EFEK REFLEKTOR PADA EFISIENSI DISTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS BAK MENGGUNAKAN SILINDER BERKAIN TUGAS AKHIR

(1)

EFEK REFLEKTOR PADA EFISIENSI DISTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS BAK MENGGUNAKAN SILINDER BERKAIN

TUGAS AKHIR

Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Disusun Oleh :

MARSHEL JOURHEN LEGI NIM : 175214112

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2020

(2)

THE EFFECT OF REFLECTOR ON THE EFFICIENCY OF BASIN TYPE SOLAR STILL WITH WICK CYLINDERS

FINAL PROJECT

Presented As Partial Fulfillment of the Requirement To Obtain the Engineering Degree

In Mechanical Engineering

Arranged by :

MARSHEL JOURHEN LEGI Student Number : 175214112

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

UNIVERSITY OF SANATA DHARMA YOGYAKARTA

2020

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii ABSTRAK

Air sangat penting untuk semua bentuk kehidupan di bumi; manusia, hewan, dan tumbuhan. Sumber air yang ada sering terkontaminasi dengan tanah, logam berat, bakteri atau bahan lain yang merugikan bagi tubuh. Air yang terkontaminasi ini harus dijernihkan. Salah satu cara menjernihkan air adalah menggunakan distilasi air energi surya. Distilasi air energi surya merupakan cara menghasilkan air layak minum dari air yang terkontaminasi. Salah satu jenis distilasi air energi surya adalah alat distilasi energi surya jenis bak. Alat distilasi jenis bak merupakan salah satu alat distilasi yang biayanya murah. Namun, efisiensi alat distilasi jenis bak masih rendah jika dibandingkan dengan alat distilasi jenis lainnya. Salah satu faktor rendahnya efisiensi alat distilasi jenis bak adalah lamanya proses penguapan, dikarenakan jumlah massa air dalam absorber yang banyak membuat proses pemanasan air membutuhkan waktu yang lama. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisis pengaruh penggunaan silinder bertisu putih, pengaruh penggunaan silinder bertisu hitam, dan pengaruh penggunaan reflektor pada model silinder bertisu hitam terhadap unjuk kerja alat distilasi. Penelitian menggunakan metode eksperimental yang dilakukan dilapangan terbuka selama 8 jam dengan menggunakan alat distilasi air energi surya jenis bak. Luas absorber yaitu 0,44 m² dengan ketebalan kaca 3 mm dan dipasang dengan kemiringan 15°. Variabel yang divariasikan pada penelitian ini adalah (1) variasi jumlah massa air 6 kg, 8 kg, dan 11 kg pada alat model silinder bertisu putih, (2) variasi jumlah massa air 6 kg, 8 kg, dan 11 kg pada alat model silinder bertisu hitam, dan (3) variasi penggunaan reflektor pada alat model silinder bertisu hitam dengan massa air 6 kg. Berdasarkan penelitian yang dilakukan, hasil terbaik pada alat model silinder bertisu putih sebesar 2,08 L/m² per hari dengan efisiensi 31,13 % pada variasi massa air 6 kg.

Hasil terbaik pada alat model silinder bertisu hitam sebesar 1,76 L/m² per hari dengan efisiensi 27,24 % variasi massa air 11 kg. Pada variasi penggunaan reflektor pada alat model silinder bertisu hitam dengan massa air 6 kg didapatkan hasil distilasi sebesar 2,88 L/m² per hari dengan peningkatan efisiensi 19,47 %.

Kata kunci: distilasi, efisiensi, silinder bertisu, reflektor

(8)

viii ABSTRACT

Water is essential for all forms of life on earth; humans, animals, and plants. The water source is often contaminated with soil, heavy metals, bacteria, or other substances that harm the body. This contaminated water must be purified. One way to purify water is to use solar still. Solar still is a way of producing potable water from contaminated water. One type of solar still is a basin type solar still. Basin type solar still is one of the cheap distillation tools. However, the efficiency of basin type distillers is still low when compared to other types of distillers. One of the low efficiency of the basin type distillation is the evaporation process because a large amount of water mass in the absorber makes the water control factor take a long time. This research aims to analyze the effect of using a white-tissue cylinder, the effect of using a black-tissue cylinder, and the effect of using a reflector on a black- tissue cylinder model on the performance of the distillation device. The study used an experimental method which was carried out in an open field for 8 hours using a basin type solar still. The absorber area is 0.44 m² with a glass thickness of 3 mm and is installed with a slope of 15°. The variables varied in this study were (1) the variation in the amount of water mass of 6 kg, 8 kg, and 11 kg in the white-tissue cylinder model, (2) the variation in the amount of water mass of 6 kg, 8 kg, and 11 kg in the cylinder model with black tissue, and (3) variations in the use of a reflector on a cylinder model with black tissue with an water mass of 6 kg. Based on the research conducted, the best results were on the white-tissue cylinder model of 2,08 L/m² per day with an efficiency of 31,13 % at 6 kg water mass variation. The best results for the cylinder model with black tissue is 1,76 L/m² per day with an efficiency of 27,24 % with 11 kg water mass variation. In the variation of the use of a reflector in the cylinder model with black tissue with a water mass of 6 kg, the distillation result is 2,88 L/m²per day with an increase in efficiency of 19,47 %.

Key words: distillation, efficiency, tissue cylinder, reflector

(9)

ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan naskah Skripsi yang berjudul “Efek Reflektor Pada Efisiensi Distilasi Air Energi Surya Jenis Bak Menggunakan Silinder Berkain”.

Penyusunan skripsi ini dilakukan untuk memenuhi salah satu syarat mahasiswa untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Dalam penyusunan naskah skripsi ini, penulis telah melakukan serangkaian penelitian di lapangan maupun di dalam laboratorium. Pada akhirnya, penyusunan naskah skripsi ini dapat terselesaikan berkat kasih Tuhan dan bantuan dari berbagai pihak baik material maupun spiritual. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih kepada :

1. Bapak Sudi Mungkasi, S.Si, M.Math.Sc., Ph.D. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Bapak Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

3. Bapak Ir. Rines, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik.

4. Bapak Ir. F. A. Rusdi Sambada, M.T., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah meluangkan waktu dan tenaga untuk memberikan bimbingan, ilmu, dan masukan sehingga penulis dapat menyelesakan naskah skripsi ini.

5. Kedua orang tua penulis, Papa (Husye Edi Legi) dan Mama (Fina Indria Hermin Tuuk) yang selalu memberikan dukungan, perhatian, doa dan semangat bagi penulis.

6. Micklin dan Michele, selaku adik penulis yang selalu memberikan dukungan, doa dan semangat.

7. Segenap teman-teman Solar Still 2020 dan keluarga Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.

8. Segenap keluarga besar Teknik Mesin yang penulis tidak dapat sebutkan satu per satu.

(10)

x

9. Seluruh dosen, laboran, dan staf Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan ilmu dan pengalaman.

10. Serta semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu, yang telah memberikan dukungan baik secara langsung maupun secara tidak langsung kepada penulis.

Penulis menyadari bahwa naskah skripsi ini masih memiliki kekurangan.

Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritik yang membangun demi kesempurnaan naskah skripsi ini. Semoga naskah ini berguna bagi kemajuan di bidang teknologi.

Yogyakarta, Penulis

(11)

xi DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... ii

LEMBAR PERSETUJUAN ... iii

LEMBAR PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi

ABSTRAK ... vii

ABSTRACT ... viii

KATA PENGANTAR ... ix

DAFTAR ISI ... xi

DAFTAR TABEL ... xiii

DAFTAR GAMBAR ... xiv

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang... 1

1.2 Identifikasi Masalah ... 2

1.3 Rumusan Masalah ... 3

1.4 Tujuan Penelitian ... 3

1.5 Batasan Masalah ... 3

1.6 Manfaat Penelitian ... 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 5

2.1 Penelitian Terdahulu ... 5

2.2 Landasan Teori ... 6

2.3 Kerangka Penelitian ... 10

2.4 Hipotesis ... 12

BAB III METODE PENELITIAN ... 13

3.1 Skema dan Spesifikasi Alat Penelitian ... 13

3.2 Peralatan Pendukung ... 16

3.3 Parameter yang Divariasikan ... 17

3.4 Langkah Analisis ... 17

3.5 Variabel yang Diukur ... 17

3.6 Langkah Penelitian ... 18

(12)

xii

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 19

4.1 Data Penelitian ... 19

4.2 Hasil Perhitungan ... 24

4.3 Pembahasan ... 29

4.31 Efek Jumlah Massa Air dalam Bak Alat Distilasi Model Silinder Bertisu Putih (Mdw) dan Model Konvensional (Kv). ... 29

4.32 Efek Jumlah Massa Air dalam Bak Alat Distilasi Model Silinder Bertisu Hitam (Mdb) dan Model Konvensional (Kv). ... 34

4.33 Efek Penggunaan Reflektor Pada Model Silinder Bertisu Hitam (Mdbr) ... 41

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 48

5.1 Kesimpulan ... 48

5.2 Saran ... 48

DAFTAR PUSTAKA ... 50

LAMPIRAN ... 52

(13)

xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1. Data Penelitian Model Kv dengan Massa Air 6 kg ... 19

Tabel 2. Data Penelitian Model Mdw dengan Massa Air 6 kg ... 19

Tabel 8. Data Penelitian Model Mdb dengan Massa Air 6 kg ... 21

Tabel 14. Data Penelitian Model Mdbr dengan Massa Air 6 kg ... 23

Tabel 15. Data Perhitungan Model Kv dengan Massa Air 6 kg ... 24

Tabel 28. Data Penelitian Model Mdbr dengan Massa Air 6 kg ... 28

(14)

xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1. Komponen alat distilasi air energi surya ... 7

Gambar 2. Skema proses pada alat distilasi air energi surya ... 8

Gambar 3. Skema aksi kapilaritas pada silinder bertisu ... 11

Gambar 4. Skema dan dimensi bak distilasi yang digunakan dalam penelitian ... 13

Gambar 5. Skema alat distilasi energi surya jenis absorber bak yang digunakan pada penelitian ... 14

Gambar 6. Skema dan dimensi silinder bertisu ... 15

Gambar 7. Skema peletakan silinder dalam bak distilasi ... 15

Gambar 8. Skema penggunaan reflektor beserta silinder bertisu hitam pada alat distilasi air energi surya jenis absorber bak ... 16

Gambar 9. Perbandingan hasil distilasi alat model Mdb dengan Kv ... 29

Gambar 10. Perbandingan efisiensi alat distilasi model Mdw dengan Kv ... 30

Gambar 11. Beda temperatur alat distilasi model Mdw dan Kv ... 31

Gambar 12. Beda temperatur (ΔT) rata-rata model Mdw dan Kv ... 32

Gambar 13. Perbandingan quap model Mdw dan model Kv ... 33

Gambar 14. Perbandingan q konveksi model Mdw dengan model Kv... 34

Gambar 15. Perbandingan hasil distilasi alat model Mdb dengan Kv ... 35

Gambar 16. Ilustrasi pori-pori tisu (a) putih dan (b) berwarna ... 35

Gambar 17. Perbandingan efisiensi alat distilasi model Mdb dengan Kv ... 36

Gambar 18. Beda temperatur alat distilasi model Mdb dan Kv ... 37

Gambar 19. Beda temperatur (ΔT) rata-rata model Mdb dan Kv ... 38

Gambar 20. Perbandingan q uap model Mdb dengan model Kv ... 39

Gambar 21. Perbandingan q konveksi model Mdb dengan model Kv ... 40

Gambar 22. Perbandingan hasil distilasi alat model Mdbr dengan model Kv ... 41

Gambar 23. Perbandingan hasil distilasi alat model Mdbr dan Kv setiap jam ... 42

Gambar 24. Perbandingan efisiensi alat distilasi model Mdbr dengan Kv ... 43

Gambar 25. Beda temperatur alat model Mdbr dan Kv pada massa air 6 kg ... 44

Gambar 26. Perbandingan q uap model Mdbr dengan model Kv ... 46

Gambar 27. Perbandingan q konveksi model Mdb dengan model Kv ... 46

(15)

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang

Air sangat penting untuk semua bentuk kehidupan di bumi; manusia, hewan, dan tumbuhan. Air adalah salah satu sumber daya melimpah terbesar di permukaan bumi yang menutupi 71% permukaan bumi. Sekitar 97% air bumi terdapat di samudera dan laut sebagai air asin, 2% terdapat di kawasan kutub sebagai es dan sisanya disajikan dalam bentuk air tawar berupa danau, air tanah, dan sungai (Singh et al., 2016). Ketersediaan air bersih dari sumber daya alam semakin menyusut dari hari ke hari karena pertumbuhan penduduk dunia yang pesat dan pengelolaan air yang buruk (Tiwari & Sahota, 2017).

Banyak orang yang tinggal di daerah terpencil di daerah beriklim panas dimana terjadi kekurangan listrik dan air serta membutuhkan biaya yang sangat mahal untuk memenuhi kebutuhan air bersih mereka.

Di Indonesia masalah ketersediaan air minum semakin hari semakin dirasakan baik oleh masayarakat di perkotaan, terutama di daerah-daerah terpencil. Masyarakat umumnya harus membeli air untuk minum. Pemenuhan kebutuhan air minum dengan cara membeli akan berdampak pada turunnya tingkat kesejahteraan. Sumber air yang ada biasanya telah terkontaminasi oleh tanah, logam berat, bakteri atau bahan lain yang merugikan bagi tubuh jika dikonsumsi secara langsung. Salah satu cara untuk memperoleh air bersih adalah dengan melakukan pemurnian terhadap air yang terkontaminasi.

Pemurnian air adalah proses menghilangkan bahan kimia dan kontaminan biologis yang tidak diinginkan pada air. Cara sederhana untuk memurnikan air yang terkontaminasi adalah dengan distilasi air energi surya. Distilasi air energi surya tidak memerlukan biaya tinggi dalam pembuatan serta pengoperasiannya mudah (Kunze, 2001). Energi surya tersedia di mana-mana dan merupakan sumber energi gratis dan terbarukan. Sebagai negara tropis, Indonesia mempunyai potensi energi surya yang cukup baik dengan radiasi harian energi surya rata-rata 4,8 kWh/m² (Kementerian ESDM, 2016). Hal ini

(16)

menunjukan adanya potensi yang cukup besar dari energi surya, bila dimanfaatkan secara optimal.

Pada dasarnya distilasi air energi surya bekerja berdasarkan prinsip penguapan-kondensasi. Alat destilasi energi surya umumnya terdiri dari 2 (dua) komponen penting yakni absorber dan penutup kaca. Absorber berfungsi menyerap energi surya untuk menguapkan air sehingga air terpisah dari bahan- bahan yang mengkontaminasinya. Penutup kaca berfungsi sebagai tempat mengembun uap air sehingga dihasilkan air murni.

Alat distilasi jenis bak merupakan salah satu jenis alat distilasi yang biayanya murah. Namun, efisiensi alat distilasi jenis bak masih rendah jika dibandingkan dengan alat distilasi jenis lainnya. Salah satu faktor rendahnya efisiensi alat distilasi jenis bak adalah lamanya proses penguapan, dikarenakan jumlah massa air dalam absorber yang banyak membuat proses pemanasan air membutuhkan waktu yang lama sehingga laju penguapannya rendah. Untuk meningkatkan efisiensi alat distilasi, pada penelitian ini alat distilasi jenis bak dimodifikasi dengan menambahkan silinder bertisu berwarna putih dan berwarna hitam sebagai absorber. Tisu yang digunakan memiliki sifat kapilaritas. Sifat kapilaritas dari tisu ini membuat massa air yang dipanaskan dalam satu waktu akan lebih sedikit, sehingga proses penguapan yang terjadi lebih efektif. Penelitian ini juga meneliti pengaruh penggunaan reflektor pada alat distilasi air energi surya jenis bak. Reflektor dipasang secara vertikal dengan sudut 90° dibelakang alat distilasi. Tujuan pengunaan reflektor pada alat distilasi adalah untuk menambah energi panas pada absorber sehingga laju pengupannya menjadi lebih baik.

1.2 Identifikasi Masalah

Efisiensi alat distilasi air energi surya jenis bak masih rendah. Salah satu faktor rendahnya efisiensi alat distilasi air jenis bak adalah lamanya proses penguapan. Massa air yang ada di dalam alat destilasi tidak boleh terlalu banyak karena akan memperlama proses penguapan air. Pada penelitian ini alat distilasi jenis bak dimodifikasi dengan menambahkan silinder bertisu didalam

(17)

bak distilasi sebagai absorber. Penggunaan silinder bertisu ini bertujuan supaya massa air dalam bak akan lebih sedikit sehingga proses penguapan air akan lebih optimal. Disamping itu, penggunaan silinder bertisu ini bertujuan untuk memperluas area pemanasan pada absorber. Untuk meningkatkan proses penguapan air, digunakan reflektor sebagai penambah energi panas pada absorber sehingga laju pengupannya menjadi lebih baik. Pada penelitian ini, akan divariasikan jumlah massa air pada model silinder bertisu berwarna putih dan pada model silinder bertisu berwarna hitam.

1.3 Rumusan Masalah

Berdasarkan latar belakang masalah yang ada, perumusan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1) Bagaimana efek jumlah massa air dalam bak distilasi model silinder bertisu putih (Mdw) terhadap efisiensi alat distilasi air energi surya jenis bak?

2) Bagaimana efek jumlah massa air dalam bak distilasi model silinder bertisu hitam (Mdb) terhadap efisiensi alat distilasi air energi surya jenis bak?

3) Bagaimana efek penggunaan reflektor pada model silinder bertisu hitam (Mdbr) terhadap efisiensi alat distilasi air energi surya jenis bak?

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah sebagai berikut:

1) Menganalisis efek jumlah massa air dalam bak distilasi model silinder bertisu putih (Mdw) terhadap efisiensi alat distilasi air energi surya jenis bak.

2) Menganalisis efek jumlah massa air dalam bak distilasi model silinder bertisu hitam (Mdb) terhadap efisiensi alat distilasi air energi surya jenis bak.

3) Menganalisis efek penggunaan reflektor pada model silinder bertisu hitam (Mdbr) terhadap efisiensi alat distilasi air energi surya jenis bak.

1.5 Batasan Masalah

Batasan masalah pada penelitian ini antara lain:

1) Penelitian dilakukan selama 8 jam pada lapangan terbuka.

(18)

2) Temperatur absorber dan temperatur kaca diasumsikan merata.

3) Temperatur absorber diasumsikan temperatur air yang akan didistilasikan.

4) Alat distilasi terbuat dari multiplek dengan tebal 2,5 cm. Luas absorber sebesar 0,4466 m².

5) Penutup alat distilasi menggunakan kaca dengan tebal 3 mm dan dipasang dengan sudut kemiringan 15°.

1.6 Manfaat Penelitian

Manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut:

1) Dapat dikembangkan menjadi prototype yang nantinya dapat diterapkan dalam masyarakat.

2) Menambah kepustakaan tentang alat distilasi air energi surya jenis bak.

(19)

5 BAB II

TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Penelitian Terdahulu

Ketabchi dkk melakukan penelitian terhadap kinerja alat distilasi dengan menggunakan sistem pendingin dan reflektor eksternal jenis plat datar.

Penelitian ini dilakukan pada musim panas, musim semi, dan musim dingin.

Sistem pendingin diletakan diatas alat distilasi yang nantinya sistem pendingin ini akan menyemprotkan air pada penutup kaca melalui tiga puluh delapan lubang ultra halus. Reflektor eksternal divariasikan dipasang pada bagian atas dan bawah alat distilasi, dipasang hanya pada bagian atas alat distilasi, dan hanya dipasang pada bagian bawah alat distilasi. Kemiringigan reflektor juga divariasikan yaitu pada reflektor bagian atas variasi kemiringannya 0°

(vertikal), 10°, 20°, dan 30°. Sedangkan kemiringan reflektor bagian bawah divariasikan 20°, 30°, 40°, 45°, 50°. Produktivitas paling tinggi diperoleh pada musim semi yang didapat pada sudut kemiringan alat 25°, sudut kemiringan reflektor atas 10°, dan sudut kemiringan reflektor bawah 45°, dengan laju aliran air pendingin 720 ml/menit dan laju aliran air masuknya 90 ml/menit (Ketabchi et al., 2019).

Pada tahun 2018, Fathy dkk melakukan penelitian terhadap efek penggunaan parabolic trough collector (PTC) pada kinerja alat distilasi jenis bak double slope. Penelitian tersebut membandingkan model alat distilasi konvensional dengan modifikasi alat distilasi menggunakan fixed PTC dan tracked PTC. Penggunaan PTC pada alat distilasi dimaksudkan untuk menambah panas pada bak alat distilasi. Ketinggian air didalam bak divariasikan 20 mm dan 30 mm. Pada penelitian ini, produktivitas alat distilasi meningkat dengan penurunan kedalaman air didalam bak dan juga meningkat dengan adanya penggunaan PTC. Efisiensi alat destilasi pada musim panas diperoleh lebih besar dari pada musim dingin. Pada musim panas dengan kedalaman air 20 mm, efisiensi harian alat distilasi konvensional didapatkan 36,87%, alat distilasi dengan fixed PTC didapatkan 23,26%, dan alat distilasi dengan tracked PTC didapatkan 29,81% (Fathy et al., 2018).

(20)

Dumka dkk melakukan penelitian terhadap kinerja alat distilasi jenis bak dengan menggunakan kantong katun berbentuk silinder yang berisi pasir.

Penggunaan pasir dimaksudkan agar pasir dapat menyimpan panas ketika alat distilasi tidak mendapatkan energi matahari. Bagian permukaan kantong dicat hitam agar dapat memaksimalkan penyimpanan panas. Kantong yang digunakan pada penelitian berjumlah 100 dengan diameter kantong 4 cm dan tinggi 12 cm. Massa air didalam bak divariasikan 30 kg dan 40 kg. Dari hasil penelitian didapatkan bahwa penggunaan kantong kapas berisi pasir meningkatkan hasil air distilasi sebesar 28,56% pada variasi massa air 30 kg dan 30,99% pada variasi massa air 40 kg (Dumka et al., 2019).

Z.M. Omara dkk melakukan penelitian terhadap kinerja alat distilasi jenis bak dengan menggunakan reflektor internal dan menggunakan kain bergelombang sebagai absorber pada bak. Penelitian eksperimental dilakukan dengan variasi penelitian yaitu variasi menggunakan absorber bergelombang tanpa reflektor internal dan variasi menggunakan absorber bergelombang dengan reflektor internal. Kedalaman air divariasikan 1 cm, 2 cm, dan 3 cm.

Pada penelitian didapatkan hasil distilasi meningkat seiring dengan menurunnya kadalaman air dalam bak. Didapatkan efisiensi rata-rata harian terbaik didapatkan pada variasi absorber bergelombang dengan reflektor internal sebesar 59 %. Peningkatan produktivitas distilasi juga didapatkan sebesar 145,5 % pada alat dengan variasi absorber bergelombang dengan reflektor internal (Omara et al., 2016).

2.2 Landasan Teori

Distilasi air adalah proses penjernihan air dari bahan kontaminasi yang tidak diinginkan melalui proses penguapan dan pengembunan. Komponen utama yang terdapat pada sebuah alat destilasi energi surya pada umumnya adalah bak air dan kaca penutup (Gambar 1). Bak air berfungsi sebagai penampung air yang akan di distilasi. Bak air juga berfungsi sebagai absorber, yaitu sebagai penyerap energi surya untuk memanasi air yang akan didistilasi. Kaca penutup berfungsi sebagai tempat terjadinya pengembunan uap air. Bagian lain

(21)

dari alat distilasi energi surya adalah saluran keluar air distilasi, rangka pendukung, dan bak penampung hasil air distilasi.

Gambar 1. Komponen alat distilasi air energi surya

Distilasi air energi surya memanfaatkan panas surya sebagai sumber energi.

Panas yang masuk ke dalam bak air (absorber) akan memanaskan air sehingga air menguap. Bagian yang menguap hanya air murni sedangkan bahan kontaminasi tertinggal di absorber. Uap air naik keatas dan bersentuhan dengan kaca, karena temperatur kaca bagian luar lebih rendah dari temperatur kaca bagian dalam alat distilasi maka air mengembun (Purwadianto &

Sambada, 2013). Akibat dari kemiringan kaca, uap air yang mengembun akan menuju talang dan akan ditampung pada bak penampung.

Penguapan dan pengembunan merupakan proses utama dalam distilasi air energi surya (Gambar 2). Penguapan (evaporasi) merupakan proses perubahan fase zat cair menjadi gas dengan temperatur dibawah titik didih. Penguapan terjadi karena diantara molekul-molekul permukaan zat cair terdapat cukup energi panas untuk mengatasi gaya kohesi sesama molekul, kemudian molekul-molekul tersebut saling melepas dan terjadi penguapan.

(22)

Pengembunan (kondensasi) adalah proses perubahan fase dari gas menjadi cair. Pengembunan dapat terjadi ketika uap air didinginkan dan atau ketika tekanan parsial uap membesar. Uap dalam keadaan normal mengalami kesetimbangan dengan udara sekitar. Ketika uap mengalami penurunan temperatur pada tekanan yang konstan maka uap akan berada pada temperatur titik pengembunan sehingga uap akan berubah fase menjadi cair. Apabila uap pada temperatur yang konstan mengalami peningkatan tekanan uap maka volume spesifikasinya menurun sehingga uap akan berubah fase menjadi cair.

Gambar 2. Skema proses pada alat distilasi air energi surya

Unjuk kerja suatu alat destilasi surya dinyatakan oleh efisiensi dan jumlah air bersih yang dapat dihasilkan per satuan waktu dan luas alat destilasi.

Banyak faktor yang mempengaruhi jumlah air destilasi yang dapat dihasilkan diantaranya: keefektifan absorber dalam menyerap energi surya, keefektifan kaca dalam mengembunkan uap air, ketinggian air yang ada di alat destilasi, jumlah energi surya yang datang dan temperatur air masuk kedalam alat destilasi (Ketut Puja & Rusdi Sambada, 2012a).

Efisiensi alat distilasi energi surya didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang digunakan pada proses penguapan air dengan jumlah energi surya yang datang selama waktu pemanasan (Arismunandar,

(23)

1995). Energi yang berguna untuk proses penguapan air dalam absorber adalah q_uap, sedangkan energi yang merupakan rugi-rugi pada alat distilasi adalah q_konv dan q_rad. Rugi-rugi yang dimaksud adalah energi yang berpindah dari air yang tertampung dalam absorber ke permukaan kaca bagian dalam secara konveksi dan radiasi. Sehingga untuk meningkatkan efisiensi alat distilasi, q_uap pada alat harus besar sedangkan q_konv dan q_rad yang merupakan rugi- rugi pada alat distilasi harus kecil. Efisiensi distilasi dapat dirumuskan sebagai berikut:

η = m ∙ h_fg

A_c∙ ∫ G ∙ dt₀^t × 100% (1) dengan η merupakan efisiensi (%), 𝑚 adalah hasil air distilasi (kg), h𝑓𝑔

adalah panas laten penguapan air (kJ/kg), A_cadalah luasan alat distilasi (m²), G adalah radiasi matahari yang datang (W/m²), dan dt adalah lama waktu pemanasan (detik). Pada analisis ini energi panas yang hilang melalui absorber, sedangkan energi panas yang hilang pada alas dan sisi-sisinya diabaikan. Sehingga keseimbangan energi pada air menghasilkan:

(τα)G_T = q_konv+ q_rad+ q_uap (2)

dimana τ merupakan transmisivitas kaca (fraksi energi yang diteruskan), α merupakan absortivitas kaca (fraksi energi yang diserap). Sebagian energi panas pada absorber akan dipindahkan menuju kaca dengan perpindahan konveksi, radiasi, dan penguapan. Energi panas yang dikonveksikan ke kaca dapat dihitung dengan persamaan:

q_konv= 0,884 (T_w− T_c+ P_w− P_c

268,9 ∙ 10³− P_w× T_w)

1⁄3

× (T_w− T_c) (3)

dengan q_konvadalah sebagian energi matahari yang terjadi karena konveksi (W/m²). T_w adalah temperatur air (K), T_c adalah temperatur kaca penutup (K),

(24)

P_w adalah tekanan parsial uap air pada temperatur air (N/m²), dan P_c adalah tekanan parsial uap air pada temperatur kaca (N/m²).

q_rad = σε_𝑤(T_w⁴− T_c⁴) (4)

dengan q_rad adalah energi yang terbuang dari absorber ke kaca (W/m²), 𝜎 adalah konstanta Stefan-Boltzmann (5,67 x 10^-8 W/(m².K⁴)), ε_𝑤 adalah nilai emisivitas air. Energi untuk penguapan dapat dihitung dengan persamaan:

q_uap = 16,27 × 10⁻³× q_konv(P_w− P_c

T_w− T_c) (5)

dengan q_uap adalah energi penguapan dari absorber ke kaca (W/m²). Hasil distilasi dapat dihitung berdasarkan nilai yang diperoleh berdasarkan energi penguapan (q_uap). Laju distilasi (muap) dapat dicari dengan hubungan:

m_uap = q_uap

h_fg (6)

dengan m_uap adalah laju distilasi (liter/(jam∙m²)). Energi yang digunakan selama proses pemanasan (qc) dapat dihitung menggunakan persamaan:

q_c = m_c ∙ C_p∙ ∆T (7)

dengan m_c adalah laju aliran massa air (kg/s), C_p adalah kalor spesifik air pada tekanan konstan (kJ/(kg°C)), dan ∆T adalah selisih temperatur absorber dengan kaca (°C).

2.3 Kerangka Penelitian

Pada penelitian ini digunakan alat distilasi air energi surya jenis absorber bak. Alat distilasi dimodifikasi dengan menambahkan silinder bertisu sebagai absorber. Tisu yang digunakan memiliki sifat kapilaritas. Kapilaritas adalah peristiwa naik atau turunnya zat cair melalui celah sempit akibat gaya adhesi dan kohesi. Sifat kapilaritas dari tisu ini membuat massa air yang tertampung

(25)

dalam bak akan naik dan didistribusikan ke bagian yang lebih tinggi (permukaan atas silinder bertisu) sehingga membuat massa air yang dipanaskan dalam satu waktu akan lebih sedikit. Skema aksi kapilaritas pada silinder bertisu ditunjukan pada Gambar 3. Massa air yang lebih sedikit ini menyebabkan pemanasan air pada absorber menjadi lebih cepat sehingga laju penguapannya menjadi tinggi. Penggunaan silinder bertisu ini juga dimaksudkan agar luas permukaan absorber yang nantinya dipanaskan menjadi lebih luas dikarenakan permukaan atas absorber yang berbentuk cembung membuat area absorber menjadi lebih panjang sehingga luasnya bertambah dibandingkan dengan permukaan absorber yang datar. Penelitian ini akan dilakukan dengan menggunakan tiga variasi penelitian untuk memperoleh hasil dan efisiensi alat distilasi.

Gambar 3. Skema aksi kapilaritas pada silinder bertisu

Penelitian pertama adalah variasi penelitian dengan menggunakan silinder bertisu warna putih pada alat distilasi. Pada variasi penelitian ini diharapkan dapat meningkatkan laju penguapan air dalam absorber dikarenakan air yang dipanaskan menjadi lebih sedikit akibat penggunaan silinder bertisu. Massa air dalam bak juga divariasikan yaitu 6 kg, 8 kg, dan 11 kg.

Penelitian kedua adalah variasi penelitian dengan menggunakan silinder bertisu warna hitam pada alat distilasi. Selain meningkatkan laju penguapan

Radiasi Matahari

Tisu

Penguapan Aksi Kapilaritas

Silinder Berkaki Air

(26)

air akibat penggunaan silinder bertisu, laju penguapan air pada variasi penelitian ini juga ditingkatkan dengan penggunaan tisu berwarna hitam.

Absorbtivitas dari absorber diharapkan dapat meningkat dengan penggunaan tisu berwarna hitam dikarenakan warna hitam mampu menyerap dan menyimpan panas dengan baik dibandingkan warna putih. Panas yang diserap dan disimpan dengan baik pada absorber ini diharapkan dapat meningkatkan laju penguapan air dalam absorber. Massa air dalam bak juga divariasikan yaitu 6 kg, 8 kg, dan 11 kg.

Penelitian ketiga adalah variasi penelitian dengan menggunakan reflektor eksternal pada alat distilasi dengan silinder bertisu warna hitam. Reflektor dipasang eksternal secara vertikal dengan sudut 90° dibelakang alat distilasi.

Tujuan pengunaan reflektor pada alat distilasi adalah untuk menambah energi panas pada absorber sehingga temperatur absorber dapat meningkat dengan cepat dan laju pengupannya menjadi meningkat.

2.4 Hipotesis

1) Massa air yang semakin sedikit akan mempercepat pemanasan air dan dapat meningkatkan laju penguapan air sehingga efisiensi alat distilasi juga meningkat.

2) Absorbtivitas absorber yang semakin tinggi akan meningkatkan efisiensi alat distilasi air energi surya.

3) Penggunaan reflektor dapat meningkatkan temperatur air dalam absorber sehingga laju penguapan air meningkat dan efisiensi alat distilasi juga meningkat.

(27)

13 BAB III

METODE PENELITIAN 3.1 Skema dan Spesifikasi Alat Penelitian

Alat yang digunakan pada penelitian ini merupakan alat distilasi air energi surya jenis absorber bak. Gambar 4 menunjukan skema bak distilasi yang digunakan. Bak distilasi terbuat dari multipleks dengan ukuran 82 cm x 63 cm dan ketebalan 2,5 cm. Tinggi bagian depan bak distilasi berukuran 15 cm dan tinggi bagian belakang bak distilasi berukuran 31 cm. Absorber terbuat dari plat aluminium yang dicat hitam dengan ukuran 77 cm x 58 cm. Seluruh sisi bak distilasi dilapisi dengan silikon hitam yang berfungsi sebagai isolator. Sisi bagian dalam bak distilasi dilapisi lembaran tipis aluminium dengan tujuan sebagai permukaan reflektif. Bagian penutup bak menggunakan kaca dengan ketebalan 3 mm yang dipasang dengan kemiringan 15°.

Gambar 4. Skema dan dimensi bak distilasi yang digunakan dalam penelitian Skema alat distilasi yang digunakan secara rinci ditunjukan pada gambar 5.

Bagian alat distilasi terdiri dari: (1) bak distilasi, (2) kaca penutup, (3) 31 cm

15 cm

(28)

permukaan reflektif, (4) rangka pendukung, (5) saluran hasil air distilasi, dan (6) bak penampungan hasil air distilasi.

Gambar 5. Skema alat distilasi energi surya jenis absorber bak yang digunakan pada penelitian

Pada penelitian ini digunakan silinder bertisu sebagai pembanding. Gambar 6 menunjukan skema silinder bertisu yang digunakan pada penelitian. Silinder yang digunakan memiliki rongga dan terbuat dari plat aluminium. Silinder memiliki ukuran diameter 6 cm dan panjang 55 cm. Permukaan luar silinder dicat hitam dengan tujuan agar silinder dapat menyerap panas dengan baik.

Pada bagian bawah silinder terdapat kaki silinder yang berfungsi sebagai penopang silinder dalam bak distilasi. Kaki silinder terbuat dari kawat aluminium dan memiliki tinggi 3 cm. Bahan kapilaritas yang digunakan berupa tisu yang merupakan tisu dengan 2 lapis. Tisu disusun menutup permukaan atas silinder sampai kedua ujung tisu menyentuh dasar bak sehingga nantinya air dapat terserap ke bagian tisu. Variasi warna tisu dalam penelitian ini adalah tisu berwarna putih dan tisu berwarna hitam. Silinder bertisu yang digunakan berjumlah 12 dan disusun dalam bak distiliasi seperti yang ditunjukan pada Gambar 7.

1

3

2

4 5

6

(29)

Gambar 6. Skema dan dimensi silinder bertisu

Gambar 7. Skema peletakan silinder dalam bak distilasi

Dalam penelitian ini digunakan reflektor sebagai variasi dalam penelitian.

Reflektor yang digunakan terbuat dari multipleks yang dilapisi dengan kertas aluminium foil. Reflektor ini berukuran 81 cm x 61 cm yang dipasang secara vertikal dengan sudut 90° pada bagian belakang alat distilasi. Penggunaan reflektor bertujuan untuk menambah panas matahari yang masuk ke absorber.

Pada penelitian ini variasi reflektor digunakan bersamaan dengan silinder Ø6 cm

Tisu

Silinder

Kaki silinder

12 Silinder

(30)

bertisu hitam. Gambar 8 menunjukan skema penggunaan reflektor beserta silinder bertisu hitam pada alat distilasi air energi surya.

Gambar 8. Skema penggunaan reflektor beserta silinder bertisu hitam pada alat distilasi air energi surya jenis absorber bak

Proses pengambilan data dilakukan pada lapangan terbuka selama 8 jam mulai dari pukul 08.00 pagi sampai pada pukul 16.00 sore. Alat distilasi yang digunakan diposisikan menghadap ke utara.

3.2 Peralatan Pendukung

Pada penelitian ini, digunakan beberapa peralatan untuk mendukung proses pengambilan data diantaranya:

1) Dallas Semiconductor Temperature Sensor (TDS), yaitu sensor untuk mengukur temperatur yang diletakkan pada beberapa titik alat penelitian.

2) Microcontroller Arduino, aplikasi software yang digunakan untuk melihat hasil pembacaan sensor-sensor yang digunakan pada penelitian.

Reflektor

Kaca penutup Silinder bertisu hitam

Bak penampung hasil air Rangka pendukung Bak distilasi

(31)

3) Etape Liquid Level Sensor, alat untuk mengukur ketinggian air hasil distilasi pada bak penampung hasil distilasi.

4) Solarmeter, alat untuk mengukur energi surya yang datang ke alat distilasi.

5) Gelas ukur, dugunakan untuk mengukur hasil air distilasi.

3.3 Parameter yang Divariasikan

Terdapat beberapa parameter yang akan divariasikan pada penelitian ini, antar lain:

1) Variasi jumlah massa air yang tertampung dalam bak yaitu 6 kg, 8 kg, dan 11 kg untuk alat distilasi model konvensional (Kv) dan alat distilasi model silinder bertisu putih (Mdw).

2) Variasi jumlah massa air yang tertampung dalam bak yaitu 6 kg, 8 kg, dan 11 kg untuk alat distilasi model konvensional (Kv) dan alat distilasi model silinder bertisu hitam (Mdb).

3) Variasi penggunaan reflektor pada model silinder bertisu hitam (Mdbr) dengan massa air dalam bak 6 kg.

3.4 Langkah Analisis

Pada penelitian ini akan menganalisis dengan langkah-langkah sebagai berikut:

1) Menganalisis efek jumlah massa air dalam bak yaitu 6 kg, 8 kg, dan 11 kg.

Penelitian akan membandingkan alat distilasi model konvensional (Kv) dengan alat distilasi model silinder bertisu putih (Mdw).

2) Menganalisis efek jumlah massa air dalam bak yaitu 6 kg, 8 kg, dan 11 kg.

Penelitian akan membandingkan alat distilasi model konvensional (Kv) dengan alat distilasi model silinder bertisu hitam (Mdb).

3) Menganalisis efek penggunaan reflektor pada model silinder bertisu hitam (Mdbr) dengan massa air dalam bak 6 kg.

3.5 Variabel yang Diukur

Pada penelitian ini terdapat beberapa variabel yang diukur, diataranya sebagai berikut:

1) Temperatur absorber, Tw (°C)

(32)

2) Temperatur kaca penutup, Tc (°C) 3) Volume air hasil distilasi, m (liter)

4) Jumlah energi surya yang datang, G (watt/m²) 5) Lama waktu pengambilan data, t (detik) 3.6 Langkah Penelitian

Secara rinci, langkah-langkah penelitian sebagai berikut:

1) Menyiapkan alat distilasi jenis absorber bak beserta dengan peralatan pendukung pengambilan data.

2) Sebelum melakukan pengambilan data, kondisi alat distilasi harus diperiksa untuk memastikan tidak adanya kebocoran pada alat dan kerusakan pada sensor. Sisi luar kaca dibersihkan dari debu agar cahaya dapat masuk secara optimal.

3) Melakukan pengambilan data untuk setiap variasi yaitu:

a) Variasi jumlah massa air yang tertampung dalam bak 6 kg, 8 kg, dan 11 kg pada alat distilasi model konvensional (Kv) dan alat distilasi model silinder bertisu putih (Mdw).

b) Variasi jumlah massa air yang tertampung dalam bak 6 kg, 8 kg, dan 11 kg pada alat distilasi model konvensional (Kv) dan alat distilasi model silinder bertisu hitam (Mdb).

c) Variasi penggunaan reflektor pada model silinder bertisu hitam (Mdbr) dengan massa air 6 kg.

4) Pencatatan dan perekaman data dilakukan tiap 10 detik selama 8 jam dengan temperatur lingkungan. Penelitian dilakukan dari pukul 8 pagi sampai pukul 4 sore. Data yang dicatat antara lain: temperatur absorber (Tw), temperatur kaca (Tg), energi surya yang datang (G), dan jumlah volume air yang dihasilkan (m).

5) Melakukan pengolahan dan analisis data menggunakan persamaan (1) sampai (7).

(33)

19 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Data Penelitian

Berikut ini dipaparkan hasil pengambilan data pada alat distilasi model konvensional (Kv), alat distilasi model silinder bertisu putih (Mdw), alat distilasi model silinder bertisu hitam (Mdb), dan alat distilasi model silinder bertisu hitam menggunakan reflektor (Mdbr). Pengambilan data dilakukan selama 8 jam mulai dari pukul 08.00 hingga pukul 16.00. Data tersebut dicatat menggunakan sensor tiap 10 detik kemudian di rata-rata tiap jam.

Data penelitian model silinder bertisu putih (Mdw) dan model konvensional (Kv) sebagai pembanding.

Tabel 1. Data Penelitian Model Kv dengan Massa Air 6 kg

Jam ke

Temperatur Absorber

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

G Matahari (watt/m²)

Hasil (ml)

1 33,59 35,83 434,41 0

2 44,27 41,36 517,88 7

3 55,56 48,06 584,88 21

4 63,11 51,26 581,65 37

5 64,75 52,43 554,66 142

6 63,90 51,20 560,94 322

7 63,83 50,75 555,29 658

8 59,82 46,90 524,91 930

Tabel 2. Data Penelitian Model Mdw dengan Massa Air 6 kg

Jam ke

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil (ml)

1 46,04 41,33 434,41 0

2 55,81 48,91 517,88 68

3 63,10 55,24 584,88 283

4 63,01 54,23 581,65 459

5 57,99 49,08 554,66 655

6 61,46 52,53 560,94 722

7 59,88 51,36 555,29 850

8 53,12 45,65 524,91 910

(34)

Jam ke

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil (ml)

1 36,79 37,07 422,10 0

2 48,25 43,61 491,32 39

3 57,43 47,24 502,24 141

4 63,73 51,98 527,37 163

5 70,12 57,61 539,94 358

6 68,85 54,37 501,00 584

7 61,68 48,92 480,71 718

8 57,59 46,25 448,64 810

Jam ke

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil (ml)

1 45,97 41,65 422,10 0

2 55,60 49,14 491,32 56

3 57,16 49,28 502,24 162

4 63,66 54,54 527,37 289

5 67,13 58,38 539,94 448

6 57,89 49,79 501,00 567

7 55,70 47,77 480,71 658

8 51,52 44,24 448,64 760

Tabel 5. Data Penelitian Model Kv dengan Massa Air 11 kg Jam ke

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil (ml)

1 32,42 32,45 277,21 0

2 39,92 38,94 379,25 4

3 47,27 41,44 373,27 19

4 53,40 47,60 451,22 30

5 57,70 48,27 450,45 115

6 56,64 45,85 424,21 175

7 57,38 47,55 429,75 280

8 54,01 41,39 396,62 360

(35)

Jam ke

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil (ml)

1 37,34 34,87 277,21 0

2 47,40 43,11 379,25 30

3 47,91 42,95 373,27 57

4 57,97 51,64 451,22 106

5 54,75 48,12 450,45 193

6 50,25 43,77 424,21 261

7 54,03 46,93 429,75 322

8 45,23 37,69 396,62 400

Data penelitian model silinder bertisu hitam (Mdb) dan model konvensional (Kv) sebagai pembanding.

Jam ke

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil (ml)

1 31,33 30,41 188,56 0

2 37,48 35,38 282,26 17

3 47,00 40,67 310,10 78

4 48,20 40,22 322,76 148

5 53,19 43,64 319,74 185

6 53,94 45,05 330,55 230

7 51,16 39,43 295,05 283

8 44,99 36,84 275,67 350

Tabel 8. Data Penelitian Model Mdb dengan Massa Air 6 kg Jam ke

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

G Matahari (watt/m2)

Hasil (ml)

1 36,38 32,54 188,56 0

2 45,12 38,71 282,26 40

3 51,05 43,40 310,10 109

4 48,63 41,33 322,76 154

5 52,34 44,13 319,74 262

6 54,26 46,09 330,55 314

7 43,12 36,13 295,05 371

8 41,57 36,54 275,67 420

(36)

Jam ke

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil (ml)

1 36,33 35,91 318,46 0

2 45,17 42,47 445,61 15

3 58,54 50,11 532,91 78

4 63,19 51,77 525,19 175

5 61,46 50,07 490,44 324

6 61,69 50,74 480,85 435

7 57,33 45,32 451,89 536

8 54,90 45,54 430,97 640

Tabel 10. Data Penelitian Model Mdb dengan Massa Air 8 kg

Jam ke

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil (ml)

1 45,59 40,06 318,46 0

2 56,41 48,97 445,61 54

3 65,40 55,65 532,91 202

4 61,47 52,17 525,19 311

5 56,84 48,53 490,44 414

6 59,93 51,00 480,85 478

7 52,57 44,37 451,89 550

8 52,50 44,95 430,97 640

Jam ke

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil (ml)

1 35,04 37,29 438,01 0

2 43,85 40,88 449,24 82

3 53,51 47,73 538,94 124

4 62,64 52,65 575,34 197

5 67,38 56,59 606,61 226

6 68,14 56,06 588,39 334

7 65,01 51,62 541,89 494

8 59,38 48,32 509,42 650

(37)

Tabel 12. Data Penelitian Model Mdb dengan Massa Air 11 kg

Jam ke

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil (ml)

1 46,76 42,54 438,01 0

2 51,93 45,51 449,24 22

3 62,32 53,90 538,94 99

4 65,79 56,22 575,34 234

5 68,51 58,97 606,61 409

6 63,91 55,11 588,39 579

7 57,22 48,68 541,89 701

8 54,78 47,50 509,42 790

Data penelitian model silinder bertisu hitam menggunakan reflektor (Mdbr) dan model konvensional (Kv) sebagai pembanding.

Jam ke

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil (ml)

1 40,05 39,56 514,72 0

2 54,26 46,86 606,67 3

3 64,68 52,75 662,65 24

4 71,53 57,49 710,43 225

5 74,61 59,44 732,39 474

6 71,64 55,78 705,99 712

7 63,95 50,88 641,69 947

8 56,15 43,91 582,75 1080

Tabel 14. Data Penelitian Model Mdbr dengan Massa Air 6 kg

Jam ke

(°C)

Temperatur Kaca

(°C)

Hasil (ml)

1 55,59 49,32 514,72 0

2 67,29 58,48 606,67 116

3 72,05 62,11 662,65 290

4 76,86 65,63 710,43 553

5 77,30 66,15 732,39 881

6 66,78 56,76 705,99 1127

7 62,07 53,48 641,69 1225

8 51,77 43,82 582,75 1290

(38)

4.2 Hasil Perhitungan

Berdasarkan data-data yang sudah dipaparkan sebelumnya, dilakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan (1) hingga persamaan (7). Hasil perhitungan tersebut disajikan dalam bentuk tabel sebagai berikut:

Data penelitian model silinder bertisu putih (Mdw) dan model konvensional (Kv) sebagai pembanding.

Tabel 15. Data Perhitungan Model Kv dengan Massa Air 6 kg Jam

ke

ΔT Pw Pc hfg qkonv quap qrad md G η

°C kPa MJ/kg W/m² kg/m² W/m² %

1 -2,2 5,0 5,6 2,42 0,0 0,0 -13,3 0,00 434,4 0 2 2,9 8,7 7,4 2,40 0,8 5,6 18,7 0,02 517,9 1 3 7,5 15,7 10,6 2,37 0,9 10,2 52,5 0,05 584,9 2 4 11,9 22,9 12,6 2,35 1,0 13,7 87,2 0,08 581,7 2 5 12,3 24,7 13,4 2,35 2,8 41,4 91,8 0,32 554,7 7 6 12,7 23,8 12,5 2,35 5,5 78,4 93,8 0,72 560,9 13 7 13,1 23,7 12,2 2,35 9,6 137,2 96,4 1,47 555,3 24 8 12,9 19,5 10,0 2,36 14,2 170,5 91,8 2,08 524,9 31 Tabel 16. Data Penelitian Model Mdw dengan Massa Air 6 kg

Jam ke

1 4,7 9,5 7,4 2,39 0,0 0,0 30,6 0,00 434,4 0 2 6,9 15,9 11,1 2,37 4,4 50,3 48,6 0,15 517,9 9 3 7,9 22,9 15,5 2,35 9,0 138,0 58,9 0,63 584,9 23 4 8,8 22,8 14,7 2,35 11,2 167,6 65,5 1,03 581,7 28 5 8,9 17,8 11,2 2,36 16,0 192,4 63,4 1,47 554,7 33 6 8,9 21,1 13,4 2,35 12,6 176,1 65,6 1,62 560,9 30 7 8,5 19,5 12,6 2,36 13,5 178,1 61,8 1,90 555,3 31 8 7,5 13,9 9,3 2,37 17,0 168,0 51,2 2,04 524,9 30

(39)

ke

1 -0,3 5,9 5,9 2,41 0,0 0,0 -1,7 0,00 422,1 0 2 4,6 10,7 8,4 2,39 3,5 28,9 30,8 0,09 491,3 6 3 10,2 17,3 10,2 2,36 6,1 68,9 71,7 0,31 502,2 13 4 11,7 23,6 13,1 2,35 4,1 59,7 87,0 0,37 527,4 11 5 12,5 31,7 17,5 2,33 5,6 103,9 97,8 0,80 539,9 19 6 14,5 29,9 14,8 2,34 8,3 141,4 110,9 1,31 501,0 27 7 12,8 21,4 11,1 2,35 11,5 150,1 92,4 1,61 480,7 30 8 11,3 17,4 9,6 2,36 13,3 148,9 79,5 1,81 448,6 32

Tabel 18. Data Penelitian Model Mdw dengan Massa Air 8 kg Jam

ke

1 4,3 9,5 7,5 2,39 0,0 0,0 28,1 0,00 422,1 0 2 6,5 15,8 11,2 2,37 3,7 41,6 45,5 0,13 491,3 8 3 7,9 17,1 11,3 2,36 6,7 79,3 55,9 0,36 502,2 15 4 9,1 23,5 14,9 2,35 6,9 105,5 68,3 0,65 527,4 19 5 8,8 27,7 18,1 2,34 7,4 130,3 67,8 1,00 539,9 23 6 8,1 17,7 11,6 2,36 11,4 138,9 57,8 1,27 501,0 27 7 7,9 15,8 10,5 2,37 12,5 138,5 55,5 1,47 480,7 27 8 7,3 12,8 8,7 2,38 15,4 140,5 49,2 1,70 448,6 30 Tabel 19. Data Perhitungan Model Kv dengan Massa Air 11 kg

Jam ke

1 0,0 4,7 4,7 2,42 0,0 0,0 -0,2 0,00 277,2 0 2 1,0 6,9 6,5 2,41 0,5 3,1 6,1 0,01 379,3 1 3 5,8 10,2 7,5 2,39 1,2 9,4 38,1 0,04 373,3 2 4 5,8 14,1 10,4 2,37 1,0 10,9 40,1 0,07 451,2 2 5 9,4 17,5 10,7 2,36 2,9 33,8 66,8 0,26 450,4 7 6 10,8 16,6 9,4 2,37 4,0 58,7 75,2 0,39 424,2 10 7 9,8 17,2 10,3 2,36 5,1 63,2 65,2 0,63 429,7 13 8 12,6 14,5 7,4 2,37 7,3 65,7 65,4 0,81 396,6 16

(40)

Tabel 20. Data Penelitian Model Mdw dengan Massa Air 11 kg Jam

ke

1 2,5 6,0 5,3 2,41 0,0 0,0 14,9 0,00 277,2 0 2 4,3 10,3 8,2 2,39 2,8 22,2 28,3 0,07 379,3 6 3 5,0 10,5 8,1 2,39 3,5 28,2 32,8 0,13 373,3 7 4 6,3 17,8 12,8 2,36 3,1 39,0 45,6 0,24 451,2 8 5 6,6 15,1 10,7 2,37 5,2 57,0 46,3 0,43 450,4 12 6 6,5 11,9 8,4 2,38 7,4 64,5 43,4 0,58 424,2 14 7 7,1 14,5 10,0 2,37 6,5 67,8 49,2 0,72 429,7 15 8 7,5 9,1 6,1 2,39 11,5 74,4 47,9 0,90 396,6 18 Data penelitian model silinder bertisu hitam (Mdb) dan model konvensional (Kv) sebagai pembanding.

ke

1 0,9 4,5 4,3 2,43 0,0 0,0 5,2 0,00 188,6 0 2 2,1 6,1 5,4 2,41 2,6 12,4 12,7 0,04 282,3 4 3 6,3 10,0 7,2 2,39 5,3 38,8 41,1 0,18 310,1 12 4 8,0 10,7 7,0 2,39 7,3 55,1 52,1 0,33 322,8 16 5 9,5 13,9 8,4 2,37 5,8 54,5 64,8 0,41 319,7 16 6 8,9 14,5 9,0 2,37 5,7 56,5 61,0 0,51 330,5 16 7 11,7 12,5 6,7 2,38 7,4 59,9 77,4 0,63 295,1 19 8 8,1 9,0 5,9 2,39 10,4 65,1 51,5 0,78 275,7 22 Tabel 22. Data Penelitian Model Mdb dengan Massa Air 6 kg

Jam ke

1 3,8 5,7 4,7 2,41 0,0 0,0 22,8 0,00 188,6 0 2 6,4 9,1 6,5 2,39 4,5 29,9 40,9 0,09 282,3 10 3 7,7 12,4 8,3 2,38 6,1 53,7 51,4 0,24 310,1 16 4 7,3 10,9 7,4 2,39 7,2 57,0 48,0 0,34 322,8 17 5 8,2 13,3 8,6 2,38 8,3 77,3 55,7 0,59 319,7 23 6 8,2 14,7 9,6 2,37 7,5 77,2 56,4 0,70 330,5 22 7 7,0 8,2 5,7 2,40 13,6 79,1 43,6 0,83 295,1 25 8 5,0 7,5 5,8 2,40 14,0 78,4 31,3 0,94 275,7 26

(41)

ke

1 0,4 5,7 5,6 2,41 0,0 0,0 2,5 0,00 318,5 0 2 2,7 9,1 7,9 2,39 1,5 11,0 17,5 0,03 445,6 2 3 8,4 18,3 11,8 2,36 3,1 38,3 60,5 0,17 532,9 7 4 11,4 23,0 12,9 2,35 4,5 63,9 84,3 0,39 525,2 12 5 11,4 21,1 11,8 2,35 7,1 94,9 82,7 0,73 490,4 19 6 10,9 21,4 12,2 2,35 7,8 106,2 79,8 0,97 480,8 21 7 12,0 17,2 9,2 2,36 10,3 112,6 83,7 1,20 451,9 24 8 9,4 15,2 9,3 2,37 11,5 117,9 64,6 1,43 431,0 26

Tabel 24. Data Penelitian Model Mdb dengan Massa Air 8 kg Jam

ke

1 5,5 9,3 6,9 2,39 0,0 0,0 35,6 0,00 318,5 0 2 7,4 16,4 11,1 2,37 3,5 40,0 52,5 0,12 445,6 9 3 9,7 25,5 15,8 2,34 6,1 98,4 73,9 0,45 532,9 18 4 9,3 21,1 13,2 2,35 8,2 114,0 68,3 0,70 525,2 21 5 8,3 16,8 10,9 2,37 10,5 121,7 58,7 0,93 490,4 24 6 8,9 19,6 12,4 2,36 8,9 116,7 64,7 1,07 480,8 23 7 8,2 13,5 8,7 2,38 12,3 116,1 55,6 1,23 451,9 24 8 7,5 13,4 9,0 2,38 12,4 118,2 51,4 1,43 431,0 26

ke

1 -2,3 5,4 6,0 2,42 0,0 0,0 -13,6 0,00 438,0 0 2 3,0 8,5 7,2 2,40 9,0 61,2 19,0 0,18 449,2 13 3 5,8 14,1 10,4 2,37 5,8 61,0 40,0 0,28 538,9 11 4 10,0 22,4 13,5 2,35 5,0 72,2 73,9 0,44 575,3 12 5 10,8 28,0 16,6 2,34 3,8 65,7 82,9 0,51 606,6 10 6 12,1 29,0 16,1 2,34 4,7 81,0 92,9 0,75 588,4 13 7 13,4 25,1 12,8 2,35 6,9 102,9 99,6 1,11 541,9 18 8 11,1 19,1 10,8 2,36 9,8 119,2 79,0 1,46 509,4 22

(42)

Tabel 26. Data Penelitian Model Mdb dengan Massa Air 11 kg Jam

ke

1 4,2 9,9 7,9 2,39 0,0 0,0 27,7 0,00 438,0 0 2 6,4 13,0 9,3 2,38 1,7 16,0 43,7 0,05 449,2 3 3 8,4 22,0 14,4 2,35 3,3 48,1 62,5 0,22 538,9 9 4 9,6 26,0 16,3 2,34 5,2 85,2 72,9 0,52 575,3 14 5 9,5 29,5 18,7 2,34 6,5 119,0 74,5 0,92 606,6 19 6 8,8 23,8 15,4 2,35 9,1 140,9 66,1 1,30 588,4 23 7 8,5 17,1 11,0 2,36 12,6 147,4 60,5 1,57 541,9 26 8 7,3 15,1 10,3 2,37 13,6 145,6 50,7 1,77 509,4 27

Data penelitian model silinder bertisu hitam menggunakan reflektor (Mdbr) dan model konvensional (Kv) sebagai pembanding.

ke

1 0,5 6,9 6,8 2,41 0,0 0,2 3,1 0,00 514,7 0 2 7,4 14,7 10,0 2,37 0,2 2,3 51,2 0,01 606,7 0 3 11,9 24,7 13,6 2,35 0,8 11,8 89,1 0,05 662,6 2 4 14,0 33,7 17,3 2,33 4,3 81,4 110,4 0,50 710,4 11 5 15,2 38,6 19,1 2,32 6,6 136,8 122,0 1,06 732,4 18 6 15,9 33,9 15,9 2,33 9,3 171,8 123,9 1,59 706,0 24 7 13,1 23,8 12,3 2,35 13,8 197,6 96,4 2,12 641,7 30 8 12,2 16,2 8,5 2,37 19,4 198,8 84,4 2,42 582,7 33 Tabel 28. Data Penelitian Model Mdbr dengan Massa Air 6 kg

Jam ke

1 6,3 15,8 11,4 2,37 0,0 0,1 44,2 0,00 514,7 0 2 8,8 27,9 18,2 2,34 4,7 84,1 68,2 0,26 606,7 13 3 9,9 34,5 21,8 2,33 6,7 139,9 79,9 0,65 662,6 21 4 11,2 42,4 25,8 2,32 8,3 199,1 93,7 1,24 710,4 27 5 11,2 43,2 26,4 2,31 10,4 253,8 93,4 1,97 732,4 34 6 10,0 27,2 16,7 2,34 16,0 273,4 76,9 2,52 706,0 37 7 8,6 21,8 14,1 2,35 17,7 256,0 63,5 2,74 641,7 38 8 7,9 12,9 8,5 2,38 26,2 238,5 53,6 2,89 582,7 39

(43)

4.3 Pembahasan

Data-data yang diperoleh dari penelitian dan perhitungan akan dianalisis pada sub bab ini.

4.31 Efek Jumlah Massa Air dalam Bak Alat Distilasi Model Silinder Bertisu Putih (Mdw) dan Model Konvensional (Kv).

Gambar 9. Perbandingan hasil distilasi alat model Mdw dengan Kv Gambar 9 menunjukan perbandingan hasil distilasi pada alat model silinder bertisu putih (Mdw) dengan model konvensional (Kv) pada variasi massa air dalam bak 6 kg, 8 kg, dan 11 kg. Dari grafik tersebut menunjukan nilai hasil distilasi tertinggi sampai terendah masing-masing diperoleh pada variasi air 6 kg, 8 kg, dan 11 kg. Didapatkan bahwa adanya penurunan hasil distilasi seiring dengan bertambahnya massa air dalam bak. Hal ini disebabkan oleh pengaruh jumlah massa air yang di panaskan dalam bak distilasi. Semakin sedikit massa air maka air akan lebih cepat panas. Laju penguapan akan semakin besar jika temperatur air didalam bak distilasi semakin tinggi. Jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk menaikan temperatur air berbanding lurus dengan jumlah massa air. Semakin banyak massa air, maka jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk memanaskan air semakin besar (Persamaan 7). Besar radiasi matahari (G) yang diterima alat juga mempengaruhi hasil distilasi. Semakin

910

760

400 930

810

360 539.33

489.17

397.75

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

0 150 300 450 600 750 900 1050

6 kg 8 kg 11 kg

G Matahari (W/m2)

Hasil Air Distilasi (ml)

Massa Air Dalam Bak

Mdw Kv G Matahari

(44)

besar radiasi matahari yang diterima alat maka hasil distilasi akan semakin banyak. Dari grafik dapat dilihat bahwa variasi massa air 6 kg mendapatkan hasil distilasi tertinggi dibandingkan dengan variasi lainnya. Dapat dijelaskan bahwa jumlah massa air yang sedikit dengan radiasi matahari yang besar, menyebabkan air akan lebih cepat panas dan lebih cepat menguap. Faktor lain yang mempengaruhi tinggi atau rendahnya nilai unjuk kerja alat distilasi adalah beda temperatur kaca dan air didalam bak (ΔT), h konveksi, q konveksi, dan q uap.

Dari gambar 9 juga didapatkan bahwa pada model Mdw, peningkatan hasil disitilasi terjadi pada variasi massa air 11 kg. Sedangkan penurunan hasil distilasi pada model Mdw terjadi pada variasi massa air 6 kg dan 8 kg.

Penurunan ini terjadi karena radiasi matahari yang diterima absorber (silinder tisu putih) lebih banyak yang dipantulkan dari pada yang diserap, sehingga radiasi matahari yang diterima untuk memanaskan air tidak optimal.

Sedangkan peningkatan hasil distilasi model Mdw pada variasi massa air 11 kg terjadi karena massa air yang dipanaskan pada model Kv lebih banyak dari pada model Mdw, ditambah radiasi matahari yang datang kecil sehingga membuat waktu pemanasan air menjadi lama dan membuat laju penguapannya menjadi rendah. Hal tersebut membuat hasil distilasi model Kv lebih sedikit.

Gambar 10. Perbandingan efisiensi alat distilasi model Mdw dengan Kv

30.46 29.76

17.71

31.13 31.72

15.94 539.33

489.17

397.75

0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550

0 5 10 15 20 25 30 35 40

6 kg 8 kg 11 kg

G Matahari (W/m2)

Efisiensi (%)

Massa Air Dalam Bak

Mdw Kv G Matahari

(45)

Gambar 10 menunjukan perbandingan efisiensi alat distilasi model silinder bertisu putih (Mdw) dengan model konvensional (Kv) pada variasi massa air dalam bak 6 kg, 8 kg, dan 11 kg. Dari gambar tersebut menunjukan bahwa terjadi peningkatan efisiensi model Mdw pada variasi massa air 11 kg sebesar 11,10 %. Sedangkan model Mdw pada variasi massa air 6 kg dan 8 kg mengalami penurunan efisiensi. Pada variasi massa air 6 kg efisiensi menurun sebesar 2,15 % dan pada variasi massa 8 kg efisiensi menurun sebesar 6,17 %.

Gambar 11. Beda temperatur alat distilasi model Mdw dan Kv

Gambar 11 menunjukkan perbedaan temperatur (ΔT) rata-rata setiap jam alat model Mdw dan Kv pada variasi massa air 6 kg, 8 kg, dan 11 kg. Grafik diatas menunjukan bahwa perbedaan temperatur pada variasi alat konvensional (Kv) dengan variasi massa air 6 kg, 8 kg, dan 11 kg mendapatkan nilai negatif pada jam pertamanya. Nilai negatif ΔT tersebut terjadi karena temperatur kaca lebih tinggi dibandingkan dengan temperatur absorber. Tingginya temperatur kaca dibandingkan temperatur absorber ini disebabkan karena volume air yang dipanaskan pada alat model Kv lebih banyak dibandingkan model Mdw. Pada jam pertama radiasi matahari yang diterima alat belum seluruhnya dapat memanaskan air didalam bak sehingga membutuhkan waktu. ΔT yang bernilai

-3 -2 -10123456789 10 11 12 13 14 15

1 2 3 4 5 6 7 8

ΔT (°C)

Waktu (jam)

Kv 6 kg air Mdw 6 kg air Kv 8 kg air Mdw 8 kg air Kv 11 kg air Mdw 11 kg air