Distilasi air laut dengan tenaga surya

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 24º.

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.