i
UNJUK KERJA DISTILASI AIR JENIS ABSORBER KAIN DENGAN SPRAY DAN ALAT PENUKAR KALOR
SKRIPSI
Untuk Memenuhi Sebagai Persyaratan Mencapai Derajat Sarjana S-1 Teknik Mesin
Disusun Oleh :
SOPHIA BULANTARA NIM : 155214002
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
PERFORMANCE OF WICK TYPE SOLAR WATER DESTILLATION WITH SPRAY AND HEAT EXCHAGER
FINAL PROJECT
As Partial Fullfillment of the Requirement
to Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering
Presented By :
SOPHIA BULANTARA STUDENT NUMBER: 155214002
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGI
v
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS
AKHIR
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir
dengan judul :
UNJUK KERJA DISTILASI AIR JENIS ABSORBER KAIN DENGAN
SPRAY DAN ALAT PENUKAR KALOR
dibuat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Strata 1, Program
Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Sejauh yang saya ketahui 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, 10 Januari 2019
Penulis,
Sophia Bulantara
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI
KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :
Nama : Sophia Bulantara
Nomor Mahasiswa : 155214002
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :
UNJUK KERJA DISTILASI AIR JENIS ABSORBER KAIN DENGAN
SPRAY DAN ALAT PENUKAR KALOR
beserta perangkat yang diperlukan. Dengan demikan saya memberikan kepada
Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan
dalam bentuk media yang lain, mengelolanya di internet atau media lain untuk
kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan
royalti kepada saya selama tetap menyantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyatakan ini saya buat dengan sebenarnya.
Yogyakarta, 10 Januari 2019
Yang Menyatakan
Sophia Bulantara
vii
ABSTRAK
Indonesia merupakan salah satu negara dengan iklim tropis dan jika musim kemarau tiba, banyak daerah di Indonesia yang mengalami kekeringan dan juga kekurang air bersih. Air terkontaminasi oleh berbagai kotoran sehingga menjadi tidak layak untuk konsumsi, untuk mengatasi hal ini salah satunya dengan menjernihkan air yang kotor dengan distilasi air menggunakan energi surya. Untuk mengatasi masalah kekurang air layak konsumsi ini maka diperlukan sebuah inovasi baru yang salah satunya dengan cara distilasi energi surya.
Terdapat dua proses utama dalam distilasi, yaitu penguapan dan pengembunan. Pengembunan dapat ditingkatkan dengan menurunkan temperatur kaca. Spray merupakan salah satu metode dalam mendinginkan kaca dan alat penukar kalor merupakan salah satu komponen untuk membantu menaikkan temperatur air sehingga lebih cepat terjadi proses penguapan. Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisi efek pendinginan kaca terhadap efisiensi dan hasil air distilasi serta efek dari penggunaan alat penukar kalor.
Beberapa parameter yang akan divariasikan: (1) debit absorber 0,6 liter/jam dengan debit spray 5 liter/jam, (2) debit absorber 0,6 liter/jam dengan debit spray 10 liter/jam, (3) debit absorber 0,6 liter/jam dengan debit spray 15 liter/jam, (4) debit absorber 0,5 liter/jam dengan debit spray 15 liter/jam, (5) debit absorber 1 liter/jam dengan debit spray 15 liter/jam. Parameter yang diukur adalah adalah (1) temperatur air keluar absorber, (2) temperatur air masuk absorber dan kaca, (3) temperatur absorber, (4) temperatur air keluar kaca, (5) temperatur kaca, (6) kelembaban sekitar, (7) temperatur sekitar, dan (8) e-tape. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa efisiensi terbesar didapatkan pada debit absorber 1 liter/jam dan debit spray 16 liter/jam dengan hasil air distilasi sebanyak 0,459 liter dan efisiensi sebesar 83 %. Sedangkan efisiensi terendah didapatkan pada debit absorber 0,6 liter/jam dan debit spray 5 liter/jam dengan hasil air distilasi sebanyak 0,357 liter dan efisiensi sebesar 64 %.
viii
ABSTRACT
Indonesia is one of the countries with a tropical climate and if the dry season arrives, many regions in Indonesia experience drought and also lack of clean water. Water is contaminated by various impurities so that it is not suitable for consumption, to overcome this one of them is by clearing dirty water by distillation of water using solar energy. To overcome the problem of lack of water that is suitable for consumption, a new innovation is needed, one of which is by distillation of solar energy. There are two main processes in distillation, namely evaporation and condensation. Condensation can be increased by reducing the temperature of the glass. Spray is one method of cooling glass and a heat exchanger is one component to help increase the temperature of the water so that the evaporation process occurs faster. The purpose of this study is to analyze the effect of cooling the glass on the efficiency and yield of distilled water and the effects of the use of heat exchanger.
Some parameters that will be varied: (1) discharge of 0.6 liter / hour absorber with 5 liter / hour discharge spray, (2) 0.6 liter / hour absorber discharge with 10 liter / hour discharge spray, (3) absorber discharge 0 , 6 liters / hour with 15 liters / hour discharge spray, (4) 0.5 liter / hour absorber discharge with 15 liter / hour discharge spray, (5) 1 liter absorber discharge / hour with 15 liter / hour discharge spray. The parameters measured are (1) the temperature of the water out of the absorber, (2) the temperature of the absorber and glass water, (3) the temperature of the and efficiency of 83%. While the lowest efficiency is obtained at 0.6 liter / hour absorber discharge and 5 liters / hour spray discharge with distillation results of 0.357 liters and efficiency of 64%.
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas
limpahan rahmat-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik
dan tepat pada waktunya. Skripsi ini merupakan salah satu syarat wajib
mahasiswa Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi,
Universitas Sanata Dharma, untuk memperoleh ijazah maupun gelar S1 Teknik
Mesin. Berkat bimbingan, nasihat dan doa yang diberikan dari berbagai pihak,
akhirnya penulis dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik dan maksimal. Oleh
karena itu, dengan segala kerendahan hati dan ketulusan, penulis mengucapkan
terima kasih kepada :
1. Sudi Mungkasi, S.Si., M.Math.Sc., Ph.D., selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik
Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,
Yogyakarta.
3. Ir. Fransiscus Rusdi Sambada, M.T., selaku dosen pembimbing dalam
proses pembuatan alat dan penelitian Tugas Akhir ini.
4. Doddy Purwadianto S.T., M.T., selaku Kepala Laboratorium Energi, Prodi
Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,
Yogyakarta, yang mengijinkan dan memfasilitasi dalam melakukan
penelitian.
5. Dr. Eng. I Made Wicaksana Ekaputra, selaku Dosen Pembimbing
x
6. Seluruh Dosen Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ilmu
pengetahuan selama kuliah
7. Seluruh Tenaga Kependidikan Program Studi Teknik Mesin, Fakultas
Sains dan Teknologi, yang telah membantu penulis selama perkuliahan
hingga selesainya penulisan skripsi ini.
8. Keluarga tercinta, Marius Acai dan Lily Wara Rahayu selaku orang tua,
serta Giog Aura Hengrisky yang selalu mendukung, mendoakan, semangat
dan bantuan baik berupa moral dan materi kepada penulis
9. Anugrah Aji Pramudia dan Miming Wiyati yang selalu memberikan
semangat dan dukungan secara moral.
10. Seluruh teman dan sahabat Teknik Mesin terutama untuk teman-teman
TMA 2015 yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
11. Seluruh pihak yang secara langsung maupun tidak langsung memberikan
bantuan berupa material maupun moral kepada penulis.
Akhir kata, penulis menyadari bahwa penulisan skripsi ini tidaklah
sempurna, sehingga kritik dan saran yang membangun masih sangat diharapkan
dari pembaca demi penyempurnaan skripsi ini. Diharapkan skripsi ini dapat
bermanfaat bagi kita semua.
Yogyakarta, 10 Januari 2019
Penulis,
Sophia Bulantara
xi
DAFTAR ISI
HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
ABSTRAK ... vii
1.2 Identifikasi Masalah ... 3
1.3 Rumusan Masalah ... 4
2.2 Penelitian Terdahulu ... 13
2.3 Hipotesis ... 14
BAB 3 METODE PENELITIAN ... 15
3.1 Metode Penelitian ... 15
3.2 Skema dan Spesifikasi Alat ... 16
3.3 Variabel yang divariasikan ... 18
3.4 Parameter yang diukur ... 19
3.5 Alat ukur yang digunakan ... 19
3.6 Langkah Penelitian ... 20
3.7 Langkah dan analis data ... 21
xii
4.1 Hasil Penelitian ... 22
4.2 Analisi data ... 33
BAB 5 PENUTUP ... 45
5.1 Kesimpulan ... 45
5.2 Saran ... 46
DAFTAR PUSTAKA ... 47
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4. 1 Hasil Penelitian Variasi 1 ... 22
Tabel 4. 2 Hasil Penelitian Variasi 2 ... 23
Tabel 4. 3 Hasil Penelitian Variasi 3 ... 24
Tabel 4. 4 Hasil Penelitian Variasi 4 ... 25
Tabel 4. 5 Hasil Penelitian Variasi 5 ... 26
Tabel 4. 6 Hasil perhitungan variasi 1 ... 27
Tabel 4. 7 Hasil perhitungan variasi 2 ... 28
Tabel 4. 8 Hasil perhitungan variasi 3 ... 29
Tabel 4. 9 Hasil perhitungan variasi 4 ... 30
Tabel 4. 10 Hasil perhitungan variasi 5 ... 31
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2. 1 Alat Penukar Kalor A (Tampak Luar) dan B (Tampak Dalam) ... 7
Gambar 2. 2 Skema Energi Panas Dalam Alat Distilasi ... 9
Gambar 2. 3 Aliran pendingin spray ... 11
Gambar 3. 1 Skema posisi lampu inframerah ...15
Gambar 3. 2 Alat distilasi absorber kain ... 16
Gambar 3. 3 Skema alat distilasi absorber kain ... 17
Gambar 3. 4 Absorber kain ... 18
Gambar 4. 1Efek Laju Aliran Pendingin Pada Efisiensi...33
Gambar 4. 2Efek Laju Aliran Pendingin Pada Efisiensi ... 33
Gambar 4. 3Efek Laju Aliran Pendingin Pada Hasil Air Destilasi ... 34
Gambar 4. 4 Efek Laju Aliran Pendingin Pada Hasil Air Destilasi ... 34
Gambar 4. 5Efek Laju Aliran Pendingin Pada ΔT ... 35
Gambar 4. 6Efek Laju Aliran Pendingin Pada ΔT ... 36
Gambar 4. 7Efek Laju Aliran Pendingin Pada h konveksi ... 36
Gambar 4. 8Efek Laju Aliran Pendingin Pada h konveksi ... 37
Gambar 4. 9Efek Laju Aliran Pendingin Pada ΔT x h konveksi ... 37
Gambar 4. 10 Efek Laju Aliran Pendingin Pada ΔT x h konveksi ... 38
Gambar 4. 11Efek Laju Air Di Absorber Pada Efisiensi ... 38
Gambar 4. 12 Efek Laju Aliran Air Di Absorber Pada Efisiensi ... 39
Gambar 4. 13 Efek Laju Aliran Air Di Absorber Pada Hasil Air Destilasi ... 40
Gambar 4. 14Efek Laju Aliran Air Di Absorber Pada Hasil Air Destilasi ... 40
xv
Gambar 4. 16Efek Laju Aliran Air Di Absorber Pada ΔT ... 41
Gambar 4. 17Efek Laju Aliran Pendingin Pada h konveksi ... 42
Gambar 4. 18Efek Laju Aliran Pendingin Pada h konveksi ... 42
Gambar 4. 19 Efek Laju Aliran Pendingin Pada ΔT x h konveksi ... 43
Gambar 4. 20Efek Laju Aliran Pendingin Pada ΔT x h konveksi ... 43
xvi
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Tabel Sifat Air dan Uap Jenuh ... 49
Lampiran 2.Tabel Sifat Air dan Uap Jenuh (Lanjutan) ... 50
xvii
DAFTAR SIMBOL
No Simbol Keterangan
1 ԏα Nilai emisivitas adalah kemampuan suatu benda untuk meradiasikan energi yang di serapnya
2 Ɛ Efektivitas penukar panas 3 ṁh Debit air panas (liter/detik) 4 ṁc Debit air dingin (liter/detik).
10 Tcout Temperatur air dingin keluar APK (˚C)
11 η
Efisiensi adalah perbandingan antara jumlah energi matahari yang digunakan dalam proses penguapan air dengan jumlah energi panas lampu inframerah yang datang selama waktu pemanasan
12 TW Temperatur air di absorber (temperatur absorber) (˚C)
13 TC Temperatur kaca (˚C)
14 Ta Udara sekitar (˚C)
15 GT Energi panas lampu (watt/m2) 16 md Kenaikan hasil air distilasi
1
BAB 1
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air merupakan senyawa kimia yang sangat penting bagi
kehidupan, terutama bagi manusia. Sebagai mahluk hidup, manusia
membutuhkan air sebagai penunjang hidupnya. Penggunaan air yang
utama adalah sebagai air minum. Air dalam tubuh manusia berfungsi
sebagai pembentuk sel, cairan tubuh, pengatur suhu tubuh dan sebagai
pelarut makanan. Oleh karena itu, air yang dikonsumsi harus terbebas dari
zat-zat lain yang berbahaya bagi tubuh manusia.
Indonesia merupakan salah satu negara dengan iklim tropis. Pada
musim kemarau, banyak daerah di Indonesia yang mengalami kekeringan
dan juga kekurang air bersih. Air terkontaminasi oleh berbagai kotoran
sehingga menjadi tidak layak untuk konsumsi, untuk mengatasi hal ini
salah satunya dengan menjernihkan air yang kotor dengan distilasi air
menggunakan energi surya. Untuk mengatasi masalah kekurang air layak
konsumsi ini maka digunakan alat distilasi air yang akan mengubah air
kotor menjadi air yang bersih sehingga layak untuk dikonsumsi.
Penelitian kali ini menggunakan alat distilasi air energi matahari
jenis absorber kain. Alat distilasi air memiliki dua komponen penting
yaitu absorber dan kaca penutup. Absorber berfungsi sebagai tempat air
yang akan membantu proses penguapan. Kaca penutup berfungsi sebagai
tempat pengembunan uap air dimana setelah air menguap maka embun
akan terbentuk pada kaca penutup dan dialirkan ke tempat penampungan
air. Pada penelitian ini pendinginan kaca dilakukan menggunakan spray.
Spray merupakan salah satu metode dalam mendinginkan kaca
menggunakan air. Pada percobaan sebelumnya diperoleh efisiensi sebesar
46,35 % dengan hasil air distilasi 2,39 L/m2.hari (Dwi, 2011). Efisiensi yang diperoleh tidak maksimal, karena pendinginan spray tidak dapat
menurunkan temperatur kaca secara baik dan merata maka penelitian kali
ini akan ditambahkan alat penukar kalor agar efisiensi menjadi lebih
maksimal.
Unjuk kerja dari alat distilasi energi surya dapat diukur dari
efisiensi dan banyaknya hasil air yang terdetilasi. Banyak faktor yang
mempengaruhi efisiensi dari alat distilasi air energi surya diantaranya
yaitu keefektifan absorber dalam menyerap panas, keefektifan kaca dalam
mengembunkan uap air, jumlah massa air di alat distilasi, dan temperatur
awal air yang masuk kedalam destilator. Absorber yang digunakan harus
memilki absorbtivitas energi surya yang baik. Untuk meningkatkan
absorbtivitas pada umumnya digunakan absorber berwarna hitam, hal ini
karena warna hitam mempunyai nilai absorbtivity sebesar 0,97 (Cengel,
1998) maka pada penelitian ini absorber diberikan kain berwarna hitam.
Kaca penutup tidak boleh terlalu panas, karena jika temperatur kaca terlalu
3
pada penelitian ini kaca penutup akan diberikan spray guna mendinginkan
kaca penutup. Air yang masuk kedalam destilator diusahakan memiliki
suhu yang tinggi untuk mempercepat proses penguapan. Semakin cepat
proses penguapan maka air hasil distilasi akan semakin banyak dan
efisiensi dari alat distilasi energi surya juga akan meningkat maka pada
penelitian ini digunakan alat penukar kalor (APK) untuk menaikian
temperatur air sebelum masuk ke dalam absorber kain.
Permasalahan dari alat distilasi air energi surya jenis absorber kain
saat ini yaitu rendahnya efisiensi yang dihasilkan. Penelitian ini akan
meneliti pengaruh aliran air pada absorber, debit pendinginan kaca, dan
penggunaan alat penukar kalor (APK). APK sendiri ada dua jenis
berdasarkan arah aliran yaitu aliran berlawanan arah dan aliran searah.
Pada penelitian ini menggunakan APK jenis aliran berlawanan arah,
dimana kedua fluida mengalir dengan arah yang saling berlawanan dan
keluar pada sisi yang berlawanan. Pada APK jenis ini masih mungkin
didapatkan temperatur fluida yang menerima panas (temperatur fluida
dingin) saat keluar penukar panas lebih tinggi dibanding temperatur fluida
yang memberikan panas (temperatur fluida panas) saat meninggalkan
APK.
1.2 Identifikasi Masalah
Pada latar belakang telah dijelaskan bahwa unjuk kerja alat distilasi
disimpulkan bahwa semakin besar penguapan dan pengembunan maka
akan menghasilkan air distilasi yang lebih banyak. Agar penguapan dan
pengembunan semakin membesar, digunakan pendingin kaca dan APK
(alat penukar kalor). Pendingin kaca digunakan untuk menurunkan
temperatur kaca agar pengembunan lebih besar. APK digunakan untuk
menaikkan temperatur air yang akan masuk ke absorber agar punguapan
lebih cepat.
1.3 Rumusan Masalah
Rumusan masalah pada penelitian ini yaitu bagaimana efek dari
aliran pendingin kaca dan temperatur air masukan dengan memanfaatkan
energi panas air limbah menggunakan alat penukar kalor.
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah dari penelitian ini adalah:
1. Luasan destilator sebesar 0,49 m2 .
2. Nilai emisivitas (ԏα) dari alat sebesar 0,81.
3. Pengujian dilakukan selama 2 jam untuk setiap variasi.
4. Laju aliran air dianggap konstan pada variasi 1, 2 dan 3
menggunakan laju aliran absorber kain sebesar 0,6 liter/
jam, pada variasi 4 menggunakan laju aliran absorber kain
sebesar 0,5 liter/jam dan pada variasi 5 menggunakan laju
5
5. Temperatur absorber dianggap sebagai temperatur air yang
akan didistilasi.
6. Temperatur pada luasan kaca dianggap merata.
7. Temperatur pada luasan absorber dianggap merata.
8. Aliran air pada absorber dianggap merata.
9. Energi panas dari lampu pada setiap pengujian sama.
1.5 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah untuk menganalisis efek
pendinginan kaca terhadap unjuk kerja dengan fluida pendingin air dan
efek dari penggunaan APK.
1.6 Manfaat Penelitian
Manfaat dari penelitian ini adalah menambah kepustakaan tentang
efek pendinginan kaca pada distilasi air jenis absorber kain dan efek dari
penggunaan APK yang dapat digunakan sebagai referensi bagi peneliti
6
BAB 2
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Landasan Teori
Distilasi merupakan proses penjernihan air kotor menjadi air
bersih. Pada distilasi, terdapat dua proses utama, yaitu penguapan dan
pengembunan. Perbedaan temperatur menjadi faktor utama agar kedua
proses tersebut dapat berlangsung.
Proses tersebut berlangsung secara berututan, berawal dari energi
panas yang masuk ke dalam alat distilasi dan memanaskan absorber yang
berisi air, sehingga lapisan air kotor diatas absorber akan menguap
kemudian berubah fase menjadi embun dan menempel pada kaca penutup,
sedangkan kotoran tidak ikut menguap. Proses penguapan dan
pengembunan yang meningkat akan menghasilkan unjuk kerja yang
maksimal.
Alat penukar kalor (APK) adalah alat bantu yang digunakan untuk
memindahkan energi panas dari fluida panas ke fluida yang dingin.
Banyak sekali pengaplikasian alat penukar kalor (APK) yang digunakan
dalam kehidupan seharihari, seperti condenser atau evaporator pada AC,
radiator pada mobil, dll.
Pada eksperimen ini APK digunakan untuk membantu
mempercepat proses pemanasan air, diharapkan air dapat panas sebelum
7
(A)
(B)
Gambar 2. 1 Alat Penukar Kalor A (Tampak Luar) dan B (Tampak Dalam)
Pada Gambar 2.1 warna merah menandakan bahwa temperatur air
panas yang berasal dari sisa air pada absorber, nantinya akan dimanfaatkan
untuk membantu menaikkan temperatur air sebelum masuk ke absorber.
Sedangkan warna biru merupakan aliran air dari bak penampung menuju
absorber yang akan dipanaskan terlebih dahulu di APK sebelum masuk ke
Efektivitas dari APK yaitu perbandingan perpindahan panas aktual
dengan panas maksimum yang dapat dipindahkan. Secara matematis
dituliskan sebagai berikut (Pane, 2014):
Ɛ𝐴𝑃𝐾 = 𝑄 𝑚𝑎𝑘𝑠𝑖𝑚𝑢𝑚𝑄𝑎𝑘𝑡𝑢𝑎𝑙 = 𝐶𝐶𝑚𝑖𝑛.𝑐 .((𝑇(𝑇𝑐.𝑜𝑢𝑡ℎ.𝑖𝑛−𝑇−𝑇𝑐 𝑖𝑛𝑐 𝑖𝑛))= 𝐶𝐶𝑚𝑖𝑛 .ℎ.(𝑇(𝑇ℎ.𝑖𝑛ℎ.𝑖𝑛−𝑇−𝑇ℎ.𝑜𝑢𝑡𝑐.𝑖𝑛) (1)
𝐶𝑐 = 𝑚𝑐 × 𝑐𝑐 𝑑𝑎𝑛 𝐶ℎ = 𝑚ℎ × 𝑐𝑐 (2)
𝐶𝑚𝑖𝑛 = 𝐶ℎ = 𝑚ℎ × 𝑐ℎ → 𝑎𝑝𝑎𝑏𝑖𝑙𝑎 𝐶ℎ < 𝐶𝑐 (3)
𝐶𝑚𝑖𝑛 = 𝐶𝑐 = 𝑚𝑐 × 𝑐𝑐 → 𝑎𝑝𝑎𝑏𝑖𝑙𝑎 𝐶𝑐 < 𝐶ℎ (4)
dengan Ɛ adalah efektivitas penukar panas (%). ṁh dan ṁc adalah
debit air panas dan dingin yang mengalir didalam penukar panas
(liter/detik). Ch adalah kapasitas panas air panas (J/kg.℃). Cc adalah kapasitas panas air dingin (J/kg.℃). Thin adalah temperatur air panas
masuk APK (℃). Thout adalah temperatur air panas keluar APK (℃). Tcin
adalah temperatur air dingin masuk APK (℃). Tcout adalah temperatur air
dingin keluar APK (℃).
Distilasi dengan energi surya memiliki beberapa faktor yang sangat
9
Gambar 2. 2 Skema Energi Panas Dalam Alat Distilasi
Radiasi adalah perpindahan panas yang tidak memerlukan
perantara dalam memindahkan panas dari suatu benda ke benda lain. Pada
alat distilasi air energi surya memanfatkan panas dari radiasi matahari
sebagai energi panas untuk memanasi destilator. Radiasi dari matahari
yang diterima bumi pada bagian luar atmosfer bumi adalah 1353 W/m2.
Tidak semuanya energi panas dari matahari akan sampai ke permukaan
bumi. Radiasi dari matahari khususnya radiasi ultraviolet akan di serap
oleh ozon dan radiasi inframerah akan diserap oleh karbon dioksida dan
uap air.
Radiasi matahari yang masuk ke permukaan bumi ada dua macam
yaitu radiasi sorotan dan radiasi sebaran (Arismunandar, 1995). Konveksi
merupakan perpindahan panas yang disertai dengan berpindahnya zat
penghantar panas. Terjadinya perpindahan panas secara konveksi kerana
absorber dan kaca penutup secara konveksi mengakibatkan udara di antara
air di absorber dan kaca penutup menjadi panas. Panasnya udara dalam
destilator mengakibatkan terjadinya penguapan pada air di absorber.
Penguapan adalah proses perubahan fase dari cair menjadi uap.
Penguapan dapat ditingkatkan dengan menaikkan temperatur dari fluida
cair. Selain dengan menaikkan temperatur, penguapan dapat ditingkatkan
dengan memperbesar luas permukaan fluida cair, mengalirkan udara
kering di atas permukaan fluida cair dan memperkecil tekanan di atas
permukaan fluida cair.
Pengembunan atau kondensasi adalah perubahan fase dari uap air
menjadi embun. Kondensasi terjadi ketika uap air didinginkan sehingga
menjadi embun, tetapi juga dapat terjadi ketika uap air diberikan tekanan.
Embun yang telah terkondensasi dari uap air disebut kondensat. Untuk
meningkatkan pengembunan yaitu dengan mendinginkan kaca penutup.
Pendinginan kaca dapat dilakukan dengan air atau udara. Pada
pendinginan air, dapat dilakukan dengan metode spray (Gambar 2.3).
Metode spray, memiliki kelemahan yaitu luasan kontak air pada kaca yang
kecil, sehingga waktu kontak air pada kaca menjadi lebih cepat. Hal ini
mengakibatkan dalam mendinginkan kaca membutuhkan waktu yang lebih
lama. Pendinginan yang lama akan berdampak pada proses pengembunan
11
Gambar 2. 3 Aliran pendingin spray
Pada Gambar 2.3 merupakan bentuk pendinginan air menggunakan
spray. Terlihat bahwa luasan kontak air pada kaca penutup menjadi lebih
besar, sehingga waktu kontak air pada kaca menjadi lebih lama. Waktu
kontak air pada kaca yang lebih lama akan mempengaruhi proses
pengembunan menjadi lebih baik.
Efisiensi alat distilasi energi matahari (η) merupakan perbandingan antara jumlah energi matahari yang digunakan dalam proses penguapan air
dengan jumlah energi panas lampu inframerah yang datang selama waktu
pemanasan (Arismunandar, 1995).
𝜂 = 𝐴𝑐 𝑥 𝐺𝑇𝑚 𝑥 ℎ𝑓𝑔
𝑚𝑎𝑡𝑎𝑟𝑎ℎ𝑎𝑟𝑖 𝑥 𝑑𝑡 𝑥 100% (1)
dengan m adalah hasil air distilasi (kg), hfg adalah panas laten air
(J/kg), Ac adalah luasan alat distilasi (m2), GTmatahari adalah energi panas
Proses penguapan dari absorber menuju kaca dapat dicari dengan
persamaan Darcy Weishbach:
𝑞𝑢𝑎𝑝 = 𝑚 𝑥 ℎ𝑓𝑔 =
16.27𝑥10−3𝑥 𝑞
𝑘𝑜𝑛𝑣 𝑥[𝑃𝑤−𝑃𝑐][𝑇𝑤−𝑇𝑐] 𝑥 1000 𝑊 𝑚⁄ 2 (2)
dengan quap adalah laju penguapan air ke permukaan kaca (W/m2),
qkonv adalah laju perpindahan panas secara konveksi (W/m2), Pw adalah
tekanan parsial uap (Pa), Pc adalah tekanan parsial udara (Pa), Tw adalah
temperatur absorber (K), Tc adalah temperatur kaca (K). Laju perpindahan
panas secara konveksi (qkonv) dapat dicari dengan persamaan:
𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣 = 8.84𝑥10−4𝑥 [𝛥𝑇 +268.9𝑥10𝑃𝑤−𝑃𝑐3−𝑃𝑤𝑥𝑇𝑤] 1 3
𝑥 𝛥𝑇 𝑊 𝑚⁄ 2 (3) dengan ΔT (delta T) adalah perbedaan temperatur absorber dengan
kaca (°C). Laju perpindahan panas secara radiasi (qrad) dapat dihitung
berdasar persamaan :
𝑞𝑟𝑎𝑑 = 5,67 𝑥 10−11 𝑥 0,9 𝑥 (𝑇𝑤4− 𝑇𝑐4) 𝑥 1000 𝑊 𝑚⁄ 2 (4)
Laju perpindahan panas total (qtotal) merupakan penjumlahan dari
qkonveksi, qradiasi dan quap dari air ke kaca (W/m2):
𝑞𝑡𝑜𝑡𝑎𝑙 = 𝑞𝑢𝑎𝑝+ 𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣+ 𝑞𝑟𝑎𝑑 𝑊 𝑚⁄ 2 (5)
Terdapat juga faktor yang mempengaruhi qkonv, yaitu hkonveksi, yang
merupakan koefisien konveksi (W/m2°C), dapat dilihat pada persamaan :
13
2.2 Penelitian Terdahulu
Penelitian tanpa pendingin kaca jenis absorber bak, memperoleh
hasil air distilasi sebesar 1,5 liter/6jam dilakukan di India (Prof. Alpesh,
2011). Penelitian serupa, menggunakan pendingin spray memperoleh hasil
air distilasi sebesar 3,6 kg/m2.hari (Agboola, 2016). Penggunaan jenis
absorber kain dengan berpendingin spray akan memperoleh hasil air
distilasi sebesar 1,7 kg/m2.hari dilakukan di India (A.K. Rai, 2013) dan
2,39 kg/m2.hari dilakukan di Indonesia (Dwi, 2011).
Penelitian mengenai peningkatan efisiensi dari sistem STEG (Solar
Thermoelectric Generation) berpendingin spray, memperoleh efisiensi
terbaik sebesar 31,3% dengan debit kain 0,35 L/min (M. Ge, 2018).
Efek pendinginan kaca pada distilasi air jenis absorber kain
menggunakan lampu yang memiliki energi panas sebesar 384 W/m2
dengan luasan alat 0,89 m2 . Pada kondisi volume air pendingin kaca
disetiap sekat 500 ml dihasilkan rata-rata temperatur kaca dan temperatur
absorber selama 2 jam sebesar 48,50o C dan 55,2 o C. Menghasilkan air
distilasi sebanyak 0,101 kg/m2 dengan efisiensi 11 %. Pada kondisi
volume air pendingin kaca 500 ml menghasilkan air distilasi yang sedikit
selama 2 jam. Hal ini dikarenakan energi panas total dari air ke kaca yang
dihasilkan destilator sebesar 84 W/m2 (Agung, 2018).
Efek pendinginan kaca dan penukar kalor terhadap unjuk kerja alat
efek dari aliran pendinginan kaca, debit aliran pendingin kaca dan
penggunaan alat penukar kalor (APK) terhadap unjuk kerja alat distilasi air
energi surya jenis absorber kain. menghasilkan unjuk kerja dengan hasil
distilasi sebesar 0,091 Kg/m2 .2 jam dengan efisiensi 10,9 %. Pada kondisi
menggunakan APK terjadi peningkatan kinerja dari alat distilasi. Terjadi
peningkatan hasil distilasi 42 sebesar 0,055 kg/m2 dengan efektivitas APK
59 % (Roni, 2018)
2.3 Hipotesis
Dengan menggunakan air pendingin kaca dan APK dapat
menghasilkan air distilasi yang lebih banyak. Air pendingin kaca
digunakan untuk menurunkan temperatur kaca agar pengembunan lebih
cepat. APK digunakan untuk menaikkan temperatur air di absorber agar
penguapan lebih cepat.
Pada kondisi penguapan dan pengembunan yang lebih cepat maka
akan dihasilkan air distilasi yang lebih banyak dan diharapkan efisiensi
15
BAB 3
METODE PENELITIAN
3.1 Metode Penelitian
Penelitian ini menggunakan metode eksperimen dengan
menggunakan alat distilasi yang disimulasikan menggunakan lampu
sebagai pengganti energi surya. Lampu yang digunakan berjumlah 6
buah lampu inframerah agar mempermudah dalam melakukan
pengamatan dan kontrol alat. Lampu yang digunakan lampu dengan daya
sebesar 375 Watt dengan temperatur benda hitam 2450 K, sehingga
memiliki energi panas lampu sebesar 384 W/m2 dan energi panas lampu
yang masuk alat distilasi sebesar 309,69 W/m2.
3.2 Skema dan Spesifikasi Alat
Gambar 3. 2 Alat distilasi absorber kain
Pada Gambar 3.2 merupakan alat distilasi secara keseluruhan, (1)
lampu yang digunakan sebagai pengganti energi matahari, (2) spray, (3)
absorber kain dan kaca penutup, (4) bak penampung air hasil distilasi, (5)
alat penukar kalor, (6) bak penampung air yang akan di distilasi, (7) bak
17
Gambar 3. 3 Skema alat distilasi absorber kain
Pada Gambar 3.3 menunjukkan skema alat distilasi dimana (1)
merupakan bak penampung air yang akan di distilasi, (2) merupakan kran,
(3) merupakan alat penukar kalor, (4) merupakan absorber kain, (5)
merupakan bak penampung air hasil distilasi, (6) merupakan bak
penampun air sisa spray, (7) merupakan bak penampung air sisa dari alat
penukar kalor, (8) merupakan penampung air spray, (9) merupakan aliran
masuk spray, (10) merupakan aliran masuk ke absorber kain
Penelitian ini menggunakan alat distilasi air jenis absorber kain
yang terbuat dari mal triplek dengan ketebalan 12 mm. Absorber kain
terbuat dari karet dan memiliki ukuran panjang x lebar sebesar 81 cm x 61
cm, sehingga luasan absorber sebesar 0,49 m2. Kaca penutup memiliki
panjang 82 cm x lebar 62 cm dengan ketebalan 3 mm. Sekat yang
digunakan terbuat dari plat aluminium berbentuk “L” dengan ukuran
Gambar 3. 4 Absorber kain
3.3 Variabel yang divariasikan
Pada penelitian ini terdapat beberapa parameter yang akan
divariasikan diantaranya sebegai berikut:
1. Variasi 1 adalah variasi dengan laju air masuk absorber kain
0,6 liter/jam dan pada debit aliran air pendinginan kaca 5
liter/jam menggunakan APK.
2. Variasi 2 adalah variasi dengan laju air masuk absorber kain
0,6 liter/jam dan pada debit aliran air pendinginan kaca 10
liter/jam menggunakan APK.
3. Variasi 3 adalah variasi dengan laju air masuk absorber kain
0,6 liter/jam dan pada debit aliran air pendinginan kaca 15
19
4. Variasi 4 adalah variasi dengan massa air mengisi absorber
kain 0,5 liter/jam dan pada debit aliran air pendinginan kaca 15
liter/jam menggunakan APK.
5. Variasi 5 adalah variasi dengan laju air masuk absorber kain 1
liter/jam dan pada debit aliran air pendinginan kaca 15 liter/jam
menggunakan APK.
3.4 Parameter yang diukur
Parameter yang diukur saat melakukan penelitian pada alat distilasi
air energi surya jenis absorber kain :
1. TW (°C) : Temperatur air di absorber (temperatur absorber).
2. TC (°C) : Temperatur kaca.
3. T1 (°C) : Air panas masuk APK.
4. T2 (°C) : Air panas keluar APK.
5. T3 (°C) : Air dingin masuk APK.
6. T4(°C) : Air dingin keluar APK.
7. Ta (°C) : Udara sekitar.
8. GT : Energi panas lampu (watt/m2)
9. md : Kenaikan hasil air distilasi
3.5 Alat ukur yang digunakan
Adapun alat ukur yang digunakan pada penelitian ini adalah :
1. Solar Meter adalah alat ukur yang digunakan untuk mengukur
besarnya energi panas matahari dalam satuan W/m2.
2. Microcontroller Arduino digunakan untuk pengambilan data
selama penelitian dengan cara kerja menangkap sinyal dan
mencatat dalam bentuk data.
3. Dallas Semiconductor Temperature Sensor (TDS) digunakan
untuk mengukur temperatur absorber, temperatur kaca,
temperatur air masuk dan temperatur air keluar.
4. Electrical Tape Sensor (E-tape) digunakan untuk membaca dan
mengetahui kenaikan hasil air distilasi.
3.6 Langkah Penelitian
Langkah-langkah yang dilakukan pada penelitian ini adalah :
a. Menyiapkan alat distilasi kain, air, sensor, serta lampu.
b. Mengatur debit aliran pada absorber kain dan juga spray.
c. Menyiapkan tempat penampungan air hasil distilasi dan juga
tempat penampuang air sisa spray yang tidak terpakai.
d. Menyiapkan sensor untuk mengukur temperatur pada alat distilasi.
e. Setelah semua siap maka lampu dihidupkan dan data mulai
tercatat. Pengambilan data akan secara otomatis setiap 10 detik dan
21
3.7 Langkah dan analis data
Analisis data dilakukan dengan 2 langkah, yaitu :
1. Menganalisis efek laju aliran pendingin pada unjuk kerja, dengan
debit air pendingin sebanyak 5 liter/jam, 10 liter/jam, dan 15
liter/jam.
2. Menganalisis efek alat penukar kalor, dengan debit air masukkan
22
BAB 4
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian
Pada saat melakukan penelitian didapatkan rata-rata energi lampu
yang terukur sebesar 384 W/m2 . Data pengukuran alat distilasi air energi
surya jenis absorber kain disajikan pada Tabel 4.1 sampai Tabel 4.5.
Tabel 4. 1 Hasil Penelitian Variasi 1
23
Tabel 4. 2 Hasil Penelitian Variasi 2
25
Tabel 4. 4 Hasil Penelitian Variasi 4
27
Tabel 4. 1 Hasil perhitungan variasi 1
Menit TW TC ΔT md
Rata-Rata Setiap 10 Menit
Qkonv quap qradiasi qtotal hkonv md ΔT x hkonv η °C °C °C kg/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2.°C kg/m2 W/m2 % 10 42,68 38,23 4,45 0,00 0,58 3,55 28,02 32,16 0,13 0,00 0,58 2% 20 55,52 48,59 5,69 0,00 0,80 7,48 38,32 46,60 0,14 0,00 0,71 4% 30 60,92 51,67 6,88 0,03 2,76 35,20 48,07 86,03 0,33 0,02 2,13 18% 40 64,08 53,99 7,68 0,05 3,84 53,39 54,92 112,14 0,43 0,03 2,94 27% 50 66,14 55,94 8,18 0,08 4,27 62,63 59,48 126,37 0,46 0,03 3,32 31% 60 67,82 57,61 8,52 0,12 5,10 79,45 62,73 147,28 0,53 0,04 4,05 40% 70 69,21 55,94 9,20 0,18 6,20 100,28 68,42 174,90 0,59 0,06 4,74 50% 80 70,35 57,38 9,67 0,22 6,38 105,52 72,54 184,45 0,59 0,04 4,86 53% 90 71,35 56,73 10,22 0,25 6,45 108,33 77,20 191,99 0,58 0,03 4,86 54% 100 72,49 56,76 10,77 0,29 6,72 114,90 81,87 203,49 0,58 0,04 5,00 58% 110 73,37 57,89 11,20 0,36 7,22 126,42 85,60 219,24 0,60 0,06 5,35 64% 120 73,83 58,17 11,57 0,39 7,19 127,47 88,87 223,53 0,59 0,04 5,33 64%
28
Tabel 4. 2 Hasil perhitungan variasi 2
Menit TW TC ΔT md
Rata-Rata Setiap 10 Menit
qkonv quap qradiasi qtotal hkonv md ΔT x hkonv η °C °C °C kg/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2.°C kg/m2 W/m2
10 42,81 33,75 9,06 0,00 0,04 0,21 55,81 56,06 0,00 0,00 0,04 0% 20 55,06 39,29 12,42 0,00 0,39 3,41 80,78 84,57 0,03 0,00 0,39 2% 30 60,35 41,68 14,51 0,04 4,36 46,77 97,12 148,25 0,24 0,03 4,36 24% 40 62,88 43,61 15,70 0,06 5,56 62,67 107,02 175,26 0,30 0,03 5,56 32% 50 64,31 44,57 16,51 0,12 7,74 91,89 113,94 213,57 0,40 0,05 7,74 46% 60 64,76 41,98 17,55 0,18 9,89 118,63 121,93 250,45 0,49 0,06 9,89 60% 70 64,77 43,41 18,10 0,21 9,93 119,89 126,33 256,14 0,49 0,03 9,93 60% 80 65,38 44,40 18,46 0,22 8,90 107,59 129,43 245,91 0,43 0,01 8,90 54% 90 65,81 43,98 18,83 0,28 9,83 120,68 132,52 263,03 0,47 0,06 9,83 61% 100 66,74 44,67 19,16 0,36 11,19 140,27 135,28 286,75 0,53 0,08 11,19 71% 110 67,65 44,80 19,49 0,40 11,28 142,81 138,13 292,22 0,53 0,04 11,28 72% 120 67,50 50,02 19,32 0,44 11,17 143,44 137,49 292,09 0,54 0,04 11,17 72%
29
Tabel 4. 3 Hasil perhitungan variasi 3
Menit TW TC ΔT md
Rata-Rata Setiap 10 Menit
qkonv quap qradiasi qtotal hkonv md ΔT x hkonv η °C °C °C kg/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2.°C kg/m2 W/m2 % 10 44,03 34,19 9,84 0,00 -0,11 -0,65 61,10 60,34 -0,01 0,00 -0,11 0% 20 53,93 39,46 12,16 0,01 1,62 14,23 78,84 94,69 0,11 0,01 1,62 7% 30 58,34 41,48 13,72 0,04 5,49 54,76 91,20 151,46 0,34 0,03 5,49 28% 40 60,45 43,88 14,44 0,06 5,91 61,50 97,51 164,92 0,36 0,02 5,91 31% 50 62,12 46,95 14,58 0,12 8,06 91,39 99,77 199,22 0,51 0,05 8,06 46% 60 63,11 47,31 14,79 0,19 10,17 121,29 102,16 233,62 0,64 0,07 10,17 61% 70 63,50 47,10 15,02 0,22 10,17 123,06 104,50 237,73 0,64 0,03 10,17 62% 80 63,73 47,30 15,19 0,24 9,78 119,34 106,31 235,43 0,61 0,02 9,78 60% 90 63,91 47,06 15,38 0,30 10,50 129,99 108,05 248,54 0,65 0,05 10,50 65% 100 64,21 47,16 15,54 0,38 11,79 148,26 109,61 269,67 0,72 0,08 11,79 75% 110 64,40 47,25 15,69 0,42 11,80 149,34 110,97 272,11 0,72 0,04 11,80 75% 120 64,54 46,92 15,85 0,47 12,02 152,96 112,38 277,36 0,73 0,05 12,02 77%
30
Tabel 4. 4 Hasil perhitungan variasi 4 Menit TW
TC
ΔT md Rata-Rata Setiap 10 Menit
31
Tabel 4. 5 Hasil perhitungan variasi 5
Menit TW TC ΔT md Rata-Rata Setiap 10 Menit
qkonv quap qradiasi qtotal hkonv md ΔT x hkonv
η
°C °C °C kg/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2 W/m2.°C kg/m2 W/m2 % 10 42,02 31,95 10,07 0,00 0,03 0,17 61,35 61,56 0,00 0,00 0,03 0% 20 52,84 34,93 13,99 0,01 2,00 15,13 88,97 106,10 0,11 0,01 2,00 8% 30 56,91 36,26 16,21 0,05 7,17 61,31 105,28 173,76 0,36 0,04 7,17 31% 40 59,05 36,99 17,67 0,07 8,17 72,48 116,29 196,94 0,39 0,03 8,17 36% 50 60,25 37,48 18,69 0,13 10,76 99,80 124,11 234,67 0,50 0,05 10,76 50% 60 60,85 37,64 19,45 0,21 14,09 134,84 129,93 278,86 0,64 0,08 14,09 68% 70 60,78 38,08 19,91 0,24 14,17 136,85 133,61 284,63 0,64 0,04 14,17 69% 80 61,24 38,75 20,23 0,27 13,73 133,61 136,30 283,65 0,62 0,03 13,73 67% 90 61,66 38,87 20,52 0,33 14,77 145,88 138,67 299,31 0,66 0,06 14,77 73% 100 61,79 38,95 20,75 0,42 16,35 163,79 140,60 320,74 0,73 0,08 16,35 82% 110 61,91 37,95 21,04 0,46 16,21 163,01 142,83 322,05 0,72 0,04 16,21 82% 120 62,12 36,12 21,45 0,51 16,44 165,45 145,76 327,65 0,72 0,05 16,44 83%
Rata-rata
32
Tabel 4. 6 Hasil perhitungan APK
VARIASI T1 T2 T3 T4 ch cc Ch Cc
Qh AKTUAL
QC
AKTUAL Qmaks Ɛ
ᵒC ᵒC ᵒC ᵒC kj/kg.oc kj/kg.oc kj/s.oc kj/s.oc W W W % 1 30,55 29,26 31,75 32,26 4,17 4,17 0,0003 0,0003 0,17 0,45 0,42 41%
2 33,66 29,96 33,17 32,74 4,17 4,17 0,0003 0,0003 -0,15 1,29 0,17 19%
3 32,32 29,65 32,66 32,45 4,17 4,17 0,0003 0,0003 -0,07 0,93 -0,12 60%
4 29,47 28,69 31,83 31,40 4,17 4,17 0,0003 0,0003 0,12 0,23 0,68 19%
33
4.2Analisi data
Dari hasil perhitungan unjuk kerja alat destilasi absorber kain air
energi matahari, dapat dianalisis menggunakan Gambar 4.1 sampai
Gambar 4.21
4.1.1 Analisis Efek Laju Aliran Pendingin Pada Unjuk Kerja
Gambar 4. 1Efek Laju Aliran Pendingin Pada Efisiensi
Gambar 4. 2Efek Laju Aliran Pendingin Pada Efisiensi
Pada Gambar 4.1 dapat dilihat pada variasi 1 mendapatkan efisiensi
sebesar 64%, variasi 2 72%, dan variasi 3 77%. Dengan debit aliran
pendingin yang dinaikkan maka efisiensi semakin besar juga, dimana pada
variasi 1 debit spray sebesar 5 liter, variasi 2 debit spray sebesar 10 liter,
dan variasi 3 sebesar 15 liter, dimana ketiga variasi ini menggunakan debit
kain pada absorber sebesar 0,6 liter. Semakin tinggi debit spray yang
diberikan maka penutup kaca akan semakin dingin dan pengembunan juga
semakin cepat. Dapat dilihat dari Gambar 4.2 dimana kenaikan efisiensi
yang terbaik ada pada variasi ke 3, kenaikan efisiensi stabil dan semakin
tinggi.
Gambar 4. 3Efek Laju Aliran Pendingin Pada Hasil Air Destilasi
Gambar 4. 4 Efek Laju Aliran Pendingin Pada Hasil Air Destilasi
Pada Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa variasi 1 mendapatkan hasil
35
0,392 liter (0,44 liter/m².jam) , dan variasi ketiga sebanyak 0,417 liter
(0,47 liter/m².jam) dimana pengambilan data masing-masing variasi
dilakukan selama 2 jam. Dapat dilihat dari hasil destilasi maka semakin
jelas bahwa dengan bertambahnya debit spray pada pendingin kaca maka
hasil air destilasi semakin banyak karena proses pengembunan menjadi
semakin cepat. Dilihat dari Gambar 4.4 terlihat bahwa hasil air destilasi
paling banyak pada variasi 3.
Gambar 4. 5Efek Laju Aliran Pendingin Pada ΔT
Gambar 4. 6Efek Laju Aliran Pendingin Pada ΔT
Pada Gambar 4.5 perbedaan temperatur pada variasi 1 adalah
11,573 °C, kemudian perbedaan temperatur pada variasi 2 adalah 19,323
°C, dan perbedaan temperatur pada variasi 3 adalah 15,851 °C. Suhu
perbedaan temperatur tertinggi ada pada variasi 2 yaitu 19,323 °C hal ini
bisa terjadi karena debit spray yang diberikan sebagai pendingin sesuai
dengan kemampuan absorber menguap dan mengembun.
Gambar 4. 7Efek Laju Aliran Pendingin Pada h konveksi
Gambar 4. 8Efek Laju Aliran Pendingin Pada h konveksi
37
Pada Gambar 4.7 dan Pada Gambar 4.8 menunjukan bahwa
kenaikan koefisien konveksi terbaik adalah 0,729 W/m2 .°C diperoleh
pada variasi 3. Ini menunjukan bahwa laju perpindahan panas antara
absorber dengan kaca dapat berlangsung dengan baik, karena hambatan
menurun. Sedangkan pada variasi 2 merupakan hasil paling kecil
dikarenakan perpindahan panas antara absorber dengan kaca berlangsung
tidak baik.
Gambar 4. 9Efek Laju Aliran Pendingin Pada ΔT x h konveksi
Gambar 4. 10 Efek Laju Aliran Pendingin Pada ΔT x h konveksi
Pada Gambar 4.9 menunjukan bahwa perkalian antara koefisien
konveksi dengan perbedaan temperatur (energi konveksi) terbaik terdapat
pada variasi 3 dengan hasil sebesar 8,101 °C dimana hasil tersebut stabil
tanpa ada penurunan yang berlebih. Hal ini disebabkan oleh hambatan
pada variasi 3 lebih sedikit.
4.1.2 Analisis Efek Memafaatkan Alat Penukar Kalor Pada Unjuk Kerja
Gambar 4. 11Efek Laju Air Di Absorber Pada Efisiensi
Gambar 4. 12 Efek Laju Aliran Air Di Absorber Pada Efisiensi
39
Pada Gambar 4.11 dapat dilihat pada variasi 3 mendapatkan
efisiensi sebesar 77%, variasi 4 sebesar 75%, dan variasi 3 sebesar 83%.
Dengan debit aliran pendingin yang dinaikkan maka efisiensi semakin
besar juga, dimana pada variasi 3 debit absorber sebesar 0,6 liter/jam,
variasi 3 debit absorber sebesar 0,5 liter/jam, dan variasi 3 debit absorber
sebesar 1 liter/jam, ketiga variasi ini menggunakan debit spray yang sama
yaitu 15 liter/jam. dapat Pada Gambar 4.11 efisiensi paling tinggi di dapat
pada variasi 5 dengan debit absorber 1 liter/jam dan debit kain 15 liter/jam.
Sedangkan variasi dengan efisiensi terendah adalah variasi 2 dimana hanya
menghasilkan 75% saja.
Gambar 4. 14Efek Laju Aliran Air Di Absorber Pada Hasil Air Destilasi
Pada Gambar 4.13 dapat dilihat bahwa variasi 3 mendapatkan hasil
air destilasi sebanyak 0,417 liter (0,47 liter/m²jam), kemudian pada variasi
2 mendapatkan hasil air destilasi sebanyak 0,405 liter (0,45 liter/m²jam),
dan variasi ketiga mendapatkan hasil air destilasi sebanyak 0,450 liter
(0,51 liter/m²jam), pengambilan data masing-masing variasi dilakukan
selama 2 jam. Semakin jelas dapat kita lihat bahwa dengan bertambahnya
debit kain yang masuk pada absorber maka hasil air destilasi semakin
banyak karena proses penguapan akan menjadi semakin banyak hasilnya.
41
Gambar 4. 15Efek Laju Aliran Air Di Absorber Pada ΔT
Gambar 4. 16Efek Laju Aliran Air Di Absorber Pada ΔT
Pada Gambar 4.15 perbedaan temperatur pada variasi 3 adalah
19,32°C, kemudian perbedaan temperatur pada variasi 4 adalah 19,32 °C,
dan perbedaan temperatur pada variasi 5 adalah 21,45 °C. Suhu perbedaan
temperatur tertinggi ada pada variasi 5 yaitu 21,45 °C sedangan pada
variasi 3 dan 4 terdapat temperatur yang sama yaitu 19,32 °C. Hal ini
disebabkan karena penyerapan panas pada variasi 2 tidak baik.
Gambar 4. 17Efek Laju Aliran Pendingin Pada h konveksi
Gambar 4. 18Efek Laju Aliran Pendingin Pada h konveksi
Pada Gambar 4.17 dan 4.18 menunjukan bahwa kenaikan koefisien
konveksi terbaik adalah 0,729 W/m2 .°C diperoleh pada variasi 3. Ini
menunjukan bahwa laju perpindahan panas antara absorber dengan kaca
dapat berlangsung dengan baik, karena hambatan menurun. Sedangkan
pada variasi 4 merupakan hasil paling kecil dikarenakan perpindahan
panas antara absorber dengan kaca berlangsung tidak baik.
43
Gambar 4. 19 Efek Laju Aliran Pendingin Pada ΔT x h
konveksi
Gambar 4. 20Efek Laju Aliran Pendingin Pada ΔT x h
konveksi
Pada Gambar 4.19 menunjukan bahwa perkalian antara koefisien
konveksi dengan perbedaan temperatur terbaik terdapat pada variasi 5 dan
hasil tersebut tidak ada penurunan yang berlebih.
Gambar 4. 21Efektivitas APK
Pada Gambar 4.21 efektivitas APK pada Variasi 3 lebih besar
dibandingkan efektivias APK variasi lainnya karena temperatur air limbah
absorber pada Variasi 3 lebih tinggi. Dengan debit air yang masuk ke dalam APK
lebih panas dibanding variasi lainnya maka akan membantu menaikkan
temperatur air masuk absorber lebih tinggi dan efektivitasnya menjadi cukup
45
BAB 5
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan terhadap efek
pendinginan kaca menggunakan spray, dapat disimpulkan bahwa:
1. Dari kelima variasi yang ada, unjuk kerja terbaik terdapat pada
debit air spray sebanyak 15 liter/jam dan debit absorber
sebanyak 1 liter/jam (variasi 5) dengan hasil air distilasi sebesar
0,450 kg/m2.jam dan efisiensi alat distilasi sebesar 83%. Unjuk
kerja terendah terdapat pada debit spray 15 liter/jam dan debit
absorber 0,6 liter/jam dengan hasil air distilasi sebesar 0,350
kg/m2.jam (variasi 1). Sedangkan variasi lainnya memiliki hasil
unjuk kerja yang cukup baik.
2. Efektifitas APK tertinggi ada pada debit spray 15 liter/jam dan
debit absorber 0,6 liter/jam (variasi 3) dengan hasil efektifitas
APK sebesar 60%, karena panas yang diserap oleh APK baik
untuk membantu proses pemanasan air sebelum masuk ke dalam
absorber, sehingga membantu proses penguapan dengan cepat.
Sedangkan hasil efektivitas APK terendah ada pada debit spray
10 liter/jam dan debit absorber 0,6 liter/jam (variasi 2) dengan
hasil 19% dan pada debit spray 15 liter/jam dan debit absorber
pemanasan yang tidak sempurna pada absorber sehingga air sisa
absorber tidak terlalu panas.
5.2 Saran
1. Diharapkan peneliti selanjutnya bisa menggunakan debit spray yang
lebih besar sehingga proses pengembunan bisa lebih cepat dan hasil air
distilasi akan semakin banyak.
2. Diharapakn peneliti selanjutnya bisa menggunakan APK yang lebih
baik agar air yang masuk ke dalam absorber memiliki temperatur yang
sudah tinggi dan bisa mempercepat proses penguapan menjadi semakin
47
DAFTAR PUSTAKA
Agboola, P. O. and Ibrahim S. Al-Mutaz, 2016. “Effect of Cooling The Glass
Cover of an Inclined Solar Water Distillation Under The Climatic
Condition of Riyadh, Saudi Arabia”, Desalination and Water Treatment,
76, pp.1-18.
Agung, S., 2018. Efek Pendinginan Kaca Pada Destilasi Air Jenis Absorber Kain,
Skripsi. Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Arismunandar, Wiranto., 1995. “Teknologi Rekayasa Surya”, Jakarta : Pradnya
Paramita
Cengel, Y.A., 1998. Heat Trasnfer, A Practical Approach. Boston, Mc Graw Hill
Dwi, Damar, 2011. “Membandingkan Unjuk Kerja Alat Destilasi Air Energi
Surya Jenis Absorber Kain Menggunakan Kaca Tunggal Berpendingin Air
Dengan Berpendingin Udara”. Skripsi. Sarjana Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta.
Ge, M., Z.Wang, L.Liu & J.Zhao, 2018. “Performance Analysis of A Solar
Thermoelectric Generation (STEG) System With Spray Cooling”, Energy
Conversion and Management, 177, pp.661-670.
Pane, A.H., 2014. Model Contoh Penyelesaian Soal Alat Penukar Kalor, Heat
Exchanger. medan, juni 2014.
Rai, A. K., N. Singh, and V. Sachan, 2013. “Experimental Study of A Single
Journal of Mechanical Engineering and Technology (IJMET), vol.4, no.6,
pp.01-07.
Roni, M. 2018. Efek Pendinginan Kaca Dan Penukar Kalor Terhadap Unjuk Kerja
Alat Destilasi Air Energi Surya, Skripsi. Teknik Mesin Universitas Sanata
49
LAMPIRAN
Lampiran 2.Tabel Sifat Air dan Uap Jenuh (Lanjutan)
