i
UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA
ABSORBER KAIN BERSEKAT MENGGUNAKAN
KOLEKTOR PIPA PARALEL
TUGAS AKHIR
Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Guna memperoleh gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Disusun Oleh : WAHYU SETYAJI
NIM : 155214069
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
PERFORMANCE OF SOLAR WATER DISTILATION
WITH WICK PARTITION ABSORBER USING
PARALLEL PIPE COLLECTOR
FINAL PROJECT
Asked Like One To drive a Bachelor of Engineering degree Mechanical Engineering Study Program
Presented by : WAHYU SETYAJI
NIM : 155214069
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
UNIVERSITY OF SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
v
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR
Dengan ini saya menyatakan dengan sesunguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul :
UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA ABSORBER
KAIN BERSEKAT MENGGUNAKAN
KOLEKTOR PIPA PARALEL
Yang dibuat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Starta-1, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi , Universitas Sanata Dharma. Sejauh yang saya ketahui bukan merupakan tiruan dari tugas akhir atau penelitian yang sudah dipublikasikan di Universitas Sanata Dharma maupun di Perguruan Tinggi manapun. Kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 26 November 2018 Penulis
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma
Nama : Wahyu Setyaji
Nomor Mahasiswa : 155214069
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul :
UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA ABSORBER
KAIN BERSEKAT MENGGUNAKAN
KOLEKTOR PIPA PARALEL
Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak 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 yang saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 26 November 2018 Yang menyatakan
vii
ABSTRAK
Air bersih merupakan keperluan sehari-hari masyarakat terutama untuk minum dan memasak. Sumber air yang ada sering terkontaminasi dengan tanah, garam (air laut), logam berat, bakteri atau bahan lain yang merugikan. Air dalam kondisi ini dapat merugikan kesehatan jika digunakan untuk minum atau memasak, untuk itu air tersebut harus dijernihkan lebih dahulu. Banyak cara untuk menjernihkan air yang terkontaminasi, salah satunya dengan cara distilasi. Proses distilasi air memerlukan energi panas untuk menguapkan air yang terkontaminasi sebelum diembunkan dan menghasilkan air jernih. Energi panas untuk proses distilasi dapat berasal dari berbagai sumber, salah satunya adalah energi surya. Pada distilasi hanya ada dua proses yang terjadi yaitu proses penguapan dan pengembunan. Pada penelitian kali ini peneliti akan memperbaiki proses penguapan pada alat distilasi kain bersekat yaitu dengan menambahkan kolektor sebagai pemanasan awal air yang akan didistilasi. Pada penelitian ini terdapat tiga alat yang akan digunakan yaitu alat distilasi kain sebagai pembanding, serta alat distilasi kain bersekat dan alat distilasi kain bersekat menggunakan kolektor pipa paralel sebagai alat penelitian. Laju aliran air masuk pada alat pembanding diatur sebesar 1,8 liter/jam dan pada pada alat penelitian divariasikan sebesar 1,2 liter/jam, 1,8 liter/jam, dan 2,4 liter/jam. Kenaikan hasil air alat distilasi kain bersekat pada variasi laju aliran 1,8 liter/jam adalah sebesar 0,05 liter/0,42m2.8jam atau sebesar 5,6 %, sedangkan pada variasi laju aliran 1,2 liter/jam dan 2,4 liter/jam hasil air alat distilasi kain bersekat lebih kecil dibandingkan dengan alat distilasi kain. Hasil air alat distilasi kain bersekat menggunakan kolektor lebih tinggi dibandingkan dengan alat distilasi kain, pada laju aliran 1,2 liter/jam selisih hasil air sebesar 19 % dan pada laju aliran 1,8 liter/jam sebesar 28%. Dengan menggunakan kolektor pada alat distilasi kain bersekat didapatkan kenaikan hasil air pada laju aliran 1,8 liter/jam sebesar 16,2 % dan pada laju aliran 1,2 liter/jam sebesar 42,2 %.
viii
ABSTRACT
Clean water is a daily necessity for the community, especially for drinking and cooking. The existing water sources are often contaminated with soil, salt (sea water), heavy metals, bacteria or other harmful substances. Water in this condition can be detrimental to health if used for drinking or cooking, for that water must be cleared first. There are many ways to purify contaminated water, one of which is by distillation. The water distillation process requires heat energy to vaporize contaminated water before it is condensed and produces clear water. Heat energy for the distillation process can come from various sources, one of which is solar energy. In distillation there are only two processes that occur, namely the process of evaporation and condensation. In this research, the researcher will improve the evaporation process in the distillation wick of insulated cloth, namely by adding the collector as the initial heating of the water to be distilled. In this study there are three tools that will be used, namely cloth distillation as a comparison, and a distillation apparatus of insulated cloth and distillation cloth wick using parallel pipe collectors as a research tool. The rate of flow of water in the comparator is set at 1.8 liters/hour and the research device varied by 1.2 liters/hour, 1.8 liters/hour, and 2.4 liters/hour. The increase in water yield of the sealed cloth distillation apparatus at a flow rate variation of 1.8 liters/hour is 0.05 liters/0.42m2.8hours or 5.6%, while the flow rate variations are 1.2 liters/hour and 2, 4 liters/hour of water produced by distillation of insulated wick is smaller than that of cloth distillation. The water yield of the insulated distillation apparatus uses a collector higher than the cloth distillation apparatus, at a flow rate of 1.2 liters/hour the water yield difference is 19% and at a flow rate of 1.8 liters/hour by 28%. Using the collector on the insulated cloth distillation apparatus obtained an increase in water yield at a flow rate of 1.8 liters/hour at 16.2% and at a flow rate of 1.2 liters/hour at 42.2%.
ix
KATA PENGANTAR
Puji syukur senantiasa penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, atas segala berkat dan karunia-Nya, sehingga tugas akhir ini dapat terlaksana dengan lancar serta penulis dapat menyelesaikan naskah tugas akhir yang berjudul “Unjuk Kerja Distilasi Air Energi Surya Absorber Kain Bersekat Menggunakan
Kolektor Pipa Paralel”. Tugas akhir ini disusun sebagai syarat kelulusan pada Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
Penyusunan tugas akhir ini tidak lepas dari bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terimakasih kepada :
1. Tuhan Yang Maha Esa.
2. Keluarga tercinta Antonius Sunardi (ayah), Yulia Dwi Sugini (ibu), Martinus Andri (kakak), dan Veronica Ana Maria (kakak) yang telah memberikan doa dan dukungan yang diberikan baik secara moral maupun material yang tak ternilai harganya.
3. Bapak Sudi Mungkasi, S.Si, M.Math.Sc., Ph.D selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
4. Bapak Ir. PK. Purwadi, MT., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
5. Bapak Ir. Franciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T., selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu dan memberikan bimbingan dalam proses pengerjaan tugas akhir ini.
6. Bapak Doddy Purwadianto, M.T., Selaku dosen pembimbing akademik yang telah memberikan dukungan selama proses pengerjaan tugas akhir ini. 7. Seluruh dosen dan laboran Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, yang telah memberikan pengetahuan selama kuliah.
x
9. Teman dan sahabat : Dimas Hanung Pamungkas, Winih Arga Christian, Natanael Simamora, Natan Andang Pratiwan, Daniel Pakpahan, Robertus Landung, Albertus Sigit Adrianto, Julianto Tomas Geraldo, Andriana Nathalia, Gregorius Widyatmoko, Albertus Satrio, Deo, dan teman-teman kelas surya serta teman-teman teknik mesin yang tidak dapat saya sebutkan satu per satu.
10.Semua pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu secara langsung maupun tidak langsung yang telah memberikan dukungan.
xi
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
ABSTRAK ... vii
1.2 Identifikasi Masalah ... 4
1.3 Rumusan Masalah ... 4
1.4 Batasan Masalah ... 5
1.5 Tujuan dan Manfaat Penelitian ... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Penelitian Terdahulu ... 6
2.2 Landasan Teori ... 7
xii
BAB III METODE PENELITIAN ... 17
3.1 Metodologi Penelitian ... 17
3.2 Langkah Penelitian ... 20
3.3 Skema dan Spesifikasi Alat ... 21
3.4 Variabel yang Divariasikan ... 23
3.5 Parameter yang Diukur ... 24
3.6 Alat Ukur yang Digunakan ... 24
3.7 Langkah Analisis Data... 25
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data rata-rata tiap jam distilasi kain pada variasi 1 ... 26
Tabel 4.2 Data rata-rata tiap jam distilasi kain bersekat pada variasi 1 ... 27
Tabel 4.3 Data rata-rata tiap jam distilasi kain pada variasi 2 ... 27
Tabel 4.4 Data rata-rata tiap jam distilasi kain bersekat pada variasi 2 ... 28
Tabel 4.5 Data rata-rata tiap jam distilasi kain pada variasi 3 ... 28
Tabel 4.6 Data rata-rata tiap jam distilasi kain bersekat pada variasi 3 ... 29
Tabel 4.7 Data rata-rata tiap jam distilasi kain pada variasi 4 ... 29
Tabel 4.8 Data rata-rata tiap jam distilasi kain bersekat pada variasi 4 ... 30
Tabel 4.9 Data rata-rata tiap jam distilasi kain pada variasi 5 ... 30
Tabel 4.10 Data rata-rata tiap jam distilasi kain bersekat pada variasi 5 ... 31
Tabel 4.11 Efisiensi dan hasil air distilasi kain dan distilasi kain bersekat ... 33
Tabel 4.12 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain pada variasi 1 ... 33
Tabel 4.13 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain bersekat pada variasi 1 ... 34
Tabel 4.14 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain pada variasi 2 ... 34
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema alat distilasi air yang umum ... 8
Gambar 2.2 Distilasi air energi surya jenis absorber bak ... 9
Gambar 2.3 Distilasi Air Energi Surya Jenis Absorber Kain... 10
Gambar 2.4 Distilasi air jenis perpaduan ... 12
Gambar 2.5 Aliran air dalam absorber ... 16
Gambar 3.1 Tahapan dan langkah-langkah penelitian ... 19
Gambar 3.2 Distilasi air jenis kain bersekat... 21
Gambar 3.3 Kolektor pipa paralel ... 22
Gambar 3.4 Alat distilasi air energi surya kain bersekat menggunakan kolektor pipa paralel ... 23
Gambar 4.1 Perbandingan efisiensi antara distilasi kain dengan distilasi kain bersekat pada variasi 1, 2, dan 3 ... 39
Gambar 4.2 Perbandingan hasil air antara distilasi kain dan distilasi kain bersekat pada variasi 1, 2, dan 3 ... 40
Gambar 4.3 Perbandingan hkonv terhadap energi surya yang datang pada variasi 1 ... 42
Gambar 4.4 Perbandingan ΔT terhadap energi surya yang datang pada variasi 1 ... 42
Gambar 4.5 Perbandingan hkonv terhadap energi surya yang datang pada variasi 2 ... 44
Gambar 4.6 Perbandingan ΔT terhadap energi surya yang datang pada variasi 2 ... 44
Gambar 4.7 Perbandingan hkonv terhadap energi surya yang datang pada variasi 3 ... 46
Gambar 4.8 Perbandingan ΔT terhadap energi surya yang datang pada variasi 3 ... 46
xv
Gambar 4.10 Perbandingan hasil air distilasi kain dengan distilasi kain
bersekat pada variasi 4 dan 5 ... 48 Gambar 4.11 Perbandingan hasil air tiap jam antara distilasi kain
dengan distilasi kain bersekat pada variasi 4 ... 49 Gambar 4.12 Perbandingan ΔT tiap jam antara distilasi kain dengan
distilasi kain bersekat pada variasi 4 ... 50 Gambar 4.13 Perbandingan hasil air tiap jam antara distilasi kain
dengan distilasi kain bersekat pada variasi 5 ... 51 Gambar 4.14 Perbandingan ΔT tiap jam antara distilasi kain dengan
distilasi kain bersekat pada variasi 5 ... 52 Gambar 4.15 Perbandingan hkonv terhadap energi surya yang datang
pada variasi 4 ... 53 Gambar 4.16 Perbandingan ΔT terhadap energi surya yang datang pada
variasi 4 ... 53 Gambar 4.17 Perbandingan hkonv terhadap energi surya yang datang
pada variasi 5 ... 54 Gambar 4.18 Perbandingan ΔT terhadap energi surya yang datang pada
variasi 5 ... 55 Gambar 4.19 Grafik perbandingan qc terhadap energi surya yang datang
pada variasi 4 dan 5 ... 56 Gambar 4.20 Perbandingan energi berguna distilasi kain dengan distilasi
kain bersekat pada variasi 4 dan 5 ... 57 Gambar 4.21 Perbandingan energi berguna distilasi kain dengan distilasi
kain bersekat tanpa adanya penambahan qc ... 58
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Gambar Alat Distilasi Kain dan Distilasi Kain Bersekat ... 65
Lampiran 2. Gambar Alat Ukur yang Digunakan ... 66
Lampiran 3. Tabel Sifat Air dan Uap Jenuh ... 67
1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia yang digunakan terutama untuk minum. Tidak semua daerah di Indonesia mempunyai sumber air yang layak konsumsi, seperti di pulau Nipah (Kepulauan Riau) mengalami kesulitan air bersih (garudamiliter.blogspot.com). Sumber air yang ada sering kali telah terkontaminasi dengan tanah, garam (air laut) atau bahan lain. Air dalam kondisi tersebut dapat mengganggu kesehatan jika digunakan secara langsung, untuk itu air tersebut harus dijernihkan terlebih dahulu. Salah satu cara yang dapat digunakan untuk memperoleh air bersih dari air yang terkontaminasi adalah dengan distilasi air. Dalam distilasi air hanya ada dua proses yang di lakukan yaitu penguapan dan pengembunan. Faktor-faktor yang mempengaruhi terjadinya proses penguapan di antaranya adalah memperluas permukaan zat cair, meniupkan udara
di atas permukaan, mengurangi tekanan dan memanaskan zat cair. Sedangkan
faktor-faktor yang mempengaruhi pengembunan antara lain adalah suhu, tekanan dan kelembaban. Proses distilasi air dimulai dari penguapan air kotor (air terkontaminasi) kemudian mengembunkan kembali uap tersebut. Uap yang berasal dari air kotor tidak membawa zat-zat yang mencemarinya sehingga air yang dihasilkan dari pengembunan uap ini sudah layak untuk dikonsumsi.
Pada proses penguapan air kotor diperlukan energi panas, Salah satu sumber energi panas yang murah dan mudah didapat di Indonesia adalah energi surya. Alat
BAB I
distilasi air energi surya terdiri dari 2 (dua) komponen utama yakni absorber dan
penutup kaca. Absorber berfungsi sebagai tempat air kotor yang akan didistilasi
sekaligus sebagai penyerap energi surya. Penutup kaca berfungsi untuk mencegah
energi panas dari energi surya yang sudah masuk ke dalam kotak distilasi tidak
mudah terbuang ke lingkungan. Penutup kaca juga berfungsi sebagai tempat
mengembunnya uap dari proses penguapan air kotor.
Unjuk kerja suatu alat distilasi energi surya ditentukan oleh jumlah air bersih
yang dapat dihasilkan, unjuk kerja kolektor dan unjuk kerja destilator. Banyak
faktor yang mempengaruhi jumlah air distilasi yang di hasilkan diantaranya:
keefektifan absorber dalam menyerap energi surya, keefektifan kaca dalam
mengembunkan uap air, jumlah massa/volume air yang terdapat pada alat distilasi,
luas permukaan air yang akan didistilasi, lama waktu pemanasan, dan temperatur
air yang masuk kedalam alat distilasi. Absorber harus terbuat dari bahan dengan
absorbtivitas energi surya yang baik, untuk meningkatkan absorbtivitas umumnya
absorber dicat dengan warna hitam. Kaca penutup tidak boleh terlalu panas karena
jika kaca terlalu panas maka uap akan sukar untuk mengembun. Jumlah
massa/volume air dalam alat distilasi tidak boleh terlalu banyak karena akan
memperlama proses penguapan. Tetapi jika massa/volume air dalam alat distilasi
terlalu sedikit maka alat distilasi akan mudah rusak karena terlalu panas (umumnya
kaca penutup akan pecah). Temperatur air yang masuk alat distilasi harus di
usahakan sudah tinggi. Semakin tinggi temperatur air yang masuk maka proses
penguapan akan semakin cepat dan air distilasi yang di hasilkan akan semakin
digunakan untuk membuat temperatur air menjadi tinggi adalah dengan pemanasan
awal air yang akan di distilasi misalnya dengan menggunakan kolektor plat datar
pipa paralel. Unjuk kerja alat distilasi yang mengunakan kolektor plat datar pipa
paralel di Indonesia belum banyak sehingga masih perlu dilakukan penelitian
tentang hal ini.
Permasalahan yang ada dalam distilasi air energi surya adalah masih
rendahnya unjuk kerja. Hal tersebut disebabkan karena kurang efektifnya proses
penguapan dan pengembunan. Jenis distilasi yang banyak dipakai adalah jenis
absorber bak dan jenis absorber kain. Jenis absorber bak adalah jenis distilasi yang
paling sederhana tetapi unjuk kerja yang dihasilkan jenis ini termasuk yang
terendah. Rendahnya unjuk kerja distilasi jenis absorber bak disebabkan jumlah
massa air yang cukup banyak di bak mengakibatkan proses penguapan tidak cepat
berlangsung. Jenis absorber kain bersekat mempunyai unjuk kerja yang lebih baik
dibandingkan jenis absorber bak. Hal tersebut disebabkan pada jenis absorber kain
bersekat air yang akan di distilasi dialirkan pada kain dan tertampung pada sekat
sehingga akan menghasilkan lapisan air yang tipis pada kain dan menyebabkan air
lebih cepat menguap. Proses penguapan ini akan semakin cepat jika air yang di
alirkan pada kain dan tertampung pada sekat bertemperatur tinggi, maka
sebelumnya air yang didistilasi akan dipanaskan terlebih dahulu dengan kolektor
1.2 Identifikasi Masalah
Dalam latar belakang telah dijelaskan bahwa pada alat distilasi air energi
surya, hanya ada dua proses yang terjadi yaitu penguapan dan pengembunan. Proses
penguapan di antaranya dipengaruhi oleh waktu dan temperatur. Waktu pemanasan
dan penguapan dapat diperlama dengan sekat dan pengaturan laju aliran.
Temperatur dapat di naikkan dengan kolektor dan pengaturan laju aliran. Pada
penelitian ini akan diteliti laju aliran yang menghasilkan unjuk kerja terbaik pada
alat distilasi kain bersekat menggunakan kolektor paralel. Dalam penelitian ini lama
waktu pemanasan akan divariasikan dengan penambahan kain, sekat, dan
pengaturan laju aliran air masukan. Temperatur air masukan alat distilasi kain
bersekat akan di variasi dengan menggunakan kolektor.
1.3 Rumusan Masalah
Berdasarkan dari pemaparan identifikasi masalah dapat dirumuskan rumusan
masalah sebagai berikut:
1. Bagaimana efek temperatur air masukan terhadap unjuk kerja (efisiensi
dan hasil air) distilasi kain bersekat?
2. Bagaimana efek laju aliran (hkonv dan ΔT) terhadap unjuk kerja distilasi
1.4 Batasan Masalah
Agar topik tidak meluas penulis membatasi penelitian. Batasan-batasan
masalah yang diterapkan dalam penelitian ini adalah:
1. Alat distilasi kain dengan laju aliran 1,8 l/jam digunakan sebagai
pembanding
2. Temperatur absorber dan kaca di asumsikan merata
3. Luasan alat distilasi kain dan distilasi kain bersekat sebesar 0,42 m2,
dan luasan kolektor sebesar 0,43 m2
4. Proses penguapaan dan pengembunan dianalisis menggunakan
persamaan Darcy Weisbach
1.5 Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan dari penelitian adalah menganalisis efek laju aliran air masuk dan
temperatur air masukan alat distilasi terhadap unjuk kerja relatif antara alat distilasi
kain dan distilasi kain bersekat.
Manfaat yang diperoleh dari penelitian adalah :
1. Dapat dikembangkan untuk membuat prototype dan produk teknologi
alat distilasi air energi surya, sehingga membantu memenuhi kebutuhan
air bersih masyarakat khususnya di daerah yang kesulitan air bersih.
2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terdahulu
Beberapa penelitian tentang faktor yang mempengaruhi unjuk kerja alat
distilasi air enegi surya diantaranya: Pengaruh temperatur sekitar, jumlah energi
surya yang diterima alat distilasi [1]. Pengaruh bahan dan bentuk absorber [2],
pengaruh tebal dan kemiringan kaca penutup [3], pengaruh ketinggian air di bak air
[4], pengaruh kondensor pasif eksternal maupun internal pada distilasi [5].
Penelitian pendinginan kaca pada alat distilasi air energi surya jenis absorber kain
dengan kaca tunggal mendapatkan adanya laju alir massa air pendingin optimum
sebesar 1,5 m/s dibawah atau di atas nilai optimum tersebut akan menyebabkan
turunnya unjuk kerja [6]. Penelitian yang sama pada jenis konvensional dengan
kaca tunggal mendapatkan bahwa dengan mengikut sertakan efek penguapan unjuk
kerja dapat naik sampai 20% [7]. Penelitian pendinginan kaca pada jenis
konvensional dengan cara penyemprotan air dapat menaikkan unjuk kerja 15,7%
sampai 31,8% dengan interval penyemprotan 20 dan 10 menit [8]. Penelitian
pendinginan kaca pada jenis konvensional dengan mevariasikan laju alir massa air
pendingin antara 100 ml/menit sampai 1800 ml/menit mendapatkan nilai optimum
laju aliran pada 250 ml/menit dan menghasilkan kenaikkan unjuk kerja sebesar
30,5% [9]. Keuntungan alat distilasi energi surya sebagai penjernih air diantaranya
tidak memerlukan biaya tinggi dalam pembuatannya, pengoperasian dan
perawatannya mudah [10]. Alat distilasi air laut energi surya menggunakan arang
BAB II
sebagai absorber sekaligus sebagai sumbu menghasilkan efisiensi 15% diatas alat
distilasi jenis sumbu. Pada penelitian ini alat distilasi diposisikan miring dan air laut
dialirkan dari satu sisi alat kesisi lain yang lebih rendah [11]. Penelitian alat distilasi
energi surya menggunakan penyimpan panas dengan material berubah fasa
menghasilkan air distilasi 4,536 l/m2 dalam 6 jam atau setara dengan efisiensi
36,2%. Material penyimpan panas yang digunakan adalah air, lilin parafin dan
minyak parafin. Dengan menggunakan bahan penyimpan panas alat distilasi ini
dapat bekerja siang dan malam [12]. Penelitian alat distilasi surya satu tingkat
menggunakan aspal sebagai penyimpan panas dapat bekerja siang dan malam.
Efisiensi yang dihasilkan sampai 51%. Proses distilasi pada malam hari
memberikan kontribusi sebanyak 16% dari total air distilasi yang dihasilkan. Alat
distilasi ini dilengkapi dengan penyembur air [13]. Penelitian alat distilasi energi
surya jenis kolam tunggal seluas 3 m2 di Amman, Jordania menggunakan campuran
garam, pemberian warna lembayung dan arang untukmeningkatkan daya serap air
terhadap energi surya menghasilkan peningkatan efisiensi sebesar 26% [14].
2.2 Landasan Teori
Dalam distilasi air hanya ada dua proses yang dilakukan yaitu penguapan dan
pengembunan. Faktor-faktor yang dapat mempengaruhi terjadinya proses
penguapan air diantaranya adalah luasan permukaan, lama waktu pemanasan, dan
temperatur air. Sedangkan faktor-faktor yang mempengaruhi proses pengembunan
antara lain adalah suhu, tekanan, dan kelembaban. Komponen utama yang terdapat
penutup (Gambar 2.1). Bak air juga berfungsi sebagai absorber yakni sebagai
penyerap energi surya untuk memanasi air yang akan di distilasi. Kaca penutup juga
berfungsi sebagai kondenser yang berfungsi mengembunkan uap air. Bagian lain
yang umum terdapat pada alat distilasi adalah saluran masuk air terkontaminasi dan
saluran keluar air bersih. Komponen penting lainnya adalah pengatur jumlah massa
air dalam alat distilasi agar tidak terlalu banyak dan konstan.
Gambar 2.1 Skema alat distilasi air yang umum
Distilasi air energi surya jenis absorber bak (Gambar 2.2) dan distilasi air
energi surya jenis absorber kain (Gambar 2.3) merupakan dua jenis alat distilasi air
energi surya yang banyak digunakan untuk mendapatkan air layak minum dari air
yang terkontaminasi. Proses penguapan air yang terkontaminasi dan proses
pengembunan uap air merupakan dua proses utama pada alat distilasi air energi
surya. Pada proses penguapan air yang terkontaminasi bagian yang menguap hanya
pada proses pengembunan uap air akan dihasilkan air bersih yang layak diminum.
Proses penguapan pada distilasi air energi surya terjadi di absorber dan proses
pengembunan terjadi di kaca penutup. Semakin tinggi temperatur kaca maka proses
pengembunan akan semakin buruk begitu juga sebaliknya, semakin rendah
temperatur kaca maka proses pengembunan akan menjadi lebih baik
Gambar 2.2 Distilasi air energi surya jenis absorber bak
Keunggulan distilasi air energi surya jenis absorber bak diantaranya: tidak
memerlukan pengaturan aliran air masukkan dan tidak ada kerugian energi panas
karena keluarnya air yang tidak menguap dari alat distilasi. Sedangkan
kelemahannya adalah unjuk kerja distilasi jenis absorber bak merupakan yang
terendah dibandingkan distilasi jenis lainnya, misalnya jenis absorber kain.
Rendahnya unjuk kerja pada distilasi air energi surya jenis absorber bak
diantaranya disebabkan proses penguapan yang kurang efektif. Kurang efektifnya
absorber. Selain itu, posisi absorber yang tidak sejajar dengan kaca penutup
menyebabkan terjadinya efek bayangan pada permukaan air sehingga jumlah energi
surya yang dapat diterima menjadi berkurang.
Gambar 2.3 Distilasi Air Energi Surya Jenis Absorber Kain
Keunggulan distilasi air energi surya jenis absober kain adalah proses
penguapan yang lebih baik dibandingkan jenis absorber bak. Hal tersebut
disebabkan karena jumlah massa air tiap satuan luas absorber yang jauh lebih kecil
dibandingkan jenis absorber bak. Selain itu posisi absorber yang sejajar dengan
kaca penutup menyebabkan jumlah energi surya yang diterima jenis absorber kain
lebih besar dibandingkan jenis absorber bak. Kelemahan distilasi jenis absorber
energi panas yang keluar alat distilasi karena tidak semua air terkontaminasi yang
dialirkan di absorber dapat menguap. Air yang tidak menguap akan keluar sebagai
air panas dan ini merupakan kerugian energi panas yang cukup besar.
Distilasi jenis perpaduan (Gambar 2.4) yang di tambah sekat memiliki
keunggulan dari jenis distilasi sebelumnya, keunggulannya adalah penguapan yang
lebih baik disebabkan jumlah massa air tiap satuan luas absorber yang jauh lebih
kecil. Selain itu posisi absorber yang sejajar dengan kaca penutup menyebabkan
jumlah energi surya yang diterima jenis absorber kain lebih besar, dan yang
terpenting adalah tidak adanya kerugian energi panas yang keluar alat distilasi hal
ini karena disebabkan oleh sekat yang terpasang pada absorber kain, sekat
berfungsi sebagai penahan air pada absorber agar air yang mengalir pada alat
distilasi ini tidak terbuang mengalir, kain berfungi sebagai media untuk menambah
laju kecepatan penguapan, karena jumlah massa air tiap satuan luas diperkecil
dengan kain maka membuat proses penguapan akan lebih cepat, sementara itu air
akan selalu merembes ke dalam kain karena memanfaatkan sifat kapilaritas, dengan
Gambar 2.4 Distilasi air jenis perpaduan
Efisiensi alat distilasi energi surya didefinisikan sebagai perbandingan antara
jumlah energi yang digunakan dalam proses penguapan air dengan jumlah
energi surya yang datang selama waktu tertentu (Arismunandar, 1995). Efisiensi
alat distilasi dengan menggunakan kolektor terdiri dari efisiensi sensibel kolektor
dan efisiensi laten destilator. Efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan
antara jumlah energi yang dipakai untuk menaikkan temperatur sejumlah massa air
dalam kolektor terhadap jumlah energi yang datang. Efisiensi kolektor dapat
dihitung dengan persamaan:
Dengan ηc
adalah
efisiensi kolektor (%), qc adalah energi berguna kolektor(Watt/m2), Ac adalah luasan kolektor (m2), dan G adalah energi surya yang datang
(Watt/m2). Pada alat distilasi yang menggunakan kolektor energi panas yang
diberikan kolektor sangat membantu dalam proses penguapan air didalam absorber.
Semakin besarnya qc maka akan membuat hasil air distilasi semakin banyak. Untuk
menghitung energi berguna kolektor dapat menggunakan Persamaan 2. Dimana mc
adalah laju aliran massa fluida (kg/s), Cp adalah kalor spesifik pada tekanan konstan
(kJ/kg.oC), dan ΔT adalah selisih tempetaur air masuk dan air keluar kolektor atau
Tout3 – Tin3 (oC).
𝑞
𝑐= 𝑚
𝑐. 𝐶
𝑝. ∆𝑇
(2)Efisiensi distilasi didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi
yang digunakan dalam proses penguapan air dengan jumlah energi yang datang
selama waktu tertentu. Efisiensi distilasi dapat dihitung dengan meggunakan
persamaan :
𝜂
𝑑=
𝐴𝑐 . ∫ 𝐺𝑚 . ℎ𝑡𝑓𝑔 0 .𝑑𝑡(3)
Dengan
η
d adalah efisiensi distilasi (%), Ac adalah luasan kolektor (m2), dt adalahlama waktu pemanasan (detik), G adalah energi surya yang datang (Watt/m2), hfg
Sebagian energi panas dari absorber akan dikonveksikan ke kaca. Energi yang
dikonveksikan dihitung menggunakan :
𝑞
𝑘𝑜𝑛𝑣= ℎ
𝑘𝑜𝑛𝑣× (𝑇
𝑊− 𝑇
𝐶)
(4)
Dengan qkonv adalah bagian energi surya yang hilang karena konveksi (Watt/m2),
TW adalah temperatur air (oC) , TC adalah temperatur kaca penutup (oC), dan hkonv
adalah koefisien konveksi (Watt/m2.oC). Koefisien konveksi ini dapat dihitung
dengan:
ℎ
𝑘𝑜𝑛𝑣= 88,84 × 10
−3. (𝑇
𝑊− 𝑇
𝐶+
268,9×10𝑃𝑊−𝑃−3𝐶−𝑃𝑊× 𝑇
𝑊)
1 3(5)
Energi untuk proses penguapan dapat dihitung dengan persamaan :
𝑞
𝑢𝑎𝑝= (16,27 × 10
−3) . 𝑞
𝑘𝑜𝑛𝑣. (
𝑃 𝑇𝑊𝑊−𝑇−𝑃𝐶𝐶)
(6)Selain Persamaan 6 energi penguapaan dapat dihitung dengan persamaan :
Dengan quap adalah bagian energi surya yang digunakan untuk proses penguapan
(Watt/m2), PW adalah tekanan parsial uap air pada temperatur air (N/m2), dan PC
adalah tekanan parsial uap air pada temperatur kaca penutup (N/m2).
𝑚 =
𝑞𝑢𝑎𝑝ℎ . 𝑑𝑡𝑓𝑔
(8)
Hasil air distilasi juga dapat dihitung menggunakan Persamaan 8. Efisiensi
alat distilasi (Persamaan 3) salah satunya dipengaruhi oleh hasil air distilasi, secara
teoritis hasil air distilasi (Persamaan 8) dipengaruhi oleh quap. quap atau energi
berguna dari alat distilasi dipengaruhi oleh qkonv (Persamaan 5). Dalam teknologi
distilasi ada tiga proses perpindahan panas yaitu secra konveksi, purging, dan
difusi. Perpindahan panas konveksi dapat terjadi karena adanya beda temperatur
antara absorber dan kaca, perpindahan panas purging dapat terjadi karena adanya
beda tekanan antara absorber dan kaca, dan perpindahan panas difusi dapat terjadi
karena adanya beda konsentrasi massa. Pada alat distilasi proses perpindahan panas
yang paling besar adalah secara konveksi. qkonv dipengaruhi oleh hkonv dan ΔT
(Persamaan 4), hkonv dipengaruhi oleh faktor temperatur absorber dan kaca
sedangkan ΔT dipengaruhi oleh faktor temperatur dan lama waktu pemanasan.
Untuk mencapai faktor-faktor tersebut aliran air pada alat distilasi kain bersekat di
buat seri (Gambar 2.5). Dengan semakin tingginya hkonv dan ΔT maka akan
bahwa quap juga semakin besar, dengan membesarnya quap maka hasil air dan
efisiensi alat distilasi akan semakin besar.
Gambar 2.5 Aliran air dalam absorber
2.3 Hipotesis
Hipotesis pada penelitian ini adalah :
1. Pengunaan kolektor dapat meningkatkan unjuk kerja
3
METODE PENELITIAN
3.1 Metodologi Penelitian
Untuk mencapai tujuan, pengambilan data pada penelitian ini akan digunakan
tiga alat yaitu (1) alat pembanding (destilasi kain), (2) alat penelitian (destilasi kain
bersekat), dan (3) kolekor pipa paralel. Pengambilan data kedua alat destilasi
tersebut dilakukan pada waktu yang bersamaan hal ini dilakukan karena energi
surya akan berubah setiap harinya. Penelitian ini menggunakan metode eksperimen
lapangan yang didahului dengan studi literatur dari jurnal tentang penelitian
distilasi air energi surya yang pernah dilakukan. Selain itu, dilakukan juga studi
literatur diantaranya distribusi energi surya seperti energi berguna destilasi dan
energi konveksi, proses penguapan dan pengembunan serta tentang teori-teori dasar
yang mendukung hipotesis dan analisis data. Eksperimen diawali dengan
mempersiapkan bahan dan membuat model distilasi air energi surya. Model
destilasi yang akan dibuat adalah destilasi kain (Gambar 2.3) dan destilasi kain
bersekat (Gambar 3.2). Model kolektor yang akan digunakan pada penelitian ini
adalah kolektor dengan susunan pipa paralel (Gambar 3.4). Setelah kedua model
alat eksperimen dan model kolektor selesai di buat maka langkah selanjutnya adalah
melakukan pengujian. Pengujian yang dilakukan diantaranya adalah uji kebocoran
untuk memastikan bahwa tidak terjadi kebocoran air pada semua alat, dan uji aliran
untuk memastikan laju aliran air masuk alat selalu konstan pada semua variasi.
langkah selanjutnya adalah pengambilan dan analisis data. Pengambilan data
BAB III
dilakukan selama delapan jam (satu hari) yaitu pada jam 08:00 sampai jam 16:00.
Pengambilan data dilakukan secara urut mulai dari variasi 1 sampai variasi 5.
Setelah pengambilan data selesai selanjutnya akan dilakukan pengolahan data dan
penyusunan artikel ilmiah. Artikel ilmiah yang telah disusun akan diseminasi
seminar dan akan diperbaiki untuk menjadi naskah tugas akhir. Tahapan untuk
Gambar 3.1 Tahapan dan langkah-langkah penelitian
Penelitian dimulai
Studi literatur distribusi energi surya, perinsip penguapan dan
pengembunan serta proses pada destilasi air energi surya Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD
Pengadaan bahan penelitian dan pembuatan model eksperimen destilasi air energi surya
Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD
Pengujian dan perbaikan model eksperimen destilasi air energi surya Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD
Pengambilan dan analisis data eksperimen
Lokasi : Lab. Perpindahan panas dan lapangan Teknik Mesin USD
Variasi laju aliran massa dan penambahan kolektor Lokasi : Lab. Perpindahan panas dan lapangan Teknik Mesin USD Variasi belum
selesai
Penyusunan artikel ilmiah dan publikasi jurnal atau diseminasi seminar Lokasi : Lab. Perpindahan panas Teknik Mesin USD
Luaran : Artikel ilmiah dalam prosiding seminar atau jurnal dan naskah tugas akhir
Penelitian Selesai
Penyusunan tugas akhir atau skripsi
3.2 Langkah Penelitian
Penelitian akan dimulai dengan pembuatan alat dan berakhir dengan analisis
data. Secara terinci langkah-langkah penelitian adalah:
1. Membuat alat distilasi kain, distilasi kain bersekat, dan kolektor pipa paralel
2. Menyiapkan alat distilasi kain bersekat (Gambar 3.2) dan distilasi kain
(Gambar 2.3) serta mempersiapkan alat ukur
3. Mengatur kemiringan alat penelitian dan pembanding sebesar 15 derajat
serta mengatur laju aliran air masuk alat distilasi kain yaitu 1,8 l/jam
4. Melakukan variasi alat distilasi kain bersekat tanpa menggunakan kolektor
(Gambar 3.2) dan memvariasikan laju aliran air masukan sebesar 1,2 l/jam,
1,8 l/jam, dan 2,4 l/jam
5. Menyiapkan alat distilasi kain bersekat menggunakan kolektor pipa parelel
(Gambar 3.4) dan memvariasikan laju aliran air masukan sebesar 1,2 l/jam
dan 1,8 l/jam
6. Melakukan analisis data dengan Persamaan (1) sampai (8).
3.3 Skema dan Spesifikasi Alat
Gambar 3.2 Distilasi air jenis kain bersekat
Bak penampungan air pada alat distilasi kain bersekat terbuat dari multiplek
60 cm x 80 cm dengan ketebalan 4,5 cm dan Absorber terbuat dari alumunium plat
dengan tebal 1,5 mm dengan luasan absorber adalah 55,4 cm x 76 cm. Tebal
dinding adalah 3 cm dan dinding dilapisi dengan karet hitam dengan ketebalan 3
mm untuk isolasi. Sekat yang yang digunakan berjumlah 6, sekat terbuat dari
antar sekat adalah 11,45 cm. Penutup alat mengunakan kaca dengan ketebalan 3
mm.
Gambar 3.3 Kolektor pipa paralel
Dinding dan alas kolektor terbuat dari multiplek 60 cm x 80 cm dengan
ketebalan 4,5 cm dengan luasan absorber kolektor adalah 55,4 cm x 76 cm. Tebal
dinding adalah 3 cm dan dinding dilapisi dengan karet hitam dengan ketebalan 3
mm untuk isolasi. Sirip pada kolektor mengunakan plat tembaga dengan tebal 0,75
mm. Pipa tembaga yang digunakan berjumlah 9 dengan diameter 1 cm dan panjang
56 cm, sambungan antara plat dan pipa mengunakan las. Penutup kolektor
Gambar 3.4 Alat distilasi air energi surya kain bersekat menggunakan kolektor pipa paralel
3.4 Variabel yang Divariasikan
Untuk mengetahui efek laju aliran air masuk dan temperatur air masukan alat
distilasi terhadap unjuk kerja alat distilasi kain bersekat maka dilakukan beberapa
variasi. Untuk mengetahui efek laju aliran air masuk alat distilasi terhadap unjuk
kerja akan dilakukan variasi sebagai berikut :
1. Distilasi kain bersekat tanpa menggunakan kolektor dengan variasi laju
aliran air masukan 1,2 l/jam (variasi 1), 1,8 l/jam (variasi 2), dan 2,4 l/jam
(variasi 3)
Untuk mengetahui efek temperatur air masukan alat distilasi terhadap unjuk kerja
2. Memvariasikan air masukan dengan menambahkan kolektor dan
memvariasi laju aliran air masukan sebesar 1,2 l/jam (variasi 4) dan 1,8
l/jam (variasi 5)
Pada semua variasi alat distilasi kain bersekat, laju aliran yang digunakan pada alat
distilasi kain dibuat kostan yaitu 1,8 l/jam.
3.5 Parameter yang Diukur
Pada penelitian ini parameter-parameter yang akan di ukur diantaranya
adalah: temperatur absorber distilasi kain (Tw1), temperatur kaca distilasi kain
(Tc1), temperatur absorber distilasi kain bersekat (Tw2), temperatur kaca distilasi
kain bersekat (Tc2), temperatur absorber kolektor (Tw3), temperatur kaca kolektor
(Tc3), temperatur air masuk distilasi kain (Tin1), temperatur air kelur distilasi kain
(Tout1), temperatur air masuk distilasi kain bersekat (Tin2), temperatur air kelur
distilasi kain bersekat (Tout2), temperatur air masuk kolektor (Tin3), temperatur air
kelur kolektor (Tout3), kenaikan dan jumlah air distilasi yang dihasilkan (m), dan
energi panas yang datang dari energi surya (G). Dengan temperatur akan diukur
dalam satuan oC, jumlah air distilasi yang dihasilkan dalam satuan liter, dan energi
panas yang datang dari energi surya dalam satuan Watt/m2.
3.6 Alat Ukur yang Digunakan
Alat-alat pendukung untuk pengambilan data pada penelitian ini adalah
1. Solar meter adalah alat yang digunakan untuk mengukur besarnya energi
surya yang datang dalam satuan Watt/m2.
2. Dallas semiconductor temperatur sensor (TDS) digunakan untuk
mengetahui temperatur absorber, temperatur kaca, temperatur air masuk,
dan temperatur air keluar.
3. Microcontrollel adruino digunakan untuk pengambilan data selama
penelitian dengan cara kerja menangkap sinyal dari sensor-sensor yang
telah dipasang pada alat.
4. Sensor E-Tape ini digunakan untuk membaca dan mengetahui kenaikan
hasil air distilasi.
3.7 Langkah Analisis Data
Langkah analisis efek laju aliran air masukan distilasi terhadap perbandingan
unjuk kerja distilasi kain dan distilasi kain bersekat dilakukan dengan:
1. Analisis unjuk kerja pada variasi 1, 2, dan 3
2. Analisis hkonv dan ΔT pada variasi 1, 2, dan 3
Analisis efek temperatur air masukan distilasi terhadap unjuk kerja distilasi kain
dan distilasi kain bersekat dilakukan dengan:
1. Analisis unjuk kerja pada variasi 4 dan 5
2. Analisis hkonv dan ΔT pada variasi 4 dan 5
4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penelitian
Data pencatatan setiap 10 detik untuk semua parameter dirata-rata tiap 1 jam.
Rata-rata data tiap jam pada semua variasi dapat dilihat pada Tabel 4.1 sampai 4.10.
Tabel 4.1 Data rata-rata tiap jam distilasi kain pada variasi 1
Tabel 4.2 Data rata-rata tiap jam distilasi kain bersekat pada variasi 1
Tabel 4.3 Data rata-rata tiap jam distilasi kain pada variasi 2
Tabel 4.4 Data rata-rata tiap jam distilasi kain bersekat pada variasi 2
Tabel 4.5 Data rata-rata tiap jam distilasi kain pada variasi 3
Tabel 4.6 Data rata-rata tiap jam distilasi kain bersekat pada variasi 3
Tabel 4.7 Data rata-rata tiap jam distilasi kain pada variasi 4
Tabel 4.8 Data rata-rata tiap jam distilasi kain bersekat pada variasi 4
Tabel 4.9 Data rata-rata tiap jam distilasi kain pada variasi 5
Tabel 4.10 Data rata-rata tiap jam distilasi kain bersekat pada variasi 5
Jam
hasil
Temperatur pada distilasi
kain bersekat Temperatur pada Kolektor
ai
Efisiensi distilasi pada variasi 1 dapat dihitung dari Tabel 4.1 menggunakan
Hasil perhitungan efisiensi kolektor dapat dilihat pada Tabel 4.11.
Koefisien hkonv, qkonv, dan quap pada variasi 1 dapat dihitung dari Tabel 4.1
menggunakan Persamaan 4, 5 dan 7.
ℎ𝑘𝑜𝑛𝑣 = (88,84 × 10−3). (40,08 °𝐶 − 30,85 °𝐶 +
Koefisien hkonv, qkonv, dan quap pada variasi 2, 3, 4, dan 5 dihitung dengan cara yang
sama dan dapat dilihat pada Tabel 4.12 sampai Tabel 4.21.
Efisiensi kolektor pada variasi 4 dapat dihitung dari Tabel 4.8 menggunakan
Persamaan 1 dan 2.
𝑞𝑐 = (1,2𝑗𝑎𝑚 × 3600) . 4180,70 𝑘𝑔 𝑘𝑔. ℃𝐽 . 25,52 ℃ = 29,69 𝑊𝑎𝑡𝑡
𝜂
𝑐=
0,43 𝑚29,69 𝑊𝑎𝑡𝑡 2 . 347,72 𝑊𝑎𝑡𝑡 𝑚2Efisiensi kolektor pada variasi 5 dihitung dengan cara yang sama dan dapat dilihat
pada Tabel 4.22 dan Tabel 4.23.
Tabel 4.11 Efisiensi dan hasil air distilasi kain dan distilasi kain bersekat
Variasi G m1 m2 η1 η2
Tabel 4.12 Koefisienqkonv dan quap distilasi kain pada variasi 1
Tabel 4.13 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain bersekat pada variasi 1
Tabel 4.14 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain pada variasi 2
Jam m₁ G Tw₁ Tc₁ ΔT h
Tabel 4.15 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain bersekat pada variasi 2
Jam m
2 G Tw₁ Tc₁ ΔT hkonv qkonv quap
kg/m² Watt/m² °C °C °C Watt/m2.°C Watt/m2 Watt/m2
Tabel 4.15 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain bersekat pada variasi 2
Tabel 4.16 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain pada variasi 3
Jam m₁ G Tw₁ Tc₁ ΔT hkonv qkonv quap
Tabel 4.17 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain bersekat pada variasi 3
Jam m2 G Tw₁ Tc₁ ΔT hkonv qkonv quap
kg/m² Watt/m² °C °C °C Watt/m2.°C Watt/m2 Watt/m2
8 0,00 192,50 33,88 33,01 0,86 0,85 0,74 0,00
9 0,27 446,42 47,47 44,80 2,67 1,26 3,36 177,05
Tabel 4.17 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain bersekat pada variasi 3
Tabel 4.18 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain pada variasi 4
Jam m₁ G Tw₁ Tc₁ ΔT hkonv qkonv quap
Tabel 4.19 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain bersekat pada variasi 4
Tabel 4.19 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain bersekat pada variasi 4
Tabel 4.20 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain pada variasi 5
Jam m₁ G Tw₁ Tc₁ ΔT hkonv qkonv quap
Tabel 4.21 Koefisien qkonv dan quap distilasi kain bersekat pada variasi 5
4.3 Analisis Unjuk Kerja pada Variasi 1, 2, dan 3
Perbandingan unjuk kerja distilasi kain dengan distilasi kain bersekat pada
variasi 1, 2, dan 3 berdasarkan Tabel 4.11 dapat dilihat pada Gambar 4.1
Gambar 4.1 Perbandingan efisiensi antara distilasi kain dengan distilasi kain bersekat pada variasi 1, 2, dan 3
Gambar 4.1 menunjukan pada laju aliran 1,2 l/jam dan 2,4 l/jam efisiensi
distilasi kain lebih tinggi dibandingkan dengan distilasi kain bersekat. Pada laju
aliran 1,2 l/jam efisiensi distilasi kain adalah 63% dan efisiensi distilasi kain
bersekat adalah 54 %, sehingga selisih efisiensinya adalah 9 %. Pada laju aliran 2,4
l/jam efisiensi distilasi kain adalah 45 % dan efisiensi distilasi kain bersekat adalah
42 %, sehingga selisih efisiensinya adalah 3 %. Pada laju aliran 1,8 l/jam efisiensi
distilasi kain bersekat adalah 52 % dan distilasi kain adalah 55 %, sehingga selisih
efisiensinya adalah 3 %.
Gambar 4.2 Perbandingan hasil air antara distilasi kain dan distilasi kain bersekat pada variasi 1, 2, dan 3
Gambar 4.2 menunjukan pada laju aliran 1,2 l/jam (variasi 1) dan laju aliran
2,4 l/jam (variasi 3) hasil air distilasi kain bersekat lebih rendah dibandingkan
dengan distilasi kain. Pada variasi 1 air yang di hasilkan distilasi kain bersekat
adalah 0,91 liter dan distilasi kain adalah 1,05 liter, sehingga selisih hasil airnya
adalah 0,14 liter atau 13,3 %. Kemudian pada variasi 3 hasil air distilasi kain
bersekat adalah 0,64 liter dan distilasi kain adalah 0,70 liter, sehingga selisih hasil
airnya adalah 0,06 liter atau 8,6 %. Pada laju aliran 1,8 l/jam (variasi 2) hasil air
distilasi kain bersekat adalah 0,9 liter dan distilasi kain adalah 0,85 liter, sehingga
selisih hasil airnya adalah 0,05 liter atau 5,6 %.
Unjuk kerja distilasi kain pada variasi 1 dan 3 lebih tinggi dibandingkan
dengan distilasi kain bersekat. Hal ini terjadi karena aliran air distilasi kain bersekat
berkelok sehingga air akan memenuhi sekat yang paling atas sebelum turun kesekat
dibawahnya, dan pada distilasi kain aliranya langsung sehingga air dapat secara
langsung menyebar. Dengan penampang aliran distilasi kain bersekat yang lebih
kecil dibandingkan dengan distilasi kain maka aliran air akan menjadi lebih cepat.
Selain itu kapilaritas kain kebawah pada distilasi kain lebih baik dibandingkan
kapilaritas kain keatas pada distilasi kain bersekat. Kedua hal tersebut yang
membuat unjuk kerja distilasi kain lebih baik dibanding distilasi kain bersekat.
Aliran air pada variasi 3 lebih cepat daripada variasi 1, dengan aliran air yang lebih
cepat maka energi panas yang terbuang pada variasi 3 lebih besar. Dengan laju
aliran air yang lebih cepat maka kapilaritas kain pada variasi 3 lebih baik
dibandingkan dengan variasi 1. Hal tersebut yang membuat selisih unjuk kerja
antara distilasi kain dengan distilasi kain bersekat pada variasi 1 lebih besar
dibandingkan variasi 3. Unjuk kerja distilasi kain bersekat pada variasi 2 justru
lebih baik dibandingkan distilasi kain. Hal ini dapat terjadi karena kapilaritas kain
pada variasi 2 lebih baik dibandingkan variasi 1, dan energi panas yang terbuang
lebih kecil dibandingkan variasi 3. Dengan kapilaritas kain yang lebih baik maka
jumlah air yang akan diuapkan menjadi lebih banyak, dan dengan energi yang
4.4 Analisis hkonv dan ΔT pada Variasi 1, 2, dan 3
Gambar 4.3 Perbandingan hkonv terhadap energi surya yang datang pada variasi 1
Gambar 4.4 Perbandingan ΔT terhadap energi surya yang datang pada variasi 1
Gambar 4.3 menunjukan bahwa hkonv distilasi kain dan distilasi kain bersekat
akan meningkat bersamaan dengan meningkatnya energi surya yang datang, hkonv
distilasi kain lebih besar dibandingkan dengan distilasi kain bersekat. Gambar 4.4
menunjukan bahwa ΔT distilasi kain dan distilasi kain bersekat akan meningkat
bersamaan dengan meningkatnya energi surya yang datang, kenaikan ΔT distilasi
kain lebih tinggi dibandingkan distilasi kain bersekat. Hal ini menunjukan proses
penguapan dan pengembunan distilasi kain lebih baik dibandingkan distilasi kain
bersekat. Gambar 4.3 dan 4.4 menunjukan adanya kesamaan fenomena yaitu hkonv
dan ΔT distilasi kain yang lebih besar dibandingkan dengan distilasi kain bersekat.
Pada Persamaan 4 qkonv adalah perkalian antara hkonv dan ΔT, maka dari Gambar
4.3 dan 4.4 dapat disimpulkan bahwa energi konveksi detilasi kain lebih besar
dibandingkan distilasi kain bersekat. Maka berdasarkan Persamaan 6 dapat
dipastikan bahwa energi berguna distilasi kain terhadap energi surya yang datang
lebih besar dibandingkan distilasi kain bersekat. Hal tersebut menyebabkan ujuk
kerja distilasi kain lebih baik dibandingkan distilasi kain bersekat.
Gambar 4.5 menunjukan hkonv distilasi kain dan distilasi kain bersekat akan
menurun bersamaan dengan meningkatnya energi surya yang datang, hkonv distilasi
kain bersekat lebih besar dibandingkan distilasi kain. Gambar 4.6 menunjukan ΔT
distilasi kain dan distilasi kain bersekat akan meningkat bersamaan dengan
meningkatnya energi surya yang datang, ΔT distilasi kain lebih tinggi dibandingkan
distilasi kain bersekat. Selisih hkonv antara destilasi kain dan destilasi kain bersekat
lebih kecil dibandingkan selisih ΔT. Hal ini menunjukan bahwa proses penguapan
Gambar 4.5 Perbandingan hkonv terhadap energi surya yang datang pada variasi 2
Gambar 4.6 Perbandingan ΔT terhadap energi surya yang datang pada variasi 2
Berdasarkan Gambar 4.5 dan 4.6 dapat disimpulkan bahwa energi konveksi
dan energi berguna distilasi kain terhadap energi surya yang datang lebih besar
dibandingkan distilasi kain bersekat. Berdasarkan pemaparan tersebut maka
seharusnya hasil air distilasi kain lebih baik dibandingkan dengan distilasi kain
bersekat. Secara aktual hasil air distilasi kain bersekat lebih tinggi 50 ml dari
distilasi kain, sedangkan dari hasil perhitungan teoritis hasil air distilasi kain lebih
besar sebanyak 105 ml dari distilasikain bersekat (Tabel 24). Hasil air (m) teoritis
dapat dihitung menggunakan Persamaan 7 dan nilai quap dihitung menggunakan
Persamaan 6. Karena pengambilan data jumlah air distilasi dilakukan secara manual
dengan gelas ukur maka kemungkinan ada kesalahan saat membaca indikator
mengingat selisih hasilnya hanya 50 ml (Tabel 4.24).
Gambar 4.7 Perbandingan hkonv terhadap energi surya yang datang pada variasi 3
Gambar 4.8 Perbandingan ΔT terhadap energi surya yang datang pada variasi 3
Gambar 4.7 menunjukan bahwa hkonv distilasi kain dan distilasi kain bersekat
akan meningkat bersamaan dengan meningkatnya energi surya yang datang, hkonv
distilasi kain lebih besar dibandingkan dengan distilasi kain bersekat. Gambar 4.8
menunjukan bahwa ΔT distilasi kain dan distilasi kain bersekat akan meningkat
bersamaan dengan meningkatnya energi surya yang datang, kenaikan ΔT distilasi
kain lebih tinggi dibandingkan distilasi kain bersekat. Hal ini menunjukan proses
penguapan dan pengembunan distilasi kain lebih baik dibandingkan distilasi kain
bersekat, sehingga hasil air destilasi kain lebih baik dibandingkan destilasi kain
bersekat.
4.5 Analisis Unjuk Kerja pada Variasi 4 dan 5
Gambar 4.9 Perbandingan efisiensi distilasi kain dengan distilasi kain bersekat pada variasi 4 dan 5
Gambar 4.9 menunjukan bahwa efisiensi distilasi kain pada variasi 4 dan 5
lebih tinggi dibandingkan distilasi kain bersekat. Pada variasi 4 laju aliran 1,2 l/jam
efisiensi distilasi kain adalah 43 % dan efisiensi distilasi kain bersekat adalah 27 %
efisiensi distilasi kain adalah 46 % dan efisiensi distilasi kain bersekat adalah 29 %
sehingga selisih efisiensinya adalah 17 %. Gambar 4.9 dan Gambar 4.10 dapat
disimpulkan bahwa efisiensi berbanding terbalik dengan hasil air. Hal ini terjadi
karena dengan penambahan kolektor maka energi surya yang diterima distilasi kain
bersekat lebih besar dibandingkan detilasi kain. Hal tersebut yang menyebabkan
efisiensi distilasi kain bersekat lebih kecil dibandingkan dengan distilasi kain.
Gambar 4.10 menunjukan bahwa hasil air distilasi kain bersekat lebih tinggi
dibandingkan distilasi kain, pada laju aliran 1,2 l/jam (variasi 4) hasil air distilasi
kain bersekat adalah 0,95 liter dan distilasi kain adalah 0,77 liter, sehingga selisih
hasil airnya adalah 0,18 liter atau sebesar 19%. Sedangkan pada laju aliran 1,8 l/jam
(variasi 5) hasil air distilasi kain bersekat adalah 1,22 liter dan distilasi kain adalah
0,96 liter, sehingga selisih hasil airnya adalah 0,28 liter atau sebesar 28%.
Tujuan dari penambahan kolektor pada distilasi kain bersekat adalah untuk
memperbesar proses penguapan dengan pemanasan awal air masukan. Sehingga
ketika air yang masuk kedalam distilasi kain bersekat memiliki temperatur tinggi
maka proses penguapan akan menjadi lebih cepat dan hasil air distilasi juga akan
menjadi lebih tinggi. Gambar 4.10 menunjukkan bahwa selisih hasil air tertinggi
antara distilasi kain dengan distilasi kain bersekat menggunakan kolektor terjadi
pada variasi 5 dengan selisih hasil air sebesar 0,28 liter. Sedangkan pada variasi 4
selisih hasil air antara distilasi kain dengan distilasi kain bersekat sebesar 0,18 liter.
Gambar 4.11 Perbandingan hasil air tiap jam antara distilasi kain dengan distilasi kain bersekat pada variasi 4
Gambar 4.11 menunjukan bahwa pada laju aliran 1,2 l/jam di jam 8 sampai
jam 12 kenaikan hasil air distilasi kain lebih baik dibandingkan distilasi kain
bersekat. Hal ini terjadi karena pada laju aliran yang relatif kecil air akan mengalir
lebih lama pada kolektor sehingga air yang masuk distilasi kain bersekat akan lebih
lama dibandingkan distilasi kain. Hal tersebut yang menyebabkan di jam 8 sampai
jam 10 kenaikan hasil air yang terjadi pada distilasi kain bersekat sangat kecil,
namun di jam 10 sampai jam 16 hasil air distilasi kain bersekat terus mengalami
kenaikan dan membuat hasil air total lebih tinggi dibandingkan distilasi kain. Hal
tersebut terjadi karena setelah jam 10 sekat-sekat yang terdapat pada absorber telah
teraliri air dan karena air masukan distilasi kain bersekat telah mengalami proses
pemanasan di kolektor maka proses penguapan menjadi lebih cepat.
Gambar 4.12 Perbandingan ΔT tiap jam antara distilasi kain dengan distilasi kain bersekat pada variasi 4
Gambar 4.12 menunjukan bahwa pada jam 8 sampai jam 11 ΔT distilasi kain
lebih tinggi dibandingkan dengan distilasi kain bersekat. Hal ini terjadi karena pada
distilasi kain air terlebih dahulu mengalir pada kolektor, sehingga dengan waktu
yang bersamaan didalam absorber distilasi kain sudah terdapat air namun pada
distilasi kain bersekat belum, sehingga proses penguapan dan pengembunan pada
distilasi kain sudah terjadi namun pada distilasi kain bersekat belum terjadi. Pada
jam 11 sampai jam 16 ΔT distilasi kain bersekat lebih tinggi dibandingkan distilasi
kain. Hal ini terjadi karena air yang masuk telah mengalami proses pemanasan pada
kolektor, jika pada jam 8 sampai jam 11 air belum mengalir kesemua sekat maka di
jam 11 sampai jam 16 semua sekat telat teraliri air sehingga kapilaritas kain akan
maksimal. Dengan ΔT distilasi kain bersekat yang lebih tinggi dari distilasi kain
maka proses penguapan dan pengembunan yang terjadi lebih baik.
Gambar 4.13 Perbandingan hasil air tiap jam antara distilasi kain dengan distilasi kain bersekat pada variasi 5
Gambar 4.13 dan 4.14 menunjukan kenaikan hasil air dan ΔT distilasi kain
bersekat pada jam 8 sampai jam 16 selalu lebih tinggi dibandingkan distilasi kain.
Jika pada variasi 4 hasil air dan ΔT di jam 8 sampai jam 11 distilasi kain bersekat
lebih rendah disebabkan karena air terlebih dahulu mengalir pada kolektor,
sehingga dengan waktu yang bersamaan didalam absorber alat distilasi kain sudah
terdapat air namun di alat distilasi kain bersekat belum. Ketika laju aliran air di
naikkan menjadi 1,8 l/jam maka fenomena yang terjadi pada variasi 4 di jam 8
sampai jam 11 sudah tidak terjadi, sehingga membuat kenaikan hasil air dan ΔT
distilasi kain bersekat selalu lebih tinggi dari jam 8 sampai jam 16.
4.6 Analisis hkonvdan ΔT Variasi 4 dan 5
Gambar 4.15 Perbandingan hkonv terhadap energi surya yang datang pada variasi 4
Gambar 4.16 Perbandingan ΔT terhadap energi surya yang datang pada variasi 4
Gambar 4.15 menunjukan bahwa hkonv distilasi kain dan distilasi kain bersekat
akan meningkat dengan meningkatnya energi surya yang datang, namun hkonv
distilasi kain bersekat lebih besar dibandingkan distilasi kain. Gambar 4.16
menunjukan bahwa ΔT distilasi kain dan distilasi kain bersekat akan meningkat
bersamaan dengan meningkatnya energi surya yang datang. Kenaikan ΔT rata-rata
distilasi kain bersekat lebih tinggi dibandingkan distilasi kain. Hal ini menunjukan
bahwa proses penguapan dan pengembunan distilasi kain bersekat lebih baik
dibandingkan distilasi kain. Gambar 4.15 dan 4.16 menunjukan adanya kesamaan
proses yaitu hkonv dan ΔT rata-rata distilasi kain bersekat lebih besar dibandingkan
distilasi kain. Dari Persamaan 4 qkonv adalah perkalian antara hkonv dan ΔT, maka
dari Gambar 4.15 dan 4.16 dapat disimpulkan bahwa energi konveksi detilasi kain
bersekat lebih besar dibandingkan distilasi kain. Maka berdasarkan Persamaan 6
dapat dipastikan bahwa energi berguna distilasi kain bersekat terhadap energi surya
yang datang lebih besar dibandingkan distilasi kain bersekat.
Gambar 4.17 Perbandingan hkonv terhadap energi surya yang datang pada variasi 5
Gambar 4.18 Perbandingan ΔT terhadap energi surya yang datang pada variasi 5
Proses yang terjadi pada Gambar 4.15 dan 4.16 hampir sama dengan proses
yang terjadi Pada Gambar 4.17 dan 4.18 yaitu hkonv dan ΔT distilasi kain dan
distilasi kain bersekat akan meningkat dengan meningkatnya energi surya yang
datang. Selisih hkonv dan ΔT rata-rata pada variasi 5 lebih besar dibandingkan variasi
4. Pada variasi 4 selisih hkonv dan ΔT rata-rata adalah 10 % dan 15 % sedangkan
pada variasi 5 selisih hkonv dan ΔT adalah 25 % dan 55 %. Dengan hkonv dan ΔT
rata-rata pada variasi 5 lebih besar dibandingkan variasi 4 sebesar 15 % dan 35 %,
maka dapat disimpulkan bahwa qkonv dan quap pada variasi 5 lebih besar
dibandingkan variasi 4. Hal inilah yang membuat pada variasi 5 hasil air alat
distilasi kain bersekat lebih baik dibandingkan distilasi kain, dan selisih hasil air
distilasi kain dengan distilasi kain bersekat pada variasi 5 lebih besar dibandingkan
4.7 Analisis qc dan quap pada Variasi 1 dan 4 Serta Variasi 2 dan 5
Gambar 4.19 Grafik perbandingan qc terhadap energi surya yang datang pada variasi 4 dan 5
Gambar 4.19 menunjukan perbandingan qc terhadap energi surya yang datang
pada variasi 4 dan 5, terlihat bahwa qc pada variasi 4 dan 5 akan meningkat dengan
meningkatnya energi surya yang datang. Pada variasi 5 kenaikan qc lebih besar
dibandingkan variasi 4. Dengan qc yang relatif lebih tinggi terhadap peningkatan
energi surya yang datang, maka hal ini memungkinkan bahwa hasil air pada variasi
Gambar 4.20 Perbandingan energi berguna distilasi kain dengan distilasi kain bersekat pada variasi 4 dan 5
Gambar 4.20 menunjukan pada variasi 4 dengan quap sebesar 150 Watt/m2
distilasi kain menghasilkan air sebanyak 1832 ml/m2 dan pada distilasi kain
bersekat membutuhkan quap sebesar 188 Watt/m2 untuk menghasilkan air sebanyak
2293 ml/m2. Pada variasi 5 dengan quap sebesar 186 Watt/m2 distilasi kain
menghasilkan air sebanyak 2267 ml/m2 dan pada distilasi kain bersekat
membutuhkan quap sebesar 236 Watt/m2 untuk menghasilkan air sebanyak 2893
ml/m2. Gambar 4.20 menunjukan quap distilasi kain bersekat lebih tinggi dari
distilasi kain karena penambahan energi panas dari kolektor. Energi berguna dari
kolektor (qc) yang yang diterima distilasi kain bersekat dapat di hitung dengan
Persamaan 2 (Tabel 4.22 dan 4.23). Tabel 4.22 dan 4.23 menunjukan qc pada variasi
5 lebih besar dibandingkan variasi 4. Pada variasi 5 qc adalah sebesar 162 Watt/m2
dan pada variasi 4 adalah sebesar 92 Watt/m2. Dengan qc pada variasi 5 lebih besar
bersekat pada variasi 5 lebih tinggi dibandingkan variasi 4. Selisih hasil air pada
variasi 5 sebesar 22 % dan pada variasi 4 sebesar 20%.
Gambar 4.21 Perbandingan energi berguna distilasi kain dengan distilasi kain bersekat tanpa adanya penambahan qc
Tanpa adanya penambahan qc (Gambar 4.21) ditunjukan bahwa pada variasi
5 quap destilasi kain bersekat turun sebesar 162 Watt/m2 atau sebesar 68 %, dan
pada variasi 4 turun sebesar 92 Watt/m2 atau sebesar 49 %. Dengan dikurangi
penambahan energi berguna dari kolektor sebesar 49 % hasil air pada variasi 4
turun sebesar 1121 ml/m2, sedangkan pada variasi 5 dengan dikurangi penambahan
Gambar 4.22 Perbandingan energi berguna dan hasil air antara distilasi kain dengan distilasi kain bersekat menggunakan kolektor dan tanpa kolektor
Gambar 4.22 menunjukan perbandingan kenaikan hasil air terhadap energi
berguna dari alat distilasi kain bersekat menggunakan kolektor dan tanpa kolektor.
Tujuan dari pembandingan ini adalah untuk mengetahui kenaikan hasil air terhadap
kenaikan quap yang di akibatkan dari penambahan kolektor. variasi 1 akan
dibandingkan dengan variasi 4 karena laju alirannya sama yaitu 1,2 l/jam, dan
variasi 2 akan dibandingkan dengan variasi 5 karena laju alirannya sama yaitu 1,8
l/jam. Pada variasi 1 hasil air destilasi kain lebih tinggi dibandingkan distilasi kain
bersekat. Hasil air destilasi kain adalah sebanyak 2503 ml/m2 dan distilasi kain
bersekat sebanyak 2161 ml/m2 sehingga selisih hasil airnya adalah 14 %. Setelah
adanya penambahan kolektor hasil air distilasi kain bersekat pada variasi 4 lebih
tinggi dibandingkan distilasi kain. Distilasi kain menghasilkan air sebanyak 1832
ml/m2 dan distilasi kain bersekat menghasilkan air sebanyak 2293 ml/m2 sehingga
