i
UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI SURYA
BERKONDENSOR
PASIF DENGAN HEAT RECOVERY MENGGUNAKAN
EFEK KAPILARITAS SATU KAIN
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Program Studi Teknik Mesin
Oleh:
Felix Kurniawan Hadi Pratama
NIM : 115214023
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
ii
PERFORMANCE OF THE SOLAR WATER DISTILLATION VERTICAL TYPE
WITH CAPILLARITY EFFECTS ABSORBER USING ONE LAYER FABRIC
FINAL PROJECT
Presented as Partial Fulfillment of The Requirements To Obtain The Sarjana Teknik Degree
Presented by:
Felix Kurniawan Hadi Pratama
NIM : 115214023
MECHANICAL OF ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT MECHANICAL ENGINERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
vii
INTISARI
Pada penelitian ini diteliti pengaruh penggunaan kondensor pasif dan heat recovery untuk meningkatkan volume air hasil destilasi. Dengan metode kondensor pasif uap berlebih pada saat terjadi penguapan dapat dimanfaatkan heat recovery. Dalam penelitian ini ketinggian air didalam bak destilator pada alat destilasi menggunakan kondensor pasif sangat berpengaruh terhadap efisiensi dan jumlah volume air yang dihasilkan. Pada ketinggian air 12 mm di dalam bak destilator menghasilkan proses penguapan yang lebih cepat dan volume air yang dihasilkan lebih banyak dibandingkan dengan variasi ketinggian air di dalam bak destilator 17 mm dan 29 mm. Hasil volume air terbanyak yang dihasilkan pada ketinggian air di dalam bak destilator 12 mm sejumlah 4,14 liter/m2. Pada variasi alat destilasi menggunakan kondensor metode kondensor satu kain menghasilkan efisiensi teoritis tertinggi selama pengambilan data yakni 71,93 % dan efisiensi aktual 14,94 % dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam sehari sebesar 590,59 watt/m2. Pada alat destilasi konvensional hasil volume air yang paling baik pada percobaan hari pertama dengan menghasilkan sebanyak 2,12 liter/m2. Sedangkan pada alat destilasi air konvensional (tanpa menggunakan kondensor pasif) menghasilkan efisiensi teoritis tertinggi selama pengambilan data yakni 77,75 % dan efisiensi aktual 34,06 % dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam sehari sebesar 590,59 watt/m2.
viii
ABSTRACT
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan berkah-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Tugas akhir ini diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan tugas akhir. Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan baik. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan, dukungan dan dorongan, baik secara moriil, materiil dan spirituiil antara lain kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Si., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta;
x
3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan saran, kritik dan bimbingan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta;
4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan waktu, tenaga dan pikiran selama penulisan tugas akhir;
5. Ir. Franciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T., atas kerja sama bantuannya selama proses penelitian;
6. Segenap dosen dan staff Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta atas segala kerjasama, pelayanan dan bimbingan selama penulis menempuh kuliah dan proses penulisan tugas akhir;
7. Keluarga tercinta, Ayah tercinta Ignatius Sunarno Hadi, Ibu tercinta Bernadeta Padmi Indarwati, dan adik tercinta yang telah memberikan doa, semangat serta dukungan moral maupun materiil sehingga dapat membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini.
8. Untuk saudara – saudara Pak wiwik, Bu Heri, Bu Yuli, Bu Enik, Mbak fero, Mas Erwin , Dek Yovi yang telah memberikan dukungan sepenuhnya serta doa untuk tercapainya tugas akhir ini.
xii
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
INTISARI ... vii
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Pengertian Destilasi ... 6
2.2 Landasan Teori ... 6
2.3 Persamaan yang Digunakan ... 9
2.4 Penelitian yang Pernah Dilakukan... 11
2.5 Jenis-jenis Destilasi ... 13
2.6 Elemen Alat Destilasi Umum ... 16
BAB III METODE PENELITIAN... 17
xiii
3.2 Alat yang Mendukung Dalam Pengambilan Data ... 20
3.3 Variabel yang Divariasikan ... 21
3.4 Parameter yang Diukur ... 22
3.5 Langkah Penelitian ... 22
3.6 Analisis Data ... 23
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 24
4.1 Data Penelitian ... 24
4.2 Hasil Penelitian ... 28
4.3 Pembahasan ... 31
BAB V PENUTUP ... 50
5.1 Kesimpulan ... 50
5.2 Saran ... 51
DAFTAR PUSTAKA ... 52
LAMPIRAN ... 54
Lampiran 1 Foto-foto Alat Penelitian ... 55
Lampiran 2 Foto-foto Alat Penelitian ... 56
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam bak destilator pada penelitian alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pada hari pertama. ... 25 Tabel 2 Data pada variasi ketinggian air 15 mm di dalam bak destilator pada
penelitian alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pada hari kedua. ... 26 Tabel 3 Data pada variasi ketinggian air 27 mm di dalam bak destilator pada
penelitian alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pada hari ketiga. ... 26 Tabel 4 Data pada alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada
hari pertama. ... 27 Tabel 5 Data alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada hari
kedua. ... 27
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Skema alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri dengan metode bak air satu tingkat ... 5 Gambar 2.1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum ... 8 Gambar 2.2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator tanpa
kondensor... 8 Gambar 2.3 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator dengan
kondensor... 8 Gambar 3.1 Skema alat destilasi energi surya konvensional tanpa menggunakan
kondensor... 18 Gambar 3.2 Skema alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri
dengan metode bak air satu tingkat ... Gambar 4.1 Grafik dari G pada alat masing-masing destilasi hari pertama ... 33 Gambar 4.2 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis
konvensional, efisisensi aktual kondensor, dan efisisensi aktual konvensional pada hari pertama. ... 33 Gambar 4.3 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari pertama ... 36 Gambar 4.4 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari pertama ... Gambar 4.5 Grafik dari G pada alat masing-masing destilasi hari kedua ... 37 Gambar 4.6 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis
konvensional, efisisensi aktual kondensor, dan efisisensi aktual konvensional pada hari kedua... 37 Gambar 4.7 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari kedua ... 38 Gambar 4.8 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari kedua ... Gambar 4.9 Grafik dari G pada alat masing-masing destilasi hari pertama ... 40 Gambar 4.10 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis
konvensional, efisisensi aktual kondensor, dan efisisensi aktual konvensional pada hari ketiga ... 41 Gambar 4.11 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari ketiga ... 42 Gambar 4.12 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari destilasi
xvi
Gambar 4.13 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional hari
pertama ... 44
Gambar 4.14 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional hari kedua ... 45
Gambar 4.15 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional hari ketiga ... 46
Gambar 4.16 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi perhari dari efisiensi teoritis dan efisiensi aktual pada alat destilasi berkondensor dan destilasi konvensional selama 3 hari ... 47
Gambar 4.17 Grafik penbandingan md (lt) pada alat destilasi berkondensor dengan variasi ketinggian air di dalam bak destilator 10 mm, 15 mm, dan 27 mm ... 49
Gambar L. 1 Sifat Air dan Uap Jenuh ... 53
Gambar L. 2 Alat Destilasi Energi Surya Konvensional ... 55
Gambar L. 3 Alat Destilasi Energi Surya menggunakan Kondensor ... 55
Gambar L. 4 Logger (Biru) dan Stalker (Merah) ... 56
Gambar L. 5 Penampung Air Kotor dan Pengatur Ketinggian Air di dalam Bak Destilator ... 56
Gambar L. 6 Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) ... 57
1
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air adalah zat atau materi atau unsur yang penting bagi semua bentuk kehidupan yang diketahui sampai saat ini di bumi. Air menutupi hampir 71% permukaan bumi. Terdapat 1,4 triliun kilometer kubik (330 juta mil³) tersedia di bumi. Air sebagian besar terdapat di laut (air asin) dan pada lapisan –lapisan es (di kutub dan puncak – puncak gunung), akan tetapi juga dapat hadir sebagai awan, hujan, sungai, air tawar, danau muka air tawar,danau,uap air dan lautan es. Air dalam obyek - obyek tersebut bergerak mengikuti suatu siklus air yaitu : melalui penguapan,hujan dan aliran air diatas permukaan tanah (runoff, meliputi mata air, sungai, muara) menuju laut. Air bersih penting bagi kehidupan manusia. Di banyak tempat di dunia daerah- daerah yang kekurangan air bersih sangatlah banyak.Kualitas maupun kandungan dalam air menjadi persoalan utama. Karena air yang di konsumsi untuk manusia haruslah terbebas dari kuman maupun zat kimia yang berbahaya.
2
di Indonesia sendiri merupakan daerah tropis(beriklim panas) dan mendapat sinar matahari langsung. Destilasi ini sendiri juga dapat menghemat energi dari energi fosil yang akhir – akhir ini menjadi pemikiran utama. Tetapi masalah pada destilasi air tenaga surya terletak pada masih rendahnya efisiensi yang dihasilkan. Pada alat destilasi air energi surya konvensional umumnya berbentuk kotak dan disebut kotak destilator. Kotak destilator terdiri dari 2 (dua) komponen utama yakni bak air dan kaca penutup. Bak air berfungsi menyerap energi surya untuk menguapkan air sehingga air terpisah dari zat yang terkontaminasi. Kaca pada alat ini berguna untuk tempat mengembunnya uap air sehingga dihasilkan air bersih yang langsung dapat dikonsumsi. Alat destilasi air energi konvensional juga masih memiliki masalah dengan rendahnya efisiensi yang dihasilkan.
3
kondensor pasif. Hasil penguapan air dapat langsung dapat dimanfaatkan lagi untuk menguapkan air didalam bak dengan satu kain sebagai absorber pada kondensor pasif.
Pada penelitian ini akan menggunakan metode lain dengan memanfaatkan penguapan air dari kotak destilator yang mengalir ke kondensor pasif dengan metode bak satu kain sebagai absorber. Hal ini diharapkan bahwa kerugian kalor pada alat destilasi air energi surya konvensional dapat dimanfaatkan untuk menguapkan air pada alat destilasi air yang menggunakan kondensor dengan metode bak satu kain sebagai absorber. Sehingga alat destilasi air dengan menggunakan kondensor pasif dapat meningkatkan efisiensi yang lebih baik dari alat destilasi yang sebelumnya.
1.2Rumusan Masalah
Destilasi air energi surya adalah salah satu cara untuk memisahkan air dari zat yang mencemarinya. Cara ini dapat digunakan untuk mengatasi kebutuhan akan air bersih pada daerah yang kekurangan dalam mendapatkan air bersih.
Alat destilasi energi surya pun masih memiliki permasalahan dalam hal rendahnya efisiensi yang dihasilkan. Salah satu langkah untuk meningkatkan efisiensi destilasi air energi surya adalah dengan energy recovery
4
1. Mengetahui efisiensi destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery metode kapilaritas dengan destilasi air energi surya konvensional tanpa energy recovery dan kondensor pasif.
2. Mengetahui pengaruh variasi ketinggian air dalam bak destilator terhadap air yang dihasilkan dari proses destilasi tersebut.
3. Mengetahui peningkatan efisiensi destilasi energi surya dengan kondensor pasif dan energy recovery menggunakan efek kapilaritas. 4. Mengetahui efisiensi destilasi air energi surya menggunakan energy
recovery metode kapilaritas satu tingkat dan destilasi air energi surya menggunakan energy recovery metode kapilaritas satu tingkat dengan variasi ketinggian air dalam bak destilator.
1.3Tujuan
Tujuan yang ingin didapatkan pada penelitian ini :
1. Membuat model alat destilasi air energi surya menggunakan energi recovery dengan metode bak satu kain sebagai absorber.
2. Membandingkan perbedaan tingkat efisiensi yang dihasilkan dari alat destilasi air energi surya konvensional dengan alat destilasi air energi surya menggunakan energi recovery metode bak air satu kain sebagai absorber dengan variasi ketinggian air pada kotak destilator.
1.4 Batasan Masalah
5
2. Membandingkan pengaruh destilasi air energi surya tanpa memakai kondensor dengan yang memakai kondensor.
3. Pengaruh hasil efisiensi air dengan alat destilasi air energi surya menggunakan energi recovery bak air satu kain sebagai absorber.
4. Volume bak destilator pada destilasi konvensional dan destilasi air energi surya menggunakan energi sama, yaitu L = 71.5 cm, P = 122 cm, dan T = 9.5 cm maka volume bak tersebut adalah 82189.25cm3.
5. Volume bak pada kondensor bak belakang satu kain, yaitu L = 25 cm, P = 120 cm, T = 86 cm maka volume bak tersebut adalah 100.800 cm3.
6. Volume ruang pada kondensor pasif, yaitu L = 71,5 cm, P = 122 cm, dan T= 86 cm, maka volume ruang kondensor tersebut adalah 314.760 cm3.
1.4 Manfaat Penelitian
1. Dapat menguasai proses pembuatan destilasi air energi surya menggunakan energi recovery dengan metode bak air satu kain sebagai absorber.
2. Dapat mengatasi permasalahan masyarakat akan kebutuhan air bersih khususnya pada daerah yang membutuhkan air bersih.
3. Meningkatkan kemampuan masyarakat dalam bidang desain, perekayasaan dan rancang bangun destilasi air energi surya.
6
1.5 Skema Alat
Gambar 1.1 Skema alat destilasi air energy surya menggunakan energy recovery dengan metode bak air satu tingkat
Komponen utama yang terdapat pada alat destilasi air energi surya
menggunakan energy recovery satu kain seperti terlihat pada Gambar 1 adalah (1) kaca penutup, (2) bak air, (3) kondensor pasif, (4) bagian energy recovery dengan metode kapilaritas, (5) bak air, (6) dinding pengembun, (7) saluran uap dari destilator ke kondensor pasif, (8) saluran air hasil destilasi, (9) saluran air yang tidak menguap, (10) bahan porus (kain).
8
10
3
1
8
5
7
6
5
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA 2.1Pengertian Destilasi
Destilasi air energi surya menggunakan energi recovery adalah suatu metode untuk memisahkan air yang terkontaminasi dengan menghasilkan air yang bersih. Sedangkan kegunaan energi recovery sebagai pemanfaatkan kembali dari sisa kalor pada kotak destilator yang dialiri ke kondensor bak air satu tingkat sehingga dapat meningkatkan jumlah efisiensi dari hasil pendestilasian air. Cara ini dapat mengurangi kerugaian kalor pada alat destilasi yang tidak menggunakan kondensor. Sehingga pada metode ini dapat membantu masyarakat untuk memenuhi kebutuhan pada air bersih.
2.2Landasan Teori
8
Gambar 2.1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum
Pada destilasi air energi surya menggunakan energi recovery metode bak satu tingkat tidak berbeda jauh dari destilasi pada umumnya. Hanya menambahkan kondensor pasif pada bagian alat destilasi pada umumnya.. Umumnya kondensor pasif berbentuk kotak dan kondensor pasif ditaruh dibagian pada kotak destilator. Tujuan menggunakan kondensor pasif pada alat destilasi diharapkan dapat meningkatkan efisiensi dari alat destilasi air energi surya karena: dapat menyebabkan sebagian uap air dari kotak destilator akan menglir ke kondensor pasif, dapat meningkatkan kapasitas pengembunan dikarenakan pengembunan terjadi di kaca dan di kondensor pasif, dapat mengefektifkan proses pengembunan (temperaturnya dapat diupayakan rendah), dapat memnafaatkan energi panas dari kotak destilator untuk menguapkan bak yang terdapat pada kondensor pasif.
9
dan difusi. Sebagian besar massa uap air berpindah secara konveksi alami dan hanya sebagian kecil yang berpindah secara purging dan difusi. Mekanisme perpindahan massa uap air dari destilator ke dalam kondensor pasif pada alat destilasi air dengan kondensor pasif terjadi secara purging dan
difusi. Sebagian besar massa uap air berpindah secara purging dan hanya sebagian kecil yang berpindah secara difusi.
Gambar 2.2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator tanpa kondensor
Gambar 2.3 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator dengan kondensor
10
pasif disebabkan tekanan parsial uap air antara kotak destilator dengan kondensor pasif mekanisme ini sebut purging. Molekul air yang mempunyai temperatur lebih tinggi akan mempunyai energi kinetik yang lebih besar dan dapat lepas dari permukaan air (menguap). Difusi adalah mekanisme berpindahnya massa uap air yang disebabkan perbedaan konsentrasi uap air. Uap air akan mengalir dari tempat dengan konsentrasi uap tinggi ke tempat dengan konsentrasi uap rendah. Dari penelitian tentang mekanisme purging yang pernah dilakukan dapat disimpulkan bahwa besar perpindahan massa uap air dari destilator ke kondensor pasif dengan mekanisme purging sebanding dengan perbandingan antara volume kondensor pasif dengan jumlah volume kondensor pasif dan destilator.
1
2.3Persamaan yang Digunakan
11
2
dengan :
mg : Massa air (kg)
hfg : Panas laten air (kJ/kg)
Ac : Luasan destilator (m2)
G : Radiasi surya yang datang (W/m2)
Massa uap air (Mg) dapat diperkirakan dengan persamaan matematis berikut (Arismunandar, 1995) :
3
4
dengan :
quap : Energi matahari untuk proses penguapan (kW/m2)
qkonv : Energi matahari yang dipindahkan ke tutup kaca dengan cara konveksi (kW/m2)
12
TW : Temperatur air (°C)
TC : Temperatur kaca penutup (°C)
2.4 Penelitian yang pernah dilakukan
13
air energi surya konvensional. Tingkat pertama memberikan kontribusi sebesar 22% sementara tingkat kedua 18% pada total air destilasi yang dihasilkan (Madhlopa, 2009). Penelitian secara teoritis dan eksperimental menggunakan kondensor pasif di bagian belakang menghasilkan kenaikan efisiensi sebesar 50% (Fath, 1993).
14
Penelitian pada sebuah alat destilasi air energi surya vertikal jenis tak langsung di Aljasair dapat menghasilkan air destilasi antara 0,863 sampai 1,323 L/m2. hari dan efisiensi antara 47,69% sampai 57,85% dengan energi surya antara 19,15 sampai 26,08 MJ/m2. hari (Boukar, 2006). Penambahan kondensor pasif tanpa energi recovery dapat meningkatkan efisiensi dari 70% (tanpa kondensor pasif) menjadi 75% (dengan kondensor pasif). Kemiringan kaca yang digunakan 4ᵒ dan hasil air destilasi sebesar 7 L/m2.hari (El-Bahi, 1999). Penelitian secara eksperimental alat destilasi air energi surya vertikal tanpa energi recovery di Aljasair menghailkan air destilasi sebanyak 0,5 sampai 2,3 kg/m2.hari (Boukar, 2004).
2.5 Jenis-jenis Destilasi
Terdapat berbagai jenis-jenis dari destilasi yang berkembang, berikut penjelasan dari berbagai jenis destilasi :
1. Destilasi Sederhana
15
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-komponen yang hendak dipisahkan. Cara ini dapat dipilih jika komponen-komponen yang dipisahkan sensitif terhadap panas dan harus dijaga.
16
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
17
didih 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 pada setiap pelatnya.
2.6 Elemen Alat Destilasi Umum
1. Kaca = untuk mentrnsferkan panas ke dalam ruang bak destilator.
2. Air kotor = sebagai sumber air kotor yang akan didestilasi. 3. Bak destilator = sumber air kotor yang akan diuapkan oleh panas
matahari.
1
18
BAB III
METODE PENELITIAN
Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental dengan rancangan penelitian deskriptif komparatif, dimana dalam penelitian ini ada perlakuan pada alat penelitian. Penelitian ini mendeskripsikan keadaaan alat dan membandingkan dengan alat yang sudah ada sebelumnya dengan memberikan variasi yang diharapkan bisa memperbaiki dalam hal efisiensi alat destilasi sebelumnya.
3.1 Skema Alat
19
Skema alat destilasi energi surya pada penelitian ini adalah sebagai berikut:
1. Alat destilasi energi surya konvensional atau tanpa menggunakan kondensor.
Gambar 3.1 Skema alat destilasi energi surya konvensional tanpa menggunakan kondensor
Kaca
20
2. Alat destilasi air energy surya menggunakan energy recovery dengan metode bak air satu tingkat.
Gambar 3.2 Skema alat destilasi air energy surya menggunakan energy recovery dengan metode bak air satu tingkat
3.2 Alat yang Mendukung Dalam Pengambilan Data
a. Piranometer
Piranometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur radiasi
matahari, alat tersebut digunakan untuk mengkalibrasikan dengan solar meter agar dapat memberikan hasil data energi surya yang datang sama dengan hasil data energi surya yang datang pada alat piranometer.
Bak kondensor
kaca Kondensor heat
Recovery
Bak destilator
21
b. Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS)
Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) digunakan untuk
mengukur temperatur alat destilasi. c. Sensor Capacitive
Sensor Capacitive alat yang digunakan untuk mengukur hasil ketinggian air dalam penampung air yang sudah didestilasi.
d. Solarmeter
Solarmeter digunakan untuk mengukur intensitas energi matahari yang Dating.
e. Microcontroller Arduino-1.5.2
Microcontroller Arduino merupakan aplikasi software yang digunakan untuk pembacaan hasil dalam pengambilan data alat destilasi energi surya.
3.3 Variabel yang Divariasikan
22
2. Ketinggian air dalam bak destilaor : 17 mm
3. Ketinggian air dalam bak destilator : 29 mm
3.4 Parameter yang Diukur
23 2. Temperatur kaca penutup (Tc) 3. Temperatur Kondensor (Tk)
4. Jumlah massa air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi (mD)
5. Jumlah massa air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi dengan menggunakan kondensor (mK)
6. Energi surya yang datang (G)
7. Lama waktu pengambilan data (t)
3.5 Langkah Penelitian
Langkah penelitian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut :
1. Penelitian diawali dengan mempersiapkan alat seperti pada gambar 3.1 dan gambar 3.2
2. Kedua alat tersebut dijemur dibawah sinar matahari.
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.
24
dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi (mD), jumlah massa air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi dengan menggunakan kondensor (mK), radiasi surya yang datang (G) dan lama waktu pencatatan data (t). Semua data tersebut sudah tercata dalam sensor dan data didalam sensor tinggal dipindahkan kedalam laptop. 5. Sebelum melanjutkan pengambilan data pada hari berikutnya kondisi
alat destilasi harus diperiksa untuk memastikan ketinggian air saat awal dan tidak ada masalah seperti pada indikator air yang terlepas. Sehingga air yang ada pada bak destilasi masih dengan ketinggian yang sama dengan sebelumnya. Dan mengecek air didalam tempat minum ayam bila air didalam minum sudah habis segera diisi dan merapikan kembali alat destilasi ditutup dengan terpal.
a. Analisis data
25
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penelitian
Dalam pengambilan data penelitian secara keseluruhan terdapat 3 variasi pengambilan data,yaitu :
1. Ketinggian air 12 mm didalam bak destilator pada alat destilasi konvensional dan yang menggunakan dua kondensor dengan satu kain sebagai absorber. 2. Ketinggian air 17 mm didalam bak destilator pada alat destilasi konvensional
dan yang menggunakan dua kondensor dengan satu kain sebagai absorber. 3. Ketinggian air 29 mm didalam bak destilator pada alat destilasi konvensional
dan yang menggunakan dua kondensor dengan satu kain sebagai absorber. Secara lengkap data dari 5 variasi tersebut dapat dilihat secara berurutan pada tabel 4.1 sampai tabel dengan :
Tc = Suhu pada permukaan kaca penutup alat destilasi energy surya Tw = Suhu air pada bak alat destilasi energy surya
TCOND = Suhu ruangan didalam kondensor pasif alat destilasi energy surya
26
Lev2 = Jumlah massa air yang sudah dilakukan proses destilasi dengan menggunakan alat destilasi energi surya penambahan kondensor pasif pada posisi depan
Lev3 = Jumlah massa air yang sudah dilakukan proses destilasi dengan menggunakan alat destilasi energi surya penambahan bak kain sebagai absorber pada bagian belakang
G = Rata – rata energi surya yang didapat alat destilasi energi surya setiap jamnya
27
Tabel 1 Data pada variasi ketinggian air 12 mm di dalam bak destilator pada penelitian alat destilasi air energi
28
Tabel 2 Data pada variasi ketinggian air 17 mm di dalam bak destilator pada penelitian alat destilasi air energi
29
Tabel 3 Data pada variasi ketinggian air 29 mm di dalam bak destilator pada penelitian alat destilasi air energi
33
4.2Hasil Penelitian
Berikut ini adalah contoh perhitungan data penelitian variasi ketinggian air didalam bak destilator 17 mm pada jam ke-3 hari pertama.
Diketahui :
Tc pada jam ketiga = 43,94 °C = 316,94 K
Tw pada jam ketiga = 54,64 °C = 327,64 K md air jam ketiga =0,03 liter
jam ketiga = 752,63 alat destilasi vertikal = 0,8275
Bagian energi matahari ke kaca penutup karena konvensi: (pers. 4)
2
34
Massa uap air perjamnya pada proses destilasi vertikal: (pers. 3)
Proses perhitungan efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi: (Pers. 2)
35
Berikutnya setelah pengumpulan data yang dilakukan yaitu mencari persamaan dan menghitung dengan rumus yang sudah ditentukan. Sebagai contoh perhitungan penulis mengambil data yang tercantum pada tabel (4) yang merupakan data dari alat destilasi konvensional :
Diketahui :
Tc pada jam ketiga = 58,59 °C = 331,59 K Tw pada jam ketiga = 68,17 °C = 341,17 K
md air jam ketiga =0,18 liter
jam ketiga = 767,12 alat destilasi vertikal = 0,866
Bagian energi matahari yang digunakan untuk proses penguapan: (Pers. 3)
36
Proses perhitungan efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi: (Pers. 2)
x 100 %
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
37
adalah efisiensi yang didapat dengan melakukan perhitungan dari massa hasil destilasi dikalikan dengan panas laten air kemudian dibagi dengan luasan bak destilator dikalikan dengan rata – rata radiasi surya yang datang dalam satu hari.Hasil dari perhitungan efisiensi data penelitian alat destilasi energi surya pada setiap variasi akan dilakukan pembahasan dari gambar berikut.
a. Grafik efisiensi alat destilasi energi surya pada variasi 12mm.
38
Gambar 4.2 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis konvensional, efisisensi actual kondensor, dan efisisensi actual konvensional pada ketinggian 12 mm
39
40
Gambar 4. 3 Grafik pada suhu bak air destilator (Tw) pada destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada hari ketinggian 12 mm
41
Gambar 4.4 Grafik hasil air dari destilasi (md) dari destilasi berkondensor dan destilasi konvensional pada ketinggian 12 mm.
42
terjaga walaupun panas yang diterima tidak lagi tinggi. Sehingga pada saat ini pengembunan yang terjadi maksimal.
b. Grafik efisiensi alat destilasi energi surya pada variasi 17mm.
43
Gambar 4.6 Grafik efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis konvensional, efisisensi actual kondensor, dan efisisensi actual konvensional pada ketinggian 17 mm.
44
teoritis lebih rendah dari variasi ketinggian 12 mm,tetapi efisiensi actual pada jam ke 13 hingga ke 17 hari kedua jauh lebih unggul dibanding hari ke1.Hal ini berpengaruh pada debit yang dihasilkan dari penguapan alat destilasi berkondensor pada jam dimana panas matahari mulai menurun.
Gambar 4.7 Grafik suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional pada ketinggian 17 mm.
45
menurunnya suhu air dalam bak destilator. Matahari disini memiliki peran utama dalam pengaruh panas yang terdapat dalam bak destilator alat destilasi dan juga panas dalam kondensor tersebut.
Gambar 4.8 Grafik hasil air dari destilasi (md) dari destilasi berkondensor dan destilasi konvensional pada ketinggian 17 mm.
46
pada bak destilator,kondensor dan juga kondensor kain. Sedangkan pada alat destilasi konvensional hanya pada bak destilator saja.
c. Grafik efisiensi alat destilasi energi surya pada variasi 29mm.
47
Gambar 4.10 Grafik efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis konvensional, efisisensi actual kondensor, dan efisisensi actual konvensional pada ketinggian 29 mm.
48
yang tersimpan dalam kondensor cenderung meningkat walaupun panas yang diterima hari itu tidak sebaik 2 hari sebelumnya, jika alat destilasi konvensional cenderung turun pada jam dimana matahari tidak menghasilkan panas dengan baik. Sedangkan untuk efisiensi actual alat konvensional memang unggul karena pada alat destilasi berkondensor antara suhu dalam kondensor dan diluar hampir sama sehingga air yang terkumpul dari penguapan cenderung sedikit.
Gambar 4.11 Grafik suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi
berkondensor dan destilasi konvensional pada ketinggian 29 mm.
49
terkonstrasi sempurna dalam bak konvensional daripada bak air pada alat destilasi berkondensor yang terkonsentrasi pada pemanasan suhu dalam kondensor. Dari grafik ini penurunan panas dalam bak jelas terjadi pada jam terakhir dibanding 2 hari sebelumnya pada 2 alat destilasi karena cuaca saat penelitian panas yang diterima kedua alat tidak sempurna,seperti saat hari pertama pengambilan data.
Gambar 4.12 Grafik hasil air dari destilasi (md) dari destilasi berkondensor dan destilasi konvensional pada ketinggian 29 mm.
50
konvensional. Karena pada destilasi berkondensor pengembunan tidak hanya terjadi pada sisi bak destilator saja tetapi juga pada ruang kondensor deapan dan ruang kondensor belakang yang terdapat kain sebagai absorber.
Gambar 4.13 Grafik total rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi actual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional ketinggian 12 mm.
51
efisiensi teoritis dan efisiensi actual destilasi konvensional lebih unggul di banding destilasi berkondensor pada ketinggian 12 mm ini.
Gambar 4.14 Grafik total rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi actual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensiona ketinggian 17 mm.
52
hari ini didapatkan nilai yang lebih tinggi dari hari sebelumnya karena pengembunan terjadi lebih sempurna dibandingkan hari sebelumnya.
Gambar 4.15 Grafik total rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi actual pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional ketinggian 29 mm.
53
actual dari alat destilasi berkondensor mulai menunjukan penurunan dibanding hari sebelumnya yang lebih tinggi dari efisiensi teoritis.
Gambar 4.16 Grafik hasil rata-rata per variasi ketinggian air didapat efisiensi teoritis dan efisiensi actual pada alat destilasi berkondensor dan destilasi konvensional.
54
konvensional mendapatkan efisiensi teoritis sebesar 73,93 % dan efisiensi actual sebesar 34,63 %. Rata-rata radiasi surya pada hari kedua mencapai 538,37 watt/m2. Pada variasi ketinggian 29 mm pada alat destilasi berkondensor mendapatkan efisiensi teoritis sebesar 36,87 % dan efisiensi actual sebesar 16,81 %. Pada alat destilasi konvensional mendapatkan efisiensi teoritis sebesar 56,01 % dan efisiensi actual sebesar 33,85 %. Rata-rata radiasi surya pada hari ketiga mencapai 387,94 watt/m2. Dapat dilihat dari grafik perhitungan selama 3 hari ini hampir setiap hari alat destilasi konvensional lebih unggul dalam hal perolehan hasil efisiensi teoritis dan juga actualnya dibanding dari alat destilasi berkondensor.
Gambar 4.17 Grafik penbandingan md (lt) pada alat destilasi berkondensor dengan variasi ketinggian air di dalam bak destilator 10 mm, 15 mm, dan 27 mm
55
56
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
1. Telah berhasil dibuat alat destilasi enegi surya konvensional (tanpa mengunakan kodensor pasif) dan alat destilasi energi surya dengan penambahan kondensor pasif dibagian belakang bak destilator, serta melakukan penelitian pada alat tersebut.
57
dengan hasil air yang diperoleh 2,12 liter/m2 dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam sehari sebesar 590,59 watt/m2.
5.2 Saran
1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan volume kondensor pasif lebih kecil.
58
DAFTAR PUSTAKA
Ahmed, H.M., (2012), Experimental Investigations of Solar Stills Connected to External Passive Condensers, Journal of Advanced Science and Engineering Research, 2, pp 1-11
Arismunandar, Wiranto, 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta : Pradnya Paramita.
Boukar,M., Harmim,A., (2004), Parametric Study Of A Vertical Solar Still Under Desert Climatic Conditions, Desalination Vol. 168, pp 21-28.
Boukar M., Harmim A., (2005), Performance Evaluation Of A One-Sided Vertical Solar Still Tested In The Desert Of Algeria, Desalination Vol. 183, pp 113-126
Boukar M., Harmim A., (2006), Design Parameters And Preliminary Experimental Investigation Of An Indirect Vertical Solar Still, Desalination Vol. 203, pp 444-454
El-Bahi, A. Inan, D., (1999), A Solar Still With Minimum Inclination, Coupled To An Outside Condenser, Desalination Vol. 123, pp 79-83
Fath, H.E.S.; Samy M. Elsherbiny, S.M., (1993), Effect of adding a passive condenser on solar still performance, Energy Conversion and Management, 34, 1, pp 63–72
Fath, H.E.S; Elsherbiny, S.M.,; Ghazy, A. (2004), A Naturally Circulated Humidifying/Dehumidifying Solar Still With A Built-In Passive Condenser, Desalination, 169, pp 129–149
Hassan, Fath, E.,S., (1995), High Performance Of A Simple Design, Two Effects. Solar Distillation Unit, Energy Conversion Management, Vol. 38, 18, pp 1895- 1905
Kalbasi, R., esfahani, M.,N., (2010), Multi-Effect Passive Desalination System, An Experimental Approach, World Applied Sciences Journal, Vol. 10,10, pp 1264-1271
Kunze, H. H.,(2001), A New Approach To Solar Desalination For Small- And Medium-Size Use In Remote Areas, Desalination, 139, pp 35–41
Madhlopa, A., Johnstone, C., (2009), Numerical Study Of A Passive Solar Still With Separate Condenser, Renewable Energy, Vol. 34, pp 1668-1677
59
LAMPIRAN
Tabel L.1 Sifat Air dan Uap Jenuh
60 Tabel L.1 Sifat Air dan Uap Jenuh (lanjutan)
32 0,047540 2425,3
61
LAMPIRAN
Gambar L. 1 Alat Destilasi Energi Surya Konvensional
Gambar L. 2 Alat Destilasi Energi Surya menggunakan Kondensor
62 Gambar L. 2 Logger (Biru) dan Stalker (Merah)
63
Lampiran 3 Foto-foto Alat Penelitian
Gambar L. 3 Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS)
