i
UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI SURYA
BERKONDENSOR PASIF DENGAN HEAT RECOVERY
MENGGUNAKAN BAK AIR SATU TINGKAT
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
DANIEL RAMOS SIMANJUNTAK
NIM : 115214005
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
PERFORMANCE OF THE SOLAR WATER DISTILLATION
WITH HEAT RECOVERY PASSIVE CONDENSER USING
ONE LEVEL WATER TANK
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree
in Mechanical Engineering
Presented by:
DANIEL RAMOS SIMANJUNTAK
NIM : 115214005
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vii
INTISARI
Air merupakan sumber daya alam yang sangat melimpah dan merupakan kebutuhan pokok bagi kehidupan manusia. Wilayah Indonesia yang banyak dikelilingi oleh lautan dan merupakan negara maritime bukan jaminan bagi warga Indoesia dengan mudah mendapatkan air yang bersih dan layak dikonsumsi. Tidak dipungkiri bahwa air bersih menjadi salah satu kebutuhan yang sangat penting bagi manusia, bahkan banyak manusia harus mencari air bersih dengan berjalan kaki dengan jarak yang cukup jauh hanya demi mendapatkan air bersih. Hal ini disebabkan karena sudah mulai langkanya mendapatkan air bersih. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja alat destilasi air energi surya konvensional dengan alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri metode bak air satu tingkat dengan variasi ketinggian air pada kotak destilator. Pada penelitian ini ketinggian air di dalam bak destilator pada alat destilasi menggunakan kondensor pasif sangat berpengaruh terhadap efisiensi dan jumlah volume air yang dihasilkan. Pada ketinggian air 10 mm di dalam bak destilator menghasilkan proses penguapan yang lebih cepat dan volume air yang dihasilkan lebih banyak dibandingkan dengan variasi ketinggian air di dalam bak destilator 15 mm dan 27 mm. Hasil volume air terbanyak yang dihasilkan pada ketinggian air di dalam bak destilator 10 mm sejumlah 1,56 liter/m2. Pada variasi alat destilasi menggunakan kondensor metode bak satu tingkat menghasilkan efisiensi teoritis tertinggi selama pengambilan data yakni 49,71 % dan efisiensi aktual 25,74 % dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam sehari sebesar 538,37 watt/m2. Dan pada alat destilasi konvensional hasil volume air yang paling baik pada percobaan hari pertama dengan menghasilkan sebanyak 2,12 liter/m2. Dan alat destilasi air konvensional (tanpa menggunakan kondensor pasif) menghasilkan efisiensi teoritis tertinggi selama pengambilan data yakni 77,75 % dan efisiensi aktual 34,06 % dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam sehari sebesar 590,59 watt/m2.
viii
ABSTRACT
Water is a natural resource that is very abundant and is a basic requirement for human life. Many parts of Indonesia and is surrounded by a sea of state guarantees for citizens appears logical maritimbukan easily get water that is clean and suitable for consumption. No doubt that the water to be one of the most important needs for people, even many people have to search for water by walking a short distance away just to get clean water. This is because its already scarce clean water. This study aims to Know the water distillation apparatus performance of conventional solar energy by means of solar energy water distillation using a water tank method recoveri energy level with a variation of the water level in the box distillation. In this study, the water level in the vessel distillation in a distillation apparatus using passive condenser affects the efficiency and the volume of water produced. At a height of 10 mm of water in the tub distillation process yields faster evaporation and the volume of water produced more than the variation of water level in the vessel distillation of 15 mm and 27 mm. Results of the largest volume of water produced at the height of the water in the tub a distillation of 10 mm 1.56 liters / m2. In variations of the distillation apparatus using a method like the condenser level produces the highest theoretical efficiency for the data collection efficiency of 49.71% and 25.74% with the aktual average solar radiation coming in a day at 538.37 watts / m2. And the results of a conventional distillation apparatus volume of water best at the first day of the experiment by generating as much as 2.12 liters / m2. And conventional water distillation apparatus (without the use of a passive condenser) produces the highest theoretical efficiency for the data collection efficiency of 77.75% and 34.06% with the aktual average solar radiation coming in the day of 590.59 watts / m2.
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan berkah-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Tugas akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan tugas akhir. Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan baik. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan, dukungan dan dorongan, baik secara moriil, materiil dan spirituiil antara lain kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Si., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta;
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, S.T, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin;
3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan saran, kritik dan bimbingan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta;
4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan waktu, tenaga dan pikiran selama penulisan tugas akhir;
xi
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
INTISARI ... vii
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Pengertian Destilasi ... 6
2.2 Landasan Teori ... 6
2.3 Persamaan yang Digunakan ... 9
2.4 Penelitian yang Pernah Dilakukan... 11
2.5 Jenis-jenis Destilasi ... 13
2.6 Elemen Alat Destilasi Umum ... 16
BAB III METODE PENELITIAN... 17
xii
3.2 Alat yang Mendukung Dalam Pengambilan Data ... 21
3.3 Variabel yang Divariasikan ... 22
3.4 Parameter yang Diukur ... 23
3.5 Langkah Penelitian ... 23
3.6 Analisis Data ... 24
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 25
4.1 Data Penelitian ... 25
4.2 Hasil Penelitian ... 29
4.3 Pembahasan ... 33
BAB V PENUTUP ... 51
5.1 Kesimpulan ... 51
5.2 Saran ... 52
DAFTAR PUSTAKA ... 53
LAMPIRAN ... 55
Lampiran 1 Foto-foto Alat Penelitian ... 55
Lampiran 2 Foto-foto Alat Penelitian ... 56
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam bak destilator pada penelitian alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pada hari pertama. ... 26 Tabel 2 Data pada variasi ketinggian air 15 mm di dalam bak destilator pada
penelitian alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pada hari kedua. ... 27 Tabel 3 Data pada variasi ketinggian air 27 mm di dalam bak destilator pada
penelitian alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pada hari ketiga. ... 27 Tabel 4 Data pada alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada
hari pertama. ... 28 Tabel 5 Data alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada hari
kedua. ... 28
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Skema alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri dengan metode bak air satu tingkat ... 5 Gambar 2.1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum ... 7 Gambar 2.2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator tanpa
kondensor... 8 Gambar 2.3 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator dengan
kondensor... 8 Gambar 3.1 Skema alat destilasi energi surya konvensional tanpa menggunakan
kondensor... 19 Gambar 3.2 Skema alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri
dengan metode bak air satu tingkat ... 20 Gambar 4.1 Grafik dari G pada alat masing-masing destilasi hari pertama ... 34 Gambar 4.2 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis
konvensional, efisisensi aktual kondensor, dan efisisensi aktual konvensional pada hari pertama. ... 34 Gambar 4.3 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari pertama ... 36 Gambar 4.4 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari pertama ... 37 Gambar 4.5 Grafik dari G pada alat masing-masing destilasi hari kedua ... 38 Gambar 4.6 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis
konvensional, efisisensi aktual kondensor, dan efisisensi aktual konvensional pada hari kedua... 38 Gambar 4.7 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari kedua ... 39 Gambar 4.8 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari kedua ... 40 Gambar 4.9 Grafik dari G pada alat masing-masing destilasi hari pertama ... 41 Gambar 4.10 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis
konvensional, efisisensi aktual kondensor, dan efisisensi aktual konvensional pada hari ketiga ... 42 Gambar 4.11 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari ketiga ... 43 Gambar 4.12 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari destilasi
xv
Gambar 4.13 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional hari
pertama ... 45
Gambar 4.14 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional hari kedua ... 46
Gambar 4.15 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional hari ketiga ... 47
Gambar 4.16 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi perhari dari efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada alat destilasi berkondensor dan destilasi konvensional selama 3 hari ... 48
Gambar 4.17 Grafik penbandingan md (lt) pada alat destilasi berkondensor dengan variasi ketinggian air di dalam bak destilator 10 mm, 15 mm, dan 27 mm ... 50
Gambar L. 1 Alat Destilasi Energi Surya Konvensional ... 55
Gambar L. 2 Alat Destilasi Energi Surya menggunakan Kondensor ... 55
Gambar L. 3 Logger (Biru) dan Stalker (Merah) ... 56
Gambar L. 4 Penampung Air Kotor dan Pengatur Ketinggian Air di dalam Bak Destilator ... 56
Gambar L. 5 Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) ... 57
1 BAB I
PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Air merupakan sumber daya alam yang sangat melimpah dan merupakan kebutuhan pokok bagi kehidupan manusia. Wilayah Indonesia yang banyak dikelilingi oleh lautan dan merupakan negara maritim bukan jaminan bagi warga Indoesia dengan mudah mendapatkan air yang bersih dan layak dikonsumsi. Tidak dipungkiri bahwa air bersih menjadi salah satu kebutuhan yang sangat penting bagi manusia, bahkan banyak manusia harus mencari air bersih dengan berjalan kaki dengan jarak yang cukup jauh hanya demi mendapatkan air bersih. Hal ini disebabkan karena sudah mulai langkah nya mendapatkan air bersih.
2 Terdapat beberapa langkah untuk mengatasi beberapa permasalahan air kotor yang sudah terkontaminasi. Salah satu cara untuk menjernihkan air yang terkontaminasi dengan cara menggunakan destilasi air energi surya. Destilasi air energi surya dengan pemanfaatan panas dari sinar matahari, ini dapat didukung dengan letak Indonesia berada antara 6LU-11LS dan 95BT-141BT yang merupakan lintang rendah menyebabkan Indonesia beriklim tropis. Namun permasalahan destilasi air tenaga surya terletak pada masih rendahnya efisiensi yang dihasilkan. Seperti pada alat destilasi air energi surya konvensional umumnya berbentuk kotak dan disebut kotak destilator. Kotak destilator terdiri dari 2 (dua) komponen utama yakni bak air dan kaca penutup. Bak air berfungsi menyerap energi surya untuk menguapkan air sehingga air terpisah dari zat yang terkontaminasi. Kaca pada alat ini berguna untuk tempat mengembunnya uap air sehingga dihasilkan air bersih yang langsung dapat dikonsumsi. Alat destilasi air energi konvensional juga masih memiliki masalah dengan rendahnya efisiensi yang dihasilkan.
3 Bentuk kondensor pasif pada umumnya berbentuk kotak yang ditaruh dibagian belakang kotak destilator. Penggunaan alat kondensor pasif ini dapat menyebabkan sebagian uap air dari kotak destilator akan mengalir ke kondensor pasif. Hasil penguapan air dapat langsung dapat dimanfaatkan lagi untuk menguapkan air didalam bak satu tinggkat pada kondensor pasif.
Pada penelitian ini akan menggunakan metode lain dengan memanfaatkan penguapan air dari kotak destilator yang mengalir ke kondensor pasif dengan metode bak satu tingkat. Hal ini diharapkan bahwa kerugian kalor pada alat destilasi air energi surya konvensional dapat dimanfaatkan untuk menguapkan air pada alat destilasi air yang menggunakan kondensor dengan metode satu bak. Sehingga alat destilasi air dengan menggunakan kondensor pasif dapat meningkatkan efisiensi yang lebih baik dari alat destilasi yang sebelumnya.
1.2 Tujuan
Tujuan yang ingin didapatkan pada penelitian ini :
1. Membuat model alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri dengan metode bak air satu tingkat.
4 1.3 Batasan Masalah
1. Penelitian destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri metode bak air satu tingkat.
2. Membandingkan pengaruh destilasi air energi surya yang tidak memakai kondensor dengan yang memakai kondensor.
3. Pengaruh hasil efisiensi air dengan alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri bak air satu tingkat.
4. Volume bak destilator pada destilasi konvensional dan destilasi air energi surya menggunakan energi sama, yaitu P = 71.5cm, L = 12cm, dan T = 9.5cm maka volume bak tersebut adalah 82189.25cm3.
5. Volume bak pada kondensor bak tingkat satu, yaitu P = 28 cm, L = 120 cm, T = 5 cm maka volume bak tersebut adalah 16800 cm3.
6. Volume ruang pada kondensor pasif, yaitu P = 30 cm, L = 122 cm, dan T= 86 cm, maka volume ruang kondensor tersebut adalah 314760cm3. 1.4 Manfaat Penelitian
1. Dapat menguasai proses pembuatan destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri dengan metode bak air satu tingkat. 2. Dapat membantu masyarakat dengan mudah mendapatkan air bersih
dengan pemanfaatan energi alternative khususnya energi surya sehingga dapat mengurangi pencemaran alam dan penghematan energi. 3. Meningkatkan kemampuan masyarakat dalam bidang desain,
5 4. Hasil penelitian ini dapat dikembangkan dan dapat digunakan masyarakat untuk meningkatkan kesehatan dan kesejahteraan masyarakat.
1.5 Skema Alat
Gambar 1.1 Skema alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri dengan metode bak air satu tingkat
Bagian komponen alat : 1. Kaca 3. Kondensor pasif
: 2. Bak variasi 4. Bak destilator 1
3 2
6 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1Pengertian Destilasi
Destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri adalah suatu metode untuk memisahkan air yang terkontaminasi dengan menghasilkan air yang bersih. Sedangkan kegunaan energi recoveri sebagai pemanfaatkan kembali dari sisa kalor pada kotak destilator yang dialiri ke kondensor bak air satu tingkat sehingga dapat meningkatkan jumlah efisiensi dari hasil pendestilasian air. Cara ini dapat mengurangi kerugian kalor pada alat destilasi yang tidak menggunakan kondensor. Sehingga pada metode ini dapat membantu masyarakat untuk memenuhi kebutuhan pada air bersih. 2.2Landasan Teori
7 Gambar 2.1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum
Pada destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri metode bak satu tingkat tidak berbeda jauh dari destilasi pada umumnya. Hanya menambahkan kondensor pasif pada bagian alat destilasi pada umumnya.. Umumnya kondensor pasif berbentuk kotak dan kondensor pasif ditaruh dibagian belakang pada kotak destilator. Tujuan menggunakan kondensor pasif pada alat destilasi diharapkan dapat meningkatkan efisiensi dari alat destilasi air energi surya karena dapat menyebabkan sebagian uap air dari kotak destilator akan menglir ke kondensor pasif, dapat meningkatkan kapasitas pengembunan dikarenakan pengembunan terjadi di kaca dan di kondensor pasif, dapat mengefektifkan proses pengembunan (temperaturnya dapat diupayakan rendah), dapat memanfaatkan energi panas dari kotak destilator untuk menguapkan bak yang terdapat pada kondensor pasif.
Ada beberapa mekanisme perpindahan masa uap air dari bak air ke kaca penutup pada alat destilasi air energi surya secara konveksi alami,
8 Mekanisme perpindahan massa uap air dari destilator ke dalam kondensor pasif pada alat destilasi air dengan kondensor pasif terjadi secara purging dan
difusi. Sebagian besar massa uap air berpindah secara purging dan hanya sebagian kecil yang berpindah secara difusi.
Gambar 2.2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator tanpa kondensor
Gambar 2.3 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator dengan kondensor
9 mempunyai temperatur lebih tinggi akan mempunyai energi kinetik yang lebih besar dan dapat lepas dari permukaan air (menguap). Difusi adalah mekanisme berpindahnya massa uap air yang disebabkan perbedaan konsentrasi uap air. Uap air akan mengalir dari tempat dengan konsentrasi uap tinggi ke tempat dengan konsentrasi uap rendah. Dari penelitian tentang mekanisme purging yang pernah dilakukan dapat disimpulkan bahwa besar perpindahan massa uap air dari destilator ke kondensor pasif dengan mekanisme purging sebanding dengan perbandingan antara volume kondensor pasif dengan jumlah volume kondensor pasif dan destilator.
1
2.3Persamaan yang Digunakan
Menurut Arismunandar (1995) Unjuk kerja alat destilasi surya dinyatakan dengan efisiensi dan volume air yang dihasilkan. Efisiensi destilator didefinisikan sebagai perbandingan antar jumlah energi yang digunakan selama proses penguapan sejumlah air di dalam destilator dengan jumlah radiasi yang datang dalam interval waktu tertentu.
Penghitungan efisiensi destilator dapat dihitung dengan persamaan sebagai berikut :
10 dengan :
muap : Massa air (kg)
hfg :Panas laten air (kJ/kg)
Ac : Luasan destilator (m2)
G : Radiasi surya yang datang (W/m2)
Massa uap air (Mg) dapat diperkirakan dengan persamaan matematis berikut (Arismunandar, 1995) :
3
4
dengan :
quap : Energi matahari untuk proses penguapan (kW/m2)
qkonv : Energi matahari yang dipindahkan ke tutup kaca dengan cara
konveksi (kW/m2)
PW : Tekanan parsial uap air pada temperatur air (N/m2)
PC : Tekanan parsial uap air pada temperatur kaca (N/m2)
TW : Temperatur air (°C)
11 2.4 Penelitian yang pernah dilakukan
12 kondensor pasif di bagian belakang menghasilkan kenaikan efisiensi sebesar 50% (Fath, 1993).
Penelitian destilasi air energi surya dengan kondensor pasif menghasilkan efisiensi yang berbeda pada posisi kondensor yang berbeda. Posisi kondensor di bagian atas alat destilasi menghasilkan efisiensi 15,1% sementara pada posisi di bawah dihasilkan efisiensi 30,54%. (Ahmed, 2012). Penelitian destilasi energi surya dengan posisi kondensor dibagian bawah destilator dan posisi destilator miring menghasilkan kenaikan efisiensi yang cukup baik sehingga dapat menghasilkan air destilasi sebanyak 5,1 kg/(m2.hari). Posisi alat destilasi yang miring menyebabkan terjadinya sirkulasi alami udara yang mendorong uap air ke kondensor dibagian bawah. Pada alat destilasi dengan posisi miring berpindahnya uap air disebabkan oleh beda tekanan destilastor dengan kondensor dan sirkulasi alami (Fath, 2004). Penelitian secara teoritis dan eksperimental menggunakan kondensor pasif di bagian belakang menghasilkan kenaikan efisiensi sebesar 48% sampai 70% jika kondensor mengalami pendinginan (El-Bahi, 1999). Penelitian eksperimental pada destilasi air energi surya vertikal di Aljasair menghasilkan air destilasi sebanyak 0,275 sampai 1,31 L/m2.hari dengan radiasi surya bervariasi antara 8,42 sampai 14,71 MJ/ hari. efisiensi yang dihasilkan bervariasi antara 7,85 sampai 21,19% (Boukar, 2005).
13 surya antara 19,15 sampai 26,08 MJ/m2. hari (Boukar, 2006). Penambahan kondensor pasif tanpa energi recoveri dapat meningkatkan efisiensi dari 70% (tanpa kondensor pasif) menjadi 75% (dengan kondensor pasif). Kemiringan kaca yang digunakan 4O dan hasil air destilasi sebesar 7 L/m2.hari (El-Bahi, 1999). Penelitian secara eksperimental alat destilasi air energi surya vertikal tanpa energi recoveri di Aljasair menghasilkan air destilasi sebanyak 0,5 sampai 2,3 kg/m2.hari (Boukar, 2004).
2.5 Jenis-jenis Destilasi
Terdapat berbagai jenis-jenis dari destilasi yang berkembang, berikut penjelasan dari berbagai jenis destilasi :
1. Destilasi Sederhana
Pada dasarnya destilasi ini memiliki pemisah yang jelas berupa perbedaan titik didih yang jauh. Jika campuran dipanaskan maka komponen yang titik didihnya lebih rendah akan lebih menguap lebih dahulu. Destilasi ini dilakukan pada tekanan atmosfer. Aplikasi ini sering dignakan untuk memisahkan air dan alkohol.
2. Destilasi Uap
14 dipilih jika komponen-komponen yang dipisahkan sensitif terhadap panas dan harus dijaga.
Ada dua cara melakukan destilasi uap. Yang pertama adalah dengan menghembuskan uap secara kontinu di atas campuran yang sedang diuapkan. Cara kedua adalah dengan cara mendidihkan senyawa yang dipisahkan bersama dengan pelarut yang diuapkan. Komponen yang dipisahkan dididihkan bersama-sama dengan pelarutnya. Tekanan parsial dari komponen ini secara bertahap akan mencapai kesetimbangan tekanan total sistem. Dalam model destilasi uap ini temperatur dari komponen yang dipisahkan dapat diturunkan dengan cara menguapkannya kepada uap pembawa (carrier), biasanya uap pelarut. Temperatur penguapan dalam hal ini lebih rendah dari temperatur didih senyawa-senyawa yang dipisahkan. Hal ini juga untuk menjaga agar senyawa-senyawa komponen yang dipisahkan tidak rusak karena panas. Jika pelarutnya air maka uap pelarut adalah uap air. Uap pelarut ini akan membawa serta komponen.
3. Destilasi Vakum
15 susah untuk dicapai. Tambahan lagi, volatilitas relatif juga meningkat jika tekanan diturunkan.
Dengan demikian, rancangan peralatan destilasi tidak sederhana karena memerlukan sistem tertutup. Kolom destilasi biasanya mempunyai desain sebagai kolom berisi dan tertutup (packed column)
untuk destilasi fraksional. Destilasi vakum tinggi (high vacuum distillation) dilakukan untuk tekanan 1-50 mmHg. Di bawah 1 mmHg destilasi dilakukan dengan kolom fraksionasi khusus. Destilasi vakum sangat berhubungan dengan destilasi fraksional. Untuk kolom fraksionasi besaran yang digunakan untuk menentukan keberlangsungan proses adalah HETP (height equivalent to a theoreticai plates) di mana harga HETP rendah merupakan indikasi sistem yang baik.
4. Destilasi Fraksionisasi
16 2.6Elemen Alat Destilasi Umum
1. Kaca = untuk meneruskan panas ke dalam ruang bak destilator. 2. Air kotor = sebagai sumber air kotor yang akan didestilasi.
3. Bak destilator = sumber air kotor yang akan diuapkan oleh panas matahari. 1
17 BAB III
METODE PENELITIAN
Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental dengan rancangan penelitian deskriptif komparatif, dimana dalam penelitian ini ada perlakuan pada alat penelitian. Penelitian ini mendeskripsikan keadaaan alat dan membandingkan dengan alat yang sudah ada sebelumnya dengan memberikan variasi yang diharapkan bisa memperbaiki dalam hal efisiensi alat destilasi sebelumnya.
3.1 Skema Alat
18 Pada alat destilasi diatas, massa uap pada kotak destilator akan berpindah sebagian ke kondensor. Hal ini disebabkan tekanan pada kondensor lebih kecil dari kotak destilator dan ditambahkan bak air diatas kondensor. Kegunaan bak air untuk menjaga suhu di kondensor untuk selalu rendah dan diharapkan massa uap dapat mengembun di kondensor. Penguapan diharapkan juga terjadi pada bak air diatas kondensor dengan manfaatkan massa uap yang ada pada kondensor. Pada alat destilasi berkondensor memiliki 2 hasil air yang sudah didestilasi yaitu pada kotak destilator dan pada bak air diatas kondensor. Dan sumber air yang terkontaminasi berjumlah 2 sumber.
20
8 6
16.5 3
6
76 30
19 Skema alat destilasi energi surya pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Alat destilasi energi surya konvensional atau tanpa menggunakan
kondensor.
Gambar 3.1 Skema alat destilasi energi surya konvensional tanpa menggunakan kondensor
Kaca
Rangka pendukung
Tampungan air bersih
Penyuplai air kotor
Kotak destilator Kaca
Rangka pendukung
Tampungan air bersih
Penyuplai air kotor
20 2. Alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri dengan
metode bak air satu tingkat.
Gambar 3.2 Skema alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri dengan metode bak air satu tingkat
Bak kondensor
Penyuplai air kotor
kaca
Tampungan air bersih
Kondensor pasif
21 3.2 Alat yang Mendukung Dalam Pengambilan Data
a. Piranometer
Piranometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur radiasi matahari, alat tersebut digunakan untuk mengkalibrasikan dengan solar
meter agar dapat memberikan hasil data energi surya yang datang sama dengan hasil data energi surya yang datang pada alat piranometer.
b. Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS)
Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) digunakan untuk mengukur temperatur alat destilasi.
c. Sensor Capacitive
Sensor Capacitive alat yang digunakan untuk mengukur hasil ketinggian air dalam penampung air yang sudah didestilasi.
d. Solarmeter
Solarmeter digunakan untuk mengukur intensitas energi matahari yang
datang.
e. Microcontroller Arduino 1.5.2
22 3.3 Variabel yang Divariasikan
1. Ketinggian air dalam bak destilator : 10 mm
2. Ketinggian air dalam bak destilaor : 15 mm
23 3.4 Parameter yang Diukur
1. Temperatur air (TW)
2. Temperatur kaca penutup (TC)
3. Temperatur Kondensor (TK)
4. Jumlah massa air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi (mD)
5. Jumlah massa air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi dengan menggunakan kondensor (mK)
6. Energi surya yang datang (G) 7. Lama waktu pengambilan data (t)
3.5 Langkah Penelitian
Langkah penelitian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Penelitian diawali dengan mempersiapkan alat seperti pada gambar 3.1 dan gambar 3.2
2. Kedua alat tersebut dijemur dibawah sinar matahari.
24 4. Data yang akan dicatat adalah temperatur air (TW), temperatur kaca
penutup (TC), temperatur kondensor (TK), jumlah massa air destilasi
dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi (mD), jumlah massa
air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi dengan menggunakan kondensor (mK), radiasi surya yang datang (G) dan lama
waktu pencatatan data (t). Semua data tersebut sudah tercata dalam sensor dan data didalam sensor tinggal dipindahkan kedalam laptop.
5. Sebelum melanjutkan pengambilan data pada hari berikutnya kondisi alat destilasi harus diperiksa untuk memastikan ketinggian air saat awal dan tidak ada masalah seperti pada indikator air yang terlepas. Sehingga air yang ada pada bak destilasi masih dengan ketinggian yang sama dengan sebelumnya. Dan mengecek air di dalam tempat minum ayam bila air di dalam minum sudah habis segera diisi dan merapikan kembali alat destilasi ditutup dengan terpal.
3.6Analisis data
25 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1Data Penelitian
Dalam pengambilan data penelitian secara keseluruhan terdapat 3 variasi pengambilan data, yaitu:
1. Ketinggian air 10 mm di dalam bak destilator pada alat destilasi menggunakan kondensor pasif.
2. Ketinggian air 15 mm di dalam bak destilator pada alat destilasi menggunakan kondensor pasif.
3. Ketinggian air 27 mm di dalam bak destilator pada alat destilasi menggunakan kondensor pasif.
Secara lengkap data dari 5 variasi tersebut dapat dilihat secara berurutan
pada tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.6 dengan :
Tc : Suhu pada permukaan kaca penutup alat destilasi energi surya. Tw : Suhu air pada bak alat destilasi energi surya.
Tcond : Suhu dalam bak air alat destilasi energi surya.
26 Lev 2 : Jumlah massa air yang sudah dilakukan proses destilasi di
kondensor pasif pada alat destilasi energi surya berkondensor.
G : Rata-rata energi surya yang didapat alat destilasi energi surya setiap jamnya.
Tabel 4.1 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam bak destilator pada penelitian alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pada hari pertama.
27 Tabel 4.2 Data pada variasi ketinggian air 15 mm di dalam bak destilator pada penelitian alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pada hari kedua.
28 Tabel 4.4 Data pada alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada
hari pertama.
29 Tabel 4.6 Data alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada hari
ketiga.
4.2 Hasil Penelitian
Langkah berikutnya setelah pengumpulan data yang dilakukan yaitu mencari persamaan dan menghitung dengan rumus yang sudah ditentukan. Sebagai contoh perhitungan penulis mengambil data yang tercantum pada tabel (1) yang merupakan data dari alat destilasi menggunakan kondensor dengan variasi ketinggian bak destilator 10 mm :
Diketahui :
TC pada jam kedua = 60,21 °C = 333,21 K
Tw pada jam kedua = 49,17 °C = 322,17 K
md air jam kedua =0,02 liter
30 alat destilasi vertikal = 0,8275
Bagian energi matahari ke kaca penutup karena konvensi: (pers. 4)
= 8,84 × 10−4 322,17 °C−333,21 °C + 11714 ,74 – 20045 ,30N m2 268,9×103– 11714 ,74 N
m2×
322,17 °C 1
3
x ( 322,17 °C −333,21 °C )
= 0,03 kW m2
Bagian energi matahari yang digunakan untuk proses penguapan: (Pers. 3)
Massa uap air perjamnya pada proses destilasi vertikal: (pers. 3)
31 0,50
Proses perhitungan efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi: (Pers. 2)
x 100 %
Berikutnya setelah pengumpulan data yang dilakukan yaitu mencari persamaan dan menghitung dengan rumus yang sudah ditentukan. Sebagai contoh perhitungan penulis mengambil data yang tercantum pada tabel (4) yang merupakan data dari alat destilasi konvensional :
Diketahui :
Tc pada jam kedua = 53,08 °C = 326,08 K Tw pada jam kedua = 57,81 °C = 330,81 K md air jam kedua =0,07 liter
32 Bagian energi matahari ke kaca penutup karena konvensi: (pers. 4)
qkonv = 8,84 × 10−4 Tw−Tc+
Bagian energi matahari yang digunakan untuk proses penguapan: (Pers. 3)
Massa uap air perjamnya pada proses destilasi vertikal: (pers. 3)
33 Proses perhitungan efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi: (Pers. 2)
x 100 %
4.3 Pembahasan
34
n teoritis kondensor n actual kondensor n teoritis konvensional n actual konvensional G
36
Gambar 4. 3 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada
destilasi berkondensor dan destilasi konvensional pada hari pertama
37 Gambar 4.4 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari
destilasi berkondensor dan destilasi konvensional pada hari pertama.
38
n teoritis kondensor n actual kondensor n teoritis konvensional n actual konvensional G
39 Pada gambar 4.6 efisiensi teoritis pada alat destilasi hampir sama pada hari ke 1 yaitu pada gambar 4.2. Namun G yang datang pada hari ke 2 lebih sedikit dari hari ke 1. Maka dengan lebih sedikit nya matahari pada hari ke 2 uap yang ada didalam bak destilator akan semakin berkurang dan ini akan mempengaruhi pada efisiensi teoritis. Namun pada hari ke 2 efisiensi pada destilasi konvensional masih lebih baik dari destilasi berkondensor. Hal yang sama terjadi juga pada efisiensi aktual dimana destilasi konvensional mempunyai efisiensi lebih baik dari destilasi berkondensor. Faktor matahari sangat memperngaruhi hasil air yang akan didapat dari pendestilasian. Karena hasil air sangat mempengaruhi nilai dari efisiensi aktual. Jadi pada hari kedua efisiensi teoritis dan efisisensi aktual masih lebih rendah dari hari ke 1. Mungkin dikaenakan dari perbedaan matahari.
0
Gambar 4.7 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada
40 Pada gambar 4.7 terlihat suhu bak air di destilator pada destilasi konvensional masih tetap lebih baik dari pada destilasi berkondensor. Hampir setiap jam suhu air di bak destilator pada destilasi konvensional lebih tinggi dari suhu air di bak desilator pada destilasi berkondensor. Namun suhu bak air dari kedua destilasi terlihat lebih rendah dari suhu bak air di hari ke 1. Hal ini disebabkan menurunnya panas dari matahari di hari ke 2 dan hal ini tentu juga mempengaruhi suhu air pada bak destilator akan menurun juga. Karena matahari yang memanasi air dan ruang destilaor. Sehingga banyak atau sedikitnya panas matahari yang datang akan mempengaruhi suhu pada air di bak destilator
Gambar 4.8 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari
41 Pada gambar 4.8 Terlihat pada jam ke 3 sampai jam ke 5 hasil air yang dihasilkan destilasi konvensional lebih baik dari destilasi berkondensor, namun pada jam terakhir perolehan hasil air destilasi berkondensor mengalami peningkatan yang cukup banyak dan bahkan dapat mengalahkan hasil air dari destilasi konvensional. Mungkin hal ini disebabkan karena pengembunan dapat terjadi maksimal bila terjadi perbedaan suhu atau pengembunan terjadi dari suhu tinggi ke suhu rendah. Hal ini yang membuat pada saat jam terakhir atau saat suhu matahari mulai turun pada destilasi berkondensor dapat menghasilkan air yang lebih banyak, karena pengembunan terjadi didua tempat yaitu di bak air destilator dan bak air dikondensor pasif. Dan pada destilasi konvensional hanya dapat terjadi di bak destilaor nya saja.
42
n teoritis kondensor n actual kondensor n teorotis konvensional n actual konvensional G
Gambar 4.10 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis konvensional, efisisensi aktual kondensor, dan efisisensi aktual konvensional pada hari ketiga
43 ketiga efisiensi teoritis dan efisiensi aktual destilasi konvensional lebih baik dari destilasi berkondensor.
Gambar 4.11 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada
destilasi berkondensor dan destilasi konvensional pada hari ketiga
44 Gambar 4.12 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari
destilasi berkondensor dan destilasi konvensional pada hari kedua
45 Gambar 4.13 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi
aktual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional hari pertama
46 Gambar 4.14 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi
aktual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional hari kedua
47 Gambar 4.15 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi
aktual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional hari ketiga
48 Gambar 4.16 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi perhari dari efisiensi
teoritis dan efisiensi aktual pada alat destilasi berkondensor dan destilasi konvensional selama 3 hari
50 Gambar 4.17 Grafik penbandingan md (lt) pada alat destilasi
berkondensor dengan variasi ketinggian air di dalam bak destilator 10 mm, 15 mm, dan 27 mm
51
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Telah berhasil dibuat alat destilasi enegi surya konvensional (tanpa mengunakan kodensor pasif) dan alat destilasi energi surya dengan penambahan kondensor pasif dibagian belakang bak destilator, serta melakukan penelitian pada alat tersebut.
52 yakni 77,75 % dan efisiensi aktual 34,06 % dengan hasil air yang diperoleh 2,12 liter/m2 dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam sehari sebesar 590,59 watt/m2.
5.2 Saran
1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan volume kondensor pasif lebih kecil.
2. Membuat kondensor pasif dengan bahan yang berbeda.
53
DAFTAR PUSTAKA
Ahmed, H.M., (2012), Experimental Investigations of Solar Stills Connected to External Passive Condensers, Journal of Advanced Science and Engineering Research, 2, pp 1-11
Arismunandar, Wiranto, 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta : Pradnya Paramita.
Boukar,M., Harmim,A., (2004), Parametric Study Of A Vertical Solar Still Under Desert Climatic Conditions, Desalination Vol. 168, pp 21-28.
Boukar M., Harmim A., (2005), Performance Evaluation Of A One-Sided Vertical Solar Still Tested In The Desert Of Algeria, Desalination Vol. 183, pp 113-126
Boukar M., Harmim A., (2006), Design Parameters And Preliminary Experimental Investigation Of An Indirect Vertical Solar Still, Desalination Vol. 203, pp 444-454
El-Bahi, A. Inan, D., (1999), A Solar Still With Minimum Inclination, Coupled To An Outside Condenser, Desalination Vol. 123, pp 79-83
Fath, H.E.S.; Samy M. Elsherbiny, S.M., (1993), Effect of adding a passive condenser on solar still performance, Energy Conversion and Management, 34, 1, pp 63–72
Fath, H.E.S; Elsherbiny, S.M.,; Ghazy, A. (2004), A Naturally Circulated Humidifying/Dehumidifying Solar Still With A Built-In Passive Condenser, Desalination, 169, pp 129–149
Hassan, Fath, E.,S., (1995), High Performance Of A Simple Design, Two Effects. Solar Distillation Unit, Energy Conversion Management, Vol. 38, 18, pp 1895- 1905
Kalbasi, R., esfahani, M.,N., (2010), Multi-Effect Passive Desalination System, An Experimental Approach, World Applied Sciences Journal, Vol. 10,10, pp 1264-1271
Kunze, H. H.,(2001), A New Approach To Solar Desalination For Small- And Medium-Size Use In Remote Areas, Desalination, 139, pp 35–41
54 Tanaka, H., nakatake, Y., (2004), A Vertikal Multiple-Effect Diffusion-Type Solar Still Coupled With A Heat-Pipe Solar Collector, Desalination Vol. 160, pp 195-205
Tanaka, H., Nakatake, Y., (2005), Factors Influencing The Productivity Of A Multiple-Effect Diffusion-Type Solar Still Coupled With A Flat Plate Reflector, Desalination Vol. 186, pp 299-310
55 LAMPIRAN
Gambar L. 1 Alat Destilasi Energi Surya Konvensional
56 Gambar L. 3 Logger (Biru) dan Stalker (Merah)
57 Gambar L. 2 Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS)
