58
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
Berdasarkan penelitian dan analisa simulasi yang telah dilakukan dan dilaporkan pada bab-bab sebelumnya, maka kesimpulan dari hasil penelitian ini
yaitu: 1.
Dari hasil simulasi yang telah dilakukan dengan menggunakan Ansys, bahwa pada evaporator terjadi perubahan fasa selama pemanasan
berlangsung, hal ini dapat dilihat pada gambar 4.3 dan 4.4 dimana warna merah pada bagian bawah merupakan fasa cair, sedangkan warna biru
pada bagian atas merupakan fasa gas uap. 2.
Dari hasil simulasi dengan menggunakan Ansys untuk penyebaran temperatur dalam evaporator, dapat disimpulkan bahwa temperatur
minimum dalam evaporator adalah sekitar 322 K 49
o
C, sedangkan temperatur maksimum terdapat pada elemen pemanas dalam evaporator
yakni sebesar 372 K 99
o
C dengan temperatur rata-rata dalam evaporator sebesar 325 K 52
o
C. 3.
Dari hasil simulasi dengan menggunakan Ansys untuk laju aliran penguapan yang terjadi sebagai akibat pemanasan air laut dalam
evaporator, bahwa laju penguapan yang didapat adalah sebesar 3,51986086x10
-5
kgs. 4.
Dari hasil perbandingan hasil simulasi dengan perangkat lunak Ansys 15.0 dan hasil pengujian selama 6 hari, didapat ralat tertinggi pada titik 111,
titik 112 dan titik 120 adalah sebesar 11,39 , 16,84 dan 11,37, serta ralat terendah pada titik 111, titik 112 dan titik 120 adalah sebesar 4,30 ,
12,78 dan 5,59 . Ralat ini terjadi karena pengaruh lingkungan dan tebal dinding pada evaporator.
5. Pada hasil simulasi dengan menggunakan Ansys dapat memperhitungkan
jumlah laju aliran massa penguapan serta membandingkannya dengan hasil eksperimen dan hasil analisa teoritis yang memiliki ralat 15,35 dan
4,65. Hal ini terjadi karena pengaruh adanya pemanasan air laut yang
59 meningkatkan tekanan dari tekanan vakum mula-mula pada evaporator
yang mendorong air didalam kondensor keluar lebih banyak.
5.2 Saran
Adapun saran dari penulis adalah sebagai berikut : 1.
Untuk mendapatkan hasil analisa yang lebih akurat, ukuran meshing dapat diperkecil dan diperhalus.
2. Agar pada penelitian selanjutnya menggunakan UDF pada ansys fluent.
3. Agar pada saat akan melakukkan analisa simulasi CFD pastikan komputer
atau laptop memiliki spesifikasi yang tinggi dan dalam keadaan baik. 4.
Dalam pembuatan evaporator dan kondensor harus dilakukan secara teliti dan bertahap serta selalu melakukan pengetesan vakum terlebih dahulu
agar dapat menjamin kevakuman sewaktu pemasangan alat. 5.
Perancangan heater dan posisi heater harus direncanakan dengan sebaik- baiknya terlebih dahulu untuk mempertimbangkan besarnya tegangan dan
arus yang akan digunakan serta posisi heater untuk mencegah kemungkinan kebocoran yang dapat terjadi sebagai akibat dari
penginstalasian heater ke dalam evaporator. 6.
Pemakaian kabel untuk menghantarkan arus listrik diharuskan memakai kabel dengan ketebalan diatas 3 mm untuk menghindari terbakarnya kabel
karena panas dari arus listrik. 7.
Pada saat penelitian, permukaan luar evaporator harus diisolasi mencegah adanya kehilangan panas dari evaporator ke lingkungan dan pengaruh
panas lingkungan akibat perubahan cuaca.
6
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
2.1.Teori Dasar Desalinasi
Desalinasi pada prinsipnya merupakan cara untuk mendapatkan air bersih melalui proses penyulingan air kotor. Secara umum terdapat berbagai cara yang
sering digunakan untuk mendapatkan air bersih yaitu : perebusan, penyaringan, desalinasi dan lain-lainnya. Cara perebusan dilakukan hanya untuk mematikan
kuman dan bakteri-bakteri yang merugikan, namun kotoran yang berupa padatan- padatan kecil tidak bisa terpisah dengan air. Penyaringan digunakan hanya untuk
menyaring kotoran-kotoran yang berupa padatan kecil, namun kuman dan bakteri yang merugikan tidak bisa terpisah dari air. Cara desalinasi merupakan cara yang
efektif digunakan untuk menghasilkan air bersih yang bebas dari kuman, bakteri, dan kotoran yang berupa padatan kecil, Proses desalinasi secara umum biasanya
yang diambil hanyalah air kondensatnya, sedangkan konsentrat garam dibuang dan ini dapat berakibat buruk bagi kehidupan air laut Ketut dkk, 2011.
Prinsip kerja desalinasi secara umum sebenarnya sangat sederhana. Air laut dipanaskan hingga menguap, dan kemudian uap yang dihasilkan
dikondensasikan kembali dan ditampung di sebuah wadah. Air kondensat tersebut adalah air bersih. Sedangkan air laut yang tidak mendidih selama pemanasan
adalah konsentrat garam. Proses desalinasi yang akan penulis bahas pada penelitian ini adalah desalinasi sistem vakum dengan modifikasi suplai panas
menggunakan elemen pemanas berdaya rendah. Konsep dari sistem ini adalah memanfaatkan ruang vakum yang dibentuk secara alami untuk dapat
mengevaporasikan sejumlah air laut pada tekanan rendah sehingga dapat berevaporasi dengan suplai energi panas yang lebih sedikit dibanding dengan
teknik konvensional. Suplai energi panas yang sedikit dapat diambil dari kolektor surya plat datar dan atau panas yang dibuang. Namun pada penelitian ini
digunakan elemen pemanas daya rendah agar suplai panas dalam evaporator konstan. Keunikan dari sistem ini adalah cara gaya gravitasi dan tekanan atmosfer
digunakan dalam pembentukan kondisi vakum. Pembentukan sistem vakum bertujuan untuk menurunkan tekanan ruang evaporator agar pemanasan dapat
7
berlangsung dengan suplai panas yang rendah. Tekanan atmosfer akan sama dengan tekanan hidrostatis yang dibentuk dengan pipa air yang tingginya sekitar
10 meter. Jadi, jika ketinggian pipa lebih dari 10 meter dan ditutup dari bagian atas dengan air, dan air dibiarkan jatuh kebawah akibat gravitasi, air akan jatuh
pada ketinggian sekitar 10 meter, dan membentuk ruang vakum diatasnya. Komponen-komponen yang terdapat pada desalinasi sistem vakum natural
adalah evaporator, kondensor, dan alat penukar kalor berupa Tube-in-Tube. Evaporator berfungsi sebagai ruang pemanasan air laut dengan suplai panas
berasal dari pemanas listrik berdaya rendah untuk menjaga kestabilan suplai panas. Kondensor berfungsi untuk mengumpulkan uap yang dihasilkan oleh
pemanasan air laut di evaporator untuk dikondensasikan kembali sehingga air kondensat dapat ditampung dan didapat air bersih sebagai produk sistem.
Sedangkan tube in tube heat exchanger berfungsi sebagai heat recovery pemulih panas, dimana air laut yang tidak mendidih akibat pemanasan di ruang
evaporator akan jatuh melalui pipa luar dari tube in tube untuk memanaskan pipa dalam yang sedang dialiri air laut dari tangki pengumpan. Alasan penggunaan
system desalinasi vakum natural dalam penelitian ini adalah karena penggunaan daya listriknya yang rendah, cocok untuk pemakaian skala besar terutama di
pesisir pantai, dan keunikan dari sistemnya yang tidak membutuhkan pompa vakum untuk menyuplai air laut ke evaporator yang tingginya 10 m. Gambar 2.1
menunjukkan desalinasi sistem vakum. Adapun kelebihan dan kelemahan dari system desalinasi vakum natural adalah sebagai berikut :
Kelebihan menggunakan Desalinasi Vakum Natural : 1.
Tidak membutuhkan pompa vakum untuk menyuplai air laut. 2.
Biaya konstruksi yang terjangkau. 3.
Pemanasan menggunakan suplai panas rendah karena system dalam kondisi vakum.
Kelemahan menggunakan Desalinasi Vakum natural : 1.
Konstruksi cukup sulit karena proses instalasi berhubungan dengan ketinggian.
2. Hanya cocok untuk pengguanaan skala besar untuk luas alas
evaporator yang besar.
8
3. Pemilihan bahan konstruksi sangat mempengaruhi lifetime system.
10,34 m C o n d e n s e r
Evaporator
Saline Water Tank Saline
Water Brine
Condensate
Heater
Gambar 2.1. Desalinasi Sistem Vakum Natural.
2.2. Klasifikasi Sistem Desalinasi
2.2.1 Solar Still
Solar still terdiri dari bak yang dicat hitam yang diisi oleh air laut hingga pada kedalaman tertentu dan ditutup oleh kaca yang dimiringkan sebagai tempat
masuknya radiasi surya sekaligus peristiwa kondensasi. Radiasi surya memasuki bak melalui kaca untuk memanaskan sisi bak yang dicat hitam yang
mengakibatkan pemanasan air laut hingga terjadi evaporasi, karena perbedaan tekanan parsial dan perbedaan temperatur, uap air terkondensasi sepanjang kaca
penutup yang dimiringkan dan ditampung oleh penampung yang berada tepat dibawah kemiringan kaca Qiblawey dkk, 2008. Gambar 2.2 menunjukkan
sistem solar still sederhana. Kelebihan menggunakan Solar Still :
1. Konstruksi yang sederhana.
2. Kondensasi tidak memerlukan kondensor, proses kondensasi terjadi pada
kaca. 3.
\Mudah dalam perawatannya. Kelemahan menggunakan Solar Still :
1. Laju produksi air bersih per hari rendah.
9
2. Sebagian uap air yang terkondensasi pada kaca dapat langsung jatuh
kembali dan bercampur dengan air laut yang belum berevaporasi. 3.
Proses evaporasi lambat karena air laut dipanaskan pada tekanan atmosfer.
Gambar 2.2. Solar Still Sederhana.
2.2.2 Solar Desalinasi Humidifikasi-Dehumidifikasi
Ide utama dibalik proses solar humidification-dehumidification adalah uap saturasi dapat membawa udara dengan kapasitas yang semakin banyak dengan
meningkatnya temperatur. Air laut akan melalui pemanasan awal sebelum disemprotkan ke dalam evaporator. Pemanasan terjadi pada dua fluida, yakni air
laut dan angin. Pemanasan pada angin bertujuan untuk disirkulasikan ke dalam ruang evaporator - kondensor. Sesuai dengan ide utama sistem ini, udara panas
membawa uap dari pemanasan air laut ke ruang kondensor yang berada tepat di sebelah ruang evaporator untuk dikondensasikan. Air laut yang tidak berevaporasi
akan langsung jatuh ke tempat penampungan konsentrat garam Parekh dkk, 2004. Gambar 2.4 menunjukkan sistem desalinasi surya humidifikasi
– dehumidifikasi.
Kelebihan sistem desalinasi humidifikasi-dehumidifikasi : 1.
Efektif dalam memproduksi air bersih. 2.
Sangat cocok dioperasikan untuk kapasitas rendah. 3.
Konsentrat garam yang masih mengandung air dapat diproses ulang. Kelemahan sistem desalinasi humidifikasi
– dehumidifikasi : 1.
Konstruksi yang kompleks.
Sea Water
Tank
Basin
Brine Tank Fresh Water Tank
Solar Radiation
Glass
SUN
10
2. Air laut yang tidak berevaporasi dibiarkan jatuh bebas ke tempat
penampungan dapat
menimbulkan percikan
air sehingga
memungkinkan terkontaminasi konsentrat garam ke air bersih jika isolasi tidak baik.
3. Meskipun menggunakan energi surya sebagai sumber pemanas, sistem
masih menggunakan energi listrik untuk mensirkulasikan udara dan air laut.
Gambar 2.3. Sistem Desalinasi Surya Humidifikasi – Dehumidifikasi.
2.2.3 Solar Chimney
Solar Chimney mengkonversikan energi termal surya ke energi kinetik yang akan dikonversikan menjadi energi listrik dengan menggunakan turbo-
generator. Komponen-komponen utama dalam solar chimney adalah diameter kolektor surya yang besar, turbin, generator dan cerobong chimney yang tinggi.
Penggunaan kolektor terutama kaca atau lembaran plastik yang berperan sebagai rumah kaca akan menjebak panas dan menyebabkan pemanasan pada ruang
dibawah kolektor sehingga terjadi perbedaan temperatur antara udara lingkungan dan udara di dalam sistem yang menyebabkan udara panas mengalir melalui
Hot Air
Evaporator
Air in Solar Air
Heater
Blower Hot Air Inlet
Brine Out
Brine Storage Tank Solar Water Heater
Preheated Sea Water Hot Sea Water
Distillate Tank Brine Recycle
Pump Dehumidified Air Outlet
Saline Water
Tank Sea Water In
Condenser
11
cerobong. Energi kinetik dari udara yang mengalir menyebabkan turbin yang dipasang dibawah cerobong berotasi dan menghasilkan daya Sangi, 2012.
Kelebihan sistem desalinasi solar chimney : 1.
Laju produksi air bersih yang tinggi. 2.
Dapat menghasilkan daya selain air bersih. 3.
Biaya produksi air bersih yang lebih rendah. Kelemahan sistem desalinasi solar chimney :
1. Konstruksi sistem kompleks.
2. Biaya turbin dan kolektor surya yang mahal karena dibutuhkan
kolektor yang sangat besar. 3.
Perawatan sistem sangat sulit dan mahal.
Gambar 2.4. Instalasi Sistem Desalinasi Solar Chimney pada Air Laut.
2.2.4 Solar Multi Stage Flash Desalination
Dalam sistem desalinasi Multi-Stage Flash, air laut pengumpan dipanaskan diatas temperatur saturasi dalam pemanas konsentrat garam dan
mengalami perubahan fasa secara cepat dalam bak tekanan rendah yang dipertahankan dengan menggunakan pompa vakum. Konsentrat garam yang
dibuang keluar dari tingkat sebelumnya diperbolehkan untuk berubah fasa pada tingkat berikutnya dan uap dibentuk di setiap tingkat dikondensasikan dengan
Condensate Tank Condensate
Pump
Condenser
Air In Sea Water
Air In Sea Water
Transparent Plastic or Glass Cover
SUN
Chimney
Humid Hot Air
Wind Turbine
Solar Radiation Solar Radiation
12
menggunakan kondensor dimana air laut masuk telah dipanaskan terlebih dahulu Manjarrez dkk, 1979.
Kelebihan solar multi stage flash desalination : 1.
Laju produksi air bersih yang sangat tinggi. 2.
Pemanasan yang cepat sehingga tidak memakan banyak energi panas dari kolektor surya.
3. Adanya tangki penyimpan kalor yang dapat menyuplai energi panas
selama 24 jam. Kelemahan solar multi stage flash desalination :
1. Konstruksi sistem yang kompleks.
2. Tangki penyimpan kalor Thermal Energy Storage dan pompa vakum
mahal. 3.
Perawatan sulit dan mahal.
Gambar 2.5. Sistem Desalinasi Solar Multi Stage Flash.
2.2.5 Solar Multi Effect Distillation
Unit Multi-Effect Distillation MED terdiri dari bak-bak dimana secara umum disebut efek yang dipertahankan pada tekanan rendah dengan pompa
vakum. Panas yang dibutuhkan untuk mengevaporasi air laut pada efek pertama disuplai dari kumpulan kolektor surya atau dengan pembakaran bahan bakar fosil
dan uap yang dibentuk digunakan untuk memanaskan air laut pengumpan pada efek selanjutnya. Sehingga, panas laten yang diproduksi uap air pada efek
Brine
Saline Water Tank Saline Water
Destilate Tank
Pump Condenser
Preheated Feed
Water
Solar Field
Thermal Energy
Storage Heat Transfer Field
Thermic Fluid Boiler
Vacum Pump
13
sebelumnya dapat digunakan seluruhnya di efek selanjutnya pada MED Mezher dkk, 2011.
Kelebihan solar multi effect distillation : 1.
Proses pemanasan dilakukan secara bertingkat, sehingga tidak ada konsentrat garam yang terkandung dalam air bersih.
2. Sistem dapat diperbanyak dengan menambah efek.
3. Laju produksi air bersih tinggi.
Kelemahan solar multi effect distillation : 1.
Proses pemvakuman menggunakan pompa vakum dimana pada pasaran pompa vakum sangat mahal.
2. Masih menggunakan energi listrik pada sistem.
3. Konstruksi sistem mahal dan kompleks.
Gambar 2.6. Solar Multi Effect Distillation.
2.2.6 Desalinasi Kompresi Uap
Dalam Desalinasi Kompresi Uap, air laut pengumpan dipanaskan oleh sumber panas eksternal dan berubah fasa menjadi uap, sehingga uap yang
diproduksi akan dikompres menggunakan Mechanical Vapor Compressor MVC atau Thermo Vapor Compressor TVC untuk meningkatkan tekanan kondensasi
dan temperatur uap dan uap terkompresi digunakan untuk memanaskan air pengumpan pada tingkat yang sama maupun tingkat yang lain Helal dkk, 2006.
Kelebihan sistem desalinasi kompresi uap :
To Vacuum To Vacuum
To Vacuum Preheated Feed Water
Saline Water Tank Destillste Tank
Destillate Pump
Condenser
Brine Solar Cell
Hot Thermic Fluid
14
1. Pemanasan menggunakan pemanas air listrik sehingga perawatannya
lebih mudah. 2.
Konstruksi sistem yang sederhana. 3.
Air bersih tidak akan terkontaminasi dengan air laut di kondensor. Kelemahan sistem desalinasi kompresi uap :
1. Komponen sistem yakni pompa dan kompresor mahal.
2. Masih menggunakan enegi listrik yang tidak sedikit.
3. Tidak cocok dalam memproduksi air bersih untuk skala kecil.
Gambar 2.7. Sistem Desalinasi Kompresi Uap Mekanik.
2.2.7 Freeze Desalination
Desalinasi beku adalah teknik di mana air laut dibiarkan untuk didinginkan di bawah titik beku, sehingga kristal es dari air bersih yang terbentuk
di permukaan. Ketiga jenis desalinasi beku adalah desalinasi beku kontak lansung, desalinasi beku kontak tidak langsung dan desalinasi beku operasi vakum Rane
dkk, 2011. Dalam proses desalinasi beku kontak langsung cairan refrigeran biasanya n-butana dicampur langsung dengan air laut pengumpan dalam
pembeku sehingga panas dari air laut akan diserap oleh refrigeran menghasilkan pembentukan kristal es yang kemudian dipisahkan dan dimurnikan untuk
mendapatkan air bersih dalam bentuk kristal es. Proses desalinasi beku seperti ini membutuhkan rasio tekanan rendah, untuk mencapai rasio tekanan ini dengan
Condenser
Destillate Tank
Saline Water Tank Pump
Brine Tank Brine Out
Compressor External power
Source Electic Heater
Hot Saline Water Heated Vapor
Vapor
15
kompresor konvensional tidak ekonomis, sehingga dewasa ini mengarah pada pengembangan refrigeran kompresor hidrolik. Kompresor pendingin hidrolik
tidak menggunakan minyak pelumas karena dapat mengkontaminasi kristal es. Ukuran dari alat pencairan dan pembersihan dapat diperkecil dengan memperkecil
jumlah dalam air sehingga biaya dan ukuran sistem dapat diperkecil dan dapat digunakan untuk tujuan irigasi di daerah yang mengalami kelangkaan air bersih
Rice dkk, 1997. Dalam desalinasi beku kontak tak langsung, pendingin dan air laut yang tidak dicampur satu sama lain, mereka dipisahkan dalam bentuk kristal
oleh permukaan perpindahan panas dan es yang terbentuk dalam sistem ini kemudian dikerok dari permukaan perpindahan panas Rane dkk, 2011. Dalam
sistem desalinasi beku vakum, air laut umpan didinginkan di bawah three point dengan mengurangi tekanan untuk menghasilkan masing-masing es dan uap. Es
yang terbentuk dikumpulkan dan uap yang dihasilkan dikompresi dan kondensasi di ruang beku. Metode ini membutuhkan kompresor ukuran besar karena volume
spesifik uap air yang tinggi dan dikenal dengan vacuum vapors compression freeze desalination.
Kelebihan Freeze Desalination : 1.
Efisiensi sistem desalinasi sangat tinggi. 2.
Konstruksi mudah. 3.
Laju Produksi air bersih tinggi. Kelemahan Freeze Desalination :
1. Sistem masih menggunakan energi listrik.
2. Perawatan sistem sulit.
3. Membutuhkan kompresor yang besar sehingga biaya konstruksi sistem
mahal.
16
Gambar 2.8. Desalinasi Beku menggunakan Auto Reversed Vapor Compression Heat Pump.
2.2.8 Desalinasi Adsorpsi
Sistem utama desalinasi adsorpsi terdiri dari evaporator, dudukan adsorpsi silica atau zirconia dan kondensor. Dudukan adsorpsi disuplai dengan air panas
atau pendingin sesuai kebutuhan. Air laut yang menguap di evaporator diserap oleh dudukan dengan dipertahankan pada suhu rendah oleh sirkulasi air
pendingin. Uap air terperangkap di dudukan dipulihkan oleh sirkulasi air panas, uap air terjebak di dalam dudukan dipulihkan oleh sirkulasi air panas, uap air
yang telah dipulihkan dikondensasikan dalam kondensor dan hasil kondensasi berkualitas tinggi karena distilasi ganda. Untuk sistem dua dudukan, adsorpsi
berlangsung di satu dudukan dan Desorpsi berlangsung di dudukan lain secara bersamaan Wu dkk, 2010.
Fresh Water
Brine Water
Waste Washing Water Line
Brine Fresh Water
B A
Evaporator or Condenser
Evaporator or Condenser
Solar PV or Thermal Powered Compressor Unit
Solenoid Controlled Valve Reversing Unit
Throttling Valve Sea Water Tank
Saline Water
17
Kelebihan sistem desalinasi adsorpsi : 1.
Laju produksi air bersih yang tinggi. 2.
Air bersih yang dihasilkan berkualitas tinggi karena melalui distilasi ganda.
3. Air bersih tidak mungkin terkontaminasi oleh konsentrat garam.
Kelemahan sistem desalinasi adsorpsi : 1.
Konstruksi yang kompleks dan mahal karena memerlukan distilasi ganda.
2. Perawatan sistem sulit.
3. Masih menggunakan energi listrik pompa untuk mensirkulasikan air
dingin dan air panas.
Gambar 2.9. Sistem Desalinasi Adsorpsi.
2.2.9 Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya
Dalam desalinasi RO Reverse Osmosis tenaga surya, energi mekanik yang dihasilkan oleh aliran fluida organik secara langsung digunakan untuk
menjalankan unit RO dan pompa tekanan tinggi. Unit desalinasi RO surya thermal adalah teknologi yang lebih menjanjikan, setiap perkembangan teknologi RO
Brine Tank Ambient
Temperatur Water
Saline Water
V1 V2
Warm Water Out Warm Water Out
Cold water In Hot water In
Adsorption Process
Desorption Process
BED 1 BED 2
V3 V4
Chilled Water Warm Water
Desalinated Water
Destillate Tank
Condenser
Pump Chilled Water
Evaporator
18
akan berguna untuk mengembangkan teknologi RO berdasarkan sistem panas matahari. Menggabungkan unit RO dengan siklus Rankine tenaga surya dapat
memotong emisi CO
2
dan mengakibatkan penghematan lingkungan dengan selisih sedikit tambahan biaya modal Salcedo dkk, 2012.
Kelebihan Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya Termal : 1.
Adanya tangki penyimpan kalor yang dapat menyimpan energi termal selama 24 jam.
2. Proses pemanasan sangat cepat karena dibantu oleh boiler.
3. Adanya kolektor surya dalam jumlah banyak dapat menyuplai baik
energi termal mauun energi listrik yang dibutuhkan sistem. Kelemahan Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya Termal :
1. Sistem membutuhkan daya listrik yang besar karena adanya boiler dan
dua pompa bertekanan tinggi. 2.
Perawatan sistem yang sulit. 3.
Konstruksi kompleks dan mahal.
Gambar 2.10. Unit Desalinasi Reverse Osmosis Bertenaga Siklus Rankine Organik Surya.
2.2.10 Elektrodialisis Tenaga Surya ED
Elektrodialisis ED adalah proses penghilangan garam dari air laut dan unit ED terdiri dari sejumlah besar ruangan diisi dengan air laut dan dipisahkan
Saline Water Tank Saline Water
Condenser Solar Organic
Rankine Cycle Organic Fluid
Turbine High Pressure
Pump
RO Module
Fresh Water
Brine
Brine Tank Fresh
Water Tank
Heat Transfer Fluid
Thermal Energy
Storage
Boiler
Solar Field Thermic Fluid
19
oleh membran pertukaran kation dan anion. Ketika polaritas DC diterapkan melalui katoda dan anoda, ion negatif melewati membran pertukaran anion dan
ion positif melewati membran pertukaran kation dan ion-ion ini akan terakumulasi dalam ruangan khusus dan dibuang sebagai konsentrat garam. Pembalikan
polaritas biasanya diikuti setiap 20 menit untuk mencegah pengendapan garam di membran Charcosset dkk, 2009.
Kelebihan Elektrodialisis : 1.
Tidak adanya penggunaan kalor untuk pemanasan air laut, kolektor surya disini digunakan untuk membangkitkan arus listrik DC.
2. Tidak ada kemungkinan kontaminasi konsentrat garam ke air bersih
karena melalui banyak membran. 3.
Laju produksi air bersih tinggi. Kelemahan Elektrodialisis :
1. Membran sangat mahal.
2. Membutuhkan energi listrik yang besar untuk disuplai pada pompa dan
unti elektrodialisis. 3.
Perawatan sistem sulit dan mahal.
Gambar 2.11. Prinsip Kerja Unit Elektrodialisis.
Saline Water Tank Pump
Fresh Water Tank Brine Tank
Saline Water
Anode Cathode
CEM AEM
CEM AEM
CEM AEM
- Cation Exchange Membrane - Anion Exchange Membrane
20
2.2.11 Distilasi Membran Tenaga Surya MD
Distilasi membran adalah proses pemisahan yang mana hanya uap yang diperbolehkan untuk melewati poros membran hidrofobik. Pemisahan ini dapat
terjadi karena perbedaan tekanan uap antara permukaan membran. Ada empat jenis proses distilasi membran yaitu membran distilasi celah udara,
sweeping gas distillation
, membran distilasi kontak langsung dan membran distilasi vakum. Di
semua proses ini larutan panas umpan berkontak langsung dengan permukaan membran Qtaishat dkk, 2012. Penjelasan tentang keempat jenis proses distilasi
membran dapat dilihat pada diagram berikut.
Gambar 2.12. Tipe Proses Distilasi Membran.
Destilasi Membran Kontak Langsung
larutan umpan panas dan permeat dingin akan berada dalam kontak
langsung dengan membrane kondensasi uap terjadi dalam
modul membran
panas hilang secara konduksi
Destilasi Membran Celah Udara
Kehadiran celah udara antara membran dan
permukaan kondensat
kondensasi uap terjadi di dalam sel membran setelah melintasi celah
Pengurangan panas hilang secara konduksi
adanya udara meningkatkan resistensi
perpindahan massa
Destilasi Membran gas Menyapu
gas menyapu digunakan untuk menyapu uap di sisi membran permeat
kondensasi terjadi di luar modul membrane
Pengurangan panas hilang secara konduksi
perpindahan massa ditingkatkan
Destilasi Membran Vakum
vakum dibuat dalam sisi membran permeat
kondensasi terjadi di luar modul membran
kehilangan panas oleh konduksi diabaikan
Proses Destilasi Membran
21
Gambar 2.13. Unit distilasi membran bertenaga surya.
2.2.12 Forward Osmosis FO
Forward Osmosis adalah sebuah proses di mana molekul air dari air laut bergerak melalui membran semi permeabel terhadap larutan seimbang yang mana
umumnya pada konsentrasi yang lebih tinggi daripada larutan umpan. Utamanya FO menggunakan gradien tekanan osmotik dan bukan gradien tekanan hidrolik
Cath dkk, 2006. Kelebihan Forward Osmosis :
1. Konstruksi sederhana.
2. Perawatan mudah yaitu cukup dengan mengganti membran semi
permeabel. 3.
Laju produksi air bersih yang tinggi. Kelemahan Forward Osmosis :
1. Membran semi permeabel yang mahal.
2. Kontaminasi konsentrat garam ke air bersih bergantung pada
efektivitas membran semi permeabel. 3.
Usia membran semi permeabel singkat.
Saline Water Tank Pump
Distillate Brine
Membrane Condensate
Solar Collector Field Hot Saline Water
22
Gambar 2.14. Unit Forward Osmosis.
2.2.13 Forward Osmosis FO
Dalam sistem desalinasi, uap air bersih dapat diproduksi dari air laut pada tekanan operasi yang rendah jika vakum telah disediakan oleh pompa vakum, akan tetapi
hal ini akan mengkonsumsi lebih banyak daya. Konsumsi energi listrik dapat dikurangi atau ditiadakan dengan memvakumkan ruangan secara alami, artinya
dengan menggunakan gaya gravitasi yang diikuti oleh jatuhnya air dibawah gravitasi sehingga membentuk vakum pada ketinggian 10,34 meter.
Gambar 2.15. Sistem Desalinasi Vakum Natural Tenaga Surya.
Sea Water Tank
Fresh Water Tank Fresh Water
Solar Radiation
Draw Solution Brine Tank
Semi Permeable Membrane
Sea Water
Condensate Brine
Saline Water
Saline Water Tank Solar Heating
System
Evaporator
C o n d e n s e r
10 m
23
2.3 Pemodelan Matematik Sistem