BAB II LANDASAN TEORI 2.1 Pengertian Desalinasi Desalinasi merupakan suatu proses menghilangkan kadar garam berlebih dalam air untuk mendapatkan air yang dapat dikonsumsi binatang, tanaman dan manusia. Seringkali proses ini juga menghasilkan garam dapur sebagai hasil sampingan. Desalinasi merupakan proses untuk memperoleh air dengan tingkat kemurnian tinggi atau untuk memperoleh air bersih dari air yang memiliki kadar garam tinggi, seperti pada air laut. Dengan demikian air laut/garam tersebut terpisah dari kadar garam yang terkandung di dalamnya. Produk proses desalinasi umumnya merupakan air dengan kandungan garam terlarut kurang dari 500 mg/l, yang dapat digunakan untuk keperluan domestik, industri dan pertanian. Hasil sampingan dari proses desalinasi adalah brine. Brine adalah larutan garam berkonsentrasi tinggi (lebih dari 35000 mg/l garam terlarut). Terdapat dua metoda yang umum digunakan dalam proses desalinasi yakni reverse osmosis (osmosis terbalik) dan distilasi, kedua metoda tersebut masingmasing memiliki keunggulan serta kekurangannya. 2.1.1 Reverse Osmosis / Osmosis Terbalik Reverse osmosis (Osmosis terbalik) adalah suatu metode penyaringan yang dapat menyaring berbagai molekul besar dan ion-ion dari suatu larutan dengan cara memberi tekanan pada larutan ketika larutan itu berada di salah satu sisi membran semipermeabel (lapisan penyaring). Proses tersebut menjadikan zat yang memiliki kekentalan atau molekul yang rendah akan dapat melalui membran semipermeabel, sedangkan zat yang memiliki kekentalan atau molekul yang lebih pekat/tinggi akan terpisah dan terendap di lapisan yang dialiri tekanan. Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 5
Membran semipermeabel itu harus bersifat selektif atau bisa memilah yang artinya bisa dilewati zat pelarutnya (bagian lebih kecil dari larutan) tapi tidak bisa dilewati zat terlarut seperti molekul berukuran besar dan ion-ion. Osmosis adalah sebuah fenomena alam yang terjadi dalam sel makhluk hidup dimana molekul "solvent" (biasanya air) akan mengalir dari daerah berkonsentrasi rendah ke daerah berkonsentrasi tinggi melalui sebuah membran semipermeabel. Membran semipermeabel ini menunjuk ke membran sel atau membran apa pun yang memiliki struktur yang mirip atau bagian dari membran sel. Gerakan dari solvent berlanjut sampai sebuah konsentrasi yang seimbang tercapai di kedua sisi membran. Pada Gambar 2.1 menunjukan diagram reverse osmosis. Gambar 2.1 Reverse Osmosis file:///d:/tugas%20akhir/bahan/reverse%20osmosis.html 2.1.2 Destilasi Secara umum destilasi merupakan teknik pemisahan yang didasari atas perbedaan titik didih atau titik cair dari masing-masing zat penyusun dari larutan atau cairan. Dalam proses destilasi terdapat dua tahap proses yaitu tahap penguapan dan dilanjutkan dengan tahap pengembunan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 6
kembali uap menjadi cair atau padatan. Atas dasar ini maka perangkat peralatan destilasi menggunakan alat pemanas dan alat pendingin. Proses destilasi diawali dengan tahap pemanasan, sehingga zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan menguap, dan uap tersebut akan bergerak untuk didinginkan. Proses pendinginan dibutuhkan agar uap tersebut dapat terkondensasikan menjadi cairan atau padatan. Proses ini berjalan terus-menerus dan akhirnya dapat memisahkan semua senyawasenyawa yang ada dalam larutan atau cairan tersebut. Uap yang dikeluarkan oleh larutan atau cairan dari proses destilasi ini disebut destilat sedangkan senyawa yang tidak ikut menguap dari proses destilasi ini disebut residu. Pada Gambar 2.2 ditunjukan bentuk alat destilasi yang umum dipergunakan. Gambar 2.2 Alat destilasi sederhana http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-kesehatan/pemisahan-kimiadan-analisis/destilasi/ 2.2 Air Air merupakan bagian sangat penting dalam kehidupan. Tanpa air di bumi tidak akan ada kehidupan. Air adalah bagian terbesar penyusun tubuh Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 7
makhluk hidup. Tubuh kita mengandung air lebih dari 60 %. Sebagian besar permukaan bumi ditutupi oleh air atau lautan. Air ada di berbagai lapisan bumi, di permukaan bumi, udara, dan di dalam bumi. Air di dalam bumi disebut air tanah sebagai sumber mata air. Air hujan yang jatuh ke bumi diserap oleh tanah menjadi air tanah. Mata air di gunung sebagai sumber aliran air sungai. Semua sungai mengalirkan airnya ke laut. Air laut dapat menguap oleh pemanasan sinar matahari. Uap air menjadi awan atau mendung sebagai bakal hujan. Pada Gambar 2.3 menunjukan siklus air dari mulai penguapan dari air laut hingga terbentuknya es dan hujan. Gambar 2.3 Siklus air http://id.wikipedia.org/wiki/siklus_air Berdasarkan komposisinya, air ada dua macam, yaitu air murni dan air tak murni. Air murni hanya mengandung 2 atom H (hydrogen) dan 1 atom O (oksigen), sehingga rumusnya H 2 O. Air di alam adalah tidak murni, karena mengandung mineral. Untuk mendapatkan air murni harus disuling, maka air murni disebut air suling. Tetapi berdasarkan tingkat kesehatannya, ada air bersih dan air kotor. Air bersih merupakan air yang bebas dari bahan berbahaya dan kuman penyakit. Air kotor mengandung kotoran, apakah mengandung lumpur, kuman, atau bahan Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 8
berbahaya bagi kesehatan. Air kotor biasanya ke luar dari limbah pabrik, limbah rumah tangga atau tercemar oleh bahan pencemar lainnya. 2.3 Sistem Kompresi Uap Secara Umum Sistem refrigersi yang paling umum digunakan yakni sistem kompresi uap. Pada sistem kompresi uap terdapat empat komponen utama yakni kompresor, kondensor, alat ekspansi serta evaporator. Pada prinsipnya, sistem refrigerasi kompresi uap adalah sistem refrigerasi dimana refrigeran sebagai media pendingin dapat bersirkulasi di dalam sistem dengan bantuan kompresor. Kompresor akan menghasilkan perbedaan tekanan pada sistem (high pressure dan low pressure). Pada dasarnya sistem ini memanfaatkan sifat refrigeran, dimana refrigeran pada tekanan rendah serta bertemperatur cair jenuh (saturasi) rendah, fasa refrigeran akan berubah menjadi uap dengan cara mengambil/menarik kalor dari benda atau ruangan yang akan dikondisikan (didinginkan). Sedangkan pada sisi tekanan tinggi serta bertemperatur uap jenuh (saturasi) tinggi, fasa refrigeran yang mulanya uap akan berubah fasa menjadi cair dengan cara melepas/membuang kalor ke lingkungan sekitar. Sisi tekanan tinggi dihasilkan oleh proses kompresi dari kompresor, sedangkan sisi tekanan rendah dihasilkan oleh alat ekspansi. Dikarenakan hal di atas, maka terdapat empat proses utama dari sistem refrigerasi kompresi uap, yakni : 1. Proses Kompresi 2. Proses Kondensasi 3. Proses Ekspansi 4. Proses Evaporasi Pada Gambar 2.4 berikut ini menunjukan gambar diagram siklus dari sistem refrigerasi kompresi uap secara sederhana : Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 9
Gambar 2.4 Diagram siklus kompresi uap 2.3.1 Proses 1-2, yaitu : Kerja Kompresi Refrigeran berfasa uap dan bertekanan rendah akan dihisap oleh kompresor untuk selanjutnya akan dikompresi oleh kompresor. Refrigeran bertekanan rendah berubah menjadi bertekanan tinggi akibat proses kompresi dari kompresor. Proses kompresi ini terjadi secara isentropic (entropi konstan), serta mengalami perubahan entalpi dikarenakan terjadinya perubahan uap refrigeran dari uap jenuh keluaran evaporator menjadi uap superheat (panas lanjut). 2.3.2 Proses 2-3, yaitu : Kerja Kondensasi Uap superheat yang keluar dari saluran discharge kompresor mengalami proses kondensasi di kondensor. Pada kondensor refrigeran berfasa uap dan bertemperatur tinggi melepaskan kalor ke lingkungan sekitar. Akibat dari pelepasan kalor refrigeran ke lingkungan, refrigeran mengalami perubahan fasa dari uap menjadi cair. Proses kondensasi berlangsung secara isobar (tekanan konstan). 2.3.3 Proses 5-6, yaitu : Kerja Ekspansi Proses ekspansi terjadi secara isoenthalpi, dimana tidak ada sejumlah kalor yang diterima maupun dibuang oleh refrigeran ke lingkungan. Namun pada proses ekspansi ini tekanan dari refrigeran diturunkan. Akibat dari turunnya tekanan refrigeran temperatur refrigeranpun menjadi ikut turun. Untuk selanjutnya refigeran yang telah melalui proses ekspansi selanjutnya akan mengalami proses evaporasi. Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 10
2.3.4 Proses 7-8, yaitu : Kerja Evaporasi Refrigeran yang telah diturunkan tekanannya dan memiliki temperatur rendah masuk ke evaporator. Pada evaporator, refrigeran tersebut mengambil/menyerap kalor dari benda/ruangan yang didinginkan. Pada proses ini refrigeran mengalami perubahan fasa dari yang mulanya berfasa cairan (liquid) berubah fasa menjadi uap. Proses inilah yang dinamakan evaporasi. Seperti pada proses kondensasi, proses evaporasi berlangsung secara isothermal dan isobar (temperatur dan tekanan konstan). 2.4 Pemanfaatan Panas Kondensor untuk Alat Destilasi Seperti yang kita ketahui kondensor pada sistem kompresi uap adalah komponen yang melepas kalor ke lingkungan. Saat ini banyak dikembangkan pemanfaatan panas kondensor untuk berbagai macam hal, misalnya pemanfaatan kondensor sebagai media pemanas air atau pemanfaatan kondensor sebagai pengering kentang. Itu semua dilakukan sebagai cara penghematan energi yang sekarang mulai terbatas. Begitu pula dengan alat destilasi air laut yang akan kami buat. Panas kondensor kami manfaatkan untuk menguapkan air laut yang akan kami proses untuk menghasilkan air tawar/destilat. Panas kondensor memang tidak terlalu tinggi tidak sama halnya dengan heater, namun panas kondensor masih dapat dimanfaatkan untuk menaikan temperatur udara serta menguapkan sebagian air laut yang akan diproses. Prinsip kerja dari alat destilasi air laut yang akan kami buat ini terbagi menjadi dua bagian penting yaitu sisi terjadinya penguapan dan sisi terjadinya pengembunan. Bagian terjadinya penguapan terletak pada bagian dimana kondensor ditempatkan. Panas kondensor akan membantu proses penguapan dari air laut. Air laut kami sirkulasikan ke bagian atas kondensor menggunakan pompa air. Dikarenakan panas kondensor yang relatif rendah maka untuk menghasilkan uap air yang lebih banyak, air yang kami suplai ke atas kondensor kami perkecil butiran keluarnya dengan memperkecil lubang keluaran air. Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 11
Uap air tersebut akan tercampur dengan udara yang ada di dalam sistem. Udara yang telah tercampur dengan uap air tersebut dihisap oleh fan ducting dan akan disuplai ke bagian evaporator untuk didinginkan. Akibat penurunan temperatur pada bagian evaporator, sebagian uap air tersebut akan mengembun di bagian evaporator. Air tawar/destilat pengembunan tersebut akan ditampung pada wadah air tawar/destilat. Apabila udara terus disuplai oleh fan ducting kebagian evaporator maka tekanan pada evaporator akan mengalami kenaikan. Untuk itu kami buat saluran bypass untuk mengalirkan udara yang telah melewati evaporator ke bagian bawah kondensor untuk membantu proses pendinginan kondensor. Pada Gambar 2.5 diperlihatkan bentuk rancangan alat destilasi air laut yang akan kami buat. Gambar 2.5 Sistem refrigerasi pada alat destilasi air laut Teknik Refrigerasi dan Tata Udara 12