UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI SURYA BERKONDENSOR …1].pdf · unjuk kerja destilasi air energi...

i

UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI SURYA

BERKONDENSOR PASIF DENGAN HEAT RECOVERY

MENGGUNAKAN BAK AIR SATU TINGKAT

TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

Program Studi Teknik Mesin

Oleh:

DANIEL RAMOS SIMANJUNTAK

NIM : 115214005

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2014

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJIPLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

ii

PERFORMANCE OF THE SOLAR WATER DISTILLATION

WITH HEAT RECOVERY PASSIVE CONDENSER USING

ONE LEVEL WATER TANK

FINAL PROJECT

Presented as partitial fulfillment of the requirement

to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

Presented by:

DANIEL RAMOS SIMANJUNTAK

NIM : 115214005

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2014


TUGAS AKIIIR

UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI ST]RYA

BERKONDENSOR PASIF' DENGAN HEAT RECOWRY

MENGGTJNAKAN BAK AIR SATU TINGKAT

Disusun Oleh:

%ffi ffiffitrwe#

#. #$.tr -H* w-#ffi%

Pembimbing,

Doddj Purwadiilto, S.T., M.T.

n1


UNJUK I(ERJA DESTILASI AIR ENERGI SURYA

BERI(ONDENSOR PASIF DENGAII HEAT RECOWRY

MENGGUNAKAN BAK AIR SATU TINGKAT

Dipersiapkan dan ditulis oleh:

Daniel Ramos Simanjuntak

NrM. rts214005

Telah dipertahankan di hadapan Panitia Penguji

pada tanggal 7 November 2AT4

dan dinyatakan memenuhi syarat

Ketua

Sekertaris

Anggota

Susunan Dewan Penguji

Nama Lengkap

: RB Dwiseno Wihadi, S.T, M.Si.

: A. Prasefadi, S.Si, M.Si.

: Doddy Purwadianto, S.T., VI.T.

Tanda tangan

%5_Q""-"^

Yogyakarta, 7 November 2014

Dekan Fakultas Sains dan Teknologi

IV

4s?,-fi/,",ftk*

iversitas Sanata Dharma

ngsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc.


PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR

Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas Akhir yang

saya tulis dengan judul :

T]F{JUK KARJA DESTILASI AIR ENARGI STIRYA

BERKO1YDENSOR PASIF DENGAN HEAT RECOVERY

MEI{GGLNAKAN BAK AIR SATU TII\GKAT

Yang dibuat untuk melengkapi persyaratan yang wajib ditempuh unhrk

menjadi Sarjana teknik pada Program Strata-l, Program Studi Teknik Mesin,

Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Sejauh yang saya

ketahui bukan merupakan tinran dari tugas akhir yang sudah dipubikasi di

Universitas Sanata Dharma atau tragian karya orang lain, kecuali yang telah

disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana la-vaknya karya ikniah.

Yogyakarta, 7 Novemb er 2014

Penulis

Daniel Rarnos Simanj untak


PTJBLIKASI KARYA ILMIAH III{TUK KEPE]YTIh{GANAKADEMTS

Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dhanna:

Nama : Daniel Ramos Simanjtuttak

Nomor Induk Mahasiswa : 115214005

Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan

Universitas Sanata Dhanna karya ilmiah saya yang berjudul :

UNJUK KERJA DESTILASI AIR EII{ERGI SURYA

BtrRKOI\DENSOR PASTF DENGAI{ HEAT RECOWRY

MENGGIINAKAN BAK AIR SATU TINGKAT

Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas

Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain,

mengelola dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan

mempublikasikan di internet atau media lain untuk kepentingan akadernis, tanpa

pertru meminta inn dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama

tetap mencanhulkan nama saya sebagai penulis.

Demikian ini pernyataan yang saya buat dengan sebenarnl,a.

Yograkarta, 7 November 2014

Yang menyatakan

vl

Daniel Ramos Sirnanjuntak


vii

INTISARI

Air merupakan sumber daya alam yang sangat melimpah dan

merupakan kebutuhan pokok bagi kehidupan manusia. Wilayah Indonesia yang

banyak dikelilingi oleh lautan dan merupakan negara maritime bukan jaminan

bagi warga Indoesia dengan mudah mendapatkan air yang bersih dan layak

dikonsumsi. Tidak dipungkiri bahwa air bersih menjadi salah satu kebutuhan yang

sangat penting bagi manusia, bahkan banyak manusia harus mencari air bersih

dengan berjalan kaki dengan jarak yang cukup jauh hanya demi mendapatkan air

bersih. Hal ini disebabkan karena sudah mulai langkanya mendapatkan air bersih.

Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui unjuk kerja alat destilasi air energi

surya konvensional dengan alat destilasi air energi surya menggunakan energi

recoveri metode bak air satu tingkat dengan variasi ketinggian air pada kotak

destilator. Pada penelitian ini ketinggian air di dalam bak destilator pada alat

destilasi menggunakan kondensor pasif sangat berpengaruh terhadap efisiensi dan

jumlah volume air yang dihasilkan. Pada ketinggian air 10 mm di dalam bak

destilator menghasilkan proses penguapan yang lebih cepat dan volume air yang

dihasilkan lebih banyak dibandingkan dengan variasi ketinggian air di dalam bak

destilator 15 mm dan 27 mm. Hasil volume air terbanyak yang dihasilkan pada

ketinggian air di dalam bak destilator 10 mm sejumlah 1,56 liter/m2. Pada variasi

alat destilasi menggunakan kondensor metode bak satu tingkat menghasilkan

efisiensi teoritis tertinggi selama pengambilan data yakni 49,71 % dan efisiensi

aktual 25,74 % dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam sehari sebesar

538,37 watt/m2. Dan pada alat destilasi konvensional hasil volume air yang paling

baik pada percobaan hari pertama dengan menghasilkan sebanyak 2,12 liter/m2.

Dan alat destilasi air konvensional (tanpa menggunakan kondensor pasif)

menghasilkan efisiensi teoritis tertinggi selama pengambilan data yakni 77,75 %

dan efisiensi aktual 34,06 % dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam

sehari sebesar 590,59 watt/m2.

Kata kunci: destilasi air, energi surya, efisiensi, energy recovery


viii

ABSTRACT

Water is a natural resource that is very abundant and is a basic

requirement for human life. Many parts of Indonesia and is surrounded by a sea of

state guarantees for citizens appears logical maritimbukan easily get water that is

clean and suitable for consumption. No doubt that the water to be one of the most

important needs for people, even many people have to search for water by

walking a short distance away just to get clean water. This is because its already

scarce clean water. This study aims to Know the water distillation apparatus

performance of conventional solar energy by means of solar energy water

distillation using a water tank method recoveri energy level with a variation of the

water level in the box distillation. In this study, the water level in the vessel

distillation in a distillation apparatus using passive condenser affects the

efficiency and the volume of water produced. At a height of 10 mm of water in the

tub distillation process yields faster evaporation and the volume of water produced

more than the variation of water level in the vessel distillation of 15 mm and 27

mm. Results of the largest volume of water produced at the height of the water in

the tub a distillation of 10 mm 1.56 liters / m2. In variations of the distillation

apparatus using a method like the condenser level produces the highest theoretical

efficiency for the data collection efficiency of 49.71% and 25.74% with the aktual

average solar radiation coming in a day at 538.37 watts / m2. And the results of a

conventional distillation apparatus volume of water best at the first day of the

experiment by generating as much as 2.12 liters / m2. And conventional water

distillation apparatus (without the use of a passive condenser) produces the

highest theoretical efficiency for the data collection efficiency of 77.75% and

34.06% with the aktual average solar radiation coming in the day of 590.59 watts /

m2.

Keywords: water distilllation, solar energy, efficiency, energy recovery


ix

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan

berkah-Nya, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir. Tugas akhir ini diajukan

sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik Program Studi

Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta.

Banyak hambatan yang dialami penulis selama proses penulisan tugas

akhir. Namun karena kuasa Tuhan Yang Maha Esa, bantuan dan keterlibatan

berbagai pihak, penulis dapat menyelesaikan tugas akhir dengan baik. Oleh karena

itu, pada kesempatan ini penulis ingin mengucapkan terima kasih atas segala

bantuan, dukungan dan dorongan, baik secara moriil, materiil dan spirituiil antara

lain kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Si., selaku Dekan Fakultas

Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta atas segala

yang telah diberikan selama penulis belajar di Program Studi Teknik

Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma,

Yogyakarta;

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, S.T, M.T., selaku Ketua Program Studi

Teknik Mesin atas segala yang telah diberikan selama penulis belajar di

Program Studi Teknik Mesin;

3. Budi Setyahandana, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Akademik

yang telah memberikan saran, kritik dan bimbingan selama penulis

belajar di Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains Dan Teknologi,

Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta;

4. Doddy Purwadianto, S.T., M.T., selaku Dosen Pembimbing Tugas Akhir

yang telah memberikan waktu, tenaga dan pikiran selama penulisan tugas

akhir;

5. Ir. Franciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T., atas kerja sama bantuannya

selama proses penelitian;


6. Segenap dosen dan staff Fakultas Sains Dan Teknologi, Universitas

Sanata Dhanna, Yogyakarta atas segala kerjasama, pelayanan dan

bimbingan selama penulis rnenempuh kuliah dan proses penulisan tugas

akhir;

7. Keluarga tercinta, Mama saya tercinta Maria Karsinah atas doa dan

dukungan mama? Kakak tercinta Marlon Simanjuntak dan Simon

Simanjuntak atas segala dana selama saya kuliah dan benhrk dukungan,

doa, dan segala yang sudah diberikan sehingga dapat menyelesaikan

hrgas akhir ini;

8. Untuk para sahabat tercinta Damar, Cahyo, Yudha, Felix, Prima, dan

Dani yang selalu mendukirng dan membantu disaat saya mengalami

kesulitan dalarn penyelesaian tugas akhir ini;

9. Teman-teman satu kontrakan Egar, Morow, dan Rizki yang tak pernah

lelah selalu mengingatin saya dan memotifasi unhrk segara

menyelesaikan skripsi saya;

10. Teman-teman Teknik Mesin Angkatan 2011 Universitas Sanata Dharma

dan teman-teman saya lainnya yang tidak bisa disebutkan satu per satu,

terima kasih.

ll.Unfuk pacar tercinta saya Thio Lenta Maria Sihotang yang sudah

memberikan dukrurgan, doa. dan motifasi nya wrtuk saya,

Yograkarta, 7 November 2014

Penulis

:PO-fn^a.yDaniel Ramos Sirnnajuntak


xi

DAFTAR ISI

LEMBAR JUDUL ................................................................................................... ii

HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................................ iii

HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. iv

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ...................................................... v

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI .............................................................. vi

INTISARI ............................................................................................................... vii

ABSTRACT ........................................................................................................... vii

KATA PENGANTAR ............................................................................................ ix

DAFTAR ISI ........................................................................................................... xi

DAFTAR TABEL ................................................................................................. xiii

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ xiv

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................ 1

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

1.2 Tujuan Penelitian ....................................................................................... 3

1.3 Batasan Masalah ........................................................................................ 4

1.4 Manfaat Penelitian ..................................................................................... 4

1.5 Skema Alat ................................................................................................ 5

BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................. 6

2.1 Pengertian Destilasi ................................................................................... 6

2.2 Landasan Teori .......................................................................................... 6

2.3 Persamaan yang Digunakan ...................................................................... 9

2.4 Penelitian yang Pernah Dilakukan........................................................... 11

2.5 Jenis-jenis Destilasi ................................................................................. 13

2.6 Elemen Alat Destilasi Umum .................................................................. 16

BAB III METODE PENELITIAN......................................................................... 17

3.1 Skema Alat Penelitian ............................................................................. 17


xii

3.2 Alat yang Mendukung Dalam Pengambilan Data ................................... 21

3.3 Variabel yang Divariasikan ..................................................................... 22

3.4 Parameter yang Diukur ............................................................................ 23

3.5 Langkah Penelitian .................................................................................. 23

3.6 Analisis Data ........................................................................................... 24

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 25

4.1 Data Penelitian ........................................................................................ 25

4.2 Hasil Penelitian ........................................................................................ 29

4.3 Pembahasan ............................................................................................. 33

BAB V PENUTUP ................................................................................................. 51

5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 51

5.2 Saran ........................................................................................................ 52

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 53

LAMPIRAN ........................................................................................................... 55

Lampiran 1 Foto-foto Alat Penelitian ................................................................ 55




xiii

DAFTAR TABEL

Tabel 1 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam bak destilator pada

penelitian alat destilasi air energi surya menggunakan kondensor pada

hari pertama. ............................................................................................. 26



hari kedua. ................................................................................................ 27



hari ketiga. ................................................................................................ 27

Tabel 4 Data pada alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada

hari pertama. ............................................................................................. 28

Tabel 5 Data alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada hari

kedua. ........................................................................................................ 28

Tabel 6 Data alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada hari

ketiga. ....................................................................................................... 29


xiv

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Skema alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri

dengan metode bak air satu tingkat ................................................... 5

Gambar 2.1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum .............................. 7

Gambar 2.2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator tanpa

kondensor........................................................................................... 8

Gambar 2.3 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator dengan

kondensor........................................................................................... 8

Gambar 3.1 Skema alat destilasi energi surya konvensional tanpa menggunakan

kondensor......................................................................................... 19

Gambar 3.2 Skema alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri

dengan metode bak air satu tingkat ................................................. 20

Gambar 4.1 Grafik dari G pada alat masing-masing destilasi hari pertama ........ 34

Gambar 4.2 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi teoritis

konvensional, efisisensi aktual kondensor, dan efisisensi aktual

konvensional pada hari pertama. ..................................................... 34

Gambar 4.3 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada destilasi

berkondensor dan destilasi konvensional pada hari pertama ........... 36

Gambar 4.4 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari destilasi

berkondensor dan destilasi konvensional pada hari pertama ........... 37

Gambar 4.5 Grafik dari G pada alat masing-masing destilasi hari kedua ............ 38



konvensional pada hari kedua.......................................................... 38


berkondensor dan destilasi konvensional pada hari kedua .............. 39


berkondensor dan destilasi konvensional pada hari kedua .............. 40

Gambar 4.9 Grafik dari G pada alat masing-masing destilasi hari pertama ........ 41



konvensional pada hari ketiga ......................................................... 42


berkondensor dan destilasi konvensional pada hari ketiga .............. 43


berkondensor dan destilasi konvensional pada hari ketiga .............. 44


xv

Gambar 4.13 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi aktual

pada destilasi berkondensor dan destilasi konvensional hari

pertama ............................................................................................ 45



kedua ................................................................................................ 46



ketiga ............................................................................................... 47

Gambar 4.16 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi perhari dari efisiensi teoritis

dan efisiensi aktual pada alat destilasi berkondensor dan destilasi

konvensional selama 3 hari .............................................................. 48

Gambar 4.17 Grafik penbandingan md (lt) pada alat destilasi berkondensor dengan

variasi ketinggian air di dalam bak destilator 10 mm, 15 mm, dan 27

mm ................................................................................................... 50

Gambar L. 1 Alat Destilasi Energi Surya Konvensional ....................................... 55

Gambar L. 2 Alat Destilasi Energi Surya menggunakan Kondensor .................... 55

Gambar L. 3 Logger (Biru) dan Stalker (Merah) ................................................... 56

Gambar L. 4 Penampung Air Kotor dan Pengatur Ketinggian Air di dalam Bak

Destilator ........................................................................................... 56

Gambar L. 5 Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) ........................ 57

Gambar L. 6 Penampung Air Hasil Destilasi ......................................................... 57


1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Air merupakan sumber daya alam yang sangat melimpah dan

merupakan kebutuhan pokok bagi kehidupan manusia. Wilayah Indonesia

yang banyak dikelilingi oleh lautan dan merupakan negara maritim bukan

jaminan bagi warga Indoesia dengan mudah mendapatkan air yang bersih dan

layak dikonsumsi. Tidak dipungkiri bahwa air bersih menjadi salah satu

kebutuhan yang sangat penting bagi manusia, bahkan banyak manusia harus

mencari air bersih dengan berjalan kaki dengan jarak yang cukup jauh hanya

demi mendapatkan air bersih. Hal ini disebabkan karena sudah mulai langkah

nya mendapatkan air bersih.

Banyak sumber air yang sudah terkontaminasi dengat zat-zat yang

berbahaya bila dikonsumsi terus menerus oleh manusia. Pada daerah-daerah

terpencil di Indonesia air bersih dan layak konsumsi sudah sangat jarang

untuk didapatkan. Ditambah sudah banyak sumber air bersih yang mengalami

kekeringan. Dan hal ini bisa membuat masyarakat memaksakan untuk

mengkonsumsi air yang buruk, dan lama-kelamaan dapat mengganggu

kesehatan kita. Dari beberapa masalah tersebut tentu hal ini sangat

mengganggu untuk kelanjutan hidup manusia, karena air dan manusia sesuatu

yang sudah tidak dapat dipisahkan lagi.


2

Terdapat beberapa langkah untuk mengatasi beberapa permasalahan

air kotor yang sudah terkontaminasi. Salah satu cara untuk menjernihkan air

yang terkontaminasi dengan cara menggunakan destilasi air energi surya.

Destilasi air energi surya dengan pemanfaatan panas dari sinar matahari, ini

dapat didukung dengan letak Indonesia berada antara 6LU-11LS dan 95BT-

141BT yang merupakan lintang rendah menyebabkan Indonesia beriklim

tropis. Namun permasalahan destilasi air tenaga surya terletak pada masih

rendahnya efisiensi yang dihasilkan. Seperti pada alat destilasi air energi

surya konvensional umumnya berbentuk kotak dan disebut kotak destilator.

Kotak destilator terdiri dari 2 (dua) komponen utama yakni bak air dan kaca

penutup. Bak air berfungsi menyerap energi surya untuk menguapkan air

sehingga air terpisah dari zat yang terkontaminasi. Kaca pada alat ini berguna

untuk tempat mengembunnya uap air sehingga dihasilkan air bersih yang

langsung dapat dikonsumsi. Alat destilasi air energi konvensional juga masih

memiliki masalah dengan rendahnya efisiensi yang dihasilkan.

Banyak kendala yang menyebabkan alat destilasi air energi

konvesional mengalami kerugian efisiensi salah satu akibatnya adalah

terjadinya kerugian kalor. Di sini saya berpikir untuk memanfaatkan energi

kalor yang banyak terbuang. Salah satu cara untuk mengurangi kerugian kalor

pada proses pengembunan uap air dengan memanfaatkan energi panas yang

dilepas uap air untuk menguapkan air pada tingkat berikutnya. Proses ini

disebut dengan energi recoveri. Untuk memanfaatkan energi recoveri

memerlukan komponen tambahan pada alat destilasi yakni kondensor pasif.


3

Bentuk kondensor pasif pada umumnya berbentuk kotak yang ditaruh

dibagian belakang kotak destilator. Penggunaan alat kondensor pasif ini dapat

menyebabkan sebagian uap air dari kotak destilator akan mengalir ke

kondensor pasif. Hasil penguapan air dapat langsung dapat dimanfaatkan lagi

untuk menguapkan air didalam bak satu tinggkat pada kondensor pasif.

Pada penelitian ini akan menggunakan metode lain dengan

memanfaatkan penguapan air dari kotak destilator yang mengalir ke

kondensor pasif dengan metode bak satu tingkat. Hal ini diharapkan bahwa

kerugian kalor pada alat destilasi air energi surya konvensional dapat

dimanfaatkan untuk menguapkan air pada alat destilasi air yang

menggunakan kondensor dengan metode satu bak. Sehingga alat destilasi air

dengan menggunakan kondensor pasif dapat meningkatkan efisiensi yang

lebih baik dari alat destilasi yang sebelumnya.

1.2 Tujuan

Tujuan yang ingin didapatkan pada penelitian ini :

1. Membuat model alat destilasi air energi surya menggunakan energi

recoveri dengan metode bak air satu tingkat.

2. Mengetahui unjuk kerja alat destilasi air energi surya konvensional

dengan alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri

metode bak air satu tingkat dengan variasi ketinggian air pada kotak

destilator.


4

1.3 Batasan Masalah

1. Penelitian destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri

metode bak air satu tingkat.

2. Membandingkan pengaruh destilasi air energi surya yang tidak

memakai kondensor dengan yang memakai kondensor.

3. Pengaruh hasil efisiensi air dengan alat destilasi air energi surya

menggunakan energi recoveri bak air satu tingkat.

4. Volume bak destilator pada destilasi konvensional dan destilasi air

energi surya menggunakan energi sama, yaitu P = 71.5cm, L = 12cm,

dan T = 9.5cm maka volume bak tersebut adalah 82189.25cm3.

5. Volume bak pada kondensor bak tingkat satu, yaitu P = 28 cm, L = 120

cm, T = 5 cm maka volume bak tersebut adalah 16800 cm3.

6. Volume ruang pada kondensor pasif, yaitu P = 30 cm, L = 122 cm, dan

T= 86 cm, maka volume ruang kondensor tersebut adalah 314760cm3.

1.4 Manfaat Penelitian

1. Dapat menguasai proses pembuatan destilasi air energi surya

menggunakan energi recoveri dengan metode bak air satu tingkat.

2. Dapat membantu masyarakat dengan mudah mendapatkan air bersih

dengan pemanfaatan energi alternative khususnya energi surya

sehingga dapat mengurangi pencemaran alam dan penghematan energi.

3. Meningkatkan kemampuan masyarakat dalam bidang desain,

perekayasaan dan rancang bangun destilasi air energi surya.


5

4. Hasil penelitian ini dapat dikembangkan dan dapat digunakan

masyarakat untuk meningkatkan kesehatan dan kesejahteraan

masyarakat.

1.5 Skema Alat

Gambar 1.1 Skema alat destilasi air energi surya menggunakan energi

recoveri dengan metode bak air satu tingkat

Bagian komponen alat : 1. Kaca 3. Kondensor pasif

: 2. Bak variasi 4. Bak destilator

1

3

2

4


6

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Pengertian Destilasi

Destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri adalah suatu

metode untuk memisahkan air yang terkontaminasi dengan menghasilkan air

yang bersih. Sedangkan kegunaan energi recoveri sebagai pemanfaatkan

kembali dari sisa kalor pada kotak destilator yang dialiri ke kondensor bak air

satu tingkat sehingga dapat meningkatkan jumlah efisiensi dari hasil

pendestilasian air. Cara ini dapat mengurangi kerugian kalor pada alat

destilasi yang tidak menggunakan kondensor. Sehingga pada metode ini

dapat membantu masyarakat untuk memenuhi kebutuhan pada air bersih.

2.2 Landasan Teori

Destilasi merupakan salah satu cara untuk memisahkan air yang

terkontaminasi dengan menggunakan panas matahari. Bagian dari destilasi

biasa pada umumnya terdiri dari kotak destilator yang memiliki 2 bagian yakni

bak air dan kaca penutup. Bak air berfungsi untuk menampung air yang

terkontaminasi dan bak ini juga berfungsi untuk menyerap energi matahari

sehingga air terpisah dari zat yang terkontamonasi. Kaca penutup berfungsi

untuk menyerap panas dari matahari dan sebagai tempat untuk

mengembunnya uap air yang dipanaskan yang menempel pada kaca penutup.

Air yang menempel pada kaca penutup merupakan air bersih yang langsung

dapat dikonsumsi.


7

Gambar 2.1 Skema alat destilasi air energi surya yang umum

Pada destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri metode

bak satu tingkat tidak berbeda jauh dari destilasi pada umumnya. Hanya

menambahkan kondensor pasif pada bagian alat destilasi pada umumnya..

Umumnya kondensor pasif berbentuk kotak dan kondensor pasif ditaruh

dibagian belakang pada kotak destilator. Tujuan menggunakan kondensor

pasif pada alat destilasi diharapkan dapat meningkatkan efisiensi dari alat

destilasi air energi surya karena dapat menyebabkan sebagian uap air dari

kotak destilator akan menglir ke kondensor pasif, dapat meningkatkan

kapasitas pengembunan dikarenakan pengembunan terjadi di kaca dan di

kondensor pasif, dapat mengefektifkan proses pengembunan (temperaturnya

dapat diupayakan rendah), dapat memanfaatkan energi panas dari kotak

destilator untuk menguapkan bak yang terdapat pada kondensor pasif.

Ada beberapa mekanisme perpindahan masa uap air dari bak air ke

kaca penutup pada alat destilasi air energi surya secara konveksi alami,

purging, dan difusi. Sebagian besar massa uap air berpindah secara konveksi

alami dan hanya sebagian kecil yang berpindah secara purging dan difusi.


8

Mekanisme perpindahan massa uap air dari destilator ke dalam kondensor

pasif pada alat destilasi air dengan kondensor pasif terjadi secara purging dan

difusi. Sebagian besar massa uap air berpindah secara purging dan hanya

sebagian kecil yang berpindah secara difusi.

Gambar 2.2 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator tanpa

kondensor

Gambar 2.3 Mekanisme perpindahan massa uap air pada destilator dengan

kondensor

Konveksi alami adalah mekanisme berpindahnya massa uap air

karena perbedaan temperatur. Mengalirnya sebagian uap air kedalam

kondensor pasif disebabkan tekanan parsial uap air antara kotak destilator

dengan kondensor pasif mekanisme ini sebut purging. Molekul air yang


9

mempunyai temperatur lebih tinggi akan mempunyai energi kinetik yang lebih

besar dan dapat lepas dari permukaan air (menguap). Difusi adalah mekanisme

berpindahnya massa uap air yang disebabkan perbedaan konsentrasi uap air.

Uap air akan mengalir dari tempat dengan konsentrasi uap tinggi ke tempat

dengan konsentrasi uap rendah. Dari penelitian tentang mekanisme purging

yang pernah dilakukan dapat disimpulkan bahwa besar perpindahan massa uap

air dari destilator ke kondensor pasif dengan mekanisme purging sebanding

dengan perbandingan antara volume kondensor pasif dengan jumlah volume

kondensor pasif dan destilator.

1

2.3 Persamaan yang Digunakan

Menurut Arismunandar (1995) Unjuk kerja alat destilasi surya

dinyatakan dengan efisiensi dan volume air yang dihasilkan. Efisiensi

destilator didefinisikan sebagai perbandingan antar jumlah energi yang

digunakan selama proses penguapan sejumlah air di dalam destilator dengan

jumlah radiasi yang datang dalam interval waktu tertentu.

Penghitungan efisiensi destilator dapat dihitung dengan persamaan sebagai

berikut :

2


10

dengan :

muap : Massa air (kg)

hfg :Panas laten air (kJ/kg)

Ac : Luasan destilator (m2)

G : Radiasi surya yang datang (W/m2)

Massa uap air (Mg) dapat diperkirakan dengan persamaan matematis berikut

(Arismunandar, 1995) :

3

4

dengan :

quap : Energi matahari untuk proses penguapan (kW/m2)

qkonv : Energi matahari yang dipindahkan ke tutup kaca dengan cara

konveksi (kW/m2)

PW : Tekanan parsial uap air pada temperatur air (N/m2)

PC : Tekanan parsial uap air pada temperatur kaca (N/m2)

TW : Temperatur air (°C)

TC : Temperatur kaca penutup (°C)


11

2.4 Penelitian yang pernah dilakukan

Penelitian secara eksperimental destilasi air energi surya

menggunakan energi recoveri dapat meningkatkan efisiensi sebesar 94% jika

dibandingkan destilasi air energi surya konvensional. Efisiensi yang dicapai

sebesar 67% dengan hasil air destilasi sebanyak 4,86 L/m2.hari (Kalbasi,

2010). Analisis teoritis alat destilasi air energi surya menggunakan energi

recoveri tiga tingkat dengan metode difusi yang dihubungkan dengan pipa

panas (heat pipe) memperkirakan hasil air destilasi sebanyak 21,8 kg/m2.hari

dengan asumsi energi surya sebesar 22,4 MJ/m2.hari (Tanaka, 2004). Studi

parametrik pada destilasi air energi surya vertikal jenis difusi dengan variasi

tingkat difusi memperkirakan dapat menghasilkan air destilasi antara 18

sampai 21,5 kg/m2.hari hasil air destilasi secara eksperimental sangat

bergantung pada kualitas pembuatan alat. Pembuatan yang kurang baik dapat

menyebabkan kerugian panas dan menurunkan produksi air destilasi sampai

50% dari perkiraan secara teoritis (Tanaka, 2005). Analisis transien

berdasarkan kesetimbangan energi tiap komponen pada destilasi air energi

surya menggunakan energi recoveri metode bak satu tingkat memperkirakan

dapat menghasilkan air destilasi sebanyak 10,7 kg/m2.hari (Hassan, 1995).

Destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri dua tingkat metode

bak air menghasilkan efisiensi 62% lebih tinggi jika dibandingkan destilasi air

energi surya konvensional. Tingkat pertama memberikan kontribusi sebesar

22% sementara tingkat kedua 18% pada total air destilasi yang dihasilkan

(Madhlopa, 2009). Penelitian secara teoritis dan eksperimental menggunakan


12

kondensor pasif di bagian belakang menghasilkan kenaikan efisiensi sebesar

50% (Fath, 1993).

Penelitian destilasi air energi surya dengan kondensor pasif

menghasilkan efisiensi yang berbeda pada posisi kondensor yang berbeda.

Posisi kondensor di bagian atas alat destilasi menghasilkan efisiensi 15,1%

sementara pada posisi di bawah dihasilkan efisiensi 30,54%. (Ahmed, 2012).

Penelitian destilasi energi surya dengan posisi kondensor dibagian bawah

destilator dan posisi destilator miring menghasilkan kenaikan efisiensi yang

cukup baik sehingga dapat menghasilkan air destilasi sebanyak 5,1

kg/(m2.hari). Posisi alat destilasi yang miring menyebabkan terjadinya

sirkulasi alami udara yang mendorong uap air ke kondensor dibagian bawah.

Pada alat destilasi dengan posisi miring berpindahnya uap air disebabkan oleh

beda tekanan destilastor dengan kondensor dan sirkulasi alami (Fath, 2004).

Penelitian secara teoritis dan eksperimental menggunakan kondensor pasif di

bagian belakang menghasilkan kenaikan efisiensi sebesar 48% sampai 70%

jika kondensor mengalami pendinginan (El-Bahi, 1999). Penelitian

eksperimental pada destilasi air energi surya vertikal di Aljasair menghasilkan

air destilasi sebanyak 0,275 sampai 1,31 L/m2.hari dengan radiasi surya

bervariasi antara 8,42 sampai 14,71 MJ/ hari. efisiensi yang dihasilkan

bervariasi antara 7,85 sampai 21,19% (Boukar, 2005).

Penelitian pada sebuah alat destilasi air energi surya vertikal jenis tak

langsung di Aljasair dapat menghasilkan air destilasi antara 0,863 sampai

1,323 L/m2. hari dan efisiensi antara 47,69% sampai 57,85% dengan energi


13

surya antara 19,15 sampai 26,08 MJ/m2. hari (Boukar, 2006). Penambahan

kondensor pasif tanpa energi recoveri dapat meningkatkan efisiensi dari 70%

(tanpa kondensor pasif) menjadi 75% (dengan kondensor pasif). Kemiringan

kaca yang digunakan 4O dan hasil air destilasi sebesar 7 L/m2.hari (El-Bahi,

1999). Penelitian secara eksperimental alat destilasi air energi surya vertikal

tanpa energi recoveri di Aljasair menghasilkan air destilasi sebanyak 0,5

sampai 2,3 kg/m2.hari (Boukar, 2004).

2.5 Jenis-jenis Destilasi

Terdapat berbagai jenis-jenis dari destilasi yang berkembang, berikut

penjelasan dari berbagai jenis destilasi :

1. Destilasi Sederhana

Pada dasarnya destilasi ini memiliki pemisah yang jelas berupa

perbedaan titik didih yang jauh. Jika campuran dipanaskan maka komponen

yang titik didihnya lebih rendah akan lebih menguap lebih dahulu. Destilasi

ini dilakukan pada tekanan atmosfer. Aplikasi ini sering dignakan untuk

memisahkan air dan alkohol.

2. Destilasi Uap

Destilasi uap dilakukan untuk mernisahkan komponen campuran

pada temperatur lebih rendah dari titik didih normal komponen-

komponennya. Dengan cara ini pemisahan dapat berlangsung tanpa

merusak komponen-komponen yang hendak dipisahkan. Cara ini dapat


14

dipilih jika komponen-komponen yang dipisahkan sensitif terhadap

panas dan harus dijaga.

Ada dua cara melakukan destilasi uap. Yang pertama adalah dengan

menghembuskan uap secara kontinu di atas campuran yang sedang

diuapkan. Cara kedua adalah dengan cara mendidihkan senyawa yang

dipisahkan bersama dengan pelarut yang diuapkan. Komponen yang

dipisahkan dididihkan bersama-sama dengan pelarutnya. Tekanan

parsial dari komponen ini secara bertahap akan mencapai

kesetimbangan tekanan total sistem. Dalam model destilasi uap ini

temperatur dari komponen yang dipisahkan dapat diturunkan dengan

cara menguapkannya kepada uap pembawa (carrier), biasanya uap

pelarut. Temperatur penguapan dalam hal ini lebih rendah dari

temperatur didih senyawa-senyawa yang dipisahkan. Hal ini juga

untuk menjaga agar senyawa-senyawa komponen yang dipisahkan

tidak rusak karena panas. Jika pelarutnya air maka uap pelarut adalah

uap air. Uap pelarut ini akan membawa serta komponen.

3. Destilasi Vakum

Destilasi vakum dilakukan dengan menurunkan tekanan, dari

beberapa ratus mmHg sampai 0,001 mmHg atau hampir vakum.

Tujuan utamanya adalah menurunkan titik didih cairan yang

bersangkutan. Hal ini dilakukan jika senyawa-senyawa target mudah

terdekomposisi pada titik didihnya atau jika titik didih senyawa target


15

susah untuk dicapai. Tambahan lagi, volatilitas relatif juga meningkat

jika tekanan diturunkan.

Dengan demikian, rancangan peralatan destilasi tidak sederhana

karena memerlukan sistem tertutup. Kolom destilasi biasanya

mempunyai desain sebagai kolom berisi dan tertutup (packed column)

untuk destilasi fraksional. Destilasi vakum tinggi (high vacuum

distillation) dilakukan untuk tekanan 1-50 mmHg. Di bawah 1 mmHg

destilasi dilakukan dengan kolom fraksionasi khusus. Destilasi vakum

sangat berhubungan dengan destilasi fraksional. Untuk kolom

fraksionasi besaran yang digunakan untuk menentukan

keberlangsungan proses adalah HETP (height equivalent to a theoreticai

plates) di mana harga HETP rendah merupakan indikasi sistem yang

baik.

4. Destilasi Fraksionisasi

Fungsi destikasi fraksionasi adalah memisahkan komponen – komponen

cair, dua atau lebih, dari suatu larutan berdasarkan perbedaan titik didihnya.

Destilasi ini juga dapat digunakan untuk campuran dengan perbedaan titik

didih kurang dari 200

C dan bekerja pada tekanan atmosfer dan tekanan

rendah. Aplikasi dari destilasi jenis ini biasa digunakan pada industri

minyak mentah, untuk memisahkan komponen – komponen dalam minyak

mentah. Perbedaan destilasi fraksionisasi dengan destilasi sederhana

terletak pada kolom fraksionisasinya, dalam kolom ini terjadi pemanasan

secara bertahap dengan suhu berbeda – beda pada setiap pelatnya.


16

2.6 Elemen Alat Destilasi Umum

1. Kaca = untuk meneruskan panas ke dalam ruang bak destilator.

2. Air kotor = sebagai sumber air kotor yang akan didestilasi.

3. Bak destilator = sumber air kotor yang akan diuapkan oleh panas matahari.

1

2

3


17

BAB III

METODE PENELITIAN

Penelitian ini merupakan penelitian eksperimental dengan rancangan

penelitian deskriptif komparatif, dimana dalam penelitian ini ada perlakuan

pada alat penelitian. Penelitian ini mendeskripsikan keadaaan alat dan

membandingkan dengan alat yang sudah ada sebelumnya dengan memberikan

variasi yang diharapkan bisa memperbaiki dalam hal efisiensi alat destilasi

sebelumnya.

3.1 Skema Alat

Alat destilasi yang dibuat berjumlah 2 (dua) alat, seperti pada gambar

3.1 dan gambar 3.2. Terdapat 3 bagian penting pada alat destilasi yang harus

diperhatikan adalah bak variasi satu tingkst, kondensor dan indikator

ketinggian air. Bak variasi satu tingkat terbuat dari aluminium dengan tebal

0.3 mm dengan luas pada bak T=8 cm, L=30 cm, dan panjang 120 cm.

Sedangkan bak air pada kondensor dibuat dari plate aluminium dengan

ketebalan 0.3 mm agar proses pengembunan dapat berlangsung dengan efektif

dan efisien. Untuk pengaturan jumlah ketinggian air di dalam bak destilator

digunakan tempat air minum ayam, dikarenakan tempat minum ayam dapat

konstan untuk mempertahankan ketinggian air didalam bak dengan laju aliran

air yang rendah.


18

Pada alat destilasi diatas, massa uap pada kotak destilator akan

berpindah sebagian ke kondensor. Hal ini disebabkan tekanan pada kondensor

lebih kecil dari kotak destilator dan ditambahkan bak air diatas kondensor.

Kegunaan bak air untuk menjaga suhu di kondensor untuk selalu rendah dan

diharapkan massa uap dapat mengembun di kondensor. Penguapan diharapkan

juga terjadi pada bak air diatas kondensor dengan manfaatkan massa uap yang

ada pada kondensor. Pada alat destilasi berkondensor memiliki 2 hasil air yang

sudah didestilasi yaitu pada kotak destilator dan pada bak air diatas kondensor.

Dan sumber air yang terkontaminasi berjumlah 2 sumber.

20

8

6

16.5

3

6

76 30

15


19

Skema alat destilasi energi surya pada penelitian ini adalah sebagai berikut:

1. Alat destilasi energi surya konvensional atau tanpa menggunakan

kondensor.

Gambar 3.1 Skema alat destilasi energi surya konvensional tanpa

menggunakan kondensor

Kaca

Rangka pendukung

Tampungan

air bersih

Penyuplai air kotor

Kotak destilator

Kaca

Rangka pendukung

Tampungan

air bersih

Penyuplai air kotor

Kotak destilator


20

2. Alat destilasi air energi surya menggunakan energi recoveri dengan

metode bak air satu tingkat.

Gambar 3.2 Skema alat destilasi air energi surya menggunakan energi

recoveri dengan metode bak air satu tingkat

Bak kondensor

Penyuplai air kotor

kaca

Tampungan

air bersih

Kondensor pasif

Bak destilator

Rangka pendukung


21

3.2 Alat yang Mendukung Dalam Pengambilan Data

a. Piranometer

Piranometer merupakan alat yang digunakan untuk mengukur radiasi

matahari, alat tersebut digunakan untuk mengkalibrasikan dengan solar

meter agar dapat memberikan hasil data energi surya yang datang sama

dengan hasil data energi surya yang datang pada alat piranometer.

b. Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS)

Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS) digunakan untuk

mengukur temperatur alat destilasi.

c. Sensor Capacitive

Sensor Capacitive alat yang digunakan untuk mengukur hasil ketinggian

air dalam penampung air yang sudah didestilasi.

d. Solarmeter

Solarmeter digunakan untuk mengukur intensitas energi matahari yang

datang.

e. Microcontroller Arduino 1.5.2

Microcontroller Arduino merupakan aplikasi software yang digunakan

untuk pembacaan hasil dalam pengambilan data alat destilasi energi

surya.


22

3.3 Variabel yang Divariasikan

1. Ketinggian air dalam bak destilator : 10 mm

2. Ketinggian air dalam bak destilaor : 15 mm

3. Ketinggian air dalam bak destilator : 27 mm


23

3.4 Parameter yang Diukur

1. Temperatur air (TW)

2. Temperatur kaca penutup (TC)

3. Temperatur Kondensor (TK)

4. Jumlah massa air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat

destilasi (mD)

5. Jumlah massa air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat

destilasi dengan menggunakan kondensor (mK)

6. Energi surya yang datang (G)

7. Lama waktu pengambilan data (t)

3.5 Langkah Penelitian

Langkah penelitian yang akan dilakukan adalah sebagai berikut :

1. Penelitian diawali dengan mempersiapkan alat seperti pada gambar 3.1

dan gambar 3.2

2. Kedua alat tersebut dijemur dibawah sinar matahari.

3. Setiap 2 jam alat dicek pada setiap sensornya dan menghitung

pertambahan etape pada setiap alat destilasi. Penghitungan etape

dilakukan sampai jam 4 sore. Setelah jam 4 sore dihitung jumlah

penambahan etape pada setiap alat destilasi.


24

4. Data yang akan dicatat adalah temperatur air (TW), temperatur kaca

penutup (TC), temperatur kondensor (TK), jumlah massa air destilasi

dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi (mD), jumlah massa

air destilasi dalam penampung air yang dihasilkan alat destilasi dengan

menggunakan kondensor (mK), radiasi surya yang datang (G) dan lama

waktu pencatatan data (t). Semua data tersebut sudah tercata dalam

sensor dan data didalam sensor tinggal dipindahkan kedalam laptop.

5. Sebelum melanjutkan pengambilan data pada hari berikutnya kondisi

alat destilasi harus diperiksa untuk memastikan ketinggian air saat awal

dan tidak ada masalah seperti pada indikator air yang terlepas. Sehingga

air yang ada pada bak destilasi masih dengan ketinggian yang sama

dengan sebelumnya. Dan mengecek air di dalam tempat minum ayam

bila air di dalam minum sudah habis segera diisi dan merapikan

kembali alat destilasi ditutup dengan terpal.

3.6 Analisis data

Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan

pada parameter – parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan

(1) sampai dengan persamaan (4). Analisa akan dilakukan dengan membuat

grafik efisiensi alat destilasi.


25

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Data Penelitian

Dalam pengambilan data penelitian secara keseluruhan terdapat 3

variasi pengambilan data, yaitu:

1. Ketinggian air 10 mm di dalam bak destilator pada alat destilasi

menggunakan kondensor pasif.





Secara lengkap data dari 5 variasi tersebut dapat dilihat secara berurutan

pada tabel 4.1 sampai dengan tabel 4.6

dengan :

Tc : Suhu pada permukaan kaca penutup alat destilasi energi surya.

Tw : Suhu air pada bak alat destilasi energi surya.

Tcond : Suhu dalam bak air alat destilasi energi surya.

Lev 1 : Jumlah massa air yang sudah dilakukan proses destilasi dengan

menggunakan alat destilasi energi surya konvensional.


26

Lev 2 : Jumlah massa air yang sudah dilakukan proses destilasi di

kondensor pasif pada alat destilasi energi surya berkondensor.

G : Rata-rata energi surya yang didapat alat destilasi energi surya

setiap jamnya.

Tabel 4.1 Data pada variasi ketinggian air 10 mm di dalam bak destilator pada


hari pertama.


27



hari kedua.



hari ketiga.


28

Tabel 4.4 Data pada alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada

hari pertama.

Tabel 4.5 Data alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada hari

kedua.


29

Tabel 4.6 Data alat pembanding destilasi air energi surya konvensional pada hari

ketiga.

4.2 Hasil Penelitian

Langkah berikutnya setelah pengumpulan data yang dilakukan yaitu

mencari persamaan dan menghitung dengan rumus yang sudah ditentukan.

Sebagai contoh perhitungan penulis mengambil data yang tercantum pada

tabel (1) yang merupakan data dari alat destilasi menggunakan kondensor

dengan variasi ketinggian bak destilator 10 mm :

Diketahui :

TC pada jam kedua = 60,21 °C = 333,21 K

Tw pada jam kedua = 49,17 °C = 322,17 K

md air jam kedua = 0,02 liter

jam kedua = 609,81


30

alat destilasi vertikal = 0,8275

Bagian energi matahari ke kaca penutup karena konvensi: (pers. 4)

= 8,84 × 10−4 322,17 °C − 333,21 °C +11714 ,74 – 20045 ,30N

m2

268,9×103 – 11714 ,74 Nm2

×

322,17 °C

13

x ( 322,17 °C − 333,21 °C )

= 0,03 kWm2

Bagian energi matahari yang digunakan untuk proses penguapan: (Pers. 3)

Massa uap air perjamnya pada proses destilasi vertikal: (pers. 3)


31

0,50

Proses perhitungan efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi: (Pers. 2)

x 100 %

Berikutnya setelah pengumpulan data yang dilakukan yaitu mencari

persamaan dan menghitung dengan rumus yang sudah ditentukan. Sebagai

contoh perhitungan penulis mengambil data yang tercantum pada tabel (4)

yang merupakan data dari alat destilasi konvensional :

Diketahui :

Tc pada jam kedua = 53,08 °C = 326,08 K

Tw pada jam kedua = 57,81 °C = 330,81 K

md air jam kedua = 0,07 liter

jam kedua = 609,81

alat destilasi vertikal = 0,866


32

Bagian energi matahari ke kaca penutup karena konvensi: (pers. 4)

qkonv = 8,84 × 10−4 Tw − Tc +Pw − Pc

268,9 × 103 − Pw× Tw

13

× Tw − Tc

= 8,84 × 10−4 330,81 °C − 326,08 °C +17897,54 – 14223,91N

m2

268,9×103 – 17897,54 Nm2

×

330,81 °C

13

x ( 330,81 °C − 326,08 °C )

= 0,01 kWm2

Bagian energi matahari yang digunakan untuk proses penguapan: (Pers. 3)

Massa uap air perjamnya pada proses destilasi vertikal: (pers. 3)

0,17


33

Proses perhitungan efisiensi teoritis dan aktual alat destilasi: (Pers. 2)

x 100 %

4.3 Pembahasan

Pada bagian ini saya akan mencoba membandingan unjuk kerja dari

masing-masing alat destilasi yang menggunakan kondensor dan alat destilasi

konvensional. Saya juga membandingkan hasil air pendestilasian dari masing-

masing alat destlasi dan mencari nilai efisiensi terotitis dan efisiensi aktual

yang terbaik. Berikut beberapa grafik perbandingan dari masing-masing alat

destilasi :


34

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

G (

W/m

2)

Jam ke-

G

Gambar 4.1 Grafik dari G pada alat masing-masing destilasi hari

pertama

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

-20

0

20

40

60

80

100

120

140

160

0 2 4 6 8

G w

att/

m2

Efis

iens

i (%

)

Jam ke-

n teoritis kondensor n actual kondensor n teoritis konvensional

n actual konvensional G

Gambar 4.2 Garfik perbandingan efisisensi teoritis kondensor, efisisensi

teoritis konvensional, efisisensi aktual kondensor, dan

efisisensi aktual konvensional pada hari pertama


35

Pada gambar 4.2 efisisensi teoritis pada alat destilasi konvensional

mengalami peningkatan yang cukup tinggi pada jam ke 3, sedangkan efisiensi

terotitis pada alat destilasi surya menggunakan kondensor hanya tinggi pada

jam ke 1 dan ke 2. Hal ini disebabkan pada jam ke 1 dan ke 2 belum ada

terjadi penguapan yang sempurna, sehingga pada alat destilasi berkondensor

masih banyak menyimpan sisa uap yang lebih banyak dari alat destilasi

konvensional. Namun setelah panas matahari mulai banyak, terlihat bahwa

pengupan yang terjadi pada alat destilasi konvensional lebih banyak. Dan hal

tersebut membuat efisisensi teoritis pada konvensional mengalami

peningkatan yang sangat tinggi dan pada saat panas matahari mulai berkurang

tidak membuat efisiensi teoritis mengalami penurunan. Dan kita lihat bahwa

pada jam ke 7 efisiensi teoritis pada konvensional yang merupakan puncak

tertinggi. Disini kita lihat bahwa efisiensi pada destilasi konvensional lebih

baik dari destilasi menggunakan kondensor. Hal yang sama terjadi pada

efisisensi aktual. Disini kita lihat hampir setiap jam efisisensi aktual destilasi

konvensional lebih baik dari destilasi berkondensor. Hal ini dikarena pada

destilasi konvensional banyak menghasilkan air yang sudah di destilasi,

sedangkan pada alat destilasi berkondensor tidak terlalu banyak. Namun pada

jam ke 7 dan ke 8 efisiensi aktual destilasi berkondensor lebih baik dari

destilasi konvensional. Hal ini disebabkan karena sudah berkurangnya panas

dari matahari sehingga terjadi pengembunan. Dan pengembunan pada destilasi

berkondensor lebih banyak menghasikan air dari pada destilasi konvensional,

karena pada destilasi berkondensor memiliki sumber air yang didestilasi


36

sebanyak 2. Hal ini yang membuat hasil air yang didapat pada alat destilasi

berkondensor lebih baik. Kerena hasil air yang dihasilkan lebih baik dapat

mempengaruhi efisisens aktualnya.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

900

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

G w

att/

m2

T W

Jam ke-

TW kondensor TW konvensional G

Gambar 4. 3 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada

destilasi berkondensor dan destilasi konvensional pada hari

pertama

Pada gambar 4.3 terlihat bahwa suhu pada air di bak destilator

konvensional lebih baik dari suhu air di bak destilator destilasi berkondensor.

Hal ini disebabkan karena panas matahari pada alat destilasi konvensional

hanya untuk memanasi air dan ruangan di dalam destilaor, sedangkan pada

alat destilasi berkondensor panas dari matahari tidak hanya berada di ruang

destilator, tetapi panas tersebut juga masuk ke ruang kondensor. Sehingga

suhu pada air di bak destilator menjadi tidak maksimal. Dan semakin tinggi

panas yang di berikan oleh matahari maka semakin tinggi juga suhu air pada

bak destilator (gambar 4.3).


37

Gambar 4.4 Grafik perbandingan hasil air dari destilasi (md) dari


pertama.

Pada grafik 4.4 Terlihat bahwa destilasi konvensional lebih baik

menghasil air dari pada destilasi berkondensor. Dan pada jam ke 6 sampai jam

ke 8 peningkatan hasil air lebih tinggi saat panas matahari mulai menurun dari

pada saat panas matahari pada suhu yang tertinggi. Hal ini terjadi karena

pengembunan terjadi dari suhu tinggi ke suhu yang rendah dan pada saat

panas matahari tinggi maka kaca akan ikut panas. Bahkan panas kaca akan

hampir sama dengan panas air pada bak destilator, ini yang membuat

pengembunan tidak terjadi karena hampir sama nya suhu dari air dan kaca.

Sedangkan pada saat panas matahari mulai turun maka suhu pada kaca akan

turun juga. Tetapi tidak terjadi pada air. Air tetap akan memiliki suhu yang

cukup tinggi karena air mempunyai sifat penyimpan panas dan pada suhu

diruangan kondensor akan terjaga. Sehingga pada saat ini pengembunan akan

terjadi dengan maksimal.


38


kedua

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

20

40

60

80

100

120

140

160

180

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

G w

att/

m2

Efis

iens

i (%

)

Jam ke-

n teoritis kondensor n actual kondensor n teoritis konvensional

n actual konvensional G



efisisensi aktual konvensional pada hari kedua


39

Pada gambar 4.6 efisiensi teoritis pada alat destilasi hampir sama pada

hari ke 1 yaitu pada gambar 4.2. Namun G yang datang pada hari ke 2 lebih

sedikit dari hari ke 1. Maka dengan lebih sedikit nya matahari pada hari ke 2

uap yang ada didalam bak destilator akan semakin berkurang dan ini akan

mempengaruhi pada efisiensi teoritis. Namun pada hari ke 2 efisiensi pada

destilasi konvensional masih lebih baik dari destilasi berkondensor. Hal yang

sama terjadi juga pada efisiensi aktual dimana destilasi konvensional

mempunyai efisiensi lebih baik dari destilasi berkondensor. Faktor matahari

sangat memperngaruhi hasil air yang akan didapat dari pendestilasian. Karena

hasil air sangat mempengaruhi nilai dari efisiensi aktual. Jadi pada hari kedua

efisiensi teoritis dan efisisensi aktual masih lebih rendah dari hari ke 1.

Mungkin dikaenakan dari perbedaan matahari.

0

100

200

300

400

500

600

700

800

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 2 4 6 8 10

G w

att/

m2

T W

Jam ke-

TW kondensor TW konvensional G

Gambar 4.7 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada


kedua


40

Pada gambar 4.7 terlihat suhu bak air di destilator pada destilasi

konvensional masih tetap lebih baik dari pada destilasi berkondensor. Hampir

setiap jam suhu air di bak destilator pada destilasi konvensional lebih tinggi

dari suhu air di bak desilator pada destilasi berkondensor. Namun suhu bak air

dari kedua destilasi terlihat lebih rendah dari suhu bak air di hari ke 1. Hal ini

disebabkan menurunnya panas dari matahari di hari ke 2 dan hal ini tentu juga

mempengaruhi suhu air pada bak destilator akan menurun juga. Karena

matahari yang memanasi air dan ruang destilaor. Sehingga banyak atau

sedikitnya panas matahari yang datang akan mempengaruhi suhu pada air di

bak destilator



kedua


41

Pada gambar 4.8 Terlihat pada jam ke 3 sampai jam ke 5 hasil air

yang dihasilkan destilasi konvensional lebih baik dari destilasi berkondensor,

namun pada jam terakhir perolehan hasil air destilasi berkondensor

mengalami peningkatan yang cukup banyak dan bahkan dapat mengalahkan

hasil air dari destilasi konvensional. Mungkin hal ini disebabkan karena

pengembunan dapat terjadi maksimal bila terjadi perbedaan suhu atau

pengembunan terjadi dari suhu tinggi ke suhu rendah. Hal ini yang membuat

pada saat jam terakhir atau saat suhu matahari mulai turun pada destilasi

berkondensor dapat menghasilkan air yang lebih banyak, karena

pengembunan terjadi didua tempat yaitu di bak air destilator dan bak air

dikondensor pasif. Dan pada destilasi konvensional hanya dapat terjadi di bak

destilaor nya saja.


ketiga


42

0

100

200

300

400

500

600

700

-20

30

80

130

180

230

280

330

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

G w

att/

m2

Efis

iens

i (%

)

Jam ke-

n teoritis kondensor n actual kondensor

n teorotis konvensional n actual konvensional

G



efisisensi aktual konvensional pada hari ketiga

Pada gambar 4.10 sama pada hari pertama dan kedua, pada hari

ketiga efisiensi teoritis destilasi konvensional lebih baik dari destilasi

berkondensor. Sama pada hari sebelumnya pada jam ke 1 dan jam ke 2

efisiensi teoritis destilasi berkondensor lebih dari pada efisiensi konvensional.

Tetapi pada jam terakhir atau pada saat suhu matahari mulai berkurang,

efisiensi teoritis destilasi konvensional mengalami peningkatan yang cukup

tinggi dan lebih baik dari destilasi konvensional. Pada efisiensi aktual destilasi

konvensional juga lebih baik dari destilasi berkondensor. Namun pada jam ke

8 efisiensi aktual destilasi berkondensor lebih tinggi dari destilasi

konvensional. Hal ini dikarena jumlah air yang dihasilkan pada destilasi

berkondensor lebih banyak dari destilasi konvensional, sehingga dapat

mempengaruhi hasil dari efisiensi aktual nya. Pada hari ini panas matahari

yang datang lebih sedikit dari hari pertama dan hari kedua. Dan pada hari


43

ketiga efisiensi teoritis dan efisiensi aktual destilasi konvensional lebih baik

dari destilasi berkondensor.

0

100

200

300

400

500

600

700

0

10

20

30

40

50

60

70

80

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

G w

att/

m2

T W

Jam ke-

TW kondensor TW konvesional G

Gambar 4.11 Grafik perbandingan suhu pada bak air destilator (Tw) pada


ketiga

Pada gambar 4.11 suhu air di bak destilator pada destilasi

konvensional lebih baik dari suhu air di bak destilator pada destilasi

konvensional. Sama pada hari pertama dan kedua destilasi konvensional lebih

baik dari destilasi berkondensor. Panas yang ditransfer dari matahari lebih

efektif pada alat destilasi konvensional. Terbukti pada hari ini setiap jam suhu

air pada bak destilator pada destilasi konvensional lebih tinggi dari destlasi

berkondensor.


44



kedua

Pada gambar 4.12 hasil air yang dihasil kan dari setiap destilasi

beragam. Namun secara keseluruhan hasil air destilasi konvensional lebih baik

dari destilasi berkondensor. Terlihat dalam grafik penurunan panas dari

matahari sangat mempengaruhi hasil destilasi. Saat panas matahari turun maka

hasil air pada setiap masing-masing destilasi mengalami peningkatan. Hal ini

semakin jelas bahwa pengembunan yang baik terjadi pada saat panas matahari

berkurang.


45

Gambar 4.13 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi

aktual pada destilasi berkondensor dan destilasi

konvensional hari pertama

Pada gambar 4.13 efisiensi rata-rata teoritis destilasi konvensional

lebih baik dari destilasi berkondensor. Rata-rata efisiensi teroritis destilasi

berkondensor mencapai 34,19 %, sedangkan efisiensi teoritis konvensional

mencapai 77,75 %. Dan pada efissiensi rata-rata aktual destilasi

konvensional juga lebih baik dari destilasi berkondensor. Rata-rata efisiensi

aktual destilasi berkondensor mencapai 25,31 %, sedangkan pada efisiensi

destilasi konvensional mencapai 34,06 %. Jadi secara rata-rata efisiensi

teoritis dan efisiensi aktual destilasi konvensional lebih baik dari destilasi

berkondensor.


46



konvensional hari kedua

Pada gambar 4.14 sama pada hari pertama efisiensi rata-rata teoritis

destilasi konvensional lebih baik dari destilasi berkondensor. Rata-rata

efisiensi teroritis destilasi berkondensor mencapai 49,71 %, sedangkan

efisiensi teoritis konvensional mencapai 73,93 %. Dan pada efissiensi rata-rata

aktual destilasi konvensional juga lebih baik dari destilasi berkondensor. Rata-

rata efisiensi aktual destilasi berkondensor mencapai 25,74 %, sedangkan

pada efisiensi destilasi konvensional mencapai 34,63 %. Jadi secara rata-rata

efisiensi teoritis dan efisiensi aktual destilasi konvensional lebih baik dari

destilasi berkondensor.


47



konvensional hari ketiga

Pada gambar 4.14 sama pada hari pertama dan kedua efisiensi rata-

rata teoritis destilasi konvensional lebih baik dari destilasi berkondensor.

Rata-rata efisiensi teroritis destilasi berkondensor mencapai 37,58 %,

sedangkan efisiensi teoritis konvensional mencapai 56,01 %. Dan pada

efissiensi rata-rata aktual destilasi konvensional juga lebih baik dari destilasi

berkondensor. Rata-rata efisiensi aktual destilasi berkondensor mencapai

26,47 %, sedangkan pada efisiensi destilasi konvensional mencapai 33,85 %.

Jadi secara rata-rata efisiensi teoritis dan efisiensi aktual destilasi

konvensional lebih baik dari destilasi berkondensor.


48

Gambar 4.16 Grafik perbandingan rata-rata efisiensi perhari dari efisiensi

teoritis dan efisiensi aktual pada alat destilasi berkondensor

dan destilasi konvensional selama 3 hari

Pada gambar 4.15 terlihat bahwa hampir setiap hari hasil efisiensi

teoritis dan efisiensi aktual pada alat destilasi konvensonal lebih baik dari alat

destilasi berkondensor. Pada hari pertama pada alat destilasi berkondensor

mendapatkan efisiensi teoritis sebesar 34,19 % dan efisiensi aktual sebesar

25,31 %. Pada alat destilasi konvensional mendapatkan efisiensi teoritis

sebesar 77,75 % dan efisiensi aktual sebesar 34,06 %. Rata-rata radiasi surya

pada hari pertama mencapai 590,59 watt/m2. Pada hari kedua pada alat

destilasi berkondensor mendapatkan efisiensi teoritis sebesar 49,71 % dan

efisiensi aktual sebesar 25,74 %. Pada alat destilasi konvensional

mendapatkan efisiensi teoritis sebesar 73,93 % dan efisiensi aktual sebesar

34,63 %. Rata-rata radiasi surya pada hari kedua mencapai 538,37 watt/m2.


49

Pada hari ketiga pada alat destilasi berkondensor mendapatkan efisiensi

teoritis sebesar 37,58 % dan efisiensi aktual sebesar 26,47 %. Pada alat

destilasi konvensional mendapatkan efisiensi teoritis sebesar 56,01 % dan

efisiensi aktual sebesar 33,85 %. Rata-rata radiasi surya pada hari ketiga

mencapai 387,94 watt/m2. Dan dalam grafik tersebut pada hari kedua destilasi

berkondensor mendapatkan efisiensi teoritis lebih baik dari hari yang lain

yaitu mencapai 49,71 % dan untuk efisiensi aktual pada hari ketiga destilasi

berkondensor mendapatkan efisiensi aktual yang lebih baik dari hari yang lain

yaitu mencapai 26,47 %. Dan pada alat destilasi konvensional efisiensi teoritis

yang terbaik pada hari pertama yaitu mencapai 77,75 % dan untuk efisiensi

aktual yang terbaik pada hari kedua yaitu mencapai 34,63 %. Rata-rata radiasi

surya yang paling baik pada hari pertama yaitu mencapai 590,59 watt/m2.

Dalam grafik diatas bawha konvensional mempunyai efisiensi teoritis dan

efisiensi aktual yang cukup baik dan bahkan perbedaan yang sangat jauh dari

efisiensi pada alat destilasi berkondensor.


50

Gambar 4.17 Grafik penbandingan md (lt) pada alat destilasi

berkondensor dengan variasi ketinggian air di dalam bak

destilator 10 mm, 15 mm, dan 27 mm

Pada gambar 4.16 terlihat bahwa hasil air pendestilasian paling baik

pada hari pertama dengan ketinggian air di dalam bak destilator sebesar 10

mm. Pada variasi 10 mm menghasil air sebanyak 1,56 liter/m2, pada variasi 15

mm menghasilkan air sebanyak 1,44 liter/m2, dan pada variasi 27 mm hanya

menghasilkan air sebanyak 1,06 liter/m2. Semakin tinggi variasi air di dalam

bak destilator maka semakin sedikit hasil air yang di peroleh. Ini menunjukan

bahwa banyaknya air yang ada di dalam bak destilator tidak menghasilkan air

yang lebih banyak, bahkan semakin sedikit air di dalam bak destilator dapat

menghasilkan hasil air yang lebih baik, karena meskipun radiasi surya yang

diterima besar namun apabila air di dalam bak destilasi tinggi akan

mengakibatkan air itu semakin sulit untuk menguap sehingga mengakibatkan

hasil yang diperoleh sedikit.


51

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Telah berhasil dibuat alat destilasi enegi surya konvensional (tanpa

mengunakan kodensor pasif) dan alat destilasi energi surya dengan

penambahan kondensor pasif dibagian belakang bak destilator, serta

melakukan penelitian pada alat tersebut.

2. Pada penelitian ini ketinggian air didalam bak destilator pada alat destilasi

menggunakan kondensor pasif sangat berpengaruh terhadap efisiensi dan

jumlah volume air yang dihasilkan. Pada ketinggian air 10 mm di dalam

bak destilator menghasilkan proses penguapan yang lebih cepat dan

volume air yang dihasilkan lebih banyak dibandingkan dengan variasi

ketinggian air di dalam bak destilator 15 mm dan 27 mm. Hasil volume

air terbanyak yang dihasilkan pada ketinggian air di dalam bak destilator

10 mm sejumlah 1,56 liter/m2. Pada variasi alat destilasi menggunakan

kondensor metode bak satu tingkat menghasilkan efisiensi teoritis

tertinggi selama pengambilan data yakni 49,71 % dan efisiensi aktual

25,74 % dengan hasil air yang diperoleh 1,44 liter/m2 dengan rata-rata

radiasi surya yang datang dalam sehari sebesar 538,37 watt/m2. Dan

pada alat destilasi konvensional hasil volume air yang paling baik pada

percobaan hari pertama dengan menghasilkan sebanyak 2,12 liter/m2.

Dan alat destilasi air konvensional (tanpa menggunakan kondensor

pasif) menghasilkan efisiensi teoritis tertinggi selama pengambilan data


52

yakni 77,75 % dan efisiensi aktual 34,06 % dengan hasil air yang

diperoleh 2,12 liter/m2 dengan rata-rata radiasi surya yang datang dalam

sehari sebesar 590,59 watt/m2.

5.2 Saran

1. Perlu dilakukan penelitian lebih lanjut dengan menggunakan volume

kondensor pasif lebih kecil.

2. Membuat kondensor pasif dengan bahan yang berbeda.

3. Untuk penelitian selanjutnya lebih meningkatkan kualitas sensor suhu

dan etape yang digunakan supaya data yang dihasilkan lebih baik dan

akurat.


53

DAFTAR PUSTAKA

Ahmed, H.M., (2012), Experimental Investigations of Solar Stills Connected to

External Passive Condensers, Journal of Advanced Science and Engineering

Research, 2, pp 1-11

Arismunandar, Wiranto, 1995. Teknologi Rekayasa Surya. Jakarta : Pradnya

Paramita.

Boukar,M., Harmim,A., (2004), Parametric Study Of A Vertical Solar Still Under

Desert Climatic Conditions, Desalination Vol. 168, pp 21-28.

Boukar M., Harmim A., (2005), Performance Evaluation Of A One-Sided Vertical

Solar Still Tested In The Desert Of Algeria, Desalination Vol. 183, pp 113-

126

Boukar M., Harmim A., (2006), Design Parameters And Preliminary

Experimental Investigation Of An Indirect Vertical Solar Still, Desalination

Vol. 203, pp 444-454

El-Bahi, A. Inan, D., (1999), A Solar Still With Minimum Inclination, Coupled

To An Outside Condenser, Desalination Vol. 123, pp 79-83

Fath, H.E.S.; Samy M. Elsherbiny, S.M., (1993), Effect of adding a passive

condenser on solar still performance, Energy Conversion and Management,

34, 1, pp 63–72

Fath, H.E.S; Elsherbiny, S.M.,; Ghazy, A. (2004), A Naturally Circulated

Humidifying/Dehumidifying Solar Still With A Built-In Passive Condenser,

Desalination, 169, pp 129–149

Hassan, Fath, E.,S., (1995), High Performance Of A Simple Design, Two Effects.

Solar Distillation Unit, Energy Conversion Management, Vol. 38, 18, pp

1895- 1905

Kalbasi, R., esfahani, M.,N., (2010), Multi-Effect Passive Desalination System,

An Experimental Approach, World Applied Sciences Journal, Vol. 10,10,

pp 1264-1271

Kunze, H. H.,(2001), A New Approach To Solar Desalination For Small- And

Medium-Size Use In Remote Areas, Desalination, 139, pp 35–41

Madhlopa, A., Johnstone, C., (2009), Numerical Study Of A Passive Solar Still

With Separate Condenser, Renewable Energy, Vol. 34, pp 1668-1677


54

Tanaka, H., nakatake, Y., (2004), A Vertikal Multiple-Effect Diffusion-Type

Solar Still Coupled With A Heat-Pipe Solar Collector, Desalination Vol.

160, pp 195-205

Tanaka, H., Nakatake, Y., (2005), Factors Influencing The Productivity Of A

Multiple-Effect Diffusion-Type Solar Still Coupled With A Flat Plate

Reflector, Desalination Vol. 186, pp 299-310

Wonorahardjo Surjani. 2013. Metode Metode Pemisahan Kimia Sebuah

Pengantar. Jakarta : Akademia Permata


55

LAMPIRAN

Gambar L. 1 Alat Destilasi Energi Surya Konvensional

Gambar L. 2 Alat Destilasi Energi Surya menggunakan Kondensor

Lampiran 1 Foto-foto Alat Penelitian


56

Gambar L. 3 Logger (Biru) dan Stalker (Merah)

Gambar L. 4 Penampung Air Kotor dan Pengatur Ketinggian Air di

dalam Bak Destilator



57

Gambar L. 2 Dallas Semiconductor Temperature Sensors (TDS)

Gambar L. 3 Penampung Air Hasil Destilasi



UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI SURYA BERKONDENSOR …1].pdf · unjuk kerja destilasi air energi...

Documents

Transcript of UNJUK KERJA DESTILASI AIR ENERGI SURYA BERKONDENSOR …1].pdf · unjuk kerja destilasi air energi...