EFEK NANO KARBON ARANG BAMBU PADA UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS MIRING
TUGAS AKHIR
Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Disusun Oleh :
ALDO GREGRORIUS SIMAMORA NIM: 185214123
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2022
ii
THE EFFECT OF BAMBOO CHARCOAL NANOCARBON ON THE PERFORMANCE OF INCLINED TYPE SOLAR ENERGY
WATER DISTILLATION
FINAL PROJECT
To Fulfill One of the Requirements to Obtain
Sarjana Degree in the Department of Mechanical Engineering Sanata Dharma Universty
Arranged by:
ALDO GREGRORIUS SIMAMORA Student Number: 185214123
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
UNIVERSITY OF SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2022
v
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul:
EFEK NANO KARBON ARANG BAMBU PADA UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS MIRING
Dibuat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Strata 1, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Sejauh yang saya ketahui, penelitian ini bukan merupakan tiruan dari tugas akhir maupun penelitian yang sudah dipublikasikan di Universitas Sanata Dharma atau di Perguruan Tinggi manapun, kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam Daftar Pustaka sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 20 Januari 2022 Penulis,
Aldo Gregrorius Simamora 185214123
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMISLEMBAR
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : Aldo Gregrorius Simamora
Nomor Mahasiswa : 185214123
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul:
EFEK NANO KARBON ARANG BAMBU PADA UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS MIRING
Dengan demikian, saya memberikan hak kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam bentuk pangkalan data, mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin kepada saya selama masih mencantumkan nama saya sebagai penulis.Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
Yogyakarta, 20 Januari 2022 Penulis
Aldo Gregrorius Simamora 185214123
vii
ABSTRAK
Air merupakan kebutuhan pokok untuk seluruh umat manusia, seiring pertambahan penduduk pada zaman sekarang meningkatkan kebutuhan air bersih sehari-hari.
Namun hal ini tidak diimbangin dengan sumber air bersih yang tersedia. Karena adanya masalah tersebut Salah satu cara memperoleh air bersih yang sudah tidak terkontaminasi yaitu dengan distilasi air tenaga surya. Alat distilasi memerlukan energi panas yang bertujuan untuk menguapkan air yang terkontaminasi sebelum diembunkan dan menghasilkan air bersih yang dapat dikonsumsi. Pada proses distilasi terdapat dua proses inti yang terjadi yaitu proses penguapan dan proses pengembunan. Dengan penambahan nano karbon arang bambu tingkat penyerapan panas absorber meningkat pula sehingga menimbulkan peningkatan suhu pada permukaan absorber. Pada penelitian ini menggunakan dua jenis alat distilasi yaitu alat distilasi miring menggunakan absorber kertas tisu dengan metode kapilaritas (AMB) dan alat distilasi miring konvensional (AMK). Tujuan dari penelitian ini menganalisis pengaruh dari penambahan nano karbon arang bambu terhadap unjuk kerja alat distilasi energi surya jenis miring. Penelitian ini dilakukan dengan uji laboratorium dengan lampu pemanas sebagai simulator energi surya dan luas masing-masing alat absorber yaitu 0,435 𝑚2. Variasi pertama adalah dengan penambahan sumbu dan saluran air masuk di bawah pada komponen absorber yang bertujuan untuk media kapilaritas air menuju permukaan absorber pada alat distilasi energi surya jenis miring. variasi kedua yaitu memvariasikan konsentrasi nano karbon arang bambu menjadi dua yaitu sebesar 0 gram, 1,5 gram dan 6 gram yang akan di aplikasikan di lapisan tisu absorber pada alat distilasi energi surya jenis miring metode kapilaritas dan dibandingkan dengan alat distilasi energi surya jenis miring konvensional. Hasil dari penelitian yang sudah dilakukan, didapatkan efisiensi tertinggi pada variasi konsentrasi nano karbon arang bambu 1,5 gram yaitu sebesar 60% dengan hasil air distilasi sebanyak 570 ml (0,655 liter/𝑚2.jam). Penelitian ini juga mendapatkan hasil efisiensi pada AMB sebesar 52%
dengan hasil air distilasi 0,569 liter/m2.jam dan efisiensi AMK sebesar 37% dengan hasil distilasi 0,402 liter/m2.jam.
Kata kunci : distilasi air, nano karbon, arang bambu, konsentrasi, tenaga surya
viii
ABSTRACT
Water is the main thing for all human beings. The current population increases the use of water for daily activity. However, this is not balanced with the availability of clean water. Due to the clean water supply is decreasing, the alternative way to get the clean water is by solar water distillation. Distillation equipment requires heat energy which aims to evaporate the contaminated water before it is condensed and produce clean water that can be consumed. In the distillation process, there are two core processes that occur, namely the evaporation process and the condensation process. With the addition of bamboo charcoal nanocarbons, there is an increase in the temperature on the surface of the absorber through the increasing of heats' absorption on the absorber.
In this research, there are two types of distillation equipment used. Namely, oblique distillation apparatus using a tissue paper absorber with a bottom inlet (AMB) and conventional oblique distillation apparatus (AMK). The purpose of this study is to analyze the effect of the addition of bamboo charcoal nanocarbons on the performance of the tilted type solar energy distillation apparatus. This research was conducted by laboratory test with a heating lamp as a solar energy simulator and the area of each absorber is 0.435 m2. The first variation is the addition of an aa-axis and a water inlet below the absorber component which aims for the capillarity of water to the surface of the absorber on a tilted type solar energy distillation device. The second variation is to vary the nanocarbon concentration of bamboo charcoal into three, which is 0 grams, 1.5 grams and 6 grams. It was applied to the absorber tissue layer on a downward sloping type of solar energy distillation device and compared with a conventional tilt- type solar energy distillation device. The results of the research showed that the highest efficiency was obtained at the variation of the 1.5 grams bamboo nano carbon concentration, which was 60% with the result of distilled water as much as 0.655 liter/m2.hour. This research also obtained an efficiency of 52% in AMB with a distillation yield of 0.569 liter/m2..hour and an efficiency of 37% in AMB with a distillation yield of 0.402 liter/m2.hour.
Keywords: water distillation, nano carbon, bamboo charcoal, concentration, solar power
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas limpahan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan tepat pada waktunya.
Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib bagi mahasiswa Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, untuk mendapatkan gelar Sarjana Teknik di Program Studi Teknik Mesin.
Berkat bimbingan, nasehat, dan doa yang diberikan oleh berbagai pihak, akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. Oleh karena itu, dengan segala kerendahan hati dan ketulusan, penulis mengucapkan terima kasih sebesar- besarnya kepada :
1. Prof. Ir. Sudi Mungkasi, S. Si, M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas SanataDharma.
2. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas SanataDharma.
3. Stefan Mardikus, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan banyak bimbingan dan dukungan kepada penulis.
4. Dr. Ir. Fransiscus Asisi Rusdi Sambada, M.T., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah banyak meluangkan waktu dan tenaga untuk membantu, memberikan bimbingan, dukungan, dan masukan kepada penulis, sehingga penulis dapat menyelesaikan naskah skripsi ini.
5. Dr. Ir. I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T. yang telah memberi bahan nano karbon arang bambu pada penelitian ini.
6. Seluruh Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, yang telah membantu saya selama perkuliahan hingga selesainya penulisan skripsi ini.
7. Ayah (Harlan Simamora) dan ibu (Masdauli Sihotang) yang telah
x
mendukung penulis dengan memberikan perhatian, material, semangat, dan doa.
8. Kakak saya (Yohana) dan (Melita) yang selalu memberi motivasi dan dukungan kepada penulis.
9. Adik saya (Marvel Imanuel) yang telah menjadi motivasi saya selama ini.
10. Teman-Teman Solar Still 2022 yang telah berdinamika dengan saya.
11. Segenap teman-teman angkatan 2018 dan keluarga besar Teknik Mesin yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari skripsi ini tidak sempurna, karena kesempurnaan itu hanyalah milik tuhan yang maha esa. Sehingga kritik ataupun saran yang membangun dari pembaca sangat diharapkan demi kesempurnaan skripsi dikemudian hari. Semoga skripsi ini berguna untuk pembaca agar mampu membangun kemajuan teknologi energi terbarukan di masa depan.
Yogyakarta, 20 Januari 2022
Penulis
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... viii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xiv
BAB IPENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Identifikasi Masalah ... 3
1.3 Rumusan Masalah ... 3
1.4 Tujuan Penelitian ... 4
1.5 Batasan Masalah ... 4
1.6 Manfaat Penelitian ... 4
BAB IITINJAUAN PUSTAKA ... 5
2.1 Penelitian Relevan ... 5
2.2 Landasan Teori ... 7
2.3 Kerangka Penelitian ... 11
2.4 Hipotesis ... 13
BAB IIIMETODE PENELITIAN ... 14
3.1 Skema dan Spesifikasi Alat Penelitian ... 14
3.2 Peralatan Pendukung ... 15
xii
3.3 Parameter Yang Divariasikan ... 16
3.4 Langkah Analisis ... 16
3.5 Variabel yang diukur ... 17
3.6 Langkah penelitian ... 17
BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN ... 19
4.1 Data Penelitian ... 19
4.2 Hasil Pengolahan Data Penelitian ... 21
4.3 Pembahasan ... 24
BAB VKESIMPULAN DAN SARAN ... 33
5.1 Kesimpulan ... 33
5.2 Saran ... 34
DAFTAR PUSTAKA ... 35
LAMPIRAN ... 37
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Data penelitian konvensional (AMK) ... 19
Tabel 2. Data penelitian (AMB) tanpa nano karbon bambu ... 20
Tabel 3. Data Penelitian (AMB) variasi nano karbon bambu 1,5 gram ... 20
Tabel 4. Data penelitian (AMB) variasi nano karbon bambu 6 gram ... 21
Tabel 5. Hasil perhitungan distilasi air konvensional (AMK) ... 22
Tabel 6. Hasil perhitungan distilasi air (AMB) tanpa nano karbon bambu ... 22
Tabel 7. Hasil perhitungan distilasi air (AMB) variasi nano karbon 1,5 gram ... 23
Tabel 8. Hasil perhitungan distilasi air (AMB) variasi nano karbon 6 gram ... 23
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Alat distilasi surya jenis miring konvensional ... 8
Gambar 2. Proses ilustrasi alat distilasi surya jenis miring ... 9
Gambar 3. Absorber pada alat distilasi metode kapilaritas (AMB) ... 12
Gambar 4. Alat distilasi jenis miring absorber dengan metode kapilaritas ... 13
Gambar 5. Skema alat distilasi energi surya jenis miring ... 14
Gambar 6. Absorber pada alat distilasi dengan metode kapilaritas (AMB) ... 15
Gambar 7. Diagram Alir Penelitian ... 15
Gambar 8. Hasil Efisiensi pada AMK dan AMB ... 24
Gambar 9. Pandangan visual absorber mengering pada AMB variasi 6 gram ... 25
Gambar 10. Hasil alat distilasi pada AMK dan AMB pada variasi nano karbon arang bambu……….….26
Gambar 11. Beda temperatur (ΔT) rata-rata pada AMK dan AMB variasi nano karbon arang bambu……….……….…...27
Gambar 12. Beda temperatur (ΔT) pada alat distilasi AMK dan AMB variasi nano karbon arang bambu……….……….…...27
Gambar 13. Temperatur absorber (Ta) pada alat distilasi AMK dan AMB variasi nano karbon arang bambu……….29
Gambar 14. Temperatur kaca (𝑇𝑐) pada alat distilasi AMK dan AMB variasi nano karbon arang bambu……….27
Gambar 15. Hasil quap pada alat distilasi AMK dan AMB variasi nano karbon arang bambu.……….27
Gambar 16. Hasil qkonveksi ada alat distilasi AMK dan AMB variasi nano karbon arang bambu………...32
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air adalah komponen utama dalam kehidupan manusia terutama air tawar yang bersih dan layak minum. Pertambahan penduduk pada zaman sekarang meningkatkan kebutuhan air bersih sehari-hari, namun hal ini tidak diimbangin dengan sumber air bersih yang tersedia. Tidak semua daerah di Indonesia memiliki sumber daya air yang layak dikonsumsi. Sumber air yang biasa digunakan masyarakat berasal dari sumur, sungai dan air hujan. Air yang diambil masyarakat masih terkontaminasi beberapa partikel berbahaya dan bakteri yang bisa mengancam kesehatan pada tubuh (Banjarmasin, 2018). Salah satu cara memperoleh air bersih yang sudah tidak terkontaminasi yaitu dengan distilasi air tenaga surya. Distilasi merupakan alat yang memiliki keunggulan mudah dan murah dalam mengoperasikannya (Sharshir et al., 2017)
Pemerintah Indonesia sudah menetapkan standar air bersih Nomor 32 Tahun 2017 Tentang standar baku mutu kesehatan lingkungan dan persyaratan kesehatan air untuk higieni sanitasi, kolam renang, solusi per aqua, dan pemandian umum (Menteri Kesehatan Republik Indonesia, 2017). Menurut laporan Bappenas 2, ketersediaan air layak konsumsi di sebagian besar wilayah Pulau Jawa dan Bali saat ini sudah tergolong langka hingga kritis. Sementara itu, ketersediaan air di Sumatera Selatan, Nusa Tenggara Barat, dan Sulawesi Selatan diproyeksikan akan menjadi langka atau kritis pada tahun 2045. Masyarakat perkotaan sangat bergantung pada PDAM yang kualitasnya belum tentu baik bagi kesehatan, dikarenakan air pada daerah perkotaan sudah terkontaminasi oleh pencemaran zat kimia, bakteri dan lainnya. Adapun cara yang hemat dan mudah
2
untuk mengelola air tertakominasi dengan pemurnian air memakai alat distilasi air energi surya.
Prinsip pemurnian air adalah proses untuk menghilangkan zat-zat kimia atau zat kontaminasi pada air. Kegunaan distilasi air agar mendapatkan air bersih dari air kotor dengan cara penyulingan. Alat distilasi energi surya bisa menjadi solusi untuk daerah yang kekurangan air bersih yang layak dikonsumsi. Alat distilasi air menggunakan energi surya yang pada dasarnya beroperasi dengan prinsip- prinsip penguapan dan kondensasi. Distilasi air tenaga surya memiliki komponen penting yakni terdapat absorber dan kaca penutup. Fungsi absorber adalah menyerap kalor dari surya untuk menguapkan air supaya terpisah dengan zat-zat tekontaminasi. Kaca penutup pada alat distilasi berfungsi sebagai media pengembunan uap air yang dihasilkan oleh proses penguapan pada absorber, uap air yang dihasilkan tersebut merupakan air murni dan sudah dapat dikonsumsi secara langsung.
Tingkat efisiensi dan jumlah air yang dihasilkan pada alat distilasi air energi surya dapat dipengaruhi dari berbagai faktor diantaranya: keefektifan absorber menyerap energi surya, keefektifan kaca penutup mengembunkan air, ketinggian air pada bak distilasi, jumlah energi surya yang datang dan temperatur air yang masuk alat distilasi (Ketut Puja & Rusdi Sambada, 2012).
Penelitian ini menggunakan konsentrasi nano karbon arang bambu yang memiliki tujuan untuk meningkatkan karakteristik perpindahan panas konvenktif dan konduktif. Material nano karbon bambu yang digunakan memiliki sifat menyimpan panas sehingga temperatur pada plat absorber meningkat. Massa air yang dipanaskan pada lapisan tisu dipermukaan absorber diharapkan akan lebih cepat untuk menguap karena pengaruh dari tingginya temperatur absorber.
Kecepatan pemanasan massa air diharapkan dapat meningkatkan proses penguapan, sehingga produktivitas air pada alat distilasi menjadi lebih tinggi.
Pada penelitian ini, digunakan variasi metode kapilaritas untuk menaikkan air ke
3
plat absorber melalui sumbu agar mengetahui efisiensi terhadap distilasi air tenaga surya.
1.2 Identifikasi Masalah
Pada distilasi air energi surya, untuk meningkatkan kualitas air memiliki dua proses utama yaitu penguapan dan pengembunan. Distilasi air energi surya jenis miring memiliki permasalahan kurangnya efisiensi. Massa air yang ada dipermukaan absorber terlalu banyak mengakibatkan absorber minim dalam menyerap panas sehingga membuat laju penguapan pada distilasi menjadi kurang maksimal. Penelitian ini membuat pembaruan dengan penambahan konsentrasi nano karbon arang bambu dan dikombinasikan dengan sumbu untuk membantu proses kapilaritas menuju absorber. Kapilaritas yang diaplikasikan pada alat distilasi membuat massa air yang lebih merata pada permukaan absorber. Pada nano karbon arang bambu akan dilarutkan bersama air, ditambahkan ke lapisan tisu bambu absorber yang diharapkan dapat menyerap panas sehingga mempercepat penguapan pada kaca distilasi air.
1.3 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang masalah yang ada, rumusan masalah pada penelitian ini sebagai berikut:
1. Bagaimana pengaruh konsentrasi nano karbon arang bambu terhadap unjuk kerja pada alat distilasi air energi surya jenis miring ?
2. Bagaimana pengaruh terhadap metode kapilaritas pada unjuk kerja alat distilasi air energi surya jenis miring ?
4 1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Mengetahui efek dari konsentrasi nano karbon arang bambu pada absorber terhadap alat distilasi air energi surya jenis miring.
2. Mengetahui pengaruh metode kapilaritas terhadap unjuk kerja distilasi air energi surya jenis miring.
1.5 Batasan Masalah
Agar topik penelitian ini tidak meluas, maka penelitian ini dibuat batas- batasan sebagai berikut:
1. Temperatur absorber dan kaca diasumsikan merata.
2. Temperatur absorber diasumsikan sama dengan temperatur air yang akan didistilasikan.
3. Laju aliran udara kipas dianggap merata.
4. Energi radiasi lampu diasumsikan konstan dan merata.
1.6 Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini adalah :
1. Menambah kepustakaan ilmu dalam teknologi distilasi air tenaga surya.
2. Dapat menjadi rujukan dalam pengembangan teknologi distilasi air energi surya.
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Relevan
Penelitian pada unjuk kerja peningkatan sistem distilasi air tenaga surya menggunakan partikel nanofluida Titanium dioksida (TiO2) bertujuan untuk meningkatkan karakteristik perpindahan panas dari Heat Transfer Fluid (HTF) dari sistem pemanas surya untuk meningkatkan kinerja termal. Ditemukan bahwa amenggunakan partikel nanofluida seperti TiO2 meningkatkan karakteristik perpindahan panas dari HTF dari sistem distilasi air surya dan akibatnya meningkatkan tingkat produktivitas air harian. Ditemukan juga bahwa sistem dapat menghasilkan air suling sebesar 5616 liter/hari, 6048 liter/hari, 6134 liter/hari, dan 7128 liter/hari jika menggunakan Ti𝑂2 dengan konsentrasi 0 mg/l, 75 mg/l, 80 mg/l, dan 100 mg/l. Produktivitas air harian tertinggi pada kosentrasi 100 mg/l dengan hasil air 7128 liter/hari (El-Ghetany et al., 2021).
Penelitian pada eksperimental unjuk kerja pada distilasi sumbu miring dengan penyerap plat datar telah dibuat dan dianalisis dilakukan peninjauan pengaruh berbagai bahan sumbu seperti kain terry, kain goni, kain bulu dan kain poliester di atas plat penyerap yang miring 30°. Percobaan dilakukan di Sri Ramakrishna Engineering College, Coimbatore, Tamil Nadu, India, selama bulan Januari - Februari 2016. Penelitian eksperimental ini dilaksanakan dari jam 9 pagi hingga 5 sore, untuk setiap interval 60 menit. kain bulu memiliki produktivitas maksimum 3,63 l/hari, diikuti oleh goni 3,39 l/hari, kain terry 2,851 l/hari dan kain poliester 2,56 l/ hari. Kain bulu memiliki karakteristik daya serap air yang baik. Hasil yang diperoleh dengan menggunakan kain bulu sangat diinginkan jika dibandingkan dengan bahan lain (Karthick Munisamy et al., 2019)
Penelitian pada unjuk kerja pada efek nanopartikel yang dilakukan menggunakan flake graphite nanoparticles (FGN), phase change material
6
(PCM), dan film cooling. konsentrasi massa 0,5% FGN dicampur dengan air dengan cara dikocok dan diaduk secara manual. Selama percobaan, salah satu dari tiga distilasi digunakan untuk bekerja sebagai distilasi konvensional, dan dua lainnya digunakan untuk bekerja sebagai distilasi yang dimodifikasi. Luas cekungan adalah 0,25 𝑚2 (0,5 m panjang - 0,5 m lebar), Ketinggian dinding samping rendah dan tinggi berturut-turut adalah 160 mm dan 450 mm.
Permukaan bagian dalam cekungan dan dinding samping distilasi di cat hitam untuk menyerap radiasi matahari. Untuk mengurangi kehilangan panas, semua permukaan luar diisolasi dengan fiberglass (ketebalan 5 cm), Ketebalan penutup kaca adalah 3,5 mm. Metode pencampuran sederhana untuk menggunakan FGN di distilasi terbukti efektif. Peningkatan produktivitas penyulingan dengan FGN modifikasi (a), FGN dan PCM modifikasi (b), FGN dan pendinginan film modifikasi (c), FGN, PCM, dan pendinginan film modifikasi (d) adalah 50,28%, 65%, 56,15%, 73,8%. Peningkatan tersebut dihasilkan dari suhu air yang lebih tinggi oleh FGN dan PCM (Sharshir et al., 2017).
Penelitian pada unjuk kerja terhadap kinerja distilasi baki tenaga surya dengan pengubah fasa dengan nano partikel. Dalam penelitian eksperimental melakukan percobaan pengecatan warna hitam terhadap absorber dan nano partikel tembaga oksidasi (Cu2O). Hasil percobaan menunjukkan bahwa total hasil air tawar dari penyuling baki ditingkatkan sebesar 57, 14, 70,7, dan 108% saat menggunakan reflektor, nanopartikel C𝑢2O dalam cat. Produktivitas baki penyuling dengan menggunakan C𝑢2O nanopartikel dalam cat lebih dari referensi masih sekitar 14% (Abdullah et al., 2020)
Penelitian pada unjuk kerja alat distilasi energi surya jenis miring dengan membuat enam buah alat distilasi, yang identik dengan sudut kemiringan kaca penutup yang berbeda-beda serta dirancang dan dipasang secara berdampingan dalam kondisi cuaca yang sama. Penelitian ini memvariasikan sudut kemiringan kaca penutup 10°, 15°, 20°, 30°, 35° dan 45°. Penelitian berlangsung pada empat
7
musim yang berbeda musim gugur, musim dingin, musim semi, dan musim panas. Penelitian ini mendapatkan hasil distilasi yang maksimal pada sudut kemiringan 20° di musim gugur dan musim dingin dengan hasil kumulatif harian masing-masing sebesar 3,52 kg/m2 dan 73,63 kg/m2, serta sudut kemiringan 30°
di musim semi dan musim panas dengan hasil kumulatif harian masing-masing sebesar 5,22 kg/m2 dan 4,53 kg/m2 (Cherraye et al., 2020)
Pada penelitian yang dilakukan terdahulu, belum ada penelitian terkait dengan alat distilasi energi surya jenis miring dengan penambahan metode kapilaritas dan penambahan konsentrasi nano karbon arang bambu pada unjuk kerja distilasi tenaga surya. Konsentrasi nano karbon bambu di variasikan 1,5 gram dan 6 gram di aplikasikan di lapisan tisu absorber distilasi. Maka dengan alasan tersebut penelitian eksperimental berikut mencari tahu pengaruh penambahan nano karbon arang bambu pada unjuk kerja alat distilasi air energi surya jenis miring terhadap produktifitas air distilasi.
2.2 Landasan Teori
Distilasi merupakan suatu proses pemurnian air yang terkontaminasi menjadi air layak dikonsumsi dengan memanfaatkan energi surya. Alat distilasi memiliki proses utama yaitu proses penguapan dan proses pengembunan. Alat distilasi ini sangat berguna untuk memenuhi kebutuhan masyakarat daerah yang belum memliki sumur dan pemukiman pesisir pantai. Pada alat distilasi air energi surya terdapat komponen utama yaitu absorber dan penutup kaca (Gambar 1).
Komponen absorber pada umumnya dilapisi dengan cat berwarna hitam yang berfungsi agar meningkatkan daya serap energi radiasi surya (El-Ghetany et al., 2021). Sedangkan fungsi kaca penutup pada alat distilasi air tenaga surya yaitu sebagai media pengembunan uap air dari absorber. Bagian-bagian pendukung pada alat distilasi air energi surya yaitu komponen pipa saluran untuk media keluar air hasil distilasi dan air limbah, rangka, pompa peristaltik, lampu sebagai
8
penganti matahari, kipas, bak penampung air kotor dan wadah penampung hasil air distilasi. Komponen utama dalam distilasi air energi surya adalah absorber dan kaca penutup. Temperatur kaca yang rendah juga dapat membantu proses terjadinya kondensasi uap, sehingga akan lebih banyak uap yang mengembun dan menghasilkan lebih banyak air distilasinya.
Alat distilasi air energi surya jenis miring memanfaatkan energi panas pada surya, energi panas yang masuk akan diserap oleh absorber yang dipasang miring dan diberi tisu pada permukaan absorber dengan tujuan untuk memanaskan air yang akan didistilasi dan menyebabkan air tersebut menguap lebih optimal. Uap- uap yang dihasilkan oleh pemanasan air pada absorber merupakan uap air murni sedangkan zat-zat kontaminasi pada air tertinggal di absorber. Proses ini menimbulkan uap air naik keatas dan bersentuhan dengan kaca yang memiliki suhu lebih rendah daripada komponen absorber dan menimbulkan kondensasi menyebabkan timbulnya butiran-butiran embun. Pada komponen penutup kaca pada alat distilasi dipasang miring, sehingga butiran-butiran air yang dihasilkan akan turun menuju talang dan kemudian mengalir pada bak penampung hasil
Gambar 1. Alat distilasi surya jenis miring konvensional
9
distilasi. Air yang belum sempat menguap akan dialirkan kembali melalui pipa keluar menuju bak penampungan air kotor.
Pada unjuk kerja distilasi air energi surya dinyatakan pada efisiensi dan jumlah air yang dihasilkan persatuan waktu dan luas alat distilasi. Radiasi surya juga dapat diterima dengan baik pada alat jenis ini sebab kemiringan absorber dan kaca penutup yang sejajar. Proses pengembunan (kondensasi) merupakan suatu proses perubahan fase suatu zat gas menjadi zat cair, proses pengembunan terjadi disaat uap air didinginkan (Gambar 2). Uap dalam kondisi normal mengalami proses kesetimbangan dengan udara disekitar. Ketika uap mengalami penurunan suhu pada tekanan konstan, maka uap tersebut akan berada pada suhu titik pengembunan, menyebabkan uap akan berubah menjadi fase cair.
Efisiensi kinerja pada alat distilasi air energi surya dapat diartikan sebagai perbandingan jumlah energi yang digunakan pada proses penguapan air dengan jumlah energi surya yang datang selama waktu pemanasan (Arismunandar, 1995). Energi yang digunakan untuk melakukan proses penguapan air pada komponen absorber adalah 𝑞𝑢𝑎𝑝, sedangkan energi yang menghasilkan rugi-rugi pada alat distilasi adalah 𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣 dan 𝑞𝑟𝑎𝑑. Rugi-rugi yang dimaksud merupakan energi yang berpindah dari air yang tertampung pada komponen absorber ke
Gambar 2. Proses ilustrasi alat distilasi surya jenis miring
10
permukaan kaca bagian dalam secara konveksi maupun secara radiasi. Efisiensi distilasi dapat dirumuskan sebagai berikut.
η =
𝑚.ℎ𝑓𝑔𝐴𝑐.∫ 𝐺.𝑑𝑡0𝑡
× 100%
(1)dengan η merupakan efisiensi (%), m merupakan hasil air dari proses distilasi (kg), ℎ𝑓𝑔 merupakan panas penguapan air (kJ/kg), Ac adalah luas alat distilasi air (m2), G merupakan radiasi matahari yang dipancarkan (W/m2) dan dt merupakan waktu pemanasan (detik). Pada analitik ini energi panas matahari yang hilang melewati absorber, energi panas yang hilang pada alat dan sisinya diabaikan.
Keseimbangan energi pada air menghasilkan :
(τα) GT= q𝑘𝑜𝑛𝑣 + q𝑟𝑎𝑑 + q𝑢𝑎𝑝 (2)
pada rumus ini 𝜏 merupakan transmisivitas kaca (fraksi energi yang diteruskan), 𝛼 adalah absortivitas kaca (fraksi energi diserap). Sebagian energi panas pada absorber akan dipindahkan ke kaca dengan perpindahan konveksi, radiasi, dan penguapan. Energi panas yang dikonveksikan ke kaca dapat dihitung dengan persamaan :
qkonv= 0,884 (TW− TC+ PW−PC
268,9 ×103−PW× TW)
1
3× (TW− TC) (3)
dengan qkonv merupakan energi matahari yang dihasilkan oleh karena proses konveksi (W/𝑚2). Tw merupakan temperatur air (K), Tc merupakan temperatur kaca penutup (K), Pw merupakan tekanan parsial uap air pda temperatur air (N/m2), dan Pc merupakan tekanan parsial uap air pada temperatur kaca penutup (N/m2).
qrad= σεw (TW4− TC4) (4)
11
𝑞𝑟𝑎𝑑 merupakan energi yang terbuang pada absorber ke kaca (W/m2), σ merupakan konstanta Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-8 W/(m2.K4)), 𝜀𝑤 adalah nilai emisivitas pada air. Energi yang dibutuhkan untuk proses penguapan dapat dihitung dengan persamaan berikut :
quap = 16,27 × 10−3× qkonv(PW−PC
TW−TC) (5)
𝑞𝑟𝑎𝑑 merupakan energi yang dibutuhkan untuk proses penguapan dari absorber ke kaca (W/m2). Hasil distilasi dihitung berdasarkan nilai yang diperoleh pada energi penguapan (𝑞𝑢𝑎𝑝). Laju distilasi (muap) dapat dicari melalui hubungan persamaan sebagai berikut:
muap = quap
hfg (6)
𝑚𝑢𝑎𝑝 adalah laju distilasi (liter/jam.m2). Energi yang dibutuhkan selama proses pemanasan (𝑞𝑐) dapat dihitung melalui persamaan:
qc = mc ∙ Cp ∙ ∆T (7) dengan 𝑚𝑐 adalah laju aliran massa air (kg/s), 𝐶𝑝 merupakan kalor spesifik air pada tekanan konstan (kJ/(kg°C)), dan ∆T adalah selisih antara suhu absorber dengan kaca penutup (°C).
2.3 Kerangka Penelitian
Pada penelitian ini difokuskan menggunakan alat distilasi energi surya jenis miring dengan metode kapilaritas (AMB) atau aliran masuk bawah dan alat distilasi surya jenis miring konvensional (AMK) atau aliran masuk konvensional.
Pada alat distilasi AMB Absorber pada (Gambar 3) memiliki lubang-lubang yang akan dipasangkan sumbu dan bagian permukaan absorber dilapisi tisu. Air akan
12
dialirkan melalui saluran bawah absorber yang terdapat sumbu pada lubang- lubang absorber, sehingga sumbu akan terjadi proses kapilaritas menuju permukaan absorber yang sudah dilapisi tisu (Gambar 4). Penggunaan tisu pada permukaan absorber berfungsi sebagai media untuk membantu air yang terkontaminasi menyebar secara merata, sehingga proses penguapan akan lebih optimal.
Gambar 3. Absorber pada alat distilasi metode kapilaritas (AMB) Penelitian pertama yaitu dengan penambahan konsentrasi nano karbon arang bambu sebesar 1,5 gram pada lapisan tisu absorber dan penelitian kedua yaitu dengan penambahan konsentrasi nano karbon arang kelapa sebesar 6 gram pada lapisan tisu absorber. Dengan penambahan nano karbon dapat mempercepat penguapan sehingga hasil air menjadi lebih banyak dan efisiensinya meningkat.
13
Gambar 4. Alat distilasi jenis miring absorber dengan metode kapilaritas Nano karbon dapat meningkatkan efektifitas absorber dalam menyerap energi surya. Pada absorber di lapisin tisu menggunakan 3 lapis yang diaplikasikan di permukaan absorber. ketebalan pada tisu yang digunakan sebesar 0,08 mm.
Tingkat efektifitas absorber dalam menyerap panas akan berpengaruh terhadap laju proses penguapan air pada lapisan tisu absorber. Semakin tinggi tingkat efektifitas absorber, laju proses penguapan air akan meningkat dan akan meningkatkan efisiensi pada alat distilasi.
2.4 Hipotesis
1. Penambahan konsentrasi nano karbon arang bambu dapat meningkatkan efektifitas absorber menyerap energi panas.
2. Penerapan dengan metode kapilaritas alat distilasi dapat meningkatkan laju proses penguapan pada absorber dalam menyerap panas.
14
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Skema dan Spesifikasi Alat Penelitian
Pada penelitian ini, menggunakan alat distilasi air energi surya jenis miring absorber tisu dengan metode kapilaritas (Gambar 5). Absorber terbuat dari bahan multipleks berukuran 75 cm x 58 cm dengan ketebalan 6 cm dan ketebalan dinding absorber sebesar 3 cm. Bak absorber memiliki ukuran 84 cm x 63 cm.
Permukaan absorber di cat berwarna hitam berfungsi untuk memaksimalkan penyerapan energi surya dan dilapisi dengan tisu bambu sebagai media penampung air. Bagian dinding luar absorber dilapisi dengan sealant untuk mengantisipasi kebocoran dan menjaga suhu absorber. Absorber ditutup dengan kaca penutup transparan dengan ketebalan 3 mm dan absorber dipasang pada kemiringan 15° dengan jarak antara permukaan absorber dengan kaca penutup sebesar 6 mm.
Gambar 5. Skema alat distilasi energi surya jenis miring
15
Pada penelitian ini memvariasikan alat distilasi air energi surya jenis miring dengan penambahan saluran masuk di bawah. Pada absorber terdapat lubang- lubang berjumlah 36 buah yang berfungsi sebagai tempat sumbu. Di bagian bawah absorber terdapat 4 buah saluran air masuk dengan jarak antar saluran sebesar 15 cm.
Gambar 6. Absorber pada alat distilasi dengan metode kapilaritas (AMB) Pada penelitian ini lubang absorber memiliki diameter sebesar 10 mm. sumbu yang dipakai berbahan dasar kain, kain yang digunakan pada distilasi AMB yaitu kain linen. Kain mempunyai sifat kapilaritas yang baik, sifat kapilaritas menyebabkan air naik ke permukaan absorber.
3.2 Peralatan Pendukung
Pada penelitian eksperimental ini, menggunakan beberapa alat untuk mendukung proses pengambilan data penelitian yaitu:
1) Microcontroller Arduinno, berguna untuk membaca dan monitor sensor- sensor yang ada di alat distilasi air energi surya.
16
2) Dallas Semiconductor Temperatur Sensor (TDS), berguna untuk mengukur temperatur yang diletakkan dibagian-bagian alat distilasi.
3) Gelas ukur , digunakan sebagai pengukur hasil air limbah dan air bersih dari alat distilasi.
4) Solarmeter, berguna untuk mengukur energi lampu yang datang ke alat distilasi.
5) Etape Liquid Level Sensor, digunakan mengukur ketinggian air pada bak penampung air bersih.
3.3 Parameter Yang Divariasikan
Ada beberapa parameter yang akan divariasikan pada penelitian ini yaitu : 1) Variasi penambahan konsentrasi nano karbon arang bambu pada lapisan
tisu absorber sebesar 0 gram, 1,5 gram dan 6 gram di distilasi air energi surya jenis miring dengan metode penerapan kapilaritas.
2) Variasi metode kapilaritas pada distilasi air energi surya jenis miring dan tanpa metode kapilaritas distilasi air energi surya jenis miring (konvensional).
3.4 Langkah Analisis
Pada penelitian ini terdapat beberapa analisis yang harus dilakukan sebagai berikut :
1. Menganalisis efek penambahan konsentrasi nano karbon arang bambu pada alat distilasi sebesar 0 gram, 1,5 gram dan 6 gram. Penelitian ini di uji coba pada alat distilasi dengan metode kapilaritas yang memakai tiga lapis tisu bambu setiap variasi yang dilakukan.
17
2. Menganalisis efek penambahan metode kapilaritas pada alat distilasi energi surya jenis miring dan tanpa metode kapilaritas pada alat distilasi energi surya jenis miring (konvensional).
3.5 Variabel yang diukur
Pada penelitian ini terdapat beberapa yang diukur, diantara lain:
1. Temperatur absorber, Tw (℃) 2. Temperatur kaca penutup, TC (℃) 3. massa air hasil distilasi, m (kg)
4. Lama waktu pengambilan data, t (detik)
5. Jumlah energi surya yang akan datang, G (watt/m2)
3.6 Langkah penelitian
Langkah-langkah pada penelitian ini dilakukan sebagai berikut : 1) Mempersiapkan alat-alat pendukung untuk melakukan penelitian.
2) Mempersiapkan dua alat distilasi air energi surya jenis miring dengan metode kapilaritas (AMB) dan distilasi air energi surya konvensional (AMK).
3) Dilakukan pengecekan alat distilasi sebelum melakukan pengambilan data.
Bagian paling vital harus dicek seperti baterai, sensor, bagian absorber dan kaca distilasi.
4) Kaca pada alat distilasi harus dibersihkan dari noda dan debu agar energi panas yang masuk akan optimal.
5) Melakukan pengambilan data untuk setiap variasinya, seperti berikut :
a. Variasi konsentrasi nano karbon arang bambu sebesar 0 gram, 1,5 gram dan 6 gram yang akan di letakkan pada tisu absorber distilasi air dengan metode kapilaritas tenaga surya (AMB).
18
b. Tanpa metode kapilaritas pada alat distilasi energi surya jenis miring konvensional (AMK).
6) Melakukan record pencatatan pada sensor Microcontroller Arduinno selama 2 jam di dalam laboratorium antara lain : temperatur kaca, temperatur absorber, energi lampu yang masuk dan jumlah air bersih yang dihasilkan.
7) Melakukan pengolahan data dan analisis data menggunakan berbagai persamaan.
Mulai
Melakukan Uji Coba Alat Penelitian
Melakukan Penelitian, Mengambil Data, dan Membuat Grafik Pada Hasil Penelitian
Selesai
Gambar 7. Diagram Alir Penelitian Pemasangan Sensor dan Uji Coba Sensor
Diperlukan Perbaikan?
Diperlukan Perbaikan?
Pembahasan
Ya
Tidak
Tidak Ya
19
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penelitian
Berikut merupakan pengambilan data yang menggunakan dengan alat distilasi air surya dilengkapi lampu sebagai simulator matahari. Pengambilan data penelitian pada alat distilasi metode kapilaritas dengan variasi konsentrasi nano karbon arang bambu dan alat distilasi air konvensional dilakukan selama 2 jam bertempat di laboratorium mekanika fluida. Microcontroller Arduinno akan mencatat semua sensor yang akan diambil selama penelitian ini berlangsung setiap per 10 detik. Setelah data sudah mencapai target akan dirata-ratakan setiap per 10 menit. Data yang diambil dalam penelitian ini antara lain : Temperatur absorber (Ta), Temperatur kaca (Tc), jumlah yang dihasilkan (m) dan energi lampu (G) dianggap konstan dan merata sebesar 700 W/m2.
Tabel 1. Data penelitian konvensional (AMK)
Menit ke
Temperatur Absorber (𝑇𝑎)
Temperatur
Kaca (𝑇𝑐) Hasil
°C (ml)
10 31,96 35,62 0,0
20 41,66 41,85 15,2
30 47,34 44,46 20,0
40 50,63 45,90 24,0
50 52,59 46,65 27,3
60 53,94 45,93 34,1
70 55,00 44,91 63,5
80 55,48 44,75 109,8
90 55,51 44,55 182,0
100 55,50 44,27 241,0
110 55,32 44,00 227,7
120 55,07 43,81 350,0
20
Tabel 2. Data penelitian (AMB) tanpa nano karbon bambu 0 gram
Menit ke
Temperatur Absorber (𝑇𝑎)
Temperatur
Kaca (𝑇𝑐) Hasil
°C (ml)
10 34,4 37,1 0,0
20 42,7 44,3 0,0
30 47,6 47,1 33,8
40 50,7 48,6 60,1
50 53,0 49,7 137,9
60 54,5 50,1 178,5
70 55,4 50,4 232,3
80 55,9 50,5 277,3
90 56,4 50,7 333,9
100 56,8 50,7 358,0
110 57,0 50,7 456,1
120 57,0 50,5 495,0
Tabel 3. Data Penelitian (AMB) variasi nano karbon bambu 1,5 gram
Menit ke
Temperatur Absorber (𝑇𝑎)
Temperatur
Kaca (𝑇𝑐) Hasil
°C (ml)
10 35,0 36,9 0,0
20 44,6 44,8 2,5
30 50,2 47,8 10,8
40 53,5 49,2 19,1
50 55,5 49,9 145,5
60 56,8 50,3 214,9
70 57,8 50,7 276,3
80 58,3 50,8 339,4
90 58,8 51,0 402,4
100 59,1 51,0 546,1
110 59,4 51,1 569,9
120 59,5 51,2 570,1
21
Tabel 4. Data penelitian (AMB) variasi nano karbon bambu 6 gram
Menit ke
Temperatur Absorber (𝑇𝑎)
Temperatur
Kaca (𝑇𝑐) Hasil
°C (ml)
10 32,9 36,0 0,0
20 42,9 43,6 0,5
30 48,9 46,9 36,4
40 52,6 48,6 97,8
50 55,0 49,6 183,7
60 56,6 50,2 243,2
70 57,7 50,6 244,2
80 58,4 50,8 253,2
90 58,9 51,1 262,3
100 59,3 51,2 449,1
110 59,5 51,2 515,9
120 59,7 51,1 525,0
4.2 Hasil Pengolahan Data Penelitian
Berdasarkan data penelitian yang sudah dipaparkan oleh tabel 1 sampai tabel 4, dilakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan untuk mendapatkan hasil seperti tekanan parsial uap pada kaca (Pc), tekanan parsial uap air pada absorber (Pw), enthalpy penguapan (hfg), beda temperatur (∆T), energi radiasi (qrad), energi penguapan (quap), energi konveksi (qkonv), massa hasil air distilasi per satuan luas penampang absorber (m) dan efisiensi pada alat distilasi air (η). Secara rinci, hasil perhitungannya seperti berikut :
22
Tabel 5. Hasil perhitungan distilasi air konvensional (AMK)
Tabel 6. Hasil perhitungan distilasi air (AMB) tanpa nano karbon bambu Menit
Ke
∆T Pw Pc hfg Qkonv Quap Qrad md ɳ
(°C) (kPa) (kJ/kg) (W/m2) (kg/m2) (%)
10 -2,69 5,18 5,94 2,42 0,00 0,00 -16,16 0,00 0%
20 -1,65 7,97 8,70 2,40 0,03 0,21 -10,70 0,00 0%
30 0,47 10,37 10,12 2,39 11,62 103,20 3,16 0,08 14%
40 2,17 12,23 10,90 2,38 13,79 137,23 14,87 0,14 19%
50 3,28 13,76 11,58 2,38 23,27 251,37 22,85 0,32 35%
60 4,32 14,86 11,85 2,37 23,94 270,73 30,35 0,41 37%
70 4,97 15,58 12,03 2,37 25,93 301,71 35,12 0,53 42%
80 5,44 16,04 12,09 2,37 26,65 314,96 38,53 0,64 44%
90 5,75 16,42 12,18 2,37 28,12 336,88 40,86 0,77 47%
100 6,02 16,71 12,23 2,37 26,86 324,99 42,88 0,82 45%
110 6,34 16,92 12,19 2,37 30,96 376,31 45,20 1,05 52%
120 6,53 16,96 12,09 2,37 30,87 374,37 46,50 1,14 52%
Menit
Ke
∆T Pw Pc hfg Qkonv Quap Qrad md ɳ
(°C) (kPa) (kJ/kg) (W/m2) (kg/m2) (%)
10 -3,65 4,60 5,51 2,43 0,00 0,00 -21,54 0,00 0%
20 -0,19 7,55 7,63 2,40 10,72 70,22 -1,23 0,04 10%
30 2,88 10,22 8,76 2,39 7,43 0,09 19,07 0,05 8%
40 4,73 12,17 9,46 2,38 5,81 32,05 32,05 0,05 7%
50 5,94 13,49 9,85 2,38 5,00 49,81 40,73 0,06 7%
60 8,02 14,47 9,48 2,38 18,20 51,15 55,13 0,08 9%
70 10,09 15,28 8,98 2,37 18,02 82,49 69,38 0,15 11%
80 10,73 15,66 8,90 2,37 12,16 124,69 73,91 0,25 17%
90 10,96 15,69 8,81 2,37 18,00 183,80 75,44 0,42 25%
100 11,23 15,68 8,68 2,37 21,59 219,07 77,18 0,55 30%
110 11,32 15,54 8,55 2,37 18,75 241,04 77,64 0,67 33%
120 11,26 15,34 8,47 2,37 26,71 265,23 77,08 0,80 37%
23
Tabel 7. Hasil perhitungan distilasi air (AMB) variasi nano karbon 1,5 gram Menit
Ke
∆T Pw Pc hfg Qkonv Quap Qrad md ɳ
(°C) (kPa) (kJ/kg) (W/m2) (kg/m2) (%)
10 -1,93 5,34 5,89 2,42 0,00 0,00 -11,63 0,00 0%
20 -0,19 8,83 8,92 2,40 1,47 11,32 -1,26 0,01 2%
30 2,35 11,86 10,48 2,38 3,41 32,87 15,99 0,02 5%
40 4,25 14,12 11,30 2,38 4,02 43,54 29,57 0,04 6%
50 5,60 15,71 11,73 2,37 22,89 264,54 39,48 0,33 37%
60 6,51 16,79 11,98 2,37 27,04 325,15 46,28 0,49 45%
70 7,10 17,59 12,19 2,37 28,95 358,05 50,78 0,64 50%
80 7,57 18,11 12,26 2,37 30,60 384,55 54,32 0,78 53%
90 7,83 18,55 12,40 2,36 31,74 405,14 56,39 0,93 56%
100 8,10 18,84 12,43 2,36 38,43 494,60 58,40 1,26 69%
110 8,32 19,07 12,45 2,36 36,22 469,13 60,04 1,31 65%
120 8,33 19,20 12,53 2,36 33,01 430,15 60,20 1,31 60%
Tabel 8. Hasil perhitungan distilasi air (AMB) variasi nano karbon 6 gram Menit
Ke
∆T Pw Pc hfg Qkonv Quap Qrad md ɳ
(°C) (kPa) (kJ/kg) (W/m2) (kg/m2) (%)
10 -3,15 4,80 5,62 2,42 0,00 0,00 -18,7 0,00 0%
20 -0,75 8,06 8,38 2,40 0,34 2,45 -4,83 0,00 0%
30 2,01 11,09 9,96 2,39 12,17 110,83 13,56 0,08 15%
40 4,00 13,46 10,90 2,38 21,39 222,73 27,65 0,22 31%
50 5,40 15,29 11,53 2,37 29,51 334,16 37,96 0,42 46%
60 6,42 16,62 11,91 2,37 30,83 367,97 45,58 0,56 51%
70 7,16 17,55 12,12 2,37 25,66 316,38 51,16 0,56 44%
80 7,66 18,20 12,27 2,37 22,77 286,91 55,00 0,58 40%
90 7,81 18,65 12,49 2,36 20,57 264,03 56,26 0,60 37%
100 8,14 19,03 12,54 2,36 31,34 406,75 58,80 1,03 57%
110 8,30 19,23 12,57 2,36 32,53 424,64 60,01 1,19 59%
120 8,62 19,38 12,46 2,36 30,34 396,03 62,32 1,21 55%
24 4.3 Pembahasan
Setelah dilakukannya perhitungan pada Tabel 5 sampai Tabel 8, pada sub bab ini akan menganalisis lebih spesifik.
Gambar 8. Hasil Efisiensi pada AMK dan AMB
Pada (Gambar 7) Menunjukan perbandingan efisiensi alat distilasi AMB pada variasi konsentrasi nano karbon arang bambu dan alat distilasi konvensional AMK. Grafik menunjukan efisiensi maksimal diperoleh pada AMB variasi konsentrasi nano karbon arang bambu 1,5 gram sebesar 60% dan lebih tinggi 23% dibandingkan dengan efisiensi pada alat distilasi air konvensional AMK.
Efisiensi pada AMB variasi konsentrasi nano karbon 6 gram lebih tinggi 3%
dibandingkan dengan efisiensi variasi tanpa nano karbon dan lebih tinggi 18%
dari alat distilasi konvensional AMK. Pada variasi nano karbon 6 gram lapisan tisu absorber mengalami kekurangan massa air di atas bagian tengah karena kapilaritas sumbu tidak bekerja sehingga pada lapisan tisu absorber mengering (Gambar 8). Hal ini terjadi karena panas yang datang ke lapisan tisu absorber lebih besar dibandingkan massa air yang ada. Tingkat penyerapan air pada sumbu
37%
52%
60%
55%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
70%
0 1,5 6
Efisiensi
Variasi Konsentrasi Nano Karbon Bambu (gram)
AMK AMB
25
yang tinggi dan pelepasan air dari tisu membuat penguapan tinggi (Bhargva &
Yadav, 2019).
Gambar 9. Pandangan visual absorber mengering pada AMB variasi 6 gram
Pada (Gambar 8) (a) absorber sebelum pengambilan data penelitian mengunakan nano karbon 6 gram dengan metode kapilaritas AMB dan (b) sesudah pengambilan data penelitian AMB. Pada saat 1 jam pengambilan data, bagian atas tengah pada absorber mengalami kering pada lapisan tisu absorber.
pada saat 1 jam 27 menit bagian yang mengering mulai merambat ke bawah absorber. Peneltian ini membuktikan efisiensi alat distilasi sebanding dengan produktivitas air distilasi yang dihasilkan. Penambahan nano karbon bambu pada absorber menunjukan peningkatan efisiensi, dikarenakan nano karbon merupakan bahan material penyimpan panas dan memberikan efek peningkatan temperatur pada komponen absorber. Nano karbon memiliki beberapa keunggulan sebagai rasio luas permukaan terhadap volume yang besar, sifat fisik yang bergantung pada dimensi, dan energi kinetik yang lebih rendah (El- Ghetany et al., 2021).
(A) (B)
26
Gambar 10. Hasil alat distilasi pada AMK dan AMB pada variasi nano karbon arang bambu
Pada (Gambar 9) hasil produktivitas air distilasi dengan variasi konsentrasi nano karbon dan distilasi konvensional. Produktivitas air distilasi terbesar pada distilasi AMB variasi konsentrasi nano karbon arang bambu 1,5 gram sebesar 570 ml . Pada distilasi AMB variasi kosentrasi 0 gram menghasilkan air distilasi 495 ml dan variasi konsentrasi 6 gram menghasilkan 525 ml . Produktivitas air distilasi terendah jatuh pada alat distilasi konvensional (AMK) yaitu sebesar 350 ml . Besarnya produktivitas air distilasi yang dihasilkan disebabkan oleh massa air pada lapisan tisu absorber lebih sedikit dan adanya penambahan nano karbon pada lapisan tisu absorber mampu mempercepat proses penguapan air dan kondensasi uap air akan lebih efektif. Pada alat distilasi AMB konsentrasi nano karbon arang bambu 1,5 gram paling tercepat pengisian air distilasi dibandingkan dengan variasi 0 gram, 6 gram dan distilasi air konvensional (AMK).
Perbadingan produktivitas AMB nano karbon 1,5 gram lebih banyak 220 ml ketimbang alat distilasi konvensional AMK. Hasil air pada variasi nano karbon
350
495
570 525
0 100 200 300 400 500 600
0 1,5 6
Hasil Air (ml)
Variasi Konsentrasi Nano Karbon Bambu (gram)
AMK AMB
27
arang bambu 1,5 gram disebabkan oleh massa air yang dilapisan tisu absorber lebih sedikit dari pada variasi arang bambu 6 gram itu memberikan pengaruh terhadap kecepatan penguapan panas pada absorber.
Gambar 11. Beda temperatur (ΔT) rata-rata pada AMK dan AMB variasi nano karbon arang bambu
Pada Grafik (Gambar 10) menunjukkan rata-rata temperatur (ΔT) pada AMK dan AMB variasi nano karbon. Pada dasarnya salah satu faktor yang mempengaruhi laju proses distilasi yaitu beda temperatur (ΔT). Semakin besar beda temperaturnya maka hasil yang diperoleh semakin banyak pula. Beda temperatur merupakan hasil dari pengurangan temperatur absorber (𝑇𝑎) dengan temperatur kaca (𝑇𝑐). perbedaan tekanan parsial uap yang lebih besar menyebabkan kalor penguapan lebih besar (Mungkasi, 2016). Pada Gambar 10 menunjukan grafik beda temperatur (ΔT) yang terjadi saat penelitian berlangsung. Pada grafik menunjukan nilai ΔT paling tinggi pada distilasi
6,94
3,41
5,32 5,13
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 1,5 6
∆T (◦C)
Variasi Konsentrasi Nano Karbon (gram)
AMK AMB
28
konvensional AMK 6,94 °C yang menghasilkan air distilasi sebesar 350 ml dan paling rendah pada distilasi AMB variasi nano karbon 0 gram yaitu 3,41 °C yang menghasilkan 495 ml. Alat distilasi AMB variasi konsentrasi nano karbon 1,5 mempunyai nila rata-rata ΔT sebesar 5,32 °C yang menghasilkan air distilasi 570 ml dan pada AMB variasi konsentrasi nano karbon 6 gram memiliki nilai rata- rata ΔT 5,13 °C yang meghasilkan air distilasi 525 ml. Perpindahan panas disebabkan oleh konveksi bebas dan koefisien perpindahan panas konveksi dipengaruhi oleh daya apung yang disebabkan oleh perubahan suhu di udara panas (Abujazar et al., 2018).
Gambar 12. Beda temperatur (ΔT) pada alat distilasi AMK dan AMB variasi nano karbon arang bambu
Pada Grafik (Gambar 11) Menunjukan grafik beda temperatur (ΔT) rata-rata.
Semakin tinggi (ΔT) maka semakin cepat uap air berpindah dari absorber ke kaca (Sambada & Ananta, 2020) Pada alat distilasi konvensional AMK memiliki nilai ΔT yang besar tetapi menghasilkan air distilasi yang paling rendah. Hal ini bisa saja terjadi, karena penguapan pada alat distilasi konvensional AMK sangat lambat mempengaruhi pada pengembunan yang akan terjadi juga melambat.
Sehingga embun yang akan menempel di kaca penutup absorber jumlahnya
-6,00 -4,00 -2,00 0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 10,00 12,00 14,00
0 20 40 60 80 100 120 140
∆T (◦C)
Waktu (menit) AMB Tanpa Nano Karbon Konvensional
AMB Nano Karbon Bambu 1,5 gram AMB Nano Karbon Bambu 6 gram
