EFEK MASSA AIR PENDINGIN KACA PADA EFISIENSI
DISTILASI AIR ENERGI SURYA
TUGAS AKHIR
Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Guna Memperoleh gelar Sarjana Teknik (S.T)
Program Studi Teknik Mesin
Disusun Oleh:
YOSUA PANDUNATA DETANUSA NIM : 165214103
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
EFFECT OF COOLING WATER MASS ON THE
EFFICIENCY OF SOLAR ENERGY WATER
DISTILLATION
FINAL PROJECT
As partial fullfilment of requirement
To obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By :
YOSUA PANDUNATA DETANUSA
STUDENT NUMBER : 165214103MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
iii
LEMBAR PERSETUJUAN
Mengesahkan skripsi dengan judul :
EFEK MASSA AIR PENDINGIN KACA PADA EFISIENSI DISTILASI AIR ENERGI SURYA
Yang dipersiapkan dan disusun oleh : YOSUA PANDUNATA DETANUSA
NIM : 165214103
Menyetujui,
Dosen Pembimbing,
iv
EFEK MASSA AIR PENDINGIN KACA PADA EFISIENSI
DISTILASI AIR ENERGI SURYA
Dipersiapkan dan disusun oleh :
NAMA : YOSUA PANDUNATA DETANUSA
NIM : 165214103
Telah dipertahankan di depan Dewan Penguji Pada tanggal _____ juni 2020
Susunan Dewan Penguji Tanda Tangan
Ketua : ... ...
Sekretaris : ... ...
Anggota : ... ...
Skripsi ini telah diterima sebagai salah satu persyaratan Untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik
Yogyakarta ____ Juni 2020 Fakultas Sains dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Dekan
v
LEMBAR PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul:
EFEK MASSA AIR PENDINGIN KACA PADA EFISIENSI DISTILASI AIR ENERGI SURYA
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, ____ Juni 2020
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : Yosua Pandunata Detanusa Nomor Mahasiswa : 165214103
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :
EFEK MASSA AIR PENDINGIN KACA PADA EFISIENSI DISTILASI AIR ENERGI SURYA
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, __ Juni 2020 Yang menyatakan,
vii
ABSTRAK
Kelangkaan dan kesulitan mendapatkan air bersih dan layak pakai menjadi permasalahan yang mulai muncul dibanyak tempat yang salah satunya menimpa masyarakat didaerah terpencil. Distilasi (penyulingan) merupakan salah satu cara memperoleh air bersih menggunakan energi surya. Perbedaan suhu antara
absorber dan kaca penutup menjadi penunjang agar pengembunan berjalan
maksimal. Semakin tinggi selisih suhu antara absorber dan kaca penutup maka pengembunan akan semakin baik. Nantinya penelitian ini akan menggunakan satu alat distilasi jenis kain dengan sekat yang berada pada bagian atas kaca yang digunakan untuk menampung air pendingin kaca. Digunakan 3 variasi untuk penelitian ini yaitu variasi pertama jumlah massa air pendingin kaca tanpa laju aliran dengan perbandingan 0 ml (tanpa air pendingin atau konvensional) dan jumlah massa air pendingin 500 ml. Variasi kedua membandingkan percobaan massa air pendingin kaca dengan laju aliran 2,3 l/jam antara jumlah massa air pendingin di sekat 500 ml dan 250 ml. Variasi ketiga berupa pemanfaatan air pendingin kaca dengan percobaan massa air pendingin kaca tidak dimanfaatkan, dimanfaatkan langsung ke absorber ,dan dimanfaatkan menggunakan APK (Alat Penukar Kalor). Hasil terbaik pada variasi pertama diperoleh distilasi konvensional dengan 0,455l/jam.m² dengan rata-rata efisiensi 31%. Hasil terbaik pada variasi kedua diperoleh oleh percobaan jumlah massa air pendingin 500 ml dengan hasil 0,430 l/jam.m² dan efisiensi rata-rata 33%. Hasil terbaik pada variasi ketiga diperoleh oleh percobaan pemanfaatan air buangan kaca masuk ke
absorber dengan hasil 0,473 l/jam.m² dan rata-rata efisiensi 42%.
viii
ABSTRACT
Scarcity and difficulty in obtaining clean and suitable water are problems that have begun to emerged in many places, one of which is affecting communities in remote areas. Distillation is one way to obtain clean water using solar energy. The temperature difference between the absorber and the cover glass is support for maximum condensation to run. The higher the temperature difference between the absorber and the cover glass, the better the condensation. This research use a wick type distillation tool with a bulkhead located on the top of the glass used to collect the glass water sink. Three variations were used for this research, namely the first variation of the mass of glass cooling water without flow rate with a ratio of 0 ml (without cooling or conventional water) and the amount of mass of cooling water 500 ml. The second variation compares the mass experiment of glass cooling water with a flow rate of 2.3 l/h between the mass of cooling water in bulkhead 500 ml and 250 ml. The third variation in the form of utilization of glass cooling water with the mass experiment of glass cooling water is not utilized. In this variation cooling water also used directly to the absorber and used using APK (Heat Exchanger). The best results in the first variation obtained by conventional distillation with 0.455 l / h.m² with an average efficiency of 31%. The best results in the second variation were obtained by an experiment of the amount of mass of cooling water 500 ml with a yield of 0.430 l / h.m² and an average efficiency of 33%. The best results in the third variation obtained by the experiment of the utilization of glass waste water into the absorber with a yield of 0.473 l / hr.m² and an average efficiency of 42%.
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur saya ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian Skripsi yang berjudul “Efek Massa Air Pendingin Kaca Pada Efisiensi Distilasi Air Energi Surya “ dapat diselesaikan dengan baik.
Penulisan Skripsi ini dilakukan sebagai salah satu syarat bagi mahasiswa Program Studi Teknik Mesin di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta untuk mendapat gelar Sarjana Teknik. Penyusunan Skripsi ini tidak lepas dari bimbingan dan bantuan berbagai pihak, baik material maupun spiritual. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :
1. Bapak Sudi Mungkasi, S.Si, M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Bapak Budi Setyahandana, S.T.,M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
3. Bapak Achilleus Hemawan, S.T., M.Eng., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah banyak memberikan bimbingan, dan dukungan kepada penulis.
4. Bapak Ir. F. A. 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. Ayah (Leonardus Dedi), dan Ibu (Meta Indria Sari) yang telah mendukung penulis dengan memberikan perhatian, semangat, dan doa.
6. Rudolf Kresnata Detanusa saudara penulis yang dengan penuh perhatian memberikan perhatian, semangat, dan dukungan kepada penulis.
x
7. Ida Bagus Krisna Wijaya dan Bernadette Chrestella sahabat penulis yang selalu memotivasi penulis selama proses pengerjaan skripsi. 8. Teman- teman seperjuangan tugas akhir energi surya yang telah
berjuang bersama hingga akhir.
9. Segenap teman-teman angkatan dan keluarga besar Teknik Mesin yang tidak bisa penulis sebutkan satu per satu.
10. Segenap dosen, dan laboran Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, yang telah membagikan pengalaman, dan ilmu yang berharga selama perkuliahan.
11. Staff karyawan Sekertariat Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi yang telah membantu memudahkan proses administrasi, dan kesuksesan penulis.
12. Serta semua pihak dengan tidak mengurangi rasa terima kasih yang tidak dapat kami sebutkan satu per satu.
Penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini masih jauh dari kesempurnaan. Akhir kata penulis memohon maaf jika masih terdapat banyak kekurangan dalam penulisan dan penyusunan skripsi ini, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik dan saran yang membangun demi kesempurnaan penyusunan skripsi ini. Semoga naskah ini dapat menambah informasi pembaca dan membawa kemajuan di bidang teknologi
Yogyakarta, 25 juni 2020
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
COVER 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 I PENDAHULUAN ... 1 1.1. Latar Belakang ... 1 1.2. Identifikasi Masalah ... 2 1.3. Rumusan Masalah ... 2 1.4. Tujuan Penelitian ... 2 1.5. Batasan Masalah ... 3 1.6. Manfaat Penelitian ... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 4
2.1 Penelitian yang pernah dilakukan ... 4
2.2 Landasan Teori ... 5
2.3 Kerangka Penelitian ... 8
2.4 Hipotesis ... 10
BAB III METODE PENELITIAN ... 11
3.1 Skema dan Spesifikasi Alat ... 11
3.2 Parameter yang Divariasikan ... 13
3.3 Langkah Analisis ... 13
3.4 Variabel yang Diukur ... 14
3.5 Peralatan Pendukung Pengambilan Data ... 14
xii
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 16
4.1 Data Penelitian ... 16
4.2 Hasil Perhitungan ... 18
4.3 Pembahasan ... 20
4.3.1 Efek Perbedaan Luasan Kontak Air Pendingin Terhadap Unjuk Kerja Alat Distilasi Energi Surya Kaca Bersekat ... 21
4.3.2 Efek Laju aliran Air Pendingin Terhadap Unjuk Kerja Alat Distilasi Energi Surya Kaca Bersekat... 23
4.3.3 Efek Metode Pemanfaatan Air Buangan Pendingin Kaca Terhadap Unjuk Kerja Alat Distilasi Energi Surya Kaca Bersekat ... 25
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 30
5.1 Kesimpulan ... 30
5.2 Saran ... 30
DAFTAR PUSTAKA ... 32
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Data penelitian distilasi konvensional jumlah massa air di atas sekat 0 ml ... 16 Tabel 2. Data penelitian distilasi dengan jumlah massa air di atas sekat 500 ml . 16 Tabel 3. Data penelitian distilasi jumlah massa air di atas sekat 500 ml dengan
aliran 2,3 l/jam ... 17 Tabel 4. Data penelitian distilasi jumlah massa air di atas sekat 250 ml dengan
aliran 2,3 l/jam ... 17 Tabel 5. Data penelitian distilasi jumlah massa air di atas sekat 250 m dengan
aliran 2,3 l/jam dan pemanfaatan air buangan pendingin kaca masuk
absorber ... 17
Tabel 6. Data penelitian distilasi jumlah massa air di atas sekat 250 ml dengan aliran 2,3 l/jam dan pemanfaatan air buangan pendingin kaca masuk APK ... 18 Tabel 7. Hasil perhitungan distilasi konvensional jumlah massa air di atas sekat 0
ml ... 18 Tabel 8. Hasil perhitungan distilasi dengan jumlah massa air di atas sekat 500 ml ... 19 Tabel 9. Hasil perhitungan distilasi jumlah massa air di atas sekat 500 ml dengan
aliran 2,3 l/jam ... 19 Tabel 10. Hasil perhitungan distilasi jumlah massa air di atas sekat 250 ml dengan aliran 2,3 l/jam ... 19 Tabel 11. Hasil perhitungan distilasi jumlah massa air di atas sekat 250 ml dengan
aliran 2,3 l/jam dan pemanfaatan air buangan pendingin kaca masuk
absorber ... 20
Tabel 12. Hasil perhitungan distilasi jumlah massa air di atas sekat 250 ml dengan aliran 2,3 l/jam dan pemanfaatan air buangan pendingin kaca masuk APK ... 20
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Distilasi air energi surya konvensional jenis absorber kain ... 5
Gambar 2. Distilasi air energi surya dengan kaca bersekat ... 6
Gambar 3. Alat distilasi tanpa massa air pendingin di atas sekat ... 9
Gambar 4. Alat distilasi dengan massa air pendingin di atas sekat ... 9
Gambar 5. Skema alat distilasi air energi surya kaca bersekat 3 dimensi... 11
Gambar 6. Skema alat distilasi air energi surya kaca bersekat 2 dimensi tampak samping ... 12
Gambar 7. Skema alat distilasi air energi surya kaca bersekat 2 dimensi tampak depan ... 12
Gambar 8. Hasil variasi luasan kontak air pendingin dengan kaca penutup tanpa laju aliran ... 21
Gambar 9. Efisiensi rata-rata dari variasi luasan kontak air pendingin dengan kaca penutup tanpa laju aliran ... 22
Gambar 10. Rata-rata suhu absorber dari variasi luasan kontak air pendingin dengan kaca penutup tanpa laju aliran ... 22
Gambar 11. Grafik efisiensi rata-rata dari variasi jumlah massa air dengan laju aliran pendingin kaca 2,3 l/jam ... 24
Gambar 12. Grafik hasil dari variasi jumlah massa air dengan laju aliran pendingin kaca 2,3 l/jam ... 24
Gambar 13. Grafik efisiensi rata-rata dari variasi pemanfaatan air buangan pendingin kaca... 25
Gambar 14. Grafik hasil variasi pemanfaatan air buangan pendingin kaca ... 26
Gambar 15. Grafik kenaikan efisiensi variasi pemanfaatan air buangan pendingin kaca... 27
Gambar 16. Perubahan beda temperatur (ΔT) rata-rata tiap 1 jam pada setiap percobaan ... 28
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang
Kelangkaan dan kesulitan mendapatkan air bersih dan layak pakai menjadi permasalahan yang mulai muncul dibanyak tempat yang salah satunya menimpa masyarakat didaerah terpencil. Sumber air yang ada seringkali sudah terkontaminasi dengan tanah, garam, bahan kimia, logam berat,dan bakteri yang berbahaya jika dikonsumsi serta dapat menyebabkan berbagai penyakit yang dapat membahayakan kesehatan.
Distilasi (penyulingan) merupakan salah satu cara memperoleh air bersih menggunakan energi surya. Energi surya merupakan salah satu Energi Baru Terbarukan (EBT) yang menjadi alternatif pemerintah untuk mengatasi persoalan kelangkaan energi fosil. Keuntungan dari distilasi energi surya ini adalah ramah lingkungan, biaya pembuatan dan perawatan yang murah, serta pengoperasian alat yang mudah karena menggunakan teknologi sederhana. Terdapat banyak jenis alat distilasi tenaga surya. Distilasi tipe bak dan tipe kain merupakan jenis distilasi dengan tingkat efisiensi yang paling tinggi (Mahdi, Smith and Sharif, 2011). Alat distilasi terdiri dari dua komponen utama yaitu absorber dan kaca penutup. Absorber merupakan tempat air kotor ditampung dan diuapkan oleh energi panas yang diterima dari energi surya . Kaca penutup berfungsi sebagai tempat mengembunnya uap air sehingga menghasilkan air murni yang siap dipakai. Perbedaan suhu antara
absorber dan kaca penutup menjadi penunjang agar pengembunan berjalan
maksimal. Semakin tinggi selisih suhu antara absorber dan kaca penutup maka pengembunan akan semakin baik.
Dalam penelitian ini digunakan distilasi jenis kain karena efisiensi distilasi jenis kain ini cukup tinggi. Penulis juga mengembangkan variasi dengan memberikan massa air pendingin di atas kaca penutup dengan tujuan agar air pendingin tersebut dapat mendinginkan kaca dan mengakibatkan proses pengembunan menjadi semakin baik. Penelitian ini akan menggunakan
2
satu alat distilasi jenis kain dengan sekat yang berada pada bagian atas kaca yang digunakan untuk menampung air pendigin kaca. Pada penelitian ini digunakan 3 variasi yaitu variasi pertama jumlah massa air pendingin kaca tanpa laju aliran dengan perbandingan 0 ml (tanpa air pendingin atau konvensional) dan jumlah massa air pendingin 500 ml. Variasi kedua membandingkan percobaan massa air pendingin kaca dengan laju aliran 2,3 l/jam antara jumlah massa air pendingin di sekat 500 ml dan 250 ml. Variasi ketiga berupa pemanfaatan air pendingin kaca dengan percobaan massa air pendingin kaca tidak dimanfaatkan, dimanfaatkan langsung ke absorber dan dimanfaatkan menggunakan APK (Alat Penukar Kalor).
1.2. Identifikasi Masalah
Tidak maksimalnya proses pengembunan yang terjadi pada proses distilasi.
Rendahnya selisih suhu pada absorber dan kaca penutup.
1.3. Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini yaitu:
1. Bagaimana efek luasan kontak air pendingin dengan kaca penutup terhadap efisiensi alat distilasi air energi surya?
2. Bagaimana efek laju aliran pada kaca terhadap perpindahan panas konveksi dan efisiensi alat distilasi air energi surya?
3. Bagaimana perbandingan efisiensi yang dihasilkan dalam metode pemanfaatan air buangan pendingin kaca pada alat distilasi air energi surya?
1.4. Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah :
1. Menganalisis efek luasan kontak air pendingin dengan kaca penutup terhadap efisiensi alat distilasi air energi surya.
3
2. Menganalisis efek laju aliran pada kaca terhadap perpindahan panas konveksi dan efisiensi alat distilasi air energi surya.
3. Menganalisis perbandingan efisiensi yang dihasilkan dalam metode pemanfaatan air buangan pendingin kaca pada alat distilasi air energi surya.
1.5. Batasan Masalah
Agar topik penelitian tidak meluas, dalam penelitian ini penulis membuat batasan-batasan yaitu:
1. Luasan alat distilasi air jenis absorber kain adalah 0,77 m2 , dengan panjang alat 0,7 m , lebar 1,1 m , dan menggunakan sekat aluminium pada kaca sebanyak 20 buah setinggi 2,5 cm.
2. Penelitian dilakukan selama 6 hari selama 8 jam dari pukul 08.00-16.00 WIB.
3. Proses penguapan dan pengembunan dianalisis menggunakan persamaan Darsey-Weisbach.
4. Rugi-rugi akibat gesekan pada aliran air masukan , dan saluran air keluar diabaikan.
1.6. Manfaat Penelitian
Manfaat yang diperoleh dari penelitian ini yaitu:
1. Diperoleh alat distilasi air jenis absorber kain dengan kaca bersekat yang dapat dikembangkan lebih lanjut menjadi prototype, dan nantinya dapat diterapkan dalam masyarakat.
2. Menambah kepustakaan teknologi alat distilasi air energi surya jenis
4
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian yang pernah dilakukan
Distilasi atau penyulingan didefinisikan sebagai pemisah komponen-komponen suatu campuran dari dua jenis cairan atau lebih yang berdasarkan perbedaan tekanan uap dari masing-masing zat tersebut (Guenther, 1987). Di beberapa daerah, sumber air yang ada sudah terkontaminasi garam atau zat lain yang berbahaya bagi kesehatan. Penggunaan alat distilasi air energi surya dapat meningkatkan kualitas hidup dan menaikkan taraf kesehatan (Doddy, Sambada dan I Gusti, 2017). Beberapa penelitian juga mengemukakan faktor-faktor yang mempengaruhi unjuk kerja distilasi air energi surya, antara lain : pengaruh beda temperatur air dalam bak distilasi dengan temperatur kaca (Abdenacer dan Nafila, 2007) , pengaruh tebal dan kemiringan kaca penutup (Panchal, 2011), jumlah energi surya yang diterima alat distilasi (‘Arunkumar’, 2010).
Penelitian mengenai alat distilasi air energi surya jenis bak dan jenis
absorber kain telah dilakukan. Salah satunya adalah penelitian pada alat
distilasi jenis absorber kain bersekat dan jenis bak. Dari penelitian tersebut , diperoleh hasil distilasi maksimum per hari sebesar 4.62 liter/m2 untuk tipe kain bersekat, dan 4.48 liter/m2 untuk tipe bak (Sharon dkk., 2017).
Penelitian lain mengenai distilasi air energi surya tipe kain juga telah dilakukan. Pada penelitian tersebut bertujuan untuk mencari tahu pengaruh dari NaCl terhadap proses distilasi pada eksperimen indoor maupun outdoor. Hasil dari penelitian ini menunjukan bahwa percobaan air dengan kadar NaCl 5% memiliki efisiensi yang lebih kecil sebesar 33,7% . Hasil ini jauh lebih kecil jika dibandingkan dengan percobaan dengan kadar NaCl pada air sebesar 0% yang menghasilkan efisiensi 53,4% (Mahdi, Smith and Sharif, 2011).
5 2.2 Landasan Teori
Distilasi merupakan metode untuk memenuhi kebutuhan manusia akan air bersih yang layak konsumsi (Velmurugan and Srithar, 2007). Maka dari itu distilasi adalah salah satu solusi yang baik dalam memenuhi kebutuhan air bersih yang memanfaatkan energi surya yang keberadaannya tidak akan pernah habis serta ramah lingkungan. Terdapat 2 bagian utama dari alat distilasi yaitu absorber dan kaca penutup.
Gambar 1. Distilasi air energi surya konvensional jenis absorber kain Terdapat juga dua proses utama dalam distilasi yaitu penguapan dan pengembunan. Penguapan merupakan perpindahan panas yang terjadi karena ikatan molekul permukaan air yang melemah dan terlepas ke lingkungan. Sedangkan pengembunan adalah perubahan fase dari uap air menjadi embun (kondensat). Maka dari itu rendahnya efektifitas pengembunan merupakan salah satu masalah yang sering terjadi pada distilasi air energi surya. Efektifitas pengembunan dapat ditingkatkan dengan cara mempertinggi selisih suhu antara absorber dan kaca penutup. Mempertinggi selisih suhu dapat dilakukan dengan menurunkan suhu pada kaca penutup. Pada distilasi konvensional (Gambar 1) , pendinginan pada kaca penutup hanya dilakukan oleh angin saja. Sehingga diperlukan modifikasi pada alat distilasi agar pendinginan kaca penutup tidak hanya oleh angin saja.
6
Gambar 2. Distilasi air energi surya dengan kaca bersekat
Pada alat distilasi seperti di Gambar 2 ini nantinya pompa akan mengalirkan air ke atas kaca penutup dan air akan ditampung oleh sekat-sekat yang berada di atas kaca penutup. Air pendingin ini berguna agar membantu pendinginan kaca demi meningkatkan selisih suhu antara absorber dan kaca penutup dan diharapkan dapat berpengaruh pada pengembunan alat distilasi tersebut.
Distilasi ini menggunakan absorber jenis kain sehingga memanfaatkan prinsip kapilaritas yang dimiliki kain. Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair melalui celah sempit ketika dimasukkan sebagian ke dalam zat cair ( General Matter Banking, 2016). Keunggulan dari penggunaan absorber kain ini adalah dapat mempercepat proses penguapan. Hal ini disebabkan karena jumlah massa air tiap satuan luas
absorber lebih kecil.
Efisiensi distilasi energi surya adalah perbandingan antara jumlah energi yang digunakan selama proses penguapan dengan jumlah total radiasi surya yang datang selama interval waktu tertentu. Efisiensi destilator dapat dihitung dengan persamaan :
7
dengan η adalah efisiensi distilasi, m adalah hasil air distilasi (kg), hfg = panas laten penguapan air (kJ/kg), AD adalah luasan kolektor (m2), dan G
adalah radiasi surya yang datang (W/m2), t adalah lama waktu pemanasan (detik). Adanya energi panas yang hilang melalui sisi absorber. Maka, keseimbangan energi pada air (Jansen, 1985) menghasilkan :
GT = 𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣 + 𝑞𝑟𝑎𝑑 + 𝑞𝑢𝑎𝑝 ⁄ (2)
Sebagian energi panas dari absorber akan dikonveksikan ke kaca. Energi yang dikonveksikan ke kaca dihitung menggunakan persamaan:
𝑞 ) ⁄ (3) dengan qkonv adalah bagian energi surya yang terjadi karena konveksi
(Watt/m2), Tw adalah temperatur air (K) , Tg adalah temperatur kaca penutup
(K), dengan kata lain selisih Tw dan Tg disebut ∆T (oC). Koefisien konveksi
ini dapat dihitung dengan:
⁄ (4)
dengan hkonv adalah koefisien konveksi (Watt/m2. oC). Pw adalah tekanan
parsial uap pada temperatur air , Pg adalah tekanan parsial uap pada
temperatur kaca (N/m2). Energi penguapan (𝑞 dapat dihitung dengan persamaan
𝑞
⁄ (5)
dengan quap adalah konveksi ke lingkungan, (W/m2), hkonv adalah koefisien
konveksi (Watt/m2. oC). Pw adalah tekanan parsial uap pada temperatur air ,
Pg tekanan parsial uap pada temperatur kaca. Energi radiasi kaca ke
lingkungan dihitung menggunakan
q
ra
⁄ (6)
dengan qra adalah radiasi ke lingkungan, (W/m2), σ adalah konstanta
Stefan-Boltzmann (5,67 x 10-2 W/(m2.K4)), T1 adalah temperatur kaca, Tg (oC), T2
8
emisivitas langit, εsky (εsky = 1). Untuk menghitung energi berguna kolektor
dapat menggunakan persamaan :
𝑞 𝑠⁄ (7) dengan mc adalah massa fluida yang dihasilkan (kg), CP adalah kalor spesifik
pada tekanan konstan (kJ/kg. oC), dan ΔT adalah selisih temperatur absorber dengan kaca. qc adalah energi berguna (J/s), Ac adalah luasan distilasi (m2), dan G adalah radiasi surya yang datang (Watt/m2).
2.3 Kerangka Penelitian
Alat distilasi yang digunakan pada penelitian ini adalah distilasi air jenis absorber kain dengan kaca bersekat. Alat distilasi ini merupakan alat distilasi jenis absorber kain yang di atas kacanya ditambahkan sekat sebanyak 20 buah seperti tampak pada Gambar 3. Penambahan sekat di atas kaca dengan tujuan agar sekat dapat menampung air sehingga dapat mendinginkan kaca (Gambar 4). Pendinginan pada kaca dengan air pendingin dapat menyebabkan selisih suhu antara absorber dan kaca pendingin menjadi lebih tinggi sehingga diharapkan pengembunan pada kaca dapat lebih efektif. Untuk mencari hasil terbaik dari penelitian distilasi air jenis absorber kain dengan kaca bersekat, pertama divariasikan jumlah massa air pendingin kaca tanpa laju aliran dengan perbandingan 0 ml (tanpa air pendingin atau konvensional) dan jumlah massa air pendingin 500 ml (Gambar 4). Variasi jumlah massa air pendingin ini untuk mencari tahu pengaruh perbedaan kontak air pendingin dengan kaca penutup.
9
Gambar 3. Alat distilasi tanpa massa air pendingin di atas sekat
Gambar 4. Alat distilasi dengan massa air pendingin di atas sekat
Variasi kedua membandingkan percobaan massa air pendingin kaca dengan laju aliran 2,3l/jam antara jumlah massa air pendingin di sekat 500 ml dan 250 ml. Dalam variasi ini air yang berada di atas sekat terus mengalir dengan harapan agar air pendingin tersebut selalu bersirkulasi setiap waktu dan suhu air secara tidak langsung terjaga tetap dingin sehingga dapat
10
maksimal dalam mendinginkan kaca dan mempengaruhi pengembunan pada proses distilasi tersebut.
Variasi ketiga berupa Pemanfaatan air pendingin kaca dengan percobaan massa air pendingin kaca tidak dimanfaatkan, dimanfaatkan langsung ke absorber dan dimanfaatkan menggunakan APK (Alat Penukar Kalor). Air pendingin kaca yang dihasilkan suhunya akan menjadi lebih hangat akibat menyerap kalor di kaca, hal ini dapat dimanfaatkan langsung dengan cara memasukan air buangan pendingin kaca ke dalam absorber .Air yang hangat tentu saja akan menjadi lebih mudah diuapkan oleh energi surya sehingga dapat mempengaruhi efisiensi dari alat distilasi tersebut. Pemanfaatan air buangan pendingin kaca menggunakan APK juga diharapkan dapat meningkatkan efisiensi distilasi dengan cara memasukan air yang akan masuk ke absorber dan air buangan pendingin kaca di dalam APK. Hal ini dimaksudkan agar terjadi perpindahan kalor dari air buangan pendingin kaca yang hangat ke air yang akan di alirkan menuju absorber agar air yang menuju ke absorber menjadi lebih hangat dan lebih mudah diuapkan pada saat di dalam absorber.
2.4 Hipotesis
1. Perbedaan luasan kontak air pendingin dengan kaca penutup akan mempengaruhi pengembunan.
2. Laju aliran air pendingin kaca akan mempengaruhi pengembunan.
3. Metode pemanfaatan air buangan pendingin kaca akan mempengaruhi efisiensi alat disitilasi air energi surya.
11
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Skema dan Spesifikasi Alat
Alat yang digunakan pada penelitian ini merupakan distilasi air energi surya jenis absorber kain dengan kaca bersekat seperti pada Gambar 5. Distilasi pada penelitian ini terbuat dari multipleks dengan ukuran 1,1 m x 0,7 m. Absorber terbuat dari aluminium dengan ukuran 1 m x 0,6 m. Kaca penutup transparan memiliki ketebalan 3 mm. Di atas kaca terdapat sekat-sekat yang terbuat dari aluminium sebanyak 20 buah dengan ketinggian 2,5 cm. Pengambilan data dilakukan di ruang terbuka selama 6 hari berturut-turut pada pukul 08.00-16.00 WIB
12
Gambar 6. Skema alat distilasi air energi surya kaca bersekat 2 dimensi tampak samping
Gambar 7. Skema alat distilasi air energi surya kaca bersekat 2 dimensi tampak depan
Model distilasi yang digunakan pada penelitian ini (Gambar 7) terdiri dari : (1) pompa 1, (2)pompa 2, (3)kaca bersekat, (4) saluran limbah keluar (5)
13
saluran air hasil distilasi keluar, (6)tempat air pendingin kaca keluar, (7) tempat air masuk ke absorber, (8) bak penampung air menuju absorber .
Pompa 1 akan mengalirkan air dari bak penampung air yang berada di bawah alat distilasi seperti pada Gambar 6 ke dalam absorber untuk diuapkan, dan pompa 2 akan mengalirkan air dari bak penampung air ke sekat-sekat yang berada di atas kaca dengan tujuan mendinginkan kaca. Sekat-sekat yang berada di atas kaca dapat diisi air maksimal sebanyak 500 ml.
3.2 Parameter yang Divariasikan
Pada penelitian ini terdapat beberapa parameter yang akan divariasikan, diantaranya sebagai berikut:
1. Variasi jumlah massa air pendingin kaca tanpa laju aliran dengan perbandingan 0 ml (tanpa air pendingin atau konvensional) dan jumlah massa air pendingin 500 ml.
2. Variasi massa air pendingin kaca dengan laju aliran 2,3 l/jam antara jumlah massa air pendingin di sekat 500 ml dan 250 ml.
3. Variasi pemanfaatan air pendingin kaca dengan percobaan massa air pendingin kaca tidak dimanfaatkan, dimanfaatkan langsung ke absorber dan dimanfaatkan menggunakan APK (Alat Penukar Kalor).
3.3 Langkah Analisis
Secara rinci, analisis yang dilakukan dibagi dalam tiga kelompok sebagai berikut :
1. Menganalisis efek pada alat distilasi air energi surya kaca bersekat dengan perbedaan variasi volume.
2. Menganalisis efek pada alat distilasi air energi surya kaca bersekat dengan laju aliran air pendingin.
3. Menganalisis efek pada alat distilasi air energi surya kaca bersekat dalam perbedaan metode pemanfaatan air buangan pendingin kaca.
14 3.4 Variabel yang Diukur
Variabel yang diukur pada penelitian ini diantaranya sebagai berikut: 1. Temperatur kaca transparan , TK (°C)
2. Temperatur absorber, TA (°C)
3. Volume air yang dihasilkan, m (liter)
4. Jumlah energi surya yang datang, G (watt/m2) 5. Lama waktu pengambilan data, t (detik)
3.5 Peralatan Pendukung Pengambilan Data
Beberapa peralatan untuk mendukung proses pengambilan data di antaranya :
1. Mikrokontroler Arduino, aplikasi software yang digunakan untuk
memonitor dan merekam pembacaan sensor-sensor yang digunakan pada penelitian.
2. Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS), untuk mengukur temperatur di beberapa titik alat penelitian.
3. Sensor Level, untuk mengukur ketinggian air hasil distilasi dalam wadah penampung.
4. Solarmeter, untuk mengukur intensitas energi surya yang datang.
3.6 Langkah Penelitian
Penelitian diawali dengan pembuatan alat distilasi energi surya jenis
absorber kain kaca bersekat, dan berakhir pada analisis data. Secara rinci,
langkah-langkah penelitian adalah sebagai berikut :
1. Mempersiapkan alat distilasi jenis absorber kain kaca bersekat sesuai dengan Gambar 7.
15
a) Variasi jumlah massa air pendingin kaca tanpa laju aliran. Pada variasi ini dibandingkan penggunaan massa air pendingin kaca 0 ml (tanpa air pendingin atau konvensional) dengan jumlah massa air pendingin 500 ml.
b) Variasi massa air pendingin kaca dengan laju aliran 2,3 l/jam antara jumlah massa air pendingin di sekat 500 ml dan 250 ml.
c) Variasi pemanfaatan air pendingin kaca untuk air masukan distilasi dengan percobaan massa air pendingin kaca tidak dimanfaatkan, dimanfaatkan langsung ke absorber dan dimanfaatkan menggunakan APK (Alat Penukar Kalor).
3. Pencatatan data dilakukan tiap 10 detik selama 8 jam dalam temperatur ruangan. Data yang dicatat antara lain : temperatur absorber (TA), temperatur
kaca transparan (TK), energi surya (lampu pemanas) yang diterima alat (G),
dan jumlah air yang dihasilkan (m).
4. Sebelum melakukan pengambilan data untuk setiap variasi, kondisi alat distilasi harus diperiksa dan kotoran yang berada pada sekat kaca harus dibersihkan. Bagian yang perlu diperiksa sebelum melakukan
pengambilan data adalah bagian sekat pada kaca, kedua pompa untuk mengalirkan air, jumlah massa air di bak penampungan air dan sensor. Pemeriksaan pada sensor ini bertujuan untuk memastikan sensor tidak dapat berfungsi dengan baik.
5. Melakukan pengolahan, dan analisis data menggunakan persamaan (1) sampai (7).
16
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penelitian
Berikut ini, dipaparkan hasil pengambilan data yang dilakukan selama 8 jam diluar ruangan. Data tersebut dicatat menggunakan sensor tiap 10 detik selama pengambilan data. Selanjutnya, data yang tercatat dalam sensor diambil nilai rata-rata tiap 1 jam.
Tabel 1. Data penelitian distilasi konvensional jumlah massa air di atas sekat 0 ml
Tabel 2. Data penelitian distilasi dengan jumlah massa air di atas sekat 500 ml
Jam ke Temperatur Absorber
(°C) Temperatur Kaca (°C) Hasil (ml) G (W/m2) 1 39,3 31,4 0 445,5 2 45,6 35,5 144 516,4 3 46,0 35,6 414 525,0 4 46,7 35,4 703 569,8 5 48,6 37,0 1096 614,0 6 46,3 35,7 1428 623,6 7 42,6 33,0 1732 607,2 8 36,6 29,2 1950 561,6 Rata-rata 43,97 34,11 561,6
Jam ke Absorber (°C) Temperatur Temperatur Kaca (°C) Hasil (ml) (W/m G 2)
1 51,2 44,0 0 477,38 2 63,5 54,3 160 585,29 3 68,7 59,3 550 665,35 4 70,4 60,3 1014 717,56 5 68,8 58,4 2065 748,97 6 66,0 55,7 2406 751,23 7 60,5 52,0 2651 725,56 8 51,2 45,2 2800 674,18 Rata-rata 62,53 53,65 674,18
17
Tabel 3. Data penelitian distilasi jumlah massa air di atas sekat 500 ml dengan aliran 2,3 l/jam
Tabel 4. Data penelitian distilasi jumlah massa air di atas sekat 250 ml dengan aliran 2,3 l/jam
Jam ke Absorber (°C) Temperatur Temperatur Kaca (°C) Hasil (ml) (W/mG 2)
1 43,5 33,2 0 470,1 2 49,6 37,0 316 583,6 3 49,8 37,9 755 595,1 4 49,7 37,5 1106 636,5 5 49,9 37,9 1470 677,1 6 48,3 37,3 1900 681,6 7 44,9 35,1 2267 663,9 8 39,2 31,3 2400 618,8 Rata-rata 46,87 35,89 618,8
Tabel 5. Data penelitian distilasi jumlah massa air di atas sekat 250 m dengan aliran 2,3 l/jam dan pemanfaatan air buangan pendingin kaca masuk absorber
Jam ke Temperatur Absorber
(°C) Temperatur Kaca (°C) Hasil (ml) G (W/m2) 1 45,0 34,0 0 493,8 2 51,0 37,9 434 600,4 3 47,3 36,7 1020 546,8 4 45,7 36,0 1436 529,2 5 46,1 36,2 1823 513,3 6 42,9 33,1 1823 490,6 7 48,0 33,5 1823 485,4 8 40,4 29,1 1823 444,3 Rata-rata 45,80 34,55 444,3
Jam ke Absorber (°C) Temperatur Temperatur Kaca (°C) Hasil (ml) (W/mG 2)
1 41,7 32,2 0 469,2 2 46,9 36,1 302 582,8 3 49,4 38,0 659 682,3 4 49,8 38,0 1384 737,0 5 48,7 37,0 2023 766,4 6 47,1 36,1 2397 769,6 7 44,0 34,4 2407 746,9 8 38,0 30,4 2650 696,5 Rata-rata 45,70 35,26 696,5
18
Tabel 6. Data penelitian distilasi jumlah massa air di atas sekat 250 ml dengan aliran 2,3 l/jam dan pemanfaatan air buangan pendingin kaca masuk APK
Jam ke Temperatur Absorber
(°C) Temperatur Kaca (°C) Hasil (ml) (W/m G 2) 1 42,2 32,1 0 456,8 2 45,8 34,7 208 476,6 3 52,4 38,9 428 612,4 4 54,4 40,8 799 687,7 5 53,7 40,9 1127 726,1 6 47,6 37,2 1826 691,6 7 39,5 31,9 2306 631,2 8 34,9 28,9 2350 562,9 Rata-rata 46,31 35,66 562,9 4.2 Hasil Perhitungan
Berdasarkan data-data yang sudah dipaparkan sebelumnya, dilakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan (1) hingga persamaan (7), Secara rinci, hasil perhitungan tersebut adalah sebagai berikut :
Tabel 7. Hasil perhitungan distilasi konvensional jumlah massa air di atas sekat 0 ml
Jam ke ΔT qkonv quap qrad Nilai G md η
°C W/m2 kg/m2 % 1 7,17 0,00 0,00 48,27 477,38 0,00 0% 2 9,21 8,95 135,54 68,81 585,29 0,21 12% 3 9,35 17,70 328,50 73,15 665,35 0,71 23% 4 10,06 19,99 390,66 79,66 717,56 1,32 30% 5 10,43 48,47 885,77 81,33 748,97 2,68 46% 6 10,28 17,52 288,20 78,19 751,23 3,12 45% 7 8,46 15,33 207,84 61,73 725,56 3,44 44% 8 6,06 13,82 128,31 41,08 674,18 3,64 45%
19
Tabel 8. Hasil perhitungan distilasi dengan jumlah massa air di atas sekat 500 ml
Jam ke ΔT qkonv quap qrad Nilai G md η
°C W/m2 kg/m2 % 1 7,82 0,00 0,00 46,91 445,50 0,00 0% 2 10,10 20,08 124,24 63,68 516,35 0,19 12% 3 10,40 37,15 232,78 65,73 524,99 0,54 23% 4 11,29 39,07 249,05 71,54 569,82 0,91 27% 5 11,66 48,16 338,70 75,11 613,98 1,42 31% 6 10,60 45,20 286,17 67,10 623,65 1,85 33% 7 9,62 49,96 263,07 59,07 607,24 2,25 35% 8 7,37 49,06 190,00 43,15 561,57 2,53 38% Tabel 9. Hasil perhitungan distilasi jumlah massa air di atas sekat 500 ml dengan aliran 2,3 l/jam
Jam ke ΔT qkonv quap qrad Nilai G md η
°C W/m2 kg/m2 % 1 9,54 0,00 0,00 58,10 469,20 0,00 0% 2 10,83 39,84 260,45 68,88 582,83 0,39 22% 3 11,40 41,62 306,80 74,04 682,30 0,86 28% 4 11,76 83,55 623,02 76,53 736,96 1,80 40% 5 11,76 78,03 550,18 75,79 766,43 2,63 45% 6 11,02 49,06 322,18 70,15 769,60 3,11 45% 7 9,66 1,50 8,56 60,08 746,94 3,13 40% 8 7,59 50,42 211,55 44,97 696,49 3,44 41%
Tabel 10. Hasil perhitungan distilasi jumlah massa air di atas sekat 250 ml dengan aliran 2,3 l/jam
Jam ke ΔT qkonv quap qrad Nilai G md η
°C W/m2 kg/m2 % 1 10,29 0,00 0,00 63,50 470,07 0,00 0% 2 12,56 37,42 271,25 81,31 583,63 0,41 23% 3 11,97 50,68 377,92 77,86 595,10 0,98 36% 4 12,20 41,13 301,80 79,12 636,52 1,44 37% 5 12,07 41,82 312,49 78,53 677,06 1,91 37% 6 11,04 52,63 370,00 71,09 681,62 2,47 40% 7 9,85 53,10 317,65 61,75 663,90 2,94 42% 8 7,89 25,68 114,99 47,26 618,78 3,12 42%
20
Tabel 11. Hasil perhitungan distilasi jumlah massa air di atas sekat 250 ml dengan aliran 2,3 l/jam dan pemanfaatan air buangan pendingin kaca masuk absorber
Jam ke ΔT qkonv quap qrad Nilai G md η
(°C) W/m2 kg/m2 % 1 11,02 0,00 0,00 68,72 493,85 0,00 0% 2 13,13 48,36 372,44 85,87 600,41 0,56 31% 3 10,69 75,18 504,67 68,34 546,81 1,32 54% 4 9,72 57,28 359,68 61,43 529,20 1,87 59% 5 9,95 52,21 333,25 63,03 513,26 2,37 61% 6 9,77 0,00 0,00 60,11 490,63 2,37 48% 7 14,44 0,00 0,00 91,24 485,36 2,37 6% 8 11,31 0,00 0,00 67,45 444,28 2,37 6%
Tabel 12. Hasil perhitungan distilasi jumlah massa air di atas sekat 250 ml dengan aliran 2,3 l/jam dan pemanfaatan air buangan pendingin kaca masuk APK
4.3 Pembahasan
Setelah dilakukan pengambilan data dan dicari hasil perhitungannya maka seluruh hasil perhitungan pada Tabel 7 sampai Tabel 12 kemudian akan dipaparkan. Oleh karena itu, pada subbab ini pertama-tama menganalisis efisiensi seluruh variasi yang dilakukan pada alat distilasi energi surya jenis
absorber kain kaca bersekat
Jam ke ΔT qkonv quap qrad Nilai G md η
(°C) W/m2 kg/m2 % 1 10,05 0,00 0,00 61,34 456,82 0,00 0% 2 11,17 29,46 179,27 70,17 476,63 0,27 19% 3 13,50 22,98 188,94 89,33 612,44 0,56 20% 4 13,57 34,93 317,70 91,44 687,71 1,04 25% 5 12,84 31,27 280,16 86,28 726,13 1,46 27% 6 10,40 87,93 602,00 66,71 691,60 2,37 38% 7 7,64 90,63 417,50 45,96 631,23 3,00 45% 8 6,01 10,55 38,18 34,82 562,93 3,05 46%
21
4.3.1 Efek Perbedaan Luasan Kontak Air Pendingin Terhadap Unjuk Kerja Alat Distilasi Energi Surya Kaca Bersekat
Gambar 8. Hasil variasi luasan kontak air pendingin dengan kaca penutup tanpa laju aliran
Pada Gambar 8 terlihat bahwa terjadi lonjakan kurva pada pukul 12 siang di percobaan distilasi tanpa massa air pendingin kaca, hal ini disebabkan oleh tingginya energi surya yang datang dan diterima oleh alat distilasi sehingga memaksimalkan proses penguapan yang terjadi pada jam tersebut. Nilai quap yang tinggi (Tabel 7) juga membuktikan tingginya laju
penguapan, hal ini berbanding lurus dengan banyaknya hasil distilasi. Berbanding terbalik dengan quap yang dihasilkan oleh percobaan distilasi
dengan massa air pendingin 500 ml di atas sekat kaca (Tabel 8), kenaikan dan penurunan nilai quap di percobaan tersebut cenderung lebih stabil dan juga
berbanding lurus dengan kurva yang dihasilkan pada Gambar 8.
Jenis embun juga berpengaruh terhadap hasil distilasi yang tiba-tiba langsung meningkat pesat. Jenis embun yang terbentuk pada distilasi konvensional adalah jenis droplet. Embun jenis ini merupakan isolator bagi panas yang masuk, karena embun tidak langsung mengalir ke talang penampung dan bertahan cukup lama di permukaan kaca penutup. Pada keadaan tertentu embun akan terlebih dahulu menumpuk di permukaan kaca dan jatuh ke talang penampung secara bersamaan sehingga terjadi kenaikan drastis pada hasil distilasi secara tiba-tiba.
0 160 550 1014 2065 2406 2651 2800 0 144 414 703 1096 1428 1732 1950 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 8 10 12 14 16 H asi l (m l) Waktu (jam) 0 ml 500 ml
22
Gambar 9. Efisiensi rata-rata dari variasi luasan kontak air pendingin dengan kaca penutup tanpa laju aliran
Pada variasi penelitian ini diperoleh hasil berupa distilasi konvensional memiliki hasil yang 6 % lebih baik sebanyak 0,455 l/jam.m² dengan rata-rata efisiensi 31% daripada dengan air pendingin kaca 500ml sebanyak 0,317 l/jam.m² dengan rata-rata efisiensi 25% seperti yang dipaparkan pada Gambar 9. Hal ini dikarenakan energi surya yang datang dihalangi dan panasnya diserap oleh massa air pendingin yang berada di atas kaca, hal ini menyebabkan absorber tidak terpanasi sepenuhnya oleh sinar matahari .
Gambar 10. Rata-rata suhu absorber dari variasi luasan kontak air pendingin dengan kaca penutup tanpa laju aliran
Gambar 10 memperlihatkan absorber pada percobaan distilasi dengan air pendingin kaca sebanyak 500ml menghasilkan rata-rata suhu yang relatif
31% 25% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 1 ef isien si (%) 0 ml 500ml 62,53 43,97 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 1 Su h u ( °C) 0 ml 500 ml
23
rendah sebesar 43,97°C dibandingkan dengan rata-rata suhu absorber distilasi konvensional (0 ml) sebesar 62,53 °C. Adanya massa air pendingin kaca di setiap sekat mampu menurunkan suhu kaca ,namun hal ini juga berdampak terhadap hasil yang diperoleh dari distilasi tersebut dikarenakan suhu
absorber juga menjadi turun akibat dihalangi oleh massa air pendingin.
4.3.2 Efek Laju aliran Air Pendingin Terhadap Unjuk Kerja Alat Distilasi Energi Surya Kaca Bersekat
Pada variasi jumlah massa air pendingin kaca dengan laju aliran 2,3 l/jam menunjukan bahwa energi surya masih terhalangi oleh massa air pendingin yang berada di atas kaca, hal ini terbukti dari hasil rata-rata temperatur absorber dari percobaan massa air pendingin 500 ml di sekat sebesar 45,7°C dan temperatur kaca sebesar 35,3°C (Tabel 3).
Pada percobaan selanjutnya yaitu percobaan dengan massa air pendingin kaca 250 ml di setiap sekat menghasilkan rata-rata temperatur
absorber 46,9°C dan rata-rata temperatur kaca 35,9 °C (Tabel 4). Temperatur absorber di percobaan ini hanya 1 derajat lebih tinggi daripada percobaan
massa air pendingin 500 ml di setiap sekat. Hal ini membuktikan bahwa energi surya yang datang terhalangi dan panasnya diserap oleh massa air pendingin yang berada di atas kaca. Jumlah air sebanyak 500 ml di setiap sekat juga mengakibatkan tertutupnya seluruh permukaan kaca oleh air sehingga energi surya yang masuk seluruhnya akan terlebih dahulu di melewati massa air pendingin. Namun pada percobaan dengan massa air pendingin 250 ml di setiap sekat, hanya setengah dari bagian kaca yang tertutup air, sehingga hanya sebagian energi surya yang terhalangi dan panasnya terserap oleh massa air pendingin, sebagian lagi dapat langsung menembus kaca menuju absorber. Hal inilah yang menyebabkan rata- rata temperatur absorber dan kaca pada percobaan air dengan massa air pendingin 250 ml di tiap sekat sedikit lebih tinggi daripada percobaan massa air pendingin 500 ml di tiap sekat. Hal ini juga diperkuat dengan bukti bahwa radiasi matahari yang datang pada percobaan massa air pendingin 250 ml di
24
setiap sekat sedikit lebih rendah dibanding saat hari percobaan dengan massa air pendingin 500 ml di setiap sekat, namun pada percobaan dengan massa air pendingin 250 ml di setiap sekat menghasilkan rata-rata suhu absorber yang lebih tinggi (Tabel 4).
Gambar 11. Grafik efisiensi rata-rata dari variasi jumlah massa air dengan laju aliran pendingin kaca 2,3 l/jam
Gambar 12. Grafik hasil dari variasi jumlah massa air dengan laju aliran pendingin kaca 2,3 l/jam
Pada Gambar 11 dan Gambar 12 menunjukan bahwa variasi jumlah massa air pendingin kaca dengan laju aliran 2,3l/jam pada percobaan dengan massa air pendingin 500ml menghasilkan air 0,430 l/jam.m² dan rata- rata
33% 32% 0% 5% 10% 15% 20% 25% 30% 35% 40% 1 Ef is ie n si(% ) 500 ml 250 ml 0 302 659 1384 2023 2397 2407 2650 0 316 755 1106 1470 1900 2267 2400 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 8 9 10 11 12 13 14 15 16 H asi l (m l) Waktu (jam) 500 ml 250 ml
25
efisiensi 33%, 1% lebih banyak dari percobaan massa air 250 ml yang menghasilkan 0,390 l/jam.m² dan efisiensi 32%. Hal ini diakibatkan karena rata-rata intensitas radiasi yang dihasilkan matahari pada hari percobaan air pendingin 500 ml 696,5 W/m², lebih besar dibandingkan percobaan air pendingin 250ml sebesar 618,8 W/m² sehingga mempengaruhi hasil dari distilasi tersebut.
Dari Tabel 9 juga dapat dilihat bahwa nilai quap yang dihasilkan dari
percobaan massa air pendingin 500 ml di setiap sekat mencapai nilai maksimal sebesar 623,02 W/m2 , berbanding terbalik dengan quap yang
dihasilkan dari percobaan massa air pendingin 250 ml di setiap sekat yang hanya menghasilkan quap maksimal 370 W/m2. Dengan demikian dapat
dibuktikan bahwa quap berbanding lurus dengan banyaknya hasil distilasi.
4.3.3 Efek Metode Pemanfaatan Air Buangan Pendingin Kaca Terhadap Unjuk Kerja Alat Distilasi Energi Surya Kaca Bersekat
Gambar 13. Grafik efisiensi rata-rata dari variasi pemanfaatan air buangan pendingin kaca 32% 42% 27% 0% 10% 20% 30% 40% 50% 1 Ef is ie n si (% ) Tidak dimanfaatkan masuk ke absorber masuk APK
26
Gambar 14. Grafik hasil variasi pemanfaatan air buangan pendingin kaca Pada variasi pemanfaatan air buangan pendingin kaca ini , percobaan air buangan pendingin kaca tidak dimanfaatkan dan dimanfaatkan langsung ke APK memiliki efisiensi yang tidak jauh berbeda seperti yang di cantumkan pada Gambar 13 yaitu sebesar 5% dengan hasil pada Gambar 14 sebesar 0,390 l/jam.m² dan efisiensi 32% serta 0,381 l/jam.m² dan efisiensi 27%. Hal ini disebabkan karena rata-rata suhu air yang dihasilkan dari mendinginkan kaca hanya sebesar 33,7°C sehingga pertukaran panas di APK dari air buangan pendingin kaca untuk air yang akan masuk ke dalam absorber tidak terlalu efektif, dapat dilihat dari suhu rata-rata air yang keluar dari APK hanya sebesar 30 °C. Dengan demikian suhu yang dihasilkan tidak cukup untuk membantu mempercepat proses penguapan.
2400 1823 2350 0 500 1000 1500 2000 2500 3000 1 H asi l (m l) Tidak dimanfaatkan Masuk ke absorber Masuk ke APK
27
Gambar 15. Grafik kenaikan efisiensi variasi pemanfaatan air buangan pendingin kaca
Dapat kita lihat pada Gambar 15 ,dari variasi ketiga ini dapat juga kita lihat yang memiliki kenaikan hasil dan efisiensi yang paling cepat adalah percobaan air buangan kaca langsung dimasukkan kedalam absorber dengan rata-rata efisiensi yang didapat mencapai 42%, lebih tinggi dari 2 percobaan lainnya. Hal ini dapat diprediksi bahwa air pendingin kaca yang awalnya dingin menjadi hangat dikarenakan mendinginkan kaca dan saat dimasukan kedalam absorber, hal ini dapat membantu proses penguapan lebih cepat, berbeda dengan percobaan pemanfaatan buangan massa air pendingin kaca masuk APK, pertukaran panas pada APK tidak berjalan efektif akibat suhu yang dihasilkan massa air pendingin kaca tidak terlalu tinggi sehingga tidak berpengaruh terhadap suhu air yang akan masuk ke absorber maka tidak berpengaruh dalam membantu penguapan. Begitu juga dengan massa air pendingin kaca yang tidak dimanfaatkan sehingga suhu air yang akan masuk ke absorber tetap dingin.
Dari tabel 11 juga dapat kita lihat bahwa quap yang dihasilkan dapat
mencapai 504,67 W/m2 pada saat percobaan baru memasuki jam ke 3 proses distilasi sehingga dapat disimpulkan bahwa air hangat yang
berasal dari pemanfaatan buangan massa air pendingin kaca cukup membantu dalam proses penguapan di absorber . Namun pada percobaan ini memiliki kendala yaitu pompa yang tiba-tiba mati saat berlangsungnya percobaan.
0% 10% 20% 30% 40% 50% 60% 70% 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Efis ien si(%) Waktu(jam) tidak dimanfaatkan masuk ke APK masuk ke absorber
28
Gambar 16. Perubahan beda temperatur (ΔT) rata-rata tiap 1 jam pada setiap percobaan
Pada Gambar 16 menunjukan perubahan beda temperatur dari setiap jamnya. Beda temperatur (ΔT) merupakan hasil dari pengurangan temperatur
absorber dengan temperatur kaca (Hayuningtyas & Sambada, 2018). Dapat
kita lihat bahwa massa air pendingin di atas sekat dapat meningkatkan nilai ΔT, dibuktikan dengan nilai ΔT pada semua percobaan dengan massa air pendingin di atas sekat lebih tinggi jika dibandingkan dengan percobaan massa air pendingin kaca di atas sekat 0 ml (konvensional). Nilai ΔT yang besar pada percobaan dengan massa air pendingin di atas kaca seharusnya memiliki penguapan dan pengembunan yang efektif yang akan memiliki hasil distilasi yang lebih baik, namun kenyataannya tidak demikian. Suhu absorber yang tinggi dalam percobaan ini masih mengambil peranan yang sangat penting dalam penguapan air di dalam absorber.
6,00 7,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 8 9 10 11 12 13 14 15 16 Su h u ( °C) Waktu (jam) 0 ml 500 ml
500 ml dengan laju aliran 250 ml dengan laju aliran Dimanfaatkan ke absorber Dimanfaatkan ke APK
29
Gambar 17. Rata-rata suhu absorber pada setiap percobaan
Pernyataan tersebut dibuktikan dengan Gambar 17 memperlihatkan suhu rata-rata dari distilasi dengan massa air pendingin 0 ml di atas sekat (konvensional) memiliki suhu yang lebih tinggi dibandingkan dengan percobaan lainnya. Percobaan distilasi dengan massa air pendingin 0 ml di atas sekat (konvensional) juga memiliki hasil yang lebih tinggi dari percobaan lainnya yaitu sebesar 2800 ml atau 0,455 l/jam.m².
62,53 43,97 45,70 46,87 45,80 46,31 0,00 10,00 20,00 30,00 40,00 50,00 60,00 70,00 1 Su h u ( °C) 0 ml (konvensional) 500 ml
500 ml dengan laju aliran 250 ml dengan laju aliran Dimanfaatkan ke absorber Dimanfaatkan ke APK
30
BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang dilakukan mengenai efek massa air pendingin kaca pada efisiensi alat distilasi air energi surya, diperoleh kesimpulan sebagai berikut :
1. Pada variasi massa air pendingin tanpa laju aliran distilasi konvensional memiliki hasil yang lebih baik diakibatkan energi surya yang masuk tidak terhalangi oleh air di atas sekat dan menghasilkan air sebanyak 0,455l/jam.m² dengan rata-rata efisiensi 31%.
2. Pada variasi jumlah massa air pendingin kaca dengan laju aliran 2,3 l/jam menunjukan bahwa energi surya yang akan masuk masih terhalangi oleh air yang berada di atas sekat namun pada percobaan dengan massa air pendingin 500ml memiliki hasil yang paling baik sebesar 0,430 l/jam.m² dan efisiensi rata-rata 33% diakibatkan oleh intensitas matahari yang datang hari itu lebih tinggi.
3. Dari variasi ketiga air yang lebih hangat jika langsung dialirkan ke dalam
absorber dapat membantu menaikan efisiensi dari alat distilasi sehingga
dapat disimpulkan yang memiliki hasil yang paling baik adalah percobaan dengan pemanfaatan air buangan pendingin kaca langsung masuk ke
absorber dengan rata- rata efisiensi 42% dengan efisiensi perjam tertinggi
yang dihasilkan sebesar 61%.
5.2 Saran
Saran dari penulis untuk memperbaiki penelitian-penelitian berikutnya, antara lain :
1. Melakukan pengecekan sebelum dan sesudah pengambilan data alat distilasi air energi surya.
31
2. Mengecek sensor sebelum, saat, dan setelah melakukan percobaan. Lakukan pengecekan saat percobaan minimal setiap 2 jam agar memastikan sensor selalu berfungsi.
3. Melakukan percobaan pada saat musim kemarau agar saat percobaan berlangsung meminimalisir terjadinya hujan.
32
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W. (1995) Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta: Pradnya Paramita. Cengel, Yunus A., (1998) Heat Transfer: A Practical Approach Boston: McGraw
Hill.
Guenther, Ernest. 1987. Minyak Atsiri, Jilid I. Penerbit Universitas Indonesia Jakarta.
Hayuningtyas, S. W. and Sambada, F. A. R. (2018) ‘Efisiensi Distilasi Jenis
Absorber Kain Menggunakan Kolektor Air Energi Surya’, 2018(November),
pp. 331–336.
Hitesh N panchal, 2011. Effect of Varying glass cover thickness on performence of Solar still: in a winter Climatr Conditions. international Journal Of Renewable Energy Research,1(4),pp.212-223.
Mahdi, J. T., Smith, B. E. and Sharif, A. O. (2011) ‘An experimental wick-type solar still system : Design and construction’, DES. Elsevier B.V., 267(2–3), pp. 233– 238. doi: 10.1016/j.desal.2010.09.032.
Pr. Kaabi Abdenacer, S.N.,2007 . Impact of temperature difference (water-solar collector) on solar-still global efficiency. Desalination, volume 209,p.298-305. Sharon, H. et al. (2017) ‘Experimental performance investigation of tilted solar still
with basin and wick for distillate quality and enviro-economic aspects’,
Desalination. Elsevier B.V., 410, pp. 30–54. doi: 10.1016/j.desal.2017.01.035.
Sodha, M. S. et al. (1981) ‘Simple multiple wick sollar still; Analysis and performance’, Solar Energi, 26(2), pp 127-131. Doi: 10.101/0038-092X(81)90075-X.
33
LAMPIRAN
Lampiran 1. Foto Alat PenelitianAlat distilasi air energi surya dengan kaca bersekat
34
Alat distilasi air energi surya dengan kaca besekat pada saat melakukan percobaan
35 Lampiran 2. Tabel Sifat Air dan Uap Jenuh
36 Lampiran 3 . Tabel Sifat Air (Cair Jenuh)
