PENGARUH KECEPATAN ANGIN TERHADAP PRODUKTIVITAS AIR KONDENSAT PADA PERALATAN DESTILASI

Transkripsi

1 ISSN PENGARUH KECEPATAN ANGIN TERHADAP PRODUKTIVITAS AIR KONDENSAT PADA PERALATAN DESTILASI ABSTRACT Hendro Maxwell Sumual 1 With the condition of water shortage in some areas that occurred in Indonesia, sea water is abundant, and the availability of solar radiation into the prospects for application of seawater distillation technologies that use solar energy as a source of energy. The purpose of this study to analyze the influence of wind speed on the productivity of water condensate on the sea water distillation equipment is made from zinc aluminum. The study was conducted over five days. Observations made in the basin with a size of 100 cm 50 cm, made of clear glass cover, 3 mm thick, made an angle of 17 above the basin. Observations made with a glass cover treatment that is with one hand. Data is collected at a temperature of absorber, glass cover, wind speed, solar radiation and the production of clean water. Recording of data is done every 10 minutes starting at 08:00 until 13:00 in a day. The results in the production of clean water using sea water distillation equipment of solar power by the influence of wind speed using a glass cover one side of the average yield ml / day with an average efficiency of 20.95%. The greater the wind speed in the can, and the rising temperature of the water temperature in the basin will result in the production of more condensate water. Keywords: Wind Speed, Distillation, Water condensate. ABSTRAK Dengan adanya kondisi kekurangan air di beberapa daerah yang terjadi di Indonesia, air laut yang berlimpah, dan tersedianya radiasi matahari yang besar menjadi prospek bagi aplikasi teknologi destilasi air laut yang menggunakan tenaga matahari sebagai sumber energinya. Tujuan penelitian ini untuk menganalisa pengaruh kecepatan angin terhadap produktivitas air kondensat pada peralatan destilasi air laut yang berbahan seng aluminium. 1 Hendro Maxwell ST, Meng, adalah dosen pada jurusan Pendidikan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universis Negeri Manado 145

2 Penelitian dilakukan selama lima hari. Pengamatan dilakukan pada basin dengan ukuran 100 cm 50 cm, penutup terbuat dari kaca bening, tebal 3 mm dibuat membentuk sudut 17 di atas basin. Pengamatan dilakukan dengan suatu perlakuan yaitu dengan kaca penutup satu sisi. Pengambilan data dilakukan pada temperatur absorber, kaca penutup, kecepatan angin, radiasi matahari dan produksi air bersih. Pencatatan data dilakukan setiap 10 menit dimulai pada pukul 08:00 sampai pukul 13:00 dalam sehari. Hasil penelitian produksi air bersih pada peralatan destilasi air laut mengunakan tenaga surya dengan pengaruh kecepatan angin mengunakan kaca penutup satu sisi rata-rata menghasilkan 21,68 ml/hari dengan efisiensi ratarata 20,95 %. Semakin besar kecepatan angin yang di dapat, dan naiknya suhu temperatur air dalam basin akan menghasilkan jumlah produksi air kondensat lebih banyak. Kata kunci : Kecepatan Angin, Destilasi, Air kondensat. PENDAHULUAN Seiring dengan berkembangnya jumlah populasi kehidupan manusia yang hidup di bumi, maka suatu kebutuhan akan air sangat penting dalam kehidupan sehari-hari. Dengan terjadinya pemanasan global sumber air berkurang, maka manusia berusaha membuat dan mengembangkan berbagai macam teknologi yang mengakibatkan kebutuhan akan energi semakin besar, dan salah satunya adalah sumber energi matahari yang berlimpah dan tidak akan habis terpakai. Bagi manusia yang hidup di daerah tropis dan berada tepat di bawah garis katulistiwa, energi matahari sangat bermanfaat untuk berbagai keperluan manusia sebagai sumber energi yang murah dan ramah lingkungan. Namun pemanfaatannya belum digunakan secara maksimal, dengan berkembangnya ilmu pengetahuan maka energi matahari digunakan sebagai objek penelitian, dan salah satu pemanfaatan energi matahari adalah destilasi air laut. Kecepatan angin merupakan salah satu hambatan untuk setiap penelitian mengenai pemanfaatan sumber tenaga matahari. Berdasarkan hal tersebut, maka ada berkeinginan untuk menerapkan pengetahuan yang telah didapat dengan mengaplikasikan dalam suatu bentuk penelitian mengenai produktivitas air kondensat pada peralatan destilasi air tenaga matahari dengan memperhitungkan kecepatan angin saat penelitian. 146

3 Rumusan Masalah Bagaimana pengaruh kecepatan angin terhadap produktivitas air kondensat pada peralatan destilasi. Batasan Masalah 1. Basin berbahan dasar pelat aluminium, memiliki ketebalan 0,5 mm. 2. Pengambilan data dilakukan pada cuaca cerah. 3. Penelitian dilakukan di sekitar lahan parkir jurusan teknik mesin Unsrat. Tujuan Penulisan 1. Merancang suatu peralatan distilasi air. 2. Menghitung efisiensi dan produktivitas air bersih yang dihasilkan oleh alat. 3. Menganalisa pengaruh kecepatan angin terhadap produksi air kondensat. METODE Penelitian ini dilakukan pada objek langsung yaitu peralatan destilasi air laut dengan tujuan adalah untuk mengetahui kemampuan peralatan dalam menghasilkan air bersih terhadap perubahan waktu dan intensitas radiasi matahari. Peralatan destilasi air laut ini dibuat dengan arah orientasi menghadap utara, ini dimaksudkan agar permukaan kaca penutup alat selalu terkena sinar matahari saat terbit hingga terbenamnya matahari. Kota Manado terletak pada 1,30-1,40 LU dan 124,40-124,5 BT. Bahan Konstruksi dari peralatan destilasi air laut terdiri dari beberapa bagian yaitu: 1. Basin atau basin penampung berbahan alumunium. 2. Styrofoam 3. Kaca penutup. 4. Saluran air bersih 5. Cat jenis dull black Basin Basin dibuat dari pelat alumunium yang memiliki ketebalan 0,5 mm. Ukuran basin adalah sebagai berikut; panjang 100 cm, lebar 50 cm, tinggi sisi bagian depan dan tinggi sisi bagian belakang 5 cm. Gambar basin tipe destilasi air laut ditunjukkan pada gambar cm 100 cm 5 cm Gambar 1. Basin penampung air laut 147

4 m c 10 cm cm Saluran air bersih Gambar.2 Kaca penutup satu sisi. Kaca Penutup Kaca penutup terbuat dari kaca bening dengan tebal 3 mm dengan ukuran 101 cm x 51 cm. Untuk menjaga panas tidak keluar dari dalam basin, antara kaca penutup dengan dudukan kaca penutup dilapisi karet dengan lebar 1 cm dan tebal direncanakan, langkah selanjutnya adalah pengisian basin dengan air laut sebanyak 6 liter, setelah pengisian air laut, basin ditutup dengan kaca penutup dan setelah itu pengujian dilakukan. Alat Ukur Yang Digunakan Dalam penelitian ini digunakan 3 mm beberapa alat ukur dan peralatan Saluran Air Bersih tambahan lainnya, yaitu: Saluran air bersih berfungsi 1. Alat ukur temperatur: sebagai saluran penampung air hasil kondensasi dari permukaan kaca penutup - Untuk mengukur temperatur pada kaca, air laut, dan pelat penyerap bagian bawah, dengan panjang 99 cm, digunakan termokopel yang lebar 1 cm, dan tinggi 1cm terbuat dari dihubungkan pada multimeter aluminium U. Kemudian dihubungkan dengan salah satu ujung pipa alumunium PC510, dengan range pengukuran -40 C sampai dengan 400 C. dengan diameter 10 mm, ujung lainnya - Untuk mengukur temperatur disambungkan langsung dengan selang udara luar digunakan termometer ke basin penampung. Setelah alat selesai dirangkai seperti yang telah selesai 148

5 udara luar dengan pengukuran - 30 C sampai dengan 50 C. 2. Alat ukur radiasi matahari; untuk mengukur radiasi matahari sesaat digunakan precission pyranometer jenis horizontal receiver Alat ukur produk air kondensat; untuk mengukur produk air kondensat digunakan gelas ukur dengan skala 0 sampai 500 ml. 4. Peralatan tambahan lainnya adalah stopwatch yang digunakan untuk interval waktu pengambilan data. METODE Pelaksanaan pengujian dilaksanakan pada selama 5 hari. Pengambilan data ini dilakukan mulai pukul sampai dengan dengan pencatatan data dilakukan setiap 10 menit. Pengambilan data dilakukan pada peralatan mengunakan kaca penutup satu sisi. Dalam pelaksanaan pengujian ini, pengambilan data dilakukan pada : Temperatur basin Temperatur kaca penutup Temperatur udara luar Radiasi matahari sesaat Kecepatan angin Air kondensat HASIL DAN PEMBAHASAN Hasil Pengamatan dilakukan selama lima hari, data mulai diambil pada jam sampai dengan jam dengan hasil yang didapat bervariasi antara hari pertama hingga hari kelima. Ada 2 hari yang terhitung lebih karena cuaca hujan, jadi pengambilan data dilakukan tidak berurutan. Intensitas Matahari Selama Pengujian Data pengukuran intensitas matahari selama pengujian, besar intensitas matahari yang diterima oleh pyranometer dan dicatat setiap 10 menit terdapat perbedaan. Perbedaan ini terjadi akibat adanya awan yang terkadang melewati dan menghalangi sinar matahari. Gambar 3. memperlihatkan bahwa intensitas radiasi matahari yang diterima saat pengambilan data berlangsung mulai jam naik perlahan-lahan, kemudian mencapai puncaknya pada jam sampai jam setelah itu intensitas matahari yang diterima mengalami penurunan sampai pada jam

6 Gambar 3 Intensitas matahari selama pengujian Gambar 4. Hubungan antara waktu terhadap temperatur Absorber Penurunan intensitas matahari yang signifikan pada hari ke-1 dikarenakan adanya awan yang menghalangi sinar matahari ke alat penelitian, pada jam 10.30, hal yang sama juga terjadi pada hari ke-2 dan ke-3. Hubungan Waktu terhadaptemperatur Absorber. Energi matahari berupa panas yang diterima oleh peralatan setelah 150

7 melewati kaca penutup akan diserap oleh basin yang terbuat dari bahan aluminium. Temperatur basin akan meningkat bersamaan dengan peningkatan radiasi matahari dan akan menurun bersamaan dengan penurunan radiasi matahari. Peningkatan temperatur basin akan menyebabkan meningkatnya temperatur air dalam basin. Dengan meningkatnya temperatur air dalam basin, maka air laut dalam basin akan menguap dan uap air ini akan naik yang kemudian akan menempel pada permukaan bagian bawah kaca penutup itu. Dengan adanya perbedaan temperatur antara uap air yang menempel pada permukaan bagian bawah kaca penutup dengan permukaan bagian atas kaca penutup, maka uap air akan terkondensasi yang selanjutnya disebut sebagai hasil produksi dari suatu peralatan. Dari grafik serta pengamatan di lapangan, maka diambil suatu kesimpulan: Produk dari suatu peralatan tidak hanya dipengaruhi oleh besarnya radiasi matahari yang diterima oleh pelat penyerap, tetapi dipengaruhi juga oleh beda temperatur antara uap air dengan kaca penutup. Beda temperatur ini akan terjadi apabila adanya pendinginan yang disebabkan oleh tiupan angin pada permukaan bagian atas kaca penutup. Makin besar tiupan angin yang mengenai permukaan bagian atas kaca penutup, maka proses kondensasi makin cepat terjadi dengan demikian produksi air bersih akan semakin meningkat. Hubungan Temperatur Kaca terhadap Radiasi Sesaat. Hasil Pengolahan Data Produksi Air Kondesat Dari pengamatan di lapangan didapat bahwa produksi air bersih yang dihasilkan oleh peralatan pada pelat penyerap dengan kaca penutup satu sisi lebih banyak, disebabkan karena luas permukaan pada kaca penutup satu sisi lebih besar, hal ini dapat dilihat pada gambar 3. Hubungan antara temperatur kaca terhadap radiasi seaat. Jumlah produksi air kondensat rata-rata yang dihasilkan dalam 5 hari oleh kaca penutup satu sisi 21,68 ml dan jumlah produksi air bersih yang paling tinggi dihasilkan pada hari ke-4 yaitu 28,13 ml/hari. 151

8 Gambar 5. Hubungan antara temperatur kaca terhadap radiasi sesaat Efisiensi Harian Peralatan. Pada pelaksanaan di lapangan, produksi harian peralatan destilasi setiap harinya berbeda. Perbedaan ini disebabkan karena intensitas radiasi matahari yang diterima oleh peralatan tidaklah sama, demikian juga dengan hembusan angin yang setiap hari tidaklah sama. Dengan demikian efisiensi harian peralatan dengan kaca penutup satu sisi berbeda-beda. Dari hasil pengamatan yang dilakukan pada hari ke-2 terjadi penurunan produksi air kondensat yang mempengaruhi turunnya efisiensi pada alat dengan kaca penutup satu sisi, ini disebabkan karena kecepatan angin pada hari ke-2 lebih kecil dari hari-hari yang lain, akibat kecepatan angin yang kecil menyebabkan adanya titik air hasil kondensasi yang tidak mengalir menuju saluran air melainkan jatuh kembali ke dalam basin. Pembahasan Pengaruh Intensitas Radiasi Matahari Proses penguapan terjadi karena adanya kenaikan temperatur pada air laut, proses ini dikarenakan adanya intensitas radiasi matahari yang diserap oleh basin yang kemudian akan menaikkan temperatur air laut dalam basin. Intensitas radiasi matahari untuk setiap waktunya tidak sama. Oleh sebab itu intensitas radiasi matahari akan mempengaruhi sedikit banyaknya produksi uap air dalam peralatan. Semakin besar intensitas radiasi matahari 152

9 yang diserap oleh basin menunjukkan semakin besar energi yang diterima oleh pelat penyerap yang digunakan untuk menguapkan air laut pada basin. Intensitas radiasi matahari untuk setiap waktunya tidaklah sama (gambar 1). Meningkatnya intensitas radiasi matahari maka produksi uap dalam peralatan akan meningkat, dengan demikian produksi air kondensat akan turut meningkat. Penurunan intensitas matahari sesaat atau tiba-tiba terjadi akibat terhalangnya sinar matahari ke peralatan penelitian oleh awan. Pengaruh Kecepatan Angin Dari hasil penelitian produksi air kondensat pada hari ke-1 dengan pengaruh kecepatan angin yang tertinggi adalah 64 ml dan terendah 3 ml, pada hari ke-2 produksi air kondensat dengan pengaruh kecepatan angin adalah 35 ml dan terendah 11 ml, pada hari ke-3 produksi air kondensat dengan pengaruh kecepatan angin tertinggi adalah 36 ml dan terendah 5,5 ml, pada hari ke-4 produksi air kondensat dengan pengaruh kecepatan angin tertinggi adalah 68 ml dan terendah 10 ml, pada hari ke-5 produksi air kondensat dengan pengaruh kecepatan angin tertinggi adalah 46,8 ml dan terendah 3 ml. Jadi jumlah produksi air kondensat yang terendah pada hari ke- 2, disebabkan oleh hambatan faktor cuaca berawan yang menghalangi radiasi matahari menyinari alat penelitian dengan pengaruh kecepatan angin. Jumlah produksi air yang tertinggi pada hari ke-4 dengan faktor penunjang cuaca yang cerah tidak terhalang oleh awan maka radiasi matahari yang menyinari alat penelitian itu benar terfokus pada alat serta pengaruh kecepatan angin yang baik pada hari ke-4. Dari grafik didapat pengaruh kecepatan angin terhadap produksi air kondensat yang terendah pada hari ke-4 adalah 0,00016 ml, pengaruh kecepatan angin yang tertinggi pada hari ke-4 adalah 0,05229 ml. Radiasi diserap oleh basin sehingga temperatur air pada basin menjadi naik dan air akan menguap, naik dan menempel di bawah permukaan kaca. Proses konveksi paksa akan terjadi akibat adanya tiupan angin yang mengenai permukaan bagian atas kaca penutup, dan akan terjadi proses pendinginan kaca, yang akan terjadi proses kondensasi di permukaan bagian bawah kaca yang menghasilkan air kondensat. Tetapi pada suatu saat titik-titik uap air yang menempel pada kaca penutup bagian bawah akan habis atau terjadi stagnasi. 153

10 Gambar 6. Hubungan antara kecepatan angin dengan produksi air kondensat Tabel Hasil perhitungan teoritis kecepatan angin terhadap produksi air kondensat, V : kecepatan angin [m/;dtk] dan M : produksi air kondensat [ml] Waktu HARI KE 1 HARI KE 2 HARI KE 3 HARI KE 4 HARI KE 5 V M V M V M V M V M ,0762 0, , , ,635 0, ,635 0, , , , , , , , , ,4064 0,0003 0, , , , , , , , ,635 0, , , ,635 0, ,635 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,0668 0, , , , , , , , , , , , ,0142 0,635 0,0116 0, , , , ,0668 0, , , , , , , , ,0155 0, , , , , , , , , , , , ,4986 0, ,0668 0, , , , , ,635 0, , , , , , , , , , , , , , , ,5494 0, ,635 0, ,635 0, , , , , , , , , , ,0343 0, , ,0668 0, ,4986 0, , , , , , , , , , , , ,0325 1, ,0345 0, , , ,0304 0, , , , ,0668 0, , , , , , , ,0668 0, , , , , , , ,635 0, , , , , , , , , , , , ,0438 1, , , , , , , , , , ,3782 0, , , , , , , , , , , , , , , , , ,6256 0,049 1, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,4986 0, , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , , ,0668 0, , ,0488 0, , , , , , , , , , , , ,4064 0, ,6256 0,0536 1, ,

11 Semakin besar pengaruh kecepatan angin maka hasil produksi air kondensat akan lebih banyak, karena temperatur permukaan kaca turun diakibatkan panas yang diambil oleh udara yang mengalir pada permukaan kaca penutup, seiring dengan panas yang diambil dari uap air adanya perbedaan suhu temperatur kaca penutup yang menyebabkan terjadinya proses kondensasi. Karena adanya proses kondensasi yang disebabkan oleh pendinginan alamiah, jadi permukaan bagian atas kaca penutup yang diakibatkan oleh tiupan angin, hal ini menyebabkan laju perpindahan panas uap air dari permukaan air laut menuju permukaan bagian bawah kaca penutup akan meningkat. Selanjutnya dengan cara yang sama dilakukan hasil perhitungan teoritis untuk kecepatan angin u pada koefisien perpindahan panas konveksi dari kaca ke udara sekitar h c,g-a untuk mencari produksi air kondensat, dari hasil perhitungan di atas dibuat suatu grafik hubungan antara kecepatan angin degan produksi air kondensat. SIMPULAN 1. Efisiensi rata-rata yang dihasilkan basin dengan menggunakan kaca penutup satu sisi adalah 20,95 %. 2. Produksi air kondesat yang dihasilkan oleh alat dengan kaca penutup satu sisi rata-rata 21,68 ml/hari. 3. Semakin besar kecepatan angin yang di dapat, dan naiknya suhu temperatur air dalam basin akan menghasilkan jumlah produksi air kondensat lebih banyak. 4. Nilai kecepatan angin diperoleh dari hasil data penelitian yang di ambil: - Nilai kecepatan angin yang terendah = 0,0762 (m/det). - Nilai kecepatan angin yang tertinggi = 2,04724 (m/det). SARAN 1. Pengambilan data sebaiknya dilakukan dengan menggunakan data logger agar hasil yang didapat lebih akurat, dan lebih mempermudah peneliti dalam pengambilan data penelitian. 2. Sebaiknya peneliti harus menyiapkan terpal untuk mencegah terjadinya keretakan pada kaca penutup dan kaca lantai dasar dari basin kalau tiba-tiba terjadi hujan. 155

12 3. Diusulkan untuk peneliti selanjutnya untuk merancang peralatan destilasi air laut dengan ukuran yang lebih besar. DAFTAR PUSTAKA Foster, R and Cormier M Solar distillation : Water problems- Solar solution. EPSEA Solar Still Construction and Operating Manual. Texas State Energi Conservation Office. Frank Kreith, and Jan F. Kreider Principles of Solar Engineering. Helmisphere Publishing, Co. Holman J.P Perpindahan Kalor. Jasjfi E. Jakarta : Erlangga. Jackson R. D and Van Bavel C. H. M Solar distillation of water from soil and plant materials, a simple desert survival technique, Science, 149,