ISSN NO: l4l2-29o1
PROCEEDING
SEMINAR NASIONAL
ENERGI & MANAJEMEN
EU
-
2OO5
Indonesia Small Project Facility in Economic Co-operation
-clmSabtu, 26 November 2005 RUANG SEMINAR JURUSAN TEKNIK MESIN FT - UNSYIAH
TEKNIK KONVERSI ENERGi JURUSAN TEKNIK MESIN. FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SYIAH KUALA DARUSSALAM. BANDA ACEH 2377L
+
Seminar Energi dan Manajernen 2005
Banda Aceh, 26 November 2005
l|nitia
Pengarah :
Ih- Ir. Aimad Syrhad4 M.Sc t- Jalaluddin Yunus, MT L Darwin Harun, MT Dr. Mahidin, ST, MT
(TeMk Mesin) (Telaik Mesin) (Teknik Mesin) (Teknik Kimia) (Teknik Eleldrc) @appeda NAD) (Distamben)
Dr- h- Syalrial, M. Eng Taufiqurrahman, SP, MM h- Saflvan, M.Si
?.nitia Pelakana
:
Ketua
:
Dr.lr. Khairil, MT
S€ketaris
:
Ir. Hamdani, MT
Bendahara
: Ir. Jalaluddin Jamil,
Sekretariatariat
E&M
MT
2003 :
Laboratorium Pembakaran Jurusan Teknik Mesin Universitas Syiah Kuala Darussalam Banda Aceh
-
231
Telp dan Fa'{ (0651) 7428420 E mail
[email protected]
1
I
D
{!'-fAR lsl Halaman
k:rtr I'cngantar
ll
Def ar Isi
iii
\laLa lah l ang Diseminarkan Rigulrsi fncrgi da eran purerrnlahi;ardh Mahidin, Khairit, Taufiqurrahman dan Safiyan I
;,, uuKungan I I n Ut UJtarn l,cn) usunan
Profil Fncrgi Dacrah dan l'erencanaan Enersi Dacrah Mclalui program Eu_lndonesia Small Project Facility in Fconomic Cooperafion Akbmad Taufik
tAD
Kchilal,un fcmhcn.,unlr fnergi di Propirr.i Slafri Gani dan Taufiqurrahman Rencana Umum Penyealuun
finaga f-ist.it
aarl
Danf Embang Perlumbuhan Produksi da" fonsL,tt si
Rifa Rufiadi
tn-gi
Perkembangan Produksi dan Konsumsi
NAD. Irrvansyah
di
fenj^Grnya l-pinS Nal
Energ-ektor M[as dipropirri 57
Prorll Produlsi dan Di,!ribu,i I N(,,\rur. Jailani Ibrahim
fnr"!i AltcmatiI lJerbrsi. Dahan leroaha.ui Marwan
76
Potensi Etlergi AngiD dan Pengaruh Lairuryu Pasca Tsunami 2004 di Aceh
88
Ahmad Syuhada
net Jalaluddin Yunus Altemative Encrgy Sources and Utilizarion in Na:relr;e Darussalanl: An Energy Policy Approach II. Husnawan, Hamdari, Jnlaluddin and Khairil
llt
A;h t06
Poster Scssions Pengaruh Kemiringan Kaca Penutup Terhadap Pfoduksi Distilasi Tenaga Matahari
Dar-win Harun
1V
Air 113
PENGARUH KEMIRINGAN KACA PENUTUP TERHADAP PRODUKSI DISTILASI AIR TENAGA MATAHARI DARWIN Laboratorium Teknik Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Syiah Kuala Darussalam Banda Aceh 23111, E-mail :
[email protected] Abstrak Distilasi surya tipe kolam tunggal dengan luas 1 m x 0,8 m yang didesain dengan permukaan bagian bawah terbuat dari semen padat (beton) dan penutup terbuat dari kaca transparan dengan tebal 3 mm yang dimiringkan dengan sudut 14, 16, 18 dan 20 terhadap garis horizontal dengan kedalaman air 0,6 cm, 0,8 cm, 1,0 cm, 1,2 cm dan 1,4 cm. Pengujian mengukur produktivitas air distilat yang dihasilkan dan distribusi temperatur pada tiap unit distilator surya. Distribusi temperatur yang diukur adalah temperatur air, kaca, ruang dan lingkungan. Semakin tinggi temperatur air maka semakin banyak pula produksi distilat yang dihasilkan seiring naiknya temperatur lingkungan. Semakin tinggi kedalaman air maka produktivitas distilat semakin berkurang. Hasil eksperimen menunjukkan bahwa pada sudut kemiringan kaca 16 mampu menghasilkan produksi distilat yang tertinggi dengan produksi distilat rata-rata 0,1568 liter per jam
Kata kunci : distilator surya, kemiringan kaca penutup, produktivitas
1. PENDAHULUAN Bahan bakar fosil yang semakin menipis serta peningkatan kesadaran manusia akan pentingnya lingkungan yang bersih, sehat dan bebas polusi mengarahkan manusia pada pemanfaatan energi alternatif yang tidak hanya terbarukan, tetapi juga yang bersahabat dengan lingkungan. Salah satu caranya adalah dengan menggunakan energi surya. Indonesia adalah salah satu negara yang terletak di daerah tropis, maka wilayah Indonesia mempunyai potensi yang cukup besar untuk mengembangkan pemanfaatan energi matahari. Air merupakan zat yang sangat penting dalam kehidupan sehari-hari, dimana kebutuhan air bersih sekarang meningkat karena bertambahnya jumlah penduduk. Disamping itu akibat eksploitasi air tanah yang terus menerus, saat ini persediaan air sudah mencapai ambang batas Dengan memperhatikan hal tersebut di atas, maka di sini akan dikaji suatu alat distilasi air tenaga matahari yang efisien dengan cara mengubah kemiringan sudut kaca penutup Penelitian ini menggunakan alat uji distilasi matahari tipe atap (roof-type solar still) dengan satu cover plat dipasang miring ke sisi timur. Alat uji dibuat dari papan, dengan dasar beton tebal 160 mm, dengan penutup kaca transparan (cover plat) tebal 3 mm. Disini akan dibandingkan empat unit 113
distilator surya dengan kemiringan kaca yang bervariasi, masing-masing 14o, 16o, 18o, dan 20o. Sistem dibuat sama halnya dengan sistem yang telah ada sebelumnya. Sistem ini juga dapat dibuat untuk kebutuhan satu orang atau lebih. Distilasi saat beroperasi hanya menggunakan energi matahari, dan mampu memisahkan air dari zat terlarut. 2. TEORI DASAR Matahari adalah sebuah bola gas yang sangat panas dengan diameter 1,39 x 109 m dan berada pada jarak rata-rata 1,495 x 1011 m dari bumi. Jarak terpendek dan terjauh adalah 1,45 x 1011 m dan 1,54 x 1011 m yang masing-masing terjadi pada 21 Desember dan 22 Juni. Radiasi termal yang dipancarkan matahari ekuivalen dengan blackbody bertemperatur 5762 K. Sedangkan temperatur inti matahari diperkirakan mencapai 8 x 106 hingga 40 x 106 K dan density matahari sekitar 100 x densiti air (atau = 105 kg/m3). Laju energi yang diemisikan oleh matahari mencapai 3,8 x 1023 kW. Dari total energi yang diemisikan tersebut, 1,7 x 104 kW yang diterima oleh bumi. Dari jumlah ini, 30 % dipantulkan kembali ke angkasa, 47 % dikonversikan menjadi kalor dengan temperatur rendah, 23 % diberikan untuk proses evaporasi biosphere, dan kurang dari 5 % merupakan bentuk
energi angin, gelombang laut dan proses fotosintesa. Beberapa penelitian tentang distilasi air yang telah dilakukan diantaranya, Kobayashi [1963] melakukan penelitian tentang penyulingan air tanah dengan energi surya dekat Tokyo, Jepang, dan di gurun pasir Quetta Pakistan. Hasil analisa yang dilakukan oleh laboratorium kesehatan Tokyo menunjukkan bahwa air distilat mengandung bahan kimia yang lunak dengan tanpa kekerasan dan pH = 6,5 . Semua ion-ion yang diuji berada dalam batas-batas yang aman. Hasil dari pengujian ini, berupa distilat air tanah, dimana telah direkomendasikan sesuai digunakan untuk keperluan medis, bahan kimia, untuk aki dan untuk konsumsi manusia. Menurut Duffie [1980], sudut kemiringan kaca penutup harus cukup menjamin agar surface tension of water akan mengakibatkan air mengalir turun ke saluran penampung tanpa menetes kembali ke dalam basin. Peralta, Skergan dan Marx [1984] telah melakukan penelitian pada distilasi air dengan memanaskan tanah lembab. Distilasi dengan pantulan yang pendek produksinya lebih berpengaruh dibandingkan dengan distilasi yang pantulannya panjang. Hanya bentuk-bentuk linear yang dapat diprediksi pada tingkat kepercayaan 5 % Ranjha, Peralta dan Skergan [1985] telah melakukan penelitian pada distilasi air tanah didasarkan pada efek rumah kaca, dengan tinggi 20 cm. Luas permukaan tanah lembab di dalam distilasi adalah 0,67 m2, dan sisi bagian dalam dilapisi dengan lembaran aluminium halus dan dapat memantulkan cahaya. Sudut kemiringan kaca penutup 16 derajat terhadap bidang horizontal. Hanya bentuk-bentuk linear yang digunakan dalam analisa regresi pengaruh kadar kelembaban, radiasi matahari dan temperatur maksimum dan minimum terhadap hasil distilasi. Semuanya berpengaruh pada tingkat keyakinan 5 % El-Bassuoni [1985] telah melakukan penelitian pada sebuah distilasi yang dimodifikasi, dimana bila produksi malam hari diperhitungkan maka efisiensi akan meningkat. Secara normal temperatur basin>temperatur air>temperatur kaca >temperatur ambient, kecuali setelah melewati puncak radiasi matahari, dimana temperatur basin mendekati atau sama dengan temperatur air Samy M. Elsherbiny and Hassan. S. E. Fath [1992] telah melakukan penelitian secara teoritis pada sebuah basin distilasi sederhana di daerah Mesir. Pengamatan selama setahun diperoleh bahwa produktifitas distilasi sangat tergantung pada radiasi matahari dan temperatur ambient.
Produktifitas distilasi perhari bervariasi antara 1,1 s/d 5,2 kg/m2, dan efisiensi distilasi matahari bervariasi antara 0,34 s/d 0,49. Total radiasi matahari perhari berubah dari 2,94 s/d 8,75 kWh/m2. Total produksi distilasi perhari bertambah dengan berkurangnya kedalaman/tinggi air dan bertambahnya ketebalan isolasi. Pengaruh meningkatnya kecepatan angin relatif kecil terhadap pengurangan produktifitas distilasi. Laju produksi maksimum terjadi setelah puncak radiasi matahari. Kemiringan kaca penutup dan jarak antara air ke kaca penutup sedikit berpengaruh terhadap produktifitas distilasi. Penutup plastik tidak dapat menggantikan kaca penutup karena plastik kemampuan transmisinya lebih rendah pada radiasi matahari gelombang pendek dan kemampuan trasmisinya lebih tinggi pada radiasi gelombang panjang. Menurut Jansen [1995], radiasi surya adalah radiasi gelombang pendek yang diserap oleh pelat penyerap kolektor surya dan diubah menjadi panas. Kerugian radiasi ini dapat dikurangi dengan cara menggunakan permukaan selektif yang memiliki harga absorpsivitas yang tinggi dalam daerah panjang gelombang yang pendek dan harga emisivitas yang rendah dalam daerah panjang gelombang yang panjang (inframerah). Salah satu diantaranya adalah krom hitam yang mempunyai harga = 0,90 dan = 0,12 Ari Kesuma [1999] telah melakukan penelitian dengan judul Analisa Transient Performansi Alat Distilasi Air Garam yang terbuat dari Plat Beton. Dari penelitian ini diperoleh kesimpulan bahwa, alat distilasi air garam plat beton ini dapat beroperasi dengan menggunakan water treatment yang konsentrasi NaCl-nya 3,6 molar dan menghasilkan produktivitas garam 20,4 % lebih tinggi dibandingkan dengan proses tradisional. Efisiensi rata-rata harian alat distilasi air garam bervariasi antara 16 % sampai 27 % pada interval bulan Mei 1999 sampai bulan Juli 1999 qr,g-a qc,g-a
Ta
G
Tg qr,w-g qc,w-g qe
ρw,τg,G
αw,τg,G Tw
Gambar 1. Sistem Distilasi Surya tipe kolam tunggal
114
Persamaan keseimbangan energi pada air di dalam basin dapat ditulis sebagai berikut : dT G qe q r , w g qc , w g q k (mC p ) w w d
distilasi 80 cm x 100 cm dengan tebal kaca penutup 0,3 cm, tebal isolasi styrofoam 5 cm. Alat ukur yang digunakan adalah : Thermocouple type K, display, thermometer air raksi 100 ºC dan gelas Ukur, Penempatan Alat Ukur seperti ditunjukkan pada gambar (2).
Keseimbangan energi pada kaca penutup dapat ditulis sebagai berikut :
q e q r , w g q c , w g q c , g a q r , g a Perpindahan panas secara radiasi terjadi pada bagian bawah kaca dapat ditulis sebagai berikut :
T kaca
qr , w g 0,9 (Tw Tg ) 4
T1 T2 T3 T4 T5
4
Perpindahan panas secara konveksi dapat ditulis sebagai berikut :
T ruang T air
qc, w g hc (Tw Tg ) '
T permukaan
Dimana :
V
Pw Pg Tw hc 0,884 Tw Tg 2016 P w
1/ 3
'
Gambar 2
Efisiensi distilasi secara eksperimental
Penempatan Alat Ukur
4. HASIL DAN PEMBAHASAN
.
i
m p h fg
Distilasi air dengan kaca penutup tunggal dibuat dengan arah yang sama tetapi sudut kemiringan kaca berbeda pada masing-masing unit distilator, dimana diperoleh laju produk distilat yang berbeda. Hal ini disebabkan karena kemiringan kaca penutup dapat mempengaruhi terhadap jarak antara air ke kaca penutup, sudut transmisi, refleksi dan absorpsi intensitas radiasi matahari pada kaca penutup berbeda sehingga penerimaan pada distilator tipe basin berbeda, proses pengembunan dan laju aliran kondensat pada permukaan bawah kaca penutup sampai ke saluran penampung juga akan berbeda.
G
3. METODE PENELITIAN Dalam melaksanakan pengujian proses penyulingan air dengan menggunakan kolektor plat datar sebagai penghimpun panas untuk menghasilkan performansi distilat yang terbaik salah satunya yaitu dengan membandingkan kemiringan kaca penutup pada distilasi air dengan menggunakan tenaga matahari. Pengujian ini dilakukan dengan membandingkan kemiringan kaca penutup distilasi terhadap laju produksi air yang dihasilkan dari keempat unit distilator pada waktu dan tempat yang sama. Pengujian dilakukan mulai pagi hari (pukul 09:00) sampai dengan pukul 18:00 WIB Pertama basin dikuras dan diisi kembali sebelum melakukan pengujian, pengambilan data pengujian dilakukan setiap interval waktu 30 menit. Kedudukan destilator terletak pada 7,24 0 LS dan 112,76 0 BT Peralatan yang dipergunakan dalam penelitian ini adalah : empat unit distilasi air tipe basin dengan ukuran yang sama, perbedaannya pada kemiringan kaca penutup yaitu 14o, 16o, 18o dan 20o, sisi bagian dalam di cat hitam, luas permukaan
Produksi air distilat (cc)
140 120 100 80 60 40 20
9:
00 9: 30 10 :0 0 10 :3 0 11 :0 11 0 :3 0 12 :0 0 12 :3 0 13 :0 0 13 :3 0 14 :0 0 14 :3 0 15 :0 0 15 :3 16 0 :0 0 16 :3 0 17 :0 0 17 :3 0 18 :0 0
0
Jam Sudut 14o (cc)
Sudut 16o (cc)
Sudut 18o (cc)
Sudut 20o (cc)
Gambar 3 Produksi air distilat dengan sudut kemiringan kaca 14o, 16o, 18o dan 20o pada kedalaman air 0,8 cm tanggal 22 Juni 2004
115
Pemilihan data diambil yang terbaik dari sekian banyak pengujian yang dilakukan. Data yang dibahas yaitu tanggal 22 Juni 2004 seperti pada Gambar (3), dimana laju evaporasi pada proses distilasi air menunjukkan suatu kecenderungan yang meningkat pada siang hari. Laju evaporasi
diatas temperature ruang dan kaca penutup, hal ini karena beton dan air memiliki sifat menyimpan energi yang lebih baik dibandingkan air di dalam distilator. Tabel 1. Pengaruh sudut kaca penutup terhadap produk distilat dengan ketinggian air 0,8 cm antara jam 09.00 – 18.00 WIB pada tanggal 22 Juni 2005
tertinggi dicapai beberapa saat setelah puncak kuat cahaya. Produksi air distilat maksimum antara
Sudut kaca penutup (o )
jam 13.30 sampai dengan jam 14.30. berkisar 252 cc per jam sampai dengan 300 cc per jam. Produk distilat rata-rata tertinggi terjadi pada kemiringan kaca penutup 16° dibandingkan dengan sudut kemiringan kaca penutup lainnya. Temperatur (oC)
60 50 40 30 20 10
T kaca oC
T air oC
T ruang oC
T surface oC
T1 oC
18
64,4
14o
59,5
60
Jam T ambient oC
78,4
o
70
9: 00 9: 30 10 :00 10 :30 11 :00 11 :30 12 :00 12 :30 13 :00 13 :30 14 :00 14 :30 15 :00 15 :30 16 :00 16 :30 17 :00 17 :30 18 :00
0
69,5
o
Kemiringan kaca penutup dapat mempengaruhi produksi distilasi per hari, pada hari yang sama, perbandingan temperatur air tiap unit distilator ditunjukkan pada gambar (7).
Temperatur (oC)
140 125 110 95 80 65 50 35 20 5 -10
70
14o 16
Prod air distilat (cc)
80
Total produk per 0,8 m2 (ml)
50 40 30 20
Prod air Sudut 16o (cc)
T air sudut 14o oC
T air sudut 16o oC
T air sudut 18o oC
T air sudut 20o oC
10
Gambar 4 Grafik distribusi temperatur dengan sudut kemiringan kaca 16o dan kedalaman air 0,8 cm (22 Juni 2004)
9: 00 9: 30 10 :0 10 0 :3 11 0 :0 11 0 :3 12 0 :0 12 0 :3 13 0 :0 13 0 :3 14 0 :0 14 0 :3 15 0 :0 15 0 :3 16 0 :0 16 0 :3 17 0 :0 17 0 :3 18 0 :0 0
0
Jam
Radiasi surya yang merupakan energi input maksimum pada jam 11:30 waktu lokal, dan berakhir pada jam 17:00, Energi ini sebagian langsung diberikan ke air, dan sebagian lagi tersimpan pada kolektor beton sebagai heat capacitance. Mulai jam 09.00 sampai dengan 13.30 temperatur ruang distilator>temperature air>temperatur kaca , tetapi setelah itu temperatur air>temperatur ruang distilator>temperatur kaca, hal ini menunjukkan bahwa setelah jam 13.30 intensitas matahari mulai menurun, sehingga air menerima panas dari lapisan beton pada dasar basin, disamping itu air mempunyai kemampuan menyimpan panas lebih baik dibandingkan udara di dalam distilator, sedangkan beton mempunyai kemampuan menyimpan pana Pada jam 18.00 distilasi masih memproduksi air suling meskipun intensitas matahari nol, temperature air masih
Gambar 5 Grafik perbedaaan temperatur air terhadap waktu pada unit distilator surya dengan kedalaman air 0,8 cm (22 Juni 2004)
Pada model percobaan dengan kemiringan kaca penutup 16o, rata-rata temperatur air yang
dihasilkan lebih tinggi dibandingkan dengan kemiringan kaca penutup 14o, 18o dan 20o yaitu rata-rata sebesar 52,5 oC. Kenaikan temperatur tertinggi terjadi jam 14:00. Hal ini menunjukkan bahwa semakin tinggi temperatur yang dihasilkan maka semakin tinggi pula penguapan air yang akan terjadi. Sebaliknya temperatur kaca yang dihasilkan pada kemiringan kaca 160 lebih kecil dibandingkan dengan kemiringan kaca penutup 14o, 18o dan 20o. Hal
ini dapat menyebabkan penguapan yang terjadi semakin tinggi. Berkurangnya temperatur disebabkan oleh angin yang bertiup disekitar lokasi pengujian, ditunjukkan pada Gambar 6. 116
besar antara uap air di dalam ruang distilasi dan kaca penutup. Disamping itu perpindahan panas secara radiasi dan konveksi juga akan meningkat didalam ruang distilasi. Bila kaca penutup dianggap sebagai sistem, untuk kondisi steady, perpindahan panas radiasi, konveksi dan evaporasi dari air ke kaca penutup bagian dalam akan terus meningkat hingga tengah hari. Produksi air maksimum terjadi satu atau dua jam setelah tengah hari atau sesudah temperatur air mencapai maksimum. Temperatur kaca
60
Temperatur (oC)
50 40 30 20 10
T kaca sudut 14o oC
T kaca sudut 16o oC
T kaca sudut 18o oC
T kaca sudut 20o oC
9: 00 9: 30 10 :00 10 :30 11 :00 11 :30 12 :00 12 :30 13 :00 13 :30 14 :00 14 :30 15 :00 15 :30 16 :00 16 :30 17 :00 17 :30 18 :00
0
Jam
Gambar 6 Grafik perbedaaan penutup kaca terhadap waktu pada unit distilator surya dengan kedalaman air 0,8 cm, (tangggal 22 Juni 2004).
60
Temperatur (oC)
50
Diamati pada pukul 09:00 temperatur kaca tertinggi mencapai 37 oC, dan yang terendah 35 oC. Pada siang hari tepat jam 12:00 temperatur kaca penutup mencapai tertinggi 55 oC pada kemiringan 200, dan terendah pada kemiringan kaca 160 yaitu 52 oC. Data ini menunjukkan bahwa semakin tinggi selisih temperatur air dan kaca penutup maka semakin tinggi produksi air yang dihasilkan. Temperatur air yang dihasilkan pada kemiringan kaca penutup 160 lebih tinggi namun sebaliknya temperatur kaca penutup lebih keccil dibandingkan dengan kemiringan kaca penutup 14o, 18o dan
9: 00 9: 30 10 :00 10 :30 11 :00 11 :30 12 :00 12 :30 13 :00 13 :30 14 :00 14 :30 15 :00 15 :30 16 :00 16 :30 17 :00 17 :30 18 :00
Jam T surface oC
T storage ( oC) T1
T storage ( oC) T2
T storage ( oC) T3
T storage ( oC) T4
T storage ( oC) T5
Gambar 8 Grafik distribusi temperatur pada permukaan storage (diukur tiap ketebalan 3 cm) dengan sudut kemiringan kaca 16o dan kedalaman air 0,8 cm (tanggal 22 Juni 2004).
Temperatur permukaan (Ts) pada pagi hari sampai tengah hari selalu lebih tinggi dibandingkan dengan temperatur storage (T1, T2, T3, T4 dan T5), karena permukaan berada pada bagian paling atas storage sehingga dapat langsung menyerap panas dari air yang diperoleh dari transmisi energi matahari oleh kaca. Sedangkan storage berada pada bagian dalam permukaan dan memiliki ketebalan sehingga Pada pagi hari temperatur T1 lebih tinggi daripada temperatur storage lainnya karena T1 langsung terletak pada bagian paling atas storage. Energi panas storage diterima dari permukaan diatas storage. Panas yang diterima terus ditransfer sampai keseluruh storage. Pada sore hari pancaran sinar matahari mulai berkurang dan temperatur disekitarnya juga turun, hal ini menyebabkan temperatur storage (T1) memberikan panas ke air menyebabkan temperatur storage (T1) juga turun. Temperatur pada bagian paling bawah storage semakin sore lebih tinggi dibandingkan temperatur storage yang berada pada bagian atas karena temperatur storage T5 terletak lebih jauh dari. Storage T5 hanya mentranfer panas pada bagian storage diatasnya T4, dan selanjutnya
0.5 0.45 0.4 q (W/m2)
20
0
160 seperti ditunjukkan pada gambar grafik (6) berikut ini :
0.35 0.3 0.25 0.2 0.15 0.1 0.05 9: 00 9: 3 10 0 :0 0 10 :3 0 11 :0 11 0 :3 0 12 :0 0 12 :3 13 0 :0 0 13 :3 14 0 :0 0 14 :3 0 15 :0 15 0 :3 0 16 :0 0 16 :3 17 0 :0 0 17 :3 0 18 :0 0
0
Jam
q radiasi (kW/m2)
30
10
20o. Berdasarkan dari perhitungan dihasilkan quap yang tinggi pada kemiringan kaca penutup
q uap (kW/m2)
40
q konveksi (kW/m2)
Gambar 7 Grafik Perbandingan perpindahan panas secara konveksi, radiasi dan penguapan dari air ke kaca penutup (22 Juni 2004)
Proses evaporasi – kondensasi meningkat karena adanya perbedaan temperatur yang semakin 117
demikian juga hingga panas yang ditranfer tersebut dapat membantu penguapan air. Temperatur kaca seperti yang telah dijelaskan sangat dipengaruhi oleh banyaknya sinar diterima oleh kaca yang kemudian ditransmisikan ke air dan basin dan juga sangat dipengaruhi oleh kecepatan angin. Kita membandingkan temperatur kaca pada tiap unit distilator pada kemiringan 14o, 16o, 18o, dan 20o. kita asumsikan temperatur kaca seragam pada 1 unit distilator. Cara membandingkannya yaitu menganggap bahwa kecepatan angin dan panas yang diterima sama. Gambar 4.4, memperlihatkan distribusi temperatur yang dihasilkan pada kemiringan sudut kaca yang berbeda. Rata-rata produksi air semakin tinggi bila kedalaman air juga rendah. Namun juga sangat tergantung pada temperatur lingkungan pada saat pengujian, seperti diperlihatkan pada tabel 2 dan 3 :
5. PENUTUP Berdasarkan hasil analisa data, dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Distilasi surya menghasilkan produksi air terbesar pada sudut kemiringan kaca 16o yaitu 1490 cc/hari. Dengan temperatur lingkungan yang tinggi dan intensitas cahaya matahari yang tinggi. 2. Semakin tinggi temperatur air yang dihasilkan semakin tinggi pula penguapan yang terjadi di dalam distilator surya, sedangkan temperatur kaca
semakin
berkurangnya
rendah,
seiring
kecepatan
dengan
angin
dan
peningkatan temperatur lingkungan.
Tabel 2 Rata-rata produksi air pada hari yang berbeda 29 Mei '04
14 Juni ' 04
22 Juni '04
2 Agust ' 04
4 Agust ' 04
3. Semakin tinggi kedalaman air maka semakin
1,4 cm
1 cm
0,8 cm
0,6 cm
1,2 cm
kecil produksi air yang dihasilkan. Karena
Total Prod air distilat
1249 cc
1449 cc
1490
1461
1353
kapacitansi panas dalam air akan semakin
Rata-rata Produksi air
65,7 cc / 30 min
76,3 cc / 30 min
78,4 cc / 30 min
76,9 cc / 30 min
71,2 cc / 30 min
Tanggal
Rata-rata temperatur air
49,1 C
51,1 C
52 C
51,4 C
50,7 C
Rata-rata temperatur ambient
33,4
34
34,5
34,2
33,8
o
o
o
o
besar dengan kedalaman yang semakin tinggi pula.
o
4. quap rata-rata yang di hasilkan pada kemiringan kaca 16o lebih tinggi dari kemiringan kaca lainnya, sehingga semakin besar penguapan semakin
Tabel 3 Rata-rata produksi distilat pada temperatur ambient yang sama (22 Juni 2004) 22 Juni ' 04
22 Juni ‘04
22 Juni ' 04
22 Juni ' 04
22 Juni ' 04
1,4 cm
1,2 cm
1 cm
0,8 cm
0,6 cm
Total Prod air distilat
1290 cc
1381 cc
1470.3 cc
1490 cc
1474 cc
Rata-rata Produksi air
69,6 cc / 30 min
73 cc / 30 min
77,6 cc / 30 min
78,4 cc / 30 min
77,8 cc / 30 min
34,5
34,5
34,5
34,5
34,5
Tanggal
Rata-rata temperatur ambient
besar
pula
produksi
air
yang
dihasilkan seiring dengan meningkatnya qradiasi dan qkonveksi yang terjadi di dalam distilator surya dari air ke kaca. 5. kerugian panas total dari kaca ke lingkungan sebesar 0,074 kW/m2 6. DAFTAR NOTASI cp
Pada temperatur lingkungan (ambient) yang sama pada tanggal 22 Juni 2004 dapat menghasilkan produksi yang tinggi yaitu 1490 ml/hari. Pada malam hari storage menyuplai panas yang tersimpan ke air, sedangkan panas dari energi matahari sudah tidak ada lagi. Maka dari itu pada malam hari produksi air masih dapat dihasilkan.
dt dx dTg, dTp, G
118
= panas spesifik kaca penutup, [J/kg oC] = selisih waktu = tebal plat = perbedaan temperatur kaca penutup, plat kolektor [C] = iradiasi surya total yang menimpa sistem sistem [W/m2]
hc,g-a hfg hm
k K L mg, mp, mw D m
Nu qc,w-g, qr,w-g
qc,g-a, qr,g-a qe, qevap
= koefisien perpindahan panas konveksi dengan udara luar [W/m2.K] = panas laten penguapan air [J/kg] = koefisien perpindahan massa konveksi [m/s] = konduktivitas panas [W/mK] = katup pengatur pemasukan air ke dalam distilasi = tebal bahan [m] = massa kaca penutup, plat kolektor, air, lapisan tipis air [kg] = laju evaporasi, dianggap sebagai laju distilasi [kg/s] = bilangan Nusselt = perpindahan panas konveksi, radiasi dari air ke kaca penutup [watt/m2] = kehilangan panas secara konveksi, radiasi dari kaca penutup ke angkasa [watt/m2] = perpindahan panas evaporasi dari air ke kaca penutup [watt/m2]
Heat Transfer, Converence at Denver Part 5, 895. 4. Frank Kreith and Kreider J.F., 1978, Principles of Solar Engineering, New York. 5. Jansen T.j., diindonesiakan Wiranto Arismunandar., 1995, Teknologi Rekayasa Surya, Jakarta. 6. Kobayashi M., 1963, Method of obtaining water in aridlands, Solar Energy, Vol. 3, pp. 93, (1963). 7. McCracken H., 1990, Distillate Production of A Simple Direct Solar Still, Sun World, 14, 3, 83-87. 8. Tiwari G.N, Gupta S.P., and Lawrence S.A., 1989, Transient Analysis of Solar Still In the Presence of Dye, Energy Conversion and Management, 29, 59-69. 9. Malik M.A.S., Tiwari G.N., Kumar A., and Sodha M.S., 1982, Solar Distillation, Pergamon Press, Oxford.
Ta,Tg,Ts,Tst,Tw= temperatur ambient, kaca penutup, permukaan kolektor, ruangan dalam distilasi, air, [C] T1;T2;T3;T4;T5= temperatur permukaan plat kolektor /beton pada kedalaman 1 cm, 6 cm, 12 cm [C] g, p, w= absorpsivitas kaca penutup, plat kolekton/beton, air, c = efisiensi kolektor s = efisiensi sistem w, wf, = densitas air, lapisan tipis air, udara sekitar [kg/m2] g, w = reflektivitas kaca penutup, air g, w = transmisivitas kaca penutup, air 7. DAFTAR PUSTAKA 1. Ari Kusuma, I.M., 1999, Analisa Transient Performansi Alat Distilasi Air Garam yang terbuat dari Plat Beton, Tugas Akhir Program S.1, ITS, Surabaya. 2. Duffie J.A., and Beckmand, W.A., 1980, Solar Engineering of Thermal Processes, Madison, Winconsin. 3. Dunkle R. V., 1961, Solar Water Distillation : the Roof Type Still and a Multiple Effect Diffusion Still, International Development in 119
