Seminar Nasional TREnD Technology of Renewable Energy and Development FTI Universitas Jayabaya Juni 2024 Pengaruh Gelembung Udara Pada Efisiensi Distilasi Air Energi Surya Ignatius Kristian.
Nikodemus Yoel Simamora.
dan Rusdi Sambada 3,*) 1,2,3 Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Kampus i Paingan Maguwoharjo Depok Sleman Yogyakarta 55282 *) Corresponding author: sambada@usd.
Abstract Solar energy water distillation is a simple and environmentally friendly technology that can obtain drinking water from contaminated water.
The problem with solar energy water distillation is low This research aims to increase the efficiency of solar energy water distillation by increasing the water evaporation process using air bubbles.
The research method is an experiment using a distillation model in the laboratory.
The distillation model used is a basin type.
Air bubbles are produced by an aerator that flows air through a perforated hose into the distillation tank.
Electrical heater is used as solar energy simulators.
A fan is used to simulate wind in a natural environment.
The varied variables was air bubbles introduced into the water.
The variables measured to analyze the efficiency of the distillation model in this research are the distillation cover glass temperature, the distillation tank's water temperature, and the distilled water results.
This research shows that using air bubbles in solar energy water distillation can increase efficiency significantly.
Abstrak Distilasi air energi surya merupakan teknologi sederhana dan ramah lingkungan untuk mendapatkan air minum dari air yang terkontaminasi.
Permasalahan pada distilasi air energi surya adalah efisiensi yang Penelitian ini bertujuan meningkatkan efisiensi distilasi air energi surya dengan meningkatkan proses penguapan air menggunakan gelembung udara.
Metode penelitian adalah eksperimen menggunakan model distilasi di dalam laboratorium.
Model distilasi yang digunakan adalah jenis bak.
Gelembung udara dihasilkan aerator yang mengalirkan udara melalui selang berlubang ke bak distilasi.
Pemanas listrik digunakan sebagai simulator energi surya.
Sebuah kipas angin digunakan untuk simulasi angin pada lingkungan sebenarnya.
Variabel yang divariasikan adalah massa gelembung udara yang dimasukkan kedalam air.
Variabel yang diukur untuk menganalisis efisiensi model distilasi dalam penelitian ini adalah temperatur kaca penutup distilasi, temperatur air dalam bak distilasi serta hasil air distilasi yang diperoleh.
Penelitian ini menunjukkan penggunaan gelembung udara pada distilasi air energi surya dapat meningkatkan efisiensi secara signifikan.
Kata kunci: air bubbles, distillation, efficiency, solar energy TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Ignatius Kristian et al / Seminar Nasional TREnD .
2024 103 Ae 110
PENDAHULUAN
Masyarakat yang hidup di daerah perkotaan umumnya tidak menghadapi masalah untuk mendapatkan air minum.
Selain dari perusahaan air minum yang dikelola pemerintah, masyarakat yang hidup diperkotaan juga dapat membeli air minum kemasan dengan mudah dan murah.
Sangat berbeda dengan masyarakat yang hidup di perkotaan, masyarakat yang hidup di daerah terpencil sangat sulit untuk mendapatkan air minum.
Selain belum adanya jaringan air minum yang dikelola pemerintah, pemasaran air minum kemasan umumnya tidak menjangkau daerah daerah terpencil.
Dalam memenuhi kebutuhan air minum, masyarakat di daerah terpencil umumnya memanfaatkan sumber air yang ada seperti air tanah, sungai bahkan dengan menampung air hujan.
Air yang diperoleh dari air tanah, sungai atau air hujan umumnya tidak memenuhi syarat kesehatan untuk dimanfaatkan sebagai air minum karena mengandung zat-zat kontaminan yang merugikan kesehatan.
Zat-zat kontaminan yang merugikan kesehatan diantaranya partikel tanah, logam berat, bakteri, garam dan sebagainya.
Karenanya diperlukan suatu teknologi sederhana yang dapat memurnikan air terkontaminasi di daerah-daerah terpencil sehingga layak digunakan sebagai air minum.
Distilasi air energi surya merupakan salah satu teknologi sederhana yang dapat diterapkan di daerah-daerah terpencil untuk memperoleh air minum dari air yang tercemar.
Sebagai negara yang terletak di daerah tropis.
Indonesia mempunyai potensi energi surya sebesar 4,80 kWh/m2/hari .
yang dapat dimanfaatkan untuk memurnikan air terkontaminasi menggunakan distilasi air energi surya.
Terdapat banyak jenis distilasi air energi surya dan salah satu yang banyak digunakan, dan diteliti adalah distilasi air energi surya jenis bak.
Permasalahan utama pada distilasi air energi surya adalah masih rendahnya efisiensi Efisiensi distilasi air energi surya berbanding lurus dengan hasil air distilasi.
Efisiensi distilasi air energi surya jenis bak sangat dipengaruhi oleh laju penguapan air pada bagian bak.
Semakin besar laju penguapan, semakin besar efisiensi yang diperoleh.
Beberapa penelitian distilasi berupaya menaikkan efisiensi diantaranya penelitian untuk meningkatkan efisiensi dengan memperlama waktu penguapan melalui modifikasi bentuk absorber .
, dengan memanfaatkan panas pengembunan kaca menggunakan kaca ganda .
, dengan pengaturan laju aliran air menggunakan mikrokontrol .
, dengan mengoptimalkan parameter-paremeter berpengaruh menggunakan perangkat lunak Trnsys .
, dengan memperluas absorber melalui modifikasi bentuk geometri absorber .
, .
, dengan memanfaatkan sifat kapilaritas material .
, .
, .
dan pemanfaatan nanokarbon .
, .
Laju penguapan pada distilasi jenis bak sebenarnya dapat ditingkatkan dengan memanfaatkan pengaruh adanya gelembung udara dalam air pada proses penguapan.
Adanya gelembung udara pada air merupakan salah satu faktor yang dapat meningkatkan proses Namun penjelasan teoritis pengaruh gelembung udara pada aplikasi distilasi energi surya dapat dikatakan belum ada.
Walaupun penjelasan teoritis tentang pengaruh gelembung udara pada aplikasi distilasi energi surya belum ada, beberapa penelitian distilasi air energi surya oleh peneliti lain dengan gelembung udara membuktikan bahwa gelembung udara dapat meningkatkan efisiensi distilasi.
Beberapa penelitian tersebut diantaranya adalah penelitian distilasi air energi surya dengan injeksi udara panas menggunakan gelembung udara mendapatkan peningkatan hasil air distilasi sebesar 108% .
dan 33,5% sampai 47,5% .
dibandingkan distilasi tanpa gelembung udar.
Namun pada penelitian .
tidak ada penjelasan teoritis mengapa gelembung udara dapat meningkatkan hasil.
Penelitian distilasi air energi surya menggunakan injeksi udara dengan generator gelembung yang terbuat dari batuudara sebanyak 1, 2, 3 dan 4 buah meningkatkan hasil distilasi air energi surya sebesar 15,6%.
28,7%.
9,3%, dan 5,4%, pada penelitian ini juga tidak disampaikan penjelasan teoritis mengapa dengan penambahan batu-udara justru menurunkan peningkatan hasil .
Penelitian distilasi air energi surya yang lain menggunakan gelembung udara juga menunjukkan peningkatan hasil TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Ignatius Kristian et al / Seminar Nasional TREnD .
2024 103 Ae 110 sebesar 10% .
dan 40,9% .
dibandingkan distilasi yang sama tanpa gelembung udara.
Pada penelitian .
analisa yang disampaikan bersifat umum pada efisiensi alat distilasi surya dan tidak ada pembahasan pada sisi gelembung udara.
Penelitian ini bertujuan untuk mngetahui pengaruh laju aliran udara ke dalam batu udara yang akan menghasilkan gelembung udara terhadap hasil air distilasi.
METODE PENELITIAN
Komponen utama dari distilsasi air energi surya adalah bak absorber dan kaca penutup.
Dalam distilasi air energi surya jenis bak terdapat dua proses utama, yakni penguapan dan Gambar 1 menggambarkan prinsip kerja sederhana dari distilasi air energi Energi surya menembus kaca penutup, kemudian diserap oleh absorber.
Absorber akan memanasi air sehingga air menguap.
Zat kontaminan tidak menguap sehingga uap air yang mengembun bersih dan dapat dikonsumsi.
Efisiensi alat distilasi () merupakan perbandingan antara jumlah energi panas yang digunakan dalam proses penguapan air dengan jumlah energi panas yang datang selama waktu pemanasan .
Eayceyci = yayca .
dengan m adalah hasil air distilasi .
, hfg adalah panas laten air (J/k.
AC adalah luasan alat distilasi .
GT adalah energi surya (W/m.
dan dt adalah waktu selama pemanasan .
Gambar 1.
Distilasi air energi surya jenis bak Penelitian ini dilakukan secara eksperimen di dalam ruangan menggunakan model alat distilasi (Gambar .
Bagian-bagian model distilasi terdiri dari .
penampung air hasil, .
bak destilasi, .
pemanas listrik sebagai simulator energi panas surya, .
batu udara, .
air yang akan didistilasi, .
aerator, .
termokopel untuk mengatur dan mengukur temperatur air, .
kipas sebagai simulator angin pada lokasi penggunaan alat distilasi, .
kaca penutup, dan .
termokopel untuk mengukur temperatur kaca.
Untuk mencapai tujuan penelitian ini yakni mngetahui pengaruh laju aliran udara ke dalam batu udara yang akan menghasilkan gelembung udara terhadap hasil air distilasi maka dilakukan 3 variasi variabel penelitian.
Variasi pertama dilakukan dengan mevariasikan laju TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Ignatius Kristian et al / Seminar Nasional TREnD .
2024 103 Ae 110 aliran udara kedalam batu udara dengan 3 variasi laju aliran udara yakni 0 ml/ detik .
anpa laju aliran udar.
, 17 ml/detik dan 40 ml/detik.
Pada variasi pertama laju aliran udara, temperatur air diatur tetap sebesr 65OC dan temperatur udara diatur tetap sebesar 31OC.
Variasi kedua dlakukan dengan mevariasikan laju aliran udara sebesar 0 ml/ detik .
anpa laju aliran udar.
dan 40 ml/detik dengan temperatur air diatur sebesar 50OC dan temperatur udara diatur tetap sebesar 31OC.
Variasi ketiga dilakukan dengan mevariasikan laju aliran udara sebesar 0 ml/detik .
anpa laju aliran udar.
dan 40 ml/detik dengan temperatur air diatur sebesar 65OC dan temperatur udara masuk ke dalam batu udara sebesar 40OC.
Pada semua variasi, volume air yang digunakan disetiap variasi 1500 ml.
Gambar 2.
Skema alat penelitian Variabel yang diukur dalam penelitian ini adalah temperatur air, temperatur kaca, jumlah air hasil distilasi dan waktu pengambilan data.
Pengukuran temperatur menggunakan termokopel tipe K, pengukuran jumlah air distilasi menggunakan gelas ukur dan penggukuran waktu pengambilan data menggunakan stopwatch.
Pada setiap variasi dilakukan pencatatan temperatur air dan temperatur kaca setiap 20 menit selama satu jam, sedangkan pengukuran air hasil destilasi dilakukan pada akhir pengambilan data.
HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil semua variasi penelitian dapat dilihat pada Gambar 3, 4 dan 5.
Gambar 3 menunjukkan hasil air distilasi yang dihasilkan pada variasi pertama yakni variasi tiga laju aliran udara yang berbeda yakni 0 ml/detik, 17 ml/detik, dan 40 ml/detik dengan temperatur air 65OC dan temperatur udara 31OC.
Pada variasi laju aliran 0 ml/detik menghasilkan 5 ml air.
dalam satu jam yang merupakan hasil paling rendah dibandingkan dua variasi laju aliran udara yang lain.
Hal tersebut menunjukkan bahwa tanpa aliran udara, proses penguapan pada alat distilasi tidak optimal.
Pada laju aliran udara sebesar 17 ml/detik selama satu jam, hasil air distilasi meningkat menjadi 8 ml.
Hasil air distilasi terbanyak sebesar 12 ml dalam satu jam diperoleh pada variasi laju aliran udara sebesar 40 ml/detik.
Hasil pada variasi pertama ini menunjukkan bahwa semakin tbesar laju aliran udara, semakin banyak gelembung udara yang Semakin banyak gelembung udara yang terbentuk semakin banyak air distilasi yang TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Ignatius Kristian et al / Seminar Nasional TREnD .
2024 103 Ae 110 Hal tersebut menunjukkan semakin banyak gelembung udara yang terbentuk, semakin baik proses penguapan air.
Semakin baiknya proses penguapan terlihat dari pengamatan proses distilasi yang terjadi yakni proses penguapan air ke kaca penutup terjadi dengan cepat dan merata dalam waktu 5 menit kemudian mengembun.
Embun air menetes ke talang dan mengalir ke penampungan dalam waktu 16 menit.
Persamaan .
menunjukkan hasil air distilasi berbanding lurus dengan efisiensi distilasi sehingga peningkatan hasil air distilasi juga berbanding lurus dengan peningkatan efisiensi.
Pada variasi ini peningkatan efisiensi sebesar 60% terhadap proses distilasi tanpa gelembung udara diperoleh pada variasi laju aliran udara 17 ml/ detik dan peningkatan efisiensi sebesar 140% terhadap proses distilasi tanpa gelembung udara diperoleh pada variasi laju aliran udara 40 ml/ detik Hasil air distilasi .
Laju aliaran udara .
l/deti.
Gambar 3.
Hasil air distilasi pada variasi laju aliran udara dengan temperatur air 65OC dan temperatur udara 31OC.
Gambar 4 menunjukkan hasil air distilasi yang dihasilkan pada variasi kedua yakni variasi dua laju aliran udara yang berbeda yakni 0 ml/detik, 40 ml/detik, dengan temperatur air 50OC dan temperatur udara 31OC.
Pada temperatur air 50OC penguapan terjadi pada 5 menit Embun mengalir ke talang pada menit kesembilan dan embun mengalir ke talang pada menit ketiga puluh kemudian air mulai mengalir ke penampungan pada menit 38.
Hasil air distilasi pada variasi kedua ini selama satu jam pengambilan data lebih sedikit dibandingkan hasil air distilasi pada variasi pertama.
Hal ini disebabkan karena temperatur air yang didistilasi pada variasi kedua ini lebih rendah yakni 50OC dibandingkan temperatur air pada variasi pertama sebesar 65OC.
Temperatur air merupakan faktor yang sangat menentukan proses Semakin tinggi temperatur air, semakin besar energi kinetik molekul air sehingga putusnya ikatan antar molekul air yang menyebabkan proses penguapan juga semakin banyak.
Walaupun hasil air distilasi yang dihasilkan lebih sedikit dibandingkan variasi pertama, namun jika dilihat dari peningkatan hasil air distilasi tanpa aliran udara maka variasi kedua ini lebih baik dari variasi pertama.
Hasil air distilasi tanpa aliran udara atau aliran udara 0 ml/detik pada variasi kedua ini adalah sebesar 1ml dalam 1 jam sedangkan hasil air distilasi dengan aliran udara 40 ml/detik menghasilkan air distilasi sebanyak 4 ml dalam 1 jam.
Dengan kata lain peningkatan hasil proses distilasi dengan gelembung udara .
aju aliran udara 40 ml/deti.
pada temperatur air 50OC adalah sebesar 300% dibandingkan proses distilasi tanpa gelembung udara .
aju aliran udara 0 ml/deti.
Hal tersebut menunjukkan pengaruh gelembung udara terhadap efisiensi distilasi semakin berarti pada temperatur air yang semakin rendah.
TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Ignatius Kristian et al / Seminar Nasional TREnD .
2024 103 Ae 110 Hasil air destilasi .
Laju aliaran udara .
l/deti.
Gambar 4.
Hasil air distilasi pada variasi laju aliran udara dengan temperatur air 50OC dan temperatur udara 31OC.
Gambar 5 menunjukkan hasil air distilasi yang dihasilkan pada variasi ketiga yakni variasi dua laju aliran udara yang berbeda yakni 0 ml/detik, 40 ml/detik, dengan temperatur air 65OC dan temperatur udara 40OC.
Pada temperatur udara 40OC penuapan terjadi pada menit kelima, embun mengalir ke talang pada menit kesebelas, dan embun mengalir masuk ke penampungan pada menit 16.
Hasil air distilasi dengan laju udara 40 ml/detik, dengan temperatur udara 40OC dan temperatur air 65OC sama dengan variasi pertama yakni variasi laju udara 40 ml/detik, dengan temperatur udara 31OC dan temperatur air 65OC.
Pada variasi ketiga temperatur udara yang lebih besar .
OC) seharusnya menghasilkan air distilasi yang lebih banyak dibandingkan variasi pertama dengan temperatur udara masuk ke dalam batu udara yang lebih rendah .
OC).
Hasil air destilasi .
Laju aliran udara .
l/deti.
Gambar 5.
Hasil air distilasi pada variasi laju aliran udara dengan temperatur air 65OC dan temperatur udara 40OC TREnD - Technology of Renewable Energy and Development Ignatius Kristian et al / Seminar Nasional TREnD .
2024 103 Ae 110 Anomali hasil air distilasi ini kemungkinan disebabkan karena cara pengaturan temperatur air yang kurang tepat sehingga pengaruh temperatur udara tidak dapat terlihat.
Pengaturan temperatur air adalah berdasarkan temperatur yang ditentukan yakni 65OC.
Saat temperatur yang ditentukan tercapai maka pemanas dimatikan.
Kemungkinan variasi ketiga mencapai temperatur 65OC lebih cepat dibandingkan temperatur pertama, namun karena pencatatan data dilakukan tiap 20 menit menyebabkan waktu yang lebih cepat juga tidak Temperatur 65OC pada variasi ketiga dapat dicapai lebih cepat karena energi panas yang diperoleh air berasal dari pemanas listrik dan gelembung udara dari udara masuk sedangkan energi panas yang diterima air pada variasi pertama hanya berasal dari pemanas Saran yang dapat diusulkan untuk mengetahui pengaruh temperatur udara masuk ke batu udara terhadap efisiensi adalah dengan menentukan lama proses didtilasi yang sama antara variasi temperatur udara masuk yang berbeda.
KESIMPULAN
Kesimpulan dari penelitian ini adalah semakin besar laju aliran udara, semakin banyak gelembung udara yang terbentuk.
Semakin banyak gelembung udara yang terbentuk, semakin besar peningkatan efisiensi yang dicapai.
Peningkatan efisiensi tertinggi sebesar 140% terhadap proses distilasi tanpa gelembung udara diperoleh pada variasi laju aliran udara 40 ml/ detik 40 ml/detik dengan temperatur air 65OC dan temperatur udara 31OC.
Pengaruh gelembung udara terhadap peningkatan efisiensi distilasi semakin berarti pada temperatur air yang semakin rendah Peningkatan hasil proses distilasi dengan gelembung udara pada laju aliran udara 40 ml/detik dan pada temperatur air 50OC adalah sebesar 300% dibandingkan proses distilasi tanpa gelembung udara .
aju aliran udara 0 ml/deti.
DAFTAR PUSTAKA