INTISARI
Air merupakan kebutuhan pokok manusia yang harus terpenuhi dalam kehidupan sehari-hari. Sumber daya air di Indonesia berlimpah-limpah karena wilayah Indonesia di kenal dengan nama Negara Maritim dan banyak dikelilingi oleh banyak lautan, ini bukan menjadi jaminan bagi warga Indonesia mendapatkan pasokan air bersih dan layak di konsumsi. Hal ini disebabkan sudah sangat langkanya mendapatkan air bersih karena di Indonesia sendiri sudah banyak pabrik-pabrik yang berdiri, ini menyebabkan air bersih menjadi terkontaminasi zat-zat berbahaya yang di keluarkan oleh pembuangan pabrik-pabrik. Untuk menghilangkan zat-zat yang mengganggu kesehatan dan menyebabkan penyakit, perlu dilakukan pengolahan terlebih dahulu. Salah satu cara pengolahan air terkontaminasi adalah destilasi.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hasil dan membandingkan unjuk kerja (efisiensi) dari alat destilasi air energi surya konvensional dan alat destilasi air energi surya dengan menggunakan kaca ganda. Variasi yang digunakan adalah ketinggian air 1.5 cm, 2.0 cm, 2.5 cm pada kotak destilator, debit aliran air pendingin kaca, dan memasukkan air pendingin kaca ke bak destilasi.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi aktual tertinggi pada alat destilasi menggunakan kaca tunggal berpendingin udara yaitu sebesar 33,45 %
pada (G) 523,34 watt/m2. Namun untuk keseluruhan alat destilasi jenis kaca ganda
berpendingin air maupun alat destilasi jenis kaca tunggal berpendingin udara, alat destilasi konvensional (alat destilasi menggunakan kaca tunggal berpendingin udara), memperoleh efisiensi aktual tertinggi sebesar 33,45 % rata-rata (G) 523,34 watt/m2. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hasil air destilasi terbanyak pada alat destilasi menggunakan kaca tunggal berpendingin udara ditunjukan pada ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 180 ml/10 s, dengan hasil 1,94 liter per hai
ABSTRACT
Water is a basic human needs that must be met in everyday life. Water resources is very larges in Indonesia because Indonesian territory known by the name of the State Maritime and many are surrounded by many oceans, this is not a guarantee for the citizens of Indonesia to get a supply of clean water and decent in consumption. This is already very rare to get clean water as in Indonesia itself has many factories were established, this causes the water becomes contaminated with harmful substances were released by the disposal factories. To eliminate substances that damage the health and cause disease, treatment needs to be done first. One of processing contaminated water is destillation.
This study attempts to determine and compare the results of the performance (efficiency) of solar energy water distillation appliance of conventional and solar energy water destillation equipment using double glazing. Variation used is water height 1.5 cm, 2.0 cm, 2.5 cm at the box distillation, cooling water flow rate of glass, and the glass insert cooling water bath to destillation.
The results showed that the highest actual efficiency of the distillation apparatus using air-cooled single glass that is equal to 33.45 % in (G) 523,34 watt / m2. But for the entire instrumen distillation water-cooled type of double glazing or glass distillation equipment type air-cooled single, conventional distillation apparatus (distillation apparatus using a single glass air-cooled)to obtain the highest actual efficiency of 33,45 % average on (G) 523,34 watt/m 2. The results showed that the majority of distilled water result in a distillation apparatus using air-cooled single glass is shown at a height of 2.8 cm distillation water bath to variation of the glass discharge cooling water flow of 180 ml/10s, with a result of 1.94 liters per day.
DESTILATOR AIR ENERGI TERMAL SURYA JENIS
KONVENSIONAL MENGGUNAKAN PENDINGIN AIR
DENGAN KACA GANDA
SKRIPSI
Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
FRANSISKUS XAVERIUS RIAN KRISTI PRATAMA
NIM : 115214045
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
WATER SOLAR THERMAL ENERGY DESTILLATOR USING
CONVENTIONAL TYPES OF WATER COOLERS WITH
DOUBLE GLASSES
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of The Requirements To Obtain The Sarjana Teknik Degree
in Mechanical Engineering
Presented by:
FRANSISKUS XAVERIUS RIAN KRISTI PRATAMA
NIM : 115214045
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY
vii
INTISARI
Air merupakan kebutuhan pokok manusia yang harus terpenuhi dalam kehidupan sehari-hari. Sumber daya air di Indonesia berlimpah-limpah karena wilayah Indonesia di kenal dengan nama Negara Maritim dan banyak dikelilingi oleh banyak lautan, ini bukan menjadi jaminan bagi warga Indonesia mendapatkan pasokan air bersih dan layak di konsumsi. Hal ini disebabkan sudah sangat langkanya mendapatkan air bersih karena di Indonesia sendiri sudah banyak pabrik-pabrik yang berdiri, ini menyebabkan air bersih menjadi terkontaminasi zat-zat berbahaya yang di keluarkan oleh pembuangan pabrik-pabrik. Untuk menghilangkan zat-zat yang mengganggu kesehatan dan menyebabkan penyakit, perlu dilakukan pengolahan terlebih dahulu. Salah satu cara pengolahan air terkontaminasi adalah destilasi.
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hasil dan membandingkan unjuk kerja (efisiensi) dari alat destilasi air energi surya konvensional dan alat destilasi air energi surya dengan menggunakan kaca ganda. Variasi yang digunakan adalah ketinggian air 1.5 cm, 2.0 cm, 2.5 cm pada kotak destilator, debit aliran air pendingin kaca, dan memasukkan air pendingin kaca ke bak destilasi.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi aktual tertinggi pada alat destilasi menggunakan kaca tunggal berpendingin udara yaitu sebesar 33,45 %
pada (G) 523,34 watt/m2. Namun untuk keseluruhan alat destilasi jenis kaca ganda
berpendingin air maupun alat destilasi jenis kaca tunggal berpendingin udara, alat destilasi konvensional (alat destilasi menggunakan kaca tunggal berpendingin udara), memperoleh efisiensi aktual tertinggi sebesar 33,45 % rata-rata (G) 523,34 watt/m2. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hasil air destilasi terbanyak pada alat destilasi menggunakan kaca tunggal berpendingin udara ditunjukan pada ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 180 ml/10 s, dengan hasil 1,94 liter per hai
viii
ABSTRACT
Water is a basic human needs that must be met in everyday life. Water resources is very larges in Indonesia because Indonesian territory known by the name of the State Maritime and many are surrounded by many oceans, this is not a guarantee for the citizens of Indonesia to get a supply of clean water and decent in consumption. This is already very rare to get clean water as in Indonesia itself has many factories were established, this causes the water becomes contaminated with harmful substances were released by the disposal factories. To eliminate substances that damage the health and cause disease, treatment needs to be done first. One of processing contaminated water is destillation.
This study attempts to determine and compare the results of the performance (efficiency) of solar energy water distillation appliance of conventional and solar energy water destillation equipment using double glazing. Variation used is water height 1.5 cm, 2.0 cm, 2.5 cm at the box distillation, cooling water flow rate of glass, and the glass insert cooling water bath to destillation.
The results showed that the highest actual efficiency of the distillation apparatus using air-cooled single glass that is equal to 33.45 % in (G) 523,34 watt / m2. But for the entire instrumen distillation water-cooled type of double glazing or glass distillation equipment type air-cooled single, conventional distillation apparatus (distillation apparatus using a single glass air-cooled)to obtain the highest actual efficiency of 33,45 % average on (G) 523,34 watt/m 2. The results showed that the majority of distilled water result in a distillation apparatus using air-cooled single glass is shown at a height of 2.8 cm distillation water bath to variation of the glass discharge cooling water flow of 180 ml/10s, with a result of 1.94 liters per day.
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan berkah-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Skripsi 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 skripsi. Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan, dukungan dan dorongan, baik secara moral, material dan spiritual 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. Ir. Rines, 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 Skripsi yang telah
memberikan waku, tenaga dan pikiran selama penulisan skripsi.
5. Ir. Franciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T., atas bantuan selama proses
penelitian.
6.
Segenap dosen dan staff Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanataxi
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Landasan Teori ... 6
2.2 Persamaan yang Digunakan ... 8
2.3 Penelitian yang Pernah Dilakukan ... 9
2.4 Jenis-jenis Destilasi ... 11
BAB III METODE PENELITIAN 3.1 Alat Penelitian ... 15
3.2 Alat yang Mendukung Dalam Pengambilan Data ... 17
3.3 Variabel yang Divariasikan ... 18
3.4 Parameter yang Diukur ... 18
xii BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian ... 20
4.2 Pembahasan ... 27
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 42
5.2 Saran ... 43
DAFTAR PUSTAKA ... 44
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang dengan aliran air kaca 16 ml/s dengan ketinggian air 15 mm hari pertama dan hari kedua ...21 Tabel 2 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang
datang dengan aliran air kaca 16 ml/s dengan ketinggian air 20 mm hari ketiga dan hari ke empat ...21 Tabel 3 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang
datang dengan aliran air kaca 16 ml/s dengan ketinggian air 25 mm hari ke lima dan ke enam ...22 Tabel 4 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang
datang dengan aliran air kaca pendingin 18 ml/s pada hari ke tujuh dan hari ke delapan ...22 Tabel 5 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang
datang dengan aliran air kaca pendingin 14.5 ml/s pada hari ke sembilan dan hari ke sepuluh ...23 Tabel 6 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang
datang dengan aliran air pendingin kaca yang dimasukan ke dalam bak destilator pada hari ke sebelas ...23 Tabel 7 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang
dengan aliran air kaca 16 ml/s dengan ketinggian air 15 mm hari pertama dan hari kedua pada destilasi kovensional ...24 Tabel 8 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang
dengan aliran air kaca 16 ml/s dengan ketinggian air 20 mm hari ke tiga dan hari ke empat pada destilasi kovensional ...24 Tabel 9 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang
xiv
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum ...6 Gambar 2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator
konvensional ...7 Gambar 3 Skema alat destilasi energi surya konvensional menggunakan
pendingin kaca ganda ...16 Gambar 4 Alat destilasi energi surya konvensional dengan pendingin kaca
tunggal ...16 Gambar 5 Grafik hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang pada
variasi debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s terhadap variasi: a) dengan ketinggian air dalam bak destilator 15 mm, b) dengan ketinggian air dalam bak destilator 20 mm, c) dengan ketinggian air dalam bak destilator 25 mm ...32 Gambar 6 Grafik hubungan efisiensi aktual dan energi yang datang pada variasi: a) ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 18 ml/s, b) ketinggian air bak destilator 2,8 cm
terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 14.5 ml/s, dan c) aliran air pendingin kaca yang dimasukan ke dalam bak
destilator ...33 Gambar 7 Grafik hubungan efisiensi aktual dan efisiensi teoritis pada variasi
debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s terhadap variasi: a) dengan ketinggian air dalam bak destilator 15 mm, b) dengan ketinggian air dalam bak destilator 20 mm, c) dengan ketinggian air dalam bak destilator 25 mm ...34 Gambar 8 Grafik hubungan efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada variasi: a)
ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 18 ml/s, b) ketinggian air bak destilator 2,8 cm
xvi
Gambar 9 Grafik hubungan efisiensi hasil massa air destilasi menggunkan kaca ganda berpendingin air dengan alat destilasi menggunakan kaca tunggal berpendingin udara pada variasi debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s terhadap variasi: a) dengan ketinggian air dalam bak destilator 15 mm, b) dengan ketinggian air dalam bak destilator 20
mm, c) dengan ketinggian air dalam bak destilator 25 mm ...37
Gambar 10 Grafik hubungan hasil massa air destilasi menggunkan kaca ganda berpendingin air dengan alat destilasi menggunakan kaca tunggal berpendingin udara pada variasi: a) ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 18 ml/s, b) ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 14.5 ml/s, dan c) aliran air pendingin kaca yang dimasukan ke dalam bak destilator ...38
Gambar 11 Grafik perbandingan hasil massa uap air dan hasil massa air destilasi dengan variasi debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s terhadap variasi: a) dengan ketinggian air dalam bak destilator 15 mm, b) dengan ketinggian air dalam bak destilator 20 mm, c) dengan ketinggian air dalam bak destilator 25 mm ...39
Gambar 12 Grafik perbandingan hasil massa uap air dan hasil massa air destilasi dengan variasi: a) ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 18 ml/s, b) ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 14.5 ml/s, dan c) aliran air pendingin kaca yang dimasukan ke dalam bak destilator ...40
Gambar L.1 Logger (Biru) dan Stalker (Merah) ...48
Gambar L.2 Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) ...48
Gambar L.3 Solarmeter ...48
Gambar L.4 Penampung Air Hasil Destilasi ...48
xvii
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air merupakan kebutuhan pokok manusia yang harus terpenuhi dalam
kehidupan sehari-hari. Sumber daya air di Indonesia berlimpah-limpah karena
Wilayah Indonesia di kenal dengan nama Negara Maritim dan banyak dikelilingi
oleh banyak lautan, ini bukan menjadi jaminan bagi warga Indonesia
mendapatkan pasokan air bersih dan layak di konsumsi. Bahkan banyak manusia
harus rela mencari air bersih dengan berjalan kaki dengan jarak yang jauh. Hal ini
disebabkan sudah sangat langkanya mendapatkan air bersih.
Di Indonesia sendiri sudah banyak pabrik-pabrik yang berdiri, ini
menyebabkan air bersih menjadi terkontaminasi zat-zat berbahaya yang di
keluarkan oleh pembuangan pabrik-pabrik. Bahkan di daerah-daerah terpencil di
Indonesia air bersih dan layak di konsumsi sudah sangat jarang didapatkan.
Ditambah sudah banyak sumber air bersih mengalami kekeringan. Hal ini
menyebabkan banyak masyarakat mengkonsumsi air yang buruk, dan
kelama-lamaan dapat mengangu kesehatan badan kita. Dari beberapa masalah tersebut
tentu ini sangat menggangu untuk kelanjutan hidup manusia, karena air dan
manusia sudah tidak bisa terpisahkan kembali.
Terdapat beberapa langkah untuk mengatasi permasalahan air kotor yang
sudah terkontaminasi. Salah satu caranya untuk menjerihkan air yang sudah
tenaga surya dengan pemanfaatan panas dari sinar matahari, ini dapat didukung
dengan letak Indonesia secara astronomis berada antara 6LU – 11 LS dan 95BT-
141BT yang merupakan lintang rendah ini menyebabkan Indonesia beriklim
tropis. Permasalahan alat destilasi air tenaga surya terletak pada masih rendahnya
efisiensi yang dihasilkan. Seperti pada alat destilasi air tenaga surya konvensional
umumnya berbentuk kotak yang disebut kotak destilator. Kotak destilator terbagi
menjadi 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. Sedangkan kaca penutup pada alat ini berfungsi untuk
tempat mengembunnya uap air sehingga dihasilkan air bersih yang langsung dapat
di konsumsi.
Bak destilator konvensional energy surya dengan menggunakan pendingin
kaca ganda sangat cocok untuk diterapkan dalam mengatasi permasalahan
keterbatasan air yang ada di Indonesia, karena pembuatan yang sangat sederhana
dan air yang digunakan untuk mendinginkan kaca tersebut dapat menggunakan air
terkontaminasi, dan prinsip kerna yang relatih sederhana karena memanfaatkan
energy yang mudah dan murah. Keuntungan alat destilator surya sebagai
penjernih air diantaranya tidak memerlukan biaya tinggi dalam pembuatannya,
alat dan bahannya mudah didapat dipasaran, pengoperasian dan perawatan mudah.
Selain itu, destilator yang dilengkapi dengan menggunakan air pendingin kaca
1.2 Rumusan Masalah
1. Penelitian tentang alat destilasi surya jenis kaca ganda berpendingin air belum
banyak dilakukan oleh para ahli.
2. Alat destilasi surya jenis kaca ganda berpendingin air dengan ukuran dan
kemiringan tertentu belum banyak dilakukan penelitian.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin didapatkan pada penelitian ini :
1. Membuat model alat destilasi air tenaga surya kaca ganda berpendingin air
dan model alat destilasi air energi surya menggunakan kaca tunggal
berpendingin udara.
2. Mengetahui unjuk kerja antara alat destilasi air energi surya menggunakan
kaca tunggal berpendingin udara dan alat destilasi air energi surya
menggunakan kaca ganda berpendingin air.
1.4 Batasan Masalah
1. Pada alat destilator pendingin air kaca tunggal menggunakan 3 variasi yaitu,
menaikan ketinggian bak destilator (bak ayam), menaikan debit aliran air
pendingin kaca, dan memasukan aliran air pendingin kaca ke dalam bak
destilator.
2. Ketinggian air dalam bak destilator dinaikan sebanyak 3 kali selama 6 hari
masing-masing 2 hari, dengan ketinggian bervariasi yaitu, 15 mm, 20 mm, 25
3. Pada variasi berikutnya adalah menaikan debit aliran air kaca pendingin
selama 4 hari dengan debit yang berbeda yaitu, 2 hari pertama aliran air
sebesar 18 ml/s, dan 2 hari kedua aliran air sebesar 14.5 ml/s, dan volume di
dalam bak destilator sebesar 30 mm.
4. Pada variasi yang terakhir adalah air pendingin kaca dimasukan kedalam bak
destilator dan mengganti penampungan air kotor ( tempat minum ayam ) yang
sudah dimodifikasi.
5. Pada alat destilasi air energi surya menggunakan kaca tunggal berpendingin
udara berukuran 122 cm x 72 cm x 10 cm dengan kemiringan 75o sedangkan
pada alat destilasi air energi surya jenis kaca ganda berpendingin air memiliki
ukuran 120 cm x 60 cm x 30 cm dengan kemiringan 15o
6. Alat yang digunakan waktu pengambilan data meliputi piranometer, dallas
semiconductor temperature sensors (TDS), sensor capacitive, solarmeter,
microcontroller arduino.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Dapat menguasai proses pembuatan destilasi air energi surya menggunakan
pedingin kaca ganda.
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, perekayasaan
4. Hasil penelitian ini dapat dikembangkan dan dapat digunakan masyarakat
6
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Landasan Teori
Destilator energi surya adalah alat yang pada dasarnya memiliki prinsip
kerja seperti alat penyulingan yaitu untuk memisahkan air dari zat yang tidak
diinginkan atau zat kontaminan. Komponen utama destilator adalah bak destilator
dengan kaca penutup pada bagian atas. Bak destilator memiliki fungsi sebagai
tempat penampung air yang akan didestilasi dan sebagai absorber energi surya.
Untuk memperbesar absorpsivitas energi surya maka bak dicat dengan warna
hitam. Menurut Cengel (1998:589) cat hitam memiliki absorpsivitas sebesar 0,97
sehingga dapat menyerap energi surya dengan baik.
Gambar 1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum
Prinsip kerja proses destilasi adalah gabungan proses penguapan dan
pengembunan seperti yang terlihat pada Gambar 1. Energi surya yang datang
Akibatnya air tersebut berubah fase dari cair menjadi gas berupa uap air. Pada
proses ini, bahan-bahan yang mengkontaminasi air tidak dapat berubah fase dan
terpisah dari air yang telah menjadi gas. Uap air yang bersentuhan dengan kaca
akan mengembun. Pengembunan tersebut diakibatkan suhu lingkungan di bagian
luar kaca lebih rendah dibandingkan suhu bak air di bagian dalam kaca sehingga
panas mengalir dari uap air menuju lingkungan. Embun mengalir ke saluran
keluar karena posisi kaca yang miring.
Mekanisme perpindahan masa uap air dari bak air ke kaca penutup pada alat
destilasi air energi surya terjadi secara: konveksi alami, purging, dan difusi tersaji
pada Gambar 2. Sebagian besar massa uap air berpindah secara konveksi alami
dan hanya sebagian kecil yang berpindah secara purging dan difusi. Mekanisme
yang penulis jelaskan dapat dilihat pada gambar di bawah ini :
Gambar 2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator konvensional
Prinsip kerja alat destilasi air energi surya adalah penguapan air yang
terkontaminasi dan pengembunan uap air. Secara teoritis alat destilasi energi surya
dapat menghasilkan air bersih 6 liter per hari tiap satu meter persegi luasan alat.
Komponen utama yang terdapat pada sebuah alat destilasi air energi surya jenis
vertikal (Gambar 3) adalah absorber dan kaca penutup. Absorber berfungsi
sebagai penyerap energi surya untuk memanasi air yang akan diuapkan
(didestilasi). Kaca penutup berfungsi sebagai tempat mengembunnya uap air
sehingga dihasilkan air bersih yang dapat langsung dikonsumsi.Absorber terbuat
dari bahan yang memiliki sifat kapilaritas seperti kain atau spon.
2.2 Persamaan yang Digunakan
Efisiensi alat destilasi energi surya didefinisikan sebagai perbandingan
antara jumlah energi yang digunakan dalam proses penguapan air dengan jumlah
energi surya yang datang selama waktu pemanasan (Arismunandar, 1995):
dengan quap adalah bagian energi matahari yang digunakan untuk proses
penguapan (W/m2), qkonv bagian energi matahari yang hilang karena konveksi
(W/m2), Pw tekanan parsial uap air pada temperatur air (N/m2), Pc tekanan parsial
uap air pada temperatur kaca penutup (N/m2), Tw temperatur air (oc), dan Tc
temperatur kaca penutup (oc).
2.3 Penelitian yang Pernah Dilakukan
Penelitian beberapa jenis alat destilasi air energi surya telah dilakukan oleh
Malick (Malick dkk, 1982). Hasil yang diperoleh Malick dilanjutkan oleh Tiwari
(Tiwari, 1992). Penelitian unjuk kerja alat destilasi jenis vertikal sisi tunggal
dengan menggunakan absorber spon berwarna hitam menghasilkan air destilasi
antara 0,275 sampai 1,31 liter/m2.hari dengan jumlah energi surya antara 8,42
sampai 14,71 MJ. Efisiensi harian berkisar antara 7,85 sampai 21,19 %. (Boukar,
2005). Penelitian tersebut dilakukan di Aljazair pada musim panas dan gugur
2003. Luasan spon yang digunakan 0,817 m2.Pada penelitian tersebut diketahui
bahwa uap air yang mengembun di kaca menghalangi energi surya yang masuk.
Penelitian unjuk kerja alat destilasi jenis vertikal sisi tunggal tersebut dimodifikasi
dengan menambahkan kondensor pasif di bagian belakang alat destilasi (Boukar,
2007). Modifikasi tersebut menerapkan metode tetesan air terbalik yang telah
diteliti sebelumnya oleh Badran yang menerapkan metode tersebut untuk kolektor
pelat datar (Badran, 1992) dan untuk alat destilasi air energi surya (Badran, 1993).
Penelitian modifikasi oleh Boukar tersebut dilakukan di Aljazair pada musim
dan luas bagian penguapan (kondensor pasif) 0,869 m2. Produktivitas harian yang
diperoleh bervariasi antara 0,863 sampai 1,32 liter/m2.hari dengan energi surya
sebesar 19,15-26,08 MJ/m2 dan temperatur lingkungan antara 10,68 sampai 15,19
o
C, efisiensi maksimum yang diperoleh tiap jam antara 47,69 sampai 57,85 %.
Sebuah prototipe alat destilasi air energi surya jenis vertikal menggunakan
absorber rata dengan luas 0,817 m2 terbuat dari kain spon hitam mempunyai
penutup kaca dengan luas 0,876 m2 diteliti pada musim panas dari bulan Mei
sampai Juli 2003 dan musim gugur dari September sampai November di daerah
gurun di Adrar. Jarak kaca dengan absorber 70 mm dan tebal isolasi 35 mm.
Penelitian tersebut menganalisis parameter-parameter yang mempengaruhi unjuk
kerja dan produktivitas alat destilasi. Parameter yang dianalisis adalah temperatur
air masuk dan keluar, temperatur sekitar, temperatur kaca, energi aurya yang
datang dan posisi alat destilasi. Hasil penelitian tersebut menunjukkan unjuk kerja
dan produktivitas alat destilasi air energi surya jenis vertikal sangat bergantung
pada energi surya yang datang, temperatur sekitar dan posisi alat destilasi. Hasil
air yang diperoleh bervariasi antara 0,5 sampai 2,3 kg/m2 (Boukar, 2004).
Produktivitas destilasi air energi surya bergantung pada banyak parameter seperti
kondisi cuaca, sifat termal material alat, posisi alat, kemiringan kaca, kebocoran
uap dan parameter operasional lainnya (Garg, 1976). Pada alat destilasi miring
menggunakan absorber kain umumnya dihasilkan air 20-50 % lebih banyak
dibandingkan alat destilasi konvensional (Tanaka, 1982). Penelitian pengaruh
cuaca, disain dan parameter operasional pada produktivitas alat destilasi juga
destilasi air energi surya jenis vertikal juga pernah dilakukan (Wibulswas, 1984).
Menurut Dunkle parameter operasional utama yang mempengaruhi unjuk kerja
destilasi air energi surya adalah jumlah energi surya, temperatur sekitar,
kedalaman air dalam bak dan kebocoran pada bagian dasar alat (Dunkle, 1976).
Jarak kaca dan absorber yang optimum adalah 40 sampai 60 mm (Ramli, 1984).
Penelitian pengaruh disain parameter terhadap unjuk kerja alat destilasi juga
dilakukan oleh Headly (Headly, 1970), Singh (Singh, 1996) dan Garcia (Garcia,
1999). Penelitian menggunakan dua alat destilasi air energi surya vertikal jenis
tidak langsung di Sahara pada musim dingin menghasilkan laju alir air bersih
maksimum 1,061 kg/m2.jam. Temperatur penguapan maksimum 73,26 oC pada
temperatur sekitar antara 9,05 sampai 21,76 oC. Penelitian alat destilasi air energi
surya vertikal jenis gabungan antara tidak langsung dan langsung di lakukan di
gurun Sahara di Adrar Aljazair. Alat destilasi tersebut menghasilkan air bersih
antara 1,78 sampai 6,26 liter/m2.hari di bagian tidak langsung dan 0,55 sampai
1,93 liter/m2.hari di bagian langsung. Bagian langsung berbentuk bak dengan
penampang trapesium dengan ukuran sisi panjang 0,98 m dan sisi pendek 0,84 m.
Penelitian dilakukan dari bulan Mei sampai Juli 2006 dengan temperatur sekitar
rata-rata 28,07 sampai 43,28 oC dan energi surya antara 28,48 sampai 22,79
MJ/m2 hari.
2.4 Jenis-jenis Destilasi
Terdapat berbagai jenis-jenis dari destilasi yang berkembang, berikut
1. Destilasi Sederhana
Pada dasarnya destilasi ini memiliki pemisah yang jelas beruapa 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
Destilasi uap dilakukan untuk mernisahkan komponen campuran pada
temperatur lebih rendah dari titik didih normal komponen-komponennya.
Dengan cara ini pernisahan dapat berlangsung tanpa merusak
komponen yang hendak dipisahkan. Cara ini dapat 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
tidak rusak karena panas. Jika pelarutnya air maka uap pelarut adalah uap
air. Uap pelarut ini akan membawa serta komponen.
3. Destilasi Vakum
Destilasi vakum dilakukan dengan menurunkan tekanan, dari beberapa
ratus mmHg sampai 0,001 mmHg atau hampir vakum. Tujuan utamanya
adalah menurunkan titik didih cairan yang bersangkutan. Hal ini dilakukan
jika senyawa-senyawa target mudah terdekomposisi pada titik didihnya atau
jika titik didih senyawa target 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
Fungsi destikasi fraksionasi adalah memisahkan komponen – komponen
cair, dua atau lebih, dari suatu larutan berdasarkan perbedaan titik didihnya.
kurang dari 200 C dan bekerja pada tekanan atmosfer dan tekanan rendah. Aplikasi
dari destilasi jenis ini biasa digunakan pada industri minyak mentah, untuk
memisahkan komponen – komponen dalam minyak mentah. Perbedaan destilasi
fraksionisasi dengan destilasi sederhana terletak pada kolom fraksionisasinya,
dalam kolom ini terjadi pemanasan secara bertahap dengan suhu berbeda – beda
15 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Alat Penelitian
Alat destilasi yang dibuat berjumlah 2 (dua) alat, seperti pada gambar 3.1
dan gambar 3.2. Terdapat 3 bagian penting pada alat destilasi yang harus
diperhatikan adalah bak variasi satu tingkat, kaca ganda dan indikator ketinggian
air. Bak variasi satu tingkat terbuat dari aluminium dengan tebal 0.3 mm dengan
luas pada bak T=8 cm, L=30 cm, dan panjang 120 cm. Untuk pengaturan jumlah
ketinggian air di dalam bak destilator digunakan tempat air minum ayam,
dikarenakan tempat minum ayam dapat konstan untuk mempertahankan
ketinggian air didalam bak dengan laju aliran air yang rendah.
Skema alat destilasi energi surya pada penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Alat destilasi energi surya konvensional menggunakan pendingin kaca
Ganda (pada gambar 3).
2. Alat destilasi energi surya konvensional dengan pendingin kaca tunggal
Gambar 3 Skema alat destilasi energi surya konvensional menggunakan pendingin kaca ganda
3.2 Alat yang Mendukung Dalam Pengambilan Data
1. 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.
2. Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS)
Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) digunakan untuk
mengukur temperatur alat destilasi.
3. Sensor Capacitive
Sensor Capacitive alat yang digunakan untuk mengukur hasil ketinggian
air dalam penampung air yang sudah didestilasi.
4. Solarmeter
Solarmeter digunakan untuk mengukur intensitas energi matahari yang
dating.
5. Microcontroller Arduino
Microcontroller Arduino merupakan aplikasi software yang digunakan
3.3 Variabel yang Divariasikan
Terdapat beberapa jenis parameter yang akan di variasikan diantaranya
sebagai berikut :
1. Menaikan ketinggian bak destilator (bak ayam) dengan 3 variasi.
2. Menaikan debit aliran air pendingin kaca dengan 2 variasi.
3. Memasukan aliran air pendingin kaca ke dalam bak destilator.
3.4 Parameter yang Diukur
1. Temperatur air (TW)
2. Temperatur kaca penutup (TC)
3. Jumlah massa air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat
destilasi (mD)
4. Energi surya yang datang (G)
5. Lama waktu pengambilan data (t)
6. Kelembaban udara sekitar (RHA)
7. Temperatur udara sekitar (TA)
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.
3. Setiap 2 jam alat dicek pada setiap sensornya dan menghitung pertambahan
etape pada setiap alat destilasi. Penghitungan etape dilakukan sampai jam 4
sore. Setelah jam 4 sore dihitung jumlah penambahan etape pada setiap alat
destilasi.
4. Data yang akan dicatat adalah temperatur air (TW), temperatur kaca penutup
(TC), jumlah massa air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat
destilasi (mD), 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
alatdestilasi 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 didalam tempat minum ayam bila air
didalam minum sudah habis segera diisi dan merapikan kembali alat
20
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
1.1 Hasil Penelitian
Dalam pengambilan data penelitian secara keseluruhan ada 3 variasi alat,
yaitu:
1. Variasi ketinggian air dalam bak destilator dinaikan sebanyak 3 kali selama
6 hari masing-masing 2 hari, dengan ketinggian bervariasi yaitu, 15 mm, 20
mm, 25 mm, dengan debit aliran air kaca pendingin yang sama yaitu 16
ml/s.
2. Pada variasi berikutnya adalah menaikan debit aliran air kaca pendingin
selama 4 hari dengan debit yang berbeda yaitu, 2 hari pertama aliran air
sebesar 18 ml/s, dan 2 hari kedua aliran air sebesar 14,5 ml/s, dan volume di
dalam bak destilator sebesar 30 mm.
3. Pada variasi yang terakhir adalah air pendingin kaca dimasukan kedalam
bak destilator dan mengganti penampungan air kotor ( tempat minum ayam)
yang sudah dimodifikasi.
Secara lengkap data dari tiga variasi tersebut dapat dilihat secara berurutan pada
Tabel 1 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang dengan aliran air kaca 16 ml/s dengan ketinggian air 15 mm hari pertama dan hari kedua.
Tabel 2 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang dengan aliran air kaca 16 ml/s dengan ketinggian air 20 mm hari ketiga dan hari ke empat.
1 41,79 34,26 610,78 8042,88 5429,95 2420,24 0,01 0,08 0,12 0 16,08 0 2 40,56 41,61 764,44 7549,78 7970,02 2402,81 0,00 0,01 0,01 0,01 1,09 0,47 3 40,48 48,12 820,93 7518,45 11107,37 2387,31 0,02 0,12 0,18 0,01 17,19 0,55 4 40,90 50,69 476,01 7683,55 12640,45 2381,14 0,02 0,18 0,27 0,07 44,98 4,44 5 37,54 49,13 307,62 6453,68 11691,57 2384,87 0,03 0,20 0,30 0,17 76,62 16,38 6 33,83 45,34 96,25 5307,12 9646,81 2393,94 0,03 0,16 0,24 0,19 197,87 62,00 7 34,55 43,46 340,55 5514,00 8763,62 2398,42 0,02 0,11 0,16 0,03 38,28 3,09 8 32,21 42,56 220,36 4867,64 8370,48 2400,55 0,02 0,12 0,18 0,21 66,51 28,88
454,62 0,70 32,08 15,20
1 42,26 32,21 244,13 8239,70 4866,93 2425,07 0,02 0,12 0,17 0 56,94 0
2 42,53 39,11 300,93 8354,74 7003,94 2408,74 0,01 0,03 0,05 0,01 13,16 1,46 3 40,19 46,26 359,73 7405,93 10112,76 2391,73 0,01 0,08 0,12 0,01 27,20 2,69 4 40,31 51,27 400,94 7450,91 13010,99 2379,75 0,03 0,21 0,32 0,07 62,24 14,13 5 39,21 53,29 417,52 7038,11 14373,75 2374,92 0,04 0,30 0,46 0,14 86,15 25,84 6 34,93 50,08 391,12 5625,37 12258,78 2382,61 0,04 0,27 0,41 0,30 83,18 61,22 7 35,41 47,23 367,66 5772,16 10619,54 2389,43 0,03 0,18 0,27 0,07 58,97 14,72 8 34,62 45,90 356,74 5534,99 9927,93 2392,60 0,03 0,16 0,24 0,12 53,88 26,72
354,84 Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi 0,72 57,21 20,07
Tabel 3 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang dengan aliran air kaca 16 ml/s dengan ketinggian air 25 mm hari ke lima dan ke enam.
Tabel 4 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang dengan aliran air kaca pendingin 18 ml/s pada hari ke tujuh dan hari ke delapan.
1 40,97 34,48 527,22 7711,22 5495,79 2419,70 0,01 0,07 0,10 0 15,01 0
2 43,00 40,57 767,19 8558,42 7552,83 2405,29 0,003 0,02 0,03 -0,04 3,45 -4,17
3 42,39 47,24 807,55 8297,20 10628,37 2389,39 0,01 0,07 0,10 -0,01 9,78 -0,63
4 41,98 50,87 791,48 8120,61 12754,14 2380,71 0,02 0,16 0,25 0,10 24,59 10,12
5 37,57 50,98 360,26 6462,30 12824,33 2380,45 0,03 0,25 0,38 0,32 84,03 70,69
6 37,63 48,47 419,75 6483,48 11307,96 2386,46 0,02 0,18 0,27 0,13 50,46 24,24
7 36,51 47,39 369,65 6115,59 10708,94 2389,04 0,02 0,17 0,25 0,16 54,25 34,15
8 34,45 45,44 311,07 5486,93 9698,63 2393,69 0,02 0,15 0,23 0,17 58,61 42,04
544,2708 0,10 30,31 37,12
1 41,23 31,31 534,0666 7813,59 4634,71 2427,20 0,02 0,11 0,16 0 24,32 0
2 41,36 37,23 592,9928 7867,93 6348,43 2413,21 0,01 0,04 0,06 -0,18 7,94 -23,57
3 41,94 43,54 830,7839 8107,23 8800,91 2398,22 0,00 0,01 0,02 -0,13 1,93 -12,31
4 41,95 48,90 771,741 8110,17 11554,68 2385,43 0,01 0,11 0,17 0,03 17,13 3,34
5 40,87 50,51 607,10 7672,08 12526,21 2381,58 0,02 0,18 0,26 0,17 34,33 21,70
6 40,80 51,38 717,9931 7642,41 13076,87 2379,51 0,02 0,20 0,31 0,01 33,63 0,76
7 40,20 51,11 514,1821 7408,69 12903,10 2380,15 0,03 0,21 0,31 0,63 47,83 95,80
8 37,77 49,21 355,4384 6531,23 11733,70 2384,70 0,03 0,20 0,30 0,35 65,62 77,40
Tabel 5 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang dengan aliran air kaca pendingin 14,5 ml/s pada hari ke sembilan dan hari ke sepuluh.
Tabel 6 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang dengan aliran air pendingin kaca yang dimasukan ke dalam bak destilator pada hari ke sebelas.
1 43,00 35,48 536,88 8559,45 5793,57 2417,34 0,01 0,09 0,13 0 19,47 0 2 44,23 42,69 723,75 9118,50 8426,86 2400,24 0,00 0,01 0,02 -0,04 2,18 -4,90 3 42,04 49,30 858,72 8149,41 11790,12 2384,47 0,01 0,12 0,18 -0,03 16,54 -2,90 4 42,19 53,99 892,19 8212,59 14874,19 2373,24 0,03 0,26 0,40 0,16 34,91 13,75 5 42,71 55,28 782,03 8433,01 15840,84 2370,14 0,03 0,30 0,45 0,34 45,57 34,12 6 42,25 54,56 581,48 8235,40 15295,16 2371,87 0,03 0,28 0,43 0,28 57,74 37,73 7 40,08 51,88 480,72 7363,22 13410,51 2378,29 0,03 0,23 0,35 0,26 57,97 42,28 8 37,12 49,82 396,98 6314,03 12103,84 2383,22 0,03 0,23 0,34 0,08 67,76 15,14
656,59 1,04 34,62 15,54
1 44,47 34,68 575,94 9231,07 5551,59 2419,25 0,02 0,13 0,30 0 26,42 0
2 43,14 39,24 712,88 8623,20 7050,11 2408,44 0,01 0,04 0,49 -0,02 6,78 -2,23
3 41,87 43,36 638,77 8075,32 8717,74 2398,66 0,00 0,01 0,96 0,01 2,26 1,19
4 36,70 44,04 336,13 6176,71 9028,17 2397,04 0,01 0,09 0,64 0,09 32,12 21,82
5 38,54 43,89 691,54 6798,30 8958,38 2397,40 0,01 0,06 0,89 -0,05 10,69 -5,42
6 40,99 48,43 732,21 7720,22 11285,73 2386,55 0,02 0,12 0,37 -0,01 19,03 -1,15
7 38,18 45,23 452,99 6672,67 9593,71 2394,20 0,01 0,09 0,33 0,13 24,28 22,98
8 36,74 42,16 297,35 6189,84 8199,37 2401,50 0,01 0,06 0,10 0,11 23,00 30,53
554,73 0,27 16,10 4,83
Air Pendingin Kaca Masuk Dalam Bak Destilator
Tabel 7 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang dengan aliran air kaca 16 ml/s dengan ketinggian air 15 mm hari pertama dan hari kedua pada destilasi kovensional.
Tabel 8 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang dengan aliran air kaca 16 ml/s dengan ketinggian air 20 mm hari ke tiga dan hari ke empat pada destilasi kovensional.
1 48,71 38,09 551,35 11445,08 6641,88 2411,16 0,02 0,18 0,26 0 37,83 0 2 51,71 42,36 714,40 13298,02 8282,76 2401,03 0,02 0,18 0,27 0,18 29,92 19,82 3 53,93 46,67 802,33 14831,37 10323,49 2390,76 0,02 0,15 0,23 0,22 22,52 21,76 4 51,98 44,31 540,94 13475,89 9153,87 2396,39 0,02 0,15 0,22 0,23 32,13 34,32 5 44,56 42,10 360,08 9271,99 8173,18 2401,65 0,00 0,02 0,04 0,20 8,14 44,90 6 35,29 36,36 131,23 5734,63 6066,21 2415,27 0,00 0,01 0,01 0,18 4,91 111,86 7 38,99 38,62 369,79 6957,63 6826,98 2409,91 0,00 0,00 0,00 0,04 0,49 8,69 8 35,63 36,26 288,06 5836,86 6034,13 2415,51 0,00 0,00 0,00 0,13 1,12 36,41
469,77 Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi 1,19 21,80 25,24 G (W/m2) PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg)
1 48,49 39,16 492,94 11321,41 7021,34 2408,63 0,020 0,15 0,23 0 36,39 0 2 53,43 46,19 700,91 14473,18 10075,94 2391,90 0,015 0,15 0,22 0,13 25,04 15,16 3 55,74 53,37 827,56 16197,43 14428,69 2374,73 0,003 0,04 0,06 0,17 6,10 15,89 4 57,20 55,18 900,52 17381,40 15765,66 2370,37 0,003 0,04 0,06 0,20 4,92 17,13 5 51,80 51,60 662,13 13356,69 13226,46 2378,96 0,000 0,00 0,00 0,20 0,24 23,27 6 38,52 40,86 320,94 6791,19 7665,63 2404,60 0,003 0,02 0,03 0,23 7,01 56,92 7 39,98 40,83 445,27 7326,28 7653,30 2404,68 0,001 0,01 0,01 0,09 1,35 16,54 8 38,09 38,53 332,94 6641,10 6794,68 2410,13 0,000 0,00 0,00 0,15 0,67 36,66
Tabel 9 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang dengan aliran air kaca 16 ml/s dengan ketinggian air 25 mm hari ke lima dan hari ke enam pada destilasi kovensional.
Tabel 10 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang dengan aliran air kaca pendingin 18 ml/s pada hari ke tujuh dan hari ke delapan pada destilasi konvensional.
1 48,93 46,51 468,95 11574,40 10240,22 2391,14 0,00 0,03 0,05 0 7,78 0 2 55,02 55,14 637,47 15642,09 15733,09 2370,48 0,00 0,00 0,00 0,20 0,15 24,44 3 59,47 62,53 737,06 19366,01 22328,91 2352,65 0,01 0,08 0,13 0,29 13,22 31,01 4 55,93 59,94 711,14 16352,38 19795,29 2358,90 0,01 0,10 0,15 0,30 16,99 32,55 5 45,14 51,16 423,28 9552,42 12936,12 2380,03 0,01 0,11 0,16 0,31 29,78 57,60 6 41,88 45,40 423,34 8079,69 9679,84 2393,78 0,01 0,04 0,06 0,20 11,42 37,67 7 41,12 46,31 423,71 7772,25 10138,38 2391,61 0,01 0,07 0,10 0,20 19,21 37,52 8 38,52 40,76 361,79 6789,31 7627,20 2404,84 0,00 0,02 0,03 0,21 5,87 45,84
523,34 1,71 12,75 32,15
1 37,90 470,75 418,53 6576,20 7439,54 2405,98 0,00 0,02 0,03 0,00 4,73 0,00 2 38,71 562,93 604,46 6859,20 11516,47 2385,59 0,02 0,17 0,25 0,25 34,58 33,35 3 39,82 819,38 747,35 7264,17 19871,69 2358,71 0,06 0,60 0,92 0,19 85,18 17,90 4 39,27 816,14 755,97 7061,05 32175,41 2332,71 0,11 1,47 2,27 0,37 208,49 33,46 5 38,76 630,09 743,26 6876,78 24010,38 2348,81 0,08 0,90 1,38 0,37 165,15 43,72 6 41,03 760,11 668,41 7735,44 25216,19 2346,18 0,08 0,92 1,41 0,20 139,19 19,55 7 41,88 613,21 473,02 8081,73 20144,03 2358,01 0,05 0,57 0,86 0,30 106,42 36,54 8 39,65 419,09 230,69 7199,88 13077,61 2379,50 0,03 0,23 0,34 0,27 62,34 49,38
580,21 1,94 114,76 29,71 Pembanding Debit Aliran Kaca Pedingin 18 ml/s
Tabel 11 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang dengan aliran air kaca pendingin 14,5 ml/s pada hari ke sembilan dan hari ke sepuluh pada destilasi konvensional.
Tabel 12 Data hasil perhitungan hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang dengan aliran air pendingin kaca yang dimasukan ke dalam bak destilator pada hari ke sebelas pada destilasi konvensional.
1 52,92 46,18 464,10 14118,69 10072,54 2391,92 0,014 0,13 0,20 0,00 33,92 0,00 2 58,34 54,32 626,61 18353,35 15116,73 2372,45 0,007 0,09 0,14 0,16 17,83 19,90 3 62,79 61,83 764,90 22599,87 21621,24 2354,34 0,001 0,02 0,03 0,25 2,89 25,03 4 63,65 64,33 828,66 23504,75 24246,91 2348,28 0,001 0,01 0,02 0,29 1,83 26,79 5 61,16 63,23 748,59 20960,30 23056,53 2350,96 0,003 0,05 0,08 0,39 8,16 40,35 6 56,88 57,75 602,18 17116,87 17842,44 2364,19 0,001 0,01 0,02 0,33 2,52 43,09 7 49,17 50,10 523,09 11713,54 12273,30 2382,55 0,001 0,01 0,01 0,29 2,16 43,67 8 42,84 43,25 375,70 8489,16 8670,70 2398,91 0,000 0,00 0,00 0,19 0,71 39,88
616,73 1,89 8,02 30,03 Pembanding Debit Aliran Kaca Pedingin 14,5 ml/s
Jam ke- TC (°C) TW (°C) G (W/m2) PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg)
1 52,23 40,80 494,20 13641,08 7642,19 2404,75 0,027 0,23 0,34 0,00 55,10 0,00 2 56,63 47,29 651,77 16913,56 10652,96 2389,28 0,021 0,23 0,35 0,18 42,38 22,35
3 58,21 51,38 675,28 18235,86 13083,04 2379,48 0,014 0,18 0,27 0,42 31,00 48,38 4 46,99 44,49 365,00 10495,56 9237,86 2395,97 0,004 0,03 0,04 0,74 9,40 160,88 5 50,59 47,76 674,02 12573,60 10907,78 2388,17 0,004 0,04 0,06 0,84 7,19 97,92 6 54,61 52,52 815,32 15331,21 13842,78 2376,75 0,003 0,03 0,05 0,98 4,95 94,30 7 48,15 47,26 546,00 11128,98 10636,23 2389,36 0,001 0,01 0,01 1,23 1,77 177,40 8 43,82 42,53 348,78 8928,42 8354,17 2400,64 0,001 0,01 0,02 1,44 3,55 327,76
571,30 5,82 19,75 100,68 Pembanding Air Pendingin Kaca Masuk Dalam Bak Destilator
TW adalah temperatur pada air destilasi (oC), TC adalah temperatur pada
kaca penutup (oC), G adalahenergi surya yang datang (W/m2), PW adalah tekanan
parsial uap air pada temperatur air (N/m2), PC adalah tekanan parsial uapair pada
temperatur kaca (N/m2), hfg adalah kalor laten air (kJ/kg), mg adalah massa uap air
(kg/jam.m2), qkonvadalah bagian energi matahari yang digunakan untuk konveksi
(kW/m2), quap adalah bagian energi matahari yang digunakan untuk proses
penguapan (kW/m2) dan mDadalah jumlah air destilasi yang dihasilkan (kg)
1.2 Pembahasan
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 jenis kaca ganda dengan variasi pendingin
air (aliran air), diketahui:
TC pada jam keenam = 34, 93 °C = 307,93 K
TW pada jam keenam = 50, 08 °C = 323,08 K
G jam keenam = 391, 12 ⁄
AC alat destilasi vertikal = 0,827
mD alat destilasi vertikal = 0,30 liter = 0,30 kg
Bagian energi matahari ke kaca penutup karena konveksi (pers. 3) :
[ ] ⁄
= [ ⁄ ⁄
] ⁄ )
= ⁄
Bagian energi matahari yang digunakan untuk proses penguapan (pers. 2):
( )
( ⁄
)
⁄
Massa uap air perjamnya pada proses destilasi vertikal (pers. 2):
⁄ ⁄
⁄
Proses perhitungan efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi (pers.1):
∫
⁄ ⁄ ⁄
⁄
∫
⁄ ⁄
⁄
Berikutnya mencari persamaan dan menghitung dengan rumus yang sudah
ditentukan alat destilasi pembanding dari alat destilasi jenis vertikal yang
tercantum pada Tabel 7 yang merupakan data dari alat destilasi konvensional :
diketahui:
TC pada jam kelima = 42,95 °C = 315,95 K
TW pada jam kelima = 61,16 °C = 334,16 K
G jam kelima = 748,59 ⁄
ACalat destilasi vertikal = 0,866
mD alat destilasi vertikal = 0,39 kg
Bagian energi matahari ke kaca penutup karena konveksi (pers. 3):
[ ] ⁄
[ – ⁄ ⁄
⁄
Bagian energi matahari yang digunakan untuk proses penguapan (pers. 2):
( ⁄
)
⁄
Massa uap air perjamnya pada proses destilasi vertikal: (pers. 2)
⁄ ⁄
⁄
Proses perhitungan efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi (pers. 1):
∫
⁄ ⁄
⁄
⁄ ⁄
⁄
Efisiensi teoritis adalah efisiensi yang didapat dengan perbandingan antara
jumlah energi yang digunakan sebagai proses penguapan dibagi dengan rata-rata
radiasi surya yang datang dalam satu hari. Sedangkan Efisiensi aktual adalah
efisiensi yang didapat dengan melakukan perhitungan dari massa air hasil destilasi
dikalikan dengan panas laten air kemudian dibagi dengan luasan absorber yang
menerima energi surya dikalikan dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam
1 hari.
Gambar 5 sampai 6 menunjukan perbandingan hasil efisiensi aktual per hari
yang dihasilkan pada masing-masing variasi pada alat destilasi menggunakan kaca
ganda berpendingin air dengan efisiensi aktual alat destilasi menggunakan kaca
tunggal berpendingin udara sebagai pembanding dan menunjukan hubungan
antara efisiensi aktual dan energi surya yang datang tehadap variabel yang
Gambar 5 Grafik hubungan efisiensi aktual dan energi surya yang datang pada variasi debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s terhadap variasi: a) dengan ketinggian air dalam bak destilator 15 mm, b) dengan ketinggian air dalam bak destilator 20 mm, c) dengan ketinggian air dalam bak destilator 25 mm, pengujian dilakukan selama +/- 8 jam per hari.
Gambar 5 menunjukkan grafik hubungan efisiensi aktual dan energi surya
yang datang pada variasi debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s terhadap variasai
ketinggian air bak destilator. Pada alat destilasi menggunakan kaca ganda
berpendingin air memperoleh efisiensi tertinggi mencapai 20,1 %, dengan rata-
rata radiasi yang datang mencapai 470,1 W/m2. Sedangkan pada alat destilasi
menggunakan kaca tunggal berpendingin udara memperoleh efisiensi tertinggi
Gambar 6 Grafik hubungan efisiensi aktual dan energi yang datang pada variasi: a) ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 18 ml/s, b)ketinggian air bak destilator 2,8
cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 14,5 ml/s, dan c)
aliran air pendingin kaca yang dimasukan ke dalam bak destilator,pengujian dilakukan selama +/- 8 jam per hari.
Gambar 6 menunjukan grafik hubungan efisiensi aktual dan energi surya
yang datang pada variasi ketinggian air dalam bak destilator terhadap aliran kaca
pendingin dan pada variasi aliran air pendingin kaca yang dimasukan ke dalam
bak destilator. Pada alat destilasi menggunakan kaca ganda berpendingin air
memperoleh efisiensi tertinggi mencapai 15,1 %, dengan rata- rata radiasi yang
datang mencapai 636,7 W/m2. Sedangkan pada alat destilasi menggunakan kaca
tunggal berpendingin udara memperoleh efisiensi tertinggi mencapai 30,7 %,
dengan rata-rata radiasi yang datang mencapai 597,9 W/m2.
Pada grafik tersebut efisiensi aktual tertinggi diperoleh pada alat destilasi
menggunakan kaca tunggal berpendingin udara mencapai 33,4 %, dengan
rata-rata radiasi yang datang mencapai 533,8 W/m2. Hal ini di karenakan alat tersebut
yang dimasukan ke dalam bak destilator efisiensi aktualnya rendah di sebabkan
karena adanya sirkulasi antara air pendingin kaca ke bak destilator ke bak
penampung kemudian di alirkan sebagai pendingin kaca. Sehingga menyebabkan
temperatur bak menjadi rendah, dan pada variasi ini ketinggian air dalam bak
tinggi.
Gambar 7 dan 8 menunjukan perbandingan hasil efisiensi teoritis dan
efisiensi aktual per hari yang dihasilkan pada masing-masing variasi pada alat
destilasi menggunakan kaca ganda berpendingin air.
Gambar 7 Grafik hubungan efisiensi aktual dan efisiensi teoritis pada variasi debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s terhadap variasi: a) dengan ketinggian air dalam bak destilator 15 mm, b) dengan ketinggian air dalam bak destilator 20 mm, c) dengan ketinggian air dalam bak destilator 25 mm, pengujian dilakukan selama +/- 8 jam per hari.
Gambar 7 menunjukkan grafik hubungan efisiensi aktual dan efisiensi
teoritis pada variasi debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s terhadap variasai
berpendingin air memperoleh efisiensi teoritis tertinggi mencapai 57,2 % dan
efisiensi aktual tertinggi mencapai 20,1 %.
Gambar 8 Grafik hubungan efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada variasi: a) ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 18 ml/s, b) ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 14,5 ml/s, dan c) aliran air pendingin kaca yang dimasukan ke dalam bak destilator, pengujian dilakukan selama +/- 8 jam per hari.
Gambar 8 menunjukan grafik hubungan efisiensi teoritis dan efisiensi
aktual pada alat destilasi menggunakan kaca ganda berpendingin air memperoleh
efisiensi teoritis tertinggi mencapai 34,6 % pada variasi ketinggian air bak
destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 14,5 ml/s
sedangkan efisiensi aktual tertinggi mencapai 15,1 % pada variasi ketinggian air
Pada kedua grafik perbandingan hasil efisiensi teoritis dan efisiensi aktual
per hari yang dihasilkan pada masing-masing variasi pada alat destilasi
menggunakan kaca ganda berpendingin air memperoleh efisiensi teoritis tertinggi
mencapai 57,2 % pada variasi dengan ketinggian air dalam bak destilator 20 mm
dan efisiensi aktual tertinggi mencapai 20,1 % pada variasi dengan ketinggian air
dalam bak destilator 20 mm. Di karenakan variasi dengan ketinggian air dalam
bak destilator 20 mm air dalam bak mempunyai temperatur yang tinggi yang di
karenakan itensitas matahari yang tinggi.
Gambar 9 dan 10 menunjukan hubungan perbandingan antara hasil massa
destilasi (md) alat destilasi menggunkan kaca ganda berpendingin air dengan alat
destilasi menggunakan kaca tunggal berpendingin udara (pembanding) terhadap
rata- rata energi surya yang datang (G) pada masing-masing alat destilasi dengan
Gambar 9 Grafik hubungan efisiensi hasil massa air destilasi menggunkan kaca ganda berpendingin air dengan alat destilasi menggunakan kaca tunggal berpendingin udara pada variasi debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s terhadap variasi: a) dengan ketinggian air dalam bak destilator 15 mm, b) dengan ketinggian air dalam bak destilator 20 mm, c) dengan ketinggian air dalam bak destilator 25 mm, pengujian dilakukan selama +/- 8 jam per hari.
Gambar 9 menunjukkan grafik hubungan hasil massa air destilasi
menggunkan kaca ganda berpendingin air dengan alat destilasi menggunakan
kaca tunggal berpendingin udara pada variasi debit aliran air pendingin kaca 16
ml/s terhadap variasai ketinggian air bak destilator. Pada alat destilasi
menggunakan kaca ganda berpendingin air memperoleh hasil massa tertinggi
mencapai 0,72 liter/m2 per hari, dengan rata- rata radiasi yang datang mencapai
533,8 W/m2. Sedangkan pada alat destilasi menggunakan kaca tunggal
berpendingin udara memperoleh hasil massa air tertinggi mencapai 3,09 liter/m2
Gambar 10 Grafik hubungan hasil massa air destilasi menggunkan kaca ganda berpendingin air dengan alat destilasi menggunakan kaca tunggal berpendingin udara pada variasi: a) ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 18 ml/s, b) ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 14,5 ml/s, dan c) aliran air pendingin kaca yang dimasukan ke dalam bak destilator, pengujian dilakukan selama +/- 8 jam per hari.
Gambar 10 menunjukan grafik hubungan hasil massa air pada alat destilasi
menggunakan kaca ganda berpendingin air memperoleh hasil massa air tertinggi
mencapai 1,04 liter/m2 per hari, dengan rata- rata radiasi yang datang mencapai
657,8 W/m2, sedangkan hasil massa air pada alat destilasi menggunakan kaca
tunggal berpendingin udara memperoleh hasil massa air tertinggi mencapai 4,95
liter/m2 per hari, dengan rata- rata radiasi yang datang mencapai 657,8 W/m2.
Pada kedua gambar grafik hubungan hasil massa air destilasi dan energi
surya yang datang menunjukkan bahwa besarnya rata-rata energi surya yang
datang (G), kemampuan kaca ganda maupun kaca tunggal dalam mengembunkan
Gambar 11 dan 12 menunjukan perbandingan antara massa uap ( g) dan
massa hasil destilasi ( ) alat destilasi menggunakan kaca ganda berpendingin air
pada masing-masing variabel yang divariasikan
Gambar 11 Grafik perbandingan hasil massa uap air dan hasil massa air destilasi dengan variasi debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s terhadap variasi: a) dengan ketinggian air dalam bak destilator 15 mm, b) dengan ketinggian air dalam bak destilator 20 mm, c) dengan ketinggian air dalam bak destilator 25 mm.
Gambar 11menunjukan perbandingan hasil massa uap air dan hasil massa
air destilasi dengan debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s terhadap variasi: a)
dengan ketinggian air dalam bak destilator 15 mm, b) dengan ketinggian air dalam
bak destilator 20 mm, c) dengan ketinggian air dalam bak destilator 25 mm. Hasil
massa uap tertinggi (mg) mencapai 2,05 liter/m2 dengan massa hasil (mD) destilasi
Gambar 12 Grafik perbandingan hasil massa uap air dan hasil massa air destilasi dengan variasi: a) ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 18 ml/s, b) ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 14,5 ml/s, dan c) aliran air pendingin kaca yang dimasukan ke dalam bak destilator, pengujian dilakukan selama +/- 8 jam per hari.
Gambar 12 menunjukan perbandingan hasil massa uap air dan hasil massa
air destilasi dengan variasi: a) ketinggian air bak destilator 2,8 cm terhadap variasi
debit aliran air kaca pendingin 18 ml/s, b) ketinggian air bak destilator 2,8 cm
terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 14,5 ml/s, dan c) aliran air
pendingin kaca yang dimasukan ke dalam bak destilator. Hasil massa uap tertinggi
mencapai 2,31 liter/m2 dengan massa air hasil destilasi 1,04 liter/m2.
Pada kedua grafik perbandingan antara massa uap ( g) dan massa hasil
destilasi ( ) alat destilasi menggunakan kaca ganda berpendingin air didapatkan
hasil paling baik pada variasi debit aliran air absorber 16 ml/s dan debit aliran air
pendingin kaca 14,5 ml/s dengan massa uap ( g) mancapai 2,31 liter/m2 dan
massa hasil destilasi ( ) mencapai 1,04 liter/m2. Sedangkan pada grafik
10), diketahui bahwa efisiensi teoritis mencapai 34,6 % dan efisiensi aktual
mencapai 15,1 %. Hasil ini menunjukan bahwa perbandingan massa uap ( g) dan
massa hasil destilasi ( ) lebih kecil daripada perbandingan antara efisiensi
teoritis dengan efisiensi aktual. Hal ini kemungkinan dikerenakan penentuan sudut
kemiringan kaca yang diatur 15 derajat kurang baik. Dapat diperkirakan embun
yang ada pada di kaca penutup akan jatuh kembali ke absorber kain sebelum
42
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Telah dibuat model alat destilasi air energi surya jenis kaca ganda
berpendingin air dan alat destilasi air energi surya jenis kaca tunggal
berpendingin udara.
2. Pada alat destilasi energi surya jenis kaca ganda berpendingin air efisiensi
teoritis tertinggi sebesar 57,2 % dan efisiensi aktual sebesar 20,1 % yang
dapat menghasilkan air hasil destilasi (md) sebanyak 1,04 liter/ m2 pada
variasi debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s terhadap variasi ketinggian air
dalam bak destilator 15 mm, ketinggian air dalam bak destilator 20 mm,
ketinggian air dalam bak destilator 25 mm, ketinggian air bak destilator 2,8
cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 18 ml/s, ketinggian air
bak destilator 2,8 cm terhadap variasi debit aliran air kaca pendingin 14,5
ml/s, dan aliran air pendingin kaca yang dimasukan ke dalam bak destilator
diperoleh efisiensi teoritis tertinggi sebesar 16,10 % dan efisiensi aktual
sebesar 4,83 % yang dapat menghasilkan air hasil destilasi (md) sebanyak
0,27 liter/m2. Pada alat destilasi energi surya jenis kaca tunggal
berpendingin udara efisiensi teoritis tertinggi sebesar 75,4 % dan efisiensi
aktual sebesar 33,4 % yang dapat menghasilkan air hasil destilasi (md)
5.2 Saran
1. Untuk meminimalisir terjadinya efisiensi aktual yang sangat rendah
dibanding efisiensi teoritis maka sebaiknya sambungan pada pida di kurangi
supaya kebocoran yang terjadi semakin sedikit.
2. Dalam proses pengambilan data diusahakan dilakukan di tempat yang rata
