DISTILASI AIR LAUT MEMANFAATKAN TENAGA SURYA
DISTILASI WATER SEA EXPLOIT ENERGY OF SURYA
Yuvita Satriani Djuli, Syukri Himran, Duma Hasan
Bagian Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin
Alamat Koresponden: Jurusan Teknik Mesin Universitas Hasanuddin Makassar 90425 Hp. 082124765100 Email:
[email protected]
Abstrak Pemanfaat energy matahari terus menerus mengalami perkebangan seperti pemanasan dan pendinginan ruangan, system pemanasan air,proses pengeringan dan destilasi air. Penelitian ini bertujuan untuk menganalisa Laju radiasi matahari yang tiba dibumi, laju radiasi matahari setelah melewati permukaan kaca, energi radiasi matahari yang diserap oleh arang/kolektor, massa uap yang mengembun dan efisiensi ditilator yang sangat mempengaruhi volume air yang dihasilkan distilator.luas kolektor plat datar adalah 1,2 m2, dan atapnya dirururpi oleh kaca setebal 5 mm. Pengujian dilakukan dari pukul 08.00 – 16.00 wib pada bulan 31 januari, 3 dan 4 februari 2012. tempat pengujian dilakukan pada lantai 3 wordshop unhas universitas hasanuddin. hasil pengujian menunjukkan tipe dua permukaan kaca miring menghasilkan kondensat terbanyak yaitu 2,47 liter/h dengan intensitas surya tertinggi 1025 w/m2. Efesiensi teoritis akan meningkat seiring dengan meningkatnya laju evaporasi berbanding dengan intensitas radiasi matahari dari data terlihat efesiensi theoritis maksimum antara jam 12.00 dan 13.00 terlihat pada tanggal 31 januari 2012 pada pukul 12.00 ηth = 20,97 % dan pukul 13.00 ηth = 20,83% dan pada tanggal 3 february 2012 pada ηth = 21,73% dan pukul 13.00 ηth = 20,21% pada tanggal 4 february 2012 pada ηth = 17,2 % dan pukul 13.00 ηth = 44,2% dari ketiga data ini terlihat besarnya efesiensi theoritis tergantung dari besarnya evaporasi yang terjadi. Dan terlihat pada tanggal 4 february efesiensi theoritis lebih besar dari tanggal 31 january dan 3 february 2010. Kata Kunci: Energy Matahari, Laju Radiasi Matahari, Energy Radiasi Matahari
Abstract Continuous Energy sun Exploiting experience of growth like warm-up and refrigeration of room, system warm-up of draining water, process and destilasi water. This research aim to analyses Fastly of sun radiation which arrive under the sun, accelerate sun radiation after passing surface of glass, absorbent sun radiant energy by charcoal / collector, vapour mass which is efficiency and dew of ditilator which is very influence yielded by water volume is plate collector distilator. Wide level off is 1,2 m2, and his roof of dirururpi by glass as thick as 5 mm. Examination done from at 08.00 - 16.00 wib in 31 januari, 3 and 4 february 2012. examination place done by at floor 3 university Unhas wordshop of Hasanuddin. result of examination show type two surface of oblique glass yield kondensat many that is 2,47 litre / h with intensity of surya highest 1025 w / m2. Theoretical Efesiensi will mount along with the increasing of accelerateing evaporation compare with intensity of radiasi sun data seen maximum theoritis efesiensi around 12.00 and 13.00 seen on 31 januari 2012 at 12.00 ? th = 20,97 % and at 13.00 ? th = 20,83% and on 3 february 2012 at ? th = 21,73% and at 13.00 ? th = 20,21% on 4 february 2012 at ? th = 17,2 % and at 13.00 ? th = 44,2% from third this data seen the level of theoritis efesiensi depended from level of evaporation that happened. And seen on 4 theoritis efesiensi february bigger than 31 january and 3 february 2010 Keyword: Sun Energy, Fast of Sun Radiation, Energy Sun Radiation
PENDAHULUAN Pemanfaat energy matahari terus menerus mengalami perkebangan seperti pemanasan dan pendinginan ruangan, system pemanasan air,proses pengeringan dan destilasi air. Destilasi surya telah lama ditemukan dan telah banyak dibuat,akan tetapi penerapan secara luas sebelum perkembangan dengan baik karena output yang dihasilak belum memuaskan. Sebagian Penduduk Indonesia berpenghasilan sebagai nelayan dengan menggantungkan kehidupan profesi sebagai nelayan dan tinggal di pesisir pantai yang rentang dengan kekurangan air bersih. Air merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia untuk hidup. Berdasarkan uraian diatas maka untuk mengatasi kendala yang dihadapi perlu diterapkan suatu teknologi rekayasa yang diharapkan dapat membantu masyarakat dalam memenuhi kebutuhan air bersih dan air tawar. Salah satu pemecahan yang memungkinkan yaitu dengan mengupayakan air tawar dan air bersih yang disuling dari air laut yang dikenal dengan distilasi.Distilasi dapat terjadi dengan memanfaatkan potensi alam yaitu sinar matahari (energi surya) menggantikan bahan bakar minyak dan gas alam untuk mengubah fase uap air laut. Karena suhu yang diperlukan untuk mengubah fase air laut menjadi uap tidak terlalu besar ( dibawah 100 0C ) atau dibawah satu tekanan atmosfir (1 atm), maka pemanfaatan energi surya adalah solusi alternatif yang dipilih sesuai dengan kondisi Indonesia yang terletak pada daerah katulistiwa dan beriklim tropis mempunyai jumlah sinar matahari yang cukup melimpah dan dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi yang bersih tanpa polusi, (Himran, 2005). Dipilihnya energi matahari sebagai sumber energi adalah sangat tepat mengingat energi matahari mempunyai kelebihan dibanding dengan penggunaan energi lainnya. Upaya penggunaan energi matahari sebagai energi alternatif merupakan upaya yang perlu didukung, hal ini sesuai dengan prinsip bahwa dalam mengembangkan sistem-sistem energi harus dapat memproduksi energi dengan biaya murah serta tidak mengakibatkan dampak lingkungan, (Arismunandar, 1995). Perkembangan alat destilasi sudah dimulai sejak pertengahan abad ke-19, pada tahun 1872 di Chili tepatnya di Las Salinas telah didirikan pabrik destilasi untuk memenuhi kebutuhan masyarakat sekitarnya. Pabrik seluas 5.000 m2 ini pada musim panas dapat menghasilkan 20.000 liter air segar atau dengan kata lain prestasi dari alat ini adalah 4 L/m2 per hari. Pada tahun 1999, di Jayapura dibuat suatu alatdestilasi dengan menggunakan kolektor surya dengan ukuran 100 x
70 cm. alat ini mampu menghasilkan 705 ml air bersih (1 L/m2) perhari pada cuaca cerah,( Holman, dkk., 1991). Menurut W. R. Breslin dalam jurnalnya yang dipublikasikan oleh Vita Publication Centre melalui suatu situs, air yang dihasilkan dari proses destilasi atau air kondensat yang dihasilkan murni dan bebas dari bakteri yang berbahaya. Pada jurnal tersebut juga diberikan petunjuk pembuatan alat destilasi dengan konstruksi sebagai berikut, 124 x 60 x 30 cm, dindingnya dari bahan triplek dengan ketebalan 3 mm,beratapkan kaca setebal 5 mm. Pada alat ini digunakan kolam aluminium berukuran120 x 50 x 5 cm sebagai wadah penampungan airserta berguna sebagai
kolektor
yang
menyerap
radiasi
sinar
matahari.
Alat
destilasi
tersebut
mampumenghasilkan air kondensat sebanyak 3 liter per hari. Atau setara dengan 5 L/m2 perhari. Tujuan penelitian ini adalah untuk Menghitung efesiensi alat destilasi.
METODE PENELITIAN Waktu dan Lokasi Penelitian Penelitian ini dilakukan pada bulan Januari dan February 2012 bertempat di wordshop Universitas Hasanuddin. Dengan titik koordinat 119° 29' 14,5" BT dan 5° 07' 59" LS. Pengambilan data dilakukan selama 3 hari pada hari yang cerah. Metode Pengumpulan Data Dalam usaha memperoleh data, penulis menggunakan metode pengumpulan data sebagai berikut: (1). Tinjauan Kepustakaan (Library Research), Kami mencari beberapa literatur yang berhubungan dengan penulisan, selanjutnya digunakan sebagai landasan teori atau acuan dalam pembahasan permasalahan pada penelitian ini. (2). Penelitian Lapangan (field research), Melakukan pengambilan data pada alat yang telah dibuat oleh penulis yang dilaksanakan selama tiga hari yakni pada tanggal 31-januari dan 3-4 february2012 pada jam 08.00 -16.00 setiap harinya. Jenis dan Sumber Data Adapun jenis dan sumber data yang digunakan dalam, penulisan ini adalah sebagai berikut : (1). Data Primer, yaitu data yang diperoleh secara langsung pada objek penelitian melalui pengamatan langsung. Dalam hal ini yang menjadi data primer bagi penulis adalah: (a). Data temperatur udara selama penelitian. (b). Data temperatur pada alat yang digunakan selama penelitian. (c). Data temperatur air payauidalam bejana aluminium selama penelitian. (2). Data
sekunder, yaitu data yang diperoleh dari buku-buku, dokumentasi perusahaan atau dalam bentuk laporan yang ada hubungannya dengan pokok permasalahan, Adapun data-data tersebut adalah : (a). Studi kepustakaan, yaitu menggunakan literatur yang masih mempunyaihubungan dengan pokok permasalahan. (b). Penggunaan arsip-arsip dan dokumen-dokumen yang ada di perpustakaan.
HASIL Perhitungan geometri radiasi matahari Mencari sudut deklinasi menggunakan persamaan (6) Sudut deklinasi ()
360 (284 N) 365
= 23.45sin
360 (284 31) 365
= 23.45 sin = -17,46o
Mencari sudut jam menggunakan persamaan (7) Sudut jam () = (12-t)x 15. = (12- 13)x 15 = -15°
Mencari sudut zenit menggunakan persamaan (8), Cos z = sin sin + cos cos cos. Cos z = sin(-5) sin(-17,46o) + cos(-5) cos(-17,46o) cos(-15). Cos z 0,953 0,750. Cosz
= -0.087 -0.3 + 0.996
= 0.776°. z = 39.104°.
Mencari sudut tiba menggunakan persamaan (10), Cos (Φ - ) Cos cos) Cos
= (sin (Φ - ) Sin) + (Cos
= (sin (-5 - 10) Sin (-17,46o)+(Cos ((-5 - 10)Cos (-17,46o)) cos -15)
Cos = 0.663o = 48.47° Perhitungan radiasi matahari pada bidang miring Mencari faktor kemiringan radiasi sorot menggunakan persamaan (14),
Rb
cosθ cosθ z
Rb
cos 48.471 cos 39.104
Rb
0 .663 0 . 776
Rb = 0.854
Mencari faktor kemiringan radiasi difusi menggunakan persamaan (15), Rd
1 cos β 2
Rd
1 cos 10 2
Rd= 0.992 Mencari faktor kemiringan radiasi refleksi menggunakan persamaan (16),
1 cosβ R r ρ 2 dimana = 0,2 untuk beton
1 cos10 R r 0,2 2 Rr= 1, 6x 10-3 Mencari fluks yang jatuh pada permukaan alat destilasi menggunakan persamaan(17), It= IbRb+ IdRd + ((lb+ Id)Rr) Dimana besarnya radiasi sorot Ibpada hari yang cerah adalah 0,9 x I g = 0,9 X1004= 903,6W/m2 dan besarnya radiasi difusi (Id) = 0.1 x 104 =100,4W/m2. Sehingga: It = (994,5x 0.853) + (110,5 x 0.992) + (994,5+110,5) 1, 6x 10-3) It= 1855,041w/m2
PEMBAHASAN Pada Penelitian ini Menunjukan produktivitas theoritis lebih besar dari produkfitas aktual dikarenakan pada theoritis berpengaruh pada evaporasi alat destilasi dan aktual berpengaruh pada intensitas matahari perjamnya. Pada pukul 12.00 produktivitas theoritis mengalami penurunan produksinya dikarenakan evaporasi yang terjadi dan selisi temperatus sangat kecil. Pada data terlihat pada jam 08.00 theoritis sudah mendapatkan hasil sedangkan pada aktual belum mengalami produksi dikarenakan intensitas matahari baru belum terjadi penguapan karena kecilnya intensitas baru pada jam 12.00 sampai jam 14.00 produktivitas aktual mengalami kenaikan maksimum dan seiring berkurangnya intensitas radiasi matahari maka berkurang pula produksi aktual dari alat destilasi Hasil pengukuran dan pencatatan data setiap jam pada pengujian tanggal 3 february 2012 menunjukan produktivitas theoritis lebih besar dari produkfitas aktual dikarenakan pada theoritis
berpengaruh pada evaporasi alat destilasi dan aktual berpengaruh pada intensitas matahari perjamnya. Pada pukul 15.00 dan 16.00 produktivitas theoritis penurunan dari pada produktivitas aktual ini terjadi karena evaporasi yang terjadi di dan selisi yang terjadi pada temperatur air payau sangat kecil.. Pada data terlihat pada jam 08.00 theoritis sudah mendapatkan hasil sedangkan pada aktual belum mengalami produksi dikarenakan intensitas matahari baru belum terjadi penguapan karena kecilnya intensitas baru pada jam 12.00 sampai jam 14.00 produktivitas aktual mengalami kenaikan maksimum dan seiring berkurangnya intensitas radiasi matahari maka berkurang pula produksi aktual dari alat destilasi. Perbandingan laju evaporasi terhadap waktu tanggal 31 januari- 4 february 2012 evaporasi dari air payau kepenurup kaca pada setiap jamnya. Dapat di simpulkan dari yang terlihat di grafik besarnya laju perpindahan . Panas air payau kepenutup kaca mengalami peningkatan setiap jamnya. Dan akan mengalami peningkatan maksimum pada pukul 12.00 dan 13.00. nilai laju perpindahan panas ini di pengaruhi oleh perbedaan temperatur air payau (Tw) dengan temperatur kaca penutup bagian dalam (T g-i) semakin besar selisi yang di hasilkan maka semakin besar laju evaporasinya. Pada tanggal 31 januari dan 4 february hampir sama ini dikarenakan beda temperatur yang terjadi pada air payau dan temperatur penutup kaca bagian dalam yang menyebankan besarnya evaporasi yang terjadi.namun pada tanggal 3 february grafik yang terbetuk menunjukan evaporasi yang terjadi pada saat itu sangat kecil dikarenakan selisi temperatur antara air payau dan penutup kaca sangat kecil. Perbandingan laju perpindahan panas radiasi terhadap waktu tanggal 31 januari- 4 february 2012 perpindahan panas dari air payau kepenurup kaca pada setiap jamnya. Dapat di simpulkan dari yang terlihat di grafik besarnya laju perpindahan panas air payau kepenutup kaca mengalami peningkatan setiap jamnya. Dan akan mengalami peningkatan maksimum pada pukul 12.00 dan 13.00. nilai laju perpindahan panas ini di pengaruhi oleh perbedaan temperatur air payau (Tw) dengan temperatur kaca penutup bagian dalam (T g-i) semakin besar selisi yang di hasilkan maka semakin besar laju perpindahan panas radiasi. Pada tanggal 31 januari dan 4 february hampir sama ini dikarenakan beda temperatur yang terjadi pada air payau dan temperatur penutup kaca bagian dalam yang menyebabkan besarnya radiasi yang terjadi.namun pada tanggal 3 february grafik yang terbetuk menunjukan
laju perpindahan panas konveksi yang terjadi pada saat itu sangat kecil dikarenakan selisi temperatur antara air payau dan penutup kaca sangat kecil. Perbandingan laju perpindahan panas radiasi terhadap waktu tanggal 31 januari- 4 february 2012 perpindahan panas dari air payau kepenurup kaca pada setiap jamnya. Dapat di simpulkan dari yang terlihat di grafik besarnya laju perpindahan panas air payau kepenutup kaca mengalami peningkatan setiap jamnya. Dan akan mengalami peningkatan maksimum pada pukul 12.00 dan 13.00. nilai laju perpindahan panas ini di pengaruhi oleh perbedaan temperatur air payau (Tw) dengan temperatur kaca penutup bagian dalam (T g-i) semakin besar selisi yang di hasilkan maka semakin besar laju perpindahan panas radiasi. Namun pada tanggal 4 february mengalami penurunan sangat tajam dikarenakan selisi temperatur antara air payau dan penutup kaca sangat besar. Hasil pengukuran dan pencatatan setiap jam dari jam 08.00-16.00 pada pengujian tangga; 31 januari – 4 february 2012 dapat terlighat sangat jelas dari grafik tanggal 31 januari dan tanggal 4 february produksi air destilasi dari jam 09.00 sampai pukul 16.00 secara berlahan naik sampai mencapai tingkat produksi destilasi pada pukul 12 sampai pukul 14.00 ini disebabkan pengaruh intensitas radiasi surya yang besar dan akan menurun seiring dengan intensitas radiasi surya yang menurun.pada malam hari walau sudah tak ada input radiasi sueya tapi masih bisa terjadi produksi air destilasi hal ini disebabkan temperatur udara lingkungan lebih rendah dan masih ada uap yang belum terkondensasi pada bak destilasi. Air payau ini masih memeiliki temperatur yang tinggi yang tersimpan sehingga kemungkinan masih dapat menguap. Besar efisiensi dari suatu alat destilasi dinyatakan dengan perbandingan antara produksi air destilasi aktual dengan intensitas tenaga surya memperoleh radiasi dari matahari berupa sadiasi sorot (Ib) dan radiasi difus (Id) yang penjumlahan keduannya merupakan radiasi global (Ig). Intensitas radiasi matahari mengenai kaca penutup sebagian diserap oleh kaca penutup dan sebagian lagi di transmisikan masuk kedalam kolektor. Intensitas tersebut diserap oleh air yang berada di bak, (Ozisik M. 1985).
KESIMPULAN DAN SARAN Efesiensi
teoritis akan meningkat seiring dengan meningkatnya laju evaporasi
berbanding dengan intensitas radiasi matahari dari data terlihat efesiensi theoritis maksimum antara jam 12.00 dan 13.00 terlihat pada tanggal 31 januari 2012 pada pukul 12.00 ηth = 20,97 % dan pukul 13.00 ηth = 20,83% dan pada tanggal 3 february 2012 pada ηth = 21,73% dan pukul 13.00 ηth = 20,21% pada tanggal 4 february 2012 pada ηth = 17,2 % dan pukul 13.00 ηth = 44,2% dari ketiga data ini terlihat besarnya efesiensi theoritis tergantung dari besarnya evaporasi yang terjadi. Dan terlihat pada tanggal 4 february efesiensi theoritis lebih besar dari tanggal 31 january dan 3 february 2010. Efesiensi aktual ditentukan berdasarkan jumlah air terdestilasi yang berpengaruh oleh intensitas surya
dari data efesiensi aktual maksimum antara jam 12.00
dan 13.00 terlihat pada tanggal 31 januari 2012 pada pukul 12.00 ηact = 18,44 % dan pukul 13.00 ηact = 19,02% dan pada tanggal 3 february 2012 pada ηact = 14,54% dan pukul 13.00 ηact = 15,02% pada tanggal 4 february 2012 pada ηact = 30,18 % dan pukul 13.00 ηact = 40,54% dari ketiga data ini terlihat besarnya efesiensi aktual tergantung jumlah air terdestilasi dan intensitas matahari setiap jamnya. Dan terlihat pada tanggal 4 february efesiensi lebih besar dari tanggal 31 january dan 3 february 2010 dan terlihat juga pada pukul 08.00 dari data tanggal 31 january dan 3-4 february 2012 efesiensi aktual menghasilkan 0 % dikarenakan belum adanya proses destilasi dikarenakan masih kecil intensitas matahari pada pukul 08.00. pada pengambilan data diperlukan peralatan pendukung alat ukur dan tingkat kalibrasi yang baik agar keakuratan data dapat di peroleh
DAFTAR PUSTAKA Arismunandar, wiranto, (1995). Teknologi Rekayasa Surya, PT Pradnya Paramita, Jakarta Himran, Syukri,(2005).Enargi Surya, CV Bintang Lamumpatue, Fakultas Teknik Universitas hasanuddin Makassar Holman, J.P, Alih Bahasa, Ir,E Jasjfi,Msc, (1991). Perpindahan Kalor, Erlangga Ozisik M. Necati, (1985). Heat Transfer a Basic Approach. Mc.Graw-Hill Book Company, New
