163 285 1 PB

(1)

1 Rancang Bangun dan Uji Kinerja Alat Desalinasi – Tanusekar & Sutanhaji

Rancang Bangun dan Uji Kinerja Alat Desalinasi Sistem

Penyulingan menggunakan Panas Matahari dengan

Pengaturan Tekanan Udara

Hangga Hiranandani Tanusekar*, Alexander Tunggul Sutanhaji

Jurusan Keteknikan Pertanian - Fakultas Teknologi Pertanian - Universitas Brawijaya Jl. Veteran, Malang 65145

*Penulis Korespondensi, Email: tanusekar@gmail.com

Abstrak

Indonesia adalah negara kepulauan yang dikelilingi oleh laut, begitu banyak air yang melimpah akan tetapi masih terdapat daerah yang sulit air untuk keperluan air tawar atau air minum. Melimpahnya sinar matahari yang menyinari kepulauan Indonesia hampir sepanjang tahun dapat digunakan sebagai sumber energi. Bentuk pemanfaatan sumber daya matahari adalah upaya memanfaatkan energi matahari untuk memproduksi air tawar dengan memanfaatkan energi panas dari matahari untuk penyulingan air laut. Tujuan penelitian ini adalah merancang dan membuat alat desalinasi air laut yang dapat digunakan untuk penjernihan atau pemurnian air dengan memanfaatkan energi matahari dan melakukan uji kinerja alat yang dirancang. Perancangan alat terdiri dari tiga bagian yaitu evaporator, kondensor dan pompa vakum. Alat desalinasi bekerja berdasarkan sifat koligatif larutan mengenai titik didih. Semakin rendah tekanan atmosfer maka semakin rendah titik didih zat cair, sebaliknya semakin tinggi tekanan atmosfer maka semakin tinggi titik didih zat cair. Tujuan dari menurunkan tekanan adalah menurunkan titik didih zat cair untuk mempercepat laju penguapan. Pengujian penelitian ini menggunakan alat desalinasi yang telah dibuat. Alat desalina si ini memiliki daya tampung bahan 80 liter dengan dimensi 100 cm x 80 cm x 20 cm. Selama pengujian, tekanan udara alat desalinasi diatur pada tekanan -5 cmHg, -7,5 cmHg, -10 cmHg. Hasil pengujian alat desalinasi selama 6 hari dengan titik pengambilan data pada pukul 10.00 WIB, 11.00 WIB, 12.00 WIB dan 13.00 WIB diperoleh hasil maksimal pada perlakuan volume air laut 40 liter dan suhu air laut 47 ᵒ

C dengan tekanan -10 cmHg didapatkan laju penguapan 305,76 ml/jam.

Kata kunci : Air laut, desalinasi, evaporator, kondensor dan pompa vakum.

Design Build and Test Performance Tools Distillation

Desalination System using Solar Heat with Air Pressure Settings

Absract

(2)

liters of sea water and sea water tempera ture of 47 ᵒ C to -10 cmHg pressure obtained evaporation rate 305, 76 ml / hour.

Key words : sea water, desalination, evaporator, condenser and vacuum pump

PENDAHULUAN

Penyediaan air bersih bagi seluruh lapisan masyarakat masih merupakan satu masalah besar di Indonesia. Untuk mengatasi hal tersebut perlu dilakukan upaya untuk mendapatkan air jernih dari air keruh maupun air tawar dari air payau atau air laut. Kepulauan Indonesia berada di sekitar garis katulistiwa memiliki iklim tropis. Melimpahnya sinar matahari yang menyinari kepulauan Indonesia hampir sepanjang tahun dapat digunakan sebagai sumber energi. Energi matahari yang tersedia merupakan sumber energi yang murah dan dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi alternatif. (Darpito, dkk., 1996).

Salah satu bentuk pemanfaatan sumber daya matahari adalah upaya memanfatkan energi matahari untuk memproduksi air tawar dengan memanfaatkan energi panas dari matahari untuk penyulingan air laut. Tujuan penelitian ini adalah merancang dan membuat alat desalinasi air laut dengan memanfaatkan energi matahari dan melakukan uji kinerja alat desalinasi yang telah dibuat.

METODE PENELITIAN

Alat dan Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini diambil Air laut dari pantai Tamban Kab. Malang melalui agen ikan laut hias, kadar garam diasumsikan 35 gr/kg untuk laut hindia (Vulkan & Verlag, 1978). Alat yang dipakai dalam percobaan ini terdiri dari: Termometer untuk mengukur suhu; Manometer vakum (cmHg) untuk mengukur tekanan udara; Rangkaian pompa jet air untuk menurunkan tekanan udara; Pompa air untuk pendingin kondensor. Untuk pengujian digunakan alat desalinasi yang sudah dirancang yang terdiri dari evaporator, kondensor dan pompa vakum. Evaporator dibuat berukuran 100 cm x 80 cm dengan daya tampung bahan 80 liter memiliki laju penguapan 305,76 ml/jam dan kapasitas 7,2 liter/ m2/hari.

Metode Penelitian

Metode yang digunakan dalam penelitian ini adalah perancangan alat yang meliputi analisa fungsional dan analisa struktural dan dilanjutkan dengan melakukan uji kinerja alat yang sudah dirancang. Uji kinerja dilakukan dengan menggunakan dua perlakuan yaitu perlakuan dengan volume awal bahan 30 L dan 40 L , setiap perlakuan dilakukan sebanyak tiga pengamatan dengan tekanan -5 cmHg, -7.5 cmHg dan -10 cmHg. Untuk pengamatan dilakukan dengan menggunakan rangkaian alat desalinasi yang terdiri dari: Evaporator dengan luas 0.8 m² sebagai tempat menguapkan air laut. Kondensor sebagai tempat mengembunkan uap air yang berasal dari evaporator. Pompa vakum sebagai alat menurunkan tekanan di dalam evaporator sekaligus menarik uap air yang dihasilkan menuju kondensor. Manometer sebagai alat penunjuk tekanan pada evaporator.

HASIL DAN PEMBAHASAN

Evaporator

(3)

menghasilkan air tawar 1877,33 mL/hari, kemudian dapat dihitung rata-rata volume air tawar yang diuapkan adalah 4,161 L/m²/hari. Pusat Penelitian dan Pengembangan Permukiman (Anonim, 2005), menemukan bahwa dengan evaporator tenaga surya bisa dihasilkan air tawar 6-8 L/hari, untuk evaporator yang dibuat oleh kimpraswil tidak terdapat informasi mengenai ukuran evaporator. Sugeng Abdullah (2005) menemukan bahwa evaporator tenaga surya ukuran 1m² (dimensi ruang : 100 cm x 100 cm) mampu menghasilkan air tawar dari air laut sebanyak 3,942 L/m²/hari. Sedangkan evaporator dalam penelitian yang dilakukan ini apabila diasumsikan uap air yang terjadi diembunkan semua maka dengan ukuran 0,8 m² (dimensi ruang : 100 cm x 80 cm) mampu menghasilkan air 5.50368 L/hari maka dapat dihitung rata-rata volume air tawar yang dihasilkan adalah 7,2 L/m²/hari, rata-rata ini ternyata lebih tinggi dari penelitian terdahulu, perbedaan volume air tawar yang dihasilkan dari berbagai evaporator tenaga surya ini dapat terjadi karena kemungkinan kondisi dan variable penelitian yang dilakukan berbeda.

Penelitian terdahulu yang dilakukan oleh Goswami mampu menghasilkan 0.19 liter/jam dengan dimensi evaporator 0.2 m² maka dapat dihitung rata-rata volume air tawar yang dihasilkan adalah 22.8 L/m²/hari. Selisih produksi air dari penelitian Goswami dengan penelitian yang telah dilakukan sangat jauh, hal tersebut dikarenakan bahwa penelitian Goswami menggunakan perlakuan pengaturan tekanan udara hingga 6000 Pa(abs) yang setara dengan 4.5 cmHg (abs) atau sama dengan -71.5 cmHg, sehingga air laut pada evaporator turun titik didihnya yang dapat mempercepat laju penguapan pada evaporator. Perbedaan yang paling terlihat adalah pada pengaturan tekanan udara (pemvakuman) pada penelitian yang dilakukan ini sedangkan pada penelitian sebelumnya tidak mengunakan pengaturan tekanan udara (pemvakuman) sehingga dapat disimpulkan bahwa pemvakuman dapat mempercepat laju penguapan air. Gambar rancangan evaporator disajikan pada Gambar 1.

Gambar 1 Evaporator

Kondensor

(4)

Gambar 2 Kondensor

Pompa Vakum

Pompa vakum merupakan bagian dari alat desalinasi yang berperan sebagai penghisap uap air dan mengatur tekanan pada evaporator. Pompa vakum ini memiliki panjang 58 cm dengan diameter lubang hisap dan lubang buang 1 inchi dan lubang masukan air sebesar 3.81 cm pompa vakum dapat menghasilkan kekuatan hisap hingga -62 cmHg. Pompa vakum ini dirancang dengan cara menggabungkan jet air dengan pompa air listrik. Spesifikasi pompa air listrik yang digunakan untuk pompa vakum dapat dilihat pada Tabel 1, sedangkan gambar pompa vakum yang digunakan disajikan pada Gambar 3.

Tabel 1. Spesifikasi Pompa Air Listrik Yang Digunakan Untuk Pompa Vakum

Spesifikasi Nilai

Merk DAB buatan Italy

Model AQUA 401A

Max Cap (L) 340

Suct Head (m maks) 8

Disc Head (m) 12.5

Total Head (m) 20.5

Size (cm) 5.08 x 3.175

Out (watt) 400

V/Hz/Ph 220/50/1

Rpm 2850

Gambar 3. Pompa vakum

Sistem Operasi Alat Desalinasi

(5)

Gambar 4 Sistem Operasi Alat Desalinasi

Proses selanjutnya dalam ruang evaporator, energi panas akan terakumulasi sehingga suhu dalam ruang evaporator akan bertambah tinggi. Ini terjadi karena adanya perubahan panjang gelombang dari 0.32 – 2.00 m menjadi 3 - 80 m. Akibatnya adalah pada panjang gelombang tidak mampu menembus kaca dan ruang evaporator bertambah panas. Fenomena demikian sering disebut sebagai Green house effect (efek rumah kaca) yaitu kondisi dimana suhu udara dalam rumah kaca lebih tinggi dari suhu udara lingkungan luar.

Pada proses selanjutnya energi panas yang berasal dari sinar matahari akan diserap oleh air laut yang berada dalam evaporator sehingga air laut menguap dan pada proses selanjutnya uap air ini akan menuju kondensor, aliran uap air menuju kondensor disebabkan oleh hisapan pompa vakum. Pada proses penguapan air dimana terjadi perubahan bentuk air dari bentuk cair menjadi bentuk gas, secara langsung akan terjadi perubahan berat jenis dari air tersebut, berat jenis air dalam bentuk uap akan lebih kecil dari berat jenis air dalam bentuk cair. Ketika terjadi penguapan air maka unsur - unsur penyusun air laut dan berbagai unsur logam, garam, bahan padat, dan lain-lain yang memiliki berat jenis lebih besar dari berat jenis uap air akan tertinggal sebagai refinat atau residu.

Kinerja Alat Desalinasi Air Laut

Kinerja alat desalinasi dilakukan untuk mengetahui tingkat pencapaian hasil penelitian yang selanjutnya dapat diketahui keunggulan dan kelemahan yang terdapat pada penelitian ini.

Suhu Air Laut dan Suhu Lingkungan

(6)

Gambar 5 Perbandingan suhu air laut dan suhu lingkungan

Pada pukul 10.00 WIB suhu lingkungan selalu lebih tinggi dibandingkan dengan suhu air laut namun pada pukul 13.00 WIB suhu air laut naik dan lebih tinggi. Pada pukul 13.00 WIB untuk suhu air laut mencapai titik tertinggi selama enam hari yaitu 47ᵒC, ini disebabkan oleh cuaca yang cerah dan banyak energi panas yang berasal dari matahari yang diserap oleh air laut sehingga suhu air laut meningkat, untuk suhu lingkungan hanya mencapai 30ᵒC.

Suhu Air Laut dan Tekanan

Pada hasil penelitian menunjukan bahwa suhu air laut semakin naik dengan semakin turunya tekanan. Menurut persamaan gas ideal (PV = nRT) apabila tekanan diturunkan maka suhu juga ikut turun. Namun dari hasil penelitian berbeda, ini terjadi karena ruang evaporator mendapat asupan energi panas matahari secara terus menerus sehingga walaupun tekanan diturunkan suhu akan tetap naik. Pada grafik hubungan suhu air laut dan tekanan dapat dilihat bahwa semakin turunnya tekanan maka suhu air laut makin tinggi. Grafik hubungan suhu air aut dan tekanan disajikan pada Gambar 6.

Gambar 6 Grafik Hubungan Suhu Air Laut Dan Tekanan

Pada tekanan -5 cmHg suhu tertinggi yang dicapai adalah 36 ᵒC, pada tekanan -7.5 cmHg suhu tertinggi yang dicapai adalah 36ᵒC, pada tekanan -10 cmHg suhu tertinggi yang dicapai adalah 46ᵒC, ini terjadi karena evaporator terus menerus di sinari oleh cahaya matahari yang memberi energi panas sehingga walaupun tekanan turun suhu tidak akan turun melainkan semakin naik.

Laju Penguapan Alat Desalinasi

(7)

Gambar 7. Grafik Laju Penguapan Rata–Rata

Pada gambar 7 dapat dilihat laju penguapan air laut untuk volume air 30L terlihat laju penguapan tertinggi pada tekanan -7,5 cmHg yaitu 229.32 mL/jam dan turun pada tekanan -10 cmHg yaitu 152.88 mL/jam, turunnya laju penguapan disebabkan oleh cuaca pada saat penelitian cenderung berawan sehingga sinar matahari yang membawa energi panas terhalang oleh awan. Pada laju penguapan air laut untuk volume 40 L terlihat naik dan laju penguapan tertinggi pada tekanan -10 cmHg yaitu 203.84 mL/jam, ini disebabkan oleh cuaca pada saat penelitian cerah dan tidak berawan ini sangat mendukung terjadinya laju penguapan yang tinggi disamping itu tekanan -10 cmHg cukup rendah untuk menurunkan titik didih air laut.

Efisiensi

Dalam penelitian ini efisiensi yang di hitung adalah perbandingan antara banyaknya air laut masukan dengan banyaknya air yang menguap. Efisiensi penguapan selama penelitian ditunjukan pada gambar grafik terlihat bahwa efisiensi dari evaporator untuk volume bahan baku 30L naik menjadi 2.29% pada perlakuan -7.5 cmHg setelah itu turun untuk perlakuan -10 cmHg menjadi 1.53% , ini disebabkan oleh karena pada waktu penelitian untuk perlakuan -10 cmHg cuacanya berawan sehingga cahaya matahari yang sampai ke evaporator terhalang sehingga laju penguapannya kecil. Volume bahan baku 40L terlihat efisiensi evaporator semakin naik dari menjadi 0.76% pada perlakuan -5 cmHg setelah itu naik untuk perlakuan -10 cmHg menjadi 1.34% dan naik lagi menjadi 1.53% , ini disebabkan oleh karena pada waktu penelitian untuk volume 40L cuacanya dari berawan menjadi cerah sehingga cahaya matahari yang sampai ke air laut tidak terhalang oleh awan sehingga laju penguapannya menjadi besar. Grafik efisiensi perbandingan antara banyaknya air laut masukan dengan banyaknya air yang menguap disajikan pada Gambar 8.

Gambar 8 Grafik efisiensi

(8)

untuk penentuan besarnya efisiensi alat desalinasi yang sudah dibuat dengan mencari rata-rata selama pengamatan 6 hari yaitu 1.45%.

KESIMPULAN

Berdasarkan hasil perancangan dan pengujian alat desalinasi system penyulingan menggunakan panas matahari dengan pengaturan udara diperoleh kesimpulan sebagai berikut; Alat desalinasi air laut bekerja berdasarkan sifat koligatif larutan mengenai titik didih yaitu suatu zat cair dikatakan mendidih jika tekanan uapnya sama dengan tekanan atmosfer di atas permukaan cairan. Semakin tinggi tekanan atmosfer maka semakin tinggi titik didih zat cair begitu juga sebaliknya semakin rendah tekanan atmosfer maka semakin rendah titik didih zat cair. Sistem pengaturan tekanan udara pada evaporator dibuat dengan cara menghisap udara dari evaporator menggunakan pompa vakum, pada pengoprasiannya dibuat secara manual dengan membuka dan menutup kran evaporator; Alat desalinasi sistem penyulingan menggunakan panas matahari dengan pengaturan tekanan udara telah dirancang sesuai dengan rancangan struktural pada metodologi. Evaporator yang dibuat berukuran 100 cm x 80 cm dengan daya tampung bahan 80 liter memiliki laju penguapan 305,76 ml/jam dan kapasitas 7,2 liter/hari/m².

DAFTAR PUSTAKA

Darpito H. dkk. 1996. Kualitas dan Penanganan Penyediaan Air Bersih di Desa -desa Pantai di Indonesia. “Seminar Nasional Pengelolaan Sumberdaya Air di Indonesia 1λλ6”. ITB. Bandung.

Goswami D Y, and Al-Kharabsheh S. 2004. Theoretical Analysis of a Water Desalination System Using Low Grade Solar Heat. Vol.126:774-780

Kusnaedi. 2006. Mengolah Air Kotor untuk Air Minum. Penebar Swadaya, Depok.

Lastriyanto, A. 1999. Peralatan Pasca Panen dan Industri Pengolahan Hortikultura (Kajian Kasus : Peralatan Industri Pengolahan Hortikultura dengan Tekanan Rendah Berbasis Teknologi Jet Air/Water jet. Makalah Seminar Nasional Pengembangan Usaha Agroindustri Peluang dan Tantangan BPPT, Jakarta.

Lynne, T. 2000. Properties of Seawater. Dilihat 7 oktober 2011. (http://sam.ucsd.edu/sio210/ lect_2/lecture_2.html)

Said NI. 2008. Teknologi Pengolahan Air Minum. Badan Pengkajian dan Penerapan Teknologi, Jakarta.

Vulkan & Verlag E. 1978. Sea Water and Sea Water Destilation, Homig, HE.