabel 4.17 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari kelima 28

Tabel 4.18 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor

pada hari keenam 28

xviii

Tabel 4.20 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor pada keadaan tertutup terpal plastik pada hari kedua 29 Tabel 4.21 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi

konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor pada keadaan tertutup terpal plastik pada hari ketiga 30 Tabel 4.22 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi

konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor pada keadaan tertutup terpal plastik pada hari keempat 30 Tabel 4.23 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi

konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor pada keadaan tertutup terpal plastik pada hari kelima 31 Tabel 4.24 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi

konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor pada keadaan tertutup terpal plastik pada hari keenam 31 Tabel 4.25 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi

konvensional tanpa kondensor dengan penambahan reflektor dan menggunakan kondensor keadaan terbuka dengan penambahan

reflektor pada percobaan hari pertama 32

Tabel 4.26 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dengan penambahan reflektor dan menggunakan kondensor keadaan terbuka dengan penambahan

reflektor pada percobaan hari kedua 32

Tabel 4.27 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dengan penambahan reflektor dan menggunakan kondensor keadaan terbuka dengan penambahan

reflektor pada percobaan hari ketiga 33

Tabel 4.28 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dengan penambahan reflektor dan menggunakan kondensor keadaan terbuka dengan penambahan

xix

Tabel 4.29 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dengan penambahan reflektor dan menggunakan kondensor keadaan terbuka dengan penambahan

reflektor pada percobaan hari kelima 34

Tabel 4.30 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dengan penambahan reflektor dan menggunakan kondensor keadaan terbuka dengan penambahan

1

BAB 1

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Energi minyak yang merupakan bahan bakar alam yang berasal dari hewan dan tumbuhan semakin lama semakin menipis. Oleh karena energi minyak merupakan sumber energi yang dapat habis dan tidak bisa diperbaharui kembali, maka dilakukan usaha hemat energi dan pengusahaan sumber energi alam selain minyak dan batubara agar kehidupan dimasa yang akan datang masih bisa menggunakan bahan bakar alam seperti minyak dan batu bara sebagai sumber energi. Salah satu contoh yang bisa dijadikan sebagai sumber energi alam selain energi minyak adalah cahaya matahari.

Salah satu contoh pemanfaatan sumber energi matahari didalam kehidupan yaitu sistem destilasi air. Telah banyak destilasi atau penjernihan yang dibuat dan dipelajari, salah satunya yang paling sederhana ialah dengan menguapkan air didalam bak dan mengembunkan uap air tersebut melalui penutup transparan untuk menghasilkan air suling secara alami, yaitu dengan berbagai macam geometri, metode dan bahan yang digunakan untuk konstruksi dan operasi, selanjutnya dibuatlah modifikasi-modifikasi untuk mendapatkan hasil yang optimum. Salah satu parameter yang berpengaruh terhadap sistem destilasi air ini ialah air.

2

adalah masih rendahnya efisiensi yang dihasilkan. Banyak faktor yang mempengaruhi efisiensi alat destilasi air energi surya antara lain : efektivitas absorber dalam menyerap energi surya, keefektifan kaca dalam mengembunkan uap air, temperatur awal air masuk ke dalam alat destilasi, konsentrasi uap air di dalam alat destilasi. Absorber harus terbuat dari bahan dengan absorbtivitas energi surya yang baik serta untuk meningkatkan absorptivitas umumnya absorber dicat hitam. Temperatur kaca penutup tidak boleh terlalu panas, jika kaca terlalu panas maka uap akan sukar mengembun. Ketinggian air yang ada di dalam alat destilasi tidak boleh terlalu tinggi karena akan memperlama proses penguapan air. Tetapi jika ketinggian air dalam alat terlalu rendah maka alat destilasi dapat rusak karena terlalu panas (umumnya kaca penutup akan pecah). Temperatur air masuk alat destilasi harus diusahakan tinggi untuk mempercepat proses penguapan. Semakin cepat proses penguapan, maka jumlah air bersih yang dihasilkan akan meningkat sehingga efisiensi alat destilasi juga akan meningkat. Konsentrasi uap air di dalam alat destilasi tidak boleh terlalu banyak. Semakin banyak uap air di dalam alat destilasi semakin sulit proses penguapan. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk mengurangi konsentrasi uap di dalam alat destilasi adalah dengan menggunakan kondensor pasif.

3

mempengaruhi laju perpindahan uap air dari alat destilasi ke dalam kondensor pasif adalah perbandingan volume alat destilasi dengan volume kondensor pasif dan posisi kondensor pasif pada alat destilasi. Penelitian ini akan menganalisis pengaruh posisi kondensor di samping alat destilasi terhadap efisiensi yang dihasilkan. Variabel yang akan divariasikan pada penelitian ini adalah jumlah massa air di alat destilasi, kondensor dalam keadaan tertutup, dan penambahan reflector datar pada alat destilasi.

1.2 Tujuan

Tujuan yang ingin diperoleh dari penelitian ini adalah :

1. Menganalisis pengaruh kondensor pasif di samping alat destilasi terhadap efisiensi yang dihasilkan.

2. Membandingkan efisiensi relatif antara efisiensi alat destilasi konvensional (tanpa kondensor) dengan alat destilasi menggunakan kondensor pasif di posisi samping alat destilasi.

1.3 Manfaat

Manfaat yang ingin diperoleh dari penelitian ini adalah :

1. Menambah kepustakaan teknologi alat destilasi air energi surya. 2. Hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat

4

1.4 Batasan Masalah

Batasan masalah dari penelitian ini adalah :

1. Unjuk kerja alat destilasi yang dihasilkan bergantung pada cuaca di daerah tempat alat destilasi digunakan.

2. Volume kondensor pasif disamakan dengan volume alat destilasi, tetapi kaca penutup kondensor diganti dengan plat aluminium tebal 0.3 mm.

3. Ketinggian air di dalam bak destilator divariasikan sebanyak 3 variasi yaitu 10 mm, 20 mm, dan 30 mm dengan kondensor terbuka.

4. Pada variasi kondensor tertutup ketinggian air diatur 10 mm. Kondensor ditutup dengan terpal plastik agar panas matahari tidak masuk kedalam kotak kondensor. Kondisi tersebut diharapkan dapat memaksimalkan proses pengembunan.

5. Pada variasi penambahan reflektor ketinggian air diatur 10 mm. Reflektor terbuat dari lembaran aluminium foil dan kondisi kondensor terbuka.

6. Air masuk ke dalam alat destilasi tidak mengalami proses pemanasan terlebih dahulu.

7. Rugi – rugi akibat gesekan dalam saluran tidak masuk dalam perhitungan.

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1Dasar Teori

Destilasi air energi surya merupakan salah satu metode untuk memisahkan air dari bahan kontaminasi sehingga air yang dihasilkan layak dikonsumsi. Alat destilasi ini memiliki dua komponen utama yaitu bak air dan kaca penutup. Selain untuk menampung air terkontaminasi yang masuk ke dalam alat destilasi, bak juga berfungsi sebagai absorber yang menyerap energi surya yang masuk untuk memanasi air yang akan didestilasi. Supaya bak mampu menyerap energi surya secara maksimal, maka bak air umumnya dicat hitam. Cat warna hitam dipilih karena memiliki solar absorptivity (αs) sebesar 0,97 (Cengel,1998). Kaca penutup berfungsi sebagai kondensor yang berfungsi mengembunkan uap air. Selain itu, bagian umum lainnya yang terdapat pada alat destilasi air energy surya adalah saluran masuk air terkontaminasi, saluran air bersih, dan pengatur jumlah massa air dalam alat destilasi agar ketinggian air di dalam bak destilasi konstan.

6

mengembun. Posisi kaca yang miring memudahkan embun mengalir dan jatuh di saluran keluar air bersih.

Gambar 2.1. Skema alat destilasi energi surya yang umum

Gambar 2.1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum

7

Mekanisme perpindahan massa uap air dari bak air ke kaca penutup pada alat destilasi air terjadi secara konveksi alami, purging, dan difusi. Sebagian besar massa uap air berpindah secara konveksi alami dan sebagian kecil yang berpindah secara purging dan difusi. Mekanisme perpindahan massa uap air dari destilator ke dalam kondensor pasif pada alat destilasi air energi surya dengan penambahan 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

Destilasi

difusi

purging Konveksi _alami

Destilasi

difusi

purging Konveksi _{alami Difusi} Dan purging Difusi

Dan purging

8

Konveksi alami merupakan mekanisme berpindahnya massa uap air disebabkan adanya perbedaan temperatur. Molekul air yang mempunyai temperature lebih tinggi akan memliki energy kinetik lebih besar dan molekul tersebut dapat lepas dari permukaan air (menguap). Purging merupakan mekanisme berpindahnya massa uap air karena adanya perbedaan tekanan. Uap air akan mengalir dari tempat bertekanan lebih tinggi ke tempat yang bertekanan lebih rendah. Difusi adalah mekanisme berpindahnya massa uap air yang disebabkan adanya perbedaan konsentrasi uap air. Uap air akan mengalir dari tempat dengan konsentrasi uap lebih tinggi ke tempat dengan konsentrasi uap lebih rendah.

Reflektor merupakan media atau materian yang memiliki nilai reflektivitas lebih tinggi daripada absorbtivitasnya. Reflektor diharapkan mampu memantulkan sejumlah energi surya yang datang. Tujuan penggunaan reflektor pada destilasi air energi surya diharapkan mampu memaksimalkan penyerapan energy surya oleh bak, sehingga proses penguapan berlangsung lebih cepat

2.1 Persamaan yang Digunakan

Menurut Arismunandar (1995) 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

9 dengan:

Ac : luas alat destilasi, dt adalah lama waktu pemanasan (m2)

G : energi surya yang datang (W/m2)

hfg : panas laten air (kJ/kg)

mg : massa uap air (kg)

Massa uap air (mg) dapat diperkirakan dengan persamaan matematis berikut (Arismunandar, 1995):

( ), (2.2)

* + ⁄

( ), (2.3)

dengan

quap : energi matahari yang digunakan proses penguapan (watt/m2)

qkonv : energi matahari yang digunakan untuk konveksi (watt/m2)

10

Pc : tekanan parsial uap air pada temperature kaca penutup (N/m2)

Tw : temperatur air (°C)

Tc : temperature kaca penutup (°C)

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 (Fath,1993):

, (2.4)

2.3 Penelitian Terdahulu

11

12

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Skema Alat Penelitian

Alat destilasi air energi surya pada penelitian ini terdiri dari dua konfigurasi alat destilasi air energi surya sebagai berikut:

1. Alat destilasi konvensional tanpa menggunakan kondensor pasif (Gambar 3.1)

2. Alat destilasi dengan menggunakan kondensor pasif terbuka pada posisi di samping bak destilator (Gambar 3.3).

3.2 Variabel Yang Divariasikan

1. Konfigurasi alat destilasi

a) Alat destilasi konvensional tanpa menggunakan kondensor dan tanpa penambahan reflektor (Gambar 3.1)

b) Alat destilasi konvensional dengan penambahan reflektor (Gambar 3.2)

c) Alat destilasi dengan penambahan kondensor pasif terbuka pada posisi di samping bak destilator (Gambar 3.3)

d) Alat destilasi dengan penambahan kondensor pasif tertutup terpal plastik pada posisi di samping bak destilator (Gambar 3.4)

13

2.Ketinggian level air di dalam kotak destilator: a) Ketinggian 10 mm (konfigurasi a,b,c,d,e) b) Ketinggian 20 mm (konfigurasi a dan c) c) Ketinggian 30 mm (konfigurasi a dan c)

3.3 Parameter Yang Diukur

1. Temperatur air (TW)

2. Temperatur kaca penutup (TC)

3. Temperatur kotak kondensor pasif (TK)

4. Jumlah massa air yang dihasilkan dari kotak destilasi (mD)

5. Jumlah massa air yang dihasilkan dari kotak kondensor (mK)

6. Energi surya yang datang (G)

7. Lama waktu pengambilan data (t)

14

Gambar 3.1 Skema alat destilasi konvensional tanpa menggunakan kondensor

Gambar 3.2 Skema alat destilasi konvensional dengan penambahan reflektor Sensor

temperatur kaca

Saluran masuk air kontaminasi

Tangki air terkontaminasi

Bak destilator

Sensor

temperatur air

Kaca penutup

Saluran air destilasi Indikator tinggi air Tangki air

destilasi

15

Gambar 3.3 Skema alat destilasi dengan menggunakan kondensor pasif pada posisi di samping bak destilator

Gambar 3.4 Skema alat destilasi dengan penambahan kondensor pasif tertutup terpal plastik pada posisi di samping bak destilasi

Kondensor pasif

Kaca bening Aluminium

penutup

Sensor temperatur kotak kondensor

Sensor

temperatur air

Sensor

temperatur kaca Tangki air

destilasi

16

Gambar 3.5 Skema alat destilasi dengan penambahan kondensor pasif terbuka pada posisi di belakang bak destilator dengan penambahan reflektor

(a) 10 mm

(b) 20 mm (c) 30 mm

17

3.4 Prosedur Penelitian

Secara rinci prosedur penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti Gambar 3.1 dan Gambar 3.2

2. Kedua konfigurasi alat di panasi dengan energi surya secara bersamaan.

3. Pengambilan data dilakukan kurang lebih 6 jam mulai dari pukul 08.00 sampai pukul 14.00 selama 6 hari untuk setiap variasi konfigurasi alat dan ketinggian air dalam alat destilator.

4. Selama sistem melakukan perekaman data dengan menggunakan microcontroller Arduino, dilakukan monitoring secara berkala. Jika terjadi kendala pada sensor ketika melakukan pencatatan data, maka akan segera dilakukan perbaikan

18

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Berikut ini adalah data keseluruhan hasil penelitian dari lima variasi, yaitu:

1. Ketinggian air 30 mm di dalam kotak destilator pada alat destilasi konvensional tanpa kondensor pasif dan pada alat destilasi dengan kondensor pasif terbuka di posisi samping kanan kiri bak destilator

2. Ketinggian air 20 mm di dalam kotak destilator pada alat destilasi konvensional tanpa kondensor pasif dan pada alat destilasi dengan kondensor pasif terbuka di posisi samping kanan kiri bak destilator

3. Ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilator pada alat destilasi konvensional tanpa kondensor pasif dan pada alat destilasi dengan kondensor pasif terbuka di posisi samping kanan kiri bak destilator

4. Ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilator pada alat destilasi konvensional tanpa kondensor pasif dan pada alat destilasi dengan kondensor pasif dalam kondisi tertutup terpal plastik di posisi samping kanan kiri bak destilator

19

Secara lengkap data dari lima variasi tersebut dapat dilihat secara berurutan pada table 4.1 sampai 4.30 dengan keterangan sebagai berikut:

TC = temperatur rata-rata kaca penutup

TW = temperatur rata-rata air di dalam bak destilator TCOND = temperatur rata-rata di dalam kotak kondensor

Lev1 = penambahan volume air rata-rata yang dihasilkan pada alat destilasi konvensional

Lev2 = penambahan volume air rata-rata yang dihasilkan pada kotak destilator pada alat destilasi dengan kondensor

Lev3 = penambahan volume air rata-rata yang dihasilkan pada kotak kondensor pada alat destilasi dengan kondensor

20

21

22

23

24

25

26

27

28

29

Tabel 4.19 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor pada keadaan tertutup terpal plastik pada hari pertama

Jam konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor pada keadaan tertutup terpal plastik pada hari kedua

30

Tabel 4.21 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor pada keadaan tertutup terpal plastik pada hari ketiga

Jam konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor pada keadaan tertutup terpal plastik pada hari keempat

31

Tabel 4.23 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor pada keadaan tertutup terpal plastik pada hari kelima

Jam konvensional tanpa kondensor dan menggunakan kondensor pada keadaan tertutup terpal plastik pada hari keenam

32

Tabel 4.25 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dengan penambahan reflektor dan menggunakan kondensor keadaan terbuka dengan penambahan reflektor pada percobaan hari pertama

Jam konvensional tanpa kondensor dengan penambahan reflektor dan menggunakan kondensor keadaan terbuka dengan penambahan reflektor pada percobaan hari kedua

33

Tabel 4.27 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dengan penambahan reflektor dan menggunakan kondensor keadaan terbuka dengan penambahan reflektor pada percobaan hari ketiga

Jam konvensional tanpa kondensor dengan penambahan reflektor dan menggunakan kondensor keadaan terbuka dengan penambahan reflektor pada percobaan hari keempat

34

Tabel 4.29 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam kotak destilasi konvensional tanpa kondensor dengan penambahan reflektor dan menggunakan kondensor keadaan terbuka dengan penambahan reflektor pada percobaan hari kelima

Jam konvensional tanpa kondensor dengan penambahan reflektor dan menggunakan kondensor keadaan terbuka dengan penambahan reflektor pada percobaan hari keenam

35

4.2 Perhitungan Data

Dari hasil data percobaan dengan menggunakan variasi 30 mm di dalam bak destilator konvensional pada hari pertama, secara teoritis dapat dilakukan perhitungan sebagai berikut:

Dari tabel uap (lampiran 1), dapat diperoleh, PW (pada 40.5 oC atau 313.5 K)

adalah 7544.9 N/m2, PC (pada 32.75 oC atau 305.7 K) adalah 5010.5

[ ] ⁄

( )

_[

] ⁄

( ) ⁄

( )

₍ )

36

Dengan panas laten air (hfg) yang terjadi pada temperatur air di dalam bak destilator 40.5 oC berdasarkan sebesar 2405.33 kJ/kg. Oleh karena itu, secara teoritis efisiensi rata-rata per jam dapat dihitung sebagai berikut:

( ⁄ )

∫

37

Gambar 4.1 Grafik perbandingan efisiensi teoritis per hari dengan G (energi surya yang datang) pada variasi ketinggian air 30 mm pada bak destilator

Gambar 4.2 Grafik perbandingan efisiensi teoritis per hari dengan G (energi surya yang datang) pada variasi ketinggian air 20 mm pada bak destilator

0.0

100 200 300 400 500 600

E

100 200 300 400 500 600 700

38

Gambar 4.3 Grafik perbandingan efisiensi teoritis per hari dengan G (energi surya yang datang) pada variasi ketinggian air 10 mm pada bak destilator

Gambar 4.4 Grafik perbandingan efisiensi teoritis per hari dengan G (energi surya yang datang) pada variasi kondensor tertutup terpal plastik pada ketinggian air 10 mm pada bak destilator

0.0

100 200 300 400 500 600

39

Gambar 4.5 Grafik efisiensi teoritis per hari dengan G (energi surya yang datang) pada jenis variasi penambahan reflektor pada ketinggian air 10 mm pada bak destilator

Dari gambar grafik 4.1 sampai dengan 4.5 telah menunjukkan perbandingan efisiensi teoritis antara destilasi konvensional dan berkondensor pasif dengan G (energi surya yang datang). Secara teoritis, efisiensi yang dihasilkan berubah-ubah, sebagian efisiensinya ada yang lebih besar konvensional namun ada juga yang lebih besar destilator berkondensor pasif. Ini terjadi kemungkinan disebabkan oleh adanya sejumlah massa uap air yang hilang melalui celah-celah antara kaca penutup dengan kotak destilator maupun celah-celah antara kotak destilator dengan kotak kondensor. Serta ketidaksesuaian pada saat temperatur (TDS) dan solar cell melakukan pencatatan data. Sebagai contohnya, pada saat perekaman data saat panas matahari yang terik, solar cell melakukan perekaman energi surya yang

100 200 300 400 500 600 700 800

40

datang secara cepat sesuai dengan panas matahari tersebut dan dengan waktu yang bersamaan TDS membutuhkan selang waktu untuk menunjukan pengukuran suhu yang sesuai. Ketika sinar matahari sudah mulai redup karena tertutup awan, solar cell akan cepat merekam energi matahari yang tentunya jauh lebih kecil dibandingkan saat sinar matahari sedang terik. Kemudian karena destilator terbuat dari material yang mampu menyerap dan menyimpan panas, maka TDS akan TDS akan merekam data suhu yang masih relative panas. Inilah faktor-faktor yang berpengaruh terhadap hasil perhitungan .

Perhitungan efisiensi yang dihasilkan berbanding lurus dengan massa uap air (muap) dan panas laten air (hfg), dan benbanding lurus dengan luasan

bak destilator (AC) serta besar energi surya yang datang (G). Oleh karena itu,

jika massa uap air dan panas laten air semakin besar, maka efisiensi yang dihasilkan alat destilasi semakin besar pula. Dapat dilihat dari persamaan 2.2 dan 2.3, besar massa uap air yang dihasilkan akan dipengaruhi oleh energi surya dari sinar matahari yang digunakan untuk proses penguapan (quap) serta

41

apabila terjadi permasalahan dalam perhitungan efisiensi secara teoritis. Serta tidak lupa untuk melakukan perhitungan efisiensi secara aktual untuk membandingkan dengan perhitungan efisiensi teoritis.

Perhitungan efisiensi aktual rata-rata perhari dapat dihitung dengan mg

adalah jumlah massa air bersih yang dihasilkan, hfg adalah panas laten yang

terdapat dalam bak, G adalah rata-rata jumlah energi yang yang ditangkap dan t adalah selang waktu yaitu 1 jam atau 3600 detik. Dapat ambil contoh dari perhitungan tabel 4.1 dengan menggunakan persamaan 2.1, maka dapat diperoleh efisiensi aktual dalam sehari sebesar:

⁄ ⁄

42

Gambar 4.6 Grafik perbandingan antara efisiensi rata-rata teoritis dengan efisiensi rata-rata aktual pada variasi ketinggian air 30 mm pada bak destilator

Gambar 4.7 Grafik perbandingan antara efisiensi rata-rata teoritis dengan efisiensi rata-rata aktual pada variasi ketinggian air 20 mm pada bak destilator

43

Gambar 4.8 Grafik perbandingan antara efisiensi rata-rata teoritis dengan efisiensi rata-rata aktual pada variasi ketinggian air 10 mm pada bak destilator

Gambar 4.9 Grafik perbandingan antara efisiensi rata-rata teoritis dengan efisiensi rata-rata aktual pada variasi kondensor ditutup terpal plastik pada ketinggian air 10 mm pada bak destilator

44

Gambar 4.10 Grafik perbandingan antara efisiensi rata-rata teoritis dengan efisiensi rata-rata aktual pada variasi penambahan reflektor pada ketinggian air 10 mm pada bak destilator

45

Setelah itu untuk mengetahui besar efisiensi pada malam hari, yaitu dengan menambahkan jumlah massa air pada siang hari (m1) dengan jumlah massa air pada malam hari (m2) dalam liter. Waktu yang ditentukan pada malam hari adalah mulai pukul 14.00 sampai dengan pukul 08.00 ( 18 jam atau 64800 detik), dengan asumsi bahwa panas laten air pada suhu 25oC (dianggap suhu normal air) adalah 2441.8 kJ/kg dan tidak ada energy matahari yang dating atau diasumsikan sebesar 1 watt/m2 (untuk memudahkan perhitungan). Maka efisiensi pertambahan pada malam hari dapat dihitung:

(dari contoh data hari pertama pada variasi ketinggian air 10 mm)

( ) ∫

( ) ⁄ ⁄

46

Gambar 4.11 Grafik perbandingan efisiensi aktual dengan total aktual (ditambah efisiensi malam hari) pada variasi ketinggian air 30 mm pada bak destilator

47

Gambar 4.13 Grafik perbandingan efisiensi aktual dengan total aktual (ditambah efisiensi malam hari) pada variasi ketinggian air 10 mm pada bak destilator

Gambar 4.14 Grafik perbandingan efisiensi aktual dengan total aktual (ditambah efisiensi malam hari) pada variasi kondensor ditutup terpal plastik pada ketinggian air 10 mm pada bak destilator

48

Gambar 4.15 Grafik perbandingan efisiensi aktual dengan total aktual (ditambah efisiensi malam hari) pada variasi penambahan reflektor pada ketinggian air 10 mm pada bak destilator

49

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Alat destilasi energi surya dengan penambahan kondensor di sebelah kanan dan kiri bak destilator dengan variasi ketinggian air 30 mm di dalam bak destilator efisiensi teoritis mencapai 43.6 %. Pada variasi ketinggian air 20 mm efisiensi teoritis mencapai 48 %. Pada variasi ketinggian air 10 mm efisiensi teoritis mencapai 45 %. Pada variasi ketinggian air 10 mm dengan kondensor ditutup terpal plastik efisiensi teoritis mencapai 53.2 %. Dan pada variasi ketinggian air 10 mm dengan penambahan reflektor efisiensi teoritis mencapai 43.1 %.

2. Alat destilasi energi surya konvensional dengan variasi ketinggian air 30 mm pada bak destilator, efisiensi teoritis sebesar 28.8 % dan efisiensi aktual sebesar 25.2 %. Sedangkan alat destilasi dengan penambahan kondensor pada bak destilator, efisiensi teoritisnya sebesar 43.6 % dan efisiensi aktual sebesar 39.4 %.

50

4. Alat destilasi energi surya konvensional dengan variasi ketinggian air 10 mm pada bak destilator, efisiensi teoritis sebesar 47.5 % dan efisiensi aktual sebesar 33 %. Sedangkan alat destilasi dengan penambahan kondensor terbuka pada bak destilator, efisiensi teoritisnya sebesar 45 % dan efisiensi aktual sebesar 44.8 %. Alat destilasi dengan keadaan kondensor tertutup terpal plastik efisiensi teoritis sebesar 53.2 % dan efisiensi aktual sebesar 34.4 %.

5. Alat destilasi energi surya konvensional dengan variasi penambahan reflektor dengan ketinggian air 10 mm pada bak destilator, efisiensi teoritis sebesar 42.5 % dan efisiensi aktual sebesar 13.5 %. Sedangkan alat destilasi dengan penambahan kondensor pada bak destilator, efisiensi teoritisnya sebesar 43.1 % dan efisiensi aktual sebesar 30.9 %.

5.2 Saran

1. Agar dalam penelitian selanjutnya bisa menggunakan bahan dan alat yang bagus, yang kuat terhadap cuaca.

2. Agar dalam penelitian selanjutnya bisa menggunakan alat sensor yang lebih bagus, baik sensor TDS maupun kapasitif supaya dalam pencatatan data tidak terganggu dan bisa mendapatkan hasil yang lebih akurat

51

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, Wiranto, 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta : Pradnya Paramita.

Badran, O.O., 2007. Experimental Study Of The Enhancement Parameters On A Single Slope Solar Still Productivity, Desalination, 209, pp 136–143

Naim, M.M.; Mervat, A.; Kawi, A. E., 2002a, Non-Conventional Solar Stills Part 1. Non-Conventional Solar Stills With Charcoal Particles As Absorber Medium, Desalination, 153, pp 55–64

Naim, M.M.; Mervat, A.; Kawi, A. E., 2002b, Non-Conventional Solar Stills Part 2. Non-Conventional Solar Stills With Energy Storage Element, Desalination, 153, pp 71–80

Cengel, Yunus A.,1998. Heat Transfer: A Practical Approach, WCB/McGraw-Hill: Boston

Nijmeh, S.; Odeh, S.; Akash, B., 2005, Experimental And Theoretical Study Of A Single-Basin Solar Still In Jordan, International Communications in Heat and Mass Transfer, 32, pp 565–572

52

53

Gambar L.1 Alat Destilasi Air Energi Surya Konvensional

54

Gambar L.3 Alat Destilasi Air Energi Surya dengan Kondensor Pasif di Isolasi

55

Gambar L.5 Logger

56

Gambar L.7 Tangki Air Terkontaminasi dan Tangki Air Destilasi