Destilasi air energi surya berkondensor pasif dengan heat recovery menggunakan efek kapilaritas dua tingkat

(1)

i

DESTILASI AIR ENERGI SURYA BERKONDENSOR PASIF

DENGAN

HEAT RECOVERY

MENGGUNAKAN EFEK

KAPILARITAS DUA TINGKAT

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Oleh :

R. ASMARA YUDHA KUMARA NIM : 115214038

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA

(2)

ii

SOLAR WATER DISTILATIONPASSIVE CONDENSER WITH

HEAT RECOVERY USING THE EFFECTS OF

TWO LEVELS CAPILLARITY

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

Presented by :

R. ASMARA YUDHA KUMARA

Student Number : 115214038

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY

(3)

iii

DESTILASI AIR ENERGI SURYA BERKONDENSOR PASIF

DENGAN

HEAT RECOVERY

MENGGUNAKAN EFEK

(4)

iv

DESTILASI AIR ENERGI SURYA BERKONDENSOR PASIF

DENGAN

HEAT RECOVERY

MENGGUNAKAN EFEK

(5)

v

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Dengan ini saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas Akhir dengan judul :

DESTILASI AIR ENERGI SURYA BERKONDENSOR PASIF

DENGAN

HEAT RECOVERY

MENGGUNAKAN EFEK

KAPILARITAS DUA TINGKAT

(6)

vi

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

Yang bertanda tangan dibawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

Nama : R. Asmara Yudha Kumara

Nomor Mahasiswa : 115214038

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah yang berjudul :

DESTILASI AIR ENERGI SURYA BERKONDENSOR PASIF

DENGAN

HEAT RECOVERY

MENGGUNAKAN EFEK

KAPILARITAS DUA TINGKAT

Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.

(7)

vii

HALAMAN MOTTO

“Dibalik gunung ada gunung, di atas orang ada orang yang lebih pintar”

(Oscar Sanjaya)

“Akal dan belajar itu seperti raga dan jiwa

Tanpa raga, jiwa hanyalah udara hampa

Tanpa jiwa, raga adalah kerangka tanpa makna”

(Kahlil Gibran)

“Memiliki sedikit pengetahuan

namun digunakan untuk berkarya jauh lebih berarti

daripada memiliki pengetahuan luas namun mati tak berfungsi”

(8)

viii

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur bagi Tuhan Yesus Kristus yang Maha Pengasih atas bimbingan dan terang Roh Kudus-Nya, sehingga tugas akhir ini dapat

diselesaikan dengan baik.Tugas akhir ini berjudul “Destilasi Air Energi Surya

Berkondensor Pasif dengan Heat Recovery Menggunakan Efek Kapilaritas Dua Tingkat”.

Tugas akhir ini disusun sebagai salah satu syarat kelulusan Program Studi Teknik Mesin di Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.Penyusunan tugas akhir ini tidak lepas dari bimbingan dan bantuan berbagai pihak, baik material maupun spiritual. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

2. Ir. PK. Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.

3. I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing yang telah banyak membantu dan memberikan bimbingan dalam pengerjaan Tugas Akhir ini. 4. Ir. FA. Rusdi Sambada,M.T., yang telah membimbing dalam proses

pembuatan alat dan penelitian Tugas Akhir ini.

(9)

ix

6. Dr. Drs. Vet. Asan Damanik, M.Si., selaku dosen mata kuliah pra skripsi yang sudah memberikan masukan selama pembuatan tugas akhir.

7. Seluruh dosen Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, yang telah memberikan pengetahuan selama kuliah.

8. Keluargaku tercinta, Yohanes Krisostomus Bambang Setiawan (papa), Fransiska Sri Mardiyani (mama), dan R. Agustinus Anung Buwana Kawinagara (kakak), Benediktus Belariantata (bapak mertua), Alberta Titik Murwaningsih (ibu mertua), Petra Bella Debora Christie (adik), Bernard Bella Perwira Negara (adik), Helene Bella Anjelina (adik) yang selalu mendukung, memberikan doa, semangat dan bantuan baik moril maupun materi kepada penulis.

9. Istriku tercinta Clara Elvina Bellakualita dan anakku yang tercinta Gabriel Rivanno Ardian Kumara yang selalu memberikan semangat kepada penulis dalam pembuatan Tugas Akhir ini.

10. Saudara-saudaraku : Apak Amin, Pakme, Nia, Ko Niko, Ko Febri, Bulik Eni, Pakdhe Sigit, Yudha (adik sepupu), Shelsa (adik sepupu), Pakdhe Sunu, Budhe Yuli yang telah banyak memberikan doa dan semangat. 11. Kakek dan nenek tercinta, Paulus Alimin, Lusia Sutiyah , Tarcisius Maridjo

(alm), Fransiska Xaveria Suwantinah yang telah memberikan dukungan, doa kepada penulis.

(10)

x

13. Berbagai pihak yang secara langsung maupun tidak langsung memberikan bantuan dan dorongan moril kepada penulis.

(11)

xi

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN ... v

2.2 Penelitian yang Pernah Dilakukan ... 9

BAB IIIMETODE PENELITIAN ... 11

3.1 Alat Penelitian ... 11

3.2 Variabel yang Divariasikan ... 11

3.3 Parameter yang Diukur ... 12

3.4 Skema Alat ... 13

(12)

xii

3.6 Langkah-langkah Penelitian ... 16

3.7 Analisis Data ... 17

BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN ... 18

4.1. Data Penelitian ... 18

4.2. Hasil Penelitian ... 20

4.3. Pembahasan ... 26

BAB VPENUTUP ... 36

5.1. Kesimpulan ... 36

5.2. Saran ... 37

DAFTAR PUSTAKA ... 38

(13)

xiii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Skema alat destilasi air energi surya dengan kondensor pasif

dan energy recovery dua tingkat 13

Gambar 2 Skema alat destilasi air energi surya dengan kondensor pasif

dan energy recovery satu tingkat 14

Gambar 3 Skema alat destilasi air energi surya secara umum 15

Gambar 4 Variasi ketinggian air di dalam bak destilasi 15

Gambar 5 Grafikefisiensi teoritisdengan variasi ketinggian air 12 mm, 17 mm, dan 29 mm pada alat menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dua tingkat dengan destilasi

konvensional variasi ketinggian air 12 mm 26

Gambar 6 Grafik perbandingan efisiensi secara teoritis pada alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dua tingkat dengan destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery satu tingkat dengan variasi ketinggian air di dalam bak

destilasi 12 mm, 17 mm dan 29 mm 29

Gambar 7 Grafik efisiensi secara aktual dengan variasi ketinggian air 12 mm, 17 mm, dan 29 mm pada alat menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dua tingkat dengan

destilasi konvensional variasi ketinggian air 12 mm 30

(14)

xiv

recoverysatu tingkat variasi ketinggian air di dalam bak

destilasi 12 mm, 17 mm dan 29 mm 31

Gambar 9 Grafik hasil air yang diperoleh pada alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dua tingkat dengan variasi ketinggian air 12 mm, 17 mm, 29 mm dengan destilasi air energi surya konvensional dengan

variasi ketinggian air 12 mm selama tiga hari 32

Gambar 10 Grafik perbandingan hasil air yang diperoleh pada alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dua tingkat dengan destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery satu tingkat dengan variasi ketinggian air di dalam bak

(15)

xv

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Data pada variasi ketinggian air 12 mm, 17 mm, dan 29 mm di dalam bak destilasi pada penelitian alat destilasi air energi surya dengan kondensor pasif dan energy

recoverydua tingkat selama tiga hari 19

Tabel 2 Data pada variasi ketinggian air 12 mm di dalam bak destilasi pada penelitian alat destilasi air energi surya konvensional (tanpa kondensor pasif dan energy recovery)

selama tiga hari 19

Tabel 3 Data pada variasi ketinggian air 12 mm, 17 mm, dan 29 mm di dalam bak destilasi pada penelitian alat destilasi air energi surya dengan kondensor pasif dan energy recovery

(16)

xvi

DAFTAR LAMPIRAN

Lampiran 1 Foto-foto alat destilasi dan sensor

(17)

xvii

INTISARI

Air bersih merupakan kebutuhan sehari-hari masyarakat terutama untuk air minum. Di Indonesia sumber air yang ada sering telah terkontaminasi oleh zat-zat berbahaya jika dikonsumsi. Salah satu cara yang dapat dilakukan untuk dapat memisahkan air dari zat yang mengkontaminasinya adalah dengan membuat alat destilasi air energi surya. Permasalahan yang ada pada alat destilasi air energi surya saat ini adalah masih rendahnya efisiensi yang dihasilkan. Energy recovery dengan metode kapilaritas adalah salah satu cara yang dapat dilakukan untuk meningkatkan efisiensi dari alat destilasi air energi surya. Penelitian ini bertujuan untuk membuat alat destilasi energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dengan metode kapilaritas, menganalisis efisiensi destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dengan metode kapilaritas secara teoritis dan aktual, menganalisis pengaruh ketinggian air di bak destilator terhadap air yang dihasilkan setelah proses destilasi, menganalisis perbandingan efisiensi relatif secara eksperimen antara destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery metode kapilaritas dengan destilasi air energi surya konvensional (tanpa energy recovery dan kondensor pasif), menganalisis perbandingan efisiensi antara destilasi air energi surya menggunakan energy recovery metode kapilaritas dua tingkat dengan destilasi air energi surya menggunakan energy recovery metode kapilaritas satu tingkat. Ketinggian air dalam bak destilasi yang divariasikan 12 mm, 17 mm, dan 29 mm. Dari penelitian yang dilakukan pada variasi ketinggian air 12 mm dihasilkan efisiensi teoritis alat destilasi dengan kondensor dan energy recovery dua tingkat sebesar 25,61%, efisiensi aktual sebesar 32,79% dan hasil air 1,40kg/m2, pada variasi 17 mm efisiensi teoritis sebesar 44,22%, efisiensi aktual 27,09% dan hasil air 0,97 kg/m2, variasi 29 mm menghasilkan efisiensi teoritis 38,39%, efisiensi aktual 20,20% dan hasil air 0,88 kg/m2. Pada alat destilasi air energi surya dengan kondensor dan energy recovery satu tingkat dengan variasi ketinggian air 12 mm dihasilkan efisiensi teoritis sebesar 44,68 %, efisiensi aktual sebesar 25,79% dan hasil air 1,10 kg/m2, pada variasi 17 mm efisiensi teoritis sebesar 62,53%, efisiensi aktual 58,46% dan hasil air 2,10 kg/m2, padavariasi 29 mm efisiensi teoritis sebesar 31,96%, efisiensi aktual 40,03% dan hasil air 1,74 kg/m2.

(18)

xviii

ABSTRACT

Clean water is a necessity of everyday society , especially for drinking water. In Indonesia there is often a source of water that has been contaminated by hazardous substances if consumed . One way to do to be able to separate the water from substances that contaminate it is to make solar energy water distillation. The problems that exist in the solar energy water distillation is the low efficiency of the resulting . Energy recovery by capillarity method is one way that can be done to improve the efficiency of solar energy water distillation. This study aimed to create distillation condenser passive solar energy use and energy recovery by capillary method, analyze the efficiency of distillation condenser water using passive solar energy and energy recovery by capillary method theoretically and actually , to analyze the influence of water level in the tub of water produced by distillation after the distillation process , analyze experimentally the relative efficiency comparison between distilled water using solar energy and passive condenser energy recovery methods capillarity with distilled water of conventional solar energy (without energy recovery and passive condenser), analyzing the efficiency comparison between distilled water using solar energy energy recovery methods capillarity two levels with distilled water using solar energy energy recovery methods capillarity one level . Distilled water level in the tub which varied 12 mm , 17 mm , and 29 mm . From research conducted at 12 mm water level variations resulting theoretical efficiency distillation equipment with a condenser and two energy recovery rate of 25.61%, the actual efficiency of 32.79% and water yield 1.40 liters/m2 , the variation of 17 mm efficiency theoretically by 44.22%, 27.09% and the efficiency of the actual water yield of 0.97 liters/m2 , a variation of 29 mm produces a theoretical efficiency of 38.39%, 20.20% and the efficiency of the actual water yield of 0.88 liters/m2. In the solar energy water distillation apparatus with condenser and energy recovery of the water level by 12 mm height variation generated by a theoretical efficiency of 44.68% , the actual efficiency of 25.79% and a water yield of 1.10 kg/m2 , the variation of 17 mm the theoretical efficiency of 62.53% , 58.46 % the actual efficiency of the water yield of 2.10 kg/m2 , the variation of 29 mm theoretical efficiency of 31.96% , 40.03% and the actual efficiency of the water yield of 1.74 kg/m2 .

Keywords :efficiency, water distillation, solar energy, condenser, energy

(19)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Di Indonesia saat ini masalah ketersediaan air bersih semakin dirasakan oleh masyarakat, khususnya masyarakat di daerah terpencil.Hal ini disebabkan karena air tersebut sudah terkontaminasi oleh zat-zat yang berbahaya jika dikonsumsi secara langsung.Masyarakat pada umumnya kemudian harus membeli air bersih untuk kelangsungan hidupnya. Namun dengan cara membeli air bersih terus menerus dapat mengakibatkan turunnya tingkat kesejahteraan dari masyarakat. Pada musim hujan masyarakat memanfaatkan air hujan itu untuk dikonsumsi.

Ada beberapa cara penjernihan air terkontaminasi yang dapat dilakukan sendiri oleh masyarakat diantaranya dengan menggunakan destilasi air energi surya. Sebagai negara tropis, Indonesia memiliki potensi energi surya yang cukup baik dengan radiasi surya rata-rata per hari sebesar 4,8 kWh/m2.

(20)

Kaca penutup berfungsi sebagai tempat mengembunnya uap air sehingga dihasilkan air bersih yang langsung dapat dikonsumsi.

Permasalahan yang ada pada alat destilasi air energi surya saat ini adalah masih rendahnya efisiensi yang dihasilkan.Rendahnya efisiensi diantaranya disebabkan terjadinya kerugian kalor.Kerugian kalor terjadi karena temperatur dalam kotak destilator lebih tinggi dibandingkan temperatur sekitar.Perbedaan temperatur ini menyebabkan aliran kalor keluar kotak destilator. Kerugian kalor dapat dibedakan menjadi dua jenis, pertama adalah kerugian kalor karena kurang baiknya bahan isolasi atau tidak rapatnya kotak destilator dan kedua adalah kerugian kalor pada saat proses pengembunan uap air. Salah satu cara meningkatkan efisiensi alat destilasi air energi surya adalah memperkecil kerugian kalor pada saat proses pengembunan uap air dengan memanfaatkan energi panas yang dilepas uap air saat proses pengembunan untuk menguapkan air pada tingkat berikutnya, cara ini disebut dengan energy recovery.

(21)

Dalam hal ini penulis tertarik untuk membahas efisiensi dari alat destilasi dengan energy recovery menggunakan efek kapilaritas serta variabel-variabel yang mempengaruhi efisiensi diantaranya : jumlah massa air dalam alat destilasi, jumlah massa air dalam kondensor pasif, perbandingan volume antara kotak destilator berkondensor pasif dan jumlah tingkat energy recovery.

1.2 Permasalahan

Destilasi air energi surya merupakan salah satu cara untuk menjernihkan air dari zat yang mengkontaminasinya. Ini dapat digunakan untuk mengatasi masalah-masalah di daerah terpencil yang masih kesulitan untuk memperoleh air bersih.

Dalam hal ini destilasi energi surya masih memiliki permasalahan dalam hal rendahnya efisiensi yang dihasilkan. Salah satu cara untuk meningkatkan efisiensi destilasi air energi surya adalah dengan energy recovery menggunakan efek kapilaritas. Dari hal tersebut penulis tertarik untuk meneliti beberapa masalah, yaitu :

1. Mengetahui peningkatan efisiensi destilasi energi surya dengan kondensor pasif dan energy recovery menggunakan efek kapilaritas. 2. Mengetahui efisiensi destilasi air energi surya menggunakan

kondensor pasif dan energy recovery metode kapilaritas dan destilasi air energi surya tanpa energy recovery dan kondensor pasif.

(22)

menggunakan energy recovery metode kapilaritas satu tingkat dengan variasi ketinggian air dalam bak destilator.

4. Mengetahui pengaruh variasi ketinggian air pada bak destilator terhadap air yang dihasilkan setelah proses destilasi.

1.3 Tujuan Penelitian

1. Membuat model alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dengan metode kapilaritas.

2. Menganalisis efisiensi destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dengan metode kapilaritas secara teoritis dan aktual.

3. Menganalisis pengaruh ketinggian air di bak destilator terhadap air yang dihasilkan setelah proses destilasi.

4. Menganalisis efisiensi relatif secara eksperimen destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery metode kapilaritas dan destilasi air energi surya konvensional (tanpa energy recovery dan kondensor pasif).

5. Menganalisis efisiensi destilasi air energi surya menggunakan energy recovery metode kapilaritas dua tingkat dan destilasi air energi surya menggunakan energy recovery metode kapilaritas satu tingkat.

1.4 Batasan Masalah

(23)

2. Ketinggian air di dalam bak destilasi divariasikan sebanyak 3 variasi yakni 12 mm, 17 mm, dan 29 mm pada alat destilasi metode kapilaritas satu tingkat dan dua tingkat.

3. Pada alat destilasi konvensional (tanpa menggunakan kondensor pasif dan energy recovery) ketinggian air dalam bak destilasi 12 mm dan tidak divariasikan.

4. Air yang masuk ke dalam bak destilasi tidak mengalami proses pemanasan terlebih dahulu.

5. Unjuk kerja dari alat destilasi air energi surya bergantung pada cuaca. 6. Menambahkan dua variasi alat berupa destilasi konvensional (tanpa

menggunakan kondensor dan energy recovery) dan destilasi air energi surya menggunakan energy recovery dengan metode kapilaritas satu tingkat yang dapat digunakan sebagai pembanding sehingga diperoleh hasil pemodelan yang lebih efektif untuk diterapkan pada penelitian selanjutnya.

1.5 Manfaat Penelitian

(24)

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Dasar Teori

Destilasi air energi surya merupakan salah satu metode yang digunakan untukmemisahkan air dari bahan yang mengkontaminasinya sehingga diharapkan mampu menghasilkan air yang jernih. Alat destilasi air energi surya ini merupakan salah satu cara untuk memenuhi kebutuhan masyarakat terhadap air bersih terutama untuk daerah-daerah terpencil. Alat destilasi surya terdiri dari 2 komponen utama yakni kaca penutup dan bak air. Kaca penutup digunakan untuk menerima energi surya yang datang serta untuk proses pengembunan, sementara bak air selain digunakan untuk menampung air juga digunakan sebagai absorber untuk menyerap energi surya yang datang. Supaya bak dapat menyerap panas dengan baik maka pada umumnya bak di cat warna hitam. Selain komponen utama juga ada bagian umum lainnya dari alat destilasi yakni saluran masuk air yang terkontaminasi, saluran air hasil destilasi dan pengatur jumlah massa air di dalam bak destilasi agar ketinggian air di dalam bak destilasi konstan.

(25)

sedangkan zat yang mengkontaminasi akan tertinggal di absorber, hal ini disebabkan karena massa jenis air lebih ringan dibandingkan zat-zat yang mengkontaminasi. Uap akan bergerak ke dinding kaca karena temperatur bagian dalam kaca lebih rendah dari temperatur bagian luar maka uap akan mengembun.

Komponen utama dari alat destilasi air energi surya menggunakan energy recovery terdiri dari kotak destilator, kondensor pasif dan bagian energy recovery. Prinsip kerja alat destilasi air energi surya menggunakan energy recovery adalah proses penguapan air yang terkontaminasi dan pengembunan uap air sehingga memperoleh air bersih yang layak dikonsumsi. Pada saat proses penguapan hanya air saja yang menguap sementara zat yang mengkontaminasinya tertinggal di bak destilator. Proses penguapan dapat terjadi karena air di bak destilator menerima energi surya melalui kaca penutup sedangkan proses pengembunan terjadi karena temperatur kaca bagian dalam lebih rendah dari temperatur pengembunan air. Embun pada kaca penutup akan mengalir menuju ke saluran air karena posisi kaca yang miring. Sebagian uap air akan mengalir menuju kondensor pasif karena adanya perbedaan temperatur dan tekanan antara kotak destilator dengan kondensor pasif.

(26)

kain. Air yang mengalir berasal dari bak air yang terkontaminasi yang berada di bagian dalam dari bagian energy recovery, mengalirnya air disebabkan karena adanya sifat kapilaritas kain.

Menurut Arismunandar (1995) efisiensi alat destilasi energi surya

(27)

2.2 Penelitian yang Pernah Dilakukan

Penelitian secara eksperimental destilasi air energi surya menggunakan energy recovery dapat meningkatkan efisiensi sebesar 94% jika dibandingkan destilasi air energi surya konvensional. Efisiensi yang dicapai sebesar 67% dengan hasil air destilasi sebanyak 4,86l/m2.hari (Kalbasi,2010). Hasil air destilasi yang diperoleh secara eksperimental sangat bergantung pada kualitas pembuatan alat. Pembuatan yang kurang baik dapat menyebabkan kerugian panas dan menurunkan produksi air destilasi sampai 50% dari perkiraan secara teoritis (Tanaka,2005).

(28)

(29)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Alat Penelitian

Skema alat penelitian destilasi air energi surya terdiri dari tiga konfigurasi alat sebagai berikut :

1. Alat destilasi air energi surya berkondensor pasif dengan energy recovery metode kapilaritas dua tingkat (Gambar 1).

2. Alat destilasi air energi surya berkondensor pasif dengan energy recovery metode kapilaritas satu tingkat (Gambar 2).

3. Alat destilasi air energi surya konvensional standar (Gambar 3).

3.2 Variabel yang Divariasikan

Pada penelitian ini terdapat beberapa jenis variabel yang divariasikan diantaranya sebagai berikut :

1. Jumlah massa air dalam bak destilator metode kapilaritas satu tingkat dan dua tingkat.

(30)

3.3 Parameter yang Diukur

Pada penelitian ini terdapat beberapa parameter yang diukur diantarnya sebagai berikut :

1. Kelembaban udara sekitar (RHA). 2. Temperatur air (Tw).

3. Temperatur kaca (Tc).

4. Temperatur kondensor (Tcond).

5. Temperatur bagian energy recovery dua tingkat (T1 dan T2). 6. Energi surya yang datang (G).

7. Massa air hasil destilasi pada destilator (mD1).

8. Massa air hasil destilasi pada kondensor dan bagian energy recovery (mD2).

(31)

3.4 Skema Alat

Gambar1. Komponen alat destilasi air energi surya menggunakan energy recovery dengan metode kapilaritas dua tingkat.

Komponen utama yang terdapat pada alat destilasi air energi surya menggunakan energy recovery dua tingkat seperti terlihat pada Gambar 1 adalah (1) kaca penutup, (2) bak air, (3) kondensor pasif, (4) bagian energy recovery dengan metode kapilaritas, (5) bak air, (6) dinding pengembun, (7) air hasil pengembunan, (8) saluran air hasil destilasi, (9) saluran air yang tidak menguap, (10) bahan porus (kain), (11) saluran air hasil destilasi.

7

10

11 1

3

4 5

2 6

(32)

Gambar 2. Komponen alat destilasi air energi surya menggunakan energy recovery dengan metode kapilaritas satu tingkat.

Komponen utama yang terdapat pada alat destilasi air energi surya menggunakan energy recovery satu tingkat seperti terlihat pada Gambar 2 adalah (1) kaca penutup, (2) bak air, (3) saluran air hasil destilasi, (4) kondensor pasif, (5) saluran air yang tidak menguap, (6) bak air, (7) dinding pengembun, (8) saluran air hasil destilasi, (9) air hasil pengembunan (10) bahan porus (kain).

7

3 1

4

8

5

2 6

9

(33)

Gambar 3. Komponen alat destilasi air energi surya secara umum

Komponen utama yang terdapat pada alat destilasi air energi surya secara umum seperti terlihat pada Gambar 3 adalah (1) kaca penutup, (2) bak air, (3) saluran air hasil destilasi.

Gambar 4. Ketinggian air dalam bak destilasi yang divariasikan 3 1

(34)

3.5 Alat Pendukung Pengambilan Data

1. Pyranometer

Pyranometer merupakan alat yang digunakan untuk mengetahui radiasi surya yang datang dan mengkalibrasi radiasi surya yang diterima oleh solar meter agar sama dengan radiasi yang diterima oleh pyranometer. 2. Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS)

Alat ini digunakan untuk mengetahui temperatur pada alat destilasi. Bagian yang menggunakan sensor TDS pada penelitian ini adalah temperatur kaca (Tc), temperatur air (Tw), temperatur kondensor (Tcond), dan temperatur bagian energy recovery (T1 dan T2).

3. E-Tape

Alat ini digunakan untuk mengetahui ketinggian air hasil destilasi. 4. Microcontroller Arduino

Aplikasi software yang digunakan untuk pembacaan hasil selama pengambilan data dilakukan.

3.6 Langkah-langkah Penelitian

Langkah penelitan yang dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Pada penelitian ini diawali dengan membuat alat seperti pada Gambar 1, 2, dan 3.

(35)

3. Pengambilan data dilakukan tiap 10 detik selama 7 jam dari jam 8.00 sampai dengan jam 15.00. Tiap variasi alat dibutuhkan waktu 3 hari dalam pengambilan data sehingga memerlukan waktu 6 hari untuk pengambilan data setiap variasinya.

4. Data yang dicatat adalah temperatur kaca (Tc), temperatur air (Tw), temperatur kondensor (Tcond), kelembaban udara sekitar (RHA), jumlah massa air destilasi yang dihasilkan (mD), energi surya yang datang (G), dan lama waktu pencatatan data (t).

5. Sebelum melanjutkan pengambilan data untuk hari berikutnya sebelumnya kondisi alat harus diperiksa terlebih dahulu agar alat destilasi tidak ada masalah saat pengambilan data hari berikutnya.

3.7 Analisis Data

(36)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1.Data Penelitian

Berikut ini adalah data hasil penelitian dari tiga variasi alat, yaitu :

1. Ketinggian air pada bak destilasi 12 mm menggunakan kondensor pasif dengan energy recovery dua tingkat dan alat destilasi menggunakan kondensor pasif dengan energy recovery satu tingkat.

4. Ketinggian air pada bak destilasi 12 mm menggunakan kondensor pasif dengan energy recovery dua tingkat dan alat destilasi tanpa menggunakan kondensor pasif dan energy recovery.

Secara lengkap dari hasil penelitian tersebut dapat dilihat secara berurutan pada tabel 1 sampai dengan tabel 3 dengan keterangan sebagai berikut : Tc = temperatur kaca penutup.

(37)

G = rata-rata energi surya yang diperoleh alat destilasi air energi

Menggunakan kondensor dan energy recovery dua tingkat

Ketinggian air Tc Tw mD G

(⁰C) (⁰C) (kg) (W/m2)

1 12 mm 55,73 53,70 1,40 409,22

2 17 mm 49,22 48,55 0,97 344,90

3 29 mm 47,67 49,28 0,88 419,34

Tabel 2 Data pada variasi ketinggian air 12 mm di dalam bak destilasi pada penelitian alat destilasi air energi surya konvensional (tanpa kondensor pasif dan energy recovery) selama tiga hari.

Hari ke -

Tanpa menggunakan kondensor dan energy recovery

(⁰C) (⁰C) (kg) (W/m2)

1 12 mm 54,46 59,47 1,33 409,22

2 12 mm 49,20 55,46 1,24 344,90

(38)

Tabel 3 Data pada variasi ketinggian air 12 mm, 17 mm, 29 mm di dalam bak destilasi pada penelitian alat destilasi air energi surya dengan kondensor pasif dan energy recovery satu tingkat selama tiga hari.

Hari ke -

Menggunakan kondensor dan energy recovery satu tingkat

Berikut ini adalah contoh perhitungan data penelitian dengan variasi ketinggian air dalam bak destilasi 12 mm pada alat destilasi air energi surya. 1. Perhitungan hasil data alat destilasi air energi surya menggunakan

kondensor pasif dan energy recovery dua tingkat

Temperatur air 53,70 ⁰C atau 326,70 K, temperatur kaca 55,73 ⁰C atau 328,73 K, tekanan parsial uap air pada temperatur air 15851,2 N/m2, tekanan parsial uap air pada temperatur kaca 16467,8 N/m2, maka energi matahari yang dipindahkan secara konveksi dapat dihitung dengan persamaan :

qkonv=8,84.10-4 1/3. (Tw-Tc)

qkonv=8,84.10-4 1/3

(39)

Karena energi matahari yang dipindahkan secara konveksi sebesar 0,010 kW/m2, maka energi matahari yang digunakan untuk proses penguapan dapat dihitung dengan persamaan :

quap = 16,27.10-3.qkonv. surya yang datang (G) 409,22 watt/m2, maka untuk menghitung efisiensi dari alat destilasi air energi surya dapat digunakan persamaan :

(40)

matahari yang datang (G) 409,22 watt/m , serta lama waktu pengambilan

2. Perhitungan hasil data alat destilasi air energi surya tanpa menggunakan kondensor pasif dan energy recovery.

Temperatur air 59,47 ⁰C atau 332,47 K, temperatur kaca 54,46 ⁰C atau 327,46 K, tekanan parsial uap air pada temperatur air 21061,2 N/m2, tekanan parsial uap air pada temperatur kaca 15680,4 N/m2, maka energi matahari yang dipindahkan dengan cara konveksi dapat dihitung dengan persamaan :

qkonv=8,84.10-4 1/3. (Tw-Tc)

qkonv=8,84.10-4 1/3

.(332,47-327,46) qkonv= 0,016 kW/m2

(41)

quap = 16,27.10-3.0,016.

quap = 0,235 kW/m2

Karena energi matahari untuk proses penguapan sebesar 0,235 kW/m2, panas laten air 2359,93 kJ/kg, maka muap dapat dihitung dengan

Massa uap air yang dihasilkan sebesar 0,360 kW/m2, dan radiasi surya yang datang (G) 409, 22 watt/m2, maka untuk menghitung efisiensi dari alat destilasi air energi surya dapat digunakan persamaan :

Ƞteoritis = 2359,93 kJ/kg, luasan bak destilasi (Ac) 0,8565 m2, radiasi sinar matahari yang datang (G) 409,22 watt/m2, serta lama waktu pengambilan data selama 8 jam, maka efisiensi alat destilasi secara aktual dapat dihitung dengan persamaan :

Ƞaktual =

(42)

Ƞaktual = %

Ƞaktual = 31,09 %

3. Perhitungan hasil data alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery satu tingkat.

Temperatur air 52,58 ⁰C atau 325,58 K, temperatur kaca 51,24 ⁰C atau 324,24 K, tekanan parsial uap air pada temperatur air 15608,2 N/m2, tekanan parsial uap air pada temperatur kaca 13503,9 N/m2, maka energi matahari yang dipindahkan dengan cara konveksi dapat dihitung dengan persamaan :

qkonv=8,84.10-4 1/3. (Tw-Tc)

qkonv=8,84.10-4 1/3

.(325,58-324,24) qkonv = 0,02 kW/m2

quap = 16,27.10-3.qkonv.

quap = 16,27.10-3.0,02.

(43)

Karena energi matahari untuk proses penguapan sebesar 0,16 kW/m ,

Massa uap air yang dihasilkan sebesar 0,24 kW/m2, dan radiasi surya yang datang (G) 409, 22 watt/m2, maka untuk menghitung efisiensi dari alat destilasi air energi surya dapat digunakan persamaan :

(44)

4.3.Pembahasan

Efisiensi teoritis adalah efisiensi yang didapatkan dari perbandingan dibagi dengan luasan alat destilasi air energi surya dikalikan radiasi surya yang datang dalam satu hari, sedangkan efisiensi aktual adalah efisiensi yang didapatkan dari massa air hasil destilasi dikalikan dengan panas laten air dan dibagi dengan luasan alat destilasi air energi surya dikalikan energi surya yang datang dalam satu hari. Hasil dari efisiensi masing-masing alat dan dari setiap variasi alat akan dilakukan pembahasan dari gambar 5 sampai dengan gambar 10.

(45)

dihasilkan sejumlah 1,40 kg/m (Tabel 1). Efisiensi yang rendah tidak memastikan hasil air yang didapatkan sedikit, jumlah air hasil destilasi dapat banyak jika pada hari tesebut radiasi panas yang dihasilkan cukup besar, sehingga mengakibatkan air di dalam bak destilasi lebih cepat panas dan lebih cepat terjadi proses penguapan. Pada alat yang sama dengan hari yang berbeda dan variasi ketinggian air dalam bak destilasi 17 mm menghasilkan efisiensi teoritis sebesar 44,22%, dengan radiasi surya yang datang sebesar 344,90 watt/m2, dan jumlah air yang dihasilkan sejumlah 0,97 kg/m2. Efisiensi yang tinggi tidak memastikan hasil air yang diperoleh banyak, hasil air yang diperoleh dapat banyak selain dipengaruhi oleh radiasi surya yang tinggi juga dipengaruhi oleh ketinggian air di dalam bak destilasi, karena meskipun radiasi yang diterima besar tetapi apabila ketinggian air di dalam bak destilasi semakin bertambah maka dapat mengakibatkan semakin lama air tersebut untuk panas dan menguap sehingga air yang dihasilkan tidak banyak.

(46)

(47)

(48)

kondensor pasif dan energy recovery dua tingkat di variasi 17 mm dan 29 mm (Gambar 10).

(49)

mm dan 29 mm, hal ini dikarenakan efisiensi aktual dilihat melalui massa air hasil destilasi yang dihasilkan, semakin banyak massa air hasil destilasi maka semakin tinggi juga efisiensi aktual yang dihasilkan karena rumus untuk mencari efisiensi aktual adalah perbandingan dari massa air hasil destilasi dikalikan dengan panas laten air dibagi dengan luasan alat dikalikan energi surya yang datang.

(50)

sebesar 40,03% (Gambar 8), pada alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery satu tingkat lebih baik pada variasi ketinggian 17 mm dan 29 mm bila dibandingkan dengan alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dua tingkat dan hasil efisiensi aktual tertinggi pada alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery satu tingkat sebesar 58,46 % pada variasi ketinggian air 17 mm di dalam bak destilasi.

Gambar 9 Grafik hasil air yang diperoleh pada alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dua tingkat dengan destilasi air energi surya konvensional dengan variasi ketinggian air di dalam bak destilasi 12 mm, 17 mm dan 29 mm.

(51)

(52)

Gambar 10 Grafik perbandingan hasil air yang diperoleh pada alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dua tingkat dengan destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery satu tingkat dengan variasi ketinggian air di dalam bak destilasi 12 mm, 17 mm dan 29 mm.

(53)

(54)

BAB V

PENUTUP

5.1.Kesimpulan

1. Telah berhasil dibuat alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dua tingkat dan destilasi air konvensional (tanpa menggunakan kondensor pasif dan energy recovery), serta melakukan penelitian pada alat tersebut.

2. Pada penelitian ini ketinggian air di dalam bak destilasi sangat berpengaruh terhadap efisiensi dan jumlah volume air yang dihasilkan. Pada ketinggian air 12 mm di bak destilasi menghasilkan jumlah air yang paling banyak dikarenakan proses penguapan lebih cepat berlangsung dibandingkan dengan variasi ketinggian air di dalam bak destilasi 17 mm dan 29 mm. Pada alat menggunakan kondensor pasif dan energy recovery dua tingkat menghasilkan air terbanyak pada ketinggian air 12 mm yakni 1,40 kg/m2 sementara pada alat menggunakan kondensor pasif dan energy recovery satu tingkat menghasilkan air terbanyak pada ketinggian air 17 mm yakni 2,10 kg/m2.

(55)

pasif dan energy recovery satu tingkat menghasilkan efisiensi teoritis tertinggi selama pengambilan data yakni 62,53 % dan efisiensi aktual 58,46 % dengan hasil air yang diperoleh 2,10 liter/m2 dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam sehari sebesar 344,90 watt/m2

5.2.Saran

1. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan dapat membuat model alat destilasi air energi surya dengan variasi yang berbeda.

2. Untuk penelitian selanjutnya diharapkan dapat menggunakan sensor yang lebih baik lagi agar tidak terjadi kesalahan dalam pencatatan data.

(56)

DAFTAR PUSTAKA

Ahmed, H.M. (2012). Experimental Investigations of Solar Stills Connected to External Passive Condensers, Journal of Advanced Science and Engineering Research, 2, pp 1-11

Arismunandar, Wiranto.(1995). Teknologi Rekayasa Surya, Jakarta : Pradnya Paramita.

El-Bahi, A.; Inan, D., (1999), Analysis of a parallel double glass solar still with separate condenser, Renewable Energy, 17, 4, pp 509–521

El-Bahi, A. Inan, D., (1999), A Solar Still With Minimum Inclination, Coupled To An Outside Condenser, Desalination Vol. 123, pp 79-83

Fath, H.E.S.; Samy M. Elsherbiny, S.M. (1993). Effect of adding a passive condenser on solar still performance, Energy Conversion and Management, 34, 1, pp 63–72

Fath, H.E.S; Elsherbiny, S.M.,; Ghazy, A. (2004). A Naturally Circulated Humidifying/Dehumidifying Solar Still With A Built-In Passive Condenser, Desalination, 169, pp 129–149

Kalbasi, R., esfahani, M.,N. (2010). Multi-Effect Passive Desalination System, An Experimental Approach, World Applied Sciences Journal, Vol. 10,10, pp 1264-1271

Kunze, H. (2001). A New Approach To Solar Desalination For Small-And Medium-Size Use In Remote Areas, Desalination, 139, pp 35–41

(57)