Efek kolektor terhadap unjuk kerja distilasi air energi surya jenis absorber kain - USD Repository

(1)

DISTILASI AIR ENERGI SURYA

JENIS

ABSORBER

_KAIN

SKRIPSI

Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai Sarjana Teknik di bidang Teknik Mesin

Disusun oleh :

SEKAR WIDHI HAYUNINGTYAS

NIM : 155214030

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

(2)

TO THE PERFORMANCE OF WICK TYPE

SOLAR ENERGY WATER DISTILLATION

FINAL PROJECT

As Partial Fullfillment of the Requirement

to Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering

Presented by :

SEKAR WIDHI HAYUNINGTYAS

Student Number : 155214030

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii

ABSTRAK

Salah satu cara untuk mendapatkan air bersih adalah melalui penjernihan air menggunakan distilasi air energi surya. Keunggulan dari distilasi air energi surya adalah biaya pembuatan yang murah dan menggunakan teknologi yang sederhana sehingga mudah digunakan. Proses utama dalam distilasi adalah penguapan dan

pengembunan. Air yang akan didistilasi dialirkan ke dalam absorber untuk

dipanaskan dan mengalami penguapan. Lalu uap air tersebut akan naik dan bersentuhan dengan kaca. Karena temperatur bagian luar kaca lebih rendah daripada temperatur di dalam kaca, maka akan terjadi pengembunan dan embun yang dihasilkan merupakan hasil air distilasi. Masalah yang ada saat ini adalah rendahnya efisiensi dan air hasil distilasi. Pada penelitian ini, akan ditambahkan kolektor untuk meningkatkan temperatur air masuk distilasi sehingga mempercepat proses penguapan dan hasil yang diperoleh menjadi lebih banyak. Pada penelitian ini terdapat tiga alat yang akan digunakan yaitu distilasi kain sebagai pembanding dan distilasi kain menggunakan kolektor yang akan divariasikan dengan reflektor

sebagai alat penelitian. Laju aliran air masuk absorber akan divariasikan sebesar

2,4 liter/jam, 3 liter/jam, dan 3,6 liter/jam. Hasil efisiensi tertinggi sebesar 31% diperoleh variasi 2 pada saat digunakan debit 3 liter/jam dengan hasil air distilasi 1,35 liter (3,17 liter/m2.hari). Efisiensi pada saat digunakan kolektor yang diberi

variasi reflektor dengan luas 0,33 m2 sebesar 23% dengan hasil air distilasi 1,33

liter (3,13 liter/m2.hari) dan efisiensi pada saat digunakan kolektor yang diberi

variasi reflektor dengan luas 0,66 m2_{sebesar 16% dengan hasil air 1,40 liter (3,3}

liter/m2_.hari).

(8)

viii

ABSTRACT

One way to get clean water through water purification is using solar energy water distillation. The advantages of solar energy water distillation are the cost of making is cheap and using simple technology so that it is easy to use. The main processes in distillation are evaporation and condensation. The water to be distilled is flowed into the absorber to be heated and subjected to evaporation. Then the water vapor will rise and come into contact with the glass. Because the temperature of the outside of the glass is lower than the temperature inside the glass, condensation will occur meanwhile the moisture produced is the result of distillation water. Current problems are low efficiency and distilled water produced. In this study, will be added the use of a collector to increase the temperature of distillated inlet water so that the evaporation process accelerates and the results obtained become more numerous. In this study there are three tools that will be used, namely wick type distillation as a comparison and wick type distillation using a collector which will be varied with reflector as a research tool. The absorber intake water flow rate will be varied by 2,4 liters/hour, 3 liters/hour, and 3,6 liters/hour. The highest efficiency results of 31% is obtained by variation 2 at the time of discharge of 3 liters/hour with distilled water yield of 1,35 liters (3.17

liters/m2_{.day). The efficiency when used by the collector which is given a variation}

of the reflector with an area of 0.33 m2_{by 23% with the results of distillation water}

1.33 liters (3.13 liters/m2_{.day) and efficiency when used by the collector which is}

given a reflector variation of 0, 66 m2 by 16% with water yield of 1.40 liters (3.3

liters/m2.day).

(9)

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. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains dan

Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.

3. Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T. selaku Dosen Pembimbing Skripsi.

4. Dr. Eng. I Made Wicaksana Ekaputra, selaku Dosen Pembimbing Akademik.

5. Seno dan Ana sebagai orang tua penulis yang selalu memberi semangat dan

dorongan baik berupa materi maupun spiritual.

6. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta atas semua ilmu yang telah diberikan kepada penulis selama perkuliahan.

7. Seluruh Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains

dan Teknologi, yang telah membantu saya selama perkuliahan hingga selesainya penulisan skripsi ini.

8. Teman-teman Kelompok Tugas Akhir Rekayasa Surya yang telah berjuang

bersama.

9. Martinez Yoel, Dea Nugroho Putro, dan Adhika Karunia Putra yang menjadi

(10)

(11)

xi

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ...vi

ABSTRAK ... vii

1.2 Identifikasi Masalah ... 2

1.3 Rumusan Masalah ... 3

1.4 Batasan Masalah ... 3

1.5Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA... 5

2.1 Penelitian Terdahulu ... 5

2.2 Landasan Teori ... 9

(12)

xii

BAB III METODE PENELITIAN ... 13

3.1 Metode Penelitian ... 13

3.2 Langkah Penelitian ... 13

3.3 Skema dan Spesifikasi Alat ... 15

3.4 Variabel yang Divariasikan... 18

3.5 Parameter yang Diukur ... 18

3.6 Alat Ukur yang Digunakan ... 18

3.7 Langkah Analisis Data ... 19

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 20

4.1 Data Penelitian ... 20

4.2 Hasil Penelitian ... 25

4.3 Analisis Efek Temperatur Air Masuk dengan Variasi Debit terhadap Unjuk Kerja Variasi 1, 2, dan 3 ... 33

4.4 Analisis Efek Temperatur Air Masuk dengan Menggunakan Kolektor dan Reflektor terhadap Unjuk Kerja Variasi 3, 4, dan 5... 40

(13)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data rata-rata tiap jam alat penelitian pada variasi 1 ... 20

Tabel 4.2 Data rata-rata tiap jam alat pembanding pada variasi 1 ... 21

Tabel 4.10 Data rata-rata tiap jam distilasi kain pada variasi 5 ... 25

Tabel 4.11 Hasil perhitungan alat penelitian pada variasi 1 ... 26

Tabel 4.12 Hasil perhitungan alat pembanding pada variasi 1 ... 26

Tabel 4.13 Hasil perhitungan alat distilasi pada variasi 2 ... 27

Tabel 4.15 Hasil perhitungan alat peneltian pada variasi 3 ... 28

Tabel 4.21 Perhitungan energi berguna kolektor (qc) dan Ƞc kolektor pada variasi 1 ... 31

(14)

xiv

(15)

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 3.1 Distilasi jenis absorber kain ... 15

Gambar 3.2 Kolektor energi surya pipa seri ... 16

Gambar 3.3 Kolektor energi surya dengan reflektor ... 16

Gambar 3.4 Alat distilasi kain menggunakan kolektor ... 17

Gambar 3.5 Alat distilasi kain dengan kolektor dan reflektor ... 17

Gambar 4.1 Perbandingan efisiensi antara alat penelitian dengan alat pembanding pada variasi 1, 2, dan 3 ... 33

Gambar 4.2. Perbandingan hasil air alat penelitian dengan alat pembanding pada variasi 1,2, dan 3 ... 34

Gambar 4.3 Perbandingan nilai hkonveksi alat penelitian dan alat pembanding terhadap energi surya yang datang pada variasi 1 ... 35

Gambar 4.4 Perbandingan nilai ∆T alat penelitian dan alat pembanding terhadap energi surya yang datang pada variasi 1 ... 36

Gambar 4.5 Perbandingan nilai hkonveksi alat penelitian dan alat pembanding terhadap energi surya yang datang pada variasi 2 ... 37

Gambar 4.6 Perbandingan nilai ∆T alat penelitian dan alat pembanding terhadap energi surya yang datang pada variasi 2 ... 37

Gambar 4.7 Perbandingan nilai hkonveksi.∆T antara alat penelitian dan alat pembanding pada variasi 3, 4, dan 5 ... 38

Gambar 4.8 Perbandingan efisiensi antara alat penelitian dengan alat pembanding pada variasi 3, 4, dan 5 ... 40

Gambar 4.9 Perbandingan hasil air distilasi antara alat penelitian dengan alat pembanding pada variasi 3, 4, dan 5 ... 41

Gambar 4.10 Perbandingan nilai hkonveksi antara alat penelitian dengan alat pembanding pada variasi 4 ... 43

(16)

xvi

Gambar 4.12 Perbandingan nilai hkonveksi antara alat penelitian dengan alat pembanding pada

variasi 5 ... 44

Gambar 4.13 Perbandingan nilai ∆T antara alat penelitian dengan alat pembanding pada

variasi 5 ... 45

Gambar 4.14 Perbandingan nilai rata-rata hkonveksi.∆T antara alat penelitian dengan alat

pembanding pada variasi 3, 4, dan 5 ... 46

Gambar 4.15 Perbandingan nilai rata-rata harian qc kolektor pada variasi 3, 4, dan 5 .... 48

(17)

xvii

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1. Tabel Sifat Air dan Uap Jenuh ... 53

Lampiran 2. Tabel Sifat Air dan Uap Jenuh (Lanjutan) ... 54

Lampiran 3. Gambar Alat Penelitian... 55

(18)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air merupakan kebutuhan dasar manusia yang meningkat seiring dengan

berkembangnya jumlah populasi manusia di dunia. Ketersediaan air yang terbatas

dan semakin banyaknya jumlah manusia menyebabkan terjadinya krisis air bersih.

Kualitas air yang buruk dapat menyebabkan berbagai penyakit yang berujung

kematian.

Akibat penurunan kualitas air, harus dilakukan suatu proses untuk memperoleh

air bersih. Salah satu cara untuk memperoleh air bersih adalah melalui proses

distilasi (penyulingan). Yang terpenting dari proses distilasi adalah adanya sumber

energi panas yang berfungsi untuk menguapkan air. Salah satu sumber energi panas

yang mudah didapat dan tidak terbatas adalah energi surya. Energi surya berfungsi

untuk menguapkan air terkontaminasi didalam alat distilasi. Keuntungan dari

distilasi energi surya ini adalah ramah lingkungan, biaya pembuatan dan perawatan

yang murah, dan pengoperasian alat yang mudah karena menggunakan teknologi

sederhana.

Prinsip kerja distilasi surya adalah dengan menguapkan air terkontaminasi

lalu hasil penguapan tersebut diembunkan. Kotoran akan mengendap pada

permukaan alat, sedangkan uap yang telah mengembun merupakan air bersih yang

diperoleh dari distilasi. Dalam distilasi terdapat dua proses penting yaitu penguapan

(19)

alat distilasi dengan arbsorber kain. Dengan memanfaatkan prinsip kapilaritas kain,

air terkontaminasi akan menyebar ke seluruh permukaan kain dan membentuk

lapisan tipis, sehingga area penguapan akan menjadi lebih besar dan mempercepat

proses penguapan. Selain itu, kaca penutup menjadi salah satu komponen penting

dalam alat distilasi yang berfungsi sebagai tempat pengembunan air yang sudah

diuapkan, kaca juga dapat mencegah energi panas yang sudah masuk ke dalam alat

agar tidak terbuang ke lingkungan.

Unjuk kerja alat distilasi dapat dinyatakan melalui efisiensi dan jumlah air

bersih yang dihasilkan. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi efisiensi distilasi

antara lain, keefektifan absorber dalam menyerap radiasi, keefektifan kaca

absorber dalam proses pengembunan, massa air yang akan didistilasi, dan

temperatur awal air yang akan didistilasi. Permasalahan yang ada saat ini adalah

rendahnya efisiensi dan hasil air distilasi yang disebabkan oleh temperatur air

masuk distilasi yang rendah. Pada penelitian akan digunakan kolektor air energi

surya untuk memanaskan air masuk alat distilasi. Hal ini bertujuan untuk

meningkatkan temperatur air masuk alat distilasi sehingga proses penguapan dapat

lebih cepat dan jumlah air bersih yang diperoleh menjadi lebih banyak. Dalam

penelitian ini juga akan digunakan variasi reflektor yang dipasangkan pada kolektor

untuk menambah luas penyerapan energi surya oleh kolektor.

1.2 Identifikasi Masalah

Pada latar belakang telah dijelaskan bahwa salah satu faktor yang dapat

mempengaruhi efisiensi distilasi adalah temperatur awal air yang akan didistilasi.

(20)

divariasikan dengan reflektor untuk menambah energi matahari yang diterima oleh

kolektor sehingga temperatur air yang dihasilkan maksimal.

1.3 Rumusan Masalah

Distilasi merupakan alat yang digunakan untuk memperoleh air bersih dengan

cara menguapkan terlebih dahulu air yang terkontaminasi, lalu mengembunkan uap

air tersebut dan hasil dari pengembunan merupakan air bersih. Distilasi dibuat

dengan kain sebagai absorber yang merupakan tempat terjadinya proses penguapan

dan kaca penutup sebagai tempat terjadinya pengembunan. Dengan memanfaatkan

sifat kapilaritas yang dimiliki kain, air akan menyebar ke seluruh permukaan kain

secara merata. Sebelum melalui proses distilasi, air dipanaskan terlebih dahulu

dengan kolektor air energi surya. Adapun rumusan masalah pada penelitian ini

adalah bagaimana efek temperatur air masuk terhadap unjuk kerja (efisiensi dan

hasil air) distilasi kain menggunakan kolektor air energi surya?

1.4 Batasan Masalah

Batasan-batasan yang diambil dalam penelitian ini adalah:

1. Alat penelitian berupa 1 perangkat distilasi kain yang selanjutnya disebut

sebagai alat pembanding dan 1 perangkat distilasi kain menggunakan

kolektor air tenaga surya jenis pipa seri yang selanjutnya disebut sebagai

alat penelitian.

2. Debit aliran alat pembanding dibuat tetap sebesar 3,6 liter/jam.

(21)

4. Alat distilasi dipasang dengan kemiringan 15o agar air hasil pengembunan

dapat mengalir menuju penampungan.

5. Temperatur alat yang terukur diasumsikan merata.

1.5 Tujuan dan Manfaat Penelitian

Tujuan dari penelitian ini ini adalah menganalisis efek temperatur air masuk

absorber dengan variasi debit dan efek temperatur air masuk absorber dengan

kolektor yang divariasikan dengan reflektor terhadap unjuk kerja distilasi kain.

Manfaat dari penelitian ini adalah dapat menjadi referensi bagi peneliti lain untuk

melakukan penelitian sejenis dan menambah kepustakaan mengenai teknologi

(22)

5

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Penelitian Terdahulu

Perkembangan alat distilasi sudah dimulai sejak pertengahan abad ke-19, pada

tahun 1872 di Chili tepatnya di Las Salinas telah didirikan pabrik distilasi untuk

memenuhi kebutuhan masyarakat sekitarnya. Pabrik seluas 5000 m2 ini, pada

musim panas dapat menghasilkan 20.000 liter air segar atau dengan kata lain

prestasi dari alat ini adalah 4L/m2 per hari. Pada tahun 1999, di Jayapura dibuat

suatu alat distilasi dengan menggunakan kolektor surya dengan ukuran 100 x 70

cm. Alat ini mampu menghasilkan 705 ml air bersih (1L/m2) per hari pada cuaca

cerah (Holman, J.P., 1991).

Untuk mengetahui kemampuan alat desalinasi tipe solar still dalam menyerap

energi kalor matahari dan penggunaannya dalam proses kondensasi dibuat alat

distiller dengan plat penyerap panas dan kain di dalamnya serta akrilik sebagai

pentransmisian. Sistem kerja berawal dari air diteteskan melalui pipa dan jatuh pada

kain yang akan menyerap air. Radiasi akan memanaskan plat penyerap panas

melalui akrilik kemudian panas plat memanaskan air pada kain hingga menjadi uap

dan menempel pada permukaan dalam akrilik hingga terkondensasi menjadi air

suling. Pengukuran volume alat sebesar 6 liter dengan luasan plat penyerap panas

900 x 550 mm. Alat ini memiliki efisiensi teoritis maksimum 25,10% dan efisiensi

(23)

Untuk membandingkan performansi alat distilasi air laut yang menggunakan

bahan dasar kaca dan bahan dasar papan mika maka dibuat alat distilasi dengan

dimensi luas alat 100 x 40 cm, tinggi dinding 20 cm, dan kemiringan penutup 30o

yang dapat menampung air sebanyak 20 liter. Alat distilasi surya dengan bahan

dasar kaca memiliki hasil lebih banyak dengan rata-rata sebesar 324 mL per hari

(Adhie, dkk., 2017).

Dilakukan penelitian untuk mengetahui kenaikan unjuk kerja alat distilasi bak

dengan menggunakan kolektor yang berfungsi untuk menaikkan temperatur air

masuk ke dalam destilator. Reflektor ditambahkan untuk menaikkan energi surya

yang masuk ke dalam destilator. Hasil tertinggi dalam penelitian ini sebesar 0,85

liter diperoleh pada variasi ketinggian 5 mm destilator menggunakan reflektor.

Semakin kecil ketinggian air di dalam destilator maka hasil yang diperoleh akan

semakin banyak. Hasil efisiensi tertinggi juga diperoleh variasi ketinggian 5 mm

destilator menggunakan reflektor yang memimiliki efisiensi rata-rata sebesar

27,4%. Walaupun ketiga alat ini menerima intensitas surya yang sama, namun

jumlah energi surya yang diterima destilator berbeda. Penggunaan reflektor dan

kolektor merupakan cara untuk meningkatkan hasil air distilasi namun belum tentuk

menaikkan efisiensinya (Puja dan Sambada, 2012).

Matahari sebagai sumber energi tak terbatas memancarkan energi radiasi panas

sebesar 1000 W/m2 pada siang hari berdasarkan Standards Test Conditons (STC).

Air dari tangki penyimpanan akan bersirkulasi tanpa menggunakan pompa

(24)

panas yang terbuat dari tembaga. Hasil dari eksperimen kurang optimal karena

masih terdapat kebocoran pada ruang kolektor (Sidopekso, 2011).

Kaca penutup merupakan komponen penting dalam kolektor yang dapat

mempengaruhi unjuk kerja kolektor. Secara umum diperoleh hasil bahwa dengan

menggunakan dua buah kaca penutup diperoleh hasil efisiensi yang lebih baik

dibandingkan dengan satu kaca penutup. Perbedaan suhu antara digunakan satu

kaca penutup dan dua kaca penutup dapat mencapai 17 o_{C (Tirtoatmodjo dan}

Handoyo, 1999).

Konsentrator paralel semi silindris digunakan untuk meningkatkan penyerapan

kalor, sehingga kinerja pemanas air energi surya semakin meningkat. Dari hasil

penelitian yang dilakukan, diperoleh temperatur tertinggi sebesar 44 oC dengan

radiasi matahari mencapai 1000 W/m2_{dengan efisiensi 13%, sedangkan yang tidak}

menggunakan penyimpan kalor dihasilkan temperatur sebesar 56 oC dengan radiasi

matahari sebesar 1015 W/m2 dengan efisiensi 17,17% (Karman, Surya, dkk., 2015).

Reflector Linear Parabolic Concentrating merupakan alat untuk

mengumpulkan dan memantulkan secara terfokus energi matahari pada absorber.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui energi berguna dari kolektor dan

mengetahui besarnya efisiensi kolektor. Diperoleh hasil besarnya energi berguna

dari reflektor parabolik sebesar 474,65 W, energi yang tersimpan di dalam tangki

maksimum 440,87 W, dan efisiensi sesaat Reflector Linear Parabolic

Concentrating yaitu 16,23 % - 47,01% (Rahman, dkk., 2017).

Tingginya suhu kerja Photovoltaic dapat dimanfaatkan untuk memanaskan air.

(25)

energi surya dengan sel surya sebagai absorber. Alat ini mampu menghasilkan air

dengan temperatur 40 o_{C dengan jumlah sebanyak 50 liter dalam waktu lima jam}

pada saat cuaca cerah (Subarkah dan Belyamin, 2011).

Di dalam kolektor terdapat beberapa komponen diantaranya pipa pemanas

yang berfungsi sebagai media untuk mengalirkan air ke dalam tangki penyimpanan.

Faktor yang dapat mempengaruhi kinerja kolektor antara lain jarak ataupun

diameter belokan pipa. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui perpindahan

panas yang terjadi pada kolektor pemanas air tenaga surya dengan variasi jarak pipa

tembaga. Diperoleh perpindahan panas konveksi paling besar dengan jarak pipa

tembaga 5 cm yaitu 549,73 W pada intensitas matahari tertinggi 723,33 W/m2

dengan efisiensi perubahan suhu sebesar 33,33 % (Susanto dan Irawan, 2017).

Distilasi merupakan proses untuk memisahkan air dengan kandungan

berbahaya yang ada di dalamnya. Distilasi energi surya dapat menjadi salah satu

cara untuk mendapatkan air bersih yang akan sangat berguna di masa depan.

Penggunaan sirip dapat menambah luas area disitilasi sehingga temperatur dan air

hasil distilasi meningkat. Material absorber menjadi salah satu hal yang harus

diperhatikan untuk meningkatkan temperatur dan hasil air distilasi (Mohan, dkk.,

2017).

Untuk mengetahui produktivitas alat distilasi energi surya dibuat tiga alat yaitu

distilasi surya dengan energi pasif, disitilasi surya dengan kolektor, dan distilasi

surya dengana kolektor yang diberi tambahan tabung tembaga untuk mendapatkan

panas laten. Hasil produktivitas distilasi surya dengan kolektor lebih tinggi 42%

(26)

2.2 Landasan Teori

Distilasi merupakan sebuah proses pemisahan air yang terkontaminasi dengan

kontaminannya. Di dalam distilasi, terdapat dua proses utama yaitu penguapan dan

pengembunan. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi terjadinya penguapan

antara lain luas permukaan, lama waktu pemanasan, tekanan dan temperatur air,

sedangkan faktor-faktor yang mempengaruhi pengembunan adalah tekanan dan

temperatur.

Komponen utama dalam alat distilasi adalah absorber sebagai tempat

terjadinya penguapan air dan kaca penutup sebagai tempat terjadinya

pengembunan. Agar terjadi penguapan, absorber harus mampu menyerap panas

matahari sehingga absorber diberi warna hitam karena warna hitam memiliki

kemampuan absorbsivitas panas matahari yang baik. Selain itu, temperatur yang

dimiliki kaca penutup juga berpengaruh terhadap proses pengembunan. Semakin

rendah temperatur yang dimiliki oleh kaca penutup, maka pengembunan juga akan

lebih cepat terjadi.

Dalam penelitian ini digunakan distilasi surya dengan absorber berupa kain.

Distilasi ini memanfaatkan prinsip kapilaritas yang dimiliki kain sehingga air yang

masuk ke dalam alat distilasi akan meresap keseluruh bagian absorber dan

menguap. Kain dapat mengalirkan air ke seluruh bagian absorber sedikit demi

sedikit. Karena lapisan yang terbentuk di absorber merata menyebabkan massa air

yang diuapkan sedikit sehingga penguapan dapat berlangsung dengan lebih cepat.

Temperatur air yang akan didistitlasi dapat mempengaruhi besarnya efisiensi

(27)

kolektor air energi surya. Kolektor bertugas untuk memanaskan terlebih dahulu air

yang akan didistilasi, sehingga temperatur air yang dihasilkan tinggi. Dengan

temperatur air masuk alat distilasi tinggi, maka air dalam absorber tidak

membutuhkan waktu yang lama untuk menguap, sehingga penguapan dapat cepat

terjadi dan hasil yang diperoleh menjadi lebih banyak.

Untuk menambah energi panas yang diterima oleh kolektor, maka kolektor

divariasikan dengan reflektor. Reflektor berfungsi untuk mengumpulkan panas

matahari yang selajutnya akan dipantulkan ke dalam kolektor, sehingga energi

panas matahari yang diterima kolektor menjadi bertambah.

Efisiensi alat distilasi surya didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah

energi yang digunakan dalam proses penguapan air dengan jumlah energi surya

yang datang selama waktu pemanasan (Arismunandar, 1995). Efisiensi distilasi

dapat dihitung dengan persamaan:

𝜂 = 𝑚.ℎ𝑓𝑔

𝐴𝑐.∫ 𝐺.𝑑𝑡₀𝑡 × 100% (1)

Dengan Ƞ adalah efisiensi distilasi (%), m adalah hasil air distilasi (kg), hfg adalah

panas laten penguapan (J/kg), Ac adalah luas alat distilasi (m2), G adalah jumlah

energi surya yang datang (W/m2), dan dt adalah lama waktu pemanasan (detik).

Proses penguapan dari absorber menuju kaca dapat didefinisikan dengan quap

yang merupakan laju penguapan air dari absorber ke permukaan kaca yang dapat

dihitung dengan persamaan:

𝑚 𝑥ℎ_𝑓𝑔= 𝑞_𝑢𝑎𝑝= 16.27𝑥10−3𝑥 𝑞_{𝑘𝑜𝑛𝑣} 𝑥[𝑃𝑤−𝑃𝑐]

(28)

Dengan m adalah hasil air yang diperoleh (kg/m2), hfg adalah panas laten

penguapan (J/kg), qkonv adalah laju perpindahan panas secara konveksi (W/m2), Pw

merupakan tekanan parsial uap air pada temperatur air (Pa), Pc merupakan tekanan

parsial uap air dalam temperatur kaca penutup (Pa), Tw adalah temperatur absorber

(oC), Tc adalah temperatur kaca (oC).

Dalam proses distilasi terjadi perpindahan panas secara konveksi (qkonv) yang

didefinisikan sebagai laju perpindahan panas secara konveksi (W/m2_{) yang dapat}

dihitung menggunakan:

𝑞_{𝑘𝑜𝑛𝑣𝑒𝑘𝑠𝑖} = 𝑞𝑢𝑎𝑝 (𝑇𝑤−𝑇𝑐)

16,27𝑥10−3_{(𝑃𝑤−𝑃𝑐)} 𝑊 𝑚⁄ 2 (3)

Tw merupakan temperatur air dalam absorber (oC), Tc merupakan temperatur kaca

penutup (oC), Pw merupakan tekanan parsial uap air pada temperatur air (Pa), dan

Pc merupakan tekanan parsial uap air dalam temperatur kaca penutup (Pa).

Terdapat juga hkonveksi yang merupakan koefisien konveksi W/m2oC yang dapat

ℎ_{𝑘𝑜𝑛𝑣𝑒𝑘𝑠𝑖}=𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣𝑒𝑘𝑠𝑖

(𝑇𝑤−𝑇𝑐) 𝑊 𝑚⁄ 2°𝐶 (4)

Dalam penelitian ini digunakan kolektor untuk menambah temperatur air

masuk alat distilasi. Efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara

jumlah energi yang digunakan kolektor untuk menaikkan temperatur air terhadap

jumlah energi surya yang datang yang dapat diselesaikan dengan persamaan:

𝜂_𝑐= 𝑞𝑐

(29)

dengan Ƞc merupakan efisiensi kolektor (%), qc adalah energi berguna kolektor

(W/m2_{), Ac adalah luasan kolektor (m}2_{), karena pada penelitian ini digunakan pula}

reflektor maka pada luasan kolektor dapat ditambah dengan luasan aperture

reflektor, dan G merupakan energi surya yang datang (W/m2). Besarnya qc dapat

𝑞_𝑐 = 𝑚_𝑐. 𝐶_𝑝. ∆𝑇 (6)

dengan mc merupakan laju aliran massa fluida (kg/s), Cp merupakan kalor spesifik

pada tekanan konstan (kJ/kg.oC), dan ∆T merupakan selisih temperatur air keluar

dan air masuk kolektor (oC).

2.3 Hipotesis

Berdasarkan penelitian yang pernah dilakukan diperoleh dugaan bahwa

penggunaan kolektor dapat meningkatkan temperatur air masuk absorber sehingga

berpengaruh terhadap unjuk kerja alat distilasi.

(30)

13

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian

Alat distilasi yang digunakan dalam penelitian ini berjumlah dua buah. Satu

alat distilasi merupakan alat distilasi jenis absorber kain tanpa dilengkapi kolektor

yang selanjutnya disebut sebagai alat pembanding. Sedangkan satu alat distilasi

lainnya dilengkapi dengan kolektor dan divariasikan dengan reflektor untuk

selanjutnya disebut sebagai alat penelitian. Penambahan kolektor bertujuan untuk

menaikkan temperatur air masuk ke dalam absorber guna mempercepat proses

penguapan dalam absorber sehingga hasil distilasi yang diperoleh menjadi lebih

banyak. Sedangkan penambahan reflektor bertujuan untuk menambah energi surya

yang masuk ke dalam kolektor agar temperatur dalam kolektor meningkat sehingga

menghasilkan air dengan temperatur tinggi.

Eksperimen dilakukan selama lima hari yang dilakukan di lapangan terbuka.

Pengambilan data diambil selama delapan jam mulai dari pukul 08.00 WIB sampai

dengan pukul 16.00 WIB.

3.2. Langkah Penelitian

Secara rinci langkah penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Menyiapkan dua model distilasi kain yaitu (1) model distilasi dengan

tambahan kolektor pipa seri sebagai alat penelitian dan (2) model distilasi

tanpa tambahan kolektor sebagai alat pembanding.

(31)

3. Mencatat temperatur dalam absorber (Tw), temperatur kaca penutup (Tc),

jumlah air distilasi yang dihasilkan (liter), energi yang datang dari energi

surya (G). Pengambilan data dilakukan selama 3 (tiga) hari.

4. Melakukan pengulangan langkah (2) dan (3) dengan variasi debit aliran air

masuk alat distilasi sebesar 3 liter/jam dan 3,6 liter/jam.

5. Menyiapkan dua model distilasi yaitu (1) model distilasi dengan kolektor

yang divariasikan dengan reflektor sebagai alat penelitian dan (2) model

distilasi tanpa tambahan kolektor dan reflektor sebagai alat pembanding.

6. Mengatur debit aliran air masuk absorber sebesar 3,6 liter/jam.

7. Melakukan pengulangkan langkah (3) selama 2 (dua) hari. Dengan variasi

luas reflektor 0,33 m2 pada hari ke 4 (empat) dan luas reflektor 0,66 m2

pada hari ke 5 (lima).

8. Melakukan analisis yang disertai dengan pembuatan grafik hubungan

massa air yang dihasilkan dengan debit air masuk absorber, dan efisiensi

alat distilasi dengan debit air masuk absorber pada semua variasi yang

(32)

3.3. Skema dan Spesifikasi Alat

Gambar 3.1 Distilasi jenis absorber kain

Bak absorber terbuat dari multiplek 62 x 82 cm dengan ketebalan 4,5 cm.

Absorber terbuat dari plat aluminium dengan tebal 1,5 mm dengan luas absorber

56 x 76 cm. Seperti ditunjukkan pada Gambar 3.1, dinding penampung air dilapisi

dengan karet hitam dengan tebal 3 mm yang digunakan sebagai isolasi. Pemasangan

kain pada absorber dibuat bertingkat untuk memudahkan air mengalir melapisi

seluruh lapisan kain. Absorber ditutup dengan kaca dengan tebal 3 mm. Seluruh

bagian absorber dan kain diberi cat warna hitam untuk memaksimalkan penyerapan

energi surya. Absorber dipasang dengan kemiringan 15o agar hasil air distilasi dapat

(33)

Gambar 3.2 Kolektor energi surya pipa seri

Kolektor terbuat dari multiplek berukuran 62 x 81 cm, dengan ketebalan 4,5

cm dan luas absorber kolektor sebesar 56 x 75 cm. Pipa di dalam kolektor terbuat

dari pipa tembaga yang disusun seri dengan panjang total pipa 3,5 m. Kolektor

ditutup kaca dengan ketebalan 3 mm. Kolektor dipasang dengan kemiringan 30o_.

Seluruh bagian kolektor diberi cat warna hitam.

(34)

Reflektor terbuat dari multiplek dengan ukuran 59 cm x 81 cm. Reflektor

dipasang di sebelah kanan dan kiri kolektor dengan sudut 45o_{. Reflektor dilapisi}

dengan aluminium foil agar pantulan reflektor yang diberikan ke kolektor

maksimal. Pada saat digunakan variasi luasan reflektor 0,33 m2, sebagian luas

reflektor akan ditutup dengan kain terpal untuk menghalangi energi surya yang

masuk.

Gambar 3.4 Alat distilasi kain menggunakan kolektor

(35)

3.4 Variabel yang Divariasikan

Temperatur air masuk divariasikan dengan menggunakan kolektor dan

reflektor. Selain itu, temperatur air masuk juga divariasikan dengan debit air masuk

absorber. Adapun variabel yang divariasikan dalam penelitian ini yaitu variasi 1

dengan debit air masuk absorber 2,4 liter/jam menggunakan kolektor, variasi 2

dengan debit air masuk absorber 3 liter/jam menggunakan kolektor, variasi 3

dengan debit air masuk absorber 3,6 liter/jam menggunakan kolektor, variasi 4

dengan debit air masuk absorber 3,6 liter/jam menggunakan kolektor dan reflektor

dengan luas reflektor 0,33 m2, dan variasi 5 dengan debit air masuk absorber 3,6

liter/jam menggunakan kolektor dan reflektor dengan luas reflektor 0,66 m2_.

3.5. Parameter yang Diukur

Pada penelitian ini parameter-parameter yang akan diukur antara lain hasil air

alat penelitian (m1), hasil air alat pembanding (m3), temperatur air masuk alat

penelitian (Tin1), temperatur air masuk kolektor (Tin2), temperatur air keluar alat

penelitian (Tout1), temperature air keluar kolektor (Tout2), temperatur absorber alat

penelitian (Tw1), temperatur absorber kolektor (Tw2), temperatur absorber alat

pembanding (Tw3), temperatur kaca absorber alat penelitian (Tc1), temperatur kaca

kolektor (Tc2), temperatur kaca alat pembanding (Tc3), dan energi surya yang

datang (G). Temperatur akan diukur dalam satuan oC, hasil air dalam liter, dan

energi surya yang datang dalam satuan W/m2_.

3.6. Alat Ukur yang Digunakan

Berbagai alat ukur digunakan untuk membantu proses pengambilan data,

(36)

1. Etape Sensor digunakan untuk mencatat ketinggian level air hasil distilasi

dari awal hingga akhir, sehingga dapat diambil rata-rata air yang dihasilkan.

2. TDS Sensor digunakan untuk mengukur suhu yang terdapat pada alat

distilasi. Dalam penelitian ini, digunakan total 3 (tiga) sensor dalam

penelitian ini, 2 (dua) sensor untuk alat distilasi dan 1 (satu) sensor untuk

pembanding.

3. Solar meter digunakan sebagai alat ukur radiasi sinar matahari yang

diperoleh alat distilasi.

4. Stopwatch digunakan untuk mengukur lamanya waktu yang diperlukan

dalam pengambilan data.

5. Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume air dalam satuan mL.

6. Arduino 1.8.5 program merupakan program yang digunakan untuk membaca

data yang berasal dari sensor TDS.

3.7. Langkah Analisis Data

Dalam penelitian ini akan dilakukan analisis dengan langkah-langkah sebagai

berikut:

1. Menganalisis efek temperatur air masuk dengan menggunakan kolektor dan

variasi debit air masuk kolektor terhadap unjuk kerja distilasi pada variasi

1, 2, 3

2. Menganalisis efek temperatur air masuk dengan menggunakan kolektor dan

(37)

20

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

Data setiap 10 detik untuk semua parameter yang telah dicatat dirata-rata tiap 1

jam. Rata-rata data tiap jam pada semua variasi dapat dilihat pada Tabel 4.1 hingga

Tabel 4.9 berikut:

Tabel 4.1 Data rata-rata tiap jam alat penelitian pada variasi 1

Jam

Hasil

Temperatur pada distilasi Temperatur pada kolektor

(38)

Tabel 4.2 Data rata-rata tiap jam alat pembanding pada variasi 1

Jam

Hasil

(39)

Jam

Hasil

(40)

Jam

Hasil

(41)

Jam

Hasil

(42)

Tabel 4.10 Data rata-rata tiap jam distilasi kain pada variasi 5

efisiensi (Ƞ). Hasil perhitungan dari data penelitian disajikan pada Tabel 4.11 sampai

(43)

Tabel 4.11 Hasil perhitungan alat penelitian pada variasi 1

Tabel 4.12 Hasil perhitungan alat pembanding pada variasi 1

Waktu Tw3 Tc3 ∆T m3 Rata-rata tiap jam

qkonveksi quap hkonveksi m3

(44)

Tabel 4.13 Hasil perhitungan alat distilasi pada variasi 2

Waktu Tw3 Tc3 ∆T m3

(45)

Tabel 4.15 Hasil perhitungan alat peneltian pada variasi 3

(46)

Waktu Tw3 Tc3 ∆T m3

Rata-rata tiap jam

(47)

Waktu Tw3 Tc3 ∆T m3

Rata-rata tiap jam

(48)

Tabel 4.21 Perhitungan energi berguna kolektor (qc) dan Ƞc kolektor pada variasi 1

Waktu mc G ∆T Cp qc qc _Ƞc

(49)

(50)

4.3 Analisis Efek Temperatur Air Masuk dengan Variasi Debit terhadap Unjuk Kerja Variasi 1, 2, dan 3

Gambar 4.1 Perbandingan efisiensi antara alat penelitian dengan alat pembanding pada variasi 1, 2, dan 3

Gambar 4.1 menunjukkan bahwa efisiensi distilasi alat pembanding lebih besar

dibandingkan dengan efisiensi alat penelitian pada variasi 1, 2, dan 3. Pada variasi 1

dengan laju aliran 2,4 liter/jam, selisih efisiensi antara alat pembanding dengan alat

penelitian sebesar 15%. Pada variasi 2 dengan laju aliran 3 liter/jam, selisih efisiensi

antara alat pembanding dengan alat penelitian sebesar 41%. Pada variasi 3 dengan

laju aliran 3,6 liter/jam, selisih efisiensi antara alat pembanding dengan alat

penelitian sebesar 5%.

Alat pembanding memiliki nilai efisiensi yang lebih tinggi dibanding dengan

alat penelitian disebabkan oleh luas alat distilasi saat menggunakan kolektor lebih

besar daripada saat tidak menggunakan kolektor. Saat dilakukan perhitungan dengan

persamaan (1) nilai Ac yang lebih besar akan memperkecil nilai efisiensi, sehingga

diperoleh nilai efisiensi distilasi kain lebih tinggi daripada distilasi kain

(51)

Gambar 4.2. Perbandingan hasil air alat penelitian dengan alat pembanding pada variasi 1,2, dan 3

Gambar 4.2 menunjukkan perbandingan hasil air antara alat penelitian dengan

alat pembanding pada variasi 1, 2, dan 3. Pada variasi 1 hasil air yang diperoleh alat

penelitian sebesar 0,65 liter (1,53 liter/m2.hari), sedangkan hasil air yang diperoleh

alat pembanding 0,75 liter (1,75 liter/m2_{.hari). Dihasilkan selisih hasil air pada variasi}

1 sebesar 15%. Pada variasi 2 hasil air yang dipveroleh alat penelitian sebesar 1,35

liter (3,17 liter/m2.hari), dan hasil air yang diperoleh alat pembanding sebesar 1,36

liter (3,2 liter/m2.hari). Dihasilkan selisih hasil air antara alat penelitian dengan alat

pembanding sebesar 0,7%. Pada variasi 3 hasil air yang diperoleh alat penelitian

sebesar 0,94 liter (2,2 liter/m2_{.hari), sedangkan hasil air yang diperoleh alat}

pembanding sebesar 0,75 liter (1,77 liter/m2.hari). Selisih hasil air antara alat

penelitian dengan alat pembanding pada variasi 3 sebesar 0,19 liter atau 25%.

Hasil air tertinggi alat penelitian diperoleh variasi 2 dengan debit 3 liter/jam.

Hal ini sebanding dengan efisiensi yang dimiliki oleh alat penelitian pada variasi 2

yang lebih tinggi dibandingkan dengan variasi lainnya, yaitu variasi 1 dan 3. Hal ini

menunjukkan bahwa alat penelitian ini memiliki unjuk kerja maksimal pada variasi

0,0

variasi 1 vairiasi 2 variasi 3

(52)

2 yaitu dengan debit 3 liter/jam. Pada variasi 1 dengan debit 2,4 liter/jam, air akan

lebih lama mengalir pada absorber karena memiliki debit yang rendah. Karena pada

saat air belum memasuki seluruh absorber, di dalam bagian absorber yang tidak

terdapat air tidak akan terjadi penguapan. Penguapan hanya terjadi apabila terdapat

air pada kain yang berfungsi sebagai absorber. Debit air yang rendah menyebabkan

air akan membutuhkan waktu lebih lama untuk menyebar ke seluruh bagian

absorber, sehingga waktu penguapan pun akan lebih lama dan diperoleh hasil

distilasi yang sedikit. Selain itu, juga terjadi kerugian panas karena sebenarnya

absorber mampu untuk memanaskan air namun tidak ada air yang dapat dipanaskan.

Pada variasi 3 dengan debit 3,6 liter/jam, air akan lebih cepat mengalir memenuhi

bagian absorber. Air yang belum menguap justru dapat menyerap panas yang

diterima absorber sehingga membutuhkan waktu penguapan yang lebih lama.

Dengan adanya air yang tidak menguap maka air tersebut akan keluar alat distilasi

dalam bentuk air panas sebagai energi terbuang.

Gambar 4.3 Perbandingan nilai hkonveksi alat penelitian dan alat pembanding

terhadap energi surya yang datang pada variasi 1

(53)

Gambar 4.4 Perbandingan nilai ∆T alat penelitian dan alat pembanding terhadap energi surya yang datang pada variasi 1

Gambar 4.3 dan 4.4 menunjukan bahwa hkonveksi dan ∆T akan meningkat

seiring dengan bertambahnya energi surya yang datang. Gambar 4.3 menunjukkan

nilai hkonveksi alat pembanding lebih tinggi dibandingkan dengan alat penelitian.

Sedangkan pada Gambar 4.4 dapat diketahui bahwa nilai kenaikan ∆T alat penelitian

lebih tinggi dibandingkan dengan alat pembanding. Jika dilihat pada Gambar 4.2,

alat penelitian pada variasi 1 memiliki hasil air distilasi yang lebih rendah

dibandingkan alat pembanding walaupun memiliki nilai kenaikan ∆T yang lebih

tinggi dibandingkan dengan alat pembanding. Hal ini bisa terjadi karena terdapat

kebocoran alat yang tidak diketahui, sehingga walaupun alat telah diberi kolektor dan

memiliki nilai kenaikan ∆T yang lebih tinggi, namun hasil yang diperoleh lebih

rendah. Hal ini menunjukkan bahwa pada variasi 1, proses penguapan dan

pengembunan yang terjadi pada alat pembanding lebih baik dibandingkan dengan

(54)

Gambar 4.5 Perbandingan nilai hkonveksi alat penelitian dan alat pembanding terhadap energi surya yang datang pada variasi 2

Gambar 4.6 Perbandingan nilai ∆T alat penelitian dan alat pembanding terhadap

energi surya yang datang pada variasi 2

Gambar 4.5 menunjukkan bahwa nilai hkonveksi akan meningkat seiring dengan

meningkatnya energi surya yang datang. Nilai kenaikan hkonveksi alat pembanding

lebih tinggi dibandingkan dengan alat penelitian. Sedangkan pada Gambar 4.6 nilai

kenaikan ∆T juga meningkat seiring dengan meningkatnya energi surya yang datang,

(55)

pembanding. Walaupun alat penelitian memiliki kenaikan nilai ∆T yang lebih tinggi

dibandingkan dengan alat pembanding, banyaknya hasil air distilasi dan besarnya

nilai hkonveksi alat pembanding lebih tinggi dibandingkan dengan alat penelitian. Hal

ini memungkinkan terjadi kebocoran uap, sehingga uap keluar ke lingkungan.

Gambar 4.7 Perbandingan nilai hkonveksi.∆T antara alat penelitian dan alat pembanding

pada variasi 1, 2, dan 3

Gambar 4.7 merupakan perbandingan nilai rata-rata harian hkonveksi.∆T antara

alat penelitian dan alat pembanding pada variasi 1, 2, dan 3. Pada variasi 1, nilai

hkonveksi.∆T alat penelitian sebesar 153,72 W/m2, sedangkan nilai hkonveksi.∆T alat

pembanding sebesar 176,74 W/m2. Dihasilkan selisih nilai hkonveksi.∆T pada variasi 1

sebesar 15%. Pada variasi 2, nilai hkonveksi.∆T alat penelitian sebesar 316,39 W/m2,

sedangkan nilai hkonveksi.∆T alat pembanding sebesar 321,61 W/m2_{. Dihasilkan selisih}

nilai hkonveksi.∆T pada variasi 2 sebesar 1%. Pada variasi 3, nilai hkonveksi.∆T alat

penelitian sebesar 220,78 W/m2, sedangkan nilai hkonveksi.∆T alat pembanding

sebesar 177,51 W/m2. Dihasilkan selisih nilai hkonveksi.∆T pada variasi 3 sebesar 24%.

hkonveksi merupakan koefisien perpindahan panas konveksi dari absorber ke air. ∆T

(56)

merupakan selisih antara temperature absorber dan temperatur kaca absorber.

hkonveksi.∆T didefinisikan sebagai laju perpindahan panas konveksi (qkonveksi).

Berdasarkan Gambar 4.7 dan 4.2 dapat diketahui bahwa besarnya hkonveksi.∆T juga

menentukan besarnya hasil air distilasi. Pada variasi 1 dan 2, alat pembanding

memiliki nilai hkonveksi.∆T yang lebih tinggi dibandingkan dengan alat penelitian,

begitupun juga dengan hasil air distilasi alat pembanding yang lebih tinggi

dibandingkan dengan alat penelitian. Hal ini menunjukkan bahwa pada variasi 1 dan

2, alat pembanding memiliki energi konveksi yang lebih baik dibanding dengan alat

penelitian. Alat penelitian pada variasi 2 memiliki nilai hkonveksi.∆T paling tinggi

dibanding dengan alat penelitian pada variasi lainnya. Hal ini menunjukkan bahwa

alat penelitian pada variasi 2, memiliki energi konveksi serta kemampuan penguapan

dan pengembunan yang lebih baik dibandingkan dengan alat penelitian pada variasi

lainnya. Jika dilihat pada Gambar 4.2, alat penelitian pada variasi 2 memiliki hasil

air paling banyak dibandingkan dengan hasil alat penelitian pada variasi lainnya.

Semakin besar nilai hkonveksi.∆T maka hasil air yang diperoleh akan semakin banyak

(57)

4.4 Analisis Efek Temperatur Air Masuk dengan Menggunakan Kolektor dan Reflektor terhadap Unjuk Kerja Variasi 3, 4, dan 5

Gambar 4.8 Perbandingan efisiensi antara alat penelitian dengan alat pembanding

pada variasi 3, 4, dan 5

Berdasarkan pada Gambar 4.8, dapat dilihat bahwa efisiensi alat pembanding

lebih tinggi dibandingkan dengan efisiensi alat penelitian pada variasi 3, 4, dan 5.

Pada variasi 3, alat penelitian menghasilkan efisiensi sebesar 30%, sedangkan alat

pembanding menghasilkan efisiensi sebesar 35%, sehingga selisih efisiensinya

sebesar 15%. Pada variasi 4, alat penelitian menghasilkan efisiensi sebesar 23%,

sedangkan alat pembanding menghasilkan efisiensi sebesar 71%, sehingga

dihasilkan selisih efisiensi sebesar 48%. Pada variasi 5, efisiensi alat penelitian

sebesar 16%, sedangkan efisiensi alat pembanding sebesar 40%, sehingga dihasilkan

selisih efisiensi sebesar 24%. Alat pembanding memiliki efisiensi yang lebih besar

dibanding dengan alat penelitian karena alat pembanding memiliki luasan alat yang

lebih besar. Pada alat pembanding, distilasi tidak diberi tambahan kolektor sehingga

luasan alat yang dimiliki hanya luas absorber. Pada alat penelitian, luas absorber

Variasi 3 Variaisi 4 Variasi 5

(58)

ditambah dengan luasan kolektor sehingga nilai Ac menjadi lebih besar. Pada variasi

4, alat penelitian diberi tambahan kolektor yang divariasikan dengan reflektor dengan

luasan 0,33 m2. Nilai Ac alat penelitian pada variasi 4 berasal dari luas absorber

ditambah dengan luas kolektor dan luas aperture reflektor. Sehingga bila

dibandingkan dengan alat pembanding akan dihasilkan efisiensi alat pembanding

yang lebih besar. Pada variasi 5, alat penelitian diberi tambahan reflektor dengan

luasan 0,66 m2_{. Nilai Ac alat penelitian pada variasi 5 berasal dari luas}_absorber

ditambah dengan luas kolektor dan luas aperture reflektor. Sehingga bila

dibandingkan dengan alat pembanding akan dihasilkan efisiensi alat pembanding

yang lebih besar. Bila alat penelitian pada variasi 3, 4, dan 5 dibandingkan maka akan

diperoleh nilai efisiensi tertinggi sebesar 23% yang dimiliki oleh alat penelitian pada

variasi 4. Alat penelitian pada variasi 4 diberi tambahan reflektor dengan luasan 0,33

m2 sehingga menghasilkan efisiensi yang lebih tinggi dibandingkan dengan alat

penelitian pada variasi 5 yang diberi tambahan reflektor sebesar 0,66m2.

Gambar 4.9 Perbandingan hasil air distilasi antara alat penelitian dengan alat pembanding pada variasi 3, 4, dan 5

0,0

Variasi 3 Variasi 4 Variasi 5

(59)

Berdasarkan Gambar 4.9, alat penelitian pada variasi 3 menghasilkan air

sebanyak 0,94 liter (2,2 liter/m2_{.hari), sedangkan alat pembanding menghasilkan air}

sebanyak 0,75 liter (1,77 liter/m2.hari), sehingga diperoleh selisih hasil air sebesar

25%. Pada variasi 4, alat penelitian mampu menghasilkan air sebanyak 1,33 liter

(3,13 liter/m2.hari), sedangkan alat pembanding menghasilkan air sebanyak 0,97 liter

(2,29 liter/m2.hari), sehingga diperoleh selisih hasil air sebesar 37%. Pada variasi 5,

alat penelitian mampu menghasilkan air sebanyak 1,4 liter (3,3 liter/m2_.hari),

sedangkan alat pembanding menghasilkan air sebanyak 0,98 liter (2,3 liter/m2.hari),

sehingga diperoleh selisih hasil air sebanyak 42%. Hasil air tertinggi diperoleh alat

penelitian pada variasi 5. Pada variasi ini, alat penelitian diberi tambahan kolektor

yang divariasikan dengan reflektor dengan luasan 0,66 m2. Kolektor berfungsi untuk

menaikkan temperatur air masuk absorber. Air yang akan memasuki absorber,

dialirkan terlebih dahulu ke dalam kolektor energi surya untuk dipanaskan. Air

bertemperatur tinggi memiliki masa jenis yang lebih rendah, maka akan terdorong

naik dan dialirkan masuk ke dalam absorber sehingga mempercepat terjadinya

penguapan yang terjadi dalam absorber, karena salah satu faktor yang mempercepat

terjadinya penguapan adalah temperatur awal air. Sedangkan reflektor berfungsi

untuk mengumpulkan dan memantulkan sinar matahari kedalam kolektor sehingga

panas yang diperoleh oleh kolektor menjadi lebih banyak dan temperatur air yang

dihasilkan kolektor menjadi lebih tinggi yang menyebabkan variasi 5 mampu

menghasilkan air hasil distilasi lebih banyak daripada variasi lainnya. Jika

dihubungkan dengan Gambar 4.8 efisiensi alat penelitian tertinggi dimiliki oleh alat

(60)

kolektor dan reflektor dapat meningkatkan hasil air distilasi, namun belum tentu

dengan nilai efisiensinya.

Gambar 4.10 Perbandingan nilai hkonveksi antara alat penelitian dengan alat

pembanding pada variasi 4

Gambar 4.11 Perbandingan nilai ∆T antara alat penelitian dan alat pembanding

pada variasi 4

Gambar 4.10 menunjukkan nilai hkonveksi alat penelitian yang lebih konstan seiring

(61)

pembanding nilai hkonveksi semakin turun seiring dengan bertambahnya energi surya

yang datang. Pada Gambar 4.11 menunjukkan nilai kenaikan ∆T yang meningkat

seiring dengan meningkatnya energi surya yang datang. Alat penelitian memiliki

nilai kenaikan ∆T yang lebih tinggi dibanding dengan alat pembanding. Dengan

kenaikan nilai ∆T distilasi kain menggunakan kolektor lebih tinggi dibanding dengan

distilasi kain, menunjukkan bahwa proses penguapan dan pengembunan yang terjadi

pada alat penelitian lebih baik dibandingkan dengan alat pembanding.

(62)

Gambar 4.13 Perbandingan nilai ∆T antara alat penelitian dengan alat

pembanding pada variasi 5

Gambar 4.12 menunjukkan nilai hkonveksi alat penelitian yang meningkat

seiring dengan meningkatnya energi surya yang datang. Sedangkan pada alat

pembanding nilai hkonveksi menurun seiring dengan meningkatnya energi surya yang

datang. Pada Gambar 4.13 menunjukkan nilai kenaikan ∆T yang meningkat seiring

dengan meningkatnya energi surya yang datang. Pada variasi 5, nilai kenaikan ∆T

alat penelitian lebih baik dibandingkan dengan alat pembanding. Dengan kenaikan

nilai ∆T distilasi kain menggunakan kolektor lebih tinggi dibanding dengan distilasi

kain, menunjukkan bahwa proses penguapan dan pengembunan yang terjadi pada

alat penelitian lebih baik dibandingkan dengan alat pembanding.

(63)

Gambar 4.14 Perbandingan nilai rata-rata hkonveksi.∆T antara alat penelitian dengan alat pembanding pada variasi 3, 4, dan 5

Berdasarkan Gambar 4.14 alat penelitian memiliki nilai hkonveksi.∆T yang lebih

tinggi dibandingkan dengan alat pembanding pada variasi 3, 4, dan 5. Pada variasi 3,

alat penelitian memiliki nilai hkonveksi.∆T sebesar 220,78 W/m2, sedangkan alat

pembanding memiliki nilai hkonveksi.∆T sebesar 177,51 W/m2, sehingga selisih nilai

hkonveksi.∆T pada variasi 3 sebesar 24%. Pada variasi 4 diperoleh nilai hkonveksi.∆T alat

penelitian sebesar 312,81 W/m2, sedangkan alat pembanding memiliki nilai

hkonveksi.∆T. sebesar 231,57 W/m2, sehingga selisih nilai hkonveksi.∆T pada variasi 4

sebesar 35%. Pada variasi 5 diperoleh nilai hkonveksi.∆T alat penelitian sebesar 330,12

W/m2, sedangkan alat pembanding memiliki nilai hkonveksi.∆T sebesar 230,49 W/m2,

sehingga selisih nilai hkonveksi.∆T pada variasi 5 sebesar 43%.

hkonveksi.∆T dapat didefinisikan sebagai laju aliran konveksi (qkonveksi). Alat

penelitian memiliki laju aliran konveksi yang lebih tinggi dibandingkan alat

pembanding, karena energi panas yang diterima oleh alat penelitian lebih banyak

karena adanya penambahan kolektor. Sama halnya dengan alat penelitian ketika

0

Variasi 3 Variaisi 4 Variasi 5

(64)

dilengkapi reflektor memiliki lebih banyak energi panas yang diterima akibat

penambahan reflektor. Maka dapat diketahui bahwa energi konveksi yang dimiliki

oleh distilasi kain menggunakan kolektor dan reflektor lebih tinggi dibanding dengan

distilasi kain.

Nilai hkonveksi.∆T alat penilitian tertinggi diperoleh pada variasi 5, hal ini sesuai

jika dihubungkan dengan Gambar 4.9. Pada Gambar 4.9 diketahui bahwa alat

penelitian pada variasi 5 memiliki hasil distilasi yang lebih tinggi dibandingkan

dengan alat penelitian pada variasi 4. Hal ini disebabkan pada variasi 5 digunakan

reflektor dengan luas 0,66 m2 yang divariasikan pada kolektor. Sementara itu, pada

variasi 4, hanya digunakan reflektor dengan luas 0,33 m2_{. Pada variasi 5 mendapat}

luasan energi surya yang lebih banyak dibandingkan dengan variasi 4, sehingga

kolektor paada variasi 5 menghasilkan air dengan temperatur lebih tinggi

dibandingkan dengan variasi 4. Penguapan yang terjadi dalam absorber pada variasi

5 juga lebih cepat sehingga dihasilkan air yang lebih banyak. Besarnya laju aliran

konveksi mempengaruhi hasil air distilasi. Semakin tinggi laju alirana konveksi,

(65)

4.5 Analisis Energi Berguna Kolektor (qc) pada variasi 1, 2, 3, 4, dan 5

Gambar 4.15 Perbandingan nilai rata-rata harian qc kolektor pada variasi 1, 2, 3, 4, dan 5

Gambar 4.16 Perbandingana nilai rata-rata harian G pada variasi 1, 2, 3 4, dan 5

Pada Gambar 4.15 dapat diketahui bahwa nilai qc pada variasi 1 sebesar 36,87

W, pada variasi 2 sebesar 34,53 W, pada variasi 3 sebesar 68,08 W, pada variasi 4

sebesar 104,75 W, dan pada variasi 5 sebesar 81,21 W. Dapat dilihat nilai qc tertinggi

dimiliki oleh variasi 4 yaitu pada saat kolektor divariasikan dengan reflektor dengan

luas 0,33 m2. Besarnya nilai qc yang dimiliki kolektor seharusnya juga

Variasi 1 Variasi 2 Variasi 3 Variasi 4 Variasi 5

36,87 _34,53

Variasi 1 Variasi 2 Variasi 3 Variasi 4 Variasi 5

(66)

terbanyak justru dimiliki oleh variasi 5 yaitu pada saat kolektor divariasikan dengan

reflektor dengan luas 0,66 m2_{. Berdasarkan persamaan (6), besarnya nilai qc}

dipengaruhi oleh laju aliran fluida, Cp, dan ∆T. Jika dilihat pada Tabel 4.24 dan Tabel

4.25 variasi 4 memiliki nilai rata-rata ∆T harian yang lebih besar dibandingkan

dengan variasi 5. Dan jika dihubungkan dengan Gambar 4.16, nilai rata-rata harian

G pada variasi 5 lebih tinggi dibandingkan dengan variasi 4. Hal ini memungkin kan

terjadinya penurunan debit pada variasi 5, sehingga nilai qc yang dihasilkan variasi

5 lebih rendah bila dibandingkan dengan variasi 4, walaupun memiliki hasil air

(67)

50

BAB 5

PENUTUP

5.1 KESIMPULAN

Berdasarkan analisis yang telah dilakukan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut:

1. Dengan variasi debit yang diberikan, diperoleh hasil efisiensi tertinggi alat

penelitian sebesar 31% diperoleh variasi 2 pada saat digunakan debit 3 liter/jam dengan hasil air distilasi 1,35 liter (3,17 liter/m2.hari). Pada variasi 1 dengan debit 2,4 liter/jam, diperoleh efisiensi alat penelitian sebesar 23% dengan hasil air distilasi sebesar 0,65 liter (1,53 liter/m2.hari). Pada variasi 3 diperoleh efisiensi alat penelitian 30% dengan hasil air 0,94 liter (2,2

liter/m2.hari). Debit air masuk absorber yang digunakan tidak boleh terlalu

besar maupun terlalu kecil.

2. Efisiensi pada saat digunakan kolektor yang diberi variasi reflektor dengan

luas 0,33 m2 sebesar 23% dengan hasil air distilasi 1,33 liter (3,13

liter/m2.hari) dan efisiensi pada saat digunakan kolektor yang diberi variasi

reflektor dengan luas 0,66 m2 sebesar 16% dengan hasil air 1,40 liter (3,3

liter/m2.hari). Penggunaan reflektor dapat meningkatkan hasil air distilasi.

5.2 SARAN

1. Pada penelitian selanjutnya disarankan menggunakan alat ukur yang lebih baik dan presisi agar data yang dihasilkan dapat lebih valid dan minim kesalahan.

(68)

DAFTAR PUSTAKA

[1] Arismunandar, W. 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta. PT Pradnya

Paramita.

[2] Astawa, K., Suciptam, M. 2011. Analisa Performansi Distilasi Air Laut Tenaga Surya Menggunakan Penyerap Radiasi Surya Tipe Bergelombang Berbahan Dasar Beton. Bali : Jurnal Ilmiah Teknik Mesin Cakra.M. Vol 5 No. 1, pp 7-13.

[3] Dewantara, I. G. Y., Suyitno B. M., Lesmana, I. G. E. 2018. Desalinasi Air Laut Berbasis Energi Surya sebagai Alternatif Penyediaan Air Bersih. Jakarta : Jurnal Teknik Mesin (JTM). Vol. 07. No. 1 [3] Gusti Ketut Puja, I dan Rusdi Sambada. 2012. Unjuk Kerja Distilasi Air Energi

Surya. Jogjakarta : Jurnal Energi dan Manufaktur. Vol. 5 No. 1, pp 82-88.

[4] Holman, J.P. Alih Bahasa Ir. E. Jasjfi, M.Sc. 1991. Perpindahan Kalor. Erlangga

[4] Jain, Sandeep dan Satish Prajapati. 2015. Solar Distillation

System.International Journal of Mechanical Engineering and Technology. Vol. 6 No. 11, pp 154-157.

[5] Karman, F. F., Surya, A. G. N., Ekaputri, T. S., Herdianto, Firman. 2015. Penyimpanan Energi Panas untuk Meningkatkan Kinerja Pemanas Air Tenaga Surya dengan Konsentrator Semi Silindris. Semarang : Prosiding SNSD ke- 6, pp 19-22.

[6] Mohan, I., Yadav, S., Panchal, H., Brahmbatt, S., . 2017. A review on solar still : A Simple Desalination Technology to obtain Potable Water. India : International Journal of Ambient Energy.

(69)

[8] Rahman, S., Kahar, Rusdi, M. 2017. Analsis Kinerja Pemanas Air Tenaga Surya dengan Reflector Linear Parabolic Concentrating. Kutai Timur : Jurnal Pertanian Terpadu Jilid 3 Nomor 2, pp 66-74.

[9] Salim, R. D., Al-Asadi, J. M. 2015. Design and Manufacture Three Solar

Distillation Units and Measuring Their Productivity. Iraq : Science Journal of Energy Engineering, pp 6-10.

[10] Sidopekso, Satwiko. 2011. Studi Pemanfaatan Energi Matahari sebagai

Pemanas Air. Jakarta : Berkala Fisika. Vol. 14, pp 23-26.

[11] Subarkah, B., Belyamin. 2011. Pemanas Air Energi Surya dengan Sel Surya sebagai Absorber. Jakarta : Politeknololgi Vol. 10 No. 3, pp 225-231.

[12] Susanto, H., Irawan, D. 2017. Pengaruh Jarak antar Pipa pada Kolektor

terhadap Panas yang Dihasilkan Solar Water Heater (SWH).

Lampung : TURBO Vol. 6 No. 1, pp 84 – 91.

[13] Tirtoadmodjo, R., Handoyo, E. A., 1999. Unjuk Kerja Pemanas Air Jenis

(70)