Tempat dan Waktu Proses pembuatan alat Desalinasi Flowchart Penelitian Prosedur Pengujian

32

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Tempat dan Waktu

Adapun perancangan alat desalinasi ini di kerjakan di laboraturium Instalasi Uap, Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara, Jalan Civitas Akademika kampus USU, Medan dengan waktu pengerjaan ± 6 minggu. Dan alat ini kemudian di pasang untuk pengujianpenelitian selanjutnya di koridor luar lantai 3 Gedung J20 laboratorium menggambar teknik, Magister Pascasarjana Teknik Mesin, Universitas Sumatera Utara, Jalan Tri Dharma kampus USU, Medan dengan lama pengujian 6 hari.

3.2 Metode Desain

Konsep-konsep selalu digunakan untuk melakukan suatu perancangan. Perancangan merupakan tahap awal dari langkah untuk merealisasikan suatu produk. Keputusan yang diambil harus berdasarkan konsep yang telah dijabarkan sesuai dengan kebutuhan pasar. Hal ini yang harus dilakukan pada saat awal proses desain. Setelah perancangan selesai maka dilaksanakan pembuatan produk. Cara merancang terdiri dari 4 tahap yang masing-masing terdiri dari beberapa langkah Pahl dan Beitz. Keempat fase tersebut adalah : 1. Fase Fungsi Functional Phase 2. Fase Perancangan Design Phase 3. Fase Perumusan Formulation Phase 4. Hasil Result Perancangan alat desalinasi ini terdiri dari evaporator, kondensor, dan pipa APK beserta pipa fresh water yang dalam teorinya disebut water desalination vacuum system. Proses evaporasi air laut terjadi didalam evaporator yang dilengkapi dengan water heater pemanas air sebagai pendukung proses kerja evaporasi air laut dan proses perubahan fasa uap hasil evaporasi akan diteruskan untuk dikondensasikan di dalam kondesor. Karena alat ini bekerja secara vakum, proses kerjanya dirancang dengan memakai pipa dengan panjang ketinggian alat 33 +10m. Dalam pemilihan bahannya evaporator, kondensor, dan pipa APK ini dirancang menggunakan material bahan stainless steel sesuai studi literatur yang dipelajari dan penggunaannya dalam jangka panjang. Sementara untuk pipa fresh water digunakan pipa PVC. Tujuan dari perencangan alat desalinasi ini ialah dapat digunakan dalam mengolah air laut menjadi air tawar dan konsentrat garam sebagai wujud teknologi tepat guna yang ekonomis, produktifitas tinggi, mudah pembuatan, serta mudah dioperasikan. Selain itu juga bisa digunakan untuk usaha skala menengah keatas dalam produksi skala yang besar.

3.2.1 Perancangan Evaporator

Pada perancangan evaporator ini rancang bangun dirujuk pada literatur disertasi Saleh Al-Kharabsheh,2003 hal 57-58. Untuk menguapkan air laut sebanyak + 38 Liter, maka dilakukan perancangan evaporator berbentuk silinder dan penutupnya kerucut dengan luas alas 0,2 m 2 , tinggi 0,27 m 0,15 m tinggi tabung dan 0,12 m tinggi kerucut dengan ketebalan bahan 5,8 mm. Dari data tersebut maka diperoleh dimensi evaporator berdasarkan jenis bahan yang beredar di pasaran: Luas alas = ᴫ x r 2 sehingga r 2 = Luas alas ᴫ Maka: r = = 0,2523 m ≈ 25cm Dimensi yang diperoleh, D evaporator = 0,5m; t evaporator = 0,27m; ketebalan = 0,58cm. Gambar 3.1 Desain evaporator pada Solidwork 2010 34 Sebagai penyuplai panas pada ruang evaporator dipasang water heater pemanas air, Adapun desain gambar tampak seperti berikut. Gambar 3.2 Desain heater pada Autocad 2007 Gambar 3.3 Desain tampak evaporator dilengkapi heater pada Solidwork 2010

3.2.2 Perancangan Kondensor

Pada perancangan kondensor ini dirujuk rancang pada literatur yang sama dengan evaporator. Kondensor berbentuk pipa dengan diameter 4 inchi, panjang 50cm, dan ketebalan bahan 0,25cm. kondensor ini dilengkapi dengan fin berdiameter 25,4 cm sebanyak 10 buah dengan jarak yang merata pada sisi kondensor. Kondensor ini dimodifikasi dengan flange 1 inchi sebagai penahan panas agar tidak terkonduksi ke kondensor. Adapun desain gambar tampak sebagai berikut. 35 Gambar 3.4 Desain kondensor dengan modifikasi flange pada Solidwork 2010

3.2.3 Perancangan pipa APK dan pipa fresh water

Dalam perancangan pipa APK dan pipa fresh water juga dirujuk pada literatur evaporator dan kondensor, karena kerja alat berada pada proses vakum, untuk menentukan ketinggian idealnya diperlukan perhitungan matematis dimana tekanan udara pada dasarnya sama dengan tekanan zat cair tekanan hidrostatik dengan mengetahui beberapa parameter. Adapun parameter tersebut yaitu tekanan udara P, masa jenis air ρ , dan gravitasi g. Berdasarkan studi literatur diketahui bahwa tekanan udara 1 atm ialah 101325 pa, massa jenis air 998 kgm 3 dan gravitasi 9,81 ms 2 . Maka ketinggian atau panjang pipa ideal yang diperlukan dapat kita rumuskan. h = = = 10,34 meter Dari persamaan tersebut diatas menunjukkan bahwa, untuk proses desalinasi air laut ini agar berada dalam keadaan vakum, maka alat desalinasi harus berada pada ketinggian 10,34m pada alas evaporator dari ketinggian air di tangki air laut sea water. Dan dalam perancangannya, pipa APK ini dirancang membentuk pipa annulus dengan dimensi 1 inchi dan ½ inchi, ketebalan 3mm. 1 atm = 101325 pa 1 pa = 1 Nm 2 Atau 1 pa = 1 kgm.s 2 36 Pada pipa 1 inchi sebagai pipa keluarnya konsentrat garam menuju tangki air garam, dan pipa ½ inchi sebagai pipa pemasukan air laut menuju evaporator. Sementara pipa fresh water ialah pipa tunggal PVC dengan dimensi ½ inchi, ketebalan 2,5mm dimana air hasil kondensasi langsung dihubungkan ke tangki fresh water . Adapun desain gambar tampak sebagai berikut. Gambar 3.5 Desain pipa APK dari evaporator pada Solidwork 2010 Gambar 3.6 Desain pipa APK menuju tangki air pada Solidwork 2010 Pada saat air garam turun atau keluar dari evaporator temperaturnya masih relatif tinggi. Sementara air laut yang baru yang ditarik naik ke evaporator temperaturnya juga masih relatif rendah. Panas yang terbawa bersama aliran garam akan diambil kembali heat recovery dengan menggunakan sebuah APK pipa annulus. 37

3.3 Proses pembuatan alat Desalinasi

1. Pembuatan desain alat desalinasi menggubakan software solidwork 2010 Gambar 3.7 Desain alat desalinasi 2. Pembuatan Evaporator Gambar 3.8 Pembuatan tangki evaporator Gambar 3.9 Pembuatan tutup tangki evaporator 38 Gambar 3.10 Pemasangan tangki dengan tutup evaporator 3. Pembuatan kondensor dengan modifikasi flange Gambar 3.11 Pembuatan Kondensor Gambar 3.12 Kondensor dengan modifikasi flange 39 4. Pemasangan Pipa APK Gambar 3.13 Rancangan pipa APK 5. Instalasi alat total Desalinasi air sistem vakum Gambar 3.14 Instalasi total alat desalinasi air sistem vakum 40 3.4 Alat dan Bahan 3.4.1 Alat Pada penelitian ini, alat yang digunakan sebagai berikut 1. Evaporator Bekerja dengan bantuan arus listrik yang disuplai ke water heater. Spesifikasinya adalah sebagai berikut. Gambar 3.15 Evaporator  Bahan = Stainless steel 304  Ketebalan bahan = 5,8 mm  Diameter evaporator = 50cm  Tinggi tangki evaporator = 15 cm  Tinggi kerucut penutup = 12 cm 2. Water Heater pemanas air Digunakan untuk membantu proses kerja evaporasi dalam evaporator. Adapun spesifikasinya adalah sebagai berikut. Gambar 3.16 Elemen Pemanas 41  WIKA Solar Heater  Bahan = Stainless Steel  Tegangan = 220 – 240 V  Konsumsi Daya Normal = 2500 W  Kuat Arus Normal = 11.3 A  Panjang heater = 2,97 m  Tebal heater = 10 mm  Jumlah laluan batang heater = 6 laluan batang  Jarak antara batang heater = 3 inchi 3. Konsensor dengan modifikasi flange Digunakan sebagai proses kondensasi. Dilengkapi dengan flange agar dapat terkondesasi dengan baik. Spesifikasi kondensor sebagai berikut. Gambar 3.17 Kondensor dengan modifikasi flange  Bahan = Stainless steel 304  Diameter kondensor = 4 inchi  Panjang kondensor = 50 cm  Ketebalan bahan = 2,54 mm  Jumlah fin = 10 buah  Diameter fin = 25,4 cm  Tebal fin = 0,6 mm  Jarak antar fin = 4 cm 42  Diameter flange = 12,8 cm  Tebal flange = 1,5 cm 4. Pipa APK Konsentrat garam yang berada pada evaporator tidak dapat berevaporasi karena titik didih konsentrat garam lebih tinggi daripada titik didih air bersih, sehingga konsentrat garam yang tidak mendidih akan dialirkan ke tangki konsentrat garam. Oleh karena temperatur konsentrat garam masih relatif tinggi saat dipanaskan di evaporator, maka sebelum dialirkan ke tangki konsentrat garam, terlebih dahulu konsentrat garam akan dialirkan ke alat penukar kalor untuk mengalirkan sebagian kalor terhadap air laut yang mengalir di pipa dalam. Sehingga pemanasan di evaporator dapat berlangsung dengan cepat. Spesifikasi alat penukar kalor adalah sebagai berikut: Gambar 3.18 Pipa APK  Material pipa luar : Stainless Steel 304  Material pipa dalam : Stainless Steel 304  Diameter pipa luar : 2.54 cm  Diameter pipa dalam : 1.27 cm  Panjang pipa : +10m 43 5. Thermocontrol dan Termocouple Penggunaan elemen pemanas pada evaporator akan memakan banyak energi listrik jika dioperasikan terlalu lama. Material evaporator stainless steel yang mampu menjebak panas lebih lama, aluminium foil yang melapisi bagian luar evaporator yang mampu menahan panas keluar lingkungan tidak akan cukup membuat sistem lebih efisien apabila penggunaan elemen pemanas tidak dibatasi waktu penggunaannya. Oleh karena sistem berada dalam tekanan vakum tekanan dibawah tekanan udara, tentunya air laut yang dipanaskan akan berevaporasi pada temperatur di bawah 100 o C. Berdasarkan tabel tekanan cair-uap saturasi, bahwa pada tekanan 8 kPa air dapat berevaporasi pada temperatur 40,29 o C. Karena temperatur penguapan yang kecil ini, maka elemen pemanas dapat diatur lama pemanasannya berdasarkan temperatur fluida di evaporator. Pengaturan lama pemanasan ini diatur oleh sebuah sensor temperatur yang disebut thermocontrol, sedangkan pengukur temperatur dalam evaporator disebut termokopel. Gambar 3.19 Panel Termokontrol Spesifikasi Thermocontrol Sampling rate : 2.5 timessecond Analog Output : 1 loop 4-20 mA; load resistance 600Ωmax Auxiliary voltage output : DC 24V Capacity : 30mA max Control output : Relay output load capability:3A250VAC Resolution : Display ± 0.1 ℃ Power consumption : ≤ 5 W 44 Working environment : 0~50 ℃ 85 RH Storange environment : -20~60 ℃ 85 RH Gambar 3.20 Termokopel Spesifikasi Termokopel Bahan Konduktor Positif : Tembaga Bahan Konduktor Negatif : Konstantan Range Temperatur : 0 – 350 o C Batasan Ralat : ±1 o C atau ±1.5 Material : Stainless Steel 304 6. Tangki Air Laut, Konsentrat Garam, dan Air Bersih Tangki yang berfungsi sebagai penampung air laut, konsentrat garam dan air bersih yang dipasang di bawah 10 meter dari evaporator dan kondensor agar proses pemvakuman dapat berlangsung. Tangki yang akan digunakan mempunyai volume masing-masing 20 liter. Gambar 3.21 Galon air 45 7. Laptop Digunakan untuk menyimpan dan mengolah data yang telah didapatkan dari Hobo Microstation Data Logger dan Agilient 34972 A. Spesifikasinya: Gambar 3.22 Laptop  Acer Aspire One 725  CPU = AMD Dual Core Processor C70  Memory = 2 GB DDR Memory  Battery = 4-cell Li-ion battery  OS = Microsoft windows 7 8. Agilent 34972 A Alat yang berfungsi untuk mengukur dan mencatat temperatur yang akan di ukur. Alat ini dihubungkan dengan termokopel yang dipasang pada titik-titik yang akan diukur temperaturnya. Hasil data yang didapat akan disimpan pada flashdisk yang dicolokkan pada bagian belakang. Gambar 3.23 Agilient 34972 A 46 Dengan Spesifikasi :  Daya 32 Watt  Jumlah saluran termokopel 20 buah  Memiliki 3 saluran utama  Tegangan 250 Volt  Memindai data hingga 250 saluran perdetik  Ketelitian termokopel 0,03 ⁰C  Mempunyai 8 tombol panel dan sistem kontrol  Fungsional antara lain pembacaan suhu termokopel, Resistance Temperature Detector RTD , termistor serta aruslistrik AC. 9. Laser distance meter Alat ini merupakan sebuah alat ukur jarak yang sudah menggunakan teknologi laser dan tilt sensor. Mampu melakukan pengukuran hingga 50m dengan mudah dalam kondisi tanpa papan pemantul. Gambar 3.24 Laser distance meter  Type : Extech DT300  Laser diode : Class 2 red laser wavelength: 635nm  Battery : Two 2 ‘AAA’ alkaline batteries  DustSplash Proof : IP 54  Operating conditions : 0 to 40°C 32 to 104°F  Storage conditions : -10 to 60°C 14 to 140°F 47  Dimensions : 115 x 48 x 28mm 4.5 x 1.9 x 1.1”  Weight : 150 g 5.3 oz  Distance Range : 0.5 to 50 m 2” to 164’  Resolution : 0.001 inches, feet, or meters  Accuracy : ±1.5 mm ± 0.06”  Length : 99.99 m 99’ 11”  Area : 999.99 m 2 999.99 sq. ft  Volume : 999.99 m 3 999.99 cu. ft 10. Vacuum Pressure Digunakan untuk mengukur tekanan vakum yang bekerja pada sistem di evaporator dan kondensor yang masuk kompresor. Spesifikasi dari alat pengukur tekanan vakum adalah: Gambar 3.25 Vacuum pressure  Vacuum BS E N837-1 Hamburg-Germany  Sambungan = 18 NPT  Kisaran tekanan = -76 cmHg – 0 cmHg  Keakuratan Vakum = 2,5cmHg - 20˚C - +60˚C 48 11. Stopwatch Digunakan untuk mengukur lamanya waktu proses pemakaian heater selama beroperasi serta lamanya proses pengujian. Gambar 3.26 Stopwatch  Trinity Stopwacth  Terdiri dari 3 baris display panel  Memiliki kalender display tahun, bulan, tanggal, jam menit, detik  Menyimpan waktu lintasan hingga 199 memori  Memiliki fungsi display mundur 12. Kompresor udara Kompressor udara digunakan untuk menguji kebocoran alat desalinasi. Adapun spesifikasi kompresor udara yang dipakai adalah Gambar 3.27 Kompresor Udara  Brand: Powerone  Daya listrik: 600 watt 34 Hp  Model: PX 124 49  Volume Tabung: 24 Liter  Kecepatan Udara: 118 Lmenit  Tekanan Max: 0.8 Mpa  Kecepatan Motor: 2850rpm  Berat: 28 kg 13. Gelas ukur Gelas ukur digunakan untuk mengukur kuantitas air bersih hasil produksi yang diperoleh selama pengujian. Gelas ukur yang dipakai dalam pengujian ini adalah gelas ukur pyrex 1000ml. Gambar 3.28 Gelas ukur

3.4.2 Bahan

Adapun bahan yang digunakan dalam penelitian ini ialah sampel air laut sebanyak 150 liter yang digunakan selama pangujian. Sampel air laut ini diambil dari air laut belawan yang berlokasi di pantai Ocean Pasifik OC. Gambar 3.29 Air laut untuk pengujian 50

3.5 Flowchart Penelitian

Dalam pelaksanaan penelitian ini dilakukan kegiatan yang meliputi beberapa tahapan yang digambarkan dalam bentuk diagram yang tergambar seperti ditunjukkan pada gambar 3.30. Gambar 3.30 Diagram alir proses pelaksanaan penelitian Mulai Studi Literatur Usulan Penelitian Tahap Persiapan: 1. Perancangan Alat desalinasi Sistem Vakum 1. Persiapan evaporator dan kondensor 2. Instalasi alat dan pengujian kebocoran 3. Pengujian alat desalinasi Pengumpulan data: - Temperatur o C - Waktu menit - Tekanan cmHg - Volume air bersih liter KesimpulanLaporan Selesai Tidak Ya Pengolahan dan Analisis Data Ya Tidak 51

3.6 Prosedur Pengujian

Prosedur pengujian dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut : 1. Instalasi alat penelitian 2. Pengecekan kebocoran sistem dan pelapisan isolasi panas pada evaporator 3. Pemasangan vacuum pressure, termokopel panel dan termokopel agilent pada sistem 4. Mengisi air laut pada sistem dan tangki air laut 5. Pemvakuman sistem 6. Saklar penyuplai listrik dihidupkan, panel kontrol yang terhubung dengan termokopel diatur pada temperatur 50 o C 7. Proses perekaman data dimulai 8. Pengujian dilakukan hingga 8 jam mulai pukul 09.00 sampai 17.00 WIB 9. Tekanan vakum dicatat setiap 1 jam 10. Ketinggian air laut di tangki diatur pada ketinggian 10,34 meter 11. Laju produksi air bersih dan konsentrat garam diukur setelah pengujian selesai 12. Ulangi pengujian hingga 6 hari 13. Hasil data pengujian dianalisis

3.7 Data Penelitian