J. Sains MIPA, Desember 2007, Vol. 13, No. 3, Hal.: 201 - 205 ISSN 1978-1873
KARAKTERISTIK PERMUKAAN ABSORBER RADIASI MATAHARI PADA SOLAR STILL DAN APLIKASINYA SEBAGAI ALAT DESTILASI AIR LAUT MENJADI AIR TAWAR La Aba Jurusan Fisika, Fakultas Matematika dan Ilmu Pengetahuan Alam, Universitas Haluoleo Jalan HEA. Mokodompit Kampus Bumi Tridharma Anduonohu, Kendari, Sulawesi Tenggara E-mail:
[email protected] Diterima 20 Februari 2007, perbaikan 21 Januari 2008, disetujui untuk diterbitkan 23 Januari 2008
ABSTRACT A research about solar energy absorber’s surface characteristic and its application as a water desalination has successfully been done. The research purpose is to know the effect of form and thickness of solar energy absorber to solar still performance. The research results show that the wave form and the thickness are most effective to improve the solar still’s performance. Keywords: absorber, solar still, solar energy, water desalination.
1. Pendahuluan Air merupakan salah satu kebutuhan pokok manusia untuk hidup selain udara dan makanan. Seperti udara keberadan air sering kurang diperhatikan karena dianggap selalu harus ada dari alam (given). Namun dalam kenyataannya banyak daerah dan negara-negara mengalami kekurangan air, terutama air bersih, yang biasanya terjadi pada musim kemarau. Krisis air bersih pada beberapa tahun yang lalu melanda banyak daerah di Indonesia, sedangkan penyaluran air bersih belum mampu memenuhi kebutuhan seluruh penduduk. Banyak masyarakat merasa kesulitan untuk mendapatkan air bersih, terutama pada musim kemarau panjang. Di pasaran, air minum kemasan bisa lebih mahal dari bensin untuk setiap liternya. Bagi masyarakat yang tinggal pada pulau-pulau terpencil di sepanjang pesisir Sulawesi Tenggara, kekurangan air tawar sudah menjadi masalah utama sejak lama. Untuk mendapatkan air tawar, mereka harus mendayung perahu berjam-jam menyeberang ke pulau yang ada sumber mata air, atau harus membeli dengan harga yang cukup mahal. Di balik keterbatasan/kekurangan air tawar, masyarakat yang tinggal di pulau-pulau terpencil sebenarnya dikelilingi oleh air laut sangat berlimpah bahkan ada yang rumahnya dibangun di atas air laut, tetapi mereka belum tahu bagaimana cara mengubah air laut tersebut menjadi air tawar untuk memenuhi kebutuhannya. Dengan melihat letak dan kedudukan geografis, Propinsi Sulawesi Tenggara merupakan daerah yang mempunyai potensi sumber energi matahari yang besar. Secara teoritis besar intensitas radiasi yang tersedia selalu mendekati maksimal, karena posisi edar matahari
2007 FMIPA Universitas Lampung
selalu berada di sekitar garis di atas kepala (zenith) sepanjang tahun 1). 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 energi matahari yang berlimpah 2). 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 3,4).
201
La Aba… Karakteristik Permukaan Absorber Radiasi Matahari
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 3) . Air tawar yang dihasilkan melalui distilasi air laut menggunakan solar still dengan permukaan absorber dari tembaga adalah 2,01 liter/m2 dalam sehari 4). Penggunaan cermin reflektor pada solar still memberikan kontribusi 2 kali lipat pada volume air hasil distilasi bila dibandingkan tanpa cermin 5,6). Beberapa jenis absorber telah diteliti untuk mendapatkan karakteristik absorptance (α) 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 α = 0,95 7). Untuk aplikasi temperatur rendah seperti pada solar still pengaruh nilai pancaran ε tidak begitu besar terhadap efisiensi absorber 8,9). Berdasarkan latar belakang di atas, maka tujuan dalam penelitian ini adalah meneliti bentuk-bentuk permukaan penyerap (absorber), yaitu bentuk datar, bergelombang, dan bergerigi, agar dapat diperoleh air hasil distilasi yang maksimum dan untuk mengetahui pengaruh ketebalan bahan penyerap (absorber) terhadap kapasitas produksi air tawar hasil distilasi.
2. METODE PENELITIAN Mengacu pada tujuan penelitian ini, yaitu untuk mengetahui pengaruh bentuk permukaan dan ketebalan bahan penyerap (absorber) terhadap kapasitas produksi air tawar, maka penelitian ini dilaksanakan dengan cara menguji 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. Selanjutnya, air tawar yang diperoleh diuji pH dan salinitasnya untuk mengetahui kualitasnya.
3. 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
202
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
2007 FMIPA Universitas Lampung
J. Sains MIPA, Desember 2007, Vol. 13, No. 3
Grafik temperatur vs waktu 90
temperatur ( oC)
80 70 60 50 40 30 20 10 0 11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
waktu (WITA) T1 (plat)
T2 (gelombang)
T3 (gerigi)
Gambar 1. Grafik hubungan antara waktu dan temperatur air laut dalam solar still dengan bentuk permukaan absorber yang berbeda.
Grafik volume total air suling vs waktu
volume total air suling (ml)
300 250 200 V1 (plat) 150
V2 (gelombang) V3 (gerigi)
100 50 0 11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
waktu (WITA)
Gambar 2. Grafik hubungan antara waktu dan volume total air suling hasil distilasi dari solar still dengan bentuk permukaan absorber yang berbeda. dengan ketebalan 0,3 mm (1 lapis); 0,6 mm (2 lapis); 0,9 mm (3 lapis); dan 1,2 mm (4 lapis). Besarnya energi radiasi yang diserap oleh absorber sangat tergantung pada ketebalannya. Artinya, semakin tebal absorber, maka semakin banyak energi radiasi yang diserap
2007 FMIPA Universitas Lampung
sehingga semakin tinggi pula temperatur dalam solar still. Seperti telah dijelaskan di atas bahwa temperatur solar still yang tinggi dapat mempercepat proses penguapan sehingga menghasilkan volume air suling hasil distilasi yang lebih besar.
203
La Aba… Karakteristik Permukaan Absorber Radiasi Matahari
Grafik temperatur vs waktu 90 80 Temperatur ( o C)
70 60
T1 (1 lapis)
50
T2 (2 lapis)
40
T3 (3 lapis)
30
T4 (4 lapis)
20 10 0 11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
waktu (WITA)
Gambar 3. Grafik hubungan antara waktu dan temperatur air laut dalam solar still dengan ketebalan absorber yang berbeda.
volum e total air suling (m l)
Grafik volume total air suling vs waktu 400 350 300 250
V1(1 lapis)
200
V2(2 lapis)
150
V3(3 lapis)
100
V4(4 lapis)
50 0 11:00
11:30
12:00
12:30
13:00
waktu (WITA)
Gambar 4. Grafik hubungan antara waktu dan volume total air suling hasil distilasi dari solar still dengan ketebalan absorber yang berbeda. 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. Untuk menguji kualitas air suling yang dihasilkan, maka dilakukan pengukuran salinitas dan pH air laut dan air suling, yang diuji di laboratorium Kimia FMIPA Unhalu. Pada pengukuran tingkat keasaman yaitu dengan menggunakan pH meter diperoleh bahwa, pH air laut mencapai 9,4, sedangkan pH air suling hasil distilasi adalah 6,57. Hasil ini menunjukkan bahwa air suling hasil distilasi termasuk dalam kriteria baku mutu air golongan A dengan pH 6,5 sampai 8,5. Kemudian
204
dengan menggunakan rhepractometer diperoleh bahwa salinitas air laut mencapai 36 o/oo , sedangkan salinitas air suling hasil distilasi mencapai 0,1o/oo. Dari kedua hasil uji kualitas di atas menunjukkan bahwa air suling hasil distilasi memenuhi kriteria baku mutu air yang layak untuk dikonsumsii masyarakat.
4. 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; (3) Berdasarkan uji salinitas dan keasaman (pH), air suling hasil distilasi
2007 FMIPA Universitas Lampung
J. Sains MIPA, Desember 2007, Vol. 13, No. 3
memenuhi kriteria baku mutu air yang layak untuk dikonsumsi masyarakat.
DAFTAR PUSTAKA 1.
2.
Erniwati,1993, Penyulingan Air Tawar Dari Air Asin Dengan Kolektor Surya, Hasil Penelitian Fakultas Keguruan dan Ilmu Pendidikan, UNHALU, Kendari.. Dahlan, 2004, Pemanfaatan Renewable Energi Untuk Penyedian Air Bersih.Kursus Singkat Eksplorasi dan Pengolahan Air Layak Konsumsi Daerah Pesisir Dengan Metode Fisika, UNHAS, Makassar.
3.
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.
4.
Sudjito, 2001; Prospek Aplikasi Teknologi Distilasi Air Laut Tenaga Matahari, Jurnal Ilmu-ilmu Teknik (Engineering), 13 (2): 105-155.
5.
Tanaka, H., Nakatake, Y. 2005, Factors influencing the productivity of a multiple-effect diffusion-type solar still coupled with a flat plate reflector, Desalination, 186: 299–310
2007 FMIPA Universitas Lampung
6.
La Aba, 2006; Karakteristik Solar Still Dan Aplikasinya Sebagai Alat Distilasi Air Laut Menjadi Air Tawar, Jurnal Aplikasi Fisika, 2 (1): 15-19.
7.
Kreith, F., Kreider, J.F, 1978; Principles of Solar Engineering, Hemisphere Publishing Corporation, New York.
8.
Bhide, V.G., et al; 1982; Coise of Selective Coating for Flat Plate Collector; Solar Energy, vol. 29, No. 6, 198, pp. 463-465
9.
Tiwari, G.N., Singh, H.N., Rajesh Tripathi , 2003; Present status of solar distillation, Solar Energy , 75: 367-373.
205
