## PEMANFAATAN KOLEKTOR SURYA SEBAGAI ENERGI ALTERNATIF DESALINASI AIR LAUT UNTUK MENGATASI KRISIS AIR BERSIH
1 2 Dedet Hermawan S  , Muhrom  Khudhori 1,2Teknik Mesin Sekolah Tinggi Teknologi Adisutjipto
Jalan Janti Blok R Lanud Adisutjipto, Yogyakarta 1dedet_hermawan@yahoo.com

## Abstract
This research examined the effect o f air velocity and the efficiency o f double-pass fla t plate  solar  air  heater  with  two  glass  covers  on  the performance  o f solar  desalination  unit based  on  heat pump  with  using  humidification  and  dehumidification  processes.  This  unit consists o f a heat pump,  humidifier,  dehumidifier,  and double-pass fla t plate solar air heater with  two  glass  covers.  The  research  was  conducted in  an  indoor  experiment.  Solar  energy generated from   solar  simulator  using halogen  lamps.  In  this  research  the  air flow  rate  was varied at  3  metres per second,  4 metres per second,  5  metres per second,  and 6 metres per second,  while  the  intensity  o f solar  radiation  at  828  Watts  per  meter  squared.  At  each variation in air velocity,  sea water temperature was conditioned at a constant temperature o f 45  degrees  celcius,  the  compressor  was  operated  at  a  constant  rotation  o f  900  rpm, volumetric flow  rate  o f sea water  inlet  300  liters per  hour  into  humidifier  and sea water  in this system was re-circulated.
The  research  result  showed  that  the  volume  o f fresh  water production  increases  with increasing  air  velocity  inlet  into  humidifier.  This  solar  desalination  unit  could produce fresh water maximum 2470 milliliters per hour in air velocity 6 metres per second.
Keywords: air velocity,solar desalination, double-pass flat plate air heater with two glass covers

## Abstrak
Penelitian  ini  menguji  pengaruh  kecepatan  udara  dan  efisiensi  kolektor  surya  plat datar  dua  laluan  dengan  2  penutup  kaca  terhadap  unjuk  kerja  unit  desalinasi  surya  berbasis pompa  kalor  dengan  menggunakan  proses  humidifikasi  dan  dehumidifikasi.  Unit  ini  terdiri dari  sistem  pompa  kalor, humidifier,  dehumidifier dan  pemanas  udara  surya  plat  datar  dua laluan dengan dua penutup kaca.  Penelitian dilakukan secara indoor experiment. Energi  surya dihasilkan  dari  simulator  surya  dengan  menggunakan  lampu  halogen.  Pada  penelitian  ini kecepatan  udara  divariasikan  sebesar  3  meter  per second, 4  meter  per second, 5  meter  per second, dan  6  meter per second, sedangkan  intensitas  radiasi  matahari  sebesar  828  Watt per meter  kuadrat.  Pada  setiap  variasi  kecepatan  udara,  temperatur  air  laut  dikondisikan  pada temperatur konstan  sebesar 45  derajat  celcius,  kompresor dioperasikan  pada putaran  konstan sebesar  900  rpm,  laju  aliran volumetrik  air  laut  sebesar  300  liter per jam  dan  air laut  dalam sistem ini  disirkulasi ulang.
Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa volume produksi  air  tawar  meningkat  seiring dengan  peningkatan  kecepatan  udara  masuk humidifier. Unit  desalinasi  surya  ini  dapat memproduksi  air  tawar  maksimum  sebesar  2470  mililiter  per jam  pada  kecepatan  udara  6 meter per second.
Kata  kunci:  kecepatan  udara,  desalinasi  surya,  kolektor  surya  plat  datar  dua  laluan  dengan penutup kaca.

## 1. Pendahuluan
Sumber air tawar yang  ada  di  dunia  dapat dikatakan  hampir mendekati  konstan  sejak dimulainya  kehidupan  di  bumi.  Namun  dalam  kurun  waktu  kurang  dari  200  tahun,  jumlah penduduk  di  dunia  terus  meningkat  dengan  cepat  dan  diikuti  dengan  adanya  peningkatan konsumsi  air di  dunia,  yang meningkat dua kali  lipat setiap 20 tahun melampaui  dua kali  laju pertumbuhan  penduduk  (Sinha,  2010).  Konsumsi  total  air  di  dunia  yaitu  sekitar  70% digunakan untuk pertanian,  20% digunakan untuk industri,  dan hanya  10 % dikonsumsi untuk kebutuhan rumah tangga (Kalogirou,  2005).
Sumber air yang hampir tidak akan habis adalah lautan.  Kekurangan utamanya adalah kadar garamnya yang tinggi.  Air laut,  air payau,  dan air tawar memiliki tingkat salinitas yang berbeda,  yang  sering  dinyatakan  dengan  konsentrasi  total  padatan  terlarut.  Menurut  WHO, batas  kadar  garam  yang  diijinkan  dalam  air  adalah  500 parts per  million (ppm),  dan  untuk kasus khusus mencapai  1.000 ppm.  Salah cara untuk mengurangi  kadar garam  adalah dengan proses  desalinasi.  Desalinasi,  secara  umum  bertujuan  untuk  menghilangkan  garam  dari  air yang  mengandung  larutan  garam.  Tujuan  dari  sistem  desalinasi  adalah  untuk  membersihkan dan  memurnikan  air  laut  atau  air  payau  serta  mendapatkan  air  dengan  total  padatan  terlarut dalam batas yang diijinkan yaitu 500 ppm atau kurang.
Perkembangan  terakhir  yang  paling  menjanjikan  dalam  desalinasi  surya (solar desalination) adalah  penggunaan  proses  humidifikasi-dehumidifikasi  (HD).  Prinsip  dari proses  ini  berdasarkan  pada  fakta  bahwa  udara  dapat  dicampur  dengan  uap  air.  Kandungan uap air yang dibawa udara akan meningkat bersamaan dengan meningkatnya temperatur.  Satu kilogram udara kering dapat membawa 0,5  kg uap  air atau  sekitar 670 kkal  ketika temperatur meningkat dari  30°C  - 80°C.
Dai  Y.J  dan  Zhang  H.F  (2000)  dalam  penelitiannya  tentang  desalinasi  surya  dengan sirkulasi  udara secara paksa oleh  sebuah fan. Kecepatan putaran fa n merupakan indikasi  dari laju  aliran  massa  udara,  semakin  besar  putaran fa n maka  laju  aliran  massa  udara  semakin besar  pula.  Jika  temperatur  air  laut  yang  memasuki humidifier semakin  rendah,  maka kecepatan  optimal  putaran fa n akan  semakin  besar,  begitu juga  sebaliknya.  Air  tawar  yang dihasilkan  akan  meningkat  seiring  dengan  kenaikan  kecepatan  putaran fa n sampai  mencapai kecepatan  optimal.  Jika  kecepatan  putaran fa n dinaikkan  terus  sampai  melebihi  kecepatan optimal maka produksi  air tawar akan menurun.  Dai Y.J (2001) melakukan penelitian tentang sebuah  unit  desalinasi  surya  dengan  sistem  humidifikasi  dan  dehumidifikasi  dengan mensirkulasikan  ulang  air  laut  yang  memiliki  kandungan  garam  yang  lebih  tinggi  setelah proses penguapan, pemanfaatan panas kondensor,  dan aliran udara paksa dengan tujuan untuk meningkatkan  produktivitas  air  tawar.  Dalam  penelitian  ini  dihasilkan  nilai  optimum  laju aliran massa udara menunjukkan puncak dari  produktivitas air tawar.  Nilai  optimum  dari  laju aliran massa udara adalah nilai tertentu dari  kecepatan putaran fa n bukan nilai  maksimal  dari kecepatan fan.
Fath  H.E.S  dan  Ghazy  A  (2002),  melakukan  studi  secara  numeris  untuk  mengetahui unjuk  kerja  desalinasi  surya  dengan  sistem  humidifikasi-dehumidifikasi.  Hasil  penelitian menunjukkan  bahwa  efisiensi  pemanas  udara  tenaga  surya  (sumber  energi)  sangat berpengaruh  terhadap  daya  produksi  sistem.  Peningkatan  laju  aliran  udara  sampai  0,6 kg/detik  meningkatkan  produktivitas  sistem,  dan  setelah  itu  tidak  memberikan  efek  yang signifikan  lagi.  Yanniotis  S  dan  Xerodemas  K  (2003)  melakukan  penelitian  tentang  2 jenis humidifier udara,  yaitu tubular  spray  humidifier dan p a d  humidifier untuk  proses  desalinasi surya  banyak  tingkat  ( multi-stage  solar  desalination ).  Pada  awal  proses,  udara  dipanaskan menggunakan  energi  surya.  Kemudian  udara  ditingkatkan  kelembabannya  di humidifier dengan  berkontak  langsung  dengan  air laut.  Dari  penelitian  ini  diperoleh  kesimpulan bahwa laju  penguapan  pada spray  humidifier dan p a d   humidifier meningkat  seiring  dengan peningkatan  laju  aliran  massa  udara  yang  masuk  ke humidifier. Air  tawar  yang  dihasilkan terus  meningkat  seiring  dengan  kenaikan  kecepatan  putaran fa n sampai  pada  kecepatan optimal.  Jika kecepatan putaran fa n dinaikkan melebihi kecepatan optimal,  produksi  air tawar akan menurun.

## 2. M etodologi
Penelitian  ini  dilakukan  dalam  ruangan (indoor  experiment) dengan  menggunakan simulator  surya.  Radiasi  surya  disimulasikan  dengan  cahaya  lampu  halogen.  Pada pengujian ini  tingkat  radiasi  simulator  surya  diatur  pada  nilai  minimum  800  W/m  (254  Btu/h.ft) berdasarkan  standar ANSI/ASHRAE  93-1986  (RA 91).  Penelitian pengaruh kecepatan udara terhadap  unjuk  kerja  unit  desalinasi  surya  ini  akan  diuji  unjuk  kerja  unit  desalinasi  dengan kolektor  surya  yang  divariasi  intensitas  radiasi  suryanya  dengan  simulator  surya.  Kecepatan udara  divariasi  sebesar  3  m/s,  4  m/s,  5  m/s  dan  6  m/s.  Pada  pengujian  unjuk  kerja  unit desalinasi  dengan  kolektor  surya,  nilai  intensitas  radiasi  surya  dari  simulator surya  pada  828 W/m  .  Alat penelitian desalinasi  surya ditunjukkan pada Gambar  1.
Penelitian  ini  menggunakan  sistem  desalinasi  surya  berbasis  pompa  kalor  dengan proses humidifikasi  dan  dehumidifikasi terdiri  atas:  kompresor torak 2  silinder merek Nippon Denso  tipe,  kondensor  AC  mobil  yang  berjumlah  2  buah  dengan  dimensi  panjang  58  cm, lebar 36 cm  dan tebal  1,5  cm tiap kondensor,  evaporator tipe window 2 PK berjumlah 2 buah yang  dipasang  secara  paralel, Humidifier yang  digunakan  terbuat  dari  aluminium  dengan
p e n a m
Gambar 1. Alat penelitian desalinasi surya
dimensi  panjang  30  cm,  lebar  37  cm,  tinggi  35  cm  yang  disusun  secara  sejajar  sebanyak  72 buah  dengan jarak  antar  plat  5  mm  dan  sudut  elevasi  450  tiap  gelombangnya. Sprinkler ini digunakan  untuk  menyemprotkan  air  laut  agar  berbentuk  kabut  di  atas humidifier sehingga luas  permukaan  kontak  antara  air  laut  dan  udara  panas  menjadi  lebih  besar. Sprinkler pada penelitian ini berjumlah 5  buah yang dipasang di  atas humidifier, disusun membentuk persegi dengan jarak  antar sprinkler 16,5  cm. Fan yang  digunakan  untuk  mengalirkan  udara  yang bisa  diatur  kecepatannya.  Pompa  sentrifugal  Moswell  Model  125C  digunakan  untuk memompa  air  laut  dari  bak  penampung  air  laut  menuju  ke sprinkler, Termokopel  yang digunakan tipe T  dengan  diameter 0,1  mm, Flowmeter yang digunakan adalah Variable Area Glass  Flowmeter Dwyer  tipe  VA20440,  kolektor  surya  plat  datar  dua  laluan  dengan  2 penutup kaca dengan dimensi 200cmx100cmx10cm
Persamaan-persamaan yang digunakan dinyatakan dalam Persamaan  1  sampai  dengan Persamaan 4.
Laju aliran massa udara dalam saluran:
= p a.Va.A (1)
Penambahan Total massa uap air  sebelum masuk humidifier dapat dicari  dari persamaan:
=  m a l (w2  -  w j) (2)
Penambahan Total massa uap air  sesudah  masuk dehumidifier dapat dicari  dari persamaan:
A W2 = m a2( w2 - w 3)
(3)
Massa air tawar hasil produksi  selama proses secara teoritis:
™W=  £ rna ( w, - ) dt (4)

## 3. Hasil Dan  Pembahasan
Pada  Gambar  2,  terlihat  bahwa  semakin  tinggi  kecepatan  udara  masuk humidifier maka penambahan massa uap  air total  dalam udara setelah melewati humidifier juga semakin tinggi.  Hal  ini  dikarenakan  semakin besar kecepatan udara masuk ke dalam humidifier, maka kesempatan udara kering untuk kontak langsung dengan air laut yang sebelumnya dipanaskan juga  semakin  besar  sehingga  uap  air  yang  terbawa  oleh  udara  kering  setelah  melewati humidifier akan semakin banyak.
Dalam  grafik  perbandingan  laju  produksi  air  tawar teoritis  dan  aktual  pada  masing- masing  variasi  kecepatan  udara  masuk humidifier terlihat  pada  gambar  3  Pada  gambar  3 terlihat  bahwa  produksi  air  tawar  teoritis  lebih  banyak  dibandingkan  produksi  air  tawar aktual,  hal  ini  dikarenakan  pada  kondisi  aktual  tidak  semua  air  tawar  yang  dihasilkan  dari proses  pengembunan  pada  evaporator jatuh  ke  dalam  bak  penampung  air  tawar,  sehingga mengurangi hasil produksi  air tawar aktual yang dihasilkan.
Dari  Gambar  3 juga terlihat bahwa  dengan  semakin  tinggi  intensitas  radiasi  rata-rata pada  kecepatan  udara  masuk humidifier yang  konstan,  maka  produksi  air  tawar  juga meningkat.  Hal  ini  disebabkan  karena  dengan  semakin  tinggi  intensitas  radiasi  rata-rata, maka  temperatur  udara  memasuki humidifier juga  semakin  tinggi,  di  mana  pada  intensitas radiasi rata-rata 828 W/m2 dihasilkan temperatur udara rata-rata memasuki humidifier sebesar
59,6oC.  Semakin  tinggi  temperatur  udara  masuk humidifer, maka  kemampuan  untuk menyerap  uap  air juga  semakin  tinggi.  Semakin  tinggi  temperatur  udara  masuk humidifier maka  penambahan  massa  air  total  dalam  udara  setelah  melewati humidifier juga  semakin tinggi.  Penambahan  massa  uap  air  total  dalam  udara  yang  semakin  tinggi  ini  dikarenakan udara  pada  temperatur  yang  lebih  tinggi  mempunyai  kelembaban  relatif  yang  lebih  kecil daripada  udara  pada  temperatur  rendah,  sehingga  kemampuan  untuk  menyerap  uap  air menjadi  semakin tinggi.

## Kecepatan udara ( i
Gambar 2. Grafik penambahan massa uap air total terhadap variasi kecepatan udara masuk humidifier
Gambar 3. Grafik perbandingan laju produksi air tawar teoritis dan aktual  dengan variasi kecepatan udara masuk humidifier

## 4. Kesimpulan.
Laju  produksi  air  tawar  optimum  pada  penelitian  ini  didapat  pada  kecepatan  udara masuk humidifier sebesar 6 m/s.  Laju produksi air tawar maksimum  sebesar 2470 ml/jam

## D aftar Pustaka
Ben-Ammara M, Houdicine I,  Guizani A, Maalej  M, 2005, Efficiency Investigation o f a New- Design Air Solar Plate Collector Used in a Humidification-Dehumidification Desalination Process, Renewable Energy Vol.  30 pp.  1309-1327. Cipollina, A, Micale,  G, Rizzuti, L., 2009,  Seawater Desalination-Conventional And Renewable Energy Processes,  Springer Heidelberg Dordrecht London.New York. Day Y.J, Zhang H.F,  2000, Experimental Investigation o f a Solar Desalination  Unit with Humidification and Humidification, Desalination Vol.  130 pp.  169-175.
Day Y.J., Wang R.Z, Zhang H.F,  2002, Parametric Analysis To Improve  The Performance o f a Solar Desalination  Unit with Humidification and Dehumidification , Desalination Vol.  142 pp.107-118.
Fath, HES,  dan Ghazy,  A., 2002, Solar Desalination  Using Humidification-Dehumidification Technology, Desalination,  Vol.142,  pp.119-113.
Fath, H.E.S, El-Shall,F.M, Vogt,G.,  Seibert,U.,2005, A Stand Alone Complex fo r the Production o f Water, Food, Electrical Power and Salts fo r the Sustainable Development o f Small Communities in Remote Areas, Desalination, Vol.  183, pp.  13­ 22 Gao P, Zhang L, Zhang H, 2008, Performance Analysis o f a New  Type Desalination  Unit o f Heat Pump With Humidification and Dehumidification , Desalination Vol.  220, pp. 531-537.
Holland F.A,  Siqueiros J.,Santoyo  S., Heard C.L.,  Santoyo E.R,  2005, Water Purification Using Heat Pump, E & FN Spon, Kanada.
Kalogirou Soteris A.,2005, Solar Thermal Collectors and Applications, Progress in Energy and Combustion Science, Vol.  30, pp.  231-295.
Kalogirou S, 2009, Solar Energy Engineering: Process and Systems, Academic Press is an imprint of Elsevier.  California USA.
Kharagpur.,2008, Refrigeration and Air Conditioning.EE IIT,India.
Sinha R.K.,  2010, Desalination & Water Purification Technologies,  Government of India,
Mumbai.