Peningkatan unjuk kerja destilasi air energi surya menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel - USD Repository

(1)

i

PENINGKATAN UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI

SURYA MENGGUNAKAN KOLEKTOR PELAT DATAR PIPA

PARALEL

TUGAS AKHIR

Diajukan Untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh:

MARKOS TOTOK MARDIYANTO NIM : 085214021

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(2)

ii

PERFORMANCE OF SOLAR WATER DISTILLATIONUSING

ENHANCEMENT A FLAT PLATE PARALLEL PIPE

COLLECTOR

FINAL PROJECT

Presented as Partial Fulfillment of the Requirement

To Obtain the Sarjana Teknik Degree

In Mechanical Engineering Study Program

By :

MARKOS TOTOK MARDIYANTO NIM : 085214021

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

vii

INTISARI

Air bersih merupakan keperluan sehari-hari masyarakat untuk minum dan memasak. Air yang ada sering terkontaminasi dengan tanah, garam (air laut) atau bahan lain. Air dalam kondisi ini dapat mengganggu kesehatan jika digunakan, untuk itu air tersebut harus dijernihkan lebih dahulu.

Melalui alat destilasi air energi surya ini dapat mengetahui perbedaan unjuk kerja alat destilasi dengan menggunakan kolektor pelat datar pipaparalel untuk dapat menaikkan temperatur air masuk kotak destilator.Unjuk kerja alat destilasi dinyatakan dengan jumlah air destilasi yang dihasilkan, efisiensi kolektor dan efisiensi alat.

Alat destilasi air energy surya pada penelitian ini terdiri dari2 (dua) variabel yang divariasikan adalah (1) alat destilasi tanpa menggunakan kolektor, dan (2) alat destilasi dengan menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel,dengan dimensi ukuran kolektor pelat datar pipa paralel,panjang 100 cm dan lebar 50cm,dan dimensi ukuran kotak destilator panjang 100 cm dan lebar 50 cm. Selain itu juga ada 3 (tiga) variabel yang diukur yaitu dengantinggi air yang masuk kedalam kotak destilator adalah (1) 5 mm; (2) 7,5 mm; dan (3) 10 mm.

Efisiensi destilator terbaik dari alat sebesar 40,4%, dengan kondisi tinggi air kontaminasi dalam kotak destilator 5 mm dan efisiensi destilator terendah sebesar14,7%, dengan kondisi tinggi air kontaminasi dalam kotak destilator 10 mm.Hasil uji lab menyatakan air destilasi yang dihasilkan layak untuk dikonsumsi.

(8)

(9)

(10)

x

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ... i

TITLE PAGE ... . ii

HALAMAN PERSETUJUAN ... . iii

HALAMAN PENGESAHAN ... . iv

HALAMAN PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v

HALAMAN PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi

INTISARI ... vii

KATA PENGANTAR ... viii

DAFTAR ISI ... x

DAFTAR TABEL ... xii

DAFTAR GAMBAR ... xv

BAB I. PENDAHULUAN ... 1

1.l Latar Belakang ... 1

1.2 Batasan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 5

1.4 Manfaat Penelitian ... 5

1.5 Metodologi Penelitian ... 6

BAB II. DASAR TEORI ... 7

(11)

xi

2.2Pengertian Destilasi... 8

2.3 Jenis Destilasi ... 8

2.4 Perpindahan Panas ... 11

2.5 Dasar Teori ... 12

BAB III. METODE PENELITIAN ... 15

3.1 Skema Alat Penelitian ... 15

3.2 Prinsip Kerja Alat... 17

3.3 Variabel yang Divariasikan ... 17

3.4 Variabel yang Diukur ... 18

3.5 Metode dan Langkah Pengambilan Data ... 18

BAB IV. HASIL DAN PEMBAHASAN ... 22

4.1 Data Penelitian ... 22

4.2 Hasil penelitian ... 28

4.3 Pembahasan ... 42

4.4 Hasil Maksimum Setiap Variasi yang Didapat ... 42

BAB V. PENUTUP ... 51

5.1Kesimpulan ... 51

5.2Saran ... 52

DAFTAR PUSTAKA ... 53

(12)

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data pertama pada variasi tinggi air di kotak destilator setinggi

5 mm... 22

Tabel 4.2 Data kedua pada variasi tinggi air di kotak destilator setinggi 5

mm... ... 23

7,5 mm... 24

Tabel4.4 Data kedua pada variasi tinggi air di kotak destilator setinggi

7,5 mm... 25

10 mm... 26

Tabel 4.6 Data kedua pada variasi tinggi air di kotak destilasi setinggi 10

mm... 27

Tabel4.7 Hasil efisiensi destilator alat destilasi tanpa kolektor, untuk

tinggi air didalam kotak destilator 5 mm (data pertama) ... 30

Tabel4.8 Hasil efisiensi destilator alat destilasi tanpa kolektor, untuk

tinggi air didalam kotak destilator 5 mm (data kedua)... . 30

Tabel 4.9 Hasil efisiensi destilator alat destilasi dengan kolektor pelat

datar pipa paralel , untuk tinggi air didalam kotak destilasi 5

mm (data pertama) ... 31

mm (data kedua) ... 31

Tabel 4.11 Hasil efisiensi destilator alat destilasi tanpa kolektor, untuk

tinggi air didalam kotak destilator 7,5 mm (data pertama) ... 32

(13)

xiii

datar pipa paralel , untuk tinggi air didalam kotak destilator

7,5 mm (data pertama) ... 33

datar pipa paralel , untuk tinggi air dalam kotak destilator 7,5

tinggi air didalam kotak destilasi 10 mm (data pertama) ... 34

tinggi air didalam kotak destilasi 10 mm (data kedua) ... 34

10 mm (data pertama) ... 35

10 mm (data kedua) ... 35

Tabel 4.19 Hasil efisiensi kolektor alat destilasi dengan kolektor pelat

datar pipa paralel , untuk tiggi air dalam kotak destilasi 5 mm

(data kedua) ... 36

7,5 mm (data pertama) ... 37

7,5 mm (data kedua) ... 37

(14)

xiv

10 mm (data kedua) ... 38

Tabel 4.25 Hasil efisiensi total alat destilasi dengan kolektor pelat datar

pipa paralel , untuk tinggi air didalam kotak destilator 5 mm

(data pertama) ... 39

pipa paralel , untuk tinggi air didalam kotak destilator 5 mm

(data kedua) ... 39

pipa paralel , untuk tinggi air didalam kotak destilator 7,5

pipa paralel , untuk tinggi air dalam kotak destilator 10 mm

(data pertama)... . 41

pipa paralel , untuk tinggi air dalam kotak destilator 10 mm

(15)

xv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Skema alat destilasi energi surya yang umum ... 4

Gambar 1.2 Skema alat destilasi energi surya tanpa menggunakan kolektor. 4 Gambar 1.3 Skema alat destilasi energi surya dengan menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel... 4

Gambar 1.4 Bagian bagian kolektor pelat datar pipa paralel... . 5

Gambar 2.1 Alat destilasi sederhana ... 8

Gambar 2.2 Alat destilasi fraksionisasi ... 9

Gambar 2.3 Alat destilasi uap ... 10

Gambar 2.4 Alat destilasi vakum ... 11

Gambar 3.1 Skema alat ... 15

Gambar 3.2 Variasi tinggi air ... 17

Gambar 4.1 Grafik perbandingan volume air destilasi dengan waktu dari alat destilasi tanpa kolektor... 42

Gambar 4.2 Grafik perbandingan volume air destilasi dengan waktu dari alat destilasi menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel ... 43

Gambar 4.3 Grafik perbandingan volume air destilasi dengan variasi yang berbeda setiap 10 menit tanpa menggunakan kolektor... 43

(16)

xvi

Gambar 4.5 Garfik volume air destilasi dari alat destilasi ... 45

Gambar 4.6 Grafik perbandingan efisiensi destilator tanpa menggunakan

kolektor dan menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel .... 45

Gambar 4.7 Grafikefisiensi kolektor menggunakan kolektor pelat datar pipa

paralel... 47

Gambar 4.8 Grafikefisiensi total alat destilasi menggunakan kolektor pelat

datar pipa pararel dan tanpa menggunakan kolektor pelat datar

pipa paralel. ... 48

Gambar 4.9 Grafik perbandingan kandungan kimia yang terdapat pada air

(17)

BAB I

PENDAHULUAN

1.1Latar Belakang

Di jaman sekarang air bersih merupakan keperluan sehari-hari masyarakat

untuk minum dan memasak. Air yangada sering terkontaminasi dengan tanah,

garam (air laut) atau limbah pabrik.Air dalam kondisi ini dapat mengganggu

kesehatan jika digunakan, untuk itu air tersebut harus dijernihkan lebih

dahulu.

Ada beberapa cara penjernihan air diantaranya dengan menggunakan alat

destilasi energi surya. Alat destilasi energi surya memiliki keuntungan dalam

hal biaya yang murah, pemakaian dan perawatan yang mudah. Alat destilasi

surya umumnya terdiri dari 2 (dua) komponen penting yakni pelat absorber

dan penutup kaca. Absorber berfungsi menyerap energi surya untuk

menguapkan air sehingga air terpisah dari kotoran.Penutup kaca berfungsi

sebagai tempat mengembunnya uap air sehingga dihasilkan air murni.

Unjuk kerja suatu alat destilasi surya ditentukan oleh jumlah air bersih

yang dapat dihasilkan, efisiensi kolektor dan efisiensi destilator. Banyak

faktor yang mempengaruhi jumlah air destilasi yang dihasilkan diantaranya:

keefektifan absorber dalam menyerap energi surya, keefektifan kaca dalam

(18)

dan temperatur awal air masuk ke dalam alat destilasi. Absorber harus terbuat

dari bahan dengan absorbtivitas energi surya yang baik, untuk meningkatkan

absorbtivitas umumnya absorber dicat hitam. Kaca penutup tidak boleh

terlalu panas, jika kaca terlalu panas maka uap akan sukar mengembun.

Jumlah massa/ volume air yang ada di dalam alat destilasi tidak boleh terlalu

banyak karena akan memperlama proses penguapan air. Tetapi jika massa/

volume air dalam alat terlalu sedikit maka alat destilasi dapat rusak karena

terlalu panas (umumnya kaca penutup akan pecah). Temperatur air masuk alat

destilasi harus diusahakan sudah tinggi. Semakin tinggi temperatur air

masuk alat destilasi maka air jernih yang dihasilkan akan semakin banyak

sehingga unjuk kerja alat destilasi semakin meningkat. Cara yang dapat

digunakan untuk mempertinggi temperatur air masuk alat destilasi adalah

dengan pemanasan awal air yang akan didestilasi misalnya dengan

menggunakan kolektor pelat datar pipaparalel.

Informasi tentang unjuk kerja alat destilasi yang menggunakan kolektor

pelat datar pipaparalel di Indonesia belum banyak sehingga masih perlu

dilakukan banyak penelitian tentang hal ini. Penelitian ini pada dasarnya

bertujuan untuk mengetahui kenaikan unjuk kerja alat destilasi dengan

menggunakan kolektor pelat datar pipapapalel untuk menaikkan temperatur air

masuk.

1.2Batasan Masalah

Kolektor pelat datar pipa paralel dan alat destilasi tanpa kolektor,

(19)

destilasi tanpa kolektor sederhana sehingga pembuatannya lebih mudah dan

murah.Temperatur yang dapat dihasilkan alat inikurang tinggi, hal ini

disebabkan alat destilasi tanpa kolektor masih kecil menghasilkan air

destilasi.Kelemahan alat destilasi tanpa kolektor dibandingkan kolektor pelat

datar pipa paralel adalah alat destilasi tanpa kolektor memerlukan curah panas

harian yang tinggi sedangkan alat destilasi yang menggunakan kolektor pelat

datar pipa paralel tidak memerlukan curah panas yang besar dan pengaturan

letak kolektor sehingga dari sisi pengoperasiannyalebih sederhana. Kelemahan

alat destilasi tanpa kolektor dibandingkan alat destilasi menggunakan kolektor

pelat datar pipa paralel yang lain yaitu alat destilasi tanpa kolektor hanya

dapat berfungsi pada cuaca yang cerah sedangkan jika cuaca berawan alat

destilasi tanpa kolektor tidak dapat berfungsi dengan baik. Alat destilasi

menggunakankolektor pelat datar pipa paralel dapat berfungsi disegala cuaca

selama energi surya masih ada.

Dari perbedaan karakteristik kolektor tersebut maka unjuk kerja alat destilasi

yang dihasilkan sangat bergantung pada kondisi cuaca dimana alat destilasi

tersebut digunakan. Untuk daerah yang kondisi cuaca rata-rata tahunannya

cerah maka akan lebih menguntungkan jika menggunakan jenis destilator

tanpa kolektor. Untuk daerah yang kondisi cuaca rata-rata tahunannya

berawan akan lebih menguntungkan jika menggunakan jenis kolektor pelat

datar pipa paralel. Pada penelitian ini akan digunakan 2(dua) jenis alat

destilasi yakni : (1) alat destilasi tanpa kolektor dan (2) alat destilasi

(20)

terhadap unjuk kerja alat destilasi dan,jumlah tinggi air didalam kotak

destilator yakni (1)5 mm, (2)7,5mm dan (3)10mm. Unjuk kerja alat destilasi

dinyatakan dengan jumlah air destilasi yang dihasilkan, efisiensi kolektor dan

efisiensi destilator.

Gambar 1.1 Skema alat destilasi energi surya yang umum

Gambar 1.2.Skema alat destilasi energi surya tanpa menggunakan kolektor.

Gambar 1.3.Skema alat destilasi energi surya dengan menggunakan

(21)

Detil bagian-bagian kolektor pelat datar paralel yang digunakan pada penelitian

ini dapat dilihat pada Gambar 1.4

Gambar 1.4. Bagian bagian kolektor pelat datar pipa paralel

1.3Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian antara lain :

1. Mengetahui unjuk kerja alat destilasi dengan menggunakan kolektor

pelat datar pipa paralel dan destilator tanpa kolektor untuk menaikkan

temperatur air masuk alat destilasi. Unjuk kerja alat destilasi

dinyatakan dengan jumlah air destilasi yang dihasilkan, efisiensi

kolektor,efisiensi destilator,danefisiensi total.

2. Mengetahui kelayakan air yang sudah di destilasi untuk dikonsumsi.

1.4Manfaat Penelitian

Manfaat yang akan didapat dari pembuatan tugas akhir ini adalah:

1. Menambah kepustakaan teknologi alat destilasi air energi surya.

2. Hasil-hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk

membuat prototipe dan produk teknologi alat destilasi dengan energi

surya yang dapat diterima masyarakat sehingga dapat meningkatkan

(22)

3. Meningkatkan taraf kesehatan masyarakat.

4. Berpartisipasi dalam penelitian green energi.

1.5Metodologi Penelitian

1. Prosedur Penelitian

Secara rinci langkah penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut:

1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti pada Gambar 1.2dan

Gambar1.3.

2. Kedua konfigurasi alat di panasi dengan energi surya secara

bersamaan.

3. Pengambilan data dilakukan tiap 10 menit selama 6 hari untuk tiap

variasi tinggi air dalam kotak destilator.

4. Data yang dicatat adalah temperatur kaca (T1), temperatur air masuk

kolektor (T2), temperatur air keluar kolektor (T₃), temperatur air di

dalam kotak destilasi (T₄),jumlahvolume air destilasi yang dihasilkan

(ml), radiasi surya yang datang pada permukaan miringkolektor (G)

dan lama waktu pencatatan data.

5. Sebelum melanjutkan pengambilan data untuk varisi berikutnya

kondisi alat destilasi harus didiamkan agar kembali ke kondisi awal

(23)

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Penelitian yang Pernah Dilakukan

Alat destilasi energi surya konvensional umumnya dapat menghasilkan

air bersih 2 liter per hari tiap satu meter persegi luasan kolektor. Keuntungan alat

destilasi energi surya sebagai penjernih air diantaranya tidak memerlukan biaya

tinggi dalam pembuatannya, pengoperasian dan perawatannya mudah (Kunze,

2001).Alat destilasi air laut energi surya menggunakan arang sebagai absorber

sekaligus sebagai sumbu menghasilkan efisiensi 15% diatas alat destilasi jenis

sumbu. Pada penelitian ini alat destilasi diposisikan miring dan air laut dialirkan

dari satu sisi alat kesisi lain yang lebih rendah (Naim et. al., 2002a). Penelitian

alat destilasi energi surya menggunakan penyimpan panas dengan material

berubah fasa menghasilkan air destilasi 4,536 L/m2 dalam 6 jam atau setara

dengan efisiensi 36,2%. Material penyimpan panas yang digunakan adalah air

lilin parafin dan minyak parafin.Dengan menggunakan bahan penyimpan panas

alat destilasi ini dapat bekerja siang dan malam (Naim et. al., 2002b).Penelitian

alat destilasi surya satu tingkat menggunakan aspal sebagai penyimpan panas

dapat bekerja siang dan malam.Efisiensi yang dihasilkan sampai 51%. Proses

destilasi pada malam hari memberikan kontribusi sebanyak 16% dari total air

destilasi yang dihasilkan. Alat destilasi ini dilengkapi dengan penyembur air

(24)

3m2 di Amman, Jordania menggunakan campuran garam, pemberian warna

lembayung dan arang untuk meningkatkan daya serap air terhadap energi surya

menghasilkan peningkatan efisiensi sebesar 26% (Nijmeh et. al., 2005)

2.2 Pengertian Destilasi

Destilasi adalah cara memisahkan benda cair melalui perbedaan titik

didihnya, diciptakan sekitar tahun 800 oleh ilmuwan terkemuka Islam, yang

mengubah alkemi menjadi ilmu kimia, menemukan berbagai alat dan proses dasar

yang masih kita gunakan hingga kini

2.3 Jenis Destilasi

Menurut jenis pemisahannya terdapat 4 jenis distilasi yaitu :

1. Destilasi Sederhana

(25)

Pada destilasi sederhana, dasar pemisahannya adalah perbedaan titik didih

yang jauh. Jika campuran dipanaskan maka komponen yang titik didihnya

lebih rendah akan menguap lebih dulu. Distilasi ini dilakukan pada tekanan

atmosfer.Aplikasi distilasi sederhana digunakan untuk memisahkan campuran

air dan alkohol.

2. Distilasi Fraksionisasi

Gambar 2.2 Alat destilasi fraksionisasi

Fungsi destilasi fraksionasi adalah memisahkan komponen-komponen

cair, dua atau lebih, dari suatu larutan berdasarkan perbedaan titik

didihnya.Distilasi ini juga dapat digunakan untuk campuran dengan perbedaan

titik didih kurang dari 20 °C dan bekerja pada tekanan atmosfer atau dengan

tekanan rendah. Aplikasi dari distilasi jenis ini digunakan pada industri

minyak mentah, untuk memisahkan komponen-komponen dalam minyak

(26)

Perbedaan distilasi fraksionasi dan distilasi sederhana adalah adanya kolom

fraksionasi.Di kolom ini terjadi pemanasan secara bertahap dengan suhu yang

berbeda-beda pada setiap pelatnya.

3. Distilasi Uap

Gambar 2.3 Alat destilasi uap

Destilasi uap digunakan pada campuran senyawa-senyawa yang memiliki

titik didih mencapai 200 °C atau lebih.Distilasi uap dapat menguapkan

senyawa-senyawa ini dengan suhu mendekati 100 °C dalam tekanan atmosfer

dengan menggunakan uap atau air mendidih.Sifat yang fundamental dari

distilasi uap adalah dapat mendistilasi campuran senyawa di bawah titik didih

dari masing-masing senyawa campurannya.Aplikasi dari distilasi uap adalah

untuk mengekstrak beberapa produk alam seperti minyak eucalyptus, minyak

sitrus dari lemon atau jeruk, dan untuk ekstraksi minyak parfum dari

(27)

4. Distilasi Vakum

Gambar 2.4 Alat destilasi vakum

Destilasi vakum biasanya digunakan jika senyawa yang ingin didistilasi

tidak stabil, dengan pengertian dapat terdekomposisi sebelum atau mendekati

titik didihnya atau campuran yang memiliki titik didih di atas 150 °C.

2.4 Perpindahan panas

Proses perpindahan kalor pada alat destilasi tenaga surya dapat terjadi secara :

1. Konduksi merupakan perpindahan kalor yang tejadi dimana energi

kalornya berpindah sedangkan zat perantaranya tidak bergerak.

2. Konveksi adalah perpindahan panas antara fluida yang bergerak dengan

benda padat.

3. Radiasi merupakan perpindahan kalor melalui media atau melalui

(28)

2.5 Dasar Teori

Komponen utama yang terdapat pada sebuah alat destilasi energi surya pada

umumnya adalah pelat absorber dan kaca penutup. Absorber berfungsi sebagai

penyerap energi surya untuk memanasi air yang akan didestilasi. Kaca penutup

berfungsi sebagai kondenser yang berfungsi mengembunkan uap air. Bagian lain

yang umum terdapat pada kolektor destilasi adalah saluran masuk air

terkontaminasi, saluran keluar air destilasi dan permukaan reflektif untuk

memantulkan energi surya yang datang ke absorber. Komponen penting diluar

kolektor adalah pengatur ketinggian air yang mengatur jumlah air dalam alat agar

tidak terlalu banyak.

Proses destilasi meliputi penguapan dan pengembunan air. Air yang

terkontaminasi menguap karena mendapat kalor dari absorber, bagian yang

menguap hanya air sedangkan bahan kontaminasi tertinggal di absorber. Uap naik

keatas dan bersentuhan dengan kaca, karena temperatur kaca bagian luar lebih

rendah dari temperatur bagian dalam kolektor maka air mengembun. Embun

mengalir ke saluran keluar karena posisi kaca yang miring.

Unjuk kerja alat destilasi energi surya dinyatakan dengan jumlah air

destilasi yang dihasilkan, efisiensi kolektor dan efisiensi alat destilasi. Efisiensi

kolektor terdiri dari efisiensi kolektor dan efisiensi destilator. Efisiensi kolektor

didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi yang dipakai untuk

menaikkan temperatur sejumlah massa air dalam kolektor dari temperatur awal

(29)

interval waktu tertentu. Efisiensikolektor dapat dihitung dengan persamaan

dt : lama waktu pemanasan (detik)

G : radiasi surya yang datang (W/m2)

mg : massa air (kg)

T : kenaikan temperatur air (C)

Efisiensi destilator didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi

yang digunakan dalam proses penguapan air dengan jumlah radiasi surya yang

datang selama waktu tertentu. Efisiensi destilator dapat dihitung dengan

persamaan :

dt : lama waktu pendidihan (detik)

(30)

hfg : panas laten air (J/(kg))

mg : massa uap air (kg)

Efisiensi total merupakan perkalian efisiensi kolektor dengan efisiensi

destilator. Efisiensi total dapat dihitung dengan persamaan :

(3)

dengan:

S : efisiensi kolektor

(31)

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1. Skema Alat Penelitian

Alat destilasi air energi surya pada penelitian ini terdiri dari 2 (dua) bagian

utama, yaitu bagian kotak destilator dan kolektor. Sistem destilasi ini

menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel yang dihubungkan ke kotak

destilator dengan bantuan pipa yang searah.

Gambar 3.1. Skema Alat

3

1 6

7

5

(32)

Keterangan :

1. Kotak Destilator

2. Kolektor pelat datar pipa Paralel

3. Kaca

4. Pengatur Ketinggian Air

5. Saluran Air Destilasi

6. Tangki Air Destilasi

7. Tangki Air Terkontaminasi

Selain alat utama dalam penelitian seperti Gambar 3.1, digunakan alat-alat

pendukung sebagai berikut :

a. Stopwatch

Alat ini digunakan untuk mengukur waktu tiap 10 menit seberapa

banyak air destilasi yang dihasilkan oleh alat destilasi ini.

b. Termokopel

Dipakai untuk mengetahui suhu.

c. Gelas ukur

Dipakaii untuk menghitung volume air desilasiyang dihasilkan oleh

alat destilasi.

d. Solar meter

(33)

3.2. Prinsip Kerja Alat

Kolektor yang digunakan adalah kolektor pelat datar pipa paralel.Prinsip

kerja alat ini ialah air terkontaminasi yang mengalir melalui selang dan mengalir

ke kolektor pelat datar pipa paralel, kemudian dipanaskan murni dengan sinar

surya matahari. Selanjutnya air yang sudah mengalami kenaikan suhu akan naik

ke kotak destilator,di kotak destilator air akan menguap dan menempel pada kaca.

Kemudian uap air yang mengalami beda suhu akan menjadi air destilasi yang

kemudian mengalir turun ke saluran air destilasi menuju ke tangki air destilasi.

3.3. Variabel Yang Divariasikan

Variabel yang divariasikan dalam pengujian yaitu :

1. Konfigurasi alat destilasi :

a. Tanpa menggunakan kolektor

b. Menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel.

2. Tinggi air dalam kotak destilator : (1)5 mm, (2) 7,5 mm,dan (3) 10mm.

Tinggi air : 5 mm Tinggi air : 7,5 mm

Tinggi air : 10 mm

(34)

Berikut adalah contoh perhitunga massa air di dalam kotak destilator :

Variasi pertama :

Vair = Tinggi air x Panjang alat destilasi x lebar alat destilasi

= 0,005 m x 1 m x 0,5 m

= 0,0025 m³

3.4. Variabel yang diukur

1. Temperatur air mula-mula (Tf1)

2. Temperatur air setelah selang waktu tertentu (Tf2)

3. Jumlah volume air destilasi yang dihasilkan (mf)

4. Radiasi surya yang datang pada permukaan miring kolektor (G)

5. Lama waktu pencatatan data

3.5Metode dan Langkah Pengambilan Data

Metode pengumpulan data adalah cara-cara memperoleh data melalui

percobaan alat.Metode yang dipakai untuk mengumpulkan data yaitu

menggunakan metode langsung.Penulis mengumpulkan data dengan menguji

langsung alat yang telah dibuat.

Langkah- langkah pengambilan data :

a. Variasi 1

1. Penelitian diawali dengan mengisi kotak destilator dengan tinggi air

yang sama antara kotak destilator tanpa kolektor dan kotak destilator

(35)

2. Kedua konfigurasi alat dipanasi dengan energi surya matahari secara

bersamaan.

3. Pengambilan data dilakukan tiap 10 menit dalam waktu minimal 2

jam.

dalam kotak destilasi (T₄) selang waktu 5 menit, jumlah volume air

destilasi yang dihasilkan selang waktu 10 menit (ml), radiasi surya

yang datang pada permukaan miringkolektor selang waktu 10 menit

(G) dan lama waktu pencatatan data.

sebelum dilakukan pengambilan data berikutnya.

b. Variasi 2

dengan kolektor pelat datar pipa paralel,yaitu 7,5mm.

bersamaan.

(36)

dalam kotak destilasi (T₄) selang waktu 5 menit, jumlah volume air

destilasi yang dihasilkan selang waktu 10 menit (ml), radiasi surya

yang datang pada permukaan miringkolektor selang waktu 10 menit

(G) dan lama waktu pencatatan data.

sebelum dilakukan pengambilan data berikutnya.

c. Variasi 3

dengan kolektor pelat datar pipa pararel,yaitu 10mm.

bersamaan.

jam.

4. Data yang dicatat adalah temperatur kaca mula-mula (T1), temperatur

air masuk kolektor (T2), temperatur air keluar kolektor (T₃),

temperatur air di dalam kotak destilasi (T₄) selang waktu 5 menit,

(37)

menit(ml), radiasi surya yang datang pada permukaan miringkolektor

selang waktu 10 menit (G) dan lama waktu pencatatan data.

(38)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1. Data Penelitian

Data pengujian yang didapat terdiri dari beberapa data yang telah

dituliskan penulis padametode penelitian. Berikut data-data yang didapat.

Pada proses pengambilan data yang dilakukan untuk destilasi tenaga surya

biberikan sebanyak 3 variasi. Variasi yang diberikan adalah sebagai berikut :

tinggi air didalam kotak destilator dengan tinggi 5 mm, tinggi air didalam kotak

destilator dengan tinggi 7,5 mm, dan tinggi air didalam kotak destilator dengan

tinggi 10 mm.

Tabel 4.1 Data pertama pada variasi tinggi air di kotak destilator setinggi 5 mm.

Waktu (menit)

Radiasi Matahari (Watt/m²)

Tanpa Kolektor Menggunakan Kolektor Pipa Paralel

(39)

Tabel 4.1 Data pertama pada variasi tinggi air di kotak destilator setinggi 5

T₁(℃) T₄(℃) _{(ml) T}ΔV ₁(℃) T₂(℃) T₃(℃) T₄(℃) _(ml)ΔV.

Tabel 4.2 Data kedua pada variasi tinggi air di kotak destilator setinggi 5 mm.

Waktu (menit)

(40)

Tabel 4.2 Data kedua pada variasi tinggi air di kotak destilatorsetinggi 5

T₁(℃) T₄(℃) ΔV

Hasil air destilasi yang dihasilkan oleh alat destilasi dengan kolektor pelat datar

pipa paralel menghasilkan air destilasi 460 ml dan tanpa kolektor 280 ml dalam

waktu 110 menit dengan tinggi air di dalam kotak destilator 5 mm.

Tabel 4.3 Data pertama pada variasi tinggi air di kotak destilator sebanyak 7,5 mm.

Waktu (menit)

(41)

Tabel 4.3 Data pertama pada variasi tinggi air di kotak destilator setinggi 7,5

T₁(℃) T₄(℃) _{(ml) T}ΔV ₁(℃) T₂(℃) T₃(℃) T₄(℃) _(ml)ΔV.

Tabel 4.4 Data kedua pada variasi tinggi air di kotak destilator setinggi 7,5 mm

Waktu (menit)

(42)

Tabel 4.4 Data kedua pada variasi tinggi air di kotak destilator setinggi 7,5

T₁(℃) T₄(℃) _{(ml) T}ΔV ₁(℃) T₂(℃) T₃(℃) T₄(℃) _(ml)ΔV.

waktu 110 menit dengan tinggi air di dalam kotak destilator 7,5 mm.

Tabel 4.5 Data pertama pada variasi tinggi air di kotak destilator sebanyak 10

mm.

(43)

Tabel 4.5 Data pertama pada variasi tinggi air di kotak destilator setinggi 10

T₁(℃) T₄(℃) ΔV

Waktu (menit)

(44)

T₁(℃) T₄(℃) _(ml)ΔV T₁(℃) T₂(℃) T₃(℃) T₄(℃) _(ml)ΔV.

waktu 110 menit dengan tinggi air di dalam kotak destilator 10 mm.

4.2. Hasil Penelitian

Berikut ini adalah contoh perhitungan pada pengambilan data Percobaan

variasi pertama pada Tabel 4.1.

Untuk alat destilasi tenaga surya, volume uap air 40 (m3) dan dimana massa jenis

uap 1000 (kg/m3), maka massa uap air (kg) yang dihasilkan :

ℳg =

= 0.04 kg

Karena massa uap air didapat 0,04 kg,panas laten air 2.393.000 J/kg,luasan

kolektor 0,5 m2 , radiasi surya matahari 817,5 W/m2 , lama waktu pendidihan 10

(45)

=

x 100%

= 39,02 %

Karena massa air didalam pipa kolektor 0,497 kg, panas jenis air 4200 J/kg.K,

luasan kolektor 0,5 m2 , radiasi surya matahari 817,5 W/m2 , lama waktu

pemanasan 10 menit, kenaikan temperatur rata-rata air 15℃, maka efisiensi

kolektor didapat dari persamaan (1) :

= ( )

x 100%

= 12,76 %

Setelah didapat efisiensi destilator 39,02 % dan efisiensi kolektor 12,76 %, maka

efisiensi total didapat dari persamaan (3):

= 39,02 % x 12,76 %

(46)

Tabel 4.7 Hasil efisiensi destilator alat destilasi tanpa kolektor, untuk tinggi

air didalam kotak destilator 5 mm (data pertama).

m (kg) G(watt/m²) dt(menit) Efisiensi destilator(%) 0,015 817,50 10 14,64 rata-rata efisiensi destilator 22,50

Tabel 4.8 Hasil efisiensi destilator alat destilasi tanpa kolektor, untuk tinggi

air didalam kotak destilator 5 mm (data kedua).

(47)

Tabel 4.9 Hasil efisiensi destilator alat destilasi dengan kolektor pelat datar

pipa paralel, untuk tinggi air didalam kotak destilator 5 mm (data pertama).

m (kg) G(watt/m²) dt(menit) Efisiensi destilator (%) 0,04 817,50 10 39,04 rata-rata efisiensi destilator 38,23

datar pipaparalel, untuk tinggi air didalam kotak destilator 5 mm (data

kedua).

(48)

tinggi air didalam kotak destilator 7,5 mm (data pertama).

m (kg) G(watt/m²) dt(menit) Efisiensi destilator(%) 0,015 805,00 10 14,87 rata-rata efisiensi destilator 26,38

tinggi air didalam kotak destilator 7,5 mm (data kedua).

(49)

datar paralel, untuk tinggi air didalam kotak destilator 7,5 mm (data

pertama).

datar paralel, untuk tinggi air didalam kotak destilator7,5 mm (data kedua).

(50)

tinggi air didalam kotak destilator 10 mm (data pertama).

tinggi air didalam kotak destilator 10 mm (data kedua).

(51)

datar pipa paralel, untuk tinggi air didalam kotak destilasi 10 mm (data

pertama).

datar pipa paralel, untuk tinggi air didalam kotak destilator 10 mm (data

kedua).

(52)

Tabel 4.19 Hasil efisiensi kolektor dari alat destilasi tanpa kolektor dan

dengan menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel dengan tinggi air 5

mm (data pertama). rata-tara efisiensi kolektor 11,83

mm (data kedua).

(53)

dengan menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel dengan tinggi air

7,5 mm (data pertama). rata-rata efisiensi kolektor 14,83

(54)

mm (data pertama). rata-rata efisiensi kolektor 11,75

(55)

Tabel 4.25 Hasil efisiensi total dari alat destilasi tanpa kolektor dan

mm (data pertama).

(56)

7,5 mm (data pertama).

(57)

mm (data pertama).

dengan menggunakan kolektor pelat datar pipa pararel dengan tinggl air 5

(58)

4.3Pembahasan

Data yang telah didapat, akan dibandingan setiap variasi yang dilakukan

dalam percobaan. Untuk mempermudah melihat perbedaan data, dibuat grafik

berdasarkan hasil maksimum yang didapat, dan juga ada data yang telah di olah

oleh peneliti pada data perhitungan efisiensi destilator terdapat efisiensi yang

melebihi batas (100%) yang dicetak tebal pada Tabel 4.11. Di karenakan radiasi

sinar matahari G (watt/m²) yang kecil kurang dari rata-rata, karena pada saat

pengambilan data peneliti mencatat radiasi sinar matahari pada saat matahari

terhalang oleh awan,maka G (watt/m²) yang diambil kecil.

4.4Hasil Maksimum Setiap Variasi yang Didapat

Gambar 4.1 Grafik perbandingan volume air destilasi dengan waktu dari alat

destilasi tanpa kolektor.

Dari Gambar 4.1 dapat diketahui bahwa volume air destilasi yang terjadi di alat

destilasi tanpa kolektor, volume teringgi terjadi pada variasi 1 yaitu pada variasi

tinggi air 5 mm, yang menghasilkan volume air destilasi tertinggi 280 ml.

(59)

Gambar 4.2 Grafik perbandingan volume air destilasi dengan waktu dari alat

destilasi menggunakan kolektor.

Dari Gambar 4.2 dapat diketahui bahwa volumeair destilasi yang terjadi di alat

destilasi dengan kolektor pelat datar pipa paralel, volume teringgi terjadi pada

variasi 1 yaitu pada variasi tinggi air 5 mm, yang menghasilkan volume air

destilasi tertinggi 460 ml.

Gambar 4.3 Grafik perbandingan volume air destilasi dengan variasi yang berbeda

setiap 10 menit tanpa menggunakan kolektor.

(60)

destilasi tanpa menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel, setiap 10 menitnya

yang hasilnya meningkat, yaitu dengan variasi tinggi air 5 mm.

Gambar 4.4 Grafik perbandingan volume air destilasi dengan variasi yang berbeda

setiap 10 menit dengan menggunakan kolektor plat datar pipa paralel.

destilasi menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel, setiap 10 menitnya yang

hasilnya meningkat, yaitu dengan variasi massa air 5 mm.

0 10 20 30 40 50 60 70 80

0 20 40 60 80 100 120

volum

e (

ml

)

waktu (menit)

tinggi air 5 mm

tinggi air 7,5 mm

(61)

280

Gambar 4.5 Grafik volume air destilasi dari alat destilasi

Air destilasi yang dihasilkan alat destilasi Gambar 4.5, dapat kita ketahui

bahwa pada variasi volume air destilasi dengan tinggi air dalam kotak destilator

setinggi 5 mm menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel menghasilkan air

destilasi tertinggi mencapai 460 ml.

Gambar 4.6 Grafik perbandingan efisiensi destilator tanpa menggunakan kolektor

(62)

Efisiensi destilator didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi

yang digunakan dalam proses penguapan air dengan jumlah radiasi surya yang

datang selama waktu tertentu. Dari Gambar 4.6 hasil data diatas dapat terlihat

bahwa efisensi destilator terbesar dihasilkan oleh alat destilasi menggunkan

kolektor pelat datar pipa paralel dengan tinggi air didalam kotak destilator

setinggi 5 mm yaitu dengan rata-rata sebesar 40,40%, sedangkan untuk efisiensi

destilator dengan tinggi air didalam kotak destilator setinggi 7,5 mm adalah

39,51%, dan untuk efisiensi destilator alat destilasi dengan tinggi air didalam

kotak destilator setinggi 10 mm adalah 38,79%.

Efisiensi destilator yang dihasilkan oleh alat destilasi tanpa menggunakan

kolektor pelat datar pipa paralel lebih kecil dibandingkan efisiensi destilator

menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel yaitu pada saat tinggi air didalam

kotak destilator setinggi 5 mm adalah 27,15%, sedangakan untuk alat destilasi

dengan tinggi air didalam kotak destilator sebesar 7,5 mm adalah 25,62% dan

untuk alat destilasi dengan tinggi air di dalam kotak destilator 10 mm adalah

22,99%.

Maka dapat disimpulkan dari Gambar 4.6 bahwa efisiensi destilator yang

terjadi di alat destilasi tanpa menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel,

efisiensi destilator yang paling tinggi adalah dengan variasi tinggi air didalam

kotak destilator 5 mm, yaitu 27,15 % dan diketahui bahwa efisiensi destilator

yang terjadi di alat menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel, efisiensi

destilator yang paling tinggi adalah dengan variasi tinggi air didalam kotak

(63)

11.5

Gambar 4.7 Grafik efisiensi kolektor menggunakan kolektor pelat datar pipa

paralel .

Efisiensi kolektor didefinisikan sebagai perbandingan antara jumlah energi

yang dipakai untuk menaikkan temperatur sejumlah massa air dalam kolektor dari

temperatur awal sampai temperatur penguapan dengan jumlah energi surya yang

datang selama interval waktu tertentu. Dari Gambar 4.7 didapat sejumlah data

yakni efisiensi kolektor alat destilasi dengan tinggi air didalam kotak destilator

setinggi 5 mm adalah 14,56%, sedangkan untuk alat destilasi dengan tinggi air

didalam kotak destilator setinggi 7,5 mm adalah 13,59%, dan untuk alat destilasi

dengan tinggi air didalam kotak destilator 10 mm adalah sebesar 12,75%. Dari

hasil diatas dapat ditarik kesimpulan bahwa efisiensi kolektor tertinggi adalah

pada alat destilasi pada saat tinggi air dalam kotak destilator setinggu 5 mm dan

efiiensi kolektor terendah adalah pada alat destilasi dengan menggunakan tinggi

(64)

Penurunan efisiensi kolektor terjadi karena semakin besar massa air di kotak

destilator menyebabkan penurunan kecepatan penguapan air kontaminasi dalam

kotak destilator sehingga air kontaminasi akan semakin lama dalam kolektor dan

panas yang diterima air kontaminasi pun akan semakin besar sehingga selisih

antara suhu yang masuk kolektor dan suhu keluar kolektor akan semakin kecil.

Karena berkurangnya selisih suhu air sebelum dengan sesudah melewati kolektor

maka efisiensi kolektor yang dihasilkan akan semakin kecil.

Semakin besar laju aliran massa dalam kolektor maka semakin besar pula

efisiensi kolektor yang dihasilkan, besarnya radiasi sinar matahari yang diterima

pun juga mempengaruhi besar efisiensi yang dihasilkan atau dengan kata lain

bahwa semakin besar radiasi sinar matahari yang diterima oleh alat destilasi ini

maka efisiensi yang dihasilkan akan semakin kecil (besarnya radiasi sinar

matahari yang diterima berbanding terbalik dengan efisiensi kolektor).

Gambar 4.8 Grafik efisiensi total alat destilasi menggunakan kolektor pelat datar

(65)

Efisiensi totala dalah hasil perkalian antara efisiensi destilator dengan efisiensi

kolektor. Efisiensi total alat destilasi tanpa menggunakan kolektor adalah efisiensi

laten destilator itu sendiri, karena alat ini tidak mempunyai efisiensi kolektor.

Pada Gambar 4.8 dapat terlihat bahwa semakin besar massa air dalam destilator

maka efisiensi total alat destilasi yang dihasilkan semakin kecil. Faktor yang

mempengaruhi efisiensi total alat destilasi adalah efisiensi destilator dan efisiensi

koletor. Semakin besar efisiensi destilator dan efisiensi kolektor maka efisiensi

total alat destilasi yang dihasilkan akan semakin meningkat.

Efisiensi total alat destilasi tertinggi dihasilkan oleh alat destilasi tanpa

kolektor pada saat tinggi air didalam destilator setinggi 5 mm yaitu sebesar

27,15%, sedangkan alat destilasi menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel

dengan tinggi air didalam destilator setinggi 5 mm adalah 10,20%. Alat destilasi

tanpa menggunakan kolektor mempunyai efisiensi total lebih besar dari pada alat

destilasi menggunakan kolektor. Karena alat destilasi tanpa menggunakan

kolektor maka efisiensi total alat ini adalah hanya efisiensi laten destilator saja,

sedangkan efisiensi total alat destilasi menggunakan kolektor adalah hasil kali

antara efisiensi destilator dengan efisiensi kolektor sehingga efisiensi total yang

dihasilkan akan lebih kecil dari efisiensi total alat tanpa menggunakan kolektor.

Efisiensi total alat destilasi tanpa menggunakan kolektor dengan tinggi air dalam

destilator setinggi 7,5 mm adalah 25,61%, sedangkan efisiensi total alat destilasi

tanpa kolektor dengan tinggi air dalam destilator sebesar 10 mm adalah sebesar

23,23%. Efisiensi total alat destilasi menggunakan kolektor dengan tinggi air

(66)

Dari Gambar 4.9 dapat disimpulkan bahwa air yang yang sudah didestilasi

sudah layak dikonsumsi. Karena kandungan kimia yng terdapat di air yang sudah

didestilasi sudah masuk dalam batas syarat air bersih.

Gambar 4.9 Grafik perbandingan kadungan kimia yang terdapat pada air, sebelum

didestilasi dan sesudah didestilasi.

(67)

BAB V PENUTUP

5.1Kesimpulan

1. Telah berhasil dibuat alat destilasi tanpa menggunakan kolektor

dan alat destilasi dengan menggunakan kolektor pelat datar pipa

paralel. Padavariasi 1 sampai 2merupakan variasi dari alat destilasi

tanpa menggunakan kolektor pelat datar pipa paralel dan

menggunakan kolektor pelat datar pipa

paralel,hasilterbaikdidapatdarivariasike 1yaituvariasi dengan tinggi

air di kotak destilator 5 mm dengan menggunakan kolektor pelat

datar pipa paralel diperoleh,air destilasi maksimum volume 460

ml,efisiensi destilator ( ) 40,40%,efisiensi kolektor terbaik pada

variasi tinggi air dikotak destilator setinggi 5 mm adalah ( )

14,56%,dan efisiensi total terbaik pada variasi tinggi air dikotak

destilator setinggi 5 mm adalah ( ) 10,20%.

2. Untukkandungan kimiahasil air yang sudah

didestilasidapatdilihatpadalembarlampiran. Dari hasiluji

laboratorium yang kami lakukanterbuktibahwa air destilasi sudah

masukpadabatas konsumsi/kelayakan.Dari hasiluji

laboraturiumkandungankimiawarna(skalaTCU),esadahan(CaCO3),

kekeruhan(skalaNTU),sulfat(So4),danMPN coli total sudah

(68)

5.2 Saran

1. Dalam proses pengambilan data diusahakan di alat di tempatkan

di tempat yang lapang dan mudah terkena radiasi matahari.

2. Untuk penelitian alat destilasi mendatang diharap lebih

memperhatikan sambungan-sambungan yang digunakan karena

banyak kalor yang terbuang melalui sambungan yang ada.

3. Dalam proses pengambilan data diusahakan tidak ada kebocoran

pada pipa atau selang karena dapat mempengaruhi kalor pada air

yang masuk ke kotak destilasi.

4. Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya bahan – bahan untuk

penelitian digunakan bahan yang terbaik untuk mencapai hasil

yang maksimal, khususnya pada kotak destilasi karena mudah

mengalami kebocoran.

5. Ulangi proses pengambilan data dari awal jika terjadi gangguan

(69)

DAFTAR PUSTAKA

Arismunandar, Wiranto.1995. TeknologiRekayasa Surya. Jakarta : PT PradnyaParamita

Badran, O.O., 2007, Experimental Study Of The Enhancement Parameters On A

Single Slope Solar Still Productivity, Desalination, 209, pp 136–143

Kunze, H. H.,(2001), A New Approach To Solar Desalination For Small- And

Medium-Size Use In Remote Areas, Desalination, 139, pp 35–41

Naim, M.M.; Mervat, A.; Kawi, A. E., 2002a, Non-Conventional Solar Stills Part 1. Non-Conventional Solar Stills With Charcoal Particles As Absorber

Medium, Desalination, 153, pp 55–64

Naim, M.M.; Mervat, A.; Kawi, A. E., 2002b, Non-Conventional Solar Stills Part 2. Non-Conventional Solar Stills With Energy Storage Element,

Desalination, 153, pp 71–80

Nijmeh, S.; Odeh, S.; Akash, B., (2005), Experimental And Theoretical Study Of A Single-Basin Solar Still In Jordan, International Communications in Heat

and Mass Transfer, 32, pp 565–572

http://www.google.com/imgres?q=destilasi+sederhana&hl,destilasi sederhana, di akses tanggal 6 Desember 2011.

http://www.google.com/imgres?q=destilasi+fraksionasi&um,destilasifraksionisasi ,di akses tanggal 6 Desember 2011.

http://www.google.com/imgres?q=destilasi+uap&um, destilasiuap,di akses tanggal 6 Desember 2011.

(70)

LAMPIRAN

Alat Destilasi dengan Kolektor Paralel

(71)

Kolektor Pelat Datar Pipa Paralel

(72)

Thermokopel

(73)