Kaji Eksperimental Pemisah Garam dan Air Bersih Dari Air LAut Mengunakan Kolektor Plat Alumunium Dengan Mengunakan Energi Surya Dino Sinatra, Mulyanef dan Burmawi Jurusan Teknik Mesin,FTI.UBH. Email:
[email protected] [email protected] [email protected] Abstrak Energi surya merupakan energi yang tidak pernah dapat habis jika dimanfaatkan. Pada saat ini penggunaan teknologi surya untuk menghasilkan air bersih dan larutan garam di Indonesia masih sangat jarang kita temui. Khusus untuk pembuatan garam, pada saat ini petani garam di Indonesia masih menggunakan cara tradisional untuk menghasilkan garam yaitu dengan cara membuat tambak-tambak pada pesisir pantai dengan memanfaatkan cahaya matahari sebagai pemanas alami yang menguapkan air laut untuk mendapatkan garam. Prinsip kerja dari alat destilasi ini adalah air laut dimasukkan kedalam basin (bak penampung) sebanyak 5 liter dengan luas penampang 1180 cm x 680 cm dan kemiringan kaca penutup 30°, panas matahari memanaskan plat penyerap dan air laut, sehingga air laut menguap dan terkondensasi secara alamiah dan menempel pada kaca penutup bagian dalam. Penelitian ini dilakukan pada bulan Maret tahun 2014 disamping Laboratorium Prestasi Mesin Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri Universitas Bung Hatta Padang. Dari penelitian selama enam hari dengan rata-rata intensitas surya 5763,6 W/m² diperoleh hasil rata-rata kondensat 733,5 ml/hari, dan larutan garam diperoleh 49,595 ml dengan tingkat keasaman ( pH ) 8,8 % selama enam hari penelitian. Kata kunci : Destilasi, Kolektor Surya, Plat Alumunium Datar Beberapa daerah di selatan pantai selatan 1. Pendahuluan
Jawa, Nusa Tenggara Barat ,Nusa Tenggara
Air merupakan kebutuhan hidup bagi
Timur dan kepulauan mentawai sumatera
setiap makhluk hidup. Bagi manusia air
barat
merupakan faktor yang tak dapat dipisahkan
penyediaan air bersih, terutama pada musim
karena banyak digunakan dalam setiap
kemarau (Kompas 2005). Kelangkaan air
aktivitas kehidupannya antara lain untuk
sungguh ironis dengan predikat Bumi
keperluan minum, memasak dan mencuci.
sebagai "Planet Air" sebab 70% permukaan
Seiring
dan
bumi tertutup air. Namun, sebagian besar air
bertambahnya penduduk dunia pasokan air
di Bumi merupakan air asin sehingga tidak
bersih
berjalannya
menjadi
waktu
semakin
berkurang.
sering
mengalami
kesulitan
bisa digunakan untuk air minum dan hanya
yang dapat memanfaatkan energi radiasi
sekitar 2,5% saja yang berupa air tawar.
matahari tersebut berupa destilasi air laut
Berbagai
jenis
teknologi
sudah
berbasis tenaga surya.
digunakan untuk penyediaan air bersih yang
.
berasal dari air laut diantaranya adalah
1.1 Tujuan
teknologi membran distilasi dan teknologi
1. Mendapatkan produktivitas air bersih
reverse osmosis. Kedua jenis teknologi
dan garam dari air laut dari destilasi
tersebut cukup sulit karena teknologinya
surya dengan menggunakan kolektor
rumit dan membutuhkan investasi tinggi
pemanas.
dalam
pembuatannya
sehingga
kurang
2. Meningkatkan efisiensi kolektor dan
aplikatif untuk diterapkan di masyarakat
destilator surya.
atau dalam skala rumah tangga. 2. Tinjauan Pustaka Salah satu alternatif pengadaan air bersih untuk air minum dari air laut adalah dengan menggunakan teknologi distilasi air laut.
Teknologi
pemisahan
distilasi
komponen
memanfaatkan suatu
bahan
berdasarkan perbedaan titik didihnya dengan memanfaatkan energi panas. Daerah pesisir yang berlimpah energi radiasi matahari yang besar di musim kemarau dan air laut merupakan
parameter
yang
dapat
digabungkan untuk menjadi solusi dari permasalahan
kelangkaan
air
bersih.
Kebutuhan air bersih bagi daerah pesisir yang kekurangan air bersih pada musim kemarau, bertepatan dengan tersedianya intensitas radiasi matahari paling besar dalam satu tahun. Untuk itu diperlukan suatu alat dengan teknologi distilasi sederhana
Destilasi merupakan istilah lain dari penyulingan, yakni proses pemanasan suatu bahan pada berbagai temperatur, tanpa kontak dengan udara luar untuk memperolah hasil tertentu. Penyulingan adalah perubahan bahan dari bentuk cair ke bentuk gas melalui proses pemanasan cairan tersebut, dan kemudian
mendinginkan
pemanasan,
untuk
mengumpulkan
tetesan
gas
hasil
selanjutnya cairan
yang
mengembun (Cammack, 2006). Salvato (1972)
mengemukakan
bahwa
destilasi
sangat berguna untuk konversi air laut menjadi air tawar. Konversi air laut menjadi air tawar dapat dilakukan dengan teknik destilasi panas buatan, destilasi tenaga surya,
elektrodialisis,
osmosis,
gas
hydration, freezing, dan lain-lain. Homig
(1978) menyatakan bahwa untuk pembuatan
a. Menyiapkan semua alat ukur yang akan
instalasi destilator yang terpenting adalah
digunakan serta mengkalibrasikannya sesuai
harus tidak korosif, murah, praktis dan awet.
standar penggunaannya. b. Memasang alat ukur pada instalasi
3. Metodologi Penelitian
pengujian dengan baik dan benar
3.1 Waktu dan Tempat
sehingga diperoleh hasil yang benar
Pengujian terhadap alat Evaporasi air laut menjadi garam dengan menggunakan
dan akurat. c. Mengisi air laut pada tangki kolektor
tenaga surya sudah dilakukan di samping laboratorium
destilasi surya.
Prestasi Mesin, Jurusan
d. Melakukan pengambilan data dengan
Teknik Mesin Fakultas Teknologi Industri
teliti dan benar melalui pengamatan
Universitas
pada alat ukur yang telah dipasang.
Bung
Hatta, Kampus III
Universitas Bung Hatta. 3.2 Alat Ukur Yang Dgunakan Untuk
menit.
pengujian
pengujian ini adalah sebagai berikut : Solarimeter
2.
Termometer Digital
3.
Multitester Digital
4.
Stopwatch
Penelitian dimulai dari jam 10.00 – 17.00.
Adapun alat ukur yang digunakan pada
1.
Dimana data diambil per 30
3.5 Gambar Alat Uji
5. Gelas ukur
3.4 Prosedur Pengujian Sebelum melakuka pengujian hendaklah melihat kondisi cuaca, apabila kondisi cuaca mendung atau gerimis, sebaiknya tidak
Keterangan Gambar :
dilakukan pengujian, dan sebailiknya cuaca
1.
Rangka
cerah
2.
Pipa saluran air bersih
3.
Plat penyerap
4.
Box kolektor
lebih
pengujian.
bagus
untuk
melakukan
5.
Tabung Penampung air laut
3. Energi yang berguna pada destilasi
6.
Kaca penutup
air laut
7.
Tabung Penampung air bersih
QU = Ac (IT . ) – ULosses (Tp – Ta) Qu = Qin . Q losses
3.6 Performansi Destilasi surya
Dimana : Qin = Energi radiasi yang
1. Energi radiasi yang diserap
sampai
keplat penyerap ( Watt )
Qin = α . IT . Ac
QLosses
Dimana:
= Energi yang hilang dari
kolektor ( Watt ) 2
IT = intensitas radiasi matahari ( W/m ) Ac = Luas palat penyerap ( m2 ) = absorpsivitas plat penyerap Tabel 2.2 Nilai α pada macam-macam plat penyerap
4. Efisiensi kolektor
=
Qu x 100% ( % ) Q in
Dimana : Qu = Energi radiasi yang sampai keplat penyerap ( Watt ) Qin = Energi yang berguna pada destilasi air laut ( Watt ) 5. Efisiensi Destilator
(marsal, 2006 - Sumber : Jurnal
Sudjito, fakultas Teknik Unversitas Brawijaya 2001)
m.h fg Ac.I T .t
Dimana:
2. Energi yang hilang dari kolektor
m = Massa air suling ( kg / jam )
QLosses = UL . Ac . ( Tp – Ta )
hfg = Panas laten untuk penguapan ( kj / kg )
Dimana :
Ac = Luas plat penyerap ( m2 )
ULosses = Koefisien perpindahan panas total (
IT = Intensitas radiasi matahari ( W / m2 )
W / m2. oC )
t =Lama waktu pengujian ( jam )
Tp = Temperatur plat penyerap ( oC ) Ta = Temperatur lingkugan ( oC ) 2
Ac = Luas plat penyerap ( m )
4. Analisa Pembahasan Pengujian Dengan Volume Air laut 5 liter Tabel 4.1. Data pengujian pada hari pertama
yang disebabkan oleh cuaca yang cerah dan intensitas
yang
sangat
tinggi
yaitu
586,96W/m2. Kemudian dari jam 13.00 intensitas menurun perlahan-lahan sampai jam 17.00, dimana produktivitas yang dihasikan juga ikut menurun. Ini disebabkan oleh kecepatan angin, dan sedikit awan yang 4.1 Hubungan antara waktu, intensitas matahari (IT) dan produktivitas kondensat (M) dengan volume air 5 liter
menutupi radiasi matahari, sehinga radiasi matahari sampai ke kolektor juga ikut menurun.
Kemudian
produktivitas
kondensat minimum terdapat pada jam 17.00 WIB sebesar 10 ml/30
menit
dengan
intensitas 253,46 W/m2 sebab pada saat itu cuaca berawan dan awal dari peningkatan temperature pada basin. Ini membuktikan bahwa awal dari peningkatan produktivitas untuk mencapai hasil produktivitas yang lebih banyak. Gambar 4.1 Grafik hubungan antara waktu,
Banyaknya produktifitas
dipengaruhi oleh intensitas matahari yang
intensitas dan produktivitas pada
sampai
ke
kolektor.
Semakin
tinggi
hari pertama
intensitas yang didapat maka semakin tinggi pula produktivitas yang dihasilkan, begitu
Pada gambar 4.1 terlihat bahwa
juga sebaliknya semakin rendah intensitas
mulai dari jam 10.00 intensitas matahari
matahari yang didapat maka produktivitas
terus meningkat dan hasil produktivitas juga
yang dihasilkan menjadi semakin rendah.
meningkat. Intensitas yang efektif
untuk
Dapat dilihat intensitas rata-rata surya yang
menghasilkan peroduktivitas yaitu dari jam
diterima oleh kolektor yaitu 413,54W/m2,
11.00 sampai jam 15.00. Dari waktu yang
bisa menghasilkan produktivitas kondensat
efektif tersebut didapatkan produktivitas
sebanyak 939 ml/7,5 jam.
yang maksimum, yaitu pada jam 12.00 WIB dengan jumlah produktivitas 154 ml/30menit
produktifitas
56.68 gram itu menandakan cuaca yang
kondensat (ml) dan kadar garam (PH)
cerah dan intensitas matahari yang sangat
(gram) dengan volume air 5 liter
tinggi,dan
4.2
Hubungan
antara
pada
hari
keenam
juga
mendapatkan hasil produktifitas kondensat yang tinggi yaitu 952 ml/hari dan kadar garam PH nya 56.68 gram juga menandakan intensitas matahari mencapai tingkat yang tinggi.Banyaknya produktifitas dipengaruhi oleh intensitas matahari yang sampai ke kolektor. Semakin tinggi intensitas yang didapat
maka
semakin
tinggi
pula
produktivitas yang dihasilkan, begitu juga Gambar 4.2 Grafik hubungan antara produktifitas kondensat (ml) dan kadar
sebaliknya
semakin
rendah
intensitas
matahari yang didapat maka produktivitas yang dihasilkan menjadi semakin rendah.
garam (PH) (gram)
Dapat Pada gambar 4.2 terlihat bahwa pada hari pertama produktifitas kondensat 939 ml/hari dan kadar garam PH 56.68 gram
dilihat
intensitas
rata-rata
produktifitas kondensat yaitu 0.74 ml/hari bisa
menghasilkan
kadar
garam
PH
sebanyak49.595 gram/hari.
terus pada hari kedua terjadi penurunan produktifitas kondensat 207 ml/hari dan kadar garam 42.51 gram itu terjadi karena cuaca kurang cerah atau berawan dan pada hari ketiga produktifitas kondensat kembali naik 341 ml/hari dan kadar garam nya 42.51 gram
kemudian
pada
hari
keempat
produktifitas kembali naik 871 ml/hari dan kadar garam PH nya 42,51 gram,kemudian pada hari kelima produktifitas kondensat naik mencapai hasil produktifitas yang lebih baik 1091 ml/hari dan kadar garam PH
4.3 Hubungan antara produktifitas kondensat (ml), kadar garam (PH) (gram) dan waktu IT dengan volume air 5 liter
yang tinggi yaitu 952 ml/hari dan kadar garam PH nya 56.68 gram juga menandakan intensitas matahari mencapai tingkat yang tinggi.Banyaknya produktifitas dipengaruhi oleh intensitas matahari yang sampai ke kolektor. Semakin tinggi intensitas yang didapat
maka
semakin
tinggi
pula
produktivitas yang dihasilkan, begitu juga Gambar 4.3 Grafik hubungan antara
sebaliknya
semakin
rendah
intensitas
produktifitas kondensat (ml), kadar garam
matahari yang didapat maka produktivitas
(PH) (gram) dan waktu IT
yang dihasilkan menjadi semakin rendah. Dapat
Pada gambar 4.3 terlihat bahwa pada
dilihat
intensitas
rata-rata
produktifitas kondensat yaitu 0.74 ml/hari
hari pertama produktifitas kondensat 939
bisa
menghasilkan
kadar
ml/hari dan kadar garam PH 56.68 gram
sebanyak49.595 gram/hari.
garam
PH
terus pada hari kedua terjadi penurunan produktifitas kondensat 207 ml/hari dan kadar garam 42.51 gram itu terjadi karena
5. Kesimpulan
cuaca kurang cerah atau berawan dan pada
5.1 Kesimpulan
hari ketiga produktifitas kondensat kembali
Dari hasil pengujian dan pengolahan
naik 341 ml/hari dan kadar garam nya 42.51
data destilasi surya menggunakan kolektor
gram
plat datar
kemudian
pada
hari
keempat
produktifitas kembali naik 871 ml/hari dan kadar garam PH nya 42,51 gram,kemudian
menggunakan kaca penutup
miring, diperoleh kesimpulan bahwa : 1. Intensitas radiasi matahari sangat
pada hari kelima produktifitas kondensat
mempengaruhi
produktivitas
naik mencapai hasil produktifitas yang lebih
bersih yang dihasilkan pada kolektor.
baik 1091 ml/hari dan kadar garam PH
Dari hasil pengujian didapat hasil
56.68 gram itu menandakan cuaca yang
perbandingan
cerah dan intensitas matahari yang sangat
dengan kondensat yang dihasilkan.
antara
air
intensitas
juga
2. Dari hasil pengujian yang dilakukan
mendapatkan hasil produktifitas kondensat
nilai produktivitas kondensat yang
tinggi,dan
pada
hari
keenam
yang tertinggi adalah pada hari
174 ( 2005 ) 23-37, Physics
kelima yaitu dengan hasil kondensat
Departmen, Faculty of Science,
1091 ml dengan rata-rata 72,73
Tanta University.
ml/30menit dimana intensitas cahaya rata-rata 503,80 W/m².
Holman J.P, 1984, “Perpindahan Kalor”, Erlangga, Jakarta.
kondensat
Jafri, Adrian, 2008, “Kaji eksperimental
mempengaruhi nilai larutan garam
sistem destilasi tenaga Surya tipe
yang ada didalam basin, dimana
basin
semakin hari nilai larutan garam
pemanas”,
yang ada semakin hari semakin
Teknik
tinggi. Hal ini disebabkan oleh
Hatta, Padang.
3. Nilai
produktivitas
terjadinya
kondensasi
yang
menggunakan
kolektor
Tugas Akhir Jurusan
Mesin,
Universitas
Bung
Marsal, 2006, “Optimasi Alat Uji Desalinasi
mengakibatkan berkurangnya kadar
Air
air pada larutan garam sehingga
Menggunakan Tenaga Surya Tipe Dua
tingkat
Kaca Miring”, Tugas Akhir Jurusan
keasaman larutan garam
Laut
Menjadi
semakin tinggi. Tingkat keasaman
Teknik
pada larutan garam
Hatta, Padang.
(PH) yang
didapat pada penelitian ini adalah 8,7 %.
Mesin,
Air
Universitas
Tawar
Bung
2008,
“Studi
Eksperimental
Desalinasi
Surya
Mengunakan
Masfan,
Kolektor Plat Datar Dengan Triple-
DAFTAR PUSTAKA
Basin”, Tugas Akhir Jurusan Teknik Arismunandar
W,
Rekasaya
1995.
Surya”,
PT.
“Teknologi Pradnya
Mesin,
Universitas
Bung
Hatta,
Padang. Sujito.2001 “Penelitian Penyerap Surya
Paramita, Jakarta. Duffie, John A dan Beckman, W. A.,2006.
Untuk Peralatan Desalinasi Air Laut
“Solar Enginnering Of Thermal
Jenis Solar Still” , Fakultas Teknik
Processes”, Jon Willey & Sons,
Universitas Brawijaya. (http://www.kamase.org)
Canada. El-Sebari
A.A,
2005.
“Thermal
Performance of a Triple-Basin Solar Still”, Jurnal Desalination
(http://www.solar energy.com.
