BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar
Belakang
Dewasa
ini, krisis air bersih masih menjadi persoalan yang belum terpecahkan. Padahal
jika dilihat dari segi geografis Indonesia merupakan Negara kepulauan yang 2/3
bagiannya merupakan laut atau sekitar 3.288.683 km2. Pemanfaatan air laut untuk memenuhi kebutuhan
manusia memerlukan penanganan khusus dikarenakan air laut mengandung 3,5% garam
terutama untuk pemanfaatan air laut sebagai air minum, diperlukan proses
pemisahan antara air dan garam.
Salah
satu teknologi pemisahan yang sering digunakan adalah distilasi, yaitu
pemisahan antara dua zat atau lebih berdasarkan titik didih atau
volatilitasnya. Untuk mencapai titik didih tersebut dibutuhkan energy panas
yang cukup besar dan selama ini energy
tersebut masih menggunakan energy tidak terbarukan, misalnya pembakaran dengan
solar untuk industry-industri besar.
Penerapan
teknologi distilasi untuk memurnikan air laut masih terkendala oleh
ketersediaan sumber energy terutama di daerah pesisir yang notabennya masih
belum terjangkau oleh sebagian besar masyarakat yang bermata pencaharian
sebagai nelayan. Salah satu alternative energy yang dapat diaplikasikan untuk teknologi tersebut adalah distilasi air
laut dengan tenaga surya, yang memiliki keunggulan murah, ramah lingkungan dan
mudah dalam pengaplikasiannya.
Indonesian
merupakan Negara khatulistiwa yang mendapat penyinaran matahari hingga 2000 jam
perharinya sehingga potensi Jumlah
energi yang jatuh di tanah air kita sejumlah 0.9x 1018kJ/tahun.
Dari dua potensi sumber daya alam di atas, yaitu air laut yang tersedia secara
berlimpah dan energi radiasi matahari yang tersedia secara cuma-cuma, maka kita
dapat melakukan destilasi air laut menjadi air tawar dengan menggunakan
peralatan sederhana yang dikenal sebagai solar still. Distilasi air laut
dengan menggunakan solar still adalah suatu proses pemanasan zat cair
dalam hal ini air laut dengan menggunakan energi radiasi matahari secara
langsung, sehingga berubah menjadi uap, kemudian uap tersebut mengalami
kondensasi sehingga menghasilkan air tawar.
Keunggulan
dalam penggunaan teknologi distilasi air laut dengan menggunakan energi
matahari jenis solar still ini yaitu mempunyai konstruksi sederhana,
mudah dioperasikan, menggunakan energi radiasi matahari secara gratis, dan
bahan-bahan dari peralatan ini mudah didapatkan dengan harga yang relatif
murah. Peralatan ini sangat sesuai untuk diaplikasikan pada masyarakat yang
bermukim di pulau-pulau terpencil, karena tersedianya bahan baku air laut dan energy
matahari yang berlimpah.
1.2.Tujuan
Adapun tujuan dari pengujian sistem
distilasi air laut tenaga surya menggunakan kolektor plat datar dengan tipe
kaca penutup miring adalah :
1. Mengetahui
desain yang paling efisien dengan meneliti bentuk-bentuk permukaan penyerap (absorber),
yaitu bentuk datar, bergelombang,dan bergerigi, agar dapat diperoleh air hasil
distilasi yang maksimum
2. Mengetahui
pengaruh ketebalan bahan penyerap (absorber) terhadap kapasitas produksi
air tawar hasil distilasi.
BAB II
TINJAUAN
PUSTAKA
2.1. Air
Laut
Air
laut merupakan air yang berasal dari laut, memiliki rasa asin, dan memiliki
kadar garam (salinitas) yang tinggi. Rata-rata air laut di lautan dunia memiliki
salinitas sebesar 35, hal ini berarti untuk setiap satu liter air laut terdapat
35 gram garam yang terlarut di dalamnya. Kandungan garam-garaman utama yang terdapat
dalam air laut antara lain klorida (55%), natrium (31%), sulfat (8%), magnesium
(4%), kalsium (1%), potasium (1%), dan sisanya (kurang dari 1%) terdiri dari
bikarbonat, bromida, asam borak, strontium, dan florida. Keberadaan
garam-garaman ini mempengaruhi sifat fisis air laut seperti densitas, kompresibilitas, dan titik beku (Homig, 1978). Air
dengan salinitas tersebut tentunya tidak dapat dikonsumsi tanpa pengolaha
secara khusus.
2.2. Distilasi
Distilasi
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 gas hasil
pemanasan, untuk selanjutnya mengumpulkan tetesan 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 instalasi destilator yang terpenting adalah harus tidak
korosif, murah, praktis dan awet.
2.3. Energy
Surya
Matahari
adalah pabrik tenaga nuklir yang dengan memakai proses fusi mengubah sejumlah
empat ton massa hidrogen yang banyak terdapat di jagad raya menjadi helium tiap
detiknya dan menghasilkan energi dengan laju 1020 kW-Jam/detik. Berbeda dengan
proses fusi nuklir yang berbahaya, proses yang terjadi merupakan yang paling
bersih dan gratis, selain itu energi ini tidak memerlukan sarana angkutan atau
transmisi jarak jauh, tidak berisik serta memiliki potensi yang besar di
berbagai lokasi untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi.
2.4. Distilasi
air laut dengan menggunakan solar still
Distilasi
air laut dengan menggunakan solar still adalah suatu proses pemanasan
zat cair dalam hal ini air laut dengan menggunakan energi radiasi matahari
secara langsung, sehingga berubah menjadi uap, kemudian uap tersebut mengalami
kondensasi sehingga menghasilkan air tawar.
Keunggulan
dalam penggunaan teknologi distilasi air laut dengan menggunakan energi
matahari jenis solar still ini yaitu mempunyai konstruksi sederhana,
mudah dioperasikan, menggunakan energi radiasi matahari secara gratis, dan
bahan-bahan dari peralatan ini mudah didapatkan dengan harga yang relatif
murah. Peralatan ini sangat sesuai untuk diaplikasikan pada masyarakat yang
bermukim di pulau-pulau terpencil, karena tersedianya bahan baku air laut dan energy
matahari yang berlimpah (Dahlan, 2004). Permukaan penyerap (absorber)
radiasi matahari merupakan komponen terpenting dari solar still, yang berfungsi
mengubah energi gelombang elektromagnetik radiasi matahari menjadi energi panas
untuk proses penguapan air laut. Beberapa parameter dari permukaan penyerap (absorber)
radiasi matahari yang dapat mempengaruhi kinerja solar still antara lain
sebagai berikut: luas permukaan, bahan dasar, ketebalan, bentuk permukaan, dan
warnanya.
Permukaan
kolam dicat hitam untuk menyerap sisa radiasi yang belum terserap oleh air
laut, sehingga bahan dasar kolam menjadi panas. Karena bagian bawah kolam
diisolasi, maka panasnya akan diserap kembali oleh air laut di dalam kolam
secara konveksi(Bouchekima, 2003). Air tawar yang dihasilkan melalui distilasi
air laut menggunakan solar still dengan permukaan absorber dari
tembaga adalah 2,01 liter/m2 dalam sehari (Sudjito, 2001). Penggunaan cermin
reflektor pada solar still memberikan kontribusi 2 kali lipat pada
volume air hasil distilasi bila dibandingkan tanpa cermin(La Aba, 2006).
Beberapa jenis absorber telah diteliti untuk mendapatkan karakteristik absorptance
(a) yang optimal, seperti yang telah dilakukan oleh Kreith & Kreider,
(1978) dengan menggunakan bahan absorber yang terbuat dari lembaran plat
logam, permukaan atasnya dilapisi dengan berbagai jenis cat pelapis warna hitam
dan hasilnya menunjukan bahwa yang mempunyai absorptance tertinggi
adalah bahan plat dasar tembaga atau baja nikel/galvanised menggunakan
bahan pelapis cat black chroom, dengan nilai a = 0,95(Kreith, F.,
Kreider, J.F, 1978). Untuk aplikasi temperatur rendah seperti pada solar
still pengaruh nilai pancaran e tidak begitu besar terhadap efisiensi absorber
(Tiwari, G.N., 2003).
BAB
III
METODOLOGI
Metode Pengumpulan Data
Dalam usaha memperoleh data, penulis menggunakan
metode pengumpulan data melalui Tinjauan
Kepustakaan (Library Research), Kami mencari beberapa literatur yang berhubungan
dengan penulisan, selanjutnya digunakan sebagai landasan teori atau acuan dalam
pembahasan permasalahan pada penelitian ini.
Mengacu pada tujuan penelitian ini, yaitu untuk mengetahui
pengaruh bentuk permukaan dan ketebalan bahan penyerap (absorber)
terhadap kapasitas produksi air tawar, maka penulis mengacu pada penelitian
yang dilakukan oleh La Aba pada jurnal Sains MIPA Universitas Lampung. Pada
penelitian tersebut dilakukan pengujian pengaruh bentuk-bentuk permukaan absorber
yang terbuat dari seng (datar, bergelombang, dan bergerigi) terhadap
kenaikan temperatur di dalam solar still, selanjutnya menguji pengaruh
ketebalan absorber yang terbuat dari seng terhadap terhadap kenaikan temperatur
di dalam solar still, dengan cara setiap bentuk permukaan di atas dibuat
berlapis sesuai ketebalan yang diinginkan. Dalam setiap pengujian di atas,
temperatur di luar dan di dalam solar still, serta volume air tawar
hasil destilasi diukur.
Sedangkan untuk gambaran desain alat distilasi surya
yang digunakan, mengambil referensi dari penelitian Donny Osmond Samosir dengan pertimbangan konstruksi sederhana,
mudah dioperasikan dan bahan-bahan dari peralatan ini mudah didapatkan dengan
harga yang relatif murah. Konstruksinya yang sederhana memberi keuntungan yaitu
memudahkan alat untuk dimodifikasi. Berikut adalah alat distilasi surya dengan
adsorber datar standar:
Pandangan samping kanan
Pandangan depan
Pandangan
atas Bagian dalam alat
Bagian-bagian
destilasi tenaga surya
1. Gabus
(Foam)
Gabus
yang digunakan adalah gabus untuk tempat pendingin minuman yang banyak dijual
di pasaran. Gabus ini memiliki ukuran tebal 30 mm dengan ukuran 430 mm × 500
mm, yang nantinya pada bagian dalam dilapisi oleh plat alumunium dan pada
bagian luar oleh papan tripleks tebal 6 mm.
2. Rangka
destilasi
Rangka
destilasi dibuat dari bahan kayu ring ketam 1 × 1, pada rangka ini natinya
digunakan sebagai tempat pembatas antar papan tripleks dengan gabus.
3. Papan
tripleks
Papan
tripleks digunakan untuk menutupi bagian luar alat destilasi, papan tripleks
harus dipotong sesuai dengan panjang, lebar dan tinggi rangka.
4. Plat
kolektor
Kolektor
dibuat dari kaca yang dicat hitam doof dengan tebal 6 mm. Plat kolektor akan
mengumpulkan panas yang diterima dari reflektor dan kemudian akan diteruskan ke
basin. Ukuran kolektor adalah 0,43 m × 0,5 m.
5. Kaca
Penutup (Kaca Transparan)
Kaca
bening digunakan untuk meneruskan sinar matahari ke kolektor berbentuk seperti
prisma dengan ukuran bidang alas adalah 430 mm × 500 mm, tinggi 220 mm,
ketebalan kaca 6 mm dengan kemiringan 24ยบ.
Konstruksi Alat Distilasi Air Laut
(Solar Still) Setelah Dimodifikasi
Pada
konstruksi awal, distilator surya atau solar still mempunyai adsorber berbentuk
plat datar. Sedangkan dalam pengujian ingin dilakukan perbandingan antara
bentuk adsorber dan ketebalannya. Maka rancang bangun alat dimodifikasi pada
beberapa hal sebagai berikut :
1. Bahan
Adsorber
Jika pada
rancangan alat awal digunakan kaca yang dicat hitam doof, maka untuk
menghasilkan efisiensi tertinggi digunakan bahan adsorber yaitu plat dasar
tembaga menggunakan bahan pelapis cat black chrome (Kreith, 1978).
2. Bentuk Adsorben
Luas permukaan dari adsorben merupakan
salah satu faktor yang menentukan efisiensi alat, maka pada percobaan digunakan
berbagai macam bentuk adsorber seperti gambar dibawah ini :
BAB
IV
HASIL DAN
PEMBAHASAN
Dari hasil
pengujian distilasi air laut dengan menggunakan solar still terlihat bahwa
sistem destilasi yang sederhana ini dapat memproduksi air tawar (air suling)
secara kontinyu pada kondisi cuaca yang baik. Beberapa parameter absorber yang
dapat mempengaruhi kinerja solar still telah diteliti dalam penelitian
ini, yaitu bentuk pemukaan dan ketebalan absorber yang terbuat dari
seng. Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, diketahui bahwa bentuk
permukaan absorber mempunyai pengaruh yang signifikan terhadap
peningkatan temperatur air laut dalam bak solar still dan peningkatan
volume air suling yang dihasilkan, seperti yang ditunjukan pada Gambar 1 dan
Gambar 2.
Dari Gambar 1
terlihat bahwa temperatur air laut dalam solar still lebih tinggi untuk absorber
dengan permukaan berbentuk gelombang, disusul bentuk gerigi (gergaji), dan
bentuk plat. Hal ini terjadi karena untuk permukaan yang berbentuk gelombang
memiliki luas permukaan yang lebih besar sehingga dapat menyerap radiasi matahari
lebih banyak dibandingkan dengan absorber yang berbentuk plat dan bentuk
gerigi. Karena lebih banyak radiasi matahari yang diserap oleh absorber,
maka temperaturnya juga lebih tinggi. Hasil yang diperoleh dalam penelitian ini
konsisten dengan kajian secara teoritis yang mana dapat dijelaskan bahwa, besarnya
radiasi matahari yang diserap oleh solar still berbanding lurus dengan
luas permukaan absorbernya.
Pada permukaan
absorber, energi radiasi matahari dikonversi menjadi energi panas (kalor).
Besarnya kalor yang diterima berbanding lurus dengan kenaikan temperatur pada
permukaan absorber (Q=mc_T). Kenaikan temperatur absorber dapat
menyebabkan kenaikan temperatur air laut di dalam solar still. Tingginya
temperatur dalam solar still menyebabkan jumlah air laut yang menguap
menjadi lebih banyak sehingga tekanan uap air menjadi cepat jenuh dan akhirnya
terjadi kondensasi yang menghasilkan air tawar (air suling) pada bagian bawah
permukaan kaca penutup. Karena pengaruh gaya gravitasi, maka air suling hasil
distilasi mengalir ke bawah dan masuk pada wadah penampungan yang telah
disediakan. Dengan demikian dapat dikatakan bahwa, semakin tinggi temperatur,
semakin cepat terjadinya penguapan air laut, dan semakin besar volume air
suling hasil distilasi seperti yang ditunjukan pada Gambar 2.
Dari Gambar 2
terlihat bahwa volume air suling hasil distilasi dari solar still lebih
besar untuk absorber dengan permukaan berbentuk gelombang, disusul bentuk
gerigi (gergaji), dan bentuk plat. Hal ini sesuai dengan penjelasan di atas,
yang berarti bahwa solar still dengan permukaan absorber berbentuk
gelombang memiliki kinerja yang lebih baik dibandingkan solar still dengan
permukaan absorber berbentuk plat dan bergerigi.
Selanjutnya,
dalam penelitian ini juga telah diteliti tentang pengaruh ketebalan absorber
terhadap kinerja solar still yang hasilnya seperti yang ditunjukkan
pada Gambar 3 dan Gambar 4. Dari Gambar 3 terlihat bahwa temperatur air laut
dalam solar still menunjukan perbedaan yang signifikan untuk penggunaan absorber
dengan ketebalan 0,3 mm (1 lapis); 0,6 mm (2 lapis); 0,9 mm (3 lapis); dan
1,2 mm (4 lapis). Besarnya energy radiasi yang diserap oleh absorber sangat
tergantung pada ketebalannya. Artinya, semakin tebal absorber, maka
semakin banyak energi radiasi yang diserap sehingga semakin tinggi pula
temperatur dalam solar still. Seperti telah dijelaskan di atas bahwa temperature
solar still yang tinggi dapat mempercepat proses penguapan sehingga
menghasilkan volume air suling hasil distilasi yang lebih besar.
Gambar
4 memperlihatkan bahwa volume air suling
hasil distilasi dari solar still lebih besar seiring dengan bertambahnya
ketebalan (jumlah lapisan) absorber. Artinya, semakin tebal absorber
dalam solar still, maka semakin besar volume air suling yang dihasilkan. Hal ini menunjukan bahwa ketebalan absorber dapat meningkatkan
kinerja solar still.
BAB
V
KESIMPULAN
Berdasarkan hasil
penelitian dan pembahasan, maka dapat disimpulkan:
1.
Solar still
dengan permukaan absorber berbentuk gelombang memiliki kinerja yang
lebih baik dibandingkan solar still dengan permukaan absorber
berbentuk plat dan bergerigi
2.
Semakin tebal absorber dalam solar
still, maka semakin besar volume air suling yang dihasilkan
DAFTAR PUSTAKA
Bouchekima, B,
2003; A Small Solar Desalination Plant for The Production of Drinking Water in
Remote Arid Areas of Southern Algeria; Desalination, 159:
197-204.
Cammack, R. 2006. Oxford Dictionary of Biochemistry and
Molecular Biology. Oxford University Press. New York. 720 h.
Dahlan,
2004, Pemanfaatan Renewable Energi Untuk Penyedian Air Bersih.Kursus
Singkat Eksplorasi dan Pengolahan Air Layak Konsumsi Daerah
Pesisir Dengan Metode Fisika, UNHAS, Makassar.
Homig, H. E.
1978. Seawater and Seawater Distillation, Vulkan-Verlag. University of
California. 202 h.
La
Aba, 2006; Karakteristik Solar Still Dan Aplikasinya Sebagai Alat Distilasi Air
Laut Menjadi Air Tawar, Jurnal Aplikasi Fisika, 2 (1): 15-19.
Kreith,
F., Kreider, J.F, 1978; Principles of Solar Engineering, Hemisphere
Publishing Corporation, New York.
Samosir,
D.O. 2011. Kajian Eksperimental Kondensor Untuk Mesin Pendingin Siklus Adsorpsi
Tenaga Surya. Skripsi. Fakultas Teknik. Medan : Universitas Sumatera Utara.
Salvato, J. A. 1972. Environmental
engineering and Ssnitation, Wiley- Interscience. University of California.
919 h.
Sudjito,
2001; Prospek Aplikasi Teknologi Distilasi Air Laut Tenaga Matahari,
Jurnal Ilmu-ilmu Teknik (Engineering), 13 (2): 105-155.
Tiwari,
G.N., Singh, H.N., Rajesh Tripathi , 2003; Present status of solar
distillation, Solar Energy , 75: 367-373.