RANCANG BANGUN ALAT DESALINASI AIR LAUT TENAGA …

RANCANG BANGUN ALAT DESALINASI AIR

LAUT TENAGA SURYA SISTEM PASIF

KEMIRINGAN GANDA DENGAN AIR SEBAGAI

PENDINGIN KACA LUAR

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi

Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

JOEL PHANTER NABABAN

NIM : 150401024

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2019

Universitas Sumatera Utara

i

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Esa yang telah melimpahkan

Kasih dan Karunia-Nya sehingga penulis bisa menyelesaikan skripsi ini dengan

baik.

Didalam skripsi ini akan membahas mengenai “Rancang Bangun Alat

Desalinasi Air Laut Tenaga Surya Sistem Pasif Kemiringan Ganda Dengan Air

Sebagai Pendingin Kaca Luar”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan

Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin sub Bidang Konversi Energi,

Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi

penulis, namun berkat dorongan, semangat, doa dan bantuan materil maupun

moril sehingga akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Maka dari itu, penulis

mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah berjasa sehingga

skripsi ini dapat diselesaikan, yaitu:

1. Bapak Prof. Dr. Eng. Himsar Ambarita, S.T, M.T, selaku dosen pembimbing

yang telah memberikan bimbingan dan arahan sehingga skripsi ini dapat

diselesaikan.

2. Bapak Dr. Tulus Burhanuddin Sitorus, S.T, M.T., dan Bapak Terang UHSG

Manik, S.T, M.T., selaku dosen pembanding yang telah memberikan

masukan dan saran dalam proses penyempurnaan skripsi ini.

3. Bapak Dr. Ir. M. Sabri, M.T.,IPM., dan Bapak Terang U. H. S. Ginting

Manik, S.T, M.T., selaku Ketua dan Sekretaris Departemen Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Sumatera.

4. Kedua Orang Tua yang selalu mendoakan, memberikan bantuan moril dan

materil serta seluruh keluarga yang turut membantu.

5. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang

telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama kuliah.

6. Rekan satu tim skripsi grup desalinasi yaitu William yang telah berjuang

bersama untuk menyelesaikan skripsi ini dan saling bertukar pikiran dan

rekan-rekan satu tim SERC yang juga turut membantu.


ii

7. Abang-abang SERC, Hendrik, Al Qodri, Siwan, Yogie yang selalu

memberikan arahan dan bantuan terhadap penulis.

8. Teman-teman seperjuangan Departemen Teknik Mesin stambuk 2015 yang

ikut membantu dalam memberi semangat serta motivasi.

Untuk kemajuan engineering Indonesia, penulis berharap kritik dan saran

yang membangun kedepannya.

Hormat penulis,

Medan, 2019

Joel Phanter Nababan

NIM: 150401024


ABSTRAK

Air bersih memegang peranan dan bertanggung jawab atas kehidupan.

Kebutuhan akan air bersih terus meningkat karena penggunaannya di berbagai

bidang kehidupan,seperti bidang pertanian, industri, dan populasi. Untuk

mencegah terjadinya kekurangan air, sangat penting untuk menunjukkan

kesenjangan antara permintaan dan pasokan air minum dengan mengembangkan

teknologi pemurnian air. Tenaga surya/energi matahari (sumber energi

terbarukan) dalam bentuk penyulingan adalah salah satu teknologi yang paling

menjanjikan, sederhana, dan ekonomis untuk pemurnian garam dan air payau

Dalam penelitian skripsi ini, akan mengkaji dan membandingkan teknologi

penyulingan air laut/desalinasi sistem pasif kemiringan ganda dengan

penambahan air pendingin kaca bagian luar dengan air dilairkan oleh pompa DC

bertenaga surya dari photovoltaic dengan tanpa pendingin kaca luar. Dalam

penelitian ini, desalinasi kemiringan ganda pasif dengan luas wilayah cekungan

seluas 1,932 m2 dengan permukaan kaca 1 m

2 dengan dua potong dengan

ketebalan kaca 3 mm dan sudut kemiringan kaca 15o. Permukaan air dari dasar 20

mm dan diuji selama 5 hari dimulai pukul 08.00-18.00 WIB. Dengan perancangan

alat desalinasi sitem pendingin kaca bagian luar, maka diharapkan akan

meningkatkan produktivitas air bersih.


ABSTRACT

Fresh water plays as the main role in our life. The need for fresh water

continues to increase due to its use in various fields of life, such as agriculture,

industry and population. To prevent water shortages, it is very important to show

the gap between the demand and supply of drinking water by developing water

purification technology. Solar power/solar energy (renewable energy sources) in

the form of distillation is one of the most promising, simple, and economical

technologies for the purification of salt and brackish water with the addition of

the outer glass cooling water with water diluted by a solar-powered DC pump

from photovoltaics with no outside glass cooler. In this study, passive double

slope desalination was designed with a basin area of 1,932 m2 with a glass

surface of 1 m2 with two pieces of glass thickness of 3 mm and a glass tilt angle of

15o. Power pump to drain cooling water to the surface of the glass obtained

19,207 watts. Surface water from a base of 20 mm and tested for 3 days starting

at 08.00 am - 06.00 pm. By designing an external glass cooling system

desalination tool, it is expected to increase the productivity of fresh water.


v

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR…….……………………………………………………......................i

ABSTRAK…….……………………………………………………......................................iii

ABSTRACT…….……………………………………………………....................................iv

DAFTAR ISI…….……………………………………………………....................................v

DAFTAR GAMBAR…….……………………………………………………....................viii

DAFTAR TABEL…….……………………………………………………..........................ix

DAFTAR NOTASI…….…………………………………………………….........................xi

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang……….…………………………………………………………… 1

1.2 Perumusan masalah……………………………………………………………….. 2

1.3 Tujuan Penelitian ………………………………………………………………… 2

1.4 Batasan Masalah…………………………………………………………………. 3

1.5 Manfaat Penelitian………………………………………………………………. 3

1.6 Sistematika Penulisan……………………………………………………………. 4

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energi Surya……………………………………………………………………….6

2.1.1 Teori Dasar Radiasi………………………………………………………….. 6

2.2 Pemanfaatan Energi Surya……………………………………………………… 8

2.3 Perpindahan Panas……………………………………………………………… 14

2.2.1 Perpindahan Panas Konduksi……………………………………...…….. 14

2.2.2 Perpindahan Panas Konveksi……………………………………… …….. 16

2.2.3 Perpindahan Panas Radiasi………………………………………...…….. 18

2.4 Teori Dasar Desalinasi………………………………………………………….. 19

2.4.1 Klasifikasi Sistem Desalinasi……………………………………………… 21

2.4.1.1 Solar Still ................................................................................... ………. 21

2.4.1.2 Solar Desalinasi Humidifikasi-Dehumidifikasi ......................... ………. 22

2.4.1.3 Solar Multi Stage Flash Desalination ........................................ ………. 23

2.4.1.4 Solar Multi Effect Distilation ...................................................... ……….. 25


vi

2.4.1.5 Desalinasi Kompresi Uap ............................................................ ……… 28

2.4..1.6 Freeze Desalination ................................................................... ……….. 28

2.4.1.7 Desalinasi Absorbsi ..................................................................... ..……… 30

2.4.1.8 Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya ................................ ……… 31

2.4.2 Desalinasi Tenaga Surya Sistem Pasif .............................................. ……… 33

2.4.2.1 Desalinasi Tenaga Surya Sistem Pasif

Dengan Kemiringan Ganda ............................................................... ……….. 37

2.5 Persamaan- Persamaan Dasar aliran fluida ............................................. ………. 38

2.5.1 Persamaan Pada Pompa.................................................................... ………. 38

BAB III METODOLOGI PERANCANGAN

3.1 Waktu Dan Tempat penelitian………………………………………................... 40

3.2 Alat dan Bahan…………………….……………………………………………. 40

3.2.1 Alat…………………………………………………………………..……… 40

3.2.2 Bahan……………………………………………………………….……… 44

3.2.3 Alat Ukur………………………………………………………….. ……… 45

3.3 Objek Penelitian………………………………………………………....…….. 47

3.4 Perangkat yang Digunakan……………………………………………...……. 47

3.5 Diagram Alir Perancangan………………………………………………......... 48

3.5.1 Studi Literatur………………………………………………..............…….. 49

3.5.2 Eksperimen Dan Pengumpulan……………………………………....…….. 49

3.6 Proses Perancangan…………………………………………………...………. 51

BAB IV HASIL DAN DISKUSI

4.1 Desain Alat …………………………………………………...............…………52

4.1.1 Desain Evaporator……………………………………………….…………. 52

4.1.2 Desain Kaca Penutup Evaporator………………………………….......……. 57

4.1.3 Desain Pipa PVC…………………………………...…………...…………… 58

4.1.4 Desain Pipa Penampung Air Pendingin…………...………….............…….. 58

4.1.5 Desain Bak Penampung…………………………...…………............……… 59

4.2 Perhitungan daya pompa air pendingin……………………………....……............59

4.3 Rancang Bangun Alat ……………..………………...………….......................... 62

4.3.1 Tahap Awal Pembuatan Basin dan Rangka…...…………............................ 62


vii

4.3.2 Tahap Memasang tangki air laut.................................................................62

4.3.3 Tahap Isolasi Basin…………………..………...……....................................... 62

4.3.4Tahap Pengisian Air Laut ke Dalam Basin...…………...………....................... 63

4.3.5 Tahap Pemasangan Kaca Evaporator...…………...………..……..................... 63

4.3.6 Tahap Pemasangan Agilent...…………...…..…………………........................64

4.3.7 Instalasi Pompa Dan Pipa Air Pendingin...……...………..……..................... 64

4.3.8 Tahap Pengujian…………………......…………...………..……......................63

4.4 Validasi Perancangan……………………………...…………………..…………..65

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan…………………………………...…………...……………...............67

5.2 Saran…………………………………...…………...……………......................... 67

DAFTAR PUSTAKA............................................................................................................68

LAMPIRAN


viii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Konduktivitas termal beberapa bahan ………………………………… 16

Tabel 4.1 Tabel Biaya Perancangan………………………………………………. 63

Tabel 4.2 Produksi Air Setiap Setengah Jam…………………………………….. 66


ix

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Model Alat Solar Desalinasi….…………………………………….…….. 3

Gambar 2.1 Jarak antara matahari dan bumi….……………………………………….. 6

Gambar 2.2 Photovoltaic….…………………………………………………………… 9

Gambar 2.3 Solar water heater….…………………………………………………….. 10

Gambar 2.4 Solar cooker….……………………………………………………..……. 10

Gambar 2.5 Solar dryer….……………………………………………………………. 11

Gambar 2.6 Solar ponds….……………………………………………………..……. 12

Gambar 2.7 Solar architecture….……………………………………………………. 12

Gambar 2.8 Solar air-conditioning….………………………………………………. 12

Gambar 2.9 Solar chimney….………………………………………………….…….. 13

Gambar 2.10 Solar distilation water….………………………………………….……. 14

Gambar 2.11 Solar power plant….……………………………………………….…… 14

Gambar 2.12 Skema perpindahan panas konduksi….………………………………… 15

Gambar 2.13 Skema perpindahan panas konveksi….………………………………… 17

Gambar 2.14 Skema perpindahan panas radiasi….…………………………………… 18

Gambar 2.15 Solar Still….……………………………………………………….……. 22

Gambar 2.16 Solar Desalinasi Humidifikasi-Dehumidifikasi….……………………… 23

Gambar 2.17 Solar Multi Stage Flash Desalination….……………………………..... 25

Gambar 2.18 Solar Multi Effect Distilation….…………………………………..…… 26

Gambar 2.19 Desalinasi Kompresi Uap….……………………………………….…… 27

Gambar 2.20 Freeze Desalination….…………………………………………….…… 29

Gambar 2.21 Desalinasi Absorbsi.……………………………………………….……. 31

Gambar 2.22 Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya….…………………………. 32

Gambar 2.23 Diagram penyuling tenaga surya ….……………………………………. 35

Gambar 2.24 Desalinasi Tenaga Surya Kemiringan Ganda….………………………….. 37

Gambar 3.1 Evaporator….……………………………………………………………. 40

Gambar 3.2 Kaca Penutup Evaporator….…………………………………………… 41

Gambar 3.3 Pipa PVC….………………………………………………………..……. 41

Gambar 3.4 Pompa….………………………………………………………………… 42

Gambar 3.5 Photovoltaic….……………………………………………………..……. 43

Gambar 3.6 Bak penampung ….………………………………………………….……. 43

Gambar 3.7 Sterofoam….……………………………………………………….……. 44


x

Gambar 3.8 Alumunium Foil….………………………………………………..……… 44

Gambar 3.9 Agilent….…………………………………………………………..……. 46

Gambar 3.10 Gelas Ukur….……………………………………………………..……… 46

Gambar 3.11 Laptop….…………………………………………………………..…….. 47

Gambar 3.12 AutoCAD Mechanical 2016….………………………………………….. 48

Gambar 3.14 Diagram Alir Perancangan….…………………………………………….. 49

Gambar 3.15 perbandingan suhu rata-rata,kedalaman,dan produktivitas………………… 50

Gambar 4.1 Desain Alat….……………………………………………………...……. 52

Gambar 4.2 Evaporator….……………………………………………………………. 57

Gambar 4.3 Kaca….……………………………………………………………..……. 58

Gambar 4.4 Pipa PVC….……………………………………………………….……. 58

Gambar 4.5 Pipa penampung….………………………………………………..………. 58

Gambar 4.6 Bak Penampung….………………………………………………..………. 59

Gambar 4.7 pembuatan basin dan rangka ……….….…………………………………. 62

Gambar 4.8 pemasangan tangki air laut ….……………………………………………. 62

Gambar 4.9 Tahap isolasi basin …………….…………………………………………. 63

Gambar 4.10 pengisian air laut ……………………….….……………………...……… 63

Gambar 4.11 pemasangan kaca evaporator ….………………………………………….. 64

Gambar 4.12 Pemasangan Agilent ……….….………………………………………….. 64

Gambar 4.13 Instalasi Pompa dan Pipa ….……………………………………………… 65

Gambar 4.14 Proses pengujian ….……………………………………………………….. 65


xi

DAFTAR NOTASI

SIMBOL KETERANGAN SATUAN

qk laju perpindahan panas konduksi W

k konduktifitas termal W/m.K

A luas penampang tegak lurus bidang m2

∆T perbedaan temperature 0C, K

µ viskositas dinamis N.s/m2

ρ massa jenis kg/m3

cp kalor jenis J/kg.K

v kecepatan fluida m/s

h koefisien perpindahan panas konveksi W/m2.K

Ts Temperatur permukaan benda 0C, K

T∞ Temperatur lingkungan 0C, K

ε efektifitas

Hp Head Pompa m

Z Head Statis total m

V Kecepatan Aliran fluida m/s

F koefisien kerugian gesek

WP Daya Pompa Watt

𝜎 konstanta Stefan-Boltzmann W/m2.

K4

�̇� laju aliran massa fluida kg/s

Th,i Temperatur fluida panas masuk 0C, K

Th,o Temperatur fluida panas keluar 0C, K

Tc,i Temperatur fluida dingin masuk 0C, K

Tc,o Temperatur fluida dingin keluar 0C, K

�̅�ℎ Temperatur rata-rata fluida panas 0C, K

�̅�𝑐 Temperatur rata-rata fluida dingin 0C, K

Ac Luas permukaan bidang kontak fluida m2

Q Laju perpindahan panas W


xii

U Koefisien perpindahan panas menyeluruh W/m2.K

𝑘𝑢 Kalor penguapan suhu tengah J/k

𝑡 Waktu s


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Seiring berjalannya waktu, air bersih semakin dibutuhkan manusia dalam

kehidupan sehari-hari, mulai kebutuhan air untuk minum sampai kebutuhan lain

seperti memasak, mencuci mandi dan lainnya serta karena peningkatan taraf hidup

manusia. Maka dengan itu, produksi air bersih juga harus diimbangi supaya

kebutuhan air dapat tercukupi, sebab menurut United Stations Organization

bahwa pada tahun 2025, diperkirakan 1800 juta jiwa di dunia akan mengalami

kelangkaan air bersih (UN Water) [1]. Saat ini sumber air bersih yang dapat

diperoleh dari mata air, sungai, danau, laut, namun sumber air saat ini sebagian

besar sudah terkontaminasi zat kimia dan beracun yang berbahaya untuk manusia

seperti polusi udara yang menyebabkan air hujan bercampur dengan zat-zat asap

industri dan asap kendaraan.

Masalah tersebut dapat diatasi dengan pemanfaatan air laut, sebagai mana

kita tahu air laut sangat berlimpah karena 2/3 dari wilayah Indonesia merupakan

lautan atau 71% permukaan bumi. Maka dengan itu persediaan air laut dipastikan

tidak akan habis. Akan tetapi air laut tidak dapat digunakan secara langsung

karena memiliki kadar garam yang tinggi yaitu sekitar 3 % [2]. Supaya air laut

dapat digunakan, maka perlu diubah menjadi air tawar terlebih dahulu, proses

inilah yang dikenal dengan desalinasi.

Desalinasi secara umum berarti menghilangkan garam dari air laut atau air

asin. Air laut dipanaskan hinnga menguap dan kemudai uap yang dihasilkan

dikondensasikan kembali dan ditampung di sebuah wadah. Air kondensat tersebut

adalah air bersih. Sedangkan air laut yang tidak mendidih selama pemanasan

adalah konsentrat garam. Menurut World Health Organization (WHO) [3], batas

yang diperbolehkan dari salinitas dalam air adalah 500 bagian per juta (ppm) dan

untuk kasus khusus hingga 1000 ppm. Sebagian besar air yang tersedia di bumi

memiliki salinitas hingga 10.000 ppm, dan air laut biasanya memiliki salinitas

dalam kisaran 35.000–45.000 ppm dalam bentuk total garam terlarut. Kelebihan

berlebihan menyebabkan masalah rasa tidak enak, masalah perut, dan efek


2

laksatif. Tujuan dari sistem desalinasi adalah untuk membersihkan atau

memurnikan air payau atau air laut dan menyuplai air dengan total padatan

terlarut dalam batas yang diizinkan yaitu 500 ppm atau kurang. Untuk

menghasilkan air bersih dari proses desalinasi sudah banyak peneliti yang

melakukannya. Produksi air yang dihasilkan dari proses desalinasi sebelumnya

masih sangat rendah. Energi yang digunakan juga termasuk mahal karena banyak

menggunakan energi konvensional seperti menggukan bahan bakar fosil untuk

melaksanakan proses produksi air bersih.

Sistem energi terbarukan menghasilkan energi dari sumber yang tersedia

secara bebas di alam. Ciri utama adalah ramah terhadap lingkungan, yaitu tidak

menghasilkan limbah berbahaya. Produksi air tawar dengan teknologi desalinasi

yang didorong oleh sistem energi terbarukan dianggap sebagai solusi yang layak

untuk kelangkaan air di daerah terpencil yang ditandai dengan kurangnya air

minum dan sumber energi konvensional[3].

Proses desalinasi tenaga surya system pasif merupakan proses yang sangat

sederhana. Desalinasi pasif tenaga surya tidak memerlukan tenaga ahli dalam

perawatannya dan memerlukan biaya operasi dan pemeliharaan yang murah.

Desalinasi pasif tenaga surya cocok digunakan di daerah Indonesia dimana sinar

matahari berlimpah. Alat desalinasi pasif tenaga surya dibuat pada sudut

kemiringan 15° menghadap arah timur dan barat hal ini dibuat dengan tujuan

untuk menyerap jumlah yang lebih tinggi dari radiasi matahari dibandingkan

dengan satu sudut yang dibuat mengarah ke selatan atau utara. Dengan melakukan

penelitian tentang system desalinasi yaitu menghasilkan air minum / air tawar dari

air laut dapat membantu mengatasi kekurangan air bersih dan tidak hanya

mengharapkan air hujan, maka diusulkan penelitian tentang Rancang Bangun dan

Pengujian Alat Desalinasi Air Laut Tenaga Surya Sistem Pasif dengan

Kemiringan Ganda.

Penjelasan setiap sistem desalinasi akan dibahas lebih lanjut pada Tinjauan

Pustaka.

1.2 Perumusan Masalah

Dalam skripsi ini, permasalahan yang akan diselesaikan adalah sebagai

berikut:


3

1. Bagaimana memperoleh dimensi dari alat desalinasi

2. Bagaimana memperoleh daya pompa minimal untuk mendinginkan kaca

bagian luar alat desalinasi air laut

3. Bagaimana perbandingan produksi alat dengan pendingin kaca luar dan

alat tanpa pendingin kaca luar

1.3 Tujuan Penelitian

Adapun tujuan dari penelitian ini adalah:

1. Mengetahui dimensi rancangan evaporator, sudut kemiringan kaca penutup

dan dimensi kaca penutup pada alat desalinasi

2. Mengetahui daya pompa untuk mengalirkan air pendingin

1.4 Batasan Masalah

Adapun batasan masalah dalam penelitian ini yaitu:

1. Penelitian dilakukan di lantai 4 Magister Teknik Mesin USU dengan posisi

lintang 3,43° LU dan derajat bujur 98,44° BT

2. Penelitian dilakukan dari pukul 08.00 – 18.00

3, Penelitian dilakukan dari tanggal 25,26,27 Juni 2019 dan 6,8 Juli 2019

4. Air yang didestilasi berasal dari laut Pantai Bali Lestari Medan

5. Kedalaman air dalam evaporator 20 mm.

6. Desalinasi pasif dengan sistem kemiringan ganda dengan sudut kaca 15°

dan tebal kaca 3mm.

7. Desain menggunakan software Autocad Mechanical 2016

1.5 Manfaat Penelitian

Beberapa manfaat yang didapat dari penelitian ini adalah:

1. Sebagai langkah untuk penyediaan air bersih yang ramah lingkungan

dengan memanfaatkan energi terbarukan

2. Penelitian ini berhubungan dengan mata kuliah Energi Surya, Perpindahan

Panas, Mekanika Fluida, sehingga ilmu-ilmu tersebut dapat diterapkan dan

dikembangkan


4

3. Berpotensi untuk peluang bisnis yang dapat digunakan dalam jangka

panjang

4. Selain mendapatkan air bersih, penelitian ini juga dapat memproduksi

garam

5. Untuk memberikan sumbangan data dan referensi yang diperlukan bagi

peneliti selanjutnya.

1.6 Sistematika Penulisan

Sistematika penulisan pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

BAB I PENDAHULUAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai latar belakang masalah, tujuan

penelitian, batasan masalah, manfaat, dan sistematika penulisan.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini akan dibahas mengenai teori yang berhubungan dengan judul

penelitian yang diambil dari berbagai sumber seperti buku, jurnal, skripsi maupun

e-book.

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai langkah-langkah ataupun metode

yang dilakukan untuk melakukan penelitian dalam menyelesaikan masalah yang

berkaitan dengan judul.


6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Energi Surya

Matahari merupakan salah satu sumber daya yang dapat diperbarui dengan

ketersediaan yang melimpah dengan memancarkan energi radiasinya. Jumlah

matahari yang masuk kedalam permukaan bumi adalah dalam jumlah yang sangat

besar. Apabila dilakukan perband ingan, maka jumlah energi radiasi surya lebih

banyak jika dibandingkan dengan gas alam, batu bara, minyak, beserta sumber

daya alam yang tidak dapat diperbarui lainnya.

Sinar matahari mencapai permukaan bumi dengan cara perpindahan panas

radiasi, sehingga telah banyak dikembangkan pemanfaatan energi matahari salah

satunya pembangkit listrik dengan bantuan sel surya. [4]

2.1.1 Teori Dasar Radiasi

Matahari mempunyai diameter 1,39 x 109 m. Bumi mengelilingi matahari

dengan lintasan berbentuk elipse dan matahari berada pada salah satu pusatnya,

jarak rata-rata matahari dari permukaan bumi adalah 1,49 x 1011

m. Daya radiasi

rata-rata yang diterima atmosfer bumi yaitu (Gsc) 1367 W/m2. Berikut adalah

gambar yang menunjukan jarak antara matahari dengan bumi.[5]

Gambar 2.1 Jarak antara matahari dan bumi [5]

Lintasan bumi terhadap matahari berbentuk ellipse, maka jarak antara

bumi dan matahari tidak konstan. Jarak terdekat adalah 1,47 x 1011

m yang terjadi


7

pada tanggal 3 Januari 2011, dan terjauh pada tanggal 3 Juli dengan jarak 1,52 x

1011

m. Karena adanya perbedaan jarak ini, menyebabkan radiasi yang diterima

atmosfer bumi juga akan berbeda.[5]

Beberapa istilah yang biasanya dijumpai pada perhitungan radiasi adalah:

1. Massa udara (m)

Massa udara adalah perbandingan massa udara sampai ke permukaan bumi

pada posisi tertentu dengan massa udara yang dilalui sinar jika matahari tepat

pada posisi zenit. Artinya pada posisi tegak lurus (zenit = 0) nilai m = 1, pada

sudut zenith 600

, m = 2. Pada sudut zenith dari 0-700, dirumuskan[5]:

m =𝟏

𝒄𝒐𝒔 𝜽𝒛 (2.1)

Keterangan:

m = massa udara

θz = sudut zenith

2. Radiasi beam

Radiasi beam adalah radiasi energi dari matahari yang tidak dibelokkan

oleh atmosfer. Istilah ini sering disebut dengan radiasi langsung (direct solar

radiation).

3. Radiasi difusi

Radiasi difusi adalah radiasi energi surya dari matahari yang telah

dibelokan atmosfer.

4. Radiasi total

Radiasi total adalah jumlah beam dan diffuse radiation.

5. Laju radiasi (W/m2)

Laju radiasi adalah laju radiasi yang diterima suatu permukaan persatuan

luas permukaan tersebut Solar Irradiance biasanya disimbolkan dengan G. Dalam

bahasa Indonesia besaran ini biasanya disebut dengan Intensitas radiasi.

6. Irradiation atau Radian Exposure (J/m2)

Jumlah energi radiasi (bukan laju) yang diterima suatu permukaan dalam

interval waktu tertentu. Besaran ini didapat dengan mengintegralkan G pada


8

interval waktu yang diinginkan , misalnya untuk 1 hari biasa disimbolkan H dan

untuk 1 jam biasa disimbolkan I.

7. Jam Matahari (Solar Time)

Jam matahari adalah waktu yang berdasarkan pergerakan semu matahari di

langit pada tempat tertentu. Jam matahari (disimbolkan ST) berbeda dengan

penunjukan jam biasa (standard time, disimbolkan STD). Persamaannya

adalah[5]:

ST = STD ± 4 (Lst – Lloc ) + E (2.2)

Keterangan:

ST = jam matahari

STD = jam standard

Lst = meridian untuk waktu daerah setempat, sementara

Lloc = derajat bujur daeah yang diukur.

Dimana E adalah persamaan waktu yang dihitung dengan persamaan Spencer,

1981:

E = 229,2(0,000075 + 0,00186cosB – 0,032077sinB – 0,014615cos2B – 0,04089

sin2B) (2.3)

Keterangan:

E = persamaan waktu

B = variable hari

Dimana, B diperoleh dengan menggunakan persamaan:

B=(n-1)𝟑𝟔𝟎

𝟑𝟔𝟓 (2.4)

Keterangan:

B = variable hari

n = nilai urutan hari dalam satu tahun

2.2 Pemanfaatan Energi Surya

Dalam era ini, penggunaan sumber daya alam yang tidak dapat

diperbaharui semakin meningkan seiring dengan jumlah populasi manuasi yang


9

meningkat juga, kemajuan teknologi dan lain-lain. Namun ketersedian akan

sumber daya alam yang dapat diperbarui berbanding terbalik dengan sumber daya

alam yang tidak dapat diperbarui. Sehingga para ilmuwan telah mencoba

mengembangkan potensi sumber daya alam yang dapat diperbaharui contohnya

air, angin dan energi surya.

Berikut dibahas tentang beberapa aplikasi energi surya, antara lain:

1. Pemanfaatan photovoltaic

Pemanfaatan energi surya ini adalah untuk menghasilkan energi listrik.

Photovoltaic adalah sektor dimana memanfaatkan energi surya untuk

menghasilkan energi listrik, pemanfaatan photovoltaic ini memiliki efisiensi

sekitar 10 %. Berikut adalah gambar dari Photovoltaic.

Gambar 2.2 Photovoltaic[6]

2. Pemanfaatan termal

Terdapat sembilan pemanfaatan termal yang sudah dilakukan dan

diterapkan dibeberapa negara, yaitu:

a. Solar water heater

Prinsip kerja pemanas air tenaga surya adalah memanaskan air dengan

memanfaatkan energi surya. Air dialirkan ke pipa-pipa yang pipih, biasanya dicat

warna hitam untuk memaksimalkan penyerapan energi surya. Air ysng telah

mencapai suhu yang diinginkan disimpan ke sebuah silinder sebagai tempat

penyimpanan. Pemanas air tenaga surya juga dapat memanaskan air menggunakan


10

listrik jika cuaca hujan atau mendung. Gambar berikut menunjukkan pemanas air

tenaga surya.

Gambar 2.3 Solar water heater[6]

b. Solar cooker

Gambar 2.4 Solar cooker [6]

Solar cooker adalah alat memasak yang mengunakan energi surya. Solar

cooker ini juga memiliki berbagai bentuk konstruksi. Beberapa bentuk memiliki

cara kerja yang sedikit berbeda, tapi pada prinsipnya solar cooker mengunakan

energi surya, dan diubah menjadi energi panas untuk memasak makanan.

c. Solar dryer

Pada negara-negara berkembang, produk-produk pertanian dan

perkebunan sering1 dikeringkan mengunakan tenaga matahari. Konsep inilah

yang digunakan sebagai acuan untuk menciptakan solar dryer. Cara kerja alat ini


11

adalah udara yang masuk ke dalam kolektor akan dipanaskan oleh energi surya,

udara yang telah panas kemudian masuk ke dalam kotak pengering, kotak

pengering inilah yang diisi produk-produk pertanian yang akan dikeringkan.

Gambar 2.5 menunjukkan bagian-bagian utama solar dryer.

Gambar 2.5 Solar dryer [7]

d. Solar ponds

Solar ponds tergolong ke dalam aplikasi teknologi tenaga surya yang

memiliki skala cukup besar. Cara kerja alat ini adalah garam yang mengendap di

dasar dan disinari matahari akan bertambah panas. Panas ini digunakan untuk

memutar turbin. Mengunakan prinsip rankine organik. Gambar 2.6

memperlihatkan konstruksi solar ponds.

Gambar 2.6 Solar ponds [8]

e. Solar architecture

Dalam bidang arsitektur, pemanfaatan energi surya telah dikembangkan.

Pemanfaatan dalam bidang ini sudah cukup banyak diterapkan di Jepang. Dari


12

segi artistik juga mendapatkan tanggapan positif demikian juga dari segi

pemanfaatan energi termalnya. Fungsi dari solar architecture adalah untuk

membuat ruangan menjadi nyaman. Gambar 2.7 menunjukkan desain perumahan

yang berdasar pada solar architecture.

Gambar 2.7 Solar architecture [9]

f. Solar air-conditioning

Penggunaan air-conditioning mencapai puncaknya pada saat matahari

terik atau panas. Inilah yang dimanfaatkan menjadi solar air-conditioning. Cara

kerja alat ini dengan menggunakan kolektor tabung hampa panas yang

memanaskan air untuk mengerakkan sebuah chiller penyerapan sinar matahari

secara langsung. Udara digunakan sebagai pendingin. Dengan teknologi ini juga,

kerusakan atmosfer dapat dihindarkan. Gambar 2.8 menunjukkan bagian-bagian

solar air-conditioning.

Gambar 2.8 Solar air-conditioning [6]

g. Solar chimney

Solar chimney digunakan untuk ventilasi pada gedung-gedung besar.

Sirkulasi udara menjadi baik dan ruangan menjadi tidak terlalu panas. Biasanya


http://s3.hubimg.com/u/101378_f520.jpg

13

juga digunakan untuk menghasilkan listrik. Cara kerja alat ini adalah udara

dipanaskan oleh energi surya. Udara yang panas akan cenderung bergerak ke atas

dan keluar melalui cerobong.

Pada cerobong biasanya dipasang turbin. Udara yang bergerak ke atas akan

mengerakkan turbin, sehingga menghasilkan listrik. Gambar 2.9 menunjukkan

bagian-bagian utama solar chimney.

Gambar 2.9 Solar chimney [6]

h. Solar distilation water

Solar distillation atau purification digunakan untuk memurnikan air

maupunmemisahkan air dengan garam. Cara kerja alat ini adalah air laut

dipompakan setelah itu melewati kolektor, dengan panas dari energi surya ini, air

akan menguap dan menyisakan garam.

Uap dikondensasikan menjadi air. Sehingga didapat dua hasil yaitu garam

dan air tawar. Gambar 2.10 menunjukkan bagian-bagian solar distillation water.

Gambar 2.10 Solar distilation water [6]


14

i. Solar power plant

Solar power plant merupakan aplikasi dengan skala yang sangat besar,

bisa diaplikasikan di daerah gurun. Dapat menghasilkan listrik dalam kapasitas

yang sangat besar. Cara kerja alat ini ialah energi surya yang terpapar ke

reflektor, direfleksikan ke tower yang di tengah. Dari tower itulah energi surya

dikumpul dan digunakan untuk menghasilkan listrik. Gambar 2.11 ini

menunjukkan solar power plant di Seville, Spanyol.

Gambar 2.11 Solar power plant [6]

2.3 Perpindahan Panas

Salah satu bidang ilmu yang berperan dalam perancangan alat Solar Dryer

ini adalah Perpindahan Panas.

Panas adalah salah satu bentuk energi yang dapat dipindahkan dari suatu

tempat ke tempat lain, tetapi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan sama

sekali. Panas adalah suatu bentuk energi yang dapat ditransfer dari suatu sistem ke

sistem lain sebagai fungsi dari perbedaan suhu. Jumlah energi yang ditransfer ini

disebut sebagai perpindahan panas. [10]

Perpindahan panas ialah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang

terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara benda atau material.

Perpindahan panas diklasifikasikan kedalam 3 bahagian: konduksi,

konveksi dan radiasi.

2.3.1 Perpindahan Panas Konduksi

Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas yang melalui

media hantaran solid atau padat.

Konduksi adalah transfer energi dari partikel yang memiliki energi lebih

besar ke substansi dengan energi lebih rendah dan sebagai hasilnya terjadi


15

interaksi antar partkel [10]. Gambar 2.13 menunujukkan skema perpindahan

panas secara konduksi.

Gambar 2.13 Skema perpindahan panas konduksi [11]

Persamaan Umum Konduksi:

q=-k.A.∆𝑻

𝒙 (2.5)

Keterangan:

q = laju perpindahan panas konduksi (W)

A = luas penampang dimana panas mengalir (m2)

∆T = perubahan temperatur (K)

k = konduktivitas termal (W/m.K)

x = tebal masing-masing pelat (m)

Konduktivitas termal bahan berbeda-beda tergantung jenis bahan tersebut.

Jika konduktivitas semakin tinggi, maka benda tersebut dapat menghantarkan

panas dengan baik, begitu juga sebaliknya. Pada kolektor surya pelat datar, bahan

dengan konduktivitas termal yang baik akan digunakan sebagai pelat penyerap

dan pipa sirkulasi, sedangkan bahan dengan konduktivitas yang buruk digunakan

sebagai isolator untuk mengurangi kerugian panas yang terjadi. Tabel 2.1 berikut

menunjukkan beberapa jenis bahan dengan konduktivitasnya.


16

Tabel 2.1 Konduktivitas termal beberapa bahan [12]

No Bahan Konduktivitas Termal

(W/m.K)

1 Tembaga 401,0

2 Aluminium 211,0

3 Timah Putih 66,0

4 Baja, 1 % karat 45,0

5 Bahan Tahan Karat 16,0

6 Kaca 1,05

7 ABS 0,27

8 Polikarbonat 0,2

9 Karet Alam 30 durometer 0,14

10 Karet Alam 70 durometer 0,17

11 Isolasi Papan Serat Kaca 0,043

2.3.2 Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas akibat adanya

media perantara berupa gerakan fluida atau zat alir. Konveksi adalah bentuk dari

transfer energi diantara permukaan padat dan fluida yang bergerak dan terkandung

efek kombinasi konduksi dan fluida bergerak.


17

Gambar 2.13 Skema perpindahan panas konveksi [11]

Persamaan Umum Konveksi:

q=-k.A.∆T (2.6)

Keterangan:

q = laju perpindahan panas konveksi (W)


∆T = perubahan temperatur (K)

h = koefisien perpindahan panas konveksi (W/mK)

Adapun konveksi sendiri dibagi menjadi dua, yaitu:

1. Konveksi paksa

Konveksi paksa adalah perpindahan panas fluida yang dialirkan secara

paksa. Konveksi paksa terdiri atas dua jenis yaitu internal forced convection dan

external forced convection.

Dalam kajian internal forced convection terdapat beberapa parameter yang

berkaitan dengan laju aliran fluida yang perlu diperhatikan, antara lain:

a. Bilangan Reynold

Merupakan bilangan nondimensional yang menunjukkan jenis aliran

fluida.

b. Bilangan Nusselt

Merupakan bilangan tanpa dimensi lainnya setelah bilangan Reynold.


18

2. Konveksi natural

Konveksi natural adalah perpindahan panas konveksi yang terjadi secara

alamiah yang melibatkan terjadinya aliran fluida. Gambar n memperlihatkan

terjadinya konveksi natural suatu permukaan.

Bilangan-bilangan tanpa dimensi yang sering digunakan untuk

menghitung konveksi natural adalah [11]

- Bilangan Grasholf

- Bilangan Rayleigh

Persamaan mencari bilangan Nusselt untuk konveksi natural pada pelat

luar telah diturunkan secara analitik, dengan asumsi bahwa aliran adalah laminar,

namun, faktanya, aliran tidak selalu laminar melainkan turbulen.

2.3.3 Perpindahan Panas Radiasi

Perpindahan panas radiasi adalah perpindahan panas yang tidak

membutuhkan media perantara baik itu solid ataupun fluida.

Energi yang ditransfer dengan radiasi adalah yang tercepat (secepat

kecepatan cahaya) dan dapat terjadi di ruangan vakum.

Gambar 2.14 Skema perpindahan panas radiasi [11]

Perpindahan panas netto secara radiasi termal diantara dua badan ideal

(hitam) diberikan oleh Gray, 1974.

Persamaan Umum Radiasi:

q = σ.A.(T14-T2

4) (2.7)


19

Dalam praktik kolektor surya, permukaan bukan pemancar ataupun

penyerap yang sempurna dari radiasi termal. Permukaan kelabu semacam ini

ditandai oleh fraksi-fraksi dari jumlah ideal yang dipancarkan dan diserap.

Perpindahan panas radiasi antar pelat penyerap dengan kaca dirumuskan

oleh Jansen, 1995.

q = 𝝈.𝑨.(𝑻𝟏

𝟒−𝑻𝟐𝟒)

𝟏

𝜺𝟏+

𝟏

𝜺𝟐−𝟏

(2.8)

Keterangan:

q = laju perpindahan panas radiasi (W)

ε = emisivitas bahan


σ = konstanta Stefan-Boltzman (5,67 x 10-8

W/m2K)

T1 = temperatur permukaan bidang satu (K)

T2 = temperatur permukaan bidang dua (K)

Sementara itu perhitungan fraksi-fraksi radiasi pada suatu permukaan yang

terkena radiasi matahari yaitu (Holfman, 1986):

a. Radiasi yang menyentuh permukaan bidang satu per satuan luas

penampang:

𝒒

𝑨 =

𝒌𝑳

𝒙(T2 -T1)+

𝒒

𝑨 = Eb1 -F12 . J21 (2.9)

Keterangan:

𝑞

𝐴 = radiasi yang mengenai permukaan bidang persatuan luas penampang

(W/m2)

𝑞

𝐴 = radiasi matahari (W/m

2)

Eb1 = fraksi radiasi pada permukaan satu (W/m2)

= σ.T14

F12 = fraksi radiasi antara bidang satu dan dua


20

J21 = radiosivitas radiasi permukaan dua terhadap permukaan satu

2.4 T eori Dasar Desalinasi

Desalinasi adalah prosedur fisik untuk memisahkan kelebihan garam

terlarut dari air, payau dan air laut, atau larutan garam berair untuk

mengumpulkan air isi dengan kadar garam rendah untuk penggunaan yang sesuai,

seperti minum, industri, farmasi, kota, atau air rumah tangga. Desalinasi adalah

prosedur industri murni dan sistem energi intensif terlepas dari prosesnya,

mengurangi biaya energi sebagai masalah ekonomi utama [1].

Desalinasi dibatasi pada kualitas air tawar. Saat ini peningkatan

demografis, dan peningkatan konsumsi industri yang luar biasa, yang

menyebabkan kelangkaan sumber daya air yang cepat. Sumber air bersih alami

dan secara bersamaan aliran air dan sumur alami tercemar limbah industri, rumah

tangga, atau masyarakat. Bagian polusi terbesar adalah pertanian. Dari semua air

yang tersedia di suatu wilayah, pertanian mengkonsumsi sekitar 70% sisanya

untuk semua kebutuhan lainnya. Sejumlah besar pupuk kimia, pestisida, dan

insektisida ditarik jauh oleh air hujan, aliran air yang berpolusi, akuifer, saluran

air alami, sehingga sumber air segar berkurang [1].

Salah satu metode pemurnian air adalah penyulingan. Proses distilasi

menggunakan sumber panas untuk menguapkan air. Tujuan distilasi adalah

memisahkan molekul air murni dari kontaminan dengan titik didih lebih tinggi

daripada air. Dalam proses distilasi, air pertama dipanaskan sampai mencapai titik

didihnya dan mulai menguap. Temperatur yang stabil memastikan penguapan air

berlanjut, namun mencegah kontaminan air minum dengan titik didih lebih tinggi

dari penguapan. Selanjutnya, air yang diuapkan ditangkap dan dipandu melalui

sistem tabung ke wadah lain. Akhirnya, dikeluarkan dari sumber panas, uap

mengembun kembali ke bentuk cair aslinya. Kontaminan memiliki titik didih

lebih tinggi daripada air yang berada dalam wadah aslinya. Proses ini

menghilangkan sebagian besar mineral, kebanyakan bakteri dan virus, dan bahan

kimia yang memiliki titik didih lebih tinggi daripada air. Untuk alasan ini,

penyulingan kadang dinilai sebagai metode untuk mendapatkan air minum murni.

[2].


21

2.4.1 Klasifikasi Sistem Desalinasi

2.4.1.1 Solar Still

Solar Still terdiri dari bak yang dicat hitam yang diisi oleh air laut hingga

pada kedalaman tertentu dan ditutup oleh kaca yang dimiringkan sebagai tempat

masuknya radiasi surya sekaligus peristiwa kondensasi. Radiasi surya memasuki

bak melalui kaca untuk memanaskan sisi bak yang dicat hitam yang

mengakibatkan pemanasan air laut sehingga terjadi evaporasi, karena perbedaan

tekanan parsial dan perbedaan temperatur, uap air terkondensasi sepanjang kaca

penutup yang dimiringkan dan ditampung oleh penampung yang berada tepat

dibawah kemiringan kaca [22]. Gambar 2.15 Menunjukkan sistem solar still

sederhana.

Kelebihan menggunakan solar still:

1. Konstruksi yang sederhana

2. Kondensasi tidak memerlukan kondensor, proses kondenasi terjadi pada

kaca

3. Mudah dalam perawatannya

Kelemahan menggunakan Solar Still:

1. Laju produksi air bersih perhari rendah

2. Sebagian uap air yang terkondensasi pada kaca dapat langsung jatuh

kembali bercampur dengan air laut yang belum berevaporasi

3. Proses evaporasi lambat karena uap air laut dipanaskan pada tekanan

atmosfer.


22

Gambar 2.15 Solar Still [22]

2.4.1.2 Solar Desalinasi Humidifikasi-Dehumidifikasi

Ide utama dibalik proses humidification-dehumidification adalah uap

saturasi dapat membawa udara dengan kapasitas yang semakin banyak dengan

meningkatnya temperatur. Air laut akan melalui pemanasan awal sebelum

disemprotkan kedalam evaporator.pemanasan terjadi pada dua fluida, yakni air

laut dan angina. Pemanasan pada angin bertujuan untuk disirkulasikan kedalam

ruang evaporator-kondensor. Sesuai dengan ide utama sistem ini, udara panas

membawa uap dari pemanasan air laut ke ruang kondensor yang berada tepat

disebelah ruang evaporator untuk dikondensasikan. Air laut yang tidak

berevaporasi akan langsung jatuh ke tempat penampungan konsentrat garam [23].

Gambar 2. Menunjukkan sistem desalinasi surya humidifikasi-dehumidifikasi

Kelebihan sistem desalinasi humidifikasi-dehumidifikasi

1. Efektif dalam produksi air bersih

2. Sangat cocok dioperasikan untuk kapasitas rendah

3. Konsentrat garam masih mengandung air dapat diproses ulang

Kelemahan sistem desalinasi humidifikasi-dehumidifikasi:

1. Konstruksi yag kompleks


23

2. Air laut yang tidak berevaporasi dibiarkan jatuh bebas ke tempat

penampungan dapat menimbulakn percikan air sehingga memungkinkan

terkontaminasi konsentrat garam ke air bersih jika isolasi tidak baik

3. Meskipun menggunkaan energi surya sebagai sumber pemanas, sistem

masih menggunakan energi listrik unutk mensirkulasikan udara dan air

laut

Gambar 2.16 Solar Desalinasi Humidifikasi-Dehumidifikasi [23]

2.4.1.3 Solar Multi Stage Flash Desalination

Dalam sistem desalinasi Multi-Stage Flash, air laut pengumpan

dipanaskan diatas temperatur saturasi dan pemanas konsentrat garam dan

mengalami perubahan fasa secara cepat dalam bak tekanan rendah yang

dipertahankan dengan menggunkaan pompa vakum. Konsentrat garam yang

dibuang keluar dari tingkat sebelumnya diperbolehkan untuk berubah fasa tingkat

berikutnya dan uap dibentuk disetiap tingkat dikondensasikan dengan

menggunakan kondensor dimana air laut masuk telah dipanaskan terlebih dahulu

[25]

Kelebihan solar multi stage flash desalination:

1. Laju produksi air bersih sangat tinggi


24

2. Pemanasan yang cepat sehingga tidak memakan banyak energi panas dari

kolektor surya

3. Adanya tangka penyimpanan kalor yang dapat menyuplai energi panas

selama 24 jam

Kelemahan solar multi stage flash desalination:

1. Konstruksi sistem yang kompleks

2. Tangki penyimpan kalor (Thermal Energi Storage) dan pompa vakum

ynag mahal

3. Perawatan sulit dan mahal

Gambar 2.18 Solar Multi Stage Flash Desalination [24]

2.4.1.4 Solar Multi Effect Distilation

Unit Multi-Effect Distilation (MED) terdiri dari bak-bak dimana secara

umum disbeut efek yang dipertahankan pada tekkanan rendah dengan pompa

vakum. Panas yang dibutuhkan unutk mengepavorasi air laut pada efek pertama

disuplai dari kumpulan kolektor surya atau dengan pembakaran bahan bakar fosil

dan uap yang dibentuk digunakan untuk memanaskan air laut pengumpan pada


25

efek selanjutnya. Sehingga, panas laten ynag diproduksi uap air pada efek

sebelumnya dapat digunakan seluruhnya di efek selanjutnya pada MED[26]

Kelebihan soalr multi effect destilation:

1. Proseess pemansan dilakukan secara bertingkat, sehingga tdak ada

konsentrat garam yang terkandung dalam air bersih

2. Sistem dapat diperbanyak dengan menambah efek

3. Laju prosuksi air bersih tinggi

Kelemahan solar multi effect destilaton:

1. Proses pemvakuman menggunakan pompa vakum dimana pada pasaran

pompa vakum sangat mahal

2. Masih menggunakan energi listrik pada sistem

3. Konstruksi sistem mahal dan kompleks

Gambar 2.19 Solar Multi Effect Distilation [25]

2.4.1.5 Desalinasi Kompresi Uap

Dalam desalinasi kompresi uap, air laut pengumpan dipanaskan oleh

sumber panas ekternal dan berubah fasa menjadi uap, sehingga uap yang

diprosuksi akan dikompres menggunakan Mechanical Vapor Compressor (MVC)

atau Thermo Vapor Compressor (TVC) unutk meningkatkan tekanan kondensasi


26

dan temperatur uap terkompresi digunakan unutk memanaskan air pengumpan

pada tingkat yag sama maupun tingkat yang lain [27]

Kelebihan sistem desalinasi kompresi uap:

1. Pemanasan menggunakan pemanas air listrik sehingga perawatannya lebih

mudah.

2. Konstruksi sistem yang sederhana

3. Air bersih tidak akan terkontaminasi dengan air laut di kondensor

Kelemahan sistem desalinasi kompresi uap:

1. Komponen sistem yakni pompa dan kompressor mahal

2. Masih menggunakan energi listrik yang tidak sedikit

3. Tidak cocok dalam memproduksi air bersih unutk skala kecil

Gambar 2.20 Desalinasi Kompresi Uap [26]

2.4.1.6 Freeze Desalination

Desalinasi beku adalah teknik dimana air laut dibiarkan unutk didinginkan

dibawah titik beku, sehingga kristal es dari air bersih yang terbentuk di

permukaan. Ketiga jenis desalinasi beku adalah desalinasi beku kontak langsung,

desalinasi beku kontak tidak langsung dan desalinasi beku operasi vakum (Rane


27

dkk, 2011) [28]. Dalam proses desalinasi beku kontak langsung cairan refrigeran

(biasanya n-butana) dicampur langsung dengan air laut pengumpan dalam

pembeku sehingga panas dari air laut akan diserap oleh refrigeran menghasilkan

pembekuan kristal es yang kemudian dipisahkan dan dimurnikan untuk

mendapatkan air bersih dalam bentuk kristal es. Proses desalinasi beku seperti ini

membutuhkan rasio tekanan rendah, unutk mencapai rasio tekanan ini dengan

kompresor konveksional tidak ekonomis, sehingga dewasa ini mengarah pada

pengembangan refrigeran kompresor hidrolik. Kompresor pendingin hidrolik

tidak menggunakan minyak pelumas karena dapat mengkontaminasi kristal es.

Ukuran dari alat pencairan dan pembersihan dapat diperkecil dengan memperkecil

jumlah dalam air sehingga biaya dan ukuran sistem dapat diperkecil dan dapat

digunakan untuk tujuan irigasi di daerah yang mengalami kelangkaan air bersih

(Rice dkk,1997) [29]. Dalam desalinasi beku kontak tidak langsung, pendingin

dan air laut yang tidak dicampur satu sama lain, merea dipisahkan dalam bentuk

kristal oleh permukaan perpindahan panas dan es yang terbentuk dalam sistem ini

kemudian dikerok dari permukaan perpindahan panas [28]. Dalam sistem

desalinasi bentuk vakum, air laut umpan didinginkan dibwah three point dengann

mengurangi tekanan unutk mrnghasilkan tekanan masing-masing es dan uap. Es

yang terbentuk dikumpulkan dan uap yang dihasilkan dikompresi dan kondensasi

di ruangbeku. Metode ini membutuhkan kompressor ukuran besar karena colume

spesifik uap air yang tinggi dan dikenal dengan vacuum compression freese

desalination.

Kelebihan Freeze Desalination;

1. Efisiensi sistem desalinasi sangat tinggi

2. Konstruksi murah

3. Laju produksi air bersih tinggi

Kelemahan Freeze Desalination:

1. Sistem masih menggubakan energi listrik

2. Perawatan sistem sulit

3. Membutuhkan kompressor yang besar sehingga biaya konstruksi sistem

mahal


28

Gambar 2.21 Freeze Desalination [27]

2.4.1.7 Desalinasi Absorbsi

Sistem utama desaliansi absorbsi terdiri dari evaporator, dudukan absorbsi

(silica atau zirconia) dan kondensor. Dudukan absorbsi disupali dengan air panas

atau pendingin sesuai kebutuhan. Air laut yang menguap di evaporator diserap

oleh dudkan dengan dipertahankan pada suhu rendah oleh sirkulasi air pendingin.

Uap air terperangkap di dudukan dipulihkan oleh sirkulasi air panas, uap air

terjebak di dalam dudukan dipu;ihkan oleh sirkulasi air panas, uap air yang telah

dipulihkan dikondensasikan dalam kondensor dan hasil kondensasi berkualitas

tinggi karena distilasi ganda. Untuk sistem dua dudukan, absorbsi berlangsung di

satu dudukan dan desorbsi berlangsung di dudukan lain secara bersamaan [30]

Kelebihan sistem desalinasi adsorbsi:

1. Laju produski air berih yang tinggi

2. Air bersih yang dihasilkan berkualitas tinggi kerena melalui distilasi ganda

3. Air bersih tidak mungkin terkontaminasi oleh konsentrat garam

Kelemahan sistem desalinasi adsorbsi:

1. Konstruksi yang kompleks dan mahal karena memerlukan distilasi ganda

2. Perawatan sistem sulit


29

3. Masih menggunakan energi listrik (pompa) untuk mensirkulasikan air

dingin dan air panas

Gambar 2.22 Desalinasi Absorbsi [30]

2.4.1.8 Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya

Dalam desalinasi RO (Reverse Osmosis) tenaga surya, energi mekanik

yang dihasilakn oleh aliran fluida organik secara langsung digunkaan unutk

menjalankan unit RO dan pompa tekanan tinggi. Unit desalinasi RO surya thermal

adalah teknologi yang lebih menjanjikan, setiap perkembangan teknologi RO akan

berguna unutk mengembangkan teknologi RO berdasarkan sistem panas matahari.

Menggabungkan unit RO dengan siklus Rankine tenaga surya dapat memotong

emsis CO2 dan mengakibatkan penghematan lingkungan dengan selisih sedikit

tambahan biaya modal (Sacedo dkk, 2012).[31]

Kelebihan Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya Termal:


30

1. Adanya tangkipenyimpan kalor yang dapat menyimpan energi termal

selama 24 jam

2. Proses pemanasan sangat cepat karena dibantu oleh boiler

3. Adanya kolektor surya dalam jumlah banyak dapat menyupali baik energi

termal maupun energi listrik yang dibutuhkan sistem

Kelemahan Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya Termal:

1. Sistem membutuhkan daya listrik yang besar karena adanya boiler dan dua

pompa yang bertekanan tinggi

2. Perawatan sistem yang sulit

3. Konstruksi kompleks yang mahal

Gambar 2 23 Desalinasi Osmosis Terbalik Tenaga Surya [31]

2.4.2 Desalinasi Tenaga Surya Sistem Pasif

Energi surya ditemukan paling cocok untuk memasok energi yang

dibutuhkan untuk proses desalinasi baik dalam bentuk energi panas, energi

mekanik atau energi listrik. Sistem distilasi tenaga surya telah dipelajari,


31

dirancang dan digunakan di seluruh dunia. Sistem distilasi tenaga surya

dikategorikan menjadi sistem pasif dan aktif [14].

Penyuling tenaga surya adalah prosedur yang menggunakan radiasi

matahari secara langsung. Sinar matahari ditangkap di perangkat yang diseb ut

penyuling tenaga surya di mana radiasi matahari diserap oleh air di baskom yang

masih dan diubah menjadi energi panas yang menguapkan air di penyulingan. Uap

yang tercipta mengembun di bagian dalam permukaan penutup yang lebih dalam

dan masih tertutup oleh selokan. Ini adalah prosedur yang berlangsung bersamaan

di perangkat yang sama, penyuling tenaga surya [12].

Proses distilasi membutuhkan energi yang bisa dijalankan, yang bisa

didapat dengan menggunakan sumber energi terbarukan seperti tenaga surya.

Penyemprotan air bertenaga surya dapat didefinisikan sebagai ukuran untuk

memisahkan dan mengekstrak air bersih dengan penguapan. Ini bisa sangat

berguna untuk mengubah air laut, payau atau bahkan air yang terkontaminasi

menjadi air bersih yang aman untuk diminum [13].

Proses desalinasi mengkonsumsi sejumlah besar energi, dan banyak negara

di dunia, terutama mereka yang menderita kekurangan air yang parah, tidak dapat

memenuhi energi yang dibutuhkan untuk desalinasi. Untungnya, banyak dari

negara-negara tersebut berada di daerah dengan tingkat insolation tinggi. Oleh

karena itu, desalinasi tenaga surya bisa menjadi alternatif yang sesuai, disediakan

nuansa teknologi yang efisien untuk memanfaatkan energi matahari dengan biaya

yang efektif. Energi surya dapat digunakan untuk menghasilkan air tawar secara

langsung di dalam matahari secara langsung atau tidak langsung dimana energi

termal dari sistem energi matahari dipasok ke unit desalinasi [15].

Penyuling tenaga surya sangat sederhana, murah dan menggunakan energi

matahari dan mereka tidak memerlukan energi kelas tinggi sehingga tidak

menghasilkan gas berbahaya yang akan mempengaruhi bumi. Apalagi tenaga

surya masih mudah dibangun dan dioperasikan. Akhirnya penyuling tenaga surya

bisa lebih ekonomis daripada teknologi desalinasi lainnya untuk menyediakan air

bagi rumah tangga dan komunitas kecil [16]. Desain dan fabrikasi penyuling

tenaga surya sederhana yang menghasilkan hasil sekitar 4 – 6 l/(m2 hari), yang

cukup untuk keluarga [17]. Prinsipnya adalah melakukan desalinasi dengan sinar


32

matahari yang panas. Untuk meningkatkan efisiensi penyerapan panas, watolith

air laut perlu dicat hitam, sehingga uapnya bisa dikondensasi menjadi air tawar

pada panel kaca atau film plastik dengan transmitansi matahari yang tinggi.

Sebagai metode desalinasi tertua, penyuling tenaga surya memiliki kelebihan dari

biaya operasi rendah dan perangkat sederhana, namun kerugiannya adalah bahwa

ruang perangkat berukuran besar, hasil per unit rendah, dan properti termal dapat

dipengaruhi oleh area dan kondisi iklim yang berbeda. Saat ini, produksi air tawar

per hari dengan perangkat sederhana hanya 3 – 4 kg / (m2 d) [34]. Dengan tidak

adanya batasan konsentrasi awal dan kemurnian air tawar yang tinggi, penyuling

tenaga surya sangat sesuai untuk daerah kekurangan air dengan suhu tinggi dan

waktu sinar matahari yang lama. Air tawar juga bisa diperoleh dengan alat serupa

di daerah dimana sumber panas atau panas yang tersedia cukup panas [18].

Gambar 2.24. Diagram penyuling tenaga surya [18]

Penyuling tenaga surya terdiri dari bak yang dicat hitam yang diisi oleh air

laut hingga pada kedalaman tertentu dan ditutup oleh kaca yang dimiringkan

sebagai tempat masuknya radiasi surya sekaligus peristiwa kondensasi. Radiasi

surya memasuki bak melalui kaca untuk memanaskan sisi bak yang dicat hitam

yang mengakibatkan pemanasan air laut hingga terjadi evaporasi, karena

perbedaan tekanan parsial dan perbedaan temperatur, uap air terkondensasi

sepanjang kaca penutup yang dimiringkan dan ditampung oleh penampung yang

berada tepat dibawah kemiringan kaca [19].

Kinerja penyulingan matahari terutama dipengaruhi oleh tiga faktor: (i)

iklim seperti suhu sekitar, intensitas radiasi matahari dan kondisi cuaca; (ii) desain

seperti geometri dan sudut kemiringan; dan (iii) operasional seperti orientasi

kedalaman air laut dan air laut. Studi tentang suhu lingkungan sekitar


33

menunjukkan bahwa kenaikan suhu sekitar 10° dari 23° C dapat menyebabkan

kenaikan 8% pada produktivitas tetap [20].

Kecepatan angin mungkin dua kali lipat; Di satu sisi, peningkatan

kecepatan angin dapat mempercepat penghilangan panas dari penutup kaca

sehingga mendinginkan tutup kaca dan meningkat, dengan demikian, laju

kondensasi dan penguapan. Sementara di sisi lain, bagaimanapun, peningkatan

kecepatan angin juga dapat menyebabkan meningkatnya laju kehilangan panas

oleh konveksi dari sistem dan kemudian mengurangi tingkat penguapan [20].

Persamaan karakteristik telah digunakan untuk hasil eksperimen matahari

pasif yang masih menghasilkan persamaan karakteristik linier dan non linier untuk

kondisi musim dingin dan musim panas. Sudut kemiringan kondensasi yang

berbeda (15°, 30°, 45°) telah dipilih untuk kondisi musim dingin dan musim panas

keduanya. Telah diamati bahwa penyulingan matahari pasif dengan kemiringan

45° memberikan kinerja yang lebih baik baik di musim dingin maupun musim

panas. Kedalaman air yang berbeda (0,04, 0,08, 0,12, dan 0,16 m) juga telah

diambil untuk penyulingan matahari dengan sudut kemiringan 30° untuk kondisi

cuaca musim panas. Perbandingan efisiensi gain dan loss sesaat pada kedalaman

0,01 dan 0,04 m untuk sudut kemiringan 15° juga telah dilakukan untuk

menunjukkan pengaruh kedalaman air pada kinerja stills surya [21]. Ditemukan

bahwa kedalaman air yang lebih rendah memberikan efisiensi yang lebih baik,

yang sesuai dengan banyak penyidik. Kurva efisiensi keuntungan sesaat dan

kerugian telah dianalisis secara bersamaan untuk memberikan pemahaman yang

lebih baik mengenai kinerja stills surya. Metode yang diusulkan akan digunakan

untuk membakukan parameter desain dan operasional solar pasif, yaitu sudut

kemiringan dan kedalaman air untuk hasil tertinggi untuk kondisi iklim tertentu

[21].


34

2.4.2.1 Desalinasi Tenaga Surya Sistem Pasif Dengan Kemiringan Ganda

Gambar 2.25 Desalinasi Tenaga Surya Kemiringan Ganda[36]

Proses destilasi akan lebih efektif dengan menggunakan kemiringan ganda

maka karena sinar matahari yang di terpancar dapat diterima baik dari arah timur

maupun dari arah barat. Daerah tempat terjadi pemuaianpun jelas lebih luas yang

mengakibatkan air dapat lebih cepat mencapai titik jenuh dan memuai menjadi

uap dikarenakan ketebalan air yang tipis yang memungkinkan cepatnya terjadinya

konduksi antara partikel-partikel air. Dilihat dari gambar klasifikasi di atas maka

kita dapat mengetahui berbagai cara dan metode dalam melakukan percobaan

tentang proses desalinasi air laut. Salah satu dari klasifikasi dari gambar diatas

yang kita gunakan ialah solar still dengan passive system, atau sering disebut

dengan desalinasi sederhana.

Radiasi matahari memainkan peran penting untuk mempercepat proses

penguapan di dalam penyuling tenaga surya system pasif dengan kemiringan

ganda.

2.5 Persamaan- Persamaan Dasar aliran fluida

2.5.1 Persamaan Pada Pompa

Pompa adalah sebuah alat mekanik sederhana namun penting dalam

menyalurkan tenaga untuk memindahkan cairan dengan laju aliran tertentu [32].


35

Untuk menghitung kebutuhan daya pompa yang diguakan dalam instalasi alat,

diperlukan untuk mencari beberapa factor seperti kerugian gaya gesek, kerugian

karna belokan/elbow [32].

1.Kesetimbangan Energi

Jumlah energi (E) yang masuk ke sistem = Jumlah energi (E) yang keluar

sistem, atau dapat dirumuskan ke dalam persamaan[32]:

(E1 + WP) = (E2 + ∆Ef + ∆Em ) (2.10)

Dimana: E = energi

WP = Daya Pompa

Ef = Kerugian Energi Karena Gesekan

Em = Kerugian minor (kerugian karena belokan/elbow)

2. Persamaan Bernoulli pada pompa

Hp + 𝑃1

𝛾1 + z1 +

𝑣12

2𝑔 =

𝑃2

𝛾2 + z2 +

𝑣22

2𝑔 + H (2.11)

Dimana: Hp = Head pompa (m)

𝑃

𝛾 = Head Tekanan (Pa)

Z = Head Statis total (m)

𝑣2

2𝑔 = Head kecepatan

3. Kerugian energi karena gaya gesek

Merupakan suatu kerugian aliran yang disebabkan oleh adanya gesekan

antara fluida dengan dinding saluran pipa lurus. Besarnya head loss mayor

dapat dihitung dengan persamaan Darcy-Weysbach sevagai berikut:

∆Ef = f𝐿

𝐷𝑖+

𝑉2

2𝑔 (2.12)

Dimana: f = koefisien kerugian gesek

L = Panjang Pipa (m)

D = Diameter dalam pipa (m)

V = Kecepatan Aliran fluida (m/s)

g = percepatan gravitasi (m/s2)

besarnya nilai f dapat diketahui dari jenis aliran yang terjadi. Unutk aliran

laminar, besarnya koefisien gesek (f) dapat dihitung dengan persamaan

f= 64

Re (2.13)


36

untuk aliran turbulen, besarnya koefisien gesek (f) dapat dihitung dengan

persamaan Darcy. Rumus ini berlaku atas dasar kerugian head untuk panjang pipa

ratusan meter.

f= 0.020+ 0.0005

𝐷 (2.14)

Dimana: D= diameter dalam Pipa

Nilai f dapat juga dicari dengan menggunakan diagram Moody dengan menarik

garis harga Re diplotkan dengan harga Relative Roughness ( 𝜀

𝐷)

4. Head loss minor

Kerugian yang disebaban oleh adanya gesekan yang terjadi pada

komponen tambahan seperti elbow, katup dan lainnya sepanjang jalur

pemipaan. Besarnya head loss minor tergantung dari koefisien tahanan (f)

asesoris yang digunakan.

H=f𝑉2

2𝑔 (2.15)

Dimana : f = koefisien kerugian gesek

V = kecepatan aliran fluida (m/s)

g = percepatan gravitasi (m/s2)


37

BAB III

METODOLOGI PERANCANGAN

3.1 Waktu dan Tempat Penelitian

Rancang bangun ini dilakukan pada Februari 2019- Juli 2019. Lokasi

penelitian bertempat di Laboratorium Sustainable Energi Research Centre

Gedung Magister Pascasarjana Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Sumatera Utara.

3.2 Alat Dan Bahan

3.2.1 Alat

Dalam penelitian ini, akan digunakan beberapa alat, untuk perancangan dan

penentuan serta argumen dimensi akan dibahas pada bab IV. Alat yang dipakai

dalam penelitian ini antara lain sebagai berikut:

1. Evaporator

Dalam penelitian ini, akan digunakan evaporator sebagai ruang pemanasan

air laut. Evaporator merupakan bagian yang sangat penting dalam laju produksi

air bersih. Evaporator dilengkapi dengan alat ukur rol untuk mengatur ketinggian

air laut yang dibatasi dengan ketinggian maksimal 20 mm. Spesifikasi evaporator

dalam penelitian ini sebagai berikut:

Gambar 3.1 evaporator


38

2. Kaca Penutup Evaporator

Penutup evaporator menggunakan kaca bening dengan tebal 3 mm dan

ukuran 1000 mm x 1000 mm, argumen dan perancangan dimensi alat akan

dibahas pada bab IV.

Gambar 3.2 Kaca Penutup Evaporator

3. Tangki Air Laut

Tangki berfungsi sebagai tempat penampungan sementara air laut sebelum

di masukkan ke dalam evaporator. Tangki air laut yang digunakan adalah botol air

mineral dengan volume 19 L. Untuk volume dari tangki air laut, tidak

memerlukan spesifikasi tertentu atau bisa menggunakan tangki dengan volume

lebih besar atau lebih kecil sebab tangki merupakan hanya sebagai alat

penampung air laut sebelum masuk ke basin supaya proses pengisian air laut ke

basin tidak sulit serta tidak ada yang terbuang.

4.Pipa PVC

Pipa PVC digunakan untuk menyalurkan air pendingin kaca luar. Pipa pvc ½

inci digunakan sebagai pipa vertical dam pipa horizontal bercabang dimana

sepanjang pipa dibuat lubang sebagai saluran air untuk mendinginkan kaca. Pipa

¾ inci digunakan sebagai penyalur air hasil sirkulasi ke box penampung.

Gambar 3.3 Pipa PVC


39

5. Pompa

Pompa berfungsi untuk mensuplai air dari bak penampung pendingin ke

permukaan dinding kaca luar. Pompa yang digunakan merupakan pompa DC

tenaga surya photovoltaic. Untuk spesifikasi daya pompa yang digunakan, akan

dibahas selengkapnya di bab IV.

Gambar 3.4 Pompa

6. Photovoltaic

Photovoltaic berfungsi sebagai penggerak pompa untuk mensuplai air

melalui pipa untuk mendinginkan dinding kaca luar sehingga proses kondensasi

air lebih cepat pada permukaan kaca dalam.

Spesifikasi dari Photovoltaic yang digunakan adalah sebagai berikut:

Daya Maksimum : 100 WP

Voltase Maksimum : 18 V

Arus : 5.56 A

Ukuran : 1196 mm x 541 x 30 mm


40

Gambar 3.5 Photovoltaic

7. Bak Penampung

Untuk mendinginkan kaca, diperlukan air dingin yang disuplai pompa

melalui pipa, dan air disirkulasikan kembali secara terus menerus. Sehingga

dibutuhkan wadah penampung air sirkulasi yaitu bak penampung.

Gambar 3.6 Bak Penampung

8.Sterofoam

Digunakan sebagai isolator untuk mengurangi panas dari dalam evaporator

terbuang ke lingkungan. Dengan adanya sterofoam ini, akan meningkatkan suhu

pada evaporator dan menghambat terjadinya kehilangan energi dari sistem

sehingga losses bisa diasumsikan sangat kecil.

Gambar 3.7 Sterofoam


41

9.Alumunium Foil

Digunakan sebagai isolasi pada permukaan sterofoam guna untuk menahan

panas dari evaporator ke limgkungan.

Gambar 3.8 Sterofoam

3.2.2 Bahan

Bahan yang digunakan dalam penelitian ini adalah sebagai berikut:

1.Air laut

Air laut yang digunakan berasal dari Pantai Bali Lestari (Martebing,

Kabupaten Serdang Bedagai) dengan asumsi temperatur awal 25o dan dengan

konsentrasi 35 %.

2.Air pendingin

Air pendingin yang digunakan berasal dari air PDAM yang diambil dari

Gedung Magister Teknik Mesin

3.2.3 Alat Ukur

Alat ukur yang digunakan untuk mengukur variabel-variabel dalam

penelitian ini antara lain:

1.Hobo Microstation Data Logger

Alat ini dihubungkan ke data logger untuk kemudian dihubungkan ke

computer untuk diolah datanya. Terdapat beberapa alat ukur Hobo Microstatiom

data logger yaitu:

a. Pyranometer


42

Alat ini digunakan untuk mengkur radiasi matahari yang terdapat pada suatu

lokasi.

b.Ambient Measurement Apparatus

Alat ini digunakan untuk mengukur temperatur lingkungan sekitar dengan

waktu yang dapat ditentukan.

c. T and RH Smart Sencor

Alat ini digunakan untuk mengukur kelembaban dan temperatur lingkungan

sekitar.

2.Thermokopel

Termokopel digunakan untuk mengukur temperature pada titik-titik sistem,

dimana alat ini bekerja secara otomatis dan mencatat hasil pengukuran

permenitnya dalam bentuk file MS. Excel. Dalam penelitian ini, termokopel yang

digunakan berjumlah 6 buah. Adapun jenis thermokopel yang digunakan dalam

penelitian ini adalah thermokopel jenis J. Termokopel tipe J terdiri

dari Besi pada sisi positif (Thermocouple Grade) sedangkan sisi negatif negatif

(Extension Grade) sekitar nikel dan tembaga. Rentangnya terbatas (0 hingga

+750 °C). Thermocouple tipe J ini memiliki sensitivitas sekitar ~52 µV/°C.

3.Agilent

Agilent digunakan untuk mengukur temperatur pada titik titik sistem,

dimana alat ini bekerja secara otomatis dan mencatat hasil pengukuran per

menitnya dalam bentuk file Ms Excel. Pada percobaan ini kabel agilent atau yang

disebut dengan kabel thermokopel yang digunakan berjumlah 12 titik yang

dipasang pada alat penelitian tersebut.

Spesifikasi dari Agilent:

Tipe : Agilent 34970A

Buatan : Belanda

Jumlah sensor thermokopel : 20 channels multiplexer

Volt : 250 V


43

Gambar 3.9 Agilent

4.Gelas Ukur

Gelas ukur digunakan untuk mengukur volume air bersih hasil desalinasi per

30 menit.

Gambar 3.10 Gelas Ukur

3.3 Objek Penelitian

Pada penelitian ini saya melakukan rancang bangun alat Solar Desalinasi

dengan air pendingin kaca luar. Rancang bangun alat dilakukan dengan

menggunkaan software Solidworks dan Autocad Mechanical 2016. Racang

bangun alat dilakukan dengan mensurvey bahan terlebih dahulu, menentukan

ukuran yang digunakan. Rancang bangun dilakukan untuk mendesain seluruh

perangkat kerja melalui dari desain evaporator meliputi dimensi, jenis material

yang digunakan dan juga perhitungan daya pompa untuk pompa pendingin.


44

3.4 Peralatan Yang Digunakan

Jenis peralatan yang dibutuhkan untuk rancang bangun adalah sebuah

computer dengan spesifikasi sebagai berikut:

1. Perangkat keras (hardware)

Dalam hal ini perangkat keras yang digunakan adalah laptop yang

digunakan untuk mendesain atau merancang seluruh alat penelitian.

a. Laptop

Laptop yang digunakan memiliki spesifikasi sebagai berikut:

- Processor : AMD Quad-Core Processor A6-5200 (2GHz)

- RAM : 4 GB

- CPU :2 GHz

- Sistem : Windows 8 Pro

- VGA : AMD RadeonTM

HD 8400

Gambar 3.11 Laptop

2. Perangkat Lunak

Perangkat lunak (software) yang digunakan untuk melakukan rancang

bangun alat yaitu:

a. AutoCAD Mechanical 2016

AutoCAD adalah perangkat lunak computer CAD untuk menggambar 2

dimensi atau 3 dimensi yang dikembangkan oleh Autodesk.

AutoCAD digunakan untuk mendesain model evaporator, kerangka seluruh

alat, model pompa dan pipa pendingin dan juga perangkat perangkat lainnya

dalam bentuk 2D dan 3D.


45

Gambar 3.12 AutoCAD Mechanical 2016

3.5 Diagram Alir Perancangan

Secara garis besar secara garis besar, pelaksanaan penelitian ini

dilaksanakan berurutan dan sistematis seperti ditunjukkan pada gambar 3.15

Gambar 3.13 Diagram Alir Peracangan

S T A R T

Studi Literatur

Desain Alat dan Penyusunan Proposal

Penelitian

Pembuatan Alat

Uji Ccoba

Peralatan

Kesimpulan

Selesai

Ya

Tidak


46

3.5 Eksperimen dan Pengumpulan

Alat desalinasi sistem pasif tenaga surya dengan kemiringan ganda yang

dirakit terdiri dari evaporator, penutup yang berbahan kaca, pipa air pendingin

kaca luar, pompa, tangki air laut, pipa saluran dari tangki ke evaporator dan pipa

untuk hasil kondensasi. Proses pengujian dapat dilakukan dengan mengisi tangki

air menggunakan air laut. Air laut yang telah terisi di tangki air, dialirkan ke

evaporator dengan jalan membuka kran air hingga ketinggian air di evaporator

mencapai 2 cm. ketinggian ini dapat dilihat dari penggaris yang terdapat di

evaporator. Perancangan ketinggian air laut 2 cm pada evaporator didukung oleh

penelitian sebelumnya yang dilakukan (T.A.Babalola, A.O.Boyo, R.O.Kesinro

2015)[34] dimana melakukan eksperimen dengan ketinggian air laut di basin yang

bervariasi menunjukkan produsktivitas air bersih dengan ketinggian air laut 2 cm

lebih tinggi dibandingkan dengan ketinggian lainnya. Untuk lebih jelasnya dapat

dilihat pada gambar dibawah ini.

Gambar 3.14 perbandingan suhu rata-rata,kedalaman,dan

produktivitas[34]

Dari tabel diatas, disimpulkan produksi air bersih dan juga suhu rata-rata

serta energi matahari dengan ketinggian air laut 2 cm lebih tinggi dibandingkan

dengan ketinggian lainnya.

Di evaporator terdapat 5 buah termokopel yang masing-masing berfungsi

untuk mengukur suhu pada air laut, kaca bagian dalam dan luar sebelah barat,

kaca bagian dalam dan luar sebelah timur, sedangkan untuk mengukur dan

merekam temperature udara, kecepatan angin, intensitas radiasi dan kelembaban

udara digunakan sensor yang terdapat pada HOBO Micro Station Data Logger


47

yang dipasang berdekatan dengan evaporator. Data yang dibaca oleh termokopel

dan sensor dari HOBO Micro Station Data Logger dihubungkan ke laptop yang

sebelumnya telah dikalibrasi dan disesuaikan bahasa programnnya.

Air laut yang mengalami kondensasi di evaporator akan menguap dan air

kondesat akan menempel di kaca. Air dari box air disalurkan untuk mendinginkan

kaca luar melalui pipa yang dirancang sehingga mengenai seluruh permukaan

kaca, maka proses kondensasi akan berlangsung lebih cepat dan akan

menghasilkan air kondensat lebih banyak. Sudut kemiringan kaca yang digunakan

dalam penelitian ini adalah 15o sehingga uap air yang menempel pada kaca akan

turun ke penampungan yang terdapat pada kaca hingga akhirnya keluar melalui

selang air ke penampungan air bersih.

3.6 Proses Perancangan

Proses perancangan dilakukan dengan prosedur sebagai berikut:

1. Penentuan dimensi alat dari panjang, lebar, tinggi evaporator dan

2. Penentuan sudut kemiringan kaca penutup evaporator

3. Pemilihan material yang digunakan

4. Perancangan daya minimal pompa untuk mengalirkan air pendingin ke

permukaan kaca

5. Perancangan alat dengan menggunakan software Autocad

6. Pembangunan alat

7. Validasi perancangan


48

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Desain Alat

Desalinasi pada dasarnya merupakan proses untuk mendapatkan air bersih

dari penyulingan air laut atau air kotor. Prinsip kerja desalinasi secara umum

sangatlah sederhana. Air laut atau air kotor dipanaskan di evaporator, kemudian

air akan menguap dan terjadi kondensasi, yang kemudian air kondensat akan

ditampung di wadah penampung yang merupakan air bersih.

Untuk penelitian ini, penulis melakukan perancangan alat desalinasi

seperti penelitian yang dilakukan sebelumnya akan tetapi dengan penambahan air

sebagai pendingin kaca luar. Dengan pendinginan kaca, maka proses kondensasi

akan berlangsung lebih cepat dan menghasilkan lebih banyak air bersih. Berikut

dibawah ini desain dari rancang bangun alat dengan menggunakan software

Autocad Mechanical 2016

.

Gambar 4.1 Desain Alat

4.1.1 Desain Evaporator

Model evaporator didesain dengan ukuran panjang 1932 mm x lebar 1000

mm dan dengan tinggi bak evaporator 150 mm. Pada bagian luar evaporator akan


49

dipasang isolasi dengan sterofoam dengan tebal 30 mm dan selanjutnya dilapisi

denggan alumunium foil. Untuk bagian atas evaporator akan dipasang dua buah

kaca masing masing dengan kemiringingan 15o

pada sumbu x. Untuk material

evaporator digunakan aluminium komposit.

1. Perancangan luas evaporator

Perancangan luas evaporator dilakukan untuk mendapatkan panjang dan

lebar evaporator untuk mengevaporasikan air laut menjadi air bersih. Dalam

peancangan ini, diasumsikan ketinggian evaporator 20 cm dan ketinggian air laut

dalam evaporator 2 cm.

Dalam penelitian ini, target air bersih hasil desalinasi yang dihasilkan

sebanyak 6 liter dari pengujian satu hari dimulai dari pukul 08.00-18.00 WIB.

Maka:

6 liter= 6x10-3

m3

𝜌 =𝑚

𝑣

1000kg/m

3=m/6x10

-3m

3

m= 6 kg

Untuk mengubah 6 kg air maka dibutuhkan energi (Quse) sebesar:

Diketahui kalor laten untuk air L=2,26x106J/kg

Quse = m.L[37]

Quse = (6 kg) (2,26x106J/kg)

kolektor Panjang (L)

t=20 cm

Qrad

Quse


50

Quse = 13,56 MJ

Dengan memasukkan nilai efisiensi rata-rata evaporasi air sebesar 50%, maka

nilai kalor pada kolektor yaitu:

Qkolektor= 𝑄𝑢𝑠𝑒

[37]

= 13,56

50 %

Qkolektor = 27,12 MJ

Untuk mendapatkan luas dari evaporator maka dilakukan perhitungan, dengan

mengetahui nilai rata-rata radiasi yang diperoleh di kota Medan selama satu hari

yaitu sebesar 14 MJ , maka luas penampang kolektor dapat diketahui.

Qkolektor = Qin. A [37]

27.12 MJ = 14 MJ/m2

. A

A= 1,93 m2

Nilai yang diperoleh dari hasil perhitungan untuk desain kolektor yaitu:

Luas minimum (A)= 1,93 m2 maka panjang= 1,92 m dan lebar=1m dari dimensi

lebar dari evaporator maka didapat ukuran lebar kaca yaitu 1 meter.

2. Menghitung sudut kemiringan kaca penutup

Diketahui ukuran panjang dan lebar kaca yaitu 1m x 1m,

maka nilai k=1

dengan menggunakan persamaan trigonometri:

𝛽

𝑃

H

Y

K


51

k1 cos 𝛽 + k2 cos 𝛽 = P [38]

k cos 𝛽 + k cos 𝛽 = P

2kcos 𝛽=P

2(1) cos 𝛽=1,932

cos 𝛽=0,966

𝛽=15o

Maka didapat kemiringan kaca penutup sebesar 15o.

3. Menghitung tinggi atas dari evaporator (H)

Diketahui: 𝛽=15o

Y= 20 cm

½ L= 96,6 cm

Maka H= Y + S

Dengan persamaan trigonometri S= ½ L tan 𝛽

Sehingga H= Y + ½ L tan 𝛽

= 20 cm + 96,6 cm tan 𝛽

=20 cm + 96,6 cm tan 15o

= 45,8 cm

Dengan demikian didapat tinggi atas evaporator (H) yaitu 458 cm

Untuk material evaporator yang digunakan yaitu Alluminium composite

panel (ACP) adalah material yang digunakan sebagai body evaporator. Material

𝑆

𝐻

𝛽

Y

1/2𝐿


52

ini bebas dari serangan rayap dan lumut selain itu ada beberapa hal yang

mempertimbangkan mengapa desain mengguakan ACP yaitu:

1. Permukaan yang rata

Bagian basin dari evaporator harus serata mungkin sebab akan di beri

warna hitam pekat supaya energi matahari dapat diserap dengan merata dan proses

evaporasi maksimal.

2. Fleksibel

Pada dasarnya Alumunium Composite Panel mudah dibentuk, dilipat,

dibor dan dilengkungkan dengan peralatan konvensional maupun peralatan

sederhana lainnya, sehingga dalam pembangunan alat lebih mudah.

3. Penghambat panas yang baik

ACP dapat menghambat panas dengan baik, hal ini dikarenakan bahan

utamanya merupakan lembaran alumunium dan juga bahan inti polyethylene yang

tidak akan menembuskan panas keluar dari area basin evaporator.

4. Anti karat

Dalam pengaplikasiannya, ACP akan dipasang di luar ruangan sebagai

wadah air laut dalam evaporator dimana sangat rentan terjadinya korosi serta

paparan sinar matahari dan hujan. Maka dengan bahan ACP yang tahan terhadap

karat, merupakan pilihan paling tepat sebagai bahan perancangan.

5. Harga yang relatif murah

Harga alumunium composite panel alias ACP terbilang lebih terjangkau

jika dibandingkan dengan material lainnya menjadi salah satu alasan memilih

ACP sebagai material perancangan.

Material : Alumunium Composite Panel (ACP)

Tebal : 3 mm

Tinggi bawah : 200 mm

Tinggi atas : 458 mm

Panjang evaporator : 1932 mm

Lebar evaporator : 1000 mm

Tinggi basin dari tanah : 625 mm


53

Gambar 4.2 Evaporator

4.1.2 Desain Kaca Penutup Evaporator

Kaca penutup evaporator berfungsi sebagai tempat terjadinya kondensasi

air pada alat desalinasi. Kaca yang dipasang pada sisi timur dan sisi barat alat

dengan kemiringan 15o.

Untuk pemilihan ketebalan kaca yaitu 3 mm didukung oleh penelitian sebelumnya

oleh (Hitesh Panchal)[35] dengan kajian ketebalan kaca penutup dengan ketebalan

bervariasi dari 4 mm, 5 mm dan 6 mm. Dari hasil penelitian yang dilakukan kaca

penutup dengan ketebalan 4 mm memiliki nilai transmitansi (cahaya yang

diteruskan) lebih tinggi, mendapatkan panas atau energi surya yang lebih banyak,

memiliki efisiensi yang lebih tinggi, dan dapat disimpulkan semakin kecil

ketebalan kaca penutup, maka semakin baik. Maka dengan itu, pada perancangan

ini dipilih kaca dengan ketebalan 3 mm guna meningkatkan energi matahari yang

akan diserap oleh basin. Alasan lain pemilihan kaca dengan ketebalan 3 mm yaitu

mempertimbangkan ketahanan kaca penutup terhadap sinar matahari dan aliran air

pendingin serta produk yang tersedia dipasaran yaitu dengan ketebalan 3 mm, 4

mm, 5 mm dan dengan ketebalan yang lain.

Ukuran kaca : (1000 x 1000) mm

Tebal : 3 mm


54

Gambar 4.3 Desain Kaca

4.1.3 Desain pipa pvc

Pipa pvc berfungsi sebagai penyalur air pendingin dari bak air ke seluruh

permukaan kaca bagian luar. Pipa yang digunakan berukuran ½ inchi. di

sepanjang kedua pipa horizontal, dibuat lubang sebagai saluran air ke permukaan

kaca dan di ujung pipa di berikan sekat penutup pipa guna menghambat aliran air

dari ujung pipa sehingga air pendingin dapat mengalir ke seluruh permukaan kaca.

Gambar 4.4 Pipa PVC

4.1.4 Desain Pipa Penampung Air pendingin

Setelah air pendingin dialirkan ke kaca, maka perlu ditampung kembali

supaya air dapat disirkulasikan dan digunakan kembali.

Gambar 4.5 Pipa penampung


55

4.1.5 Desain Bak Penampung

Bak penampung berfungsi sebagai tempat dan penampungan air

pendingin setelah melalui kaca. Dengan adanya bak penampung maka air

pendingin akan terus menerus disikluskan ke seluruh permukaan kaca tanpa air

harus di isi secara terus menerus.

Gambar 4.6 Bak Penampung

4.2 Perhitungan daya pompa air pendingin

Dalam perancangan model pompa dan pipa air pendingin, perlu dilakukan

perhitungan head pompa untuk mengetahui berapa daya minimal pompa yang

diperlukan serta permukaan kaca luar dapat teraliri air pendingin secara

keseluruhan. Pompa yang digunakan adalah pompa DC. Adapun parameter yang

diperlukan yaitu :panjang total pipa ,diameter pipa (d),viskositas kinematis air

pada suhu air 30oC ialah 0.000802 N/m

2 (𝜇),densitas air (𝜌) adalah 997 kg/m

3.

Pipa PVC yang digunakan memiliki diameter ¾ inci atau 1,905 cm dan total

panjang pipa yang digunakan 313 cm dimana terdapat 3 buah elbow 90o. Untuk

mendapatkan berapa daya minimal pompa yang dibutuhkan maka perlu dicari

head pompa terlebih dahulu.

Diketahui:

D = 1.905 cm (0.01905 m)

` L = 313 cm (3.13 m)

𝜌 = 997 kg/m3

𝜇 = 0.000802 N/m2 (nilai viskositas kinematis air pada suhu 30

o)

Hp + 𝑃1

𝛾1 + z1 +

𝑣12

2𝑔 =

𝑃2

𝛾2 + z2 +

𝑣22

2𝑔 + HL [32]


56

P1=P2=0 (tekanan sama)

Z2-Z1= 1.11 m

V2=V1= 0 (kecepatan air dianggap sama)

Hp=𝑃2−𝑃1

𝛾 + Z2-Z1 +

𝑣22−𝑣12

2𝑔 + HL

HL = Hf(mayor)+ Hm(minor)

Hf = f 𝐿

𝑑 𝑣2

2𝑔

Untuk mendapatkan nilai f perlu dicari bilangan Reynolds, dengan

membuat asumsi kecepatan aliran air sebesar 2m/s

Re = 𝜌𝑣𝑑

𝜇

Re = (997) (2) (0.01905)

0.00082 = 46324.02 = 4.63x10

4

Nilai e dari pipa PVC= 0.0015

Maka kekasaran pipa PVC (𝑒

𝐷) =

0.0015

19.05 = 7.87x10

-5

Dengan menggunakan diagram Moody didapat nilai f= 0.038

Maka nilai Hf = 0.038 3.13

0.01905

22

2(9.81)

=1.27 meter

Kemudian nilai H minor dengan adanya perancangan menggunakan elbow 90o

sebanyak 3 buah, dengan nilai k untuk pipa elbow ¾ inchi standart 90o = 0.75

Hm = 𝛴k𝑣2

2𝑔

= 3k (2)2

2(9.81)

=3(0.75) 4

19.62

= 0.458 meter


57

Maka untuk HL= Hf(mayor)+ Hm(minor)

= 1.27 + 0.458

= 1.72 meter

Jadi nilai dari Head pompa didapat,

Hp = Z2-Z1 + HL

= 1.11 + 1.72

= 3.44 meter

Selanjutnya untuk mengetahui berapa daya pompa yang dibutuhkan unutk

mengalirkan air pendingin perlu dicari daya pompa dengan rumus:

P = Hp 𝛾 Q

Sebelumnya perlu dicari debit dari aliran air dengan menggunakan asumsi

kecepatan aliran sebesar 2 m/s, maka

Q= v A

= (2) (𝜋

4 0.01905

2)

` = 5.67x10-4

m3/s

Maka daya pompa untuk mengalirkan air ke permukaan kaca didapat:

P = (3.44) (9800) (5.67x10-4

)

= 19.207 watt

Dengan mendapat perancangan nilai Head pompa (Hp) = sebesar 3.44 meter dan

daya pompa (P) sebesar 19.207 watt maka spesifikasi pompa yang digunakan

harus memenuhi nilai minimal dari hasil perhitungan. Oleh karena itu, setelah

melakukan survey dan pompa yang tersedia dipasaran memiliki spesifikasi Head

Pompa sebesar 4 meter dan daya 45 watt dimana telah memenuhi dari


58

perancangan. Pompa DC yang digunakan dapat beroperasi meskipun daya yang

diterima tidak mencapai 45 W, sehingga ketika sinar matahari redup sekalipun

pompa tetap beroperasi untuk mendinginkan kaca.

Spesifikasi dari pompa yang digunakan adalah sebagai berikut:

Daya : DC 12 V

Kuat Arus : 5.4 A

Putaran : Continuous

Daya Motor : 45 W/ 5400 rpm

Diameter Luar : 25 mm

Max Head : 4 m

Max Rate : 70 L/m

Suhu Air : 0-60oC

Ukuran : (135 x 110 x 185) mm

Massa : 1.3 kg

Untuk mensuplay daya untuk pompa, digunakan photovoltaic dengan spesifikasi

100 WP yang telah memenuhi daya minimal untuk pompa yang digunakan.

4.3 Rancang Bangun Alat

4.3.1 Tahap Awal Pembuatan Basin dan Rangka

Tahap pertama dalam rancang bangun alat merupakan pembuatan basin dan

rangka dari keseluruhan alat. Dimensi keseluruhan dari basin dan kerangka

mengikuti rancangan yang telah di hitung sebelumnya. Pada tahap ini, basin dicat

dengan cat minyak hitam pekat guna mendapatkan daya serap energi matahari

yang maksimal.

Gambar 4. 7 pembuatan basin dan rangka


59

4.3.2 Tahap Memasang tangki air laut

Tahap selanjutnya yaitu memasang tangki air laut sebagai saluran air laut

masuk ke area basin, dengan adanya tangki ini, maka air laut dapat masuk

kedalam basin tanpa ada yang terbuang dan dapat dialirkan perlahan dengan

adanya keran pada pipa saluran air laut ke basin.

Gambar 4.8 pemasangan tangki air laut

4.3.3 Tahap Isolasi Basin

Basin diisolasi dengan menggunakan sterofoam dan kemudian dilapisi

menggunakan alumunium foil guna untuk mencegah panas keluar dari area

evaporator.

Gambar 4.9 Tahap isolasi basin

4.3.4 Tahap Pengisian Air Laut ke Dalam Basin

Air laut diisi ke dalam basin yang disalurkan dari pipa yang berasal dari

tangki air laut.


60

Gambar 4.10 pengisian air laut

4.3.5 Tahap Pemasangan Kaca Evaporator

Kaca penutup evaporator yang digunakan yaitu kaca dengan ketebalan 3

mm dan dimensi 100 cm x 100 cm.

Gambar 4.11 pemasangan kaca evaporator

4.3.6 Tahap Pemasangan Agilent

Gambar 4.12 Pemasangan Agilent


61

Agilent digunakan untuk mengukur temperatur pada titik titik sistem,

dimana alat ini bekerja secara otomatis dan mencatat hasil pengukuran per

menitnya dalam bentuk file Ms Excel. Pada percobaan ini kabel agilent atau yang

disebut dengan kabel thermokopel yang digunakan berjumlah 12 titik yang

dipasang pada alat penelitian tersebut.

4.3.7 Instalasi Pompa Dan Pipa Air Pendingin

Dalam penelitian ini, akan di kaji perbandingan produksi air bersih alat

desalinasi dari dua alat, maka dengan itu, satu alat akan dipasang pendingin kaca

luar yaitu air mengalir yang dialirkan oleh pompa DC tenaga surya.

Gambar 4.12 Instalasi Pompa dan Pipa

4.3.8 Tahap Pengujian

Pengujian dilakukan selama 5 hari dimulai dari pukul 08.00-18.00 WIB.

Hasil air bersih akan diukur pada gelas ukur dan di catat setiap setengah jam.


62

Gambar 4.13 Proses pengujian

4.4 Validasi Perancangan

Laju produksi air bersih dapat dipengaruhi oleh beberapa faktor seperti

naik turunnya temperatur yang signifikan seperti cuaca, kelembaban udara,

intensitas radiasi matahari, dan suhu lingkungan. Dari hasil percobaan yang

dilakukan selama 3 hari perbandingan hasil air bersih yang dihasilkan selama 3

hari dapat dilihat pada Gambar 4.14. Dapat dilihat, Volume air bersih dengan alat

pendingin kaca luar lebih besar dibandingan alat tanpa pendingin kaca luar. Data

berikut hanya sebagai validasi dari hasil rancang bangun perbandingan produksi

air bersih dari kedua alat. Kuantitas air hasil desalinasi ditentukan oleh proses

penguapan air laut dalam evaporator. Proses penguapan air laut akan semakin baik

jika suhu di dalam evaporator panas dan proses kondensasi air pada permukaan

kaca dalam akan semakin cepat jika suhu permukaan kaca luar dijaga tetap dingin.

Dalam kinerja alat ini, suhu permukaan kaca luar akan tetap dijaga dingin

disebababkan aliran air dari bak penampung yang secara kontiniu terjadi. Aliran

air pendingin akan terus menerus terjadi pada saat energi matahari dapat

memberikan daya terhadap pompa DC 45W yang digunakan. Artinya proses

kondenasi air dan hasil air bersih akan lebih cepat dan lebih banyak jika suhu

permukaan kaca bagian luar dapat dijaga.


63

Gambar 4.14 Grafik Perbandingan Produksi Air Bersih

0

1000

2000

3000

4000

27 juni 6 juli 8 juli

Vo

lum

em

air

ber

sih

Tanggal pengujian

Grafik perbandingan produksi air bersih

alat 1 (denganpendingin kaca)

alat 2


67

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Adapun kesimpulan untuk penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Telah dirancang bangun evaporator alat desalinasi air laut tenaga surya

dengan pendingin kaca bagian luar untuk panjang 1932 mm, lebar 1000

mm, tinggi bawah 200 mm, tinggi atas 458 mm, sudut kemiringan kaca

penutup evaporator dirancang sebesar 15o dan ketinggian air pada

evaporator diatur 20 mm

2. Daya pompa untuk mengalirkan air pendingin ke permukaan kaca didapat

19.207 watt

5.2 Saran

Adapun saran untuk perbaikan skripsi ini adalah:

1. Untuk penelitian selanjutnya, disarankan menggunakan solar tracker untuk

photovoltaic supaya pompa yang digunakan dapat terus berjalan tanpa

mengatur dan menyesuaikan posisi untuk mendapatkan sinar matahari.

2. Untuk penelitian selanjutnya disarankan menambahkan filter pada saluran

air kondensat guna mendapatkan air yang lebih bersih


64

DAFTAR PUSTAKA

[1]. Eltawil , M.A., Zhengming, Z., Yuan, L. A review of renewable

technologies integrated with desalination systems, Renew. Sustain. Energy

Rev. 13 (2009) 2245–2262

[2]. Durkaieswaran, P., Murugavel, K. Kalidasa. Various special designs of

single basin passive solar still–A review. Renewable and Sustainable

Energy Reviews 49 (2015) 1048–1060.

[3] Soteris Kalogirou. Solar energy engineering. processes and systems.

Elsevier. Academic Press (2014)

[4] Ambarita Himsar.,Study on the performance of natural vacuum desalination

system using low grade heat source. Case Studies in Thermal Engineering 8

(2016) 346–358.

[5] Duffie, John A, and A William Beckman.2013.Solar Engineering Of

Thermal Processes. 4th

. New Jersey: John Willey & Sons, Inc.

[6] Sujono.2009. Invetarisasi Permasalahan Pada Instalasi Solar House Sistem

Di Wilayah Yogyakarta. Teknik Fisika UGM. Yogyakarta

[7] Choucha, Samira,dkk.Valorization study of treaded deglet-nour dates by

solar drying using three different solar dries. Science Direct. Energy

Procedia (20140) 907-916

[8] Simic, M, dkk. Design Of a system to monitor and control solarpond: A

Review. Science Direct. Energy Procedia 110 (2017) 322-327

[9] Ceylan, I Energy and exergy Analyses of a temperature controlled solar

water heater. Science Direct. Energy And Buldings 47 (2012) 630-635

[10] Incropedia F.P.2001.Fundamentas Of Heat and Mass Traansfer, 7th

ed, New

York : John Wiley & Sons

[11] Holman, J. 1988. Perpindahan Kalor, Edisi Ke-enam . Penerbit Erlangga:

Jakarta . Halaman: 335

[12] Vassilis Belessiotis, Soteris Kalogirou, Emmy Delyannis. Thermal Solar

Desalination. Methods and Systems. Academic Press is an imprint of

Elsevier (2016)


65

[13] M. Yari, A.E.Mazareh, A.S. Mehr., A novel cogeneration system for

sustainable water and power production by integration of a solar still and

PV module, Desalination 398 (2016) 1–11.

[14]. Ranjan , K.R., Kaushik, S.C. Energy, exergy and thermo-economic analysis

of solar distillation systems: A review. Renewable and Sustainable Energy

Reviews 27 (2013) 709–723.

[15] S. Al-Kharabsheh, D. Yogi Goswami. Analysis of an innovative water

desalination system using low-grade solar heat. Desalination 156 (2003)

323-332.

[16] Chandrashekara M, Avadhesh Yadav.,Water desalination system using

solar heat: A review. Renewable and Sustainable Energy Reviews 67 (2017)

1308–1330.

[17] Al-Karaghouli A, Renne D, Kazmerski LL. Solar and wind opportunities

for water desalination in the arab regions. Renew Sustain Energy Rev

2009;13 (2009):2397–2407.

[18]. Zheng Hongfei. Solar Energy Desalination Technology Beijing Institute of

Technology, Haidian, Beijing. Elsevier (2017).

[19] Hazim Mohameed Qiblawey, Fawzi Banat. Solar thermal desalination

technologies. Desalination 220 (2008) 633–644.

[20] G.A. Bemporad, Basic hydrodynamic aspects of a solar energy based

desalination process, Desalination 54 (1995) 125–134

[21] Rahul Dev, G.N. Tiwari., Characteristic equation of a passive solar still.

Desalination 245 (2009) 246–265.

[22] Qiblawey, H.M dan Banat, F. 2008. Solar thermal Desalination

technologies Desalination,220 (1): 633-44

[23] Parekh. B (2004) Rethinking Multicultularism: Cultural Diversity and

Political Theory, Cambridge, Mass: Havard University Press

[24] Sangi. M.S. Momuat, L. I, & Kumaunang, M, 2012 , Jurnal Ilmiah Sains .

12 (2): 127-134

[25] Manjarresz R, Galvan M. Solar Multi Stage flash evaporation (SMSF) asa

solar energy application on desalination processes. Description of one

demonstration project. Desalination 1979,31:54554


http://dx.doi.org/10.1016/j.rser.2016.08.058

66

[26] Mezher T, Fath H, Abbas, Z and Khaled A, (2011), Techno Economic

Assesment and Enviromental Impacts Of Desalination Technologies,

Desalination, 266, pp. 263-251

[27] Helal G, dkk.2006, Effect of Cymbopogon cirates, L, essential Oil on The

Growth, Lipid Content and Morphogenesisi of Aspergillus Niger MI-2

strain, J Basic Microbiol,46:456-469.

[28] Rane, S (2011). Street Vended Food in Developing Wolrd, Hazard Analyzes

. Indian Journal Of Microbiology, 51 (1): 100-106

[29] W.F. Brinkman andT.M Rice, Phys. Rev. B 2, 1324 (1970)

[30] Liu, D.C. Wu and F,J. Tan, 2010. Effect of addition of anka rice on the

qualities of low-nitrite Chinese sausages. Food Chemistry 118: 245-250

[31] Kleerekoper, L. Van Esch, M & Salcedo, T.B 2012. How To Make City

Climate-proof, addressing the urban heat island effect. Resources,

convervation and Recycling 64: 30-38

[32] John A. Robertson, Clayton T. Crowe, 6th

ed, Inc.1997.Engineering Fluid

Mechanics. Canada

[34] T. A. Babalola, A. O. Boyo, R. O. Kesinro. Effect of water depth and

temperature on the productivity of a double slope solar still.2015

[35] Hitesh Panchal. Performance Investigation on Variations of Glass Cover

Thickness on Solar Still: Experimental and Theoretical Analysi. 2015

[36] G.N, Tiwari Lovedeep Sahota.Advanced Solar Distilation Systems.Basic

Principles, Thermal Modeling And Its Application.2017

[37] Wael M. El-Maghlany.An approach to optimization of double slope solar still

geometry for maximum collected solar energy. Juni 2015.


https://www.researchgate.net/profile/Wael_El-Maghlany

Lampiran

1. Biaya Perancangan

Adapun daftar biaya belanja alat unutk membangun alat solar desalinasi

sesuai dengan tabel berikut.

Tabel 4.1 Tabel Biaya Perancangan

Bahan Banyak Harga (Rp) k

Cat Hitam Doff Merk Penlux 1 kaleng 55000

Kuas 2 buah 30000

Pipa 1" 1 batang 50000

Elbo 1" 2 buah 10000

Kaca ( 105 x 100 ) cm 1 bagian 150000

Karet Frame Kaca 4 meter 20000

Elbo 1/2" 2 buah 5000

Pipa Wavin 1/2" 1 batang 34000

Dop 1/2" (Penutup Pipa) 2 buah 5000

Lem Pipa 1 buah 15000

Tee 1/2" 1 buah 3000

Pompa DC 12 V 1 buah 190000

Isi Lem Tembak 5 buah 12500

Aluminium Foil 2 buah 16000

Lakban Bening 1 buah 13000

Rol 1 meter 1 buah 40000

Silikon 1 buah 25000

Isi Lem Tembak 2 buah 10000

Gun tembak 1 buah 45000

Styrofoam ( 1 x 2 ) m 2 lembar 88000

Dop 1/2" (Penutup Pipa) 2 buah 6000

Segitiga Aluminium 2 buah 15000


Lem Tembak 6 buah 15000

1 Tee ( untuk masukan galon ) 1 buah 8000

Bensin 1 liter 1000

Mata Gerinda 1 buah 7000

Batre 3.6 V (Taradin ) 2 buah 400000

Pasang Kaca Jasa 25000


Jerigen 2 buah 100000


Terpal 2 meter 20000

Superglue 1 buah 8000

Gelas Ukur 1 buah 43000




Ongkos Ambil Air Laut 150000

1 Kg Best Cat Minyak Hitam Doff 1 buah 55000

Lakban Putih 1 buah 13000

Lem Tembak 8 pcs 20000

Daktape Silver 6 pcs 48000

Silikon 3 pcs 75000

Bensin 1 10000

Rp.1913500


RANCANG BANGUN ALAT DESALINASI AIR LAUT TENAGA …

Documents

Transcript of RANCANG BANGUN ALAT DESALINASI AIR LAUT TENAGA …