Rancang Bangun Alat Desalinasi Air Laut Sistem Vakum Natural Dengan Media Evaporator Dan Kondensor Yang Dimodifikasi Flange
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Kebutuhan akan air bersih semakin meningkat dari hari ke hari yang
disebabkan oleh faktor industrialisasi, motorisasi, dan peningkatan standar hidup
umat manusia. Penelitian menunjukkan bahwa cadangan air bersih tidak akan
mampu memenuhi kebutuhan penggunaan dikarenakan kurangnya ketersediaan
air bersih. Hal ini sudah diperkirakan oleh United Nations Organization bahwa
pada tahun 2025, hampir 1800 juta jiwa di dunia akan mengalami kelangkaan air
bersih (UN-Water). Kondisi ini dapat dicegah jika umat manusia dapat
menemukan cara lain untuk memproduksi air bersih. Untungnya, teknologi
desalinasi telah dikembangkan sejak lama menyerupai siklus hidrologi alami
untuk mencegah permasalahan ini, tetapi teknologi ini tentunya memerlukan
energi yang banyak dan mempunyai dampak negatif terhadap lingkungan.
Desalinasi secara luas diadopsi dalam Timur Tengah, Negara Arab,
Amerika Utara, Asia, Eropa, Afrika, Amerika Tengah, Amerika Selatan dan
Australia untuk memenuhi kebutuhan air bersih dan kebutuhan pengolahan air.
Hampir 10.000 ton minyak dibutuhkan setiap tahun untuk memproduksi 1000
m3/hari air bersih (Kalogirou, 2005). Konsentrat garam yang dibuang keluar dari
sistem desalinasi juga menjadi ancaman serius bagi kehidupan air laut (Roberts
dkk, 2010). Sistem desalinasi yang paling umum digunakan adalah Multi Stage
Flash (MSF), Multi-Effect Distillation (MED), Vapor Compression (VC), Reverse
Osmosis (RO) dan Elektro-Dialysis (ED) (Ali dkk, 2011). Sistem desalinasi
konvensional yang dioperasikan dengan menggunakan bahan bakar fosil juga
turut mengkontribusikan emisi rumah kaca atau GHG (Green House Gas). Hal
inilah yang mendorong para peneliti untuk mencari cara alternatif untuk memberi
daya pada sistem dengan energi terbarukan.
Energi terbarukan yang digunakan oleh proses desalinasi umumnya berupa
energi surya, angin, dan geothermal. Diantara ketiganya, 57% sistem desalinasi
disuplai dengan tenaga surya sebagai energi terbarukan (Eltawil dkk, 2009).
Bahkan Negara yang kaya akan bahan bakar fosil seperti Timur Tengah dan
1
Bangsa Arab juga telah mengubah perhatian mereka pada energi surya dengan
tujuan dapat menyediakan air bersih tanpa mencemari lingkungan. Klasifikasi
sistem desalinasi tenaga surya dapat dilihat pada gambar 1.1.
Gambar 1.1. Klasifikasi Sistem Desalinasi Surya (Ali dkk, 2011)
1.2 Tujuan Penelitian
1. Melakukan rancang bangun desalinasi air sistem vakum untuk mengolah
air laut menjadi air tawar dan konsentrat garam.
2. Dapat memahami prinsip kinerja alat desalinasi air laut sistem vakum dan
dapat menentukan kenaikan temperature selama proses desalinasi.
3. Dapat menentukan kebutuhan penggunaan daya listrik dalam 1 hari.
4. Dapat menentukan besarnya kehilangan panas yang terjadi di evaporator
selama proses berlangsung
5. Dapat menentukan kuantitas produksi air bersih yang diperoleh per hari.
6. Dapat mengetahui kualitas produksi air yang diperoleh.
2
1.3 Batasan Masalah Penelitian
1. Perancangan dan pembuatan alat desalinasi sistem vakum.
2. Variabel yang diamati adalah temperatur, waktu, tekanan, kuantitas
produksi air bersih dan bahan yang dipakai dalam pengujian.
3. Pengujian dilakukan di kota Medan yang terletak pada posisi 4˚LU 98˚BT dengan ketinggian 2,5 – 37,5 meter diatas permukaan laut.
4. Sumber panas menggunakan pemanas listrik agar suplai panas ke
evaporator merata dan tidak mengganggu perhitungan konfigurasi
evaporator dan kondensor
5. Efek radiasi diabaikan
6. Panas hilang secara konveksi natural
7. Ketinggian air laut dalam evaporator konstan
1.4 Manfaat Penelitian
1.
Secara aspek akademis, penelitian ini berhubungan dengan mata kuliah
Energi Surya, Perpindahan Panas I dan II, serta Mekanika Fluida I dan II,
sehingga dengan dilakukannya penelitian ini dapat menambah wawasan
serta mengembangkan pola pikir tentang pemanfaatan energi surya yang
tersedia sepanjang tahun dan ramah lingkungan
2.
Secara aspek praktis, penelitian ini diharapkan dapat diaplikasikan untuk
penyediaan air bersih di daerah pesisir pantai maupun dijadikan acuan
dalam penelitian berikutnya.
3.
Merancang alat sistem desalinasi seefektif dan seefisien mungkin.
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
1. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan
tulisan-tulisan yang terkait.
2. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan
buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
3. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk
oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
3
1.6 Sistematika Penulisan
Adapun penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan
mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam
beberapa bagian, yaitu:
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini berisikan tentang latar belakang yang menentukan pengambilan
penelitian dan dilanjutkan dengan tujuan penelitian, batasan penelitian, manfaat
penelitian, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan skripsi ini.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menjelaskan tentang ulasan teori-teori yang berhubungan dengan
penelitian skripsi ini baik dari teori dasar maupun teori penunjang lainnya. Dasar
teori didapatkan dari berbagai sumber, diantaranya berasal dari: buku-buku,
pedoman, jurnal, paper, tugas akhir, e-book, dan e-news.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini akan dibahas mengenai metode yang akan digunakan untuk
menyelesaikan penulisan skripsi. Pada bab ini juga akan dibahas mengenai
langkah-langkah penelitian, pengolahan, dan analisa data yang akan digunakan
untuk menyelesaikan permasalahan dari topik yang diangkat
BAB IV HASIL DAN DISKUSI
Bab ini membahas tentang data yang didapat dari pengujian alat dan perhitungan
hasilnya.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan tentang kesimpulan dari semua penelitian yang dilakukan untuk
skripsi ini dan saran yang mendukung kedepannya.
DAFTAR PUSTAKA
Berisi seluruh referensi yang digunakan dalam penelitian untuk pembuatan tugas
akhir ini.
Lampiran
Lampiran berisikan data hasil penelitian yang didapatkan, gambar selama proses
pengerjaan alat dan tabel-tabel termodinamika, dan dokumentasi penelitian.
4
PENDAHULUAN
1.1 Latar belakang
Kebutuhan akan air bersih semakin meningkat dari hari ke hari yang
disebabkan oleh faktor industrialisasi, motorisasi, dan peningkatan standar hidup
umat manusia. Penelitian menunjukkan bahwa cadangan air bersih tidak akan
mampu memenuhi kebutuhan penggunaan dikarenakan kurangnya ketersediaan
air bersih. Hal ini sudah diperkirakan oleh United Nations Organization bahwa
pada tahun 2025, hampir 1800 juta jiwa di dunia akan mengalami kelangkaan air
bersih (UN-Water). Kondisi ini dapat dicegah jika umat manusia dapat
menemukan cara lain untuk memproduksi air bersih. Untungnya, teknologi
desalinasi telah dikembangkan sejak lama menyerupai siklus hidrologi alami
untuk mencegah permasalahan ini, tetapi teknologi ini tentunya memerlukan
energi yang banyak dan mempunyai dampak negatif terhadap lingkungan.
Desalinasi secara luas diadopsi dalam Timur Tengah, Negara Arab,
Amerika Utara, Asia, Eropa, Afrika, Amerika Tengah, Amerika Selatan dan
Australia untuk memenuhi kebutuhan air bersih dan kebutuhan pengolahan air.
Hampir 10.000 ton minyak dibutuhkan setiap tahun untuk memproduksi 1000
m3/hari air bersih (Kalogirou, 2005). Konsentrat garam yang dibuang keluar dari
sistem desalinasi juga menjadi ancaman serius bagi kehidupan air laut (Roberts
dkk, 2010). Sistem desalinasi yang paling umum digunakan adalah Multi Stage
Flash (MSF), Multi-Effect Distillation (MED), Vapor Compression (VC), Reverse
Osmosis (RO) dan Elektro-Dialysis (ED) (Ali dkk, 2011). Sistem desalinasi
konvensional yang dioperasikan dengan menggunakan bahan bakar fosil juga
turut mengkontribusikan emisi rumah kaca atau GHG (Green House Gas). Hal
inilah yang mendorong para peneliti untuk mencari cara alternatif untuk memberi
daya pada sistem dengan energi terbarukan.
Energi terbarukan yang digunakan oleh proses desalinasi umumnya berupa
energi surya, angin, dan geothermal. Diantara ketiganya, 57% sistem desalinasi
disuplai dengan tenaga surya sebagai energi terbarukan (Eltawil dkk, 2009).
Bahkan Negara yang kaya akan bahan bakar fosil seperti Timur Tengah dan
1
Bangsa Arab juga telah mengubah perhatian mereka pada energi surya dengan
tujuan dapat menyediakan air bersih tanpa mencemari lingkungan. Klasifikasi
sistem desalinasi tenaga surya dapat dilihat pada gambar 1.1.
Gambar 1.1. Klasifikasi Sistem Desalinasi Surya (Ali dkk, 2011)
1.2 Tujuan Penelitian
1. Melakukan rancang bangun desalinasi air sistem vakum untuk mengolah
air laut menjadi air tawar dan konsentrat garam.
2. Dapat memahami prinsip kinerja alat desalinasi air laut sistem vakum dan
dapat menentukan kenaikan temperature selama proses desalinasi.
3. Dapat menentukan kebutuhan penggunaan daya listrik dalam 1 hari.
4. Dapat menentukan besarnya kehilangan panas yang terjadi di evaporator
selama proses berlangsung
5. Dapat menentukan kuantitas produksi air bersih yang diperoleh per hari.
6. Dapat mengetahui kualitas produksi air yang diperoleh.
2
1.3 Batasan Masalah Penelitian
1. Perancangan dan pembuatan alat desalinasi sistem vakum.
2. Variabel yang diamati adalah temperatur, waktu, tekanan, kuantitas
produksi air bersih dan bahan yang dipakai dalam pengujian.
3. Pengujian dilakukan di kota Medan yang terletak pada posisi 4˚LU 98˚BT dengan ketinggian 2,5 – 37,5 meter diatas permukaan laut.
4. Sumber panas menggunakan pemanas listrik agar suplai panas ke
evaporator merata dan tidak mengganggu perhitungan konfigurasi
evaporator dan kondensor
5. Efek radiasi diabaikan
6. Panas hilang secara konveksi natural
7. Ketinggian air laut dalam evaporator konstan
1.4 Manfaat Penelitian
1.
Secara aspek akademis, penelitian ini berhubungan dengan mata kuliah
Energi Surya, Perpindahan Panas I dan II, serta Mekanika Fluida I dan II,
sehingga dengan dilakukannya penelitian ini dapat menambah wawasan
serta mengembangkan pola pikir tentang pemanfaatan energi surya yang
tersedia sepanjang tahun dan ramah lingkungan
2.
Secara aspek praktis, penelitian ini diharapkan dapat diaplikasikan untuk
penyediaan air bersih di daerah pesisir pantai maupun dijadikan acuan
dalam penelitian berikutnya.
3.
Merancang alat sistem desalinasi seefektif dan seefisien mungkin.
1.5 Metodologi Penulisan
Metodologi penulisan yang digunakan pada penulisan skripsi ini adalah
sebagai berikut :
1. Studi literatur, berupa studi kepustakaan, kajian dari buku-buku dan
tulisan-tulisan yang terkait.
2. Browsing internet, berupa studi artikel-artikel, gambar-gambar dan
buku elektronik (e-book) serta data-data lain yang berhubungan.
3. Diskusi, berupa tanya jawab dengan dosen pembimbing yang ditunjuk
oleh Departemen Teknik Mesin Universitas Sumatera Utara.
3
1.6 Sistematika Penulisan
Adapun penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan
mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam
beberapa bagian, yaitu:
BAB I PENDAHULUAN
Pada bab ini berisikan tentang latar belakang yang menentukan pengambilan
penelitian dan dilanjutkan dengan tujuan penelitian, batasan penelitian, manfaat
penelitian, metodologi penelitian, dan sistematika penulisan skripsi ini.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Bab ini menjelaskan tentang ulasan teori-teori yang berhubungan dengan
penelitian skripsi ini baik dari teori dasar maupun teori penunjang lainnya. Dasar
teori didapatkan dari berbagai sumber, diantaranya berasal dari: buku-buku,
pedoman, jurnal, paper, tugas akhir, e-book, dan e-news.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN
Pada bab ini akan dibahas mengenai metode yang akan digunakan untuk
menyelesaikan penulisan skripsi. Pada bab ini juga akan dibahas mengenai
langkah-langkah penelitian, pengolahan, dan analisa data yang akan digunakan
untuk menyelesaikan permasalahan dari topik yang diangkat
BAB IV HASIL DAN DISKUSI
Bab ini membahas tentang data yang didapat dari pengujian alat dan perhitungan
hasilnya.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini berisikan tentang kesimpulan dari semua penelitian yang dilakukan untuk
skripsi ini dan saran yang mendukung kedepannya.
DAFTAR PUSTAKA
Berisi seluruh referensi yang digunakan dalam penelitian untuk pembuatan tugas
akhir ini.
Lampiran
Lampiran berisikan data hasil penelitian yang didapatkan, gambar selama proses
pengerjaan alat dan tabel-tabel termodinamika, dan dokumentasi penelitian.
4