UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS MIRING ABSORBER KERTAS BAMBU
TUGAS AKHIR
Diajukan Sebagai Salah Satu Persyaratan Guna Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Disusun oleh:
HANDITA DWI PRASETYA NIM: 185214016
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2022
PERFORMANCE OF SOLAR ENERGY WATER DISTILLATION TILTED TYPE BAMBOO PAPER ABSORBER
FINAL PROJECT
Presented As Partial Fulfillment Of The Requirement To Obtain The Engineering Degree
In Mechanical Engineering
Arranged by:
HANDITA DWI PRASETYA Student Number: 185214016
DEPARTEMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
UNIVERSITY OF SANATA DHARMA YOGYAKARTA
2022
v
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS
Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa Tugas Akhir dengan judul:
UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS MIRING ABSORBER KERTAS BAMBU
Yang dibuat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik pada Program Strata 1, Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Sejauh yang saya ketahui, penelitian ini bukan tiruan dari tugas akhir maupun penelitian yang sudah dipublikasikan di Universitas Sanata Dharma maupun di Perguruan Tinggi manapun. Kecuali bagian informasi yang dicantumkan dalam Daftar Pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah
Yogyakarta, 11 Januari 2022 Penulis
Handita Dwi Prasetya 185214016
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : Handita Dwi Prasetya Nomor Mahasiswa : 185214016
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah dengan judul:
UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS MIRING ABSORBER KERTAS BAMBU
Dengan demikian, saya memberikan hak kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelola dalam bentuk pangkalan data, mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta izin kepada saya selama masih mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini saya buat dengan sebenar-benarnya.
Yogyakarta, 11 Januari 2022 Penulis,
Handita Dwi Prasetya 185214016
vii ABSTRAK
Air bersih menjadi kebutuhan yang sangat penting bagi kehidupan sehari-hari umat manusia. Namun masih banyak daerah di Indonesia yang masih kekurangan air bersih terutama di daerah terpencil. Selain itu, kualitas air yang semakin hari semakin memburuk akibat banyak terkontaminasi olah zat-zat pencemar yang berbahaya, juga menjadi permasalahan yang sering terjadi dan dapat mengganggu kesehatan manusia bila dikonsumsi berkepanjangan. Distilai air energi surya merupakan salah satu cara untuk mendapatkan air bersih dari air yang telah terkontaminasi dengan zat pencemar. Pemilihan distilasi air energi surya karena memiliki biaya yang murah dan pengoperasian yang sederhana. Namun pada alat distilasi air energi surya masih memiliki permasalahan yang berkaitan dengan efisiensi dan produktivitas air yang masih rendah. Tingkat efisiensi yang rendah disebabkan karena jumlah massa air yang besar di dalam absorber, sehingga proses penguapan menjadi lebih lambat. Pada penelitian ini terdapat dua alat yang diuji coba yaitu alat distilasi air energi surya absorber kertas bambu dengan metode kapilaritas, dan alat distilasi miring konvensional dengan absorber kertas bambu sebagai pembanding. Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja dari alat distilasi air energi surya menggunakan absorber kertas bambu dengan metode kapilaritas. Penelitian ini menggunakan metode eksperimental yang dilakukan di dalam laboratorium selama 2 jam dengan menggunakan alat distilasi miring absorber menggunakan kertas bambu dengan metode kapilaritas. Luas absorber sebesar 0.435 m2 dengan menggunakan kaca setebal 3 mm kemudian di pasang pada kemiringan 15°. Variabel yang divariasikan dalam penelitian ini yaitu memvariasikan ketebalan dari absorber kertas bambu. Ketebalan divariasikan dengan menggunakan jumlah lapis kertas bambu yang berbeda yaitu tiga lapis, tujuh lapis, dan sembilan lapis. Berdasarkan penelitian yang telah dilaksanakan, hasil terbaik didapatkan pada pada alat distilasi air dengan absorber kertas bambu dengan metode kapilaritas variasi ketebalan tiga lapis absorber sebesar 495 ml (0,569 l/(m2.jam)) dengan efisiensi sebesar 52%
Kata kunci: Distilasi air, absorber kertas, efisiensi, Kapilaritas
viii ABSTRACT
Clean water is a very important need for daily human life. However, many areas in Indonesia still lack clean water, especially in remote areas. In addition, the quality of water is getting worse day by day due to being contaminated by many harmful pollutants, which is also a problem that often occurs and can interfere with human health if consumed for a long time. Distillation of solar energy water is one way to get clean water from water that has been contaminated with pollutants. The choice of solar energy water distillation is because it has a low cost and simple operation.
However, solar water distillation equipment still has low water efficiency and productivity problems. The low-efficiency level is due to a large amount of water mass in the absorber, so the evaporation process becomes slower. In this study, two tools were tested, namely a solar energy water distillation device using a bamboo paper absorber using the capillarity method and a conventional oblique distillation device using a bamboo paper absorber as a comparison. This study aims to determine the performance of a solar energy water distillation apparatus using a bamboo paper absorber using the capillarity method. This study uses an experimental method carried out in the laboratory for 2 hours using an absorber oblique distillation apparatus using bamboo paper with the capillarity method. The absorber area is 0.435 m2 using 3 mm thick glass and then installed at a slope of 15°. Variables that are varied in this study are varying the thickness of the bamboo paper absorber. The thickness was varied using various layers of bamboo paper, namely three layers, seven layers, and nine layers. Based on the research that has been carried out, the best results were obtained on a water distillation apparatus with a bamboo paper absorber using the capillarity method with variations in the thickness of the three layers of the absorber of 495 ml (0.569 l/(m2.hour)) with an efficiency of 52%.
Keywords: Water distillation, paper absorber, efficiency, capillarity
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur senantiasi penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa atas berkat dan rahmat-Nya yang melimpah. Sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian dan penulisan skripsi dengan judul “UNJUK KERJA DISTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS MIRING ABSORBER KERTAS BAMBU”.
Penulisan skripsi ini bertujuan untuk memenuhi salah satu syarat mahasiswa untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Dalam penyusunan skripsi ini tidak lepas dari bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak baik material maupun spiritual, oleh karena itu penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Bapak Prof. Ir. 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 dan juga selaku Dosen Pembimbing Akademik
3. Bapak Dr. Ir. Fransiscus Asisi Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing skripsi yang telah meluangkan waktu dan tenaga untuk memberikan bimbingan, dukungan, bantuan, dan masukan kepada penulis, sehinggan penulis dapat menyelesaikan naskah skripsi ini
4. Bapak Ambrosius Purwantara dan Ibu C. Tutik Marwati yang selalu memberikan dukungan, perhatian, doa, dan semangat kepada penulis 5. Kakak Yohanes Prasetya Jati dan semua saudara penulis yang telah
memberikan dukungan, dan perhatian kepada penulis
x
6. Segenap teman-teman angkatan 2018, dan seluruh keluarga besar Teknik Mesin yang penulis tidak dapat sebutkan satu per satu
7. Segenap teman-teman Solar Still 2021 yang telah berdinamika bersama 8. Seluruh dosen, laboran, dan staf Teknik Mesin, Fakultas Sains dan
Teknologi, Universitas Sanata Dharma yang telah memberikan banyak ilmu dan pengalaman yang berharga
9. Serta semua pihak yang tidak bisa disebutkan satu per satu, yang telah memberikan dukungan, dan perhatian baik secara langsung maupun tidak langsung.
Penulis menyadari bahwa dalam penulisan skripsi ini masih jauh dari kata sempurna dan masih banyak memiliki kekurangan. Oleh karena itu penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi perbaikan untuk penulisan skripsi di masa mendatang. Semoga naskah ini berguna bagi kemajuan di bidang teknologi.
Yogyakarta, 11 Januari 2022
Penulis
xi DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
LEMBAR PERSETUJUAN ... iii
LEMBAR PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS ... v
LEMBAR 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 ... 3
1.3 Rumusan Masalah ... 4
1.4 Batasan Masalah ... 4
1.5 Tujuan Penelitian... 4
1.6 Manfaat Penelitian... 5
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 6
2.1 Penelitian Terdahulu ... 6
2.2 Landasan Teori ... 10
2.3 Kerangka Penelitian ... 16
xii
2.4 Hipotesis ... 19
BAB III METODE PENELITIAN ... 20
3.1 Alat Penelitian ... 20
3.2 Peralatan Pendukung Pengambilan Data... 23
3.3 Parameter Yang Divariasikan... 23
3.4 Variabel Yang Diukur ... 24
3.5 Langkah Analisis ... 24
3.6 Langkah Penelitian ... 25
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 28
4.1 Data Penelitian ... 28
4.2 Hasil Perhitungan Data Penelitian... 30
4.3 Pembahasan ... 31
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 43
5.1 Kesimpulan... 43
5.2 Saran ... 44
DAFTAR PUSTAKA ... 45
LAMPIRAN ... 47
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1. Data penelitian alat modifikasi variasi tiga lapis absorber ... 28
Tabel 2. Data penelitian alat modifikasi variasi tujuh lapis absorber... 29
Tabel 3. Data penelitian alat modifikasi variasi sembilan lapis absorber ... 29
Tabel 4. Data penelitian alat konvensional variasi tiga lapis absorber... 29
Tabel 5. Hasil perhitungan jenis modifikasi variasi tiga lapis absorber ... 30
Tabel 6. Hasil perhitungan jenis modifikasi variasi tujuh lapis absorber... 30
Tabel 7. Hasil perhitungan jenis modifikasi variasi sembilan lapis absorber ... 31
Tabel 8. Hasil perhitungan jenis konvensional variasi tiga lapis absorber... 31
xiv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1. Alat distilasi air energi surya jenis bak ... 12
Gambar 2. Alat distilasi air energi surya konvensional ... 13
Gambar 3. Alat distilasi air energi surya absorber kertas dengan metode kapilaritas ... 13
Gambar 4. Skema aksi kapilaritas absorber kertas ... 17
Gambar 5. Arah aliran air di absorber ... 18
Gambar 6. Alat distilasi air energi surya dengan metode kapilaritas ... 20
Gambar 7. Alat distilasi air energi surya jenis konvensional ... 21
Gambar 8. Bak absorber dengan metode kapilaritas ... 22
Gambar 9. Perbandingan hasil distilasi terhadap variasi ketebalan absorber ... 32
Gambar 10. Perbandingan efisiensi terhadap variasi ketebalan absorber ... 33
Gambar 11. Beda temperatur pada variasi ketebalan absorber ... 35
Gambar 12. Temperatur rata-rata absorber terhadap variasi ketebalan absorber kertas bambu ... 37
Gambar 13. Temperatur rata-rata kaca terhadap variasi ketebalan absorber ... 38
Gambar 14. Nilai rata-rata quap pada variasi ketebalan absorber ... 40
Gambar 15. Nilai rata-rata qkonveksi pada variasi ketebalan absorber ... 41
1 BAB 1 PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang
Air bersih adalah komponen terpenting untuk kehidupan yang sehat dan berkelanjutan. Kelangkaan air bersih saat ini merupakan masalah yang sangat penting yang harus segera diatasi. Sebagian besar di negara berkembang masalah ini telah menjadi parah karena populasi yang semakin meningkat pesat, kurangnya kesadaran masyarakat, konsumsi yang tidak terkendali dan pemborosan air tawar. Juga, sebagian besar sumber daya air bersih yang tersedia di negara-negara berkembang tercemar karena pembuangan limbah. Oleh karena itu kebutuhan air minum meningkat secara eksponensial di negara berkembang (Bhargva & Yadav, 2019).
Di Negara Indonesia hingga saat ini masih mengalami krisis air bersih.
Krisis air bersih yang terjadi semakin hari semakin memburuk dan hal tersebut semakin dirasakan oleh penduduk Indonesia, terutama penduduk yang bermukim di daerah terpencil. Krisis air bersih dapat terjadi karena banyaknya pencemaran di lingkungan sekitar seperti danau, sungai, waduk, mata air dan sumber-sumber air bersih lainnya. Air yang telah terkontaminasi oleh zat-zat yang berbahaya dapat mengganggu kesehatan manusia apabila digunakan dan dikonsumsi berkepanjangan. Diare merupakan salah satu penyakit yang timbul akibat mengonsumsi air yang terkontaminasi. Penyakit diare hingga saat ini masih menjadi masalah kesehatan di negara berkembang seperti di Indonesia.
Berdasarkan Riset Kesehatan Dasar (Riskesdas) pada tahun 2007, prevalensi
2
tertinggi diare terjadi pada balita (usia 1-4 tahun) yaitu 16,7%, prevalensi laki- laki dan perempuan hampir sama yaitu 8,9% pada laki-laki dan 9,1% pada perempuan, dan prevalensi diare terjadi lebih banyak di daerah pedesaan dibandingkan dengan daerah perkotaan, yakni sebesar 10% di pedesaan dan 7,4% di perkotaan (Kementerian Kesehatan RI, 2011).
Salah satu cara untuk mendapatkan kualitas air yang baik yaitu dengan proses desalinasi. Desalinasi adalah proses menghilangkan kandungan garam, mineral, dan organisme dari sumber air. Sistem desalinasi surya adalah sistem yang memanfaatkan energi dari matahari (radiasi matahari) untuk memisahkan air dengan garam. Klasifikasi desalinasi surya bervariasi tergantung pada teknik dan pasokan energi. Jenis yang paling umum dari sistem desalinasi energi surya adalah solar still. Solar still merupakan alat sederhana yang dapat digunakan untuk mengubah air asin, air payau menjadi air minum. Solar still dapat dibagi menjadi dua tipe yaitu solar still aktif dan solar still pasif. Solar still pasif dibagi menjadi dua tipe yaitu jenis bak dan miring (Hansen et al., 2015). Jika dilihat dari letak geografis, Indonesia merupakan tempat yang strategis untuk mengembangkan energi terbarukan terutama energi surya. Karena di Indonesia matahari bersinar hampir sepanjang tahun sehingga potensi energi surya sangat berlimpah jika dapat dimanfaatkan dengan maksimal.
Distilasi air energi surya jenis miring merupakan salah satu jenis alat distilasi yang harganya murah serta pengoperasian yang sederhana. Namun efisiensi yang dihasilkan dari alat tersebut masih tergolong rendah. Efisiensi yang rendah disebabkan karena massa air dalam jumlah besar yang berada di
3
absorber sehingga membuat proses pemanasan air lebih lama yang mengakibatkan laju penguapan menjadi melambat. Untuk menambahkan efisiensi dari alat distilasi tersebut, maka dalam penelitian ini alat distilasi miring dimodifikasi dengan menambahkan absorber kertas bambu, dan menggunakan metode kapilaritas. Kertas bambu memiliki kemampuan dapat menyerap air yang masuk melalui sumbu kain dengan menggunakan metode kapilaritas. Sehingga air dapat tertahan serta dapat meresap ke seluruh permukaan absorber. Kemudian membuat air yang dipanaskan menjadi lebih sedikit, hal tersebut membuat proses penguapan menjadi lebih cepat dan efisien.
1.2 Identifikasi Masalah
Efisiensi dari alat distilasi air energi surya jenis miring masih berada dalam tingkat yang rendah. Rendahnya efisiensi dalam alat distilasi tersebut di sebabkan oleh massa air yang terlalu banyak di absorber yang mengakibatkan laju penguapan menjadi lebih lambat dan persebaran air yang kurang merata pada permukaan absorber. Untuk meningkatkan kinerja dari alat distilasi air, maka pada penelitian ini dilakukan modifikasi dengan menggunakan metode kapilaritas dan ditambahkan dengan absorber berupa kertas bambu.
Penggunaan absorber kertas bambu bertujuan supaya air dapat tertahan serta dapat meresap ke seluruh permukaan absorber, sedangkan penggunaan metode kapilaritas untuk memperkecil jumlah massa air yang masuk ke bak absorber.
Sehingga air yang dipanaskan menjadi lebih sedikit sehingga proses penguapan akan lebih maksimal. Dengan demikian, efisiensi pada alat disitilasi jenis miring dapat meningkat.
4 1.3 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang penelitian, permasalahan dalam penelitian alat distiliasi air energi surya dengan absorber kertas ini dapat dirumuskan sebagai berikut:
1. Bagaimana pengaruh metode kapilaritas terhadap unjuk kerja alat distilasi air energi surya jenis miring?
2. Bagaimana pengaruh variasi ketebalan absorber kertas bambu terhadap unjuk kerja alat distilasi air energi surya jenis miring?
1.4 Batasan Masalah
Agar topik tidak meluas, adapun batasan-batasan yang diterapkan dalam penelitian alat distilasi air energi surya absorber kertas ini adalah:
1. Energi panas lampu diasumsikan merata dan stabil 2. Aliran pompa peristaltik diasumsikan stabil 3. Temperatur absorber diasumsikan merata 4. Temperatur kaca diasumsikan merata 5. Angin dari kipas dianggap merata.
1.5 Tujuan Penelitian
Tujuan dari dilaksanakannya penelitian ini adalah:
1. Mengetahui efek dari metode kapilaritas terhadap unjuk kerja alat distilasi air energi surya jenis miring
2. Mengetahui efek dari variasi ketebalan absorber kertas bambu terhadap unjuk kerja alat distilasi air energi surya jenis miring.
5 1.6 Manfaat Penelitian
Manfaat dari dilaksanakannya penelitian ini adalah:
1. Menjadi sarana pengembangan teknologi terbarukan, khususnya energi surya dan solar still
2. Menambah kepustakaan tentang teknologi distilasi air energi surya menggunakan absorber kertas bambu
3. Hasil dari penelitian dapat menjadi referensi bagi penelitian lain 4. Dapat dikembangkan menjadi teknologi yang membantu masyarakat.
6 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian Terdahulu
Pada tahun 2017, Karthick dkk melakukan penelitian terhadap alat distilasi air energi surya menggunakan variasi bahan sumbu yang berupa kain. Tujuan dilakukan penelitian tersebut yaitu untuk mengidentifikasi material yang baik yang memiliki tingkat evaporasi yang baik sehingga dapat meningkatkan kinerja dari solar still. Bahan sumbu yang digunakan dalam penelitian tersebut yaitu jute cloth, terry cloth, polyester fabric, dan fur fabric. Penelitian dilaksanakan selama bulan Januari hingga Februari 2016 yang bertempat di Engineering College, Coimbatore, Tamil Nadu, India. Penelitian dilaksanakan dari jam pagi hari hingga jam 5 sore, dan pengambilan data dilakukan setiap 60 menit. Produktivitas dari solar still dipengaruhi oleh porositas dari sumbu yang digunakan. Didapatkan porositas dari fur fabric menempati tempat tertinggi sebesar 31,25% diikuti terry cloth sebesar 25.33%, polyester fabric sebesar 18.2%, dan terakhir jute cloth sebesar 16%. Dari penelitian tersebut dadapatkan hasil fur fabric mendapatkan produktivitas maksimun sebanyak 3.63 l/hari diikuti jute cloth sebesar 3.39 l/hari, terry cloth sebesar 2,852 l/hari dan yang terakhir polyester fabric sebesar 2,56 l/hari (Karthick Munisamy et al., 2019).
Bhargva dkk melakukan penelitian mengenai alat distilasi air jenis bak dengan kemiringan tunggal menggunakan variasi sumbu yang berbeda. Tujuan dari dilaksanankan penelitian tersebut yaitu untuk meningkatkan produktivitas alat distilasi air energi surya jenis bak menggunakan sumbu dari kapas bambu
7
(bamboo cotton wick). Selain itu, juga untuk studi banding eskperimental antara jute, cotton, dan wool fabric dengan bamboo cotton wick. Penelitian dilakukan selama bulan Januari hingga Februari tahun 2018. Sumbu ditempatkan diatas plat absorber yang berbentuk sirip persegi panjang. Eksperimen dilaksanakan selama 25 hari, kedalaman air dijaga konstan pada 1 cm. Didapatkan hasil dari penelitian tersebut sumbu bamboo cotton wick mempunyai produktivitas paling tinggi sebesar 3,03 l/m2d diikuti jute sebesar 2,591 l/m2d, cotton sebesar 2,505 L/m2d disusul woll sebesar 2,197 l/m2d, dan yang terakhir tipe konvensional sebesar 1,994 L/m2d (Bhargva & Yadav, 2019).
Pada tahun 2021, Younes dkk melakukan penelitian mengenai efek modifikasi pada konfigurasi absorber terhadap produktivitas alat distilasi air.
Tujuan dari penelitian ini untuk meningkatkan produktivitas dari alat distilasi air energi surya dengan memodifikasi pada konfigurasi absorber, sehingga meningkatkan area penguapan dan area penyerap untuk corrugated wick solar still (CWSS) dan half barrel wick solar still (BWSS) sebagai pengganti flat wick solar still (FWSS). Didapatkan hasil peningkatan hasil harian dibandingkan dengan convensional solar still (CSS) sebesar 75%, 93%, dan 100% untuk FWSS, BWSS, dan CWSS. Menggunakan PCM dengan nanopartikel meningkatkan produktivitas harian BWSS dan CWSS menjadi 124% dan 134%
lebih tinggi dari produktivitas CSS. Selanjutnya efisiensi harian untuk CSS 34%, FWSS 46%, BWSS 48,5%, dan CWSS mencapai 50%. (Younes et al., 2021)
8
Pada tahun 2015, Panchal dkk melakukan eksperimen mengenai analisa kinerja solar still dengan bahan penyerap energi yang berbeda. Eksperimen ini bertujuan untuk meningkatkan produktivitas solar still dengan menggunakan bahan penyerap energi panas. Bahan penyerap panas yang digunakan yaitu potongan batu marmer dan batu pasir. Penelitian dilakukan selama 2 minggu pada bulan Mei 2015. Solar still memiliki luas 1 m2 dengan kedalaman air konstan 0,004 m. Dari penelitian tersebut didapatkan hasil produktivitas dengan bahan penyimpan panas batu pasir menghasilkan 3,5848 kg, dan solar still yang menggunakan bahan penyimpan panas potongan marmer menghasilkan produktivitas sebesar 3,3394 kg, dan solar still konvensional menghasilkan 3,0909 kg. Didapatkan efisiensi dari ketiga percobaan tersebbut sebesar 28,71%, 26,74%, dan 24,68% (Panchal et al., 2017).
Cherraye dkk melakukan penelitian mengenai pengaruh sudut kemiringan terhadap produktivitas solar still pada musim yang berbeda dalam kondisi kering (Aljazair selatan). Tujuan utama dari penelitian tersebut yaitu studi eksperimental tentang kinerja solar still sederhana di bawah iklim Aljazair selatan sepanjang satu tahun. Yang kedua yaitu menjelaskan hubungan antara sudut kemiringan dan produktivitas terhadap kelayakan penggunaan solar still untuk produksi air minum di adlomerasi terpencil yang gersang. Yang terakhir penelitian tersebut diharapkan dapat membantu desainer dalam memilih sudut kemiringan penutup yang tepat di berbagai musim. Penelitian dilakukan di University Kasdi Merbah Ouargla. Solar still sebanyak 6 buah dengan sudut kemiringan penutup yang berbeda dirancang dan dipasang berdampingan dalam
9
kondisi cuaca yang sama di Aljazair selatan (kota Ouargla). Sudut-sudut yang diujikan dalam penelitian ini adalah 10°, 15°, 20°, 30°, 35°, dan 45°. Hasil yang diperoleh menunjukan bahwa kemiringan terbaik adalah 30° pada musim gugur dan musim dingin dengan hasil produksi 3,517 dan 3,633 kg.m-2. Sedangkan kemiringan terbaik pada musim semi dan musim panas adalah 20° dengan hasil produktivitas 5,224 dan 4,527 kg.m-2 (Cherraye et al., 2020).
El-Ghetany dkk melakukan penelitian mengenai peningkatan kinerja sistem distilasi air tenaga surya menggunakan partikel nanofluida. Penelitian dilakukan di Departemen Energi Surya, Pusat Penelitian Nasional, dan Giza, Mesir. Tujuan dari penelitian tersebut yaitu unutk memanfaatkan partikel nanofluida (Titanium dioksida, TiO2) untuk meningkatkan perpindahan panas dari Heat Transfer Fluid (HTF) dari sistem pemanas surya unuk menambah kinerja termal. Ditemukan bahwa dengan menggunakan partikel nanofluida seperti TiO2 dapat meningkatkan karakteristik perpindahan panas dari HTF dari sistem distilasi air energi surya dan dapat miningkatkan produktivitas air harian.
Sistem ini dapat menghasilan air suling sebesar 5616 liter/hari, 6048 liter/hari, 6134 liter/hari, dan 7128 liter/hari. Jika menggunakan Titanium oksida (TiO2) dengan konsentrasi 0 mg/l, 75 mg/l, 80 mg/l, dan 100 mg/l (El-Ghetany et al., 2021).
Goshayesi dkk melakukan eksperimen mengenai pengaruh bentuk permukaan plat absorber dan sudut kemiringan penutup kaca terhadap kinerja distilasi surya pasif. Tujuan dari penelitian ini yaitu untuk menyelidiki pengaruh sudut kemiringan penutup kaca pada efisiensi solar still, dan identifikasi sudut
10
kemiringan penutup yang sesuai yang memberikan hasil siang hari yang optimal untuk dua geometri yang dipelajari (datar dan cembung). Didapatkan hasil perpindahan panas maksimum terjadi pada solar still dengan plat absorber cembung dan sudut kemiringan penutup kaca memiliki pengaruh yang cukup besar terhadap kinerja dari solar still. Performa solar still mengalami peningkatan seiring dengan meningkatnya sudut dari 25° menjadi 35° dan sudut kemiringan terbaik untuk solar still sebesar 32.5° (Goshayeshi & Safaei, 2020).
Pada penelitian yang pernah dilakukan sebelumnya, belum ada penelitian mengenai alat distilasi energi surya absorber kertas bambu dengan metode kapilaritas. Alat distilasi tersebut merupakan modifikasi dari alat distilasi jenis miring konvensional pada umumnya. Dalam penelitian, dilakukan variasi ketebalan dari absorber kertas bambu sebesar tiga lapis, tujuh lapis, dan sembilan lapis. Alat distilasi yang akan diteliti ini memiliki proses dan bentuk yang sederhana sehingga dapat menghemat biaya tetapi bisa meningkatkan efisiensi dari alat distilasi air jenis miring konvensional.
2.2 Landasan Teori
Distilasi merupakan suatu proses yang bertujuan untuk mengubah air kotor menjadi air bersih yang dapat dikonsumsi dengan cara memisahkan air dengan bahan kontaminasi melalui proses penguapan dan pengembunan. Penguapan dan pengembunan merupakan proses utama dalam distilasi air dengan energi surya. Penguapan (evaporasi) adalah proses perubahan dari fase zat cair menjadi gas dengan temperatur dibawah titik didih. Penguapan dapat terjadi karena diantara molekul-molekul permukaan zat cair terdapat energi panas untuk
11
mengatasi gaya kohesi sesama molekul, selanjutnya molekul-molekul saling melepas dan terjadilah penguapan. Pengembunan (kondensasi) adalah perubahan wujud suatu benda ke wujud yang lebih padat, pengembunan dapat terjadi jika uap air di udara melalui suatu permukaan yang lebih dingin dari titik embun uap air atau ketika tekanan parsial uap air membesar, maka uap air tersebut akan terkondensasi dan berubah menjadi titik-titik air (embun).
Alat distilasi energi surya pada umunya terdiri dari dua komponen utama yaitu plat absorber dan penutup kaca. Plat absorber memiliki fungsi untuk menyerap energi surya yang kemudian digunakan untuk menguapkan air sehingga air dapat terpisah dari bahan-bahan kontaminasi. Plat Absorber harus terbuat dari bahan yang memiliki absorptivitas energi surya yang baik, untuk meningkatkan absorptivitas biasanya pada plat absorber dicat dengan warna hitam. Sedangkan penutup kaca memiliki fungsi sebagai tempat untuk mengembunkan uap air sehingga dihasilkan air murni dan penutup kaca tidak boleh terlalu tebal, jika penutup kaca terlalu tebal maka kaca tersebut akan menyimpan panas yang cukup banyak sehingga uap air akan sulit untuk mengembun (Ketut Puja & Rusdi Sambada, 2012).
12
Gambar 1. Alat distilasi air energi surya jenis bak
Pada umumnya solar still terbagi menjadi 2 jenis yaitu solar still aktif (Indirect collection systems) dan solar still pasif (Direct collection systems).
Direct collection systems yaitu sebuah sistem yang menyerap radiasi matahari secara langsung hanya melalui satu media, sedangkan Indirect collection systems yaitu sebuah sistem yang menyerap radiasi matahari secara tidak langsung melalui lebih dari satu media. Solar still pasif dapat terbagi menjadi 2 jenis yaitu jenis bak dan jenis miring, Pada solar still jenis bak, air akan menggenang pada plat absorber, sedangkan pada jenis miring air akan mengalir ke bawah sepanjang plat absorber yang miring (Samuel Hansen & Kalidasa Murugavel, 2017). Keunggulan solar still jenis miring yaitu seluruh peralatan ditempatkan pada posisi miring, kemiringan tersebut berfungsi untuk meningkatkan luas permukaan yang terkena radiasi matahari, Pada musim dingin solar still jenis ini mempunyai produktivitas yang lebih baik dibandingkan jenis bak karena air tidak disimpan dalam posisi tergenang
13
(Karthick Munisamy et al., 2019). Pada penelitian ini solar still jenis miring menggunakan absorber kertas bambu dengan metode kapilaritas.
Gambar 2. Alat distilasi air energi surya konvensional
Gambar 3. Alat distilasi air energi surya absorber kertas dengan metode kapilaritas
14
Unjuk kerja suatu alat distilasi energi surya dinyatakan oleh efisiensi dan jumlah air yang dapat dihasilkan dalam satuan waktu dan luas alat distilasi.
Banyak faktor yang mempengaruhi jumlah air distilasi yang dapat dihasilkan meliputi: keefektifan absorber dalam menyerap energi surya, keefektifan kaca dalam mengembunkan uap air, ketinggian air dalam alat distilasi, jumlah energi surya yang datang dan temperatur air masuk kedalam alat distilasi (Ketut Puja
& Rusdi Sambada, 2012). Sedangkan efisiensi alat distilasi menurut Arismunandar didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang digunakan dalam proses penguapan air dengan jumlah energi panas yang datang selama waktu pemanasan (Arismunandar, 1995). Dengan demikian efisiensi dapat dihitung menggunakan persamaan:
𝜂 = 𝑚𝑔 . ℎ𝑓𝑔
𝐴𝑐 . ∫ 𝐺0𝑡 . 𝑑𝑡 (1)
dengan η merupakan efisiensi (%), 𝑚𝑔 adalah hasil air distilasi (kg), ℎ𝑓𝑔 adalah panas laten penguapan (kJ/kg), 𝐴𝑐 adalah luasan alat distilasi (m2), G adalah radiasi matahari yang datang (W/m2), dan dt adalah lama waktu pemanasan (detik). Kehilangan panas pada alas dan sisi-sisinya diabaikan, sedangkan ada panas yang hilang melalui melalui sisi absorber. Maka, keseimbangan energi pada air menghasilkan persamaan:
(𝜏𝛼)𝐺𝑇 = 𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣+ 𝑞𝑟𝑎𝑑+ 𝑞𝑢𝑎𝑝 (2) Dimana τ adalah transmisivitas kaca (fraksi energi yang diteruskan), α merupakan absorptivitas kaca (fraksi energi yang diserap). Sebagian energi panas yang terdapat di absorber akan dipindahkan ke kaca dengan perpindahan
15
panas secara konveksi, radiasi, dan penguapan. Energi panas konveksi dapat dihitung dengan persamaan:
𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣= 0,884 (𝑇𝑤− 𝑇𝑐+268,9 . 10𝑃𝑤− 𝑃3𝑐−𝑃𝑤× 𝑇𝑤)
1
3× (𝑇𝑤 − 𝑇𝑐) (3)
dengan 𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣 merupakan energi matahari dari absorber ke kaca secara konveksi (W/m2), 𝑇𝑤 merupakan temperatur air (K), 𝑇𝑐 merupakan temperatur kaca penutup (K), 𝑃𝑤 merupakan tekanan parsial uap air pada temperatur air (N/m2), dan yang terakhir yaitu 𝑃𝑐 merupakan tekanan parsial uap air pada temperatur kaca (N/m2). Proses perpindahan panas secara radiasi dari absorber ke kaca dapat dihitung dengan persamaan berikut:
𝑞𝑟𝑎𝑑 = 𝜎 . 𝜀𝑤. (𝑇𝑤4− 𝑇𝑐4) (4) dengan 𝑞𝑟𝑎𝑑 merupakan energi radiasi dari absorber ke kaca (W/m2), 𝜎 merupakan konstanta Stefan-Boltzman (5,67 x 10-8 W/(m2.K4)), 𝜀𝑤 merupakan nilai emisivitas air. Energi penguapan dapat dihitung dengan persamaan berikut:
𝑞𝑢𝑎𝑝 = 16,27 × 10−3× 𝑞𝑘𝑜𝑛𝑣(𝑃𝑇𝑤− 𝑃𝑐
𝑤− 𝑇𝑐) (5)
dengan 𝑞𝑢𝑎𝑝 merupakan energi penguapan dari absorber ke kaca (W/m2). Hasil distilasi dapat dihitung berdasarkan nilai yang didapatkan berdasarkan energi penguapan (𝑞𝑢𝑎𝑝). Laju distilasi (𝑚𝑢𝑎𝑝) dapat dihitung menggunakan persamaan:
𝑚𝑢𝑎𝑝 =𝑞ℎ𝑢𝑎𝑝
𝑓𝑔 (6)
dengan 𝑚𝑢𝑎𝑝 yaitu laju distilasi (liter/(jam.m2)). Energi yang digunakan selama proses pemanasan (𝑞𝑐) dapat dicari menggunakan persamaan:
16
𝑞𝑐 = 𝑚𝑐 . 𝐶𝑝 . ∆𝑇 (7)
dengan 𝑚𝑐 merupakan laju aliran massa air (kg/s), 𝐶𝑝 adalah kalor spesifik air pada tekanan konstan (kJ/(kg°C)), dan ∆𝑇 merupakan selisih temperatur absorber dengan kaca (°C).
2.3 Kerangka Penelitian
Alat distilasi yang digunakan dalam penelitian ini adalah distilasi air energi surya jenis miring dengan menggunakan metode kapilaritas. Alat yang digunakan merupakan modifikasi dari alat distilasi miring yang ditambah dengan absorber berupa kertas bambu dengan penambahan metode kapilaritas.
Penggunaan metode kapilaritas disebabkan karena adanya penambahan saluran di bawah. Sebagai pembanding digunakan alat distilasi miring konvensional dengan absorber kertas bambu. Kertas bambu digunakan karena memiliki sifat dapat menyerap air yang baik, sehingga air yang akan diuapkan tidak langsung mengalir ke bawah. Sedangkan pada lubang-lubang di absorber, diisi dengan sumbu kain. Kain digunakan karena memiliki sifat kapilaritas. Kapilaritas itu sendiri merupakan peristiwa naik atau turunnya zat cair melalui celah-celah atau pori-pori yang kecil. Sifat kapilaritas dari kain tersebut akan membuat air yang mengalir di saluran bagian bawah akan naik ke absorber. Selain itu, penggunaan metode kapilaritas juga berfungsi untuk mengurangi massa air yang masuk ke bak absorber.Semakin sedikit massa air yang dipanaskan maka proses penguapan akan dapat berjalan lebih cepat Skema proses kapilaritas dapat ditunjukan pada Gambar 4.
17
Gambar 4. Skema aksi kapilaritas absorber kertas
Selain itu, penggunaan absorber kertas bambu bertujuan supaya air yang terkontaminasi dapat menyebar rata ke seluruh permukaan absorber sehingga proses penguapan dapat berjalan lebih optimal karena area penguapan yang lebih luas. Pada alat distilasi air miring konvensional, saluran air masuk berada di tengah bagian atas absorber. Sedangkan pada alat distilasi air energi surya absorber kertas bambu dengan menggunakan metode kapilaritas saluran air masuk melalui bagian bawah, pada bagian bawah terdapat empat jalur air yang digunakan untuk mengalirkan air kemudian air akan masuk melalui lubang- lubang yang telah diisi dengan sumbu kain dengan metode kapilaritas. Skema arah aliran pada kedua alat distilasi dapat dilihat pada Gambar 5.
18
Gambar 5. Arah aliran air di absorber
Pada penelitian ini menggunakan pompa peristaltik yang berfungsi untuk menghantarkan air dari bak penampungan menuju ke alat distilasi. Variasi yang digunakan di penelitian ini yaitu variasi ketebalan dari absorber kertas bambu yang terdiri dari tiga lapis, tujuh lapis, dan sembilan lapis. Tujuan dari melakukan variasi ketebalan absorber kertas bambu yaitu untuk mengetahui unjuk kerja paling optimal dari alat yang diuji cobakan, dan untuk mengetahui ketebalan absorber kertas bambu yang dapat menghasilkan efisiensi paling optimal dari alat yang diteliti.
19 2.4 Hipotesis
Hipotesis dalam penelitian ini yaitu:
1. Penggunaan metode kapilaritas dapat memperkecil massa air di dalam bak, sehingga dapat meningkatkan unjuk kerja dari alat distilasi air energi surya
2. Penggunaan absorber kertas bambu dapat membuat air merata di seluruh permukaan absorber, sehingga dapat meningkatkan unjuk kerja dari alat destilasi air energi surya.
20 BAB III
METODE PENELITIAN 3.1 Alat Penelitian
Penelitian ini, menggunakan alat distilasi air energi surya absorber kertas bambu dengan metode kapilaritas. Bak absorber terbuat dari bahan multiplek yang memiliki ukuran 84 cm × 63,5 cm dengan ketebalan 6 cm. Tebal dinding adalah 25 mm. Absorber terbuat dari plat aluminium dengan ukuran 75 cm × 58 cm dan dilapisi cat berwarna hitam untuk mengoptimalkan penyerapan energi surya karena warna hitam mempunyai absorptivitas yang tinggi jika dibandingkan dengan warna lain. Bagian antara kaca dengan kotak distilasi dilapisi dengan seal tape dan ditutup dengan masking tape untuk mencegah kebocoran panas. Bak absorber ditutup menggunakan kaca transparan dengan ketebalan 3 mm dan alat distilasi di pasang pada kemiringan 15°.
Gambar 6. Alat distilasi air energi surya dengan metode kapilaritas
21
Gambar 6 merupakan bagian dari alat distilasi dengan metode kapilaritas yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari: (1) kaca, (2) bak absorber, (3) penampungan hasil air distilasi, (4) Lampu inframerah, (5) pompa peristaltik, (6) bak penampung air kotor, (7) kerangka alat, (8) sumbu kain.
Gambar 7. Alat distilasi air energi surya jenis konvensional
Gambar 7 merupakan bagian dari alat distilasi jenis konvensional yang digunakan pada penelitian ini terdiri dari: (1) kaca, (2) bak absorber, (3) penampungan hasil air distilasi, (4) Lampu inframerah, (5) pompa peristaltik, (6) bak penampung air kotor, (7) kerangka alat. Perbedaan alat distilasi konvensional dengan alat distilasi dengan metode kapilaritas yaitu dalam bak absorber tidak terdapat sumbu kain dan tidak terdapat saluran di bagian bawah.
Skema saluran di bagian bawah dapat dilihat pada Gambar 8.
22
Gambar 8. Bak absorber dengan metode kapilaritas
Pada penelitian ini juga divariasikan ketebalan absorber kertas bambu sebanyak tiga lapis, tujuh lapis, dan sembilan lapis. Variasi tiga lapis memiliki ketebalan 0,24 mm, variasi tujuh lapis memiliki ketebalan 0,56 mm, dan variasi sembilan lapis memiliki ketebalan 0,72 mm. Kotak absorber terdiri dari 36 lubang dengan diameter 10 mm. Saluran air berada di sisi bawah kotak distilasi sebanyak 4 buah. Dalam lubang absorber diisi dengan sumbu berbahan dasar kain. Kain dipilih karena memiliki sifat kapilaritas. Sifat kapilaritas ini yang menyebabkan air di saluran bawah dapat naik ke bak absorber.
Sumbu Kain
Kaca Absorber Kertas Bambu Saluran Masuk di Bawah
23 3.2 Peralatan Pendukung Pengambilan Data
Pada penelitian ini, digunakan berbagai peralatan yang digunakan untuk mendukung proses pengambilan data antara lain sebagai berikut:
1. Dallas Semiconductor Temperatur Sensor (TDS), adalah sensor yang digunakan untuk mengukur temperatur yang diletakkan di beberapa titik alat penelitian.
2. Solarmeter, adalah alat yang digunakan untuk mengukur intensitas radiasi surya yang datang ke alat distilasi.
3. Etape Liquid Level sensor, adalah alat yang digunakan untuk mengukur ketinggian di dalam bak penampung hasil air distilasi.
4. Microcontroller Arduino, adalah aplikasi software yang memiliki fungsi untuk melakukan monitor dan melakukan pembacaan sensor-sensor yang dipergunakan dalam penelitian.
5. Gelas ukur, adalah alat yang digunakan untuk mengukur hasil air distilasi.
3.3 Parameter Yang Divariasikan
Dalam penelitian ini terdapat parameter yang divariasikan yaitu ketebalan dari absorber kertas bambu sebagai berikut:
1. Variasi ketebalan absorber kertas bambu tiga lapis. Pada variasi ini akan diuji cobakan pada alat distilasi miring absorber kertas bambu dengan metode kapilaritas dan pada alat distilasi konvensional
24
2. Variasi ketebalan absorber kertas bambu tujuh lapis. Pada variasi ini akan diuji cobakan pada alat distilasi miring absorber kertas bambu dengan metode kapilaritas
3. Variasi ketebalan absorber kertas bambu sembilan lapis. Pada variasi ini akan diuji cobakan pada alat distilasi miring absorber kertas bambu dengan metode kapilaritas.
3.4 Variabel Yang Diukur
Dalam penelitian ini, terdapat berbagai variabel yang akan diukur, antara lain sebagai berikut:
1. Temperatur absorber, 𝑇𝑤 (°C) 2. Temperatur kaca penutup, 𝑇𝑐 (°C)
3. Jumlah radiasi lampu yang datang, G (W/m2) 4. Lama waktu pengambilan data, t (detik) 5. Massa air hasil distilasi, m (kg)
3.5 Langkah Analisis
Pada penelitian ini akan menganalisis mengenai pengaruh ketebalan absorber kertas bambu dan menganalisis penggunaan metode kapilaritas.
Secara rinci langkah-langkah analisis dijabarkan sebagai berikut:
1. Menganalisis pengaruh variasi ketebalan dari absorber kertas bambu tiga lapis. Pada variasi ini akan diuji cobakan pada alat distilasi miring absorber kertas bambu dengan metode kapilaritas kemudian dibandingkan dengan jenis konvensional
25
2. Menganalisis pengaruh variasi ketebalan dari absorber kertas bambu tujuh lapis. Pada variasi ini akan diuji cobakan pada alat distilasi miring absorber kertas bambu dengan metode kapilaritas
3. Menganalisis pengaruh variasi ketebalan dari absorber kertas bambu sembilan lapis. Pada variasi ini akan diuji cobakan pada alat distilasi miring absorber kertas bambu dengan metode kapilaritas.
3.6 Langkah Penelitian
Dalam penelitian ini, langkah-langkah pengambilan data dapat dijabarkan sebagai berikut:
1. Mempersiapkan alat-alat yang digunakan dalam penelitian ini yaitu alat distilasi energi surya jenis miring konvensional dan alat distilasi air jenis miring dengan absorber kertas dengan metode kapilaritas.
2. Sebelum penelitian dimulai, dilakukan pemasangan kaca selanjutnya melakukan pemeriksaan komponen dan alat distilasi air energi surya yang digunakan. Langkah ini dilakukan untuk memastikan tidak ada kebocoran pada alat dan untuk memastikan tidak ada kerusakan pada sensor.
3. Melakukan pengambilan data untuk setiap variasi yang diuji cobakan yaitu:
a. Variasi ketebalan absorber tiga lapis pada alat distilasi air energi surya absorber kertas dengan metode kapilaritas
b. Variasi ketebalan absorber tujuh lapis pada alat distilasi air energi surya absorber kertas dengan metode kapilaritas
26
c. Variasi ketebalan absorber sembilan lapis pada alat distilasi air energi surya absorber kertas dengan metode kapilaritas
d. Variasi ketebalan absorber tiga lapis pada alat distilasi air energi surya konvensional.
4. Perekaman dan pencatatan data penelitian dilakukan setiap 11 detik selama 2 jam dengan temperatur ruangan. Data yang dicatat antara lain:
Temperatur air bak, temperatur air keluar, temperatur kaca bagian bawah, temperatur kaca bagian tengah, temperatur kaca bagian atas, temperatur absorber, jumlah energi lampu yang datang, dan jumlah volume air yang dihasilkan.
5. Sebelum melakukan pengambilan data pada variasi berikutnya, kondisi alat distilasi harus diperiksa terlebih dahulu. Selanjutnya, sisa embun yang berada di kaca penutup harus dibersihkan. Bagian yang perlu diperiksa sebelum melakukan pengambilan data yaitu bagian dalam sisi kaca transparan. Pastikan pada bagian tersebut dapat tertutup rapat dengan seal tape, dan masking tape. Pemeriksaan tersebut dilakukan untuk mencegah kebocoran pada alat distilasi air. Bagian lain yang perlu diperiksa adalah sensor, pemeriksaan pada sensor dilakukan untuk memastikan supaya sensor tidak rusak dan dapat melakukan pengambilan data dengan baik.
6. Setelah selesai pengambilan data pada setiap variasi, langkah berikutnya melakukan pengambilan data pada alat distilasi air energi surya jenis konvensional dengan absorber kertas bambu tiga lapis.
27
7. Melakukan pengolahan dan analisis data menggunakan persamaan (1) sampai dengan persamaan (7).
28 BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penelitian
Tabel 1 sampai dengan Tabel 4 memaparkan hasil pengambilan data pada alat distilasi miring jenis konvensional dan alat distilasi miring yang telah dimodifikasi dengan penggunaan metode kapilaritas. Pengambilan data dilakukan selama 2 jam dengan menggunakan energi lampu dianggap konstan 700 W/m2 yang berasal dari 6 buah lampu sebagai pengganti energi matahari.
Pengambilan data menggunakan sensor setiap 11 detik. Kemudian, data yang telah tercatat oleh sensor dirata-rata setiap 20 menit.
Data penelitian alat distilasi miring jenis modifikasi dengan variasi absorber tiga, tujuh, dan sembilan lapis disajikan pada Tabel 1, Tabel 2, dan Tabel 3.
Tabel 1. Data penelitian alat modifikasi variasi tiga lapis absorber
Menit ke 𝑇𝑤 𝑇𝑐 Hasil
°C (ml)
20 38,56 40,73 0,00
40 49,16 47,84 38,93
60 53,70 49,91 157,28
80 55,66 50,46 260,04
100 56,57 50,69 357,06
120 57,02 50,59 495,00
29
Tabel 2. Data penelitian alat modifikasi variasi tujuh lapis absorber
Menit ke 𝑇𝑤 𝑇𝑐 Hasil
°C (ml)
20 37,05 39,80 0,00
40 47,99 47,07 30,99
60 52,42 48,98 149,21
80 54,46 49,78 224,07
100 55,43 50,01 309,26
120 55,92 50,23 425,00
Tabel 3. Data penelitian alat modifikasi variasi sembilan lapis absorber
Menit ke 𝑇𝑤 𝑇𝑐 Hasil
°C (ml)
20 32,25 35,88 0,00
40 45,06 46,11 177,46
60 50,95 49,90 288,65
80 53,49 51,02 399,84
100 55,00 51,66 399,84
120 55,27 51,77 400,00
Tabel 4 merupakan tabel data penelitian alat distilasi miring jenis konvensional dengan variasi tiga lapis absorber sebagai pembanding.
Tabel 4. Data penelitian alat konvensional variasi tiga lapis absorber
Menit ke 𝑇𝑤 𝑇𝑐 Hasil
°C (ml)
20 36,89 38,78 0,00
40 49,03 45,20 0,00
60 53,29 46,28 1,14
80 55,25 44,83 25,82
100 55,50 44,41 224,78
120 55,20 43,91 350,00
30 4.2 Hasil Perhitungan Data Penelitian
Berdasarkan data-data yang telah disajikan pada Tabel 1 sampai dengan Tabel 4, kemudian dilakukan perhitungan dengan menggunakan persamaan (1) hingga persamaan (7). Secara rinci, hasil dari perhitungan disajikan dalam tabel sebagai berikut:
Data perhitungan alat distilasi miring jenis modifikasi variasi tiga, tujuh, dan sembilan lapis absorber disajikan pada Tabel 5, Tabel 6, dan Tabel 7.
Tabel 5. Hasil perhitungan jenis modifikasi variasi tiga lapis absorber Menit
Ke
∆T Pw Pc hfg qkonv quap qrad m ɳ
total
°C kPa MJ/kg W/m2 kg/m2 %
20 -2,17 6,42 7,19 2,41 0,00 0,00 -13,52 0,000
52%
40 1,31 11,26 10,50 2,38 9,46 88,91 8,90 0,090 60 3,80 14,29 11,71 2,37 21,57 238,34 26,55 0,362 80 5,20 15,81 12,06 2,37 25,15 294,96 36,81 0,598 100 5,88 16,56 12,21 2,37 26,89 323,71 41,86 0,821 120 6,43 16,94 12,14 2,37 30,79 373,79 45,85 1,138
Tabel 6. Hasil perhitungan jenis modifikasi variasi tujuh lapis absorber Menit
Ke
∆T Pw Pc hfg qkonv quap qrad m ɳ
total
°C kPa MJ/kg W/m2 kg/m2 %
20 -2,75 5,93 6,84 2,41 0,00 0,00 -16,98 0,000
45%
40 0,92 10,58 10,07 2,39 7,92 70,86 6,19 0,071 60 3,45 13,37 11,15 2,38 21,60 226,42 23,86 0,343 80 4,67 14,86 11,64 2,37 22,68 254,48 32,78 0,515 100 5,41 15,62 11,78 2,37 24,32 280,70 38,19 0,711 120 5,69 16,02 11,92 2,37 27,37 321,30 40,25 0,977
31
Tabel 7. Hasil perhitungan jenis modifikasi variasi sembilan lapis absorber Menit
Ke
∆T Pw Pc hfg qkonv quap qrad m ɳ
total
°C kPa MJ/kg W/m2 kg/m2 %
20 -3,64 4,66 5,59 2,42 0,00 0,00 -21,50 0,000
42%
40 -1,05 9,05 9,57 2,39 50,32 406,95 -6,96 0,408 60 1,05 12,38 11,71 2,38 42,44 438,66 7,28 0,664 80 2,47 14,13 12,42 2,37 40,29 454,55 17,33 0,919 100 3,34 15,28 12,85 2,37 30,61 363,08 23,70 0,919 120 3,50 15,50 12,92 2,37 25,29 302,60 24,90 0,920
Tabel 8 merupakan tabel hasil perhitungan alat distilasi miring jenis konvensional dengan variasi tiga lapis absorber sebagai pembanding.
Tabel 8. Hasil perhitungan jenis konvensional variasi tiga lapis absorber Menit
Ke
∆T Pw Pc hfg qkonv quap qrad m ɳ
total
°C kPa MJ/kg W/m2 kg/m2 %
20 -1,89 5,88 6,49 2,41 0,00 0,00 -11,59 0,000
37%
40 3,83 11,18 9,12 2,38 0,00 0,01 25,67 0,000 60 7,01 13,99 9,66 2,37 0,17 1,73 48,11 0,003 80 10,42 15,48 8,94 2,37 2,87 29,30 71,71 0,059 100 11,10 15,68 8,74 2,37 20,04 204,00 76,33 0,517 120 11,29 15,44 8,51 2,37 26,52 264,79 77,36 0,805
4.3 Pembahasan
Berdasarkan hasil perhitungan yang telah disajikan pada Tabel 5 sampai dengan Tabel 8. Kemudian dipaparkan lebih spesifik pada sub bab ini mengenai efek ketebalan absorber dan penggunaan metode kapilaritas pada alat distilasi jenis miring.
32
Gambar 9.Perbandingan hasil distilasi terhadap variasi ketebalan absorber
Gambar 9 menunjukan hasil air alat distilasi pada variasi ketebalan absorber. Hasil air maksimal didapatkan pada variasi tiga lapis ketebalan absorber kertas bambu yaitu 495 ml. Kemudian hasil air pada variasi tujuh lapis ketebalan absorber yaitu 425 ml, mengalami penurunan sebesar 16,5%
dari variasi ketebalan absorber tiga lapis. Hasil air distilasi pada variasi sembilan lapis ketebalan absorber yaitu 400 ml. Pada variasi sembilan lapis ketebalan absorber, mengalami penurunan sebesar 95 ml atau sebesar 23,7%
dari variasi tiga lapis dan mengalami penurunan sebesar 25 ml atau sebesar 6,25% dari variasi tujuh lapis absorber. Alat distilasi jenis konvensional memperoleh hasil air yang kurang baik yaitu 350 ml, lebih rendah 145 ml atau lebih rendah 41,43% dari alat distilasi yang telah dimodifikasi dengan variasi tiga lapis absorber. Dapat disimpulkan bahwa, semakin tipis lapisan absorber kertas bambu maka semakin besar pula hasil air distilasi yang didapatkan dengan kata lain kedalaman air berbanding terbalik dengan produktivitas solar
495
425 400
350
0 100 200 300 400 500 600
3 7 9
Hasil Air (ml)
Ketebalan Absorber (Jumlah Lapisan) Modifikasi Konvensional
33
still (Kalidasa Murugavel et al., 2008). Hal tersebut dapat tejadi karena semakin tipis lapisan absorber kertas bambu maka air yang berada di bak absorber akan terserap sehingga tidak langsung terbuang dan akan menyebar rata ke seluruh permukaan absorber. Air yang terserap oleh absorber kertas bambu, akan membentuk sebuah lapisan air yang tipis. Lapisan air yang tipis juga disebabkan karena penggunaan metode kapliaritas. Dengan metode kapilaritas dapat memperkecil massa air yang masuk ke bak absorber. Semakin tipis kedalaman air maka semakin cepat juga kenaikan suhu air (Tiwari &
Tiwari, 2007) sehingga penguapan akan berjalan lebih cepat. Kemudian, Massa air baku yang banyak menyebabkan perpindahan panas konveksi menjadi lebih lama, hal ini akan berpengaruh ke proses kondensasi (Catrawedarma, 2012).
Maka dari itu, semakin banyak massa air di absorber akan menghasilkan air distilasi yang sedikit.
Gambar 10.Perbandingan efisiensi terhadap variasi ketebalan absorber
52%
45% 42%
37%
0%
10%
20%
30%
40%
50%
60%
3 7 9
Efisiensi
Ketebalan Absorber (Jumlah Lapisan) Modifikasi Konvensional
34
Gambar 10 menunjukan diagram batang perbandingan efisiensi terhadap variasi ketebalan absorber. Efisiensi maksimun didapatakan oleh alat distilasi jenis miring yang telah dimodifikasi dengan variasi tiga lapis ketebalan absorber kertas bambu sebesar 52%. Pada variasi tujuh lapis ketebalan absorber menghasilkan efisiensi sebesar 45%, terjadi penurunan sebesar 7%
dari variasi tiga lapis ketebalan absorber. Terjadi penurunan kembali pada variasi sembilan lapis ketebalan absorber kertas bambu sebesar 10% dari variasi tiga lapis absorber dan penurunan sebesar 3% dari variasi tujuh lapis.
Variasi sembilan lapis absorber menghasilkan efisiensi sebesar 42%. Efisiensi terendah didapatkan pada alat distilasi air jenis konvensional dengan tiga lapis ketebalan absorber sebesar 37%. Dengan penggunaan metode kapilaritas dapat meningkatkan efisiensi dari alat distilasi sebesar 15%, hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 9 variasi tiga lapis absorber untuk alat distilasi jenis konvensional dan modifikasi. Dengan demikian, semakin banyak massa air yang berada di bak absorber maka akan menghasilkan efisiensi yang rendah, hal itu dapat terjadi karena semakin banyak massa air maka jumlah energi panas yang dibutuhkan untuk memanaskan air juga akan semakin besar, hal ini menyebabkan penguapan berjalan lebih lambat. Hal tersebut menyebabkan hasil air distilasi yang diperoleh sedikit. Untuk mendapatkan efisiensi tertinggi, laju aliran air input harus sebanding dengan energi matahari yang diterima dan jumlah minimum yang dibutuhkan (Mahdi et al., 2011).
35
Gambar 11. Beda temperatur pada variasi ketebalan absorber
Gambar 11 menunjukan rata-rata perbedaan temperatur (ΔT) pada setiap variasi ketebalan absorber. Pada dasarnya, semakin besar beda temperatur maka hasil yang didapatkan juga akan semakin banyak, dengan catatan temperatur absorber memiliki nilai yang sama pada setiap variasi. Hal tersebut dapat terjadi karena semakin rendah temperatur pada kaca penutup maka semakin mudah uap air mengembun (Ketut Puja & Rusdi Sambada, 2012).
Kemudian, Beda temperatur yang semakin besar menyebabkan perbedaan tekanan parsial uap pada temperatur air di bak dengan tekanan parsial uap pada temperatur kaca semakin besar. Perbedaan tekanan parsial uap yang semakin besar menyebabkan kalor penguapan yang semakin besar atau dengan kata lain penguapan yang terjadi lebih baik (Mungkasi, 2016). Selain itu, Perpindahan panas dan massa uap dari absorber ke kaca penutup terjadi secara konveksi.
Perpindahan panas dan massa uap secara konveksi ditentukan oleh beda
3.41
2.90
0.95 6.96
0 1 2 3 4 5 6 7 8
3 7 9
∆T(°C)
Ketebalan Absorber (Jumlah Lapisan) Modifikasi Konvensional
36
temperatur antara air di absorber dengan temperatur kaca (ΔT). Semakin besar ΔT, semakin cepat uap berpindah dari absorber ke kaca (Sambada & Ananta, 2020). Peristiwa tersebut dapat dilihat pada alat distilasi yang telah dimodifikasi. Pada variasi tiga lapis ketebalan absorber mempunyai nilai rata- rata ΔT yang paling besar yaitu 3,41°C yang menghasilkan air distilasi sebanyak 495 ml. Pada variasi tujuh lapis ketebalan absorber mempunyai nilai rata-rata ΔT sebesar 2.90°C yang menghasilkan air distilasi sebanyak 425 ml.
Nilai rata-rata ΔT terendah didapatkan pada variasi sembilan lapis ketebalan absorber sebesar 0,95°C dan menghasilkan air distilasi sebesar 400 ml. Namun pada penelitian kali ini, semakin tinggi perbedaan temperatur tidak selalu memperoleh hasil air distilasi yang banyak, hal tersebut dapat dilihat pada alat distilasi jenis konvensional. Pada jenis konvensional menghasilkan rata-rata ΔT sebesar 6,96°C namun menghasilkan air distilasi paling rendah yaitu sebesar 350 ml. Hal tersebut dapat terjadi, karena pada alat distilasi konvensional proses penguapan terjadi sangat lambat. Lambatnya penguapan diakibatkan oleh jumlah massa air yang cukup besar pada bak absorber. Jika proses pembentukan uap air lambat, maka proses pengembunan juga akan melambat, sehingga pada permukaan kaca bagian dalam hanya menempel embun dalam jumlah sedikit. Hal tersebut membuat temperatur kaca jauh lebih rendah dari pada temperatur absorber.
Gambar 12 memaparkan diagram batang hasil perhitungan rata-rata temperatur absorber dari setiap variasi ketebalan absorber dan jenis konvensional. Temperatur absorber paling tinggi didapatkan oleh alat distilasi
37
yang telah dimodifikasi dengan variasi tiga lapis ketebalan absorber sebesar 51,78°C.
Gambar 12. Temperatur rata-rata absorber terhadap variasi ketebalan absorber kertas bambu
Kemudian terjadi penurunan temperatur pada variasi tujuh lapis ketebalan absorber sebesar 50,54°C atau 2,45% lebih rendah dari variasi tiga lapis ketebalan absorber. Pada alat distilasi yang telah dimodifikasi, variasi sembilan lapis absorber menghasilkan temperatur absorber yang paling rendah sebesar 48,67°C. Lebih rendah 6,4% dari variasi tiga lapis ketebalan absorber dan lebih rendah 3,8% dari variasi tujuh lapis ketebalan absorber. Pada alat distilasi jenis konvensional menghasilkan temperatur absorber sebesar 50,86°C, lebih rendah 1,81% dari alat distilasi yang telah dimodifikasi dengan variasi tiga lapis ketebalan absorber. Dengan demikian, semakin tipis lapisan dari absorber kertas bambu maka akan menghasilkan temperatur absorber yang tinggi. Hal tersebut dapat terjadi karena semakin tipis absorber kertas
51.78
50.54
48.67 50.86
47.0 47.5 48.0 48.5 49.0 49.5 50.0 50.5 51.0 51.5 52.0 52.5
3 7 9
Tempertatur Absorber (°C)
Ketebalan Absorber (Jumlah Lapisan) Modifikasi Konvensional
38
bambu, maka massa air yang berada di bak absorber juga semakin sedikit.
Untuk menguapkan massa air yang berjumlah sedikit tidak memerlukan energi panas yang besar. Maka dari itu, panas yang telah dimiliki absorber tidak banyak diserap air yang berada pada lapisan absorber kertas bambu. Hal tersebut dapat terbukti pada alat distilasi yang telah dimodifikasi, pada variasi tiga lapis ketebalan absorber menghasilkan temperatur absorber paling tinggi dari variasi tujuh lapis dan sembilan lapis ketebalan absorber.
Gambar 13. Temperatur rata-rata kaca terhadap variasi ketebalan absorber
Gambar 13 menyajikan diagram batang temperatur rata-rata kaca terhadap variasi ketebalan absorber. Temperatur kaca ditentukan oleh beberapa faktor yakni energi surya yang diserap kaca, energi panas pengembunan yang diterima kaca dan energi panas yang dilepas kaca ke lingkungan (Rusdi Sambada, Sudjito Soeparman, 2020). Temperatur kaca paling tinggi didapatkan pada alat distilasi yang telah dimodifikasi dengan variasi tiga lapis
48.37
47.65 47.72
43.90
41 42 43 44 45 46 47 48 49
3 7 9
Temperatur Kaca (°C)
Ketebalan Absorber (Jumlah Lapisan) Modifikasi Konvensional
39
ketebalan absorber sebesar 48,37°C. Kemudian menalami penurunan pada variasi tujuh lapis ketebalan absorber sebesar 47.65°C atau 1,51% lebih rendah dari variasi tiga lapis ketebalan absorber. Namun pada variasi sembilan lapis ketebalan absorber terjadi kenaikan sebesar 0,07°C dari variasi tujuh lapis ketebalan absorber. Sementara itu, Temperatur rata-rata kaca paling rendah dihasilkan oleh alat distilasi jenis konvensional dengan variasi tiga lapis ketebalan absorber sebesar 43,90°C. Dapat disimpulkan bahwa, semakin tebal lapisan absorber kertas bambu maka semakin rendah temperatur kaca yang dihasilkan. Hal tersebut dapat terjadi karena semakin tebal lapisan absorber kertas bambu maka akan semakin banyak menyerap air yang masuk ke bak absorber sehingga massa air di bak absorber akan semakin besar. Massa air yang semakin besar akan memperlambat proses penguapan air yang berada di bak absorber sehingga pembentukan uap air akan semakin sedikit. Jika uap air yang terbentuk sedikit maka embun yang terbentuk juga sedikit. Sehingga pada kaca bagian dalam akan menempel embun dalam jumlah yang sedikit. Embun yang menempel pada kaca akan memindahkan panas dari embun ke kaca. Jika embun yang menempel pada kaca sedikit maka perpindahan panas dari embun ke kaca juga akan sedikit sehingga temperatur kaca menjadi rendah. Peristiwa tersebut dapat dilihat pada alat distilasi jenis konvensional yang memiliki massa air terbanyak di bak absorber kemudian menghasilkan temperatur kaca paling rendah. Pada dasarnya, temperatur kaca penutup tidak boleh memiliki suhu yang terlalu panas, karena jika temperatur kaca memiliki suhu terlalu
