Studi Eksperimental Sistem Kondensasi Uap Hasil Evaporasi pada Sistem Desalinasi Tenaga Matahari Oleh: Khilmi Affandi NRP. 4211106016
Dosen Pembimbing 1: Sutopo Purwono Fitri, S.T., M.Eng, Ph.D NIP : 1975 1006 2002 12 1003 Dosen Pembimbing 2: Ir. H. Alam Baheramsyah, M.Sc. NIP : 1968 0129 1992 03 1001
Jurusan Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknologi Kelautan Institut Teknologi Sepuluh Nopember Surabaya 2014
Out line Pendahuluan Metodologi Desain dan Spesifikasi Alat Data Percobaan Analisa Data Penutup
tujuan Untuk membuat desain kondensasi uap air payau pada alat desalinasi yang efisien Untuk mengetahui kinerja dan efisiensi proses kondensasi uap hasil evaporasi alat desalinasi tenaga matahari. Untuk mengetahui tingkat kadar garam dan pH air produk desalinasi.
Batasan masalah Analisa dilakukan sebatas pada kinerja kondensor, efisiensi sistem Percobaan tidak mencakup metode analisis kandungan air hasil desalinasi. Analisa ekonomis terhadap alat tidak dilakukan.
Mulai
Metodologi
Identifikasi dan Perumusan Masalah
Menghitung Energi yang dihasilkan Matahari
Studi Literatur
Penentuan spesifikasi dan Fabrikasi Alat (kondensor)
Identifikasi Objek
Perencanaan Sistem dan Komponen Destiler
Uji Coba Alat (kalibrasi alat)
Uji Coba Alat (kalibrasi alat)
Percobaan dan Pengambilan Data
Modifikasi (improvement)
Menghitung ṁ uap yang keluar dari evaporator
Menghitung qserap kondensor
Menghitung luas permukaan permindaahan panas dan dimensi pipa/ coil pendingin
Menghitung dimensi kondensor
Merancang kondensor Analisa Data dan Pembahasan
Tidak
Hasil kondensasi sesuai/mendekati dengan analisa awal
Ya
Kesimpulan dan Saran
Selesai
Desain sistem
Perhitungan desain Qnett Evaporator, Qnett ≈ Qserap kndsr
Desain coil pipa pendingin
Thermal Resistance
Luas Permukaan Perpindahan Panas
Dimensi tangki air pendingin
Kebutuhan panjang minimal tube pendingin
Scantling & Analisa Desain
Perhitungan desain Qnett≈
Qserap kondensor
(12-4; Stoecker; p.222;1982)
Thermal Resistance
(12-8; Stoecker; p.223;1982)
Perhitungan desain
Kebutuhan minimal panjang pipa pendingin (12-7; Stoecker; p.222;1982)
Scantling
dan Analisa Desain
1. Scantling panjang aktual pipa pendingin 2. Analisa kalor serap kondensor dan beban panas dari luar
Desain
coil dan kondensor
Analisa awal Kebutuhan panjang pipa Qnett
655,61
Watt
(panas untuk menguapkan air)
ti
343,15
K
(suhu uap)
W/m²K
(condensing water vapour)
hi
100.000
to
303,15
K
(suhu air pendingin)
ho
100
W/m²K
(free water)
x
1,2
mm
0,0012
k
400
W/mK
(konduktivitas termal tembaga)
do
0,25
inch
0,00635
di
0,00395
m
(do-2x)
l
8,24
m
(panjang minimal pipa pendingin)
m m
Scantling l' coil Kondensor Insulasi
9,677
m
(panjang aktual pipa pendingin)
15 cm x 15 cm x 35 cm Ф 30 cm x 42 cm Styrofoam
44 cm x 42 cm x 1,5 cm Analisa
k.Stf
0,033
W/mK
k.Al
205,8
W/mK
konduktivitas termal styrofoam
( Konduktifitas termal Alumunium pada 32 dgC) Qserap Qout
770,28
Watt
5,2380301
Watt
(tebal pipa)
(beban panas dari luar)
Percobaan Variable kontrol : tekanan vakum pada sistem Variable manipulasi : volume air yang masuk, tingkat desalinasi dan suhu air pendingin Variable respon : volume air hasil desalinasi Pengambilan data setiap 30 menit selama 6 jam per hari ( mulai pukul 10.00 – 16.00 wib).
Percobaan
Data percobaan DATA HASIL PRAKTIKUM : Tanggal: 01/07/14 Input Air payau Output Air produk Waktu
Tekanan (bar)
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
P1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
P2 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
I 535mL 4mL
Sudut Kemiringan, α (°) 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20 20
(kondisi tube 1/2 penuh) Suhu (°C) T.l 34 36 36 33 36 34 32 34 33 33 33 33 33
T.k 44 46 47 46 49 45 45 46 45 37 38 38 39
T.u 56 58 59 59 59 58 57 54 53 44 44 44 42
T.tb 61 63 65 66 67 65 64 60 60 49 48 48 46
T.p 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 33 31
Data percobaan DATA HASIL PRAKTIKUM: Tanggal: 06/07/14 Input Air payau : Output Air produk: Waktu
Tekanan (bar)
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
P5 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
P6 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3 0,3
VI 705mL 9mL
Sudut Kemiringan, α (°) 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22 22
Es batu 4 kg
Improve Suhu (°C)
T.l 38,5 40 40,5 42 41 41 40,5 40 40 38 36,5 36 35
T.k 49 50 54 53 53 54 51 53 51 46 43 41 38
T.u 50 51,5 53 53 53 52,5 51 50 49 47 44 42 39
T.tb 55 58 60 61 61 61 59 57,5 56 53 49 46 43
T.p 19 15 14 13 14 15 17 17 18 19 19 20 21
Data percobaan DATA HASIL PRAKTIKUM: Tanggal: 10/07/14 Input Air payau : Output Air produk: Waktu
Tekanan (bar)
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
P7 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
P8 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3 3
VIII 705mL 10mL
Sudut Kemiringan, α (°) 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23 23
Improve
Es batu 7 kg Suhu (°C)
T.l 38 38 58 42 42 44 45 44 42 41 39 37,5 36,5
T.k 58 58 67 60 59 60 60 58 55 53,5 49 45,5 41
T.u 63 63 69,5 68,5 71 70 66 65 63 60 55 52 47
T.tb 61 61 67 65,5 69 68,5 68 65 62,5 60 56 52,5 47
T.p 8 8 7 8 7 8 8 8 8 9 9 10 10
Analisa data Volume Air (ml)
T.rata-rata Air Laju Pendingin Desalinasi output (dgC)
No.
tingkat
Es (kg)
Q.nett (watt)
T. vap
Q. serap conds (watt)
η
7
1
4
535
15
8
0,0117
435,86
59
985,33
0,03
9
1
6
535
15
14
0,0117
467,27
58
848,83
0,03
5
1
0
535
13
31
0,0101
448,90
56
475,92
0,02
3
1
0
535
10
32
0,0078
461,34
54
425,04
0,02
1
1
0
535
9
33
0,0070
486,83
56
446,89
0,02
10
1
7
705
15
8
0,0117
579,28
38
585,65
0,02
8
1
7
705
17
8
0,0132
425,19
60
986,41
0,02
6
1
4
705
14
17
0,0109
484,46
53
689,33
0,02
2
1
0
705
11
31
0,0086
511,12
55
475,54
0,02
4
1
0
705
11
31
0,0082
384,89
59
537,96
0,01
11
2
6
130
7
15
0,0055
442,97
58
834,25
0,05
12
2
4
123
10
13
0,0078
457,19
49
682,46
0,08
input
Analisa data Pengaruh suhu air pendingin terhadap volume air yang dihasilkan 18 17 16 Volume output
15 14 13 12 11 10 9 8 0,0
5,0 V.input = 535 ml V.input = 705 ml
10,0
15,0 20,0 Suhu Air Pendingin
25,0
30,0
35,0
Pengaruh variasi suhu air pendingin kondensor terhadap waktu proses desalinasi (laju desalinasi) 0,0140 0,0130
Laju Desalinasi
0,0120 0,0110 0,0100 0,0090 0,0080 0,0070 0,0060 0,0 5,0 V.input = 535 ml
10,0
15,0 20,0 Suhu Air Pendingin
25,0
30,0
35,0
V.input = 705 ml
Apanel t
= 0,2139 m2 = 6 jam
Pengaruh variasi suhu air pendingin terhadap efisiensi sistem desalinasi
efisiensi η (vin/vout)
3%
2%
1%
0% 0,0
5,0
V.input = 535 ml V.input = 705 ml
10,0
15,0 20,0 Suhu Air Pendingin
25,0
30,0
35,0
Analisa data Analisa Kandungan Air Produk Desalinasi
Para meter
NaCl (mg/l) pH
Metode Analisa
Flamephot ometri pHmetri
Standar Maksimum (492/MenKes/Per/IV/2010)
250 6,5 -8,5
Air Payau
5,31 6
23 7,5
Air Hasil Desalinasi tingkat / 130 ml 5 ,25
1 tingkat / 17 ml 9 8
8,35 ,33
2
3 3
Dalam
skala laboratorium kandungan NaCl air, setelah dilakukan desalinasi sudah cukup baik dengan kadar 95 mg/l, di mana jumlah NaCl tersebut jauh dari batasan maksimum. sedangkan kadar pH maksimum yang dianjurkan untuk air bersih, nilai pH mendekati batas maksimum, yaitu 8,22. Namun,untuk kadar NaCl dan pH pada air desalinasi dua tingkat masih perlu peninjauan ulang dengan metode yang sama untuk mengetahui kandungan air tersebut, yakni dengan flamephotometri dan pH-metri.
Penutup Kesimpulan • Dari analisa efisiensi kalor yang diserap kondensor dengan kalor yang dihasilkan panel, dan kalor yang diserap kondensor pada alat dengan desain, menunjukkan keefektifan. Dimana kalo serap kondensor bisa melebihi kalor yang dihasilkan evaporator. Namun masih belum dikatakan efisien karena untuk menghasilkan air kondensat yang cukup banyak masih perlu ditambahkan es untuk menurunkan suhu air pendingin. • Dari hasil perbandingan volume input dan output air pada sistem desalinasi, yang kecil, alat ini masih belum bisa dikatakan efisien. Dengan efisiensi paling besar 3% untuk desalinasi satu tingkat. Karena volume output yang dihasilkan alat tidak sesuai dengan desain yang diinginkan.
Penutup Saran • Perlu dilakukan pengkajian ulang terhadap sistem terutama pada perbedaan tekanan antara evaporator dan kondensor, agar uap yang dihasilkan evaporator bisa mengalir masuk ke kondensor. • Perlu dilakukan pengkajian ulang terhadap desain kondensor dan metode pendinginan agar suhu pendinginan bisa tetap stabil. •Dari hasil uji flamephotometri didapatkan hasil kadar NaCl yang cukup rendah dari pada standar maksimum kandungan garam untuk air bersih, yakni sebesar 95 mg/l. sehingga untuk parameter kadar garam, air desalinasi ini sudah sesuai standar. Sedangkan nilai pH yang telah diuji dengan pH-metri, menunjukkan nilai sebesar 8,22, yang mana nilai ini hampir mendekati batas standar pH untuk air bersih. Namun, untuk kadar NaCl (38,35 mg/l) dan pH (9) pada air desalinasi dua tingkat masih perlu peninjauan ulang dengan metode yang sama untuk mengetahui kandungan air tersebut, yakni dengan flamephotometri dan pH-metri.
SEKIAN
