Membandingkan unjuk kerja alat destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air dengan berpendingin udara.
ABSTRAK
Air merupakan sumber kehidupan dan kebutuhan pokok bagi manusia. Air yang ada seringkali tidak layak konsumsi karena terkontaminasi oleh bahan tak kasat mata seperti bahan kimia, bakteri, kuman penyakit, tanah, garam, dan komponen lain yang dapat membahayakan untuk dikonsumsi. Air tersebut akan mengganggu kesehatan dan menyebabkan penyakit. Untuk itu maka air harus dijernihkan terlebih dahulu. Salah satu cara pengolahan air terkontaminasi adalah dengan cara destilasi
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hasil dan membandingkan unjuk kerja (efisiensi) dari alat destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin udara (tanpa pendingin) dan alat destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air. Variasi yang digunakan adalah variasi debit aliran absorber kain, variasi debit aliran air pendingin kaca, dan variasi dengan penambahan reflector pada alat berpendingin air. Alat destilasi menggunakan bak destilator terbuat dari multiplek dengan tebal 1 cm dan memiliki dimensi ukuran 122 cm x 72 cm x 10 cm. Absorber kain menggunakan cotton combed dan memiliki luasan absorber yang menerima sinar radiasi matahari 0,84 m².
Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi aktual tertinggi pada alat destilasi berpendingin air ditunjukkan pada variasi debit aliran air absorber 4 ml/s dan debit aliran pendingin kaca 13 ml/s dengan penambahan reflektor, yaitu air sebesar 49,3 % pada tingkat radiasi energi surya yang datang (G) sekitar 598 W/m2. Pada alat destilasi berpendingin udara memperoleh efisiensi aktual tertinggi pada variasi debit aliran air absorber 2 ml/s yaitu sebesar 33,4 % pada tingkat radiasi energi surya yang datang (G) sekitar 525 W/m2. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hasil air destilasi terbesar ditunjukkan oleh alat destilasi berpendingin air pada variasi debit aliran air absorber kain 2 ml/s dan debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s, yaitu mencapai 3,39 liter per hari. Pada alat destilasi berpendingin udara, menghasilkan hasil air destilasi terbanyak, ditunjukkan pada variasi debit aliran absorber 2 ml/s yaitu mencapai 1,89 liter per hari.
(2)
ABSTRACT
Water is the source of life and a basic human need. Sometimes, water is not suitable for consumption as it has been contaminated by the invisible materials such as chemicals, bacteria, germs, dirt, salt, and other components that can be harmful for consumption. For that the contaminated water must be clarified first. Many ways to purify contaminated water, one of them by way of distillation.
This research aims to determine and compare the results of the performance (efficiency) of solar water distillation devices type of fabric absorber using single glass with water cooled and solar water distillation devices type of fabric absorber using single glass with air cooled. Variation used was flow of absorber fabric water variation, glass water cooled flow variation and using reflector variation. Distillation devices using Destilator tub made of multiplex 1 cm and has dimensions 122 cm x 72 cm x 10 cm. Distillation devices using fabrics absorber of cotton combed and has an absorber area that receives of solar radiation is 84 cm².
The results showed that the highest actual efficiency of solar water distillation devices with water cooled shown at variation of absorber water flow 4 ml/s and glass water cooled flow 13 ml/s and using reflector is equal to 49,2 % at the level of solar energy radiation that comes (G) around 598 W/m2. At solar water distillation devices with air cooled get the highest actual efficiency at variation of absorber air flow 2 ml/s is equel to 33,5 % at the level of solar energy radiation that comes (G) around 598 W/m2. And the results showed that the highest distilled water results of water distillation devices with water cooled shown a variation of absorber water flow 2 ml/s and glass water cooled flow 13 ml/s reached 3,39 liters per day. The highest distilled water results of water distillation devices with air cooled shown a variation of absorber water flow ml/s that reached 1,89 liters per day. And for the highest distilled water results of water distillation devices type with water cooled shown a variation of absorber water flow 2 ml/s and water cooled flow 13 ml/1 s and using reflector that reached 2,07 litersper day.
(3)
MEMBANDINGKAN UNJUK KERJA ALAT DESTILASI AIR
ENERGI SURYA JENIS ABSORBER KAIN MENGGUNAKAN
KACA TUNGGAL BERPENDINGIN AIR DENGAN
BERPENDINGIN UDARA
SKRIPSI
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Oleh:
DAMAR DWI SAPUTRA MARKUS
NIM : 115214041
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
2015
(4)
ii
THE COMPARISON OF THE PERFORMANCE OF THE
SOLAR WATER DISTILLATION TYPE OF FABRIC
ABSORBER USING SINGLE GLASS WATER COOLED AND
USING AIR COOLED
FINAL PROJECT
Presented As Partitial Fulfillment Of The Requirement To Obtain The Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering
Presented by:
DAMAR DWI SAPUTRA MARKUS
Student Number : 115214041
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
2015
(5)
SKRIPSI
MEMBANDINGKAI{ I]NJUK
KERJA
AI,AT
DESTII,ASI
AIR
ENERGI SURYA JENIS ABSORBER
I(AIN
MENGGI}NAKAN
I(ACA TIINGGAL
BERPENDINGINAIR
DENGANBERPENDINGIN
I'DARA
Disusun Oleh:
,f
q
w
%'
GvnxgP
Pembimbing
(6)
MEMBAFIDINGKAI\I
I]NJUK
KERJA
ALAT
DESTILASI
AIR
ENERGI SURYA JENIS ABSORBER
KAIN
MANGGUNAKAII
KACA TUNGGAL BERPENDINGIN
AIR
DENGAI\IKetua Sekertaris Anggota
BERPENDINGIN T]DARA
Dipersiapkan dan ditulis oleh: Damar Dwi Saputra Markus
NIM. I t5214041
Telah dipertahankan di hadapan Panitia Penguji
pada tanggal 28 Juli 2015 dan dinyatakan memenuhi syarat
Susunan Dewan Penguji Nama Lengkap
: Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T.
:
Ir. Rines, M.T.: Doddy Purwadianto, S.T., M.T.
Tanda tangan
Yogyakart4 28 Juli 2015 Fakultas Sains dan Teknologi
rima Rosa, S.Si., M.Sc.
(7)
PERNYATAAN
KEASLIAN SKRIPSI
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam skripsi yang saya
tulis dengan judul :
MEIITBANDINGKAN UNJUK KERJA
ALAT
DESTILASI
AIR
ENERGI
SURYA JENIS ABSORBER
KAIN
MENGGUNAKAN
.
KACA TUNGGAL BERPENDINGIN AIR DENGAN
BERPENDINGIN UDARA
Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib diternpuh untuk
menjadi Sarjana teknik pada Program Strata-I, Program Studi Teknik Mesin,
Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Sejauh yang saya
ketahui bukan merupakan tiruan dari tugas vakhir yang sudah dipubikasi di
Universitas Sanata Dhanna atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah
disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta,23 Juh2014
"W
(8)
PUBLIKASI KARYA
ILMIAH
UNTUK KEPENTINGAN
AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma:
Nama : Damar Dwi Saputra Markus
Nomor Induk
Mahasiswa
:II52I404I
Demi pengernbangan ilmu pengefahuan, saya mernberikair kepada Perpustakaan
Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
MEMBANDINGKAN UNJUK KERJA
ALAT
DESTILASI
AIR
ENERGI
SURYA JENIS ABSORBER
KAIN
MENGGUNAKAN
KACA'TUNGGAL BERPENDINGIN AIR DENGAN
BERPENDINGIN UDARA
Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas
Sanata Dhanna hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,
mengeloia dalam bcntuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan
rnempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akademis, tanpa
perlu metninta izin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama
tetap rnencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian ini pernyataan yang saya buat dengan sebenanrya.
Yogyakarta, 28 Juli 201 5
(9)
vii
ABSTRAK
Air merupakan sumber kehidupan dan kebutuhan pokok bagi manusia. Air yang ada seringkali tidak layak konsumsi karena terkontaminasi oleh bahan tak kasat mata seperti bahan kimia, bakteri, kuman penyakit, tanah, garam, dan komponen lain yang dapat membahayakan untuk dikonsumsi. Air tersebut akan mengganggu kesehatan dan menyebabkan penyakit. Untuk itu maka air harus dijernihkan terlebih dahulu. Salah satu cara pengolahan air terkontaminasi adalah dengan cara destilasi
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hasil dan membandingkan unjuk kerja (efisiensi) dari alat destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin udara (tanpa pendingin) dan alat destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air. Variasi yang digunakan adalah variasi debit aliran absorber kain, variasi debit aliran air pendingin kaca, dan variasi dengan penambahan reflector pada alat berpendingin air. Alat destilasi menggunakan bak destilator terbuat dari multiplek dengan tebal 1 cm dan memiliki dimensi ukuran 122 cm x 72 cm x 10 cm. Absorber kain menggunakan cotton combed dan memiliki luasan absorber yang menerima sinar radiasi matahari 0,84 m².
Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi aktual tertinggi pada alat destilasi berpendingin air ditunjukkan pada variasi debit aliran air absorber 4 ml/s dan debit aliran pendingin kaca 13 ml/s dengan penambahan reflektor, yaitu air sebesar 49,3 % pada tingkat radiasi energi surya yang datang (G) sekitar 598 W/m2. Pada alat destilasi berpendingin udara memperoleh efisiensi aktual tertinggi pada variasi debit aliran air absorber 2 ml/s yaitu sebesar 33,4 % pada tingkat radiasi energi surya yang datang (G) sekitar 525 W/m2. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hasil air destilasi terbesar ditunjukkan oleh alat destilasi berpendingin air pada variasi debit aliran air absorber kain 2 ml/s dan debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s, yaitu mencapai 3,39 liter per hari. Pada alat destilasi berpendingin udara, menghasilkan hasil air destilasi terbanyak, ditunjukkan pada variasi debit aliran absorber 2 ml/s yaitu mencapai 1,89 liter per hari.
(10)
viii
ABSTRACT
Water is the source of life and a basic human need. Sometimes, water is not suitable for consumption as it has been contaminated by the invisible materials such as chemicals, bacteria, germs, dirt, salt, and other components that can be harmful for consumption. For that the contaminated water must be clarified first. Many ways to purify contaminated water, one of them by way of distillation.
This research aims to determine and compare the results of the performance (efficiency) of solar water distillation devices type of fabric absorber using single glass with water cooled and solar water distillation devices type of fabric absorber using single glass with air cooled. Variation used was flow of absorber fabric water variation, glass water cooled flow variation and using reflector variation. Distillation devices using Destilator tub made of multiplex 1 cm and has dimensions 122 cm x 72 cm x 10 cm. Distillation devices using fabrics absorber of cotton combed and has an absorber area that receives of solar radiation is 84 cm².
The results showed that the highest actual efficiency of solar water distillation devices with water cooled shown at variation of absorber water flow 4 ml/s and glass water cooled flow 13 ml/s and using reflector is equal to 49,2 % at the level of solar energy radiation that comes (G) around 598 W/m2. At solar water distillation devices with air cooled get the highest actual efficiency at variation of absorber air flow 2 ml/s is equel to 33,5 % at the level of solar energy radiation that comes (G) around 598 W/m2. And the results showed that the highest distilled water results of water distillation devices with water cooled shown a variation of absorber water flow 2 ml/s and glass water cooled flow 13 ml/s reached 3,39 liters per day. The highest distilled water results of water distillation devices with air cooled shown a variation of absorber water flow ml/s that reached 1,89 liters per day. And for the highest distilled water results of water distillation devices type with water cooled shown a variation of absorber water flow 2 ml/s and water cooled flow 13 ml/1 s and using reflector that reached 2,07 litersper day.
(11)
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan berkah-Nya, penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang diajukan sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta.
Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan skripsi. Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan skripsi dengan baik. Oleh karena itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala bantuan, dukungan dan dorongan, baik secara moriil, materiil dan spirituiil antara lain kepada :
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Si., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta;
2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin;
3. Ir. Rines, M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan saran, kritik dan bimbingan selama penulis belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta;
4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku dosen pembimbing skripsi yang telah memberikan waktu, tenaga dan pikiran selama penulisan skripsi;
5. Ir. Franciskus Asisi Rusdi Sambada, M.T., atas bantuan selama proses penelitian;
6. Segenap dosen dan staff Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, atas segala kerjasama, pelayanan dan bimbingan selama penulis menempuh kuliah dan proses penulisan skripsi;
(12)
7.
Keluarga tercinta, Fransiskus Xaverius Munadjad, Maria Yuliah, dan TivaDyah Novita Sari dan Bernica Sasti Rosalina Maria. Terima kasih atas do'a
dan dukungannya selama kuliah termasuk selama proses penulisan skripsi.
8.
Teman-teman kelompok tugas akhir, Fansriskus Xaverius Rian KristiPratama dan Prastowo
Adi
Saputra atas kerjasamadan
kebersamaan dariawal pengerjaan skripsi sampai peirulisan skripsi selesai.
9.
Teman teman, Dani, Cahyo, Raka, dan Teman kos lainnya yang telahmemberi dukungan dala'n pengerjaan skripsi.
10. Teman-teman Teknik Mesin Angkatan 201I Universitas Sanata Dharma dan
teman-teman saya lainnya yang tidak bisa disebutkan satu per satu, terima
kasih.
Penulis menyadari masih banyak kekurangan dalam tugas akhir ini. Oleh karena itu, penulis menerima saran dan kritik dari pembaca demi perbaikan tugas
akhir. Akhir kata penulis berirarap semoga tugas akhir ini dapat bernranfaa-t bagi pembaca.
Yogyakarta, 28 Juli 201 5 Penulis
(13)
xi
DAFTAR ISI
LEMBAR JUDUL ... i
LEMBAR JUDUL ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN ... ii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN SKRIPSI ... v
LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ... vi
ABSTRAK ... vii
ABSTRACT ... vii
KATA PENGANTAR ... ix
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
DAFTAR GAMBAR ... xv
BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Rumusan Masalah ... 4
1.3 Tujuan Penelitian ... 4
1.4 Batasan Masalah ... 5
1.5 Manfaat Penelitian ... 6
BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA 2.1 Landasan Teori ... 7
2.2 Persamaan yang Digunakan ... 11
(14)
xii
BAB IIIMETODE PENELITIAN
3.1 Alat Penelitian ... 15
3.2 Alat yang Mendukung Dalam Pengambilan Data ... 15
3.3 Parameter yang Divariasikan ... 16
3.4 Variabel yang Diukur ... 16
3.5 Langkah Penelitian ... 21
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN 4.1 Hasil Penelitian ... 23
4.2 Pembahasan ... 30
BAB V PENUTUP 5.1 Kesimpulan ... 45
5.2 Saran ... 46
DAFTAR PUSTAKA ... 47
(15)
xiii
DAFTAR TABEL
Tabel 1 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air ... 24 energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin air pada variasi debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s dan debit aliran air absorber kain 5 ml/s.
Tabel 2 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air ... 24 energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin air pada variasi debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s dan debit aliran air absorber kain 4 ml/s.
Tabel 3 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air ... 25 energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin air pada variasi debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s dan debit aliran air absorber kain 2 ml/s.
Tabel 4 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air ... 25 energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin air pada variasi debit aliran absorber kain 2 ml/s dan debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s
Tabel 5 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air ... 26 energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin air pada variasi debit aliran absorber kain 2 ml/s dan debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s
Tabel 6 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air ... 26 energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin air pada variasi debit aliran absorber kain 4 ml/s dan debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s dengan penambahan reflektor
(16)
xiv
Tabel 7 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air ... 27 energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin udara pada variasi debit aliran air absorber 5 ml/s
Tabel 8 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air ... 27 energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin udara pada variasi debit aliran air absorber 4 ml/s
Tabel 9 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air ... 28 energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin udara pada variasi debit aliran air absorber 2 ml/s
Tabel 10 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air ... 28 energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin udara pada pembanding variasi debit aliran air absorber 2 ml/s
Tabel 11 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air ... 29 energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin udara pada pembanding variasi debit aliran air absorber 2 ml/s
Tabel 12 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air ... 29 energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin udara pada pembanding variasi debit aliran air absorber 4 ml/s
(17)
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1 Skema alat destilasi air energi surya jenis absorber. ... 8 kain secara umum
Gambar 2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator ... 9 tenaga surya jenis absorber kain
Gambar 3 Skema alat destilasi air energi surya jenis absorber kain ... 10 menggunakan kaca tunggal berpendingin air
Gambar 4 Skema alat destilasi air energi surya jenis absorber kain ... 17 menggunakan kaca tunggal berpendingin udara
Gambar 5 Skema alat destilasi air energi surya jenis absorber kain ... 18 menggunakan kaca tunggal berpendingin air
Gambar 6 Skema alat destilasi air energi surya jenis vertikal menggunkan ... 19 kaca tunggal berpendingin air dengan penambahan reflektor
Gambar 7 Grafik hubungan efisiensi aktual dan daya surya yang datang ... 35 dalam 8 jam/hari dengan debit aliran air pendingin kaca 13
ml/s terhadap variasi debit aliran air absorber
Gambar 8 Grafik hubungan efisiensi aktual dan daya surya yang datang ... 36 dalam 8 jam/hari dengan debit aliran air absorber 2 ml/s
terhadap variasi: debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s
Gambar 9 Grafik perbandingan efisiensi aktual dan efisiensi teoritis. ... 38 yang dicapai dalam 8 jam/hari dengan debit aliran air
pendingin kaca 13 ml/s terhadap variasi debit aliran air absorber kain
Gambar 10 Grafik perbandingan efisiensi aktual dan efisiensi teoritis ... 39 yang dicapai dalam 8 jam/hari dengan debit aliran air
absorber 2 ml/s terhadap variasi debit aliran air pendingin kaca
(18)
xvi
Gambar 11 Grafik hubungan hasil volume uap air destilasi dan daya ... 42
surya yang datang dalam 8 jam/hari dengan debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s terhadap variasi debit aliran air absorber kain Gambar 12 Grafik hubungan hasil volume uap air destilasi dan daya ... 43
surya yang datang dalam 8 jam/hari dengan debit aliran air absorber 2 ml/s terhadap variasi debit aliran air pendingin kaca Gambar 13 Grafik perbandingan hasil volume uap air dan hasil volume ... 44
air hasil destilasi yang diperoleh selama 8 jam/hari dengan debit aliran air absorber 2 ml/s terhadap variasi debit aliran air pendingin kaca Gambar 14 Grafik perbandingan hasil volume uap air dan hasil volume ... 45
air hasil destilasi yang diperoleh selama 8 jam/hari dengan debit aliran air absorber 2 ml/s terhadap variasi debit aliran air pendingin kaca Gambar L.1 Logger (Biru) dan Stalker (Merah) ... 51
Gambar L.2 Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) ... 51
Gambar L.3 Solarmeter ... 51
Gambar L.4 Penampung Air hasil destilasi ... 51
Gambar L.5 Alat destilasi air energi surya jenis absorber kain ... 51
menggunakan kaca tunggal berpendingin udara Gambar L.6 Alat destilasi air energi jenis asborber kain ... 52
menggunakan kaca tunggal berpendingin air Gambar L.7 Alat destilasi air energi jenis asborber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air dengan penambahan reflektor ... 52
Gambar L.8 Mekanisme pengatur debit aliran air ... 52
Gambar L.9 Bak penampung air sisa aliran absorber kain dan ... 52 pendingin kaca
(19)
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Air merupakan senyawa kimia yang sangat penting bagi kehidupan
makhluk hidup. Fungsi air sebagai penunjang kehidupan tidak dapat digantikan
oleh senyawa lain. Sebagai mahluk hidup manusia membutuhkan air sebagai
penunjang kehidupannya. Penggunaan air yang utama adalah sebagai air minum.
Selain itu, manusia membutuhkan air untuk berbagai kepentingan seperti
memasak, mandi, mencuci, dan lain-lain. Bagi manusia kebutuhan akan air sangat
mutlak karena sebenarnya zat pembentuk tubuh manusia sebagian besar terdiri
dari air yang jumlahnya sekitar 73% dari bagian tubuh. Air di dalam tubuh
manusia berfungsi sebagai pengangkut dan pelarut bahan-bahan makanan yang
penting bagi tubuh. Sehingga untuk mempertahankan kelangsungan hidupnya
manusia berupaya mendapatkan air yang cukup bagi dirinya (Suharyono, 1996).
Menurut Kusnaedi (2010:5) air yang digunakan harus memenuhi syarat dari segi
kualitas maupun kuantitasnya. Secara kualitas, air harus tersedia pada kondisi
yang memenuhi syarat kesehatan. Kualitas air dapat ditinjau dari segi fisika,
kimia, dan biologi. Air yang dapat digunakan untuk keperluan sehari-hari harus
memenuhi standar baku air rumah tangga.
Pemenuhan kebutuhan akan air bagi manusia merupakan permasalahan
(20)
pencemaran air. Terbatasnya sumber air adalah kondisi dimana sumber air yang
tersedia tidak mencukupi kebutuhan air yang digunakan. Hal tersebut disebabkan
oleh beberapa faktor, yaitu musim kemarau yang berkepanjangan, daerah yang
menurut letak geogafisnya memungkinkan sulitnya ditemui sumber air, dan
berkurangnya sumber air karena ulah manusia. Selain itu, permasalahan lain
adalah pencemaran air. Menurut Effendi (2003:12), pencemaran air adalah masuk
atau dimasukkannya makhluk hidup, zat, energi, dan atau komponen lain ke
dalam air oleh kegiatan manusia sehingga kualitas air menurun sampai ke tingkat
tertentu yang menyebabkan tidak lagi berfungsi sesuai peruntukannya.
Pencemaran air berdampak pada banyak hal. Menurut A World Bank Country
Study dalam buku yang berjudul Indonesia: Environment and Development
(1994:29), air yang tidak bersih untuk diminum langsung adalah salah satu
sumber utama dari penyakit di Indonesia, dan keterbatasan fasilitas sanitasi adalah
penyebab utama dari pencemaran tinja pada sumber-sumber air perkotaan.
Terdapat beberapa cara untuk mengatasi permasalahan air kotor yang
sudah tercemar. Salah satu cara menjernihkan air yang tercemar adalah dengan
menggunakan destilasi air energi surya. Keuntungan alat destilasi air energi surya
diantaranya adalah murah dalam pembuatan dan pengoperasian serta perawatan
yang mudah (Kunze, 2001).
Unjuk kerja alat destilasi energi surya diukur dari efisiensi yang
dihasilkan. Banyak faktor yang mempengaruhi efisiensi alat destilasi energi surya
yaitu keefektifan absorber dalam menyerap radiasi surya, kefektifan kaca dalam
(21)
tercemar yang masuk kedalam destilator. Bak absorber harus terbuat dari bahan
dengan absorbtivitas energi surya yang baik. Untuk meningkatkan absorbtivitas
pada umumnya absorber berwarna hitam, hal itu dikarenakan warna hitam
mempunyai nilai absorptivity sebesar 0,97 (cengel, 1998). Kaca penutup tidak
boleh terlalu panas, karena jika kaca tempertaturnya terlalu panas maka uap air
akan sulit untuk mengembun di dinding kaca. Air masuk pada alat destilasi
diusahakan mempunyai tempertaur yang tinggi untuk mempercepat proses
penguapan. Semakin cepat proses penguapan, maka jumlah air bersih yang
dihasilkan akan semakin meningkat sehingga efisiensi alat destilasi juga akan
meningkat.
Ada beberapa jenis alat destilasi air energi surya, diantaranya jenis
Absorber kain. Dua komponen utama sebuah alat destilasi air energi surya jenis
absorber kain adalah absorber menggunakan kain dan penutup menggunakan
kaca. Kain merupakan tempat air kotor diuapkan dan kaca penutup merupakan
tempat uap air yang sudah tidak mengandung kotoran diembunkan, sehingga
diperoleh air bersih.
Permasalahan umum pada alat destilasi air energi surya jenis absorber kain
saat ini adalah masih rendahnya efisiensi yang dihasilkan. Penelitian ini akan
meneliti pengaruh jumlah debit air yang mengalir pada absorber kain, variasi air
pendingin kaca. Selain pengaruh variasi-variasi alat, penelitian ini juga akan
meneliti beberapa faktor lain yang mempengaruhi efisiensi alat destilasi air energi
surya jenis absorber kain yakni jumlah energi surya yang diterima. Pengembangan
(22)
mendinginkan kaca penutup dan penambahan reflektor. Penambahan variasi ini
diharapkan semakin mempercepat proses penguapan sehingga dapat
meningkatkan hasil efisiensi.
1.2 Rumusan Masalah
Rumusan masalah dari penelitian ini adalah:
1. Penelitian pengaruh pendingin air pada kaca penutup alat destilasi terhadap
efisiensi yang dihasilkan belum banyak dilakukan oleh para ahli.
2. Berapa peningkatan efisiensi pada alat destilasi energi surya jenis absorber
kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air dibandingkan alat destilasi
energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan dari penelitian ini adalah:
1. Membuat model alat detilasi air energi surya jenis absorber menggunakan kaca
tunggal tanpa pendingin kaca (berpendingin udara) dan alat destilasi energi
surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air.
2. Mengetahui dan membandingkan unjuk kerja antara alat destilasi air energi
surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air dan alat
destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal tanpa
(23)
1.4 Batasan Masalah
Batasan masalah dari penelitian ini adalah:
1. Penelitian ini dibatasi khusus untuk alat destilasi air energi surya jenis absorber
kain menggunakan kaca tunggal tunggal berpendingin udara dan alat destilasi
air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin
air.
2. Bak destilator memiliki ukuran 120 cm x 70 cm x 10 cm yang terbuat dari
multiplek dengan tebal 10 mm dan menggunakan absorber kain cotton combed
dengan luasan absorber yang menerima sinar radiasi matahari adalah 0.84 m2.
Alat destilator pada penelitian ini memiliki sudut 3. Alat-alat yang mendukung dalam pengambilan data adalah, piranometer,
dallas semiconductor temperature sensors, sensor level, solarmeter,
microcontroller arduino-1.5.2, mistar, stopwatch, gelas ukur.
4. Penelitian terdiri dari variasi debit aliran air absorber, variasi debit aliran
pendingin kaca dan variasi penambahan reflektor. Variasi debit aliran air
absorber 2 ml/s, 4 ml/s dan 5 ml/s. Variasi debit aliran pendingin kaca 13 ml/s,
16 ml/s dam 19 ml/s. Variasi refloktor dengan ukuran
5. Pengujian alat dilakukan 8 jam dalam satu hari, dimulai pukul 08.00 WIB
sampai 16.00 WIB.
6. Rugi-rugi akibat gesekan pada saluran masuk air terkontaminasi dan saluran
(24)
1.5 Manfaat Penelitian
Manfaat yang ingin diperoleh dari penelitian ini adalah:
1. Dapat menguasai proses pembuatan alat destilasi air energi surya jenis absorber
kain menggunakan kaca tunggal.
2. Menambah kepustakaan teknologi destilasi air energi surya jenis absorber kain.
3. Dari hasil penelitian ini diharapkan dapat dikembangkan untuk membuat
prototipe dan produk teknologi alat destilasi energi surya.
4. Membantu masyarakat yang mengalami keterbatasan dalam pengadaan air
(25)
7
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Landasan Teori
Alat detilisai air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca
tunggal adalah alat yang pada dasarnya memiliki prinsip kerja seperti alat
penyulingan yaitu untuk memisahkan air dari zat yang tidak diinginkan atau zat
kontaminan. Komponen utama destilator adalah kain absorber dan kaca penutup
pada bagian atas. Kain absorber menggunakan cotton combed yang halus dan
mudah menyerap air berfungsi sebagai media air yang akan didestilasi dan
sebagai absorber energi surya. Untuk memperbesar absorpsivitas energi surya
maka menggunakan kain warna hitam. Menurut Cengel (2000:589) warna hitam
memiliki absorpsivitas sebesar 0,97 sehingga dapat menyerap energi surya dengan
baik. Penggunaan kaca sebagai penutup dimaksudkan agar energi surya dapat
masuk dengan mudah ke absorber kain. Selain itu, kaca penutup juga berfungsi
sebagai kondenser agar uap air di dalam kotak destilator dapat mengembun atau
berubah fase menjadi cair. Proses pengembunan uap air pada kaca dipengaruhi
oleh temperatur kaca tersebut. Semakin rendah temperatur kaca maka proses
pengembunan uap air semakin tinggi dan sebaliknya apabila temperatur kaca
semakin tinggi maka pengembunan semakin rendah. Oleh karena itu, kaca
didinginkan menggunakan air yang mengalir pada permukaan atasnya agar kaca
(26)
Kotak destilator dilengkapi dengan saluran masuk air terkontaminasi yang
akan dialirkan ke absorber kain, saluran keluar air hasil destilasi dan sistem
pengatur debit air yang akan didestilasi. Sistem pengatur tersebut berfungsi
mengatur debit air yang akan didestilasi sesuai dengan keinginan. Semakin besar
debit air yang mengalir pada absorber dapat mengakibatkan proses penguapan
berjalan lambat tetapi jika terlalu kecil debit air dapat mengakibatkan suhu di
dalam bak destilator terlalu tinggi dan kaca penutup menjadi pecah. Pengaturan
debit aliran air absorber dan air pendingin perlu dilakukan untuk mendapatkan
hasil destilasi yang maksimal.
Gambar 1 Skema alat destilasi air energi surya jenis absorber kain secara umum
Cara kerja alat destilasi jenis absorber terlihat pada Gambar 1. air yang
akan didestilasi masuk melalui saluran air yang terkontaminasi kemudian
mengalir melalui absorber kain. Energi surya yang datang memanasi absorber
kain diserap oleh air yang terkontaminasi. Akibatnya air tersebut berubah fase dari
(27)
mengkontaminasi air tidak dapat berubah fase dan terpisah dari air yang telah
menjadi gas. Uap air yang bersentuhan dengan kaca akan mengembun.
Pengembunan tersebut diakibatkan suhu lingkungan di bagian kaca luar lebih
rendah dibandingkan suhu absorber di bagian kaca dalam sehingga panas
mengalir dari uap air menuju lingkungan. Embun mengalir ke saluran keluar
karena posisi kaca yang miring, kemudian air dialirkan ke bak penampungan air
bersih. Air yang tidak teruapakan akan mengalir melalui saluran buang air sisa
absorber untuk ditampung pada bak penampung dan akan disirkulasikan. Untuk
mempermudah proses pengembunan, pada dinding kaca penutup bagian luar
dialiri air sebagai pendingin. Air tersebut masuk melalui saluran air pendingin
kaca kemudian mengalir membasahi dinding kaca bagian luar. Sisa air pendingin
kaca tersebut akan disalurkan ke bak penampung dan disirkulasikan kembali.
Mekanisme perpindahan masa uap air dari bak air ke kaca penutup pada
alat destilasi air energi surya terjadi secara: konveksi alami, purging, dan difusi
tersaji pada Gambar 2. Sebagian besar massa uap air berpindah secara konveksi
alami dan hanya sebagian kecil yang berpindah secara purging dan difusi.
Mekanisme yang penulis jelaskan dapat dilihat pada Gambar 2.
Gambar 2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator tenaga surya jenis absorber kain.
(28)
Konveksi alami adalah mekanisme berpindahnya massa uap air karena
perbedaan temperatur. Molekul air yang mempunyai temperatur lebih tinggi akan
mempunyai energi kinetik yang lebih besar dan dapat lepas dari permukaan air
(menguap). Purging adalah mekanisme berpindahnya massa uap air yang
disebabkan adanya perbedaan tekanan. Uap air akan mengalir dari tempat yang
mempunyai tekanan lebih tinggi ke tempat yang mempunyai tekanan lebih
rendah. Difusi adalah mekanisme berpindahnya massa uap air yang disebabkan
perbedaan konsentrasi uap air.
Gambar 3 Skema alat destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air.
Pada Gambar 3 diketahui beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi
alat destilasi air energi surya jenis absorber kain diantaranya: keefektifan absorber
dalam menyerap energi surya, keefektifan kaca dalam mengembunkan uap air,
jumlah massa air di alat destilasi dan temperatur awal air masuk kedalam alat
(29)
yang baik, untuk meningkatkan absorbtivitas umumnya absorber berwarna hitam.
Kaca penutup tidak boleh terlalu panas, jika kaca terlalu panas maka uap akan
sukar mengembun. Jumlah massa air yang ada di dalam alat destilasi tidak boleh
terlalu banyak karena akan memperlama proses penguapan air. Semakin tinggi
temperatur air masuk alat destilasi maka air bersih yang dihasilkan akan semakin
banyak sehingga efisiensi alat destilasi semakin meningkat.
2.2 Persamaan yang Digunakan
Efisiensi alat destilasi energi surya didefinisikan sebagai perbandingan
antara jumlah energi yang digunakan dalam proses penguapan air dengan jumlah
energi surya yang datang selama waktu pemanasan (Arismunandar, 1995):
t C fg g dt G A h m 0 . . (1)
denganACadalah luas alat destilasi (m2), dtadalah lama waktu pemanasan (detik),
Gadalah energi surya yang datang (W/m2), hfg adalah panas laten air (J/kg), dan
g
m adalah massa uap air (kg).
Massa uap air (mg) dapat diperkirakan dengan persamaan matematis
berikut (Arismunandar, 1995):
C W C W kon uap fg g T T P P q q h
(30)
W
W C
W C W C Wkon T T T
P P P T
T
q
. 10 . 9 , 268 10 . 84 , 8 3 1 3 4 (3)
dengan quap adalah bagian energi matahari yang digunakan untuk proses
penguapan (W/m2), qkon adalah bagian energi matahari yang hilang karena
konveksi (W/m2), PW adalah tekanan parsial uap air pada temperatur air (N/m2),
C
P adalah tekanan parsial uap air pada temperatur kaca penutup (N/m2), TW adalah
temperatur air (oC), dan TC adalah temperatur kaca penutup (oC).
2.3 Penelitian yang Pernah Dilakukan
Penelitian beberapa jenis alat destilasi air energi surya telah dilakukan oleh
Malick (Malick dkk, 1982). Hasil yang diperoleh Malick dilanjutkan oleh Tiwari
(Tiwari, 1992). Penelitian unjuk kerja alat destilasi jenis vertikal sisi tunggal
dengan menggunakan absorber spon berwarna hitam menghasilkan air destilasi
antara 0,275 sampai 1,31 liter/m2.hari dengan jumlah energi surya antara 8,42
sampai 14,71 MJ. Efisiensi harian berkisar antara 7,85 sampai 21,19 %. (Boukar,
2005). Penelitian tersebut dilakukan di Aljazair pada musim panas dan gugur
2003. Luasan spon yang digunakan 0,817 m2.Pada penelitian tersebut diketahui
bahwa uap air yang mengembun di kaca menghalangi energi surya yang masuk.
Penelitian unjuk kerja alat destilasi jenis vertikal sisi tunggal tersebut dimodifikasi
dengan menambahkan kondensor pasif di bagian belakang alat destilasi (Boukar,
2007). Modifikasi tersebut menerapkan metode tetesan air terbalik yang telah
(31)
pelat datar (Badran, 1992) dan untuk alat destilasi air energi surya (Badran, 1993).
Penelitian modifikasi oleh Boukar tersebut dilakukan di Aljazair pada musim
dingin (Desember 2005 sampai Januari 2006) dengan luas alat destilasi 0,94 m2
dan luas bagian penguapan (kondensor pasif) 0,869 m2. Produktivitas harian yang
diperoleh bervariasi antara 0,863 sampai 1,32 liter/m2.hari dengan energi surya
sebesar 19,15-26,08 MJ/m2 dan temperatur lingkungan antara 10,68 sampai 15,19
o
C, efisiensi maksimum yang diperoleh tiap jam antara 47,69 sampai 57,85 %.
Sebuah prototipe alat destilasi air energi surya jenis vertikal menggunakan
absorber rata dengan luas 0,817 m2 terbuat dari kain spon hitam mempunyai
penutup kaca dengan luas 0,876 m2 diteliti pada musim panas dari bulan Mei
sampai Juli 2003 dan musim gugur dari September sampai November di daerah
gurun di Adrar. Jarak kaca dengan absorber 70 mm dan tebal isolasi 35 mm.
Penelitian tersebut menganalisis parameter-parameter yang mempengaruhi unjuk
kerja dan produktivitas alat destilasi. Parameter yang dianalisis adalah temperatur
air masuk dan keluar, temperatur sekitar, temperatur kaca, energi aurya yang
datang dan posisi alat destilasi. Hasil penelitian tersebut menunjukkan unjuk kerja
dan produktivitas alat destilasi air energi surya jenis vertikal sangat bergantung
pada energi surya yang datang, temperatur sekitar dan posisi alat destilasi. Hasil
air yang diperoleh bervariasi antara 0,5 sampai 2,3 kg/m2 (Boukar, 2004).
Produktivitas destilasi air energi surya bergantung pada banyak parameter seperti
kondisi cuaca, sifat termal material alat, posisi alat, kemiringan kaca, kebocoran
uap dan parameter operasional lainnya (Garg, 1976). Pada alat destilasi miring
(32)
dibandingkan alat destilasi konvensional (Tanaka, 1982). Penelitian pengaruh
cuaca, disain dan parameter operasional pada produktivitas alat destilasi juga
diteliti oleh Yeh dan Chen (Yeh, 1986). Penelitian pengaruh regeneratif pada
destilasi air energi surya jenis vertikal juga pernah dilakukan (Wibulswas, 1984).
(33)
15
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Alat Penelitian
Skema alat penelitian alat destilasi air energi surya jenis vertikal pada
penelitian ini terdiri dari tiga konfigurasi sebagai berikut:
1. Alat detilisai air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin udara ( Gambar 5 ).
2. Alat detilisai air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin air ( Gambar 6 ).
3. Alat detilisai air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin air dan menggunakan reflektor ( Gambar 7 ).
3.2 Alat yang Mendukung Dalam Pengambilan Data
1. Piranometer
Piranometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur radiasi
matahari, alat tersebut digunakan untuk mengkalibrasikan dengan solar meter
agar dapat memberikan hasil data energi surya yang datang sama dengan hasil
data energi surya yang datang pada alat piranometer.
2. Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS)
Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) digunakan untuk
(34)
3. Sensor Level
Sensor level adalah alat yang digunakan untuk mengukur hasil
ketinggian air dalam penampung air yang sudah didestilasi.
4. Solarmeter
Solarmeter digunakan untuk mengukur intensitas energi matahari yang
datang.
5. Microcontroller Arduino-1.5.2
Microcontroller Arduino merupakan aplikasi software yang digunakan
untuk pembacaan hasil dalam pengambilan data alat destilasi energi surya.
3.3 Parameter yang Divariasikan
Terdapat beberapa jenis parameter yang akan divariasikan diantaranya
sebagai berikut :
1. Debit aliran air yang mengalir pada absorber kain sebanyak 3 variasi.
2. Debit aliaran air pendingin kaca penutup sebanyak 3 variasi.
3. Jumlah energi surya yang diterima sebanyak 1 variasi (dengan menggunakan
reflektor dan tidak menggunakan reflektor).
3.4 Variabel yang Diukur
Terdapat beberapa jenis variabel yang akan diukur diantaranya sebagai
berikut :
1. Temperatur air (TW)
(35)
3. Temperatur kaca penutup (TC)
4. Temperatur udara sekitar (TA)
5. Kelembaban udara sekitar (RHA)
6. Jumlah volume air destilasi yang dihasilkan (MD)
7. Energi surya yang datang (G)
8. Lama waktu pencatatan data (t)
Gambar 4 Skema alat destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin udara
Komponen alat detilisai air energi surya jenis absorber kain menggunakan
kaca tunggal berpendingin udara (Gambar 4) terdiri dari (1) kotak destilator dari
bahan multiplek 1cm dengan dimensi ukuran 122 cm x 72 cm x 10 cm , (2) kaca
(36)
saluran buang air yang terkontaminasi yang tidak menguap, (6) bak penampung
air bersih saluran air bersih hasil destilasi, (7) saluran air bersih hasil destilasi, dan
(8) kontruksi pendukung.
Gambar 5 Skema alat destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air
Komponen alat detilisai air energi surya jenis absorber kain menggunakan
kaca tunggal berpendingin air (Gambar 5) terdiri dari (1) kotak destilator dengan
bahan dan ukuran sama dengan Gambar 4, (2) kaca penutup, (3) saluran air
pendingin kaca, (4) saluran air yang terkontaminasi (5) absorber kain cotton
combed, (6) bak penampung air pendingin kaca, (7) saluran buang air pendingin
(37)
air bersih hasil destilasi kontruksi pendukung, (10) bak penampung air bersih, dan
(11) kontruksi pendukung.
Gambar 6 Skema alat destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air dan menggunakan reflektor
Komponen alat detilisai air energi surya jenis absorber kain menggunakan
kaca tunggal berpendingin air (Gambar 6) terdiri dari (1) kotak destilator dengan
bahan dan ukuran sama seperti Gambar 4, (2) kaca penutup, (3) saluran air yang
terkontaminasi, (4) saluran air pendingin kaca, (5) reflektor dengan ukuran 100
cm x 50 cm, (6) absorber kain cotton combed, (7) bak penampung air pendingin
(38)
yang tidak menguap, (10) saluran air bersih, (11) bak penampung air bersih, dan
(12) kontruksi pendukung.
Untuk pengukuran temperatur digunakan sensor temperatur DS18B20,
untuk pengukuran kelembaban digunakan sensor kelembaban DHT22 dan untuk
pengukuran intensitas energi surya yang datang digunakan photovoltaic yang
dikalibrasi dengan pyranometer. Untuk pengukuran air bersih yang dihasilkan
digunakan E-tape level. Selain sensor-sensor tersebut, untuk mengambil data
diperlukan juga beberapa peralatan penunjang dalam pengambilan data yakni
WSN, Xbee dan Stalker. WSN berfungsi untuk memonitor pengambilan data,
Xbee untuk mentransfer data dari Stalker ke WSN. Stalker berfungsi untuk
mengatur pengambilan data dan menyimpan data untuk keperluan analisis. Sensor
dan peralatan penunjang merupakan komponen penting dalam penelitian ini.
Kegiatan penelitian dimulai dengan survey dan pembelian bahan untuk
pembuatan alat destilasi. Konfigurasi alat destilasi yang diteliti berjumlah 3 (tiga)
konfigurasi seperti pada Gambar 4, 5 dan 6. Setelah pembuatan alat perlu
dilakukan uji coba. Tujuan uji coba adalah untuk mengevaluasi apakah alat
destilasi yang dibuat dapat bekerja dengan baik atau tidak. Jika dari uji coba
diperoleh data yang menyatakan alat destilasi dapat bekerja dengan baik maka
langkah selanjutnya adalah pengambilan data tetapi jika tidak maka dilakukan
(39)
3.5 Langkah Penelitian
Secara rinci langkah penelitian yang dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti Gambar 5, 6 dan 7.
2. Ketiga konfigurasi alat di panasi dengan energi surya secara bersamaan.
3. Variasi yang dilakukan adalah variasi debit aliran absorber 2 ml/s dan debit
aliran air pendingin kaca 13 ml/s, debit aliran air absorber 2 ml/s dan debit
aliran air pendingin kaca 16 ml/s, debit aliran air absorber 2 ml/s dan debit
aliran air pendingin kaca 19 ml/s, debit aliran air absorber kain 5 ml/s dan debit
aliran air pendingin kaca 13 ml/s, debit aliran air absorber kain 4 ml/s dan debit
aliran air pendingin kaca 13 ml/s, debit aliran air absorber kain 2 ml/s dan debit
aliran air pendingin kaca 13 ml/s, debit aliran air absorber kain 4 ml/s dan debit
aliran air pendingin kaca 13 ml/s
4. Pengambilan data dilakukan tiap 10 detik selama 8 jam dari jam 08.00 sampai
dengan jam 16.00.
5. Data yang dicatat adalah temperatur air (TW), temperatur kaca penutup (TC),
temperatur udara sekitar (TA), kelembaban udara sekitar (RHA), jumlah air
destilasi yang dihasilkan (mD), energi surya yang datang (G) dan lama waktu
pencatatan data (t).
6. Sebelum melanjutkan pengambilan data untuk hari berikutnya kondisi alat
destilasi harus diperiksa untuk memastikan debit aliran awal dan tidak ada
masalah seperti kebocoran atau alat ukur yang terlepas.
Untuk proses pengolahan data dapat dilakukan dalam beberapa langkah
(40)
1. Memilah data yang akan digunakan yaitu mencari data pada kondisi TW lebih
besar dibandingkan TC karena persamaan 1, 2 dan 3 hanya dapat digunakan
dengan syarat TW >TC.
2. Interpolasi tekanan parsial uap air pada temperatur air (PW) dengan fungsi TW,
tekanan parsial pada kaca penutup (PC) dengan fungsi TC, dan panas laten air
(hfg) dengan fungsi TW. Interpolasi dilakukan berdasar pada Tabel L1. Sifat
Air dan Uap Jenuh.
3. Menghitung panas yang berpindah ke tutup dengan cara konveksi (qkonveksi)
menggunakan persamaan (3).
4. Menghitung panas yang berpindah ketutup dengan cara penguapan (quap)
menggunakan persamaan (2).
5. Menghitung massa uap air (mg) menggunakan persamaan (2)
6. Menghitung efisiensi (η) menggunakan persamaan (1) dengan luas bidang
(41)
23
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1Hasil Penelitian
Dalam pengambilan data penelitian secara keseluruhan ada 3 variasi alat,
yaitu:
1. Destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin air dibandingkan dengan destilasi air energi surya jenis absorber
kain menggunakan kaca tunggal berpendingin udara di uji secara bersamaan
dengan variasi debit aliran absorber kain.
2. Destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin air dibandingkan dengan destilasi air energi surya jenis absorber
kain menggunakan kaca tunggal berpendingin udara di uji secara bersamaan
dengan variasi pada debit aliran air pendingin.
3. Destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal
berpendingin air dengan penambahan reflektor dibandingkan dengan destilasi
air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin
(42)
Secara lengkap data dari tiga variasi tersebut dapat dilihat secara berurutan
pada Tabel 1 sampai dengan Tabel 12 dengan keterangan sebagai berikut :
Tabel 1 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air pada variasi debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s dan debit aliran air absorber kain 5 ml/s.
Tabel 2 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air pada variasi debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s dan debit aliran air absorber kain 4 ml/s.
1 35,21 48,71 783,57 5.709,60 11.443,25 2.385,89 0,033 0,226 0,341 0,00 34,38 0,00 2 36,68 53,70 874,42 6.167,97 14.670,33 2.373,92 0,046 0,371 0,563 0,30 50,53 26,82 3 38,32 57,03 841,06 6.721,01 17.240,77 2.365,92 0,053 0,483 0,735 0,18 68,35 16,30 4 38,81 51,73 441,18 6.894,53 13.309,94 2.378,65 0,032 0,255 0,386 0,31 68,77 55,36 5 36,40 46,43 264,44 6.080,64 10.199,11 2.391,33 0,022 0,146 0,220 0,21 65,93 61,38 6 34,16 37,75 93,67 5.402,96 6.525,59 2.411,97 0,005 0,027 0,041 0,05 34,91 43,81 7 33,49 42,98 252,18 5.213,76 8.551,43 2.399,56 0,020 0,114 0,172 0,23 54,01 73,84 8 30,90 38,72 108,31 4.533,14 6.861,05 2.409,68 0,015 0,074 0,110 0,07 80,80 54,55 457,36 Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi 1,35 57,21 41,51
Variasi Absorber 1
Jam ke- G (W/m2)
PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg) q konv
(kW/m2) q uap
(kW/m2) mg
(kg/jam.m2) mD (liter) TC (°C) TW (°C)
η teoritis (%)
η aktual (%)
1 33,64 47,94 711,77 5253,74 11011,14 2387,72 0,035 0,230 0,347 0,00 38,49 0,00 2 38,90 54,54 862,42 6924,91 15281,04 2371,92 0,041 0,358 0,543 0,26 49,42 23,34 3 40,92 58,05 879,69 7690,55 18104,48 2363,46 0,048 0,470 0,716 0,32 63,59 28,01 4 41,08 59,61 789,42 7753,46 19486,61 2359,71 0,053 0,548 0,835 0,40 82,59 39,96 5 39,38 55,14 553,33 7100,28 15732,83 2370,48 0,042 0,372 0,565 0,63 80,09 89,34 6 34,85 43,97 209,31 5603,76 8998,20 2397,19 0,019 0,116 0,174 0,19 65,73 72,51 7 34,06 46,12 277,25 5372,87 10040,78 2392,07 0,028 0,175 0,264 0,20 75,30 55,91 8 32,12 42,42 150,13 4842,19 8309,06 2400,89 0,022 0,122 0,182 0,08 96,42 40,12
554,17 2,07 68,95 43,65
η teoritis
(%)
η aktual
(%) Variasi Absorber 2
Jam ke- G (W/m2)
PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg) qkonv
(kW/m2) q uap
(kW/m2) mg
(kg/jam.m2) mD
(liter)
Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi TC
(°C)
TW
(43)
Tabel 3 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air pada variasi debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s dan debit aliran air absorber kain 2 ml/s.
Tabel 4 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air pada variasi debit aliran absorber kain 2 ml/s dan debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s
1 32,75 46,96 678,74 5009,73 10476,91 2390,07 0,035 0,217 0,327 0,00 38,04 0,00 2 34,66 54,15 833,51 5548,25 14991,95 2372,85 0,054 0,430 0,652 0,30 61,36 28,63 3 36,75 59,55 899,93 6191,40 19434,88 2359,85 0,069 0,654 0,998 0,41 86,50 35,21 4 38,52 61,49 852,89 6791,75 21279,60 2355,17 0,071 0,727 1,112 0,40 98,08 35,49 5 40,29 59,41 681,49 7443,97 19304,69 2360,19 0,055 0,558 0,850 0,48 97,40 55,22 6 40,39 55,24 462,56 7481,05 15810,51 2370,23 0,039 0,353 0,537 0,41 90,94 68,89 7 38,99 50,97 310,33 6959,54 12816,29 2380,48 0,028 0,226 0,342 0,23 86,81 58,59 8 37,10 44,14 116,40 6305,51 9075,06 2396,80 0,014 0,087 0,131 0,15 75,94 88,81 604,48 2,39 79,38 46,35
η teoritis
(%)
η aktual
(%)
Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi
Variasi Absorber 3 Dan Kaca Pendingin 1
Jam ke- TC (°C)
TW
(°C)
G
(W/m2)
PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg) q konv
(kW/m2)
q uap
(kW/m2)
mg
(kg/jam.m2)
mD
(liter)
1 33,72 47,39 687,03 5276,39 10709,53 2389,03 0,033 0,214 0,322 0,00 37,01 0,00 2 36,35 54,00 883,99 6064,87 14884,99 2373,21 0,048 0,390 0,591 0,25 52,49 22,07 3 38,47 57,98 832,29 6773,73 18045,38 2363,62 0,056 0,527 0,803 0,37 75,40 34,50 4 39,26 58,60 746,40 7055,49 18579,85 2362,14 0,056 0,540 0,823 0,34 86,15 35,19 5 37,39 50,27 316,73 6404,22 12377,73 2382,15 0,031 0,235 0,355 0,39 88,24 97,08 6 36,26 48,56 326,27 6033,42 11358,83 2386,25 0,029 0,204 0,308 0,19 74,51 46,49 7 34,87 47,81 258,43 5608,05 10938,49 2388,03 0,031 0,207 0,311 0,31 95,18 94,84 8 33,51 43,39 177,73 5219,27 8733,31 2398,58 0,021 0,122 0,183 0,13 81,88 60,21 528,61 1,98 73,86 48,80
η teoritis
(%)
η aktual
(%)
Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi
Variasi Kaca Pendingin 2
Jam ke- TC (°C)
TW
(°C)
G
(W/m2)
PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg) qkonv
(kW/m2)
q uap
(kW/m2)
mg
(kg/jam.m2)
mD
(44)
Tabel 5 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air pada variasi debit aliran absorber kain 2 ml/s dan debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s
Tabel 6 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air pada variasi debit aliran absorber kain 4 ml/s dan debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s dengan penambahan reflektor
1 30,57 43,42 658,98 4451,69 8746,29 2398,51 0,030 0,162 0,243 0,00 29,28 0,00 2 31,44 47,50 679,50 4667,99 10766,67 2388,78 0,041 0,252 0,379 0,15 44,10 18,01 3 33,30 51,52 755,58 5159,95 13173,24 2379,15 0,049 0,352 0,532 0,26 55,40 26,61 4 34,77 48,53 449,90 5578,75 11342,28 2386,32 0,034 0,229 0,345 0,26 60,48 45,30 5 35,37 42,37 240,18 5759,14 8285,64 2401,02 0,013 0,078 0,118 0,22 38,87 73,47 6 35,50 45,28 308,02 5797,88 9617,46 2394,09 0,021 0,134 0,201 0,10 51,74 26,21 7 35,07 45,82 276,06 5668,65 9887,04 2392,79 0,024 0,153 0,230 0,13 65,85 38,62 8 34,78 40,44 107,35 5582,57 7500,84 2405,60 0,010 0,055 0,082 0,22 61,08 164,75
434,45 1,35 50,85 49,12
η teoritis
(%)
η aktual
(%)
Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi Variasi Kaca Pendingin 3
Jam ke- TC (°C)
TW
(°C)
G (W/m2)
PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg) qkonv
(kW/m2) q uap
(kW/m2) mg
(kg/jam.m2) mD
(liter)
1 31,69 45,78 758,40 4731,84 9866,03 2392,89 0,034 0,202 0,304 0,00 31,68 0,00 2 33,08 50,58 753,68 5100,39 12566,40 2381,42 0,046 0,322 0,486 0,24 50,83 25,47 3 35,42 58,61 922,31 5773,26 18590,64 2362,11 0,070 0,631 0,962 0,36 81,50 30,54 4 36,78 54,95 648,51 6202,23 15590,83 2370,93 0,050 0,421 0,639 0,33 77,30 40,33 5 38,01 58,85 754,45 6611,36 18800,10 2361,54 0,061 0,584 0,891 0,28 92,19 28,87 6 37,66 50,70 380,33 6494,35 12647,25 2381,11 0,032 0,243 0,368 0,40 76,20 82,37 7 38,04 50,11 354,94 6623,86 12280,61 2382,53 0,029 0,218 0,329 0,23 73,07 52,03 8 37,61 43,35 130,54 6477,97 8717,11 2398,67 0,010 0,066 0,098 0,22 59,85 134,18
587,89 2,07 67,83 49,23
Variasi Reflektor
Jam ke- TC (°C)
TW
(°C)
G (W/m2)
PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg) q konv (kW/m2)
q uap
(kW/m2) mg
(kg/jam.m2) mD
(liter)
Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi
η teoritis (%)
η aktual (%)
(45)
Tabel 7 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin udara pada variasi debit aliran air absorber 5 ml/s
Tabel 8 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin udara pada variasi debit aliran air absorber 4 ml/s
1 32,63 48,71 551,35 4977,13 11445,08 2385,89 0,041 0,269 0,406 0 58,07 0 2 34,73 51,71 714,40 5568,45 13298,02 2378,70 0,045 0,333 0,504 0,18 55,44 19,64 3 36,43 53,93 802,33 6088,01 14831,37 2373,38 0,047 0,385 0,584 0,22 57,16 21,61 4 37,09 51,98 540,94 6302,91 13475,89 2378,05 0,038 0,298 0,451 0,23 65,51 34,06 5 34,69 44,56 360,08 5554,57 9271,99 2395,80 0,021 0,130 0,196 0,20 43,03 44,79 6 31,13 35,29 151,23 4590,20 5734,63 2417,80 0,006 0,029 0,043 0,18 22,87 97,17 7 31,51 38,99 369,79 4685,43 6957,63 2409,05 0,014 0,071 0,106 0,04 22,81 8,69 8 30,18 35,63 288,06 4357,70 5836,86 2417,01 0,009 0,041 0,061 0,13 16,96 36,43
472,27 1,19 42,73 32,80
Pembanding Variasi Absorber 1
Jam ke- η teoritis
(%) η aktual
(%)
q uap
(kW/m2)
mg
(kg/jam.m2)
mD
(liter)
Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi
G
(W/m2)
PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg) qkonv (kW/m2)
TC (°C)
TW (°C)
1 32,13 48,49 492,94 4846,87 11321,41 2386,40 0,042 0,270 0,408 0,00 65,27 0,00 2 35,19 53,43 700,91 5704,38 14473,18 2374,58 0,050 0,390 0,591 0,13 66,18 15,05 3 37,46 55,74 827,56 6426,25 16197,43 2369,03 0,051 0,441 0,671 0,17 63,50 15,85 4 39,25 57,20 900,52 7053,26 17381,40 2365,51 0,050 0,469 0,714 0,20 62,03 17,10 5 37,14 51,80 662,13 6318,45 13356,69 2378,48 0,037 0,290 0,440 0,20 52,21 23,27 6 32,91 38,52 320,94 5054,64 6791,19 2410,15 0,010 0,049 0,074 0,23 18,27 57,05 7 32,69 39,98 445,27 4994,22 7326,28 2406,68 0,014 0,072 0,108 0,09 19,37 16,56 8 31,94 38,09 332,94 4797,17 6641,10 2411,17 0,011 0,054 0,080 0,15 19,23 36,68
585,40 1,17 45,76 22,69
η teoritis
(%)
η aktual
(%) Pembanding Variasi Absorber 2
Jam ke- G (W/m2)
PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg) qkonv
(kW/m2) q uap
(kW/m2)
Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi TC
(°C)
TW
(°C)
mg
(kg/jam.m2) mD
(46)
Tabel 9 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin udara pada pembanding variasi debit aliran air absorber 2 ml/s
Tabel 10 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin udara pada variasi debit aliran air absorber 2 ml/s
1 34,73 50,92 464,10 5566,95 12787,07 2380,59 0,042 0,305 0,461 0,00 78,23 0,00 2 37,95 55,34 626,61 6592,42 15889,28 2369,99 0,047 0,413 0,627 0,16 78,45 19,88 3 40,74 57,79 764,90 7620,31 17879,37 2364,09 0,047 0,461 0,703 0,25 71,80 25,13 4 42,09 60,65 828,66 8169,54 20463,63 2357,19 0,054 0,579 0,884 0,29 83,15 26,89 5 42,95 61,16 748,59 8539,45 20960,30 2355,95 0,053 0,584 0,893 0,39 92,89 40,44 6 40,86 56,88 602,18 7667,60 17116,87 2366,28 0,043 0,415 0,631 0,33 81,97 43,13 7 36,73 49,17 523,09 6185,49 11713,54 2384,78 0,030 0,214 0,322 0,29 48,59 43,71 8 34,12 42,84 375,70 5391,82 8489,16 2399,89 0,018 0,103 0,155 0,19 32,73 39,90 616,73 Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi 1,89 70,98 29,89
Pembanding Variasi Absorber 3 dan Pendingin 1
Jam ke- TC (°C)
TW
(°C)
G (W/m2)
PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg) q konv
(kW/m2) q uap
(kW/m2) mg
(kg/jam.m2) mD
(liter)
η teoritis
(%)
η aktual
(%)
1 33,94 48,93 468,95 5339,51 11574,40 2385,35 0,038 0,254 0,384 0,00 64,54 0,00 2 37,75 55,02 637,47 6524,29 15642,09 2370,76 0,047 0,403 0,612 0,20 75,31 24,44 3 41,31 59,47 737,06 7848,43 19366,01 2360,03 0,052 0,534 0,815 0,29 86,26 31,11 4 39,71 55,93 711,14 7225,17 16352,38 2368,56 0,044 0,399 0,607 0,30 66,82 32,69 5 35,98 45,14 423,28 5945,73 9552,42 2394,40 0,019 0,124 0,186 0,31 34,82 57,95 6 34,24 41,88 423,34 5425,74 8079,69 2402,18 0,015 0,084 0,127 0,20 23,75 37,80 7 33,85 41,12 423,71 5314,33 7772,25 2403,97 0,014 0,077 0,115 0,20 21,56 37,71 8 32,28 38,52 361,79 4885,57 6789,31 2410,16 0,011 0,056 0,083 0,21 18,39 45,94 523,34 Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi 1,71 48,93 33,45
Pembanding Variasi Kaca Pendingin 2
Jam ke- TC (°C)
TW
(°C)
G (W/m2)
PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg) qkonv
(kW/m2) q uap
(kW/m2) mg
(kg/jam.m2) mD
(liter)
η teoritis
(%)
η aktual
(47)
Tabel 11 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin udara pada variasi debit aliran air absorber 2 ml/s
Tabel 12 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin udara pada variasi debit aliran air absorber 4 ml/s
1 33,32 49,79 451,64 5165,57 12083,47 2383,30 0,043 0,29 0,44 0,00 76,86 0,00 2 36,22 55,89 555,90 6021,67 16316,63 2368,67 0,056 0,48 0,72 0,18 101,79 25,46 3 38,64 59,76 670,53 6833,73 19631,16 2359,33 0,063 0,62 0,95 0,20 110,06 23,67 4 37,92 53,95 528,18 6581,76 14848,60 2373,33 0,042 0,36 0,54 0,32 80,07 48,11 5 33,63 41,89 286,48 5252,56 8084,75 2402,15 0,017 0,09 0,14 0,26 38,40 71,16 6 34,02 44,50 413,62 5362,18 9246,09 2395,93 0,023 0,14 0,21 0,07 39,86 13,88 7 33,76 43,27 451,91 5287,32 8680,85 2398,86 0,020 0,12 0,18 0,14 30,72 24,11 8 33,01 40,07 291,66 5081,86 7361,16 2406,47 0,013 0,07 0,10 0,13 28,62 35,68 456,24 Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi 1,31 63,30 30,26
Pembanding Variasi Kaca Pendingin 3
Jam ke- TC (°C)
TW
(°C)
G (W/m2)
PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg) q konv
(kW/m2) q uap
(kW/m2) mg
(kg/jam.m2) mD
(liter)
η teoritis
(%)
η aktual
(%)
1 33,76 53,64 498,29 5288,60 14626,21 2374,07 0,056 0,426 0,646 0,00 101,74 0,00 2 36,14 55,78 592,63 5996,82 16233,11 2368,92 0,056 0,472 0,717 0,18 94,83 24,27 3 38,62 61,25 809,14 6826,58 21049,42 2355,73 0,069 0,710 1,085 0,22 104,46 20,91 4 38,01 55,33 623,33 6613,55 15884,22 2370,00 0,047 0,411 0,625 0,34 78,55 43,34 5 39,06 58,68 831,11 6985,63 18654,95 2361,94 0,057 0,549 0,837 0,15 78,70 13,66 6 36,51 49,59 540,32 6113,28 11961,27 2383,79 0,032 0,230 0,347 0,32 50,66 47,19 7 36,83 50,04 572,12 6218,96 12233,19 2382,71 0,032 0,238 0,359 0,15 49,48 19,99 8 35,79 46,55 406,52 5886,42 10261,58 2391,05 0,024 0,159 0,240 0,26 46,60 50,67
609,18
1,62 75,63 27,50 mg
(kg/jam.m2) mD (liter)
η teoritis
(%) η aktual
(%)
Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi
Variasi Pembanding Reflektor
Jam ke- TC (°C)
TW (°C)
G (W/m2)
PC (Pa) PW (Pa) hfg (kJ/kg) q konv
(kW/m2) q uap (kW/m2)
(48)
TW adalah temperatur pada air destilasi (oC), TC adalah temperatur pada
kaca penutup (oC), G adalah energi surya yang datang (W/m2), PW adalah tekanan
parsial uap air pada temperatur air (N/m2), PC adalah tekanan parsial uap air pada
temperatur kaca (N/m2), hfg adalah kalor laten air (kJ/kg), mg adalah massa uap air
(kg/jam.m2), qkonv adalah bagian energi matahari yang digunakan untuk konveksi
(kW/m2), quap adalah bagian energi matahari yang digunakan untuk proses
penguapan (kW/m2) dan mD adalah jumlah air destilasi yang dihasilkan (liter).
4.2Pembahasan
Langkah berikutnya setelah pengumpulan data yang dilakukan yaitu
mencari persamaan dan menghitung dengan rumus yang sudah ditentukan.
Sebagai contoh perhitungan penulis mengambil data yang tercantum pada tabel
(3) yang merupakan data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi air
energi surya jenis absorber kain menggunakan kaca tunggal berpendingin air pada
variasi debit aliran absorber kain ketiga dan variasi debit aliran pendingin kaca
pertama, diketahui:
TC pada jam keempat = 38,52°C = 311,25 K
TW pada jam keempat = 61,49 °C = 334,49 K
G jam ketiga = 852,89 ⁄
AC alat destilasi vertikal = 0,84
(49)
Bagian energi matahari ke kaca penutup karena konvensi: (pers. 3)
⁄
=
[– ⁄
– ⁄ ]
⁄
⁄
Bagian energi matahari yang digunakan untuk proses penguapan: (Pers. 2)
( ⁄
)
⁄
Massa uap air perjamnya pada proses destilasi vertikal: (pers. 2)
⁄ ⁄
1,11
(50)
Proses perhitungan efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi: (Pers. 1)
∫
⁄ ⁄ ⁄
⁄
∫
⁄ ⁄
⁄
Berikutnya mencari persamaan dan menghitung dengan rumus yang sudah
ditentukan dari alat destilasi pembanding tabel (9) yang merupakan data dari alat
destilasi air energi surya menggunakan kaca tunggal berpendingin udara,
diketahui:
TC pada jam keempat = 42,09 °C = 315,09 K
TW pada jam keempat = 60,65 °C = 333,65 K
G jam ketiga = 828,66 ⁄
AC alat destilasi vertikal = 0,84
(51)
Bagian energi matahari ke kaca penutup karena konvensi: (pers. 3)
⁄
=
[– ⁄
– ⁄ ]
⁄
⁄
Bagian energi matahari yang digunakan untuk proses penguapan: (Pers. 2)
( ⁄
)
⁄
Massa uap air perjamnya pada proses destilasi vertikal: (pers. 2)
⁄ ⁄
0,88
(52)
Proses perhitungan efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi: (Pers. 1)
∫
⁄ ⁄ ⁄
⁄
∫
⁄ ⁄
⁄
Efisiensi teoritis adalah efisiensi yang didapat dengan perbandingan antara
jumlah energi yang digunakan sebagai proses penguapan dibagi dengan rata-rata
radiasi surya yang datang dalam satu hari. Sedangkan Efisiensi aktual adalah
efisiensi yang didapat dengan melakukan perhitungan dari massa air hasil destilasi
dikalikan dengan panas laten air kemudian dibagi dengan luasan absorber yang
menerima energi surya dikalikan dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam
(53)
Gambar 7 dan 8 menunjukan perbandingan hasil efisiensi aktual per hari
yang dihasilkan pada masing-masing variasi pada alat destilasi menggunakan kaca
berpendingin air dengan efisiensi aktual alat destilasi tanpa pendingin kaca
sebagai pembanding dan menunjukan hubungan antara efisiensi aktual dan radiasi
surya yang datang tehadap variabel yang divariasikan.
Gambar 7 Grafik hubungan efisiensi aktual dan daya surya yang datang dalam 8 jam/hari dengan debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s terhadap variasi: a) debit aliran air absorber kain 5 ml/s, b) debit aliran air absorber kain 4 ml/s, c) debit aliran air absorber kain 2 ml/s, d) debit aliran air absorber kain 4 ml/s dan dengan penambahan reflektor.
Gambar 7 menunjukan hubungan antara efisiensi aktual dan daya surya
yang datang dengan debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s terhadap variasi debit
aliran air absorber. Diperoleh efisiensi aktual tertinggi mencapai 49,23 % pada
variasi debit aliran kaca pendingin 13 ml/s dan debit aliran air absorber 4 ml/s
dengan penambahan reflektor, rata-rata radiasi matahari pada hari tersebut sebesar
598,54 W/m2. Untuk alat destilasi tanpa pendingin kaca diperoleh efisiensi aktual
41,51 43,65 46,35
49,23 32,80
22,69
29,85 27,50
464,81
569,78
613,73 598,54
0 100 200 300 400 500 600 700 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
a b c d
G wat t/ m ² E fi si e n si %
η % Aktual Destilator Menggunakan Kaca Berpendingin Air
η % Aktual Destilator Tanpa Pendingin Kaca
(54)
tertinggi 32,80 % pada variasi aliran air absorber 2 ml/s dengan rata-rata radiasi
matahari pada hari tersebut sebesar 464,81 W/m2. Pada alat destilasi tanpa
pendingin kaca efisiensi tertinggi mencapai 32,80 % dikarenakan pada hari
tersebut cuaca tidak terlalu cerah menyebabkan rata-rata radiasi surya (G) yang
didapat hanya sebesar 464,81 W/m2. Proses perhitungan dengan program exel
karena dalam perhitungan efisiensi rata-rata daya matahari dalam satu hari adalah
sebagai pembagi maka menghasilkan efisiensi teoritis yang besar apabila absorber
kain dapat meyerap panas sinar matahari dan kaca penutup dapat dengan baik
mengembunkan uap air maka hasil destilasi yang dihasilkan tetap besar.
Gambar 8 Grafik hubungan efisiensi aktual dan daya surya yang datang dalam 8 jam/hari dengan debit aliran air absorber 2 ml/s terhadap variasi: a) debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s, b) debit aliran air pendingin kaca 16 ml/s, c) debit aliran air pendingin kaca 19 ml/s.
Grafik pada gambar 8 menunjukkan hubungan antara efisiensi aktual dan
daya surya yang datang dengan debit aliran air absorber 2 ml/s terhadap variasi
46,35 48,80 49,12
29,85 33,45 30,26
613,73 525,48 445,34 0 100 200 300 400 500 600 700 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
a b c
G wat t/ m ² E fi si e n si %
η % Aktual Destilator Menggunakan Kaca Berpendingin Air
η % Aktual Destilator Tanpa Pendingin Kaca
(55)
debit aliran air kaca pendingin. Diperoleh efisiensi aktual tertinggi mencapai
49,12 % pada variasi debit aliran air absorber 2 ml/s dan debit aliran air pendingin
kaca 19 ml/s, rata-rata radiasi matahari pada hari tersebut sebesar 445,34 W/m2.
Efisiensi aktual mencapai 49,12 % dikarenakan pada hari tersebut cuaca tidak
terlalu cerah menyebabkan rata-rata radiasi surya yang didapat hanya sebesar
445,34 watt/m2. Proses perhitungan dengan program exel karena dalam
perhitungan efisiensi teoritis rata-rata energi matahari dalam satu hari adalah
sebagai pembagi maka menghasilkan efisiensi teoritis yang besar, akan tetapi
jumlah air yang dihasilkan pada hari tersebut cukup besar yang dikarenakan debit
aliran air pendingin kaca penutup sebesar 19 ml/s menjadikan kaca penutup lebih
dingin dibandingkan variasi lainnya yang menyebabkan proses pengembunan uap
air menjadi lebih baik. Untuk alat destilasi tanpa pendingin kaca diperoleh
efisiensi aktual tertinggi 33,45 % pada variasi debit aliran air pendingin kaca 16
ml/s dengan rata-rata radiasi matahari (G) pada hari tersebut sebesar 525,48
W/m2.
Pada kedua grafik perbandingan efisiensi aktual alat destilasi
menggunakan kaca berpendingin air dan efisiensi alat destilasi tanpa pendingin
kaca (pembanding) diatas, menunjukan bahwa alat destilasi menggunakan kaca
berpendingin air mampu menghasilkan efisiensi aktual yang lebih baik
dibandingkan alat destilasi tanpa pendingin kaca (pembanding). Penambahan
reflektor yang terpasang dibagian kedua sisi ( kanan-kiri ) alat destilator, terbukti
dapat mempengaruhi tingginya temperatur absorber kain walaupun debit aliran air
(56)
Gambar 9 dan 10 menunjukan perbandingan hasil efisiensi teoritis dan
efisiensi aktual per hari yang dihasilkan pada masing-masing variasi pada alat
destilasi menggunakan kaca berpendingin air terhadap efisiensi teoritis dan
efisiensi aktual alat destilasi tanpa pendingin kaca sebagai pembanding.
Gambar 9 Grafik perbandingan efisiensi aktual dan efisiensi teoritis yang dicapai dalam 8 jam/hari dengan debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s terhadap variasi: a) debit aliran air absorber kain 5 ml/s, b) debit aliran air absorber kain 4 ml/s, c) debit aliran air absorber kain 2 ml/s, d) debit aliran air absorber kain 4 ml /s dan dengan penambahan reflektor.
Grafik pada gambar 9 menunjukan perbandingan efisiensi aktual dan
efisiensi teoritis dengan debit aliran air pendingin kaca 13 ml/s terhadap variasi
debit aliran air absorber kain. Pada alat destilasi menggunakan kaca berpendingin
air diperoleh efisiensi teoritis paling tinggi yang dihasilkan mencapai 79,38 %
dengan efisiensi aktual 46,35 % pada variasi debit aliran air absorber kain 2 ml/s 57,21
68,95
79,38
67,83
41,51 43,65
46,35 49,23
42,73 45,76
85,87 75,63 32,80 22,69 29,85 27,50 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100
a b c d
E fi si e n si %
η % Teoritis Destilator Menggunakan Kaca Berpendingin Air
η % Aktual Destilator Menggunakan Kaca Berpendingin Air
η % Teoritis Destilator Tanpa Pendingin Kaca
(1)
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, Wiranto, 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta : Pradnya Paramita.
Badran, A.A., Najjar, Y.S., 1992, The inverted trickle flat plate solar collector, Proc. International Renewable Energy Conference, Amman, Jordan, June 22–26,M. Audi, ed., 1 (1992) 119–129.
Badran, A.A., Hamdan, M.A., 1993, Inverted trickle solar still, 4th Arab International Solar Energy Conference, Amman, Jordan November 20–25, 1993, Publication of Royal Scientific Society, Amman, Jordan, 2 (1993) 763–773.
Boukar, M., Harmim, A., 2004, Parametric study of a vertical solar still under desert climatic conditions, Desalination 168, 21–28.
Boukar, M., Harmim, A., 2005, Performance evaluation of one-sided vertical solar
still tested in the Desert of Algeria, Desalination, 183, 113–126.
Boukar, M., Harmim, A., 2007, Design parameters and preliminary experimental
investigation of an indirect vertical solar still, Desalination 203, 444–454 Cengel, Yunus A., (1998). Heat Transfer: A Practical Approach. Boston: McGraw
Hill
Dunkle, R.V., 1976, Solar distillation and combined distillation and water heating
for tropical areas. Conf. Application of Solar Energy, pp. 148–172.
Garcia Rodriguez, L. Gomez-Camacho, C., 1999, Design parameters selection for a distillation system coupled to a solar parabolic trough, Desalination, 122, 195–204.
Garg, H.P., Hann, H.S., 1976, Effect of climatic, operational and design parameters on the year round performance of single sloped and double sloped solar stills under Indian arid zones conditions. Solar Energy, 1, 159.
Headly, O.St., Springer, B.G.F., 1970, Effects of design and empirically variable parameters on solar still performances, 3rd Internat. Symp. on Fresh Water from Sea, 1, 669–677.
Kapita, M., 2014, Unjuk Kerja Destilasi Air Energi Surya Dengan Penambahan Kondensor Pasi Pada Posisi Dibelakang Bak Destilator. Skripsi. Yogyakarta: Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
(2)
Kunze, H. H.,(2001), A New Approach To Solar Desalination For Small- And Medium-Size Use In Remote Areas, Desalination, 139, pp 35–41
Malick, M.A.S., Tiwari, G.N., Sodha, M.S., 1982, Solar Distillation. Pergamon Press.
Ramli, M., Wibulswas, P., 1984, Solar stills with vertical and flat absorbing surface, Regional seminar on simulation and design in solar energy applications, UNESCO-USAID, Bangkok.
Singh, S.K., Bhatnan, V.P., Tiwari, G.N., 1996, Design parameters for concentrator assisted solar distillation system, Energy Conves. Mgmt., 37(2), 242–252.
Tanaka, K., Yamashita, A., Watanabe, K., 1982, Experimental and analytical study of the tilted wick type solar still, in: Solar World Forum, Vol. 2, Pergamon Press, Oxford.
Tiwari, G.N., 1992, Recent advances in solar distillation. In R. Kamal, K.P. Maheshwari and R.L. Sawhney, eds., Solar Energy and Energy Conservation. Chapter 2, Wiley Eastern Limited.
Wibulswas, P., Tadtiam, S., 1984, Improvement of a basin type solar still by means of vertical back wall. Internat. Symp. Workshop on Renewable Energy Sources, Lahore.
Yeh, H.M., Chen, L.C., 1986, The effects of climatic, design and operational parameters on the performance of wick type distillers. Energy Convers. Mgmt.,26, 175.
(3)
LAMPIRAN
Lampiran 1 Tabel Sifat Air dan Uap
Tabel L1. Sifat Air dan Uap Jenuh
t °C Ps bar hfg kJ/kg
0.01 0.006112 2500.8
1 0.006566 2498.3
2 0.007054 2495.9
3 0.007575 2493.6
4 0.008129 2491.3
5 0.008719 2488.9
6 0.009346 2486.6
7 0.01001 2484.3
8 0.01072 2481.9
9 0.01147 2479.6
10 0.01227 2477.2
11 0.01312 2474.9
12 0.01401 2472.5
13 0.01497 2470.2
14 0.01597 2467.8
15 0.01704 2465.5
16 0.01817 2463.1
17 0.01936 2460.8
18 0.02063 2458.4
19 0.02196 2456.0
20 0.02337 2453.7
21 0.02486 2451.4
22 0.02642 2449.0
23 0.02808 2446.6
24 0.02982 2444.2
25 0.03166 2441.8
26 0.03360 2439.5
27 0.03564 2437.2
28 0.03778 2434.8
29 0.04004 2432.4
30 0.04242 2430.0
32 0.04754 2425.3
34 0.05318 2420.5
36 0.05940 2415.8
38 0.06624 2411.0
40 0.07375 2406.2
42 0.08198 2401.4
(4)
46 0.1009 2391.8
48 0.1116 2387.0
50 0.1233 2382.1
55 0.1574 2370.1
60 0.1992 2357.9
65 0.2501 2345.7
70 0.3116 2333.3
75 0.3855 2320.8
80 0.4736 2308.3
85 0.5780 2295.6
90 0.7011 2282.8
95 0.8453 2269.8
100 1.01325 2256.7
Dari Wiranto Arismunandar, Teknologi Rekayasa Surya (Jakarta, 1995)
(5)
Lampiran 2 Foto-foto Alat Penelitian
Gambar L.1 Logger (Biru) dan Stalker (Merah)
Gambar L.2 Dallas Semiconductor Temperature Sensors
(TDS)
Gambar L.3 Solarmeter
Gambar L.4 Penampung Air Hasil Destilasi
Gambar L.5 Alat Destilasi Air Energi Surya Jenis Absorber Kain Menggunakan Kaca Tunggal Berpendingin Udara
(6)
Gambar L.6 Alat Destilasi Air Energi Surya Jenis Absorber Kain Menggunakan Kaca Tunggal Berpendingin air
Gambar L.7 Alat Destilasi Air Energi Surya Jenis Absorber Kain Menggunakan Kaca Tunggal
Berpendingin Air dan Reflektor
Gambar L.8 Mekanisme pengatur debit aliran air
Gambar L.9 Bak Penampung Air Sisa aliran absorber dan Pendingin Kai