## Desalinasi Air Laut Berbasis Energi Surya Sebagai Alternatif Penyediaan Air Bersih

## I Gede Yogi Dewantara, Budhi Muliawan Suyitno, I Gede Eka Lesmana
Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Pancasila
E-mail: yogidewantara12@gmail.com
ABSTRAK --Penelitian  ini  berkonsentrasi  pada  kemampuan  alat  desalinasi  tipe  solar  still  dalam menyerap energi kalor matahari dan penggunaannya dalam proses kondensasi guna memproduksi air tawar untuk keperluan  masyarakat.  Alat desalinasi ini terdiri dari kotak distiller dengan plat  penyerap panas dan kain yang terdapat di dalamnya, serta akrilik sebagai pentransmisian. Sistem kerja berawal dari air diteteskan melalui pipa dan jatuh  pada  kain  yang akan  menyerap air. Radiasi matahari akan memanaskan  plat  penyerap  panas  melalui  akrilik  kemudian  panas  plat  memanaskan  air  pada  kain hingga  menjadi uap  dan  menempel  pada  permukaan  dalam  akrilik hingga  terkonsensasi  menjadi  air suling. Pengukuran volume alat sebesar 6 (L)dengan luasan plat penyerap panas 900 (mm) x 550 (mm). Melalui penelitian ini dapat disimpulkan bahwa intensitas matahari telah ada pada pukul 08.00 pagi dan energi kalor  matahari dapat dimanfaatkan  pada waktu tersebut. Untuk  kinerja alat desalinasi, alat ini memiliki effisiensi teoritis maksimum 25,10% dan efisiensi aktual maksimum 14,33%.
Kata kunci: Desalinasi, air laut, air tawar, energi kalor matahari

## 1.  PENDAHULUAN
Dalam  beberapa  dekade  terakhir,  permasalahan kebutuhan air bersih untuk keperluan sehari-hari menjadi  tantangan  utama  dalam  permasalahan dunia.  Pada  kenyataannya,  kini  kandungan  air banyak tercemar oleh polusi dan iklim yang tidak normal. Berdasarkan data WHO (2000), diperkirakan terdapat lebih 2  milyar  manusia per hari terkena dampak kekurangan air di lebih dari 40 negara didunia. 1,1 milyar tidak mendapatkan air  yang  memadai  dan  2,4  milyar  tidak mendapatkan  sanitasi  yang  layak.  Sedangkan pada  tahun  2050  diprediksikan  bahwa  1  dari  4 orang  akan  terkena  dampak  dari  kekurangan  air bersih  (Gardner-  Outlaw  and  Engelman,  1997 dalam UN, 2003).
Di  Indonesia,  ancaman  akan  kurangnya  air bersih    tiap  tahunnya  selalu  meningkat. Berdasarkan  data  World  Resources  Institute (WRI)  mengenai  sumber  daya  air  tawar  yang dimiliki  oleh  setiap  negara  di  dunia,  Indonesia menduduki peringkat ke-51 dengan tingkat krisis level resiko tinggi (High 40-80% possibility). Akan tetapi  dengan  garis  pantai  sepanjang  81.000 kilometer  dan  luas  wilayah  laut  sekitar  5,8  juta kilometer  persegi.  Indonesia  sebenarnya  dapat memanfaatkan jumlah air laut  yang melimpah ini sebagai  alternatif  bahan  baku  pemenuhan kebutuhan air bersih bagi masyarakat. Salah satu proses  pengolahan  air  laut  menjadi  air  tawar disebut  proses  desalinasi  air  laut.  Dimana desalinasi ini salah satunya memanfaatkan energi surya  untuk  membantu  proses  distilasi  air  laut menjadi  air  tawar.  Perancangan  teknologi desalinasi  yang  memanfaatkan  sumber  energi matahari  secara  efisien  dan  memiliki  harga terjangkau untuk masyarakat sangatlah
diperlukan.  Oleh  karena  itu,  dalam  penelitian  ini akan membahas mengenai inovasi teknologi solar still desalinasi  dengan  mengoptimumkan  aspek material,  dan  desainnya,  dari  penelitian  yang sudah  ada  sebelumnya  sepeti  “Pengolahan  Air Laut  Menjadi  Air  Bersih  Dan  Garam  Dengan Destilasi Tenaga Surya [1]”, “Analisa Performansi Destilasi Air Laut Tenaga Surya Tipe Bergelombang  Berbahan  Dasar  Beton  [2]”, “Desalinasi  Berbasis  Tenaga  Surya  Untuk Menghasilkan Air Tawar [3]”, “Kaji Eksperimental Untuk  Meningkatkan  Performasi  Destilasi  Surya Basin  Tiga  Tingkat  Menggunakan  Beberapa Bahan Penyimpan Panas [4]” guna mendapatkan hasil air tawar dan efisiensi yang terbaik.

## 2.  TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1 Desalinasi
Menurut Kamus Besar Bahasa Indonesia (KBBI), desalinasi adalah suatu proses untuk membuat air laut  menjadi  air  tawar.  Proses  ini  dimanfaatkan untuk  mendapatkan  air  yang  dapat  dikonsumsi oleh makhluk hidup. Hasil sampingan dari proses ini  ialah garam.  Ketika air laut  dididihkan,  garam akan  terlarut  dan  air  akan  menguap.  Air  yang menguap  akan  menghasilkan  uap  yang  dapat berubah  fasa  ketika  temperatur  menurun. Perubahan  fasa  yang  terjadi  ialah  kondensasi yang dapat merubah uap menjadi air kembali [3].
Gambar 2.1 Input, proses, dan output utama desalinasi energi surya

## 2.2 Perpindahan Kalor
Cara  perpindahan  kalor  yang  terjadi  antar  zat dapat dibedakan menjadi 3 jenis,  yaitu konduksi, konveksi, dan radiasi. Perpindahan kalor bergerak dari  zat  yang  temperatur  nya  lebih  tinggi  ke temperatur  yang  lebih  rendah  sampai  mencapai keadaan setimbang [5].

## A.  Konduksi
Perpindaha kalor konduksi, panas berpindah dari zat  padat  ke  zat  padat  lain.  Konduksi  memiliki persamaan:
=   −   ×     × ∆
∆ Dimana, = laju perpindahan panas ( ) − =  konduktivitas panas = luas perpindahan panas ( ) ∆ = perbedaan temperatur ( ) ∆ = jarak ( )

## B.  Konveksi
Perpindahan  kalor  konveksi  adalah  perpindahan panas  yang  terjadi  antara  permukaan  padat dengan  fluida  yang  mengalir  di  sekitarnya. Konveksi memiliki persamaan:

## = ℎ ×   ×   ∆
Dimana, ℎ   = koefisisen konveksi material = luas penampang permukaan ( ) ∆ = perbedaan temperatur ( )

## C.  Radiasi
Radiasi  merupakan  perpindahan  kalor  yang terjadi tanpa melalui perantara. Contoh sederhana nya  adalah  perpindahan  kalor  dari  matahari  ke bumi  melalui  ruang  hampa  di  sistem  tata  surya. Persamaan radiasi yaitu:
=   ×     ×   ×   ∆
Dimana, = emisifitas permukaan = konstanta Boltzmann 5,67  ×
10 = luas penampang permukaan ( )
∆ = perbedaan temperatur ( )
2.3 Kalor
Banyaknya kalor yang diperlukan untuk menaikkan  atau  menurunkan  suhu  suatu  benda bergantung pada [5]:
 massa benda ( )
 Jenis benda atau kalor jenis benda ( )  Perubahan suhu (∆ )
Sehingga  secara  matematis  dapat  dirumuskan sebagai berikut:
= × × ( − )
Dimana:
= kalor yang dibutuhkan ( ) = masa benda ( )
= kalor jenis
∆ = perubahan suhu (° )

## 2.4 Radiasi Matahari
Jarak eksentrisnya dari lintasan bumi adalah jarak antara  matahari  dan  bumi  dengan  variasi  1,7%. Dari  hasil  pengukuran  astronomi  didapat  jarak rata-rata  bumi-matahari  adalah  1,495  x  10 11 m dengan  sudut  kecenderungan  matahari  320. Radiasi yang diemisikan oleh matahari dan ruang angkasa  yang  berhubungan  dengannya  ke  bumi menghasilkan  intensitas  radiasi  matahari  yang hampir konstan di luar atmosfer bumi. Konstanta matahari  (Gsc)  adalah  energi  dari  matahari  per unit  waktu  yang  diterima  pada  satu  unit  luasan permukaan yang tegak lurus arah radiasi matahari pada  jarak  rata-rata  matahari-bumi  di  luar atmosfer. World Radiation Center (WRC) mengambil nilai konstanta matahari (Gsc) sebesar 1367  W/m 2 dengan  ketidakpastian  sebesar  1%
[6].
Gambar 2.2 Hubungan antara Matahari dan
Bumi 2.5 Efisiensi Dalam menentukan kinerja sebuah alat, dibutuhkan angka yang merepresentasikan kinerja  tersebut.  Angka  tersebut  dapat  dihitung dengan  cara  menghitung  efisiensi  dari  alat desalinasi ini. Efisiensi pada alat juga menunjukan performa dari kerja alat tersebut, pada penelitian ini  membandingkan  efisiensi  teoritis  [2]  dan efisiensi actual [3] alat sebagai berikut:
=
× 100%
3.  METODE PENELITIAN
3.1 Rancangan Alat Uji
Gambar 3.1 Alat desalinasi air laut tenaga surya Keterangan gambar:
1. Kotak Desalinasi 2. Plat Penyerap Panas
3. Rangka Dudukan Kotak Desalinasi
4. Sliding Engsel
5. Kain Penyerap
6. Cover

## 3.2 Prinsip Kerja
Pada  prinsipnya  desalinasi  air  tenaga  surya bekerja  sebagai  berikut:  Air  baku  ditempatkan dalam suatu wadah tertutup, bagian atas ditutup bahan transparan/ tembus cahaya yang mempunyai  kemiringan  tertentu.  Energi  surya akan  menembus  bahan  transparan  dan  akan masuk  ke  dalam  ruangan  tertutup  dibawahnya, sehingga  panas  terkumpul  dalam  ruangan tersebut  dan  menyebabkan  air  didalamnya menguap.  Uap  yang  terjadi  mengembun  pada bagian  dalam  dari  penutup  transparan  karena ada perbedaan suhu dengan udara luar. Embun tersebut  kemudian  mengalir  pada  sepanjang permukaan  penutup  transparan  dan  ditampung oleh  kanal  pada  ujung  bawah  penutup transparan.
Di  dalam  penelitian  ini  untuk  pengukuran data  pada  alat  dipasang  termokopel  untuk mengetahui  temperatur  di  lingkungan  luar, temperatur  absorber,  temperatur  kondenser, temperatur  kaca,  dan  temperatur  di  dalam  alat desalinasi.

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN
Untuk  mempermudah  melakukan  analisa  maka data hasil pengujian dan perhitungan digambarkan dalam bentuk grafik. Pada penelitian ini penulis mengambil data volume air selama 10 hari.  Dari  pengambilan  data  air  ini,  didapat  data sebagai berikut:
Tabel 4.1 Tabel Hasil Rata – Rata Volume Air Yang Tersuling Volume Air Masuk Rata-rata Volume Air Tersuling 3 ( ) 374,7 ( ) 4,5 ( ) 554,3 ( ) 6 ( ) 818,5 ( )
Data di atas adalah data volume air yang masuk dan volume air yang berhasil tersuling selama 10 hari masa pengujian alat. Selain merekam volume air yang dihasilkan dari alat, distribusi temperatur juga turut  direkam pada  penelitian  ini. Berikut ini adalah  salah  satu  data  penelitian  distribusi temperatur  terhadap  alat  desalinasi  yang  telah dilakukan selama 10 hari pengujian.
Tabel 4.2 Data Pengujian Temperatur Air Dan Temperatur Cover  Pada Tanggal 30 Desember 2017 Terhadap Alat Uji Desalinasi
Gambar 4.1 Grafik Distribusi Temperatur Alat Desalinasi Pada Tanggal 30 Desember 2017
Gambar 4.2 Grafik Perbandingan Temperatur Lingkungan Dalam dan Temperatur Kondensor Tanggal 30 Desember 2017
Pada  Gambar  4.1,  dapat  dilihat  distribusi temperatur  pada  alat  desalinasi  ini  mengalami kenaikan  dan  penurunan  pada  tiap  waktunya disebabkan cuaca yang dapat berubah - ubah tiap jamnya,  pada  tanggal  30  desember  2017 temperatur  pada  kotak  desalinasi  di  pagi  hari sudah mengalami kenaikan akan tetapi dikarenakan cuaca yang berubah mendung pada waktu  ke-4  (pukul  09.30  WIB)  membuat temperatur  didalam  kotak  menjadi  turun,  dan kemudian naik lagi pada waktu ke-5 (pukul 10.00 WIB).  Untuk  data  temperatur  pada  tanggal  30 Desember  2017  Temperatur  maksimum  didapat sebesar  69,25  ( ℃ )  pada  lingkungan  dalam  alat desalinasi  pada  waktu  ke-8  (pukul  11.30  WIB), sedangkan data temperatur minimum pada waktu ke-8 adalah 40,75 ( ℃ ) pada kondensor. Pada Gambar  4.2, dapat dilihat  bahwa sejak waktu  ke-1(pukul  08.00  WIB)  pengambilan  data, energi  kalor  matahari  sudah  mempengaruhi  alat desalinasi  solar  still.  Hal  ini  terbukti  dari  suhu lingkungan dalam yang lebih tinggi dibandingkan kondenser, fenomena ini mengindikasikan bahwa telah  ada  energi  kalor  (energi  panas)  matahari yang  terkumpul  di  dalam  ruang  dalam  kotak desalinasi.
Untuk  analisa  kerja  alat  desalinasi  setelah meneliti  kinerja  distiller  dari  efisiensi  yang  telah terhitung (efisiensi teoritis) dan efisiensi aktualnya,  distiller  mempunyai  efisiensi  teoritis yang mencapai 25,10%
pada angka maksimalnya,  sedangkan  efisiensi  aktualnya mencapai 14,33% pada angka maksimalnya.

## 5.  KESIMPULAN
Berdasarkan perhitungan dan analisa data – data hasil penelitian yang telah dilakukan terhadap alat desalinasi air laut berbasis.
1.  Dari hasil perngujian alat dalam waktu 1 hari distiller  dapat  menghasilkan  air  dengan volume  rata-rata    air  bersih  yang  dihasilkan 374,7 (mL) untuk volume air laut yang masuk sebanyak  3  (L),  volume  rata-rata  air  bersih yang dihasilkan 554,3 (mL) untuk volume air laut  yang  masuk  sebanyak  4,5  (L),  dan volume  rata-rata  air  bersih  yang  dihasilkan
818,5 (mL) untuk volume air laut yang masuk sebanyak 6 (L).
2.  Kinerja  pada  distiller  mempunyai  efisiensi teoritis  yang  mencapai  25,10%  pada  angka maksimalnya,  sedangkan  efisiensi  aktualnya mencapai 14,33% pada angka maksimalnya, ini dikarenakan terdapat kerugian panas pada bagian  lubang  pipa  keluaran  untuk  air  yang tidak  terkondensasi  dan  pipa  keluaran  untuk air hasil desalinasi. Selain itu juga dikarenakan penampang alat desalinasi yang berbentuk  kotak  dengan  satu  bidang  miring, membuat alat menjadi kurang optimal didalam menyerap radiasi matahari.
3.  Dari  hasil  uji  salinitas  air  bersih  hasil desalinasi  dengan  TDS(Total  Dissolved Solids) meter, hasil air desalinasi memperoleh nilai  salinitas  sebesar  236  (mg  ⁄  L),  dengan kategori air bersih tingkat rendah.

## DAFTAR PUSTAKA
[1].  Mulyanef, et  al. (2014). Pengolahan  Air  Laut Menjadi  Air  Bersih  Dan  Garam  Dengan Destilasi  Tenaga  Surya .  Universitas  Bung Hatta, Sumatera Barat
[2].  Astawa,  Ketut,  et  al.  (2011).  Analisa Performansi Destilasi Air Laut Tenaga Surya Menggunakan  Penyerap  Radiasi  Surya  Tipe Bergelombang Berbahan Dasar Beton. Indonesia: Jurnal Ilmiah Teknik  Mesin Cakra M
[3].  Hasanah, Fatyya. (2016). Dealinasi Berbasis Tenaga Surya Untuk Menghasilkan Air Tawar . Universitas Indonesia, Depok
[4].  Mulyanef,  et  al.  (2012). Kaji  Eksperimental
Untuk  Meningkatkan  Performasi  Destilasi Surya  Basin  Tiga  Tingkat  Menggunakan Beberapa Bahan Penyimpan Panas . Univeritas Bung Hatta, Sumatera Barat
[5].  P,  Incropera.  (2006). Fundamental  of  Heat Transfer and Mass Transfer 6 th ed . John Wiley
& Sons
[6].  Duffie  John  A.,  William  A.  Beckman.  2013. Solar  Engineering  of  Thermal  Processes  4 th . John Wiley & Sons.