UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS VERTIKAL MENGGUNAKAN EFEK KAPILARITAS ABSORBER KAIN LAPIS GANDA TUGAS AKHIR - Unjuk kerja destilasi air energi surya jenis vertikal menggunakan efek kapilaritas absorber kain lapis ganda - USD Repository

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

Oleh:

NAFTANIEL DANI SUGIANTO NIM : 115214013 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2014

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PERFORMANCE OF SOLAR WATER DISTILLATION

Presented as Partial Fulfillment of The Requirements To Obtain The Sarjana Teknik Degree

Presented by:

NAFTANIEL DANI SUGIANTO NIM : 115214013 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2014

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ABSTRAK

Air merupakan sumber kehidupan dan kebutuhan pokok bagi manusia. Air yang ada seringkali tidak layak konsumsi karena terkontaminasi oleh bahan tak kasat mataseperti bahan kimia, bakteri, kuman penyakit, tanah, garam, dan komponen lain yang dapat membahayakan untuk dikonsumsi. Air tersebut akan mengganggu kesehatan dan menyebabkan penyakit. Untuk menghilangkan zat-zat yang mengganggu kesehatan dan menyebabkan penyakit, perlu dilakukan pengolahan terlebih dahulu. Salah satu cara pengolahan air terkontaminasi adalah destilasi.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui hasil dan membandingkan unjuk kerja (efisiensi) dari alat destilasi air energi surya konvensional dan alat destilasi air energi surya jenis vertikal dengan menggunakan efek kapilaritas kain ganda. Variasi yang digunakan adalah variasi pendingin udara (tanpa pendingin), variasi pendingin air (aliran air pendingin kaca), dan variasi pendingin air bereflektor.

Hasil penelitian menunjukkan bahwa efisiensi aktual tertinggi pada alat destilasi jenis vertikal ditunjukan pada variasi pendingin air yaitu sebesar 8,91 %

pada tingkat radiasi energi surya yang datang (G) sekitar 534 W/m . Namun untuk keseluruhan alat destilasi jenis vertikal maupun konvensional, alat destilasi konvensional memperoleh efisiensi aktual tertinggi sebesar 27,56 % rata-rata

selama 3 hari pada tingkat radiasi energi surya yang datang (G) sekitar 569 W/m rata-rata 3 hari. Hasil penelitian menunjukkan bahwa hasil air destilasi terbanyak pada alat destilasi jenis vertikal ditunjukan pada variasi pendingin air

menggunakan reflektor mencapai 0,72 liter per hari atau 0,87 liter/m per hari jika dibagi luas alat. Namun untuk keseluruhan alat destilasi jenis vertikal maupun konvensional, rata-rata selama 3 hari alat destilasi konvensonal menghasilkan

hasil air destilasi terbanyak, mencapai 1,61 liter selama 3 hari atau 1,85 liter/m selama 3 hari jika dibagi luas alat.

Kata kunci: destilasi air, energi surya, vertikal, sifat kapilaritas, efisiensi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ABSTRACT

Water is the source of life and basic needs for humans. Water that is often not feasible due to the consumption of contaminated by the invisible materials such as chemicals, bacteria, germs, dirt, salt, and other components that can be harmful for consumption. Water will damage the health and cause disease. To remove substances that interfere with health and cause disease, treatment needs to be done first. One way of processing the contaminated water is distilled.

This study aims to determine and compare the results of the performance (efficiency) of solar water distillation equipment and tools of conventional solar water distillation using a vertical type of double fabric capillarity effects.

Variation used is a variation of air conditioning (without cooling), variationsin cooling water (cooling water flow of the glass), and the variation of the cooling water and use reflector.

The results showed that the highest actual efficiency of the distillation equipment types shown on the vertical variation of the cooling water is equal to

8,91 % at the level of solar energy radiation that comes (G) around 534 W/m . But for the entire distillation equipment and conventional vertical type, conventional distillation equipment to obtain the highest current efficiency of 27,56 % on average for 3 days at the level of solar energy radiation that comes (G) around 569

2 W/m on average for 3 days. The results showed that most of distilled water

results in the distillation apparatus shown in the variation of the vertical type

water coolers use a reflector reaches 0,72 liters per day or 0,87 liters/m per day if divided by the tool. But for the entire distillation apparatus and conventional vertical type, the average for 3 days distillation equipment konvensonal highest

yield of distilled water, reaching 1,61 liters for 3 days, or 1,85 liters/m for 3 days if widely shared tool.

Key words: distilled water, solar energy, vertical, nature capillarity, efficiency

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Mengucapkan puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas rahmat yang diberikan dalam penyusunan Tugas Akhir ini sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini dengan baik.

Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan wajib bagi mahasiswa Jurusan Teknik Mesin. Tugas Akhir dilaksanakan dalam rangka sebagai pemenuhan syarat untuk mendapatkan gelar Sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Tugas Akhir ini terselesaikan dengan baik atas berkat bimbingan, dukungan maupun nasihat dari berbagai pihak. Pada kesempatan ini, penulis menyampaikan rasa terimakasih 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. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik yang telah memberikan saran, kritik dan bimbingan selama penulis belajar diProgram Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta; 4.

I Gusti Ketut Puja, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah memberikan waktu, tenaga dan pikiran selama penulisan tugas akhir; 5. Ir. Franciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T., atas bantuan selama proses penelitian;

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR ISI

LEMBAR PERSETUJUAN

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi vertikal absorber kain ganda dengan pendinginan air hari pertama ................ 22 Tabel 2 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi vertikal absorber kain ganda dengan pendinginan air bereflektor hari kedua . 22 Tabel 3 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi vertikal absorber kain ganda dengan pendinginan air bereflektor hari ketiga . 22 Tabel 4 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi vertikal absorber kain ganda dengan pendinginan air hari keempat ................ 23 Tabel 5 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi vertikal absorber kain ganda dengan pendinginan udara hari kelima .............. 23 Tabel 6 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi vertikal absorber kain ganda dengan pendinginan udara hari keenam ............ 23 Tabel 7 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi kovensional hari pertama .................................................................... 24 Tabel 8 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi kovensional hari kedua ....................................................................... 24 Tabel 9 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi kovensional hari ketiga ....................................................................... 24 Tabel 10 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi kovensional hari keempat ................................................................... 25 Tabel 11 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi kovensional hari kelima ...................................................................... 25 Tabel 12 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi kovensional hari keenam .................................................................... 25 Tabel L1 Sifat Air dan Uap Jenuh.......................................................................

38 PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum ....................... 7 Gambar 2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator konvensional ............................................................................... 7 Gambar 3 Skema alat destilasi air energi surya jenis vertikal dengan menggunakan efek kapilaritas absorber kain lapis ganda ........... 10 Gambar 4 Mekanisme aliran kapilaritas alami ............................................ 15 Gambar 5 Skema Alat destilasi berpendingin udara tanpa reflektor dengan aliran kapilaritas alami.................................................... 16 Gambar 6 Skema Alat destilasi berpendingin air tanpa reflektor dengan aliran kapilaritas alami ................................................................ 17 Gambar 7 Alat destilasi berpendingin air menggunakan reflektor dengan aliran kapilaritas alami ................................................................ 18 Gambar 8 Grafik hubungan antara efisiensi aktual dan energi surya yang datang (G) terhadap alat destilasi jenis vertikal pada variabel yang divariasikan dan alat destilasi konvensional ...................... 30

Gambar 9 Grafik perbandingan antara efisiensi teoritis dan aktual pada alat destilasi jenis vertikal terhadap variabel yang divariasikan ................................................................................. 31

Gambar 10 Grafik hubungan hasil air destilasi yang didapat (mD) dan energi surya yang datang (G) terhadap alat destilasi jenis vertikal pada variabel yang divariasikan dengan alat destilasi konvensional. .............................................................................. 32

Gambar 11 Grafik perbandingan antara hasil massa uap air (m g ) dan hasil massa destilasi (m ) tiap harinya pada destilator jenis vertikal

terhadap variabel yang divariasikan ............................................ 33 Gambar L.1 Logger (Biru) dan Stalker (Merah) ............................................. 39 Gambar L.2 Alat Destilasi Energi Surya Konvensional .................................. 39 Gambar L.3 Penampung Air Kotor dan Pengatur Ketinggian Air Di dalam

Bak Destilator.............................................................................. 39

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar L.4 Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) ................... 39 GambarL.5 Alat Destilasi Energi Surya Jenis Vertikal ................................... 40 GambarL.6 Penambahan Reflektor .................................................................. 40 GambarL.7 Solarmeter ................................................................................... 40 GambarL.8 Penampung Air Hasil Destilasi ................................................... 40

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air merupakan sumber daya alam yang sangat melimpah dan merupakan kebutuhan pokok bagi kehidupan manusia. Tidak dipungkiri bahwa air bersih menjadi salah satu kebutuhan yang sangat penting bagi manusia, bahkan banyak manusia harus mencari air bersih dengan berjalan kaki dengan jarak yang cukup jauh hanya demi mendapatkan air bersih. Penyebab dari kelangkaan untuk mendapatkan air bersih disebabakan oleh air bersih yang ada telah terkontaminasi oleh bahan tak kasat mata, seperti bahan kimia, bakteri, kuman penyakit, tanah, garam, dan komponen lain yang dapat membahayakan untuk dikonsumsi. Selain itu, air yang terkontaminasi dapat menyebabkan penyakit di dalam tubuh kita.

Terdapat beberapa langkah untuk mengatasi beberapa permasalahan air kotor yang sudah terkontaminasi. Salah satu cara untuk menjernihkan air yang terkontaminasi dengan cara menggunakan destilasi air energi surya. Letak Indonesia secara astronomis berada antara 6 LU-11 LS dan 95 BT-141 BT yang merupakan lintang rendah menyebabkan Indonesia beriklim tropis. Dengan demikian di Indonesia sangat strategis untuk pemanfaatan panas dari sinar matahari pada proses destilasi air energi surya. Alat destilasi air energi surya konvensional umumnya berbentuk kotak dan disebut kotak destilator. Alat destiasi surya banyak memiliki keuntungan dalam hal pembuatan alat yang tidak rumit, pemakaian yang tidak memerlukan energi fosil melainkan memanfaatkan energi

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

matahari, perawatan alat yang cukup mudah dan biaya pembuatan yang tidak terlalu mahal.

Unjuk kerja suatu alat destilasi energi surya diukur dari efisiensi yang dihasilkan. Banyak faktor yang mempengaruhi efisiensi alat destilasi air energi surya yaitu keefektifan absorber dalam menyerap radiasi surya, keefektifan kaca dalam mengembunkan uap air, jumlah massa air di alat destilasi, dan temperatur awal air yang terkontaminasi masuk kedalam alat destilator. Bak absorber harus terbuat dari bahan dengan absorptivitas energi surya yang baik.Untuk meningkatkan absorptivitas umumnya bakabsorber dicat hitam, dikarenakan warna hitam mempunyai nilai absorptivity sebesar 0,97 (Cengel,1998). Kaca penutup tidak boleh terlalu panas, jika kaca temperaturnya terlalu panas maka uap akan sulit untuk mengembun. Air masuk pada alat destilasi diusahakan mempunyai temperatur yang tinggi untuk mempercepat proses penguapan. Semakin cepat proses penguapan, maka jumlah air bersih yang dihasilkan akan meningkat sehingga efisiensi alat destilasi juga akan meningkat.

Keuntungan alat destilasi air energi surya diantaranya adalah murah dalam pembuatan dan pengoperasian serta perawatan yang mudah (Kunze, 2001). Ada beberapa jenis alat destilasi air energi surya, diantaranya jenis vertikal. Alat destilasi air energi surya jenis vertikal mempunyai keunggulan dalam hal konstruksi yang sederhana dibandingkan beberapa jenis alat destilasi air energi surya lain. Dengan konstruksi sederhana, alat destilasi air energi surya jenis vertikal termasuk salah satu alat detilasi air energi surya yang paling mudah dibuat dan dipasang sehingga biaya pembuatan menjadi tidak mahal. Dua komponen

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

utama sebuah alat destilasi air energi surya jenis vertikal adalah absorber dan kaca penutup. Absorber merupakan tempat air kotor diuapkan dan kaca penutup merupakan tempat uap air yang sudah tidak mengandung kotoran diembunkan sehingga diperoleh air bersih. Absorber pada alat destilasi air energi surya jenis vertikal umumnya dibuat dari bahan yang memiliki sifat kapilaritas seperti kain atau spon.

Permasalahan umum pada alat destilasi air energi surya jenis vertikal saatini adalah masih rendahnya efisiensi yang dihasilkan. Banyak faktor yang mempengaruhi efisiensi alat destilasi air energi surya diantaranya adalah sifat kapilaritas absorber. Dari penelitian alat destilasi air energi surya jenis vertikal yang ada, belum ada penelitian mengenai pengaruh sifat kapilaritas ini terhadap efisiensi yang dihasilkan. Penelitian ini akan meneliti pengaruh variasi berpendingin udara (tanpa pendingin), berpendingin air (aliran air), dan berpendingin air dan bereflektor terhadap efisiensi dan hasil air destilasi yang dihasilkan. Selain pengaruh variasi-variasi alat, penelitian ini juga akan meneliti beberapa faktor lain yang mempengaruhi efisiensi alat destilasi air energi surya jenis vertikal yakni jumlah energi surya yang diterima. Pengembangan variasi yang ingin dilakukan yaitu dengan menambahkan aliran untuk mendinginkan kaca penutup dan bereflektor. Penambahan variasi ini diharapkan semakin mempercepat proses penguapan sehingga dapat meningkatkan hasil efisiensi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

1.2 Rumusan Masalah 1.

Bagaimana unjuk kerja dari destilator energi surya jenis vertikal menggunakan efek kapilaritas absorber kain lapis ganda?

1.3 Tujuan Penelitian 1.

Membuat model alat destilasi air energi surya jenis vertikal menggunakan efek kapilaritas absorber kain lapis ganda.

2. Membandingkan unjuk kerja antara alat destilasi jenis vertikal menggunakan efek kapilaritas absorber kain lapis ganda dengan alat destilasi konvensional.

1.4 Batasan Masalah 1.

Agar topik tidak meluas penulis membatasi Penelitian khusus untukalat destilasi air energi surya jenis vertikal menggunakan efek kapilaritas absorber kain lapis ganda.

2. Membandingkan pengaruh destilasi air energi surya konvensional dengan alat destilasi air energi surya jenis vertikal menggunakan efek kapilaritas absorber kain lapis ganda.

3. Rugi-rugi akibat gesekan pada saluran masuk air terkontaminasi dan saluran keluar air hasil destilasi diabaikan.

4. Variasi pendinginan air (aliaran air) pada kaca penutup pada alat destilasi jenis vertikal.

5. Variasi pendinginan air (aliaran air) pada kaca penutup dang menggunakan reflektor pada alat destilasi jenis vertikal.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat penelitian antara lain : 1.

Dapat menguasai proses pembuatan alat destilasi air energi surya jenis vertikal menggunakan efek kapilaritas absorber kain ganda.

2. Menambah kepustakaan teknologi destilasi air energi surya jenis vertikal.

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 bersih.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Landasan Teori

Destilator energi surya 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 bak destilator dengan kaca penutup pada bagian atas. Bak destilator memiliki fungsi sebagai tempat penampung air yang akan didestilasi dan sebagai absorber energi surya. Untuk memperbesar absorpsivitas energi surya maka bak dicat dengan warna hitam. Menurut Cengel (1998:589) cat hitam memiliki absorpsivitas sebesar 0,97 sehingga dapat menyerap energi surya dengan baik.

Prinsip kerja proses destilasi adalah gabungan proses penguapan dan pengembunan seperti yang terlihat pada Gambar 1. Energi surya yang datang memanasi bak destilator dan diserap oleh air terkontaminasi yang didestilasi. Akibatnya air tersebut berubah fase dari cair menjadi gas berupa uap air. Pada proses ini, bahan-bahan yang 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 luar kaca lebih rendah dibandingkan suhu bak air di bagian dalam kaca sehingga panas mengalir dari uap air menuju lingkungan. Embun mengalir ke saluran keluar karena posisi kaca yang miring.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum Mekanisme perpindahan masa uap air dari bak air ke kaca penutup pada alat destilasi air energi surya terjadi secara: konveksi alami, purging, dan difusi seperti tersaji pada Gambar 2. Sebagian besar massa uap air berpindah secara konveksi alami dan hanya sebagian kecil yang berpindah secara purging dan difusi.

Gambar 2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator konvensional

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Secara teoritis alat destilasi energi surya dapat menghasilkan air bersih 6 liter per hari tiap satu meter persegi luasan alat. Unjuk kerja suatu alat destilasi surya diukur dari efisiensi yang dihasilkan. Komponen utama yang terdapat pada sebuah alat destilasi air energi surya jenis vertikal (Gambar 3) adalah absorber dan kaca penutup. Absorber berfungsi sebagai penyerap energi surya untuk memanasi air yang akan diuapkan (didestilasi). Kaca penutup berfungsi sebagai tempat mengembunnya uap air sehingga dihasilkan air bersih yang dapat langsung dikonsumsi.Absorber terbuat dari bahan yang memiliki sifat kapilaritas seperti kain atau spon.

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):

m . h _{g f g}

  _t (1)

A G . dt _C 

2 Dengan A C adalah luas alat destilasi (m ), dt adalah lama waktu pemanasan

(detik), G adalah energi surya yang datang (W/m ), h fg adalah panas laten air (J/kg), dan m adalah massa uap air (kg).

Massa uap air (m g ) dapat diperkirakan dengan persamaan matematis berikut (Arismunandar, 1995):

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

 

P  P 

3 W C

m . h  q 

16 , 27 . 10 . q .

(2)

g fg uap kon

 

T  T

W C

 

 

P  P 

4 W C

q 

8 , 84 .

10 T  T  T . T  T (3)

  kon W C W W C



3 

268 , 9 . 10  P  W 

Dengan q uap adalah bagian energi matahari yang digunakan untuk proses

penguapan (W/m ), q adalah bagian energi matahari yang hilang karena

konv

konveksi (W/m ), P W adalah tekanan parsial uap air pada temperatur air (N/m ), P C

adalah tekanan parsial uap air pada temperatur kaca penutup (N/m ), T adalah

W o o

temperatur air (

C) dan T C adalah temperatur kaca penutup ( C). Pada Gambar 3 diketahui beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi alat destilasi air energi surya jenis vertikal diantaranya: keefektifan absorber dalam menyerap energi surya jenis vertikal, keefektifan kaca dalam mengembunkan uap air, jumlah massa air di alat destilasi dan temperatur awal air masuk kedalam alat destilasi. Absorber harus terbuat dari bahan dengan absorptivitas energi surya yang baik, untuk meningkatkan absorptivitas 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. Temperatur air masuk alat destilasi harus diusahakan tinggi. Semakin tinggi temperatur air masuk alat destilasi maka air bersih yang dihasilkan akan semakin banyak sehingga efisiensi alat destilasi semakin meningkat. Air yang mengalir pada kain berasal dari bak air terkontaminasi yang berada di bagian atas alat destilasi. Mengalirnya air terkontaminasi dari atas kebawah disebabkan adanya sifat kapilaritas kain.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 3 Skema alat destilasi air energi surya jenis vertikal menggunakan efek kapilaritas absorber kain lapis ganda

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/m .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 m . 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,

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

2007). Modifikasi tersebut menerapkan metode tetesan air terbalik yang telah diteliti sebelumnya oleh Badran yang menerapkan metode tersebut untuk kolektor 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 m

dan luas bagian penguapan (kondensor pasif) 0,869 m . Produktivitas harian yang

diperoleh bervariasi antara 0,863 sampai 1,32 liter/m .hari dengan energi surya

sebesar 19,15-26,08 MJ/m dan temperatur lingkungan antara 10,68 sampai

15,19

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 m terbuat dari kain spon hitam mempunyai

penutup kaca dengan luas 0,876 m 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

2 air yang diperoleh bervariasi antara 0,5 sampai 2,3 kg/m (Boukar, 2004).

Produktivitas destilasi air energi surya bergantung pada banyak parameter seperti kondisi cuaca, sifat termal material alat, posisi alat, kemiringan kaca, kebocoran

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

uap dan parameter operasional lainnya (Garg, 1976). Pada alat destilasi miring menggunakan absorber kain umumnya dihasilkan air 20-50 % lebih banyak 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).

Menurut Dunkle parameter operasional utama yang mempengaruhi unjuk kerja destilasi air energi surya adalah jumlah energi surya, temperatur sekitar, kedalaman air dalam bak dan kebocoran pada bagian dasar alat (Dunkle, 1976). Jarak kaca dan absorber yang optimum adalah 40 sampai 60 mm (Ramli, 1984). Penelitian pengaruh disain parameter terhadap unjuk kerja alat destilasi juga dilakukan oleh Headly (Headly, 1970), Singh (Singh, 1996) dan Garcia (Garcia, 1999). Penelitian menggunakan dua alat destilasi air energi surya vertikal jenis tidak langsung di Sahara pada musim dingin menghasilkan laju alir air bersih

2 o

maksimum 1,061 kg/m .jam. Temperatur penguapan maksimum 73,26 C pada

temperatur sekitar antara 9,05 sampai 21,76 C.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Alat Penelitian

Skema alat penelitian alat destilasi air energi surya jenis vertikal padapenelitian ini terdiri dari tiga konfigurasi sebagai berikut:

1. Alat destilasi jenis vertikal berpendingin udara tanpa reflektor dengan aliran kapilaritas alami (Gambar 5).

2. Alat destilasi jenis vertikal berpendingin air tanpa reflektor dengan aliran kapilaritas alami (Gambar 6).

3. Alat destilasi jenis vertikal berpendingin air dan bereflektor dengan aliran kapilaritas alami (Gambar 7).

3.2 Alat yang Mendukung Dalam Pengambilan Data a.

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.

Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) digunakan untuk mengukur temperatur alat destilasi.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Sensor Level Sensor level adalah alat yang digunakan untuk mengukur hasil ketinggian air dalam penampung air yang sudah didestilasi.

Solarmeter Solarmeter digunakan untuk mengukur intensitas energi matahari yang datang.

Microcontroller Arduino-1.5.2 Microcontroller Arduino merupakan aplikasi software yang digunakan untuk pembacaan hasil dalam pengambilan data alat destilasi energi surya.

Beberapa bentuk atau foto alat pendukung untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada Lampiran 1.

3.3 Parameter yang Divariasikan

Terdapat beberapa jenis parameter yang akan divariasikan diantaranya sebagai berikut :

1. Jenis aliran kapilaritas sebanyak 1 variasi yaitu secara alami.

2. Pendinginan kaca penutup sebanyak 2 variasi (dengan udara dan air).

3. Jumlah energi surya yang diterima sebanyak 2 variasi (bereflektor dan tidak bereflektor).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

3.4 Variabel yang Diukur

Terdapat beberapa jenis variabel yang akan diukur diantaranya sebagai berikut :

1. Temperatur air (T )

2. Temperatur air pendingin (T S )

3. Temperatur kaca penutup (T C )

4. Temperatur udara sekitar (T )

5. Kelembaban udara sekitar (RH A )

6. Jumlah massa air destilasi yang dihasilkan (m )

7. Energi surya yang datang (G)

8. Lama waktu pencatatan data (t) Mekanisme aliran kapilaritas seperti terlihat pada Gambar 4. Air dari bak pendistribusian mengalir ke atas melalui serat kain dan kemudian mengalir ke bawah melalui serat kain yang disebabkan oleh adanya gaya gravitasi.

Arah aliran Bak pendistribusian air kotor air Multiplex air

Absorber kain Gambar 4 Mekanisme aliran kapilaritas alami

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Komponen alat destilasi berpendingin udara tanpa reflektor (Gambar 5) dengan alirankapilaritas alami terdiri dari (1) absorber, (2) kaca penutup, (3) kotak destilasi, (4) saluran buang air kotor yang tidak menguap, (5) konstruksi pendukung, (6) kotak air kotor, (7) bak pengatur ketinggian air dan (8) bak penampung air bersih.

Gambar5 Skema Alat destilasi jenis vertikal berpendingin udara tanpa reflektor dengan aliran kapilaritas alami

Komponen alat destilasi berpendingin air tanpa reflektor (Gambar 6) dengan aliran kapilaritas alami terdiri dari (1) absorber, (2) kaca penutup, (3) kotak destilasi, (4) saluran buang air kotor yang tidak menguap, (5) konstruksi pendukung, (6) kotak air kotor, (7) bak pengatur ketinggian air, (8) bak penampung air bersih, (9) bak pembuangan air pendingin kaca, (10) keran pengatur aliran air pendingin kaca (11) pipa pendingin kaca.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar 6 Skema alat destilasi jenis vertikal berpendingin airtanpareflektor dengan aliran kapilaritas alami

Komponen alat destilasi berpendingin air menggunakan reflektor (Gambar 7) dengan aliran kapilaritas alami terdiri (1) absorber, (2) kaca penutup, (3) kotak destilasi, (4) saluran buang air kotor yang tidak menguap, (5) konstruksi pendukung, (6)kotak air kotor, (7) bak pengatur ketinggian air, (8) bak penampung air bersih, (9) bak pembuangan air pendingin kaca, (10) keran pengatur aliran air pendingin kaca (11) pipa pendingin kaca dan (12) reflektor.

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Gambar7 Skema alat destilasi jenis vertikalberpendingin air dan bereflektor dengan aliran kapilaritas alami 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 Stalkerke WSN. Stalker berfungsi untuk mengatur pengambilan data dan menyimpan data untuk keperluan analisis. Sensor dan peralatan penunjang merupakan komponen penting dalam penelitian ini. Kegiatan

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

penelitian dimulai dengan survey dan pembelian bahan untuk pembuatan alat destilasi. Konfigurasi alat destilasi yang diteliti berjumlah 3 (tiga) konfigurasi seperti pada Gambar 5, 6 dan 7. 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 perbaikan dan uji coba kembali.

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. Pengambilan data diperkirakan akan dimulai pada awal Agustus, pada bulan tersebut matahari berada dibelahan bumi utara maka kedua alat dihadapkan ke arah utara.

4. Pengambilan data dilakukan tiap 10 detik selama 8 jam dari jam 08.00 sampai dengan jam 16.00. Tiap variasi dilakukan pengambilan dataselama 2 hari sehingga memerlukan waktu 6 hari dalam melakukan pengambilan data untuk keseluruhan variasi.

), temperatur kaca penutup (T ),

W C

Data yang dicatat adalah temperatur air (T temperatur udara sekitar (T A ), kelembaban udara sekitar (RH A ), jumlah air destilasi yang dihasilkan (m D ), energi surya yangdatang (G) dan lama waktu pencatatan data (t).

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

6. Sebelum melanjutkan pengambilan data untuk hari berikutnya kondisi alat destilasi harus diperiksa untuk memastikan ketinggian air saat awal dan tidak ada masalah seperti kebocoran atau alat ukur yang terlepas.

Untuk proses pengolahan data dapat dilakukan dalam beberapa langkah yaitu sebagai berikut:

1. W lebih Memilah data yang akan digunakan yaitu mencari data pada kondisi T besar dibandingkan T C karena persamaan 1, 2 dan 3 hanya dapat digunakan dengan syarat T W > T C .

2. W ) dengan fungsi T W , Interpolasi tekanan parsial uap air pada temperatur air (P tekanan parsial pada kaca penutup (P ) dengan fungsi T , dan panas laten air

C C

(h fg ) dengan fungsi T W . Interpolasi dilakukan berdasar pada Tabel L1. Sifat Air dan Uap Jenuh.

konveksi )

Menghitung panas yang berpindah ke tutup dengan cara konveksi (q menggunakan persamaan (3).

)

uap

Menghitung panas yang berpindah ketutup dengan cara penguapan (q menggunakan persamaan (2).

5. g ) menggunakan persamaan (2) Menghitung massa uap air (m 6.

Menghitung efisiensi (η) menggunakan persamaan (1) dengan luas bidang

2 penerima energi surya adalah luas alas destilator (A C ) sebesar 0,827 m .

Khusus variasi reflektor luasan bidang penerima energi surya adalah luas alas

2 destilator ditambah luas reflektor (A C reflektor) sebesar 1,345 m .

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Dalam pengambilan data penelitian secara keseluruhan ada 3 variasi alat, yaitu:

1. Destilasi air energi surya jenis vertikal menggunakan efek kapilaritas absorber kain ganda dengan berpendingin udara dibandingkan dengan destilasi konvensional di uji secara bersamaan pada hari kelima dan hari keenam.

2. Destilasi air energi surya jenis vertikal menggunakan efek kapilaritas absorber kain ganda dengan berpendingin air dibandingkan dengan destilasi konvensional di uji secara bersamaan pada hari kedua dan hari keempat.

3. Destilasi air energi surya jenis vertikal menggunakan efek kapilaritas absorber kain ganda dengan berpendingin air dan bereflektor dibandingkan dengan destilasi konvensional di uji secara bersamaan dihari ketiga dan hari keempat.

Secara lengkap data dari tiga variasi tersebut dapat dilihat secara berurutan pada Tabel 1sampai dengan Tabel 12 dengan keterangan sebagai berikut :

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Tabel 1 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi vertikal absorber kain ganda dengan pendinginan air hari pertama

Vertikal 1 Tanggal 13 Agustus 2014

G q q m Jam T T h konv uap g m η η _{C W fg D t eorit is akt ual} ₂ P (Pa) P (Pa) _{C W} ₂ ₂ ₂ ke-

(°C) (°C) (W/m ) (kJ/kg) (kg) (%) (%) (kW/m ) (kW/m ) (kg/jam.m ) 1 32,80 38,55 408,65 5023,43 6802,74 2410,07 0,01 0,05 0,08 15,05

2 5527,62 9161,35 2396,36 0,02 0,13 0,19 0,06 24,46 7,54

34,59 44,32 624,87

3 32,16 42,20 487,47 4853,44 8216,13 2401,41 0,02 0,12 0,18 0,13 28,97 20,86

4 34,29 44,82 677,76 5439,31 9396,27 2395,17 0,02 0,14 0,21 0,05 25,23 6,05

5 35,18 43,53 665,55 5703,01 8796,98 2398,24 0,02 0,10 0,15 0,05 18,56 5,52

6 35,17 42,93 656,29 5698,21 8527,47 2399,69 0,02 0,09 0,14 0,08 16,76 9,49

7 33,40 40,95 477,69 5188,46 7704,24 2404,37 0,01 0,08 0,12 0,06 20,09 9,32

8 31,82 37,92 279,93 4766,29 6581,15 2411,58 0,01 0,05 0,08 0,06 22,76 16,95

534,77 Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi 0,47 21,52 8,91

Tabel 2 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi vertikal absorber kain ganda dengan pendinginan air bereflektor hari kedua

Vertikal 1 Tanggal 14 Agustus 2014

G q q m Jam T T h konv uap g m η η _{C W fg D t eorit is akt ual} ₂ P (Pa) P (Pa) _{C W} ₂ ₂ ₂ ke-

(°C) (°C) (W/m ) (kJ/kg) (kg) (%) (%) (kW/m ) (kW/m ) (kg/jam.m ) 1 31,29 42,22 400,3 4631,29 8223,52 2401,37 0,02 0,13 0,19 14,74

2 32,55 46,9 594,48 4956,84 10445,95 2390,21 0,04 0,22 0,33 0,06 16,90 3,23

3 32,17 46,75 558,69 4855,43 10365,36 2390,57 0,04 0,22 0,33 0,11 18,13 5,86

4 32,71 46,3 548,55 5000,54 10131,34 2391,65 0,03 0,20 0,30 0,07 16,78 3,92

5 32,17 42,77 363,77 4857,82 8458,51 2400,06 0,02 0,13 0,19 0,10 16,15 8,64

6 32,61 42,32 440,24 4973,27 8265,75 2401,13 0,02 0,11 0,17 0,05 11,85 3,40

7 31,42 39,53 227,28 4662,63 7156,33 2407,76 0,02 0,08 0,12 0,03 16,20 3,58

8 28,47 33,6 70,262 3958,85 5244,27 2421,79 0,01 0,03 0,05 0,05 22,74 24,14

400,45 Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi 0,47 16,15 4,53

Tabel 3 Data hasil perhitungan efisiensi aktual dan teoritis destilasi vertikal absorber kain ganda dengan pendinginanair bereflektor hari ketiga

Vertikal 1 Tanggal 15 Agustus 2014

G q q m Jam T T h m _{C W fg D t eorit is akt ual} _{konv uap g η η} _{2 C W} P (Pa) P (Pa) ₂ ₂ ₂ ke-

(°C) (°C) (W/m ) (kJ/kg) (kg) (%) (%) (kW/m ) (kW/m ) (kg/jam.m ) 1 29,58 41,87 414,60 4214,28 8077,16 2402,20 0,03 0,14 0,21 15,85

2 30,32 45,22 550,35 4391,27 9589,89 2394,22 0,04 0,21 0,31 0,118 17,33 6,58

3 31,18 47,10 595,91 4603,16 10549,83 2389,74 0,04 0,24 0,37 0,132 18,86 6,79

4 31,66 44,58 566,42 4723,29 9282,44 2395,74 0,03 0,17 0,26 0,091 14,09 4,91

5 32,65 46,34 556,34 4983,02 10154,44 2391,54 0,03 0,20 0,30 0,073 16,73 4,01

6 32,19 42,61 472,73 4861,21 8390,40 2400,44 0,02 0,12 0,19 0,238 12,11 15,46

7 31,98 40,00 461,14 4806,45 7333,49 2406,64 0,02 0,08 0,12 0,063 8,08 4,20

8 30,84 36,66 216,17 4516,56 6162,89 2414,56 0,01 0,05 0,07 0,005 9,98 0,65

479,21 Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi 0,72 14,69 5,76

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

η _{akt ual} (%) Jam ke-

(°C) P _C (Pa) P _W (Pa) h _fg (kJ/kg)

Hasil Destilasi dan Rata Rata Efisiensi T _C (°C) T _W

η _{akt ual} (%) η _{t eorit is} (%)

(W/m ² ) q _konv (kW/m ² ) q _uap (kW/m ² )

Vertikal 1 Tanggal 18 Agustus 2014

m _g (kg/jam.m ² ) m _D (kg)

0,28 21,52 8,91 Jam ke- G

4 60,99 56,41 758,64 20789,62 16729,19 2367,43 0,01 0,13 0,19 0,02 19,97 2,09

UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI SURYA JENIS VERTIKAL MENGGUNAKAN EFEK KAPILARITAS ABSORBER KAIN LAPIS GANDA TUGAS AKHIR - Unjuk kerja destilasi air energi surya jenis vertikal menggunakan efek kapilaritas absorber kain lapis ganda - USD Repository

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI