Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 9 Nomor 1, Februari 2018

## Analisis Perhitungan Evaporator dan Kondensor yang Digunakan pada Alat Desalinasi Air Laut Sistem Vakum Alami Menggunakan Energi Surya
Eko Yohanes Setyawan 1* , Dody Suhendra 2
1 Institut Teknologi Nasional Malang; Jl. Sigura-gura N0. 2 Malang, Telp; (0341) 551431 Jurusan Teknik Mesin, FT ITN Malang, Malang
2 Universitas Sumatera Utara ; Jl. Dr. T. Mansur No.9, Padang Bulan, Medan, Telp; (061) 8214033 Jurusan Teknik Mesin, FT USU, Medan, Sumatera Utara email: 1* yohanes@lecturer.itn.ac.id, 2 suhendrad760@gmail.com

## Abstrak
Evaporator  dan  kondensor  yang  digunakan  pada  penelitian  ini  berfungsi  untuk menguapkan air laut pada tekanan vakum dan mengembunkannya kembali sehingga didapatkan air bersih. Evaporator dibuat dari stainless steel 304 dengan ketebalan 0,4 cm, agar kuat untuk memvakumkan  air  dari  ketinggian  10,34.  Dibuat    berbentuk  silinder    yang  memiliki  tutup berbentuk  kerucut  berdiameter  80  cm,  dengan  elemen  pemanas  didalamnya  dengan  diameter 5/6”, sedangkan  Kondensor dibuat bersirip dengan media pendingin udara. Proses pemvakuman dilakukan  dengan  meletakkan  alat  desalinasi  pada  ketinggian  10,34  m  (ketinggian  yang digunakan untuk menyeimbangkan tekanan atmosfir). Penelitian ini dilakukan mulai pukul 08.00- 16.00  WIB.  Dengan  rata-rata  suhu  evaporasi  50˚C  pada  tekanan  vakum  rata-rata  35  cmHg, dengan  panas  yang masuk  kedalam  evaporator  sebesar  15.110,21  kJ,  energi  yang  dibutuhkan untuk menguapkan air laut sebesar 10.302,986 kJ, dan total kehilangan panas sebesar 4.092,775 kJ.
Kata kunci : desalinasi, evaporator, evaporator cooling, vakum.

## 1. PENDAHULUAN
Kebutuhan akan air bersih semakin meningkat dari  hari  ke  hari  yang  disebabkan  oleh  faktor industrialisasi,  motorisasi, dan  peningkatan standar hidup  umat  manusia.  Penelitian  menunjukkan bahwa  cadangan  air  bersih  tidak  akan  mampu memenuhi  kebutuhan  penggunaan  dikarenakan kurangnya  ketersediaan  air  bersih.  Hal  ini  sudah diperkirakan  oleh  United  Nations  Organization bahwa  pada  tahun  2025,  hampir  1800  juta  jiwa  di dunia akan mengalami kelangkaan air bersih. (UN- Water., 2006). Kondisi ini dapat dicegah jika umat manusia  dapat  menemukan  cara  lain  untuk memproduksi  air  bersih.  Untungnya,  teknologi desalinasi telah dikembangkan sejak lama menyerupai siklus hidrologi alami untuk mencegah permasalahan  ini,  tetapi  teknologi  ini  tentunya memerlukan  energi  yang  banyak  dan  mempunyai dampak  negatif  terhadap  lingkungan.Desalinasi secara  luas  diadopsi  dalam  Timur  Tengah,  Negara Arab, Amerika Utara, Asia, Eropa, Afrika, Amerika Tengah,  Amerika  Selatan  dan  Australia  untuk
memenuhi  kebutuhan  air  bersih  dan  kebutuhan pengolahan  air.  Hampir  10000  ton  minyak dibutuhkan  setiap  tahun  untuk  memproduksi  1000 m3/hari  air  bersih  (Kalogirou et  al .,  2005). Konsentrat  garam  yang  dibuang  keluar  dari  sistem desalinasi  juga  menjadi  ancaman  serius  bagi kehidupan  air  laut  (Roberts et  al .,  2010).  Sistem desalinasi  yang  paling  umum  digunakan  adalah Multi Stage Flash (MSF), Multi-Effect Distillation (MED),  Vapor  Compression  (VC),  Reverse Osmosis (RO) dan Elektro-Dialysis (ED) (Ali et al., 2011).  Sistem  desalinasi  konvensional  yang dioperasikan  dengan  menggunakan  bahan  bakar fosil  juga  turut  mengkontribusikan  emisi  rumah kaca atau GHG (Green House Gas). Hal inilah yang mendorong  para  peneliti  untuk  mencari  cara alternatif  untuk  memberi  daya  pada  sistem  dengan energi terbarukan.
Energi terbarukan yang digunakan oleh proses desalinasi umumnya berupa energi surya, angin, dan geothermal.  Diantara  ketiganya,  57%  sistem
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 9 Nomor 1, Februari 2018
desalinasi  disuplai  dengan  tenaga  surya  sebagai energi  (Eltawil et  al., 2009).  Bahkan  Negara  yang kaya  akan  bahan  bakar  fosil  seperti  Timur  Tengah dan  Bangsa  Arab  juga  telah  mengubah  perhatian mereka  pada  energi  surya  dengan  tujuan  dapat menyediakan air bersih tanpa mencemari lingkungan.
Salah satu tantangan yang saat ini masih terus mendapat perhatian adalah bagaimana memodelkan proses  desalinasi.  Dengan  mengetahui  model evaporasi  yang  baik,  diharapkan  dapat  melakukan perbaikan  pada  desain  evaporator  dan  kondensor untuk  menghasilkan  air  bersih  yang  lebih  banyak dan efisien.
Pada penelitian ini akan dibahas mengenai analisa  pada  evaporator  dan  kondensor  yang digunakan pada alat desalinasi.

## 2. TINJAUAN PUSTAKA
Prinsip kerja desalinasi secara umum sebenarnya  sangat  sederhana.  Air  laut  dipanaskan hingga menguap, dan kemudian uap yang dihasilkan dikondensasikan kembali dan ditampung di sebuah wadah.  Air  kondensat  tersebut  adalah  air  bersih. Sedangkan  air    laut    yang  tidak  mendidih  selama pemanasan  adalah    konsentrat    garam.    Proses desalinasi    yang    akan    penulis    bahas    pada penelitian  ini  adalah  desalinasi  sistem  vakum dengan modifikasi suplai panas yang bersumber dari air  panas  yang  dihasilkan  melalui  kolektor penangkap  panas.  Konsep  dari  sistem  ini  adalah memanfaatkan  ruang  vakum  yang  dibentuk  secara alami  untuk  dapat  mengevaporasikan  sejumlah  air laut pada tekanan rendah sehingga dapat berevaporasi dengan suplai energi panas  yang lebih sedikit  dibanding  dengan  teknik  konvensional. Suplai energi panas yang sedikit dapat diambil dari kolektor  surya  plat  datar  dan  /  atau  panas  yang dibuang. Namun pada penelitian ini akan digunakan elemen  pemanas  dari  alat  penukar  kalor  yang disuplai  melalui  kolektor  penangkap  panas  agar suplai  panas  dalam  evaporator  konstan.  Keunikan dari  sistem  ini  adalah  cara  gaya  gravitasi  dan tekanan  atmosfer  digunakan  dalam  pembentukan kondisi  vakum.  Pembentukan  sistem  vakum bertujuan    untuk      menurunkan    tekanan    ruang evaporator    agar    pemanasan    dapat  berlangsung dengan suplai panas yang rendah. Tekanan atmosfer akan sama dengan tekanan hidrostatis yang dibentuk dengan pipa air yang tingginya sekitar 10,34 meter. Jadi, jika ketinggian pipa lebih dari 10,34 meter dan ditutup dari bagian atas dengan air, dan air dibiarkan
jatuh kebawah akibat gravitasi, air akan jatuh pada ketinggian  sekitar  10,34  meter,  dan  membentuk ruang vakum diatasnya.
Komponen-komponen  yang  terdapat  pada  solar desalinasi sistem vakum natural adalah evaporator, kondensor, dan alat penukar kalor berupa Tube-in- Tube , kolektor penangkap panas, pompa, photovoltaic . Evaporator  berfungsi  sebagai  ruang pemanasan  air  laut  dengan  suplai  panas berasal dari solar  collector yang  dialirkan  dengan  fluida. Kondensor  berfungsi  untuk  mengumpulkan  uap yang  dihasilkan  oleh  pemanasan  air  laut  di evaporator untuk dikondensasikan kembali sehingga air kondensat dapat ditampung dan didapat air bersih sebagai produk sistem. Sedangkan tube in tube  heat  exchanger berfungsi  sebagai heat recovery (pemulih panas), dimana air laut yang tidak mendidih  akibat  pemanasan  di  ruang  evaporator akan jatuh melalui pipa luar dari tube in tube untuk memanaskan  pipa  dalam  yang  sedang    dialiri    air laut  dari  tangki  pengumpan.  Alasan  penggunaan sistem  solar  desalinasi  vakum  natural  dalam penelitian  ini  adalah  karena  tidak  menggunakan listrik, cocok untuk pemakaian skala besar terutama di pesisir pantai, dan keunikan sistemnya yang tidak membutuhkan  pompa  vakum  untuk  menyuplai  air laut ke evaporator yang tingginya 10,34 m. Gambar 2.1  menunjukkan  solar  desalinasi  sistem  vakum. Adapun  kelebihan  dan  kelemahan  dari  sistem desalinasi vakum natural sebagai berikut.
Kelebihan menggunakan Desalinasi Vakum Natural
:
1. Tidak  membutuhkan pompa vakum untuk penyuplaian air laut
2. Biaya konstruksi termurah diantara semua jenis desalinasi tenaga surya
3. Pemanasan  dapat  menggunakan  suplai panas rendah karena sistem dalam keadaan vakum
Kelemahan menggunakan Desalinasi Vakum Natural :
1. Konstruksi    cukup    sulit    karena    proses instalasi  berhubungan  dengan ketinggian
2. Hanya cocok untuk pemakaian skala besar (untuk luas alas evaporator yang besar)
3. Pemilihan bahan konstruksi sangat mempengaruhi lifetime sistem
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 9 Nomor 1, Februari 2018
Gambar 1. Solar desalinasi sistem vakum natural

## 2.1 Pemodelan Matematik Sistem
Pada  subbab  ini  akan  dijelaskan  pemodelan matematis  dari  setiap  komponen  yang  ada  dalam desalinasi  sistem  vakum.  Pemodelan  matematis yang akan dibahas adalah pada evaporator, sumber panas (heat source), alat penukar kalor tube in tube , dan  kondensor.  Pembahasan  akan  lebih  sederhana apabila telah ditetapkan beberapa asumsi, antara lain
: 1. Kapasitas  panas  di  evaporator  dan kondensor diabaikan
2. Temperatur pada masing-masing komponen  adalah  seragam  atau  tidak  ada variasi  temperatur  di  evaporator  dan kondensor
3. Sumber    panas    menggunakan    pemanas yang  dihasilkan  dari Solar  Collector melalui  fluida kerja  yang digerakkan oleh pompa
4. Aliran  fluida  dalam  sistem  diasumsikan laminar karena kecepatan fluida kerja baik dalam  alat  penukar  kalor,  evaporator  dan kondensor sangat kecil
5. Kenaikan    konsentrasi    air    laut    dalam evaporator    sangat    kecil    sehingga  dapat diabaikan
6. Panas hilang secara konveksi natural
7. Ketinggian  air  laut  dalam  evaporator konstan.

## 2.1.1 Analisis pada Evaporator
Pada subbab 2.1 telah dijelaskan bahwa  fungsi dari  evaporator  adalah sebagai  ruang pemanasan air  laut  hingga sejumlah air   laut  dapat  menjadi air  bersih.  Air  laut  akan  masuk  ke  evaporator  dari pipa  pengumpan  pada  laju  aliran  massa  yang disimbolkan 𝑚̇ 𝑖 [kg/s].  Kemudian  akan  terjadi penguapan  dengan  laju 𝑚̇ 𝑒 [kg/s]  yang  akan mengalir    dalam    bentuk    uap    dan    masuk    ke
kondensor. Sebagai sisanya akan terbentur air garam yang  akan  keluar  dari  evaporator  dengan  laju 𝑚̇ 𝑤 [kg/s]. Pada saat terjadi penguapan diperlukan panas untuk  menyuplai panas  laten penguapan. Panas  ini akan  diambil  dari  elemen  pemanas  dengan  daya pemanasan  Q in .  Diagram  Aliran  pada  evaporator ditampilkan pada gambar 2.16
Gambar 2 . Diagram aliran massa pada evaporator
Penerapan  hukum  kekekalan  massa  diberikan  oleh persamaan berikut :
𝑑 𝑑𝑡 (𝜌𝑉) 𝑠 = 𝜌 𝑖 𝑉̇ 𝑖 − 𝜌 𝑤 𝑉̇ 𝑤 − 𝜌 𝑤 𝑉̇ 𝑤 (1)
Dimana V [m 3 ] adalah volume air laut di evaporator, dan 𝑉̇ [m 3 /s] laju aliran volume pada masing-masing sisi masuk dan sisi keluar evaporator. Akibat adanya penguapan,  maka  konsentrasi  garam  di  dalam evaporator  akan  bertambah.  Jika  konsentrasi dinyatakan  dengan C [%],  maka  perubahan konsentrasi garam di dalam tabung evaporator dapat dinyatakan dengan :
𝑑 𝑑𝑡 (𝜌𝐶𝑉) 𝑠 = (𝜌𝐶) 𝑖 𝑉̇ 𝑖 − (𝜌𝐶) 𝑠 𝑉̇ 𝑤
(2)
Dimana huruf s menyatakan sea water yang ada di evaporator.
Hukum  kekekalan  energy  pada  evaporator dapat  didefinisikan  sebagai  banyaknya  panas  yang masuk  dikurangi  dengan  panas  yang  keluar  akan digunakan  untuk  menaikkan  temperatur  fluida  di evaporator. Dalam bentuk persamaan berikut ini: 𝑑 𝑑𝑡 = (𝜌𝐶 𝑝 𝑉𝑇) 𝑠 = 𝑄 𝑖𝑛 + (𝜌𝐶 𝑝 𝑇) 𝑖 𝑉̇ 𝑖 − (𝜌𝐶 𝑝 𝑇) 𝑠 𝑉̇ 𝑤 − 𝑄 𝑒 − 𝑄 𝑙𝑜𝑠𝑠 (3)
Pada persamaan ini C p [J/kg.K] adalah panas jenis. Laju  penguapan  (evaporasi)  dari  air  laut  di dalam evaporator (dinyatakan dengan huruf “ s ”) ke dalam  air  murni  di  kondensor  (dinyatakan  dengan huruf “ f ”) dapat dirumuskan dengan menggunakan persamaan berikut :
𝑉̇ 𝑒 = 𝐴 𝑠𝑢𝑟𝑓𝑎𝑐𝑒 𝛼 𝑚 𝜌 𝑓 [𝑓(𝐶 𝑠 ) (𝑃(𝑇 𝑠 )) (𝑇 𝑠 +273) 0,5 − 𝑃(𝑇 𝑓 )+∆𝑃 (𝑇 𝑓 +273) 0,5 ]
(4) Dimana A surface adalah luas permukaan air yang ada di  evaporator.  Parameter 𝛼 𝑚 adalah  koefisien
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 9 Nomor 1, Februari 2018
empiric  yang  diperoleh  dengan  cara  eksperimen, nilainya 10 −7 ≤ 𝛼 𝑚 ≤ 10 −6 [kg/m 2 .Pa.s.K 0,5 ] (Bemporad,  1995).  Beda  tekanan  evaporator  dan kondensor  disimbolkan  dengan ∆𝑃 .  Tekanan  uap sebagai fungsi temperatur dapat dirumuskan dengan persamaan:
𝑃(𝑇) = 100 × 𝑒 [63,042−7139,6/(𝑇+273)−6,2558 ln(𝑇+273)] [Pa] (5) Pada  persamaan  (2.4), f ( C )  adalah  faktor  koreksi yang dihitung dengan menggunakan persamaan: f ( C ) = 1- 𝛼 1 𝐶 (6)
Dimana 𝛼 1 = 0,0054 [tanpa  dimensi]  adalah koefisien  empirik.  Pada  persamaan  (4),  laju penguapan juga dipengaruhi oleh massa jenis fluida. Sementara  massa  jenis  juga  dipengaruhi  oleh konsentrasi dan temperatur fluida, yang dirumuskan dengan 𝜌(𝑇, 𝐶) = 𝜌 0 (1 − 𝛽 𝑇 ∆𝑇 0 + 𝛽 𝑐 ∆𝐶 0 ) (7)
Dimana 𝛽 𝑇 = 5 × 10 −4 / o C    adalah  koefisien ekspansi thermal  volumetric dan 𝛽 𝑐 = 8 × 10 −3 /% adalah  koefisien  ekspansi  larutan  (Al-Kharabsheh dan Goswani, 2004).
Panas jenis air laut juga merupakan fungsi dari  temperatur  dan  konsentrasi  yang  dapat dirumuskan dengan persamaan (Mamayev, 1975): 𝐶 𝑃 (𝑇, 𝐶) = 4186 × [1,0049 − 0,0162𝐶 + 3,5261 × 10 −4 𝐶 2 + 𝐴𝑇 + 𝐵𝑇 2 ] (8) Konstanta A dan B dirumuskan dengan 𝐴 = −(3,2506 − 1,4795𝐶 + 0,07765𝐶 2 ) × 10 −4 dan, 𝐵 = (3,8013 − 1,2084𝐶 + 0,0612𝐶 2 ) × 10 −6
(9) Laju  panas  penguapan  di  evaporator  pada persamaan (3), dapat dihitung dengan menggunakan persamaan:
𝑄 𝑒 = 𝜌 𝑓 ℎ 𝑓𝑔 (𝑇 𝑠 )𝑉̇ 𝑒 (10)
Dimana ℎ 𝑓𝑔 (𝑇 𝑠 ) adalah  panas  laten  penguapan  air laut,  yang  dapat  dihitung  dengan  persamaan (Incropera dan DeWitt, 1996): ℎ 𝑓𝑔 (𝑇) = 1000 × [3146 − 2,36(𝑇 + 273)]
(11) Untuk  pengujian  dengan  suplai  panas  konstan, panas  hilang  dari  evaporator  dapat  diasumsikan sebagai konveksi natural. Panas hilang diasumsikan dari  tiga  bagian,  yaitu  kerucut  (atas),  dinding,  dan alas  evaporator.  Setiap  bagian  memiliki  koefisien konveksi  yang  berbeda-beda.  Panas  hilang  dari konduksi antara pipa outlet uap ke pipa kondensor diabaikan  karena  terdapat  insulasi  panas  yang berbahan karet.

## 2.1.2 Analisis Pemasukan panas ke Evaporator
Asumsi  yang  digunakan  di  sini  adalah  fluida kerja dengan laju aliran massa sc m  [kg/s] mengalir di  dalam  pipa  yang  diameternya h D dan panjangnya h l . Temperatur fluida masuk ke dalam evaporator  sama  dengan  temperatur  solar  kolektor
sc T .  Fluida  ini  kemudian  mengalami  perpindahan panas  ke  dalam  air  garam  yang  ada  di  dalam evaporator, pada temperatur w T . Dengan menggunakan  asumsi  ini,  maka  laju  perpindahan panas  yang  masuk  ke  dalam  evaporator  dapat dihitung  dengan  mengunakan  metode  NTU- efektivitas.  Pada  analisisnya  yang  dianggap  fluida minimum  adalah  aliran  fluida  kerja  dan  rasio perbandingan  kapasitas  panasnya  dianggap  nol. Maka panas yang disuplai ke dalam evaporator oleh sumber  panas  dari  solar  kolektor  dirumuskan menjadi:
                      pf h h h w sc pf in C m l U D T T C m Q     exp 1 (12)
Dimana h U adalah  koefisien  perpindahan  panas menyeluruh  yang  dihitung  dengan  persamaan berikut:
FT h U f h   1 1
(13)
FT adalah  fouling  factor  pada  pipa,  yang bervariasi  dari  0,001  untuk  pipa  yang  bersih  dan 0,0005 W/m 2 . o C untuk pipa  yang sudah  digunakan beberapa  lama.  Koefisien  perpindahan  panas  pada fluida  kerja  yang  mengalir  di  dalam  pipa  ( f h ) dihitung dengan:
66 , 3   k hD Nu jika 2300 4 Re     D m D  (14)
Atau
4 , 0 8 , 0 Pr Re 023 , 0 D k hD Nu   jika 2300
Re  D
(15)
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 9 Nomor 1, Februari 2018
Panas  hilang  dari  alas  evaporator  ke  lingkungan dapat dihitung dengan persamaan:
𝑄 𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 = 𝑇 𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 −𝑇 𝑎
1/ℎ 𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 𝐴 𝑠
(16)
Koefisien  perpindahan  panas  konveksi  natural diberikan dengan persamaan:
𝑁𝑢 = 0,27𝑅𝑎 𝐿 0,25
(17) Dengan  Ra L adalah  bilangan  tanpa  dimensi Rayleigh diberikan dengan:
𝑅𝑎 𝐿 = 𝑔𝛽(𝑇 𝑏𝑜𝑡𝑡𝑜𝑚 −𝑇 𝑎 )𝑙 3 𝛼𝛾
(18)
L  adalah  panjang  karakteristik  yang  dirumuskan dengan:
𝑙 = 𝐴 𝑠 𝑝
(19)
Dimana As dan p masing-masing  adalah  luas  alas evaporator dan keliling evaporator.
Panas  hilang  dari  sisi  dinding  diberikan  dengan persamaan:
𝑄 𝑠𝑖𝑑𝑒 = 𝑇 𝑠𝑖𝑑𝑒 −𝑇 𝑎 1/ℎ 𝑠 2𝜋𝑟 𝑖𝑛𝑠,𝑜 𝑙 𝑠
(20)
Dimana  rins,o  dan  ls  masing-masing  merupakan radius dari pusat evaporator ke permukaan luar dari insulasi dan tinggi evaporator.
Koefisien perpindahan panas konveksi  natural dari sisi dinding evaporator diberikan oleh :
𝑁𝑢 = 0,68 + 0,67𝑅𝑎 𝐿 0,25 [1+(0,492/𝑝𝑟)] 4/9
(21)
Bagian atas dari evaporator dibentuk seperti kerucut terpotong  dimana  dapat  dianggap  sevagai  plat miring  dengan  sudut  kemiringan 𝜃 .  Panas  hilang dari bagian tersebut dapat dihitung dengan rumus:
𝑄 𝑡𝑜𝑝 = 𝑇 𝑡𝑜𝑝 −𝑇 𝑎 1/ℎ 𝑡𝑜𝑝 𝐴 𝑡𝑜𝑝
(22)
Koefisien perpindahan panas konveksi natural pada bagian atas evaporator dihitung dengan:
𝑁𝑢 = 0,56(𝑅𝑎 𝐿 cos 𝜃) 0,25
(23)

## 3. METODE PENELITIAN
Untuk melakukan pengujian eksperimental ini, pertama yang dilakukan membuat sistem desalinasi vakum  secara  keseluruhan,  dengan  cara  mengisi penuh  air  laut  ke  dalam  sistem  desalinasi (evaporator,  alat  penukar  kalor  tube-in-tube  dan kondensor).  Untuk  membuat  system  vakum, masing-masing  katup  pada  pipa  pengumpan  (pipa dalam alat penukar kalor) dibuka, sehingga air laut
di  evaporator  akan  jatuh  karena  gaya  grafitasi melalui  pipa  pengumpan,  sehingga  membentuk ruang vakum pada sistem desalinasi. Dengan bahan evaporator  terbuat  dari  bahan  stainless  steel  304 yang berbentuk silinder dengan bagian atas kerucut, tinggi  dan  ketebalan  evaporator  masing-masing adalah 80 cm, 20 cm, dan 5 mm (Widi, 2017). Panas yang diambil dari solar kolektor akan dimasukanan ke dalam evaporator secara sirkulasi menggunakan fluida  air,  sehingga  mampu  memberikan  energi untuk menguapkan air laut. Dengan bantuan sebuah pompa  bertenaga  listrik  yang  dihasilkan  oleh fotovoltaik berkapasitas  100  Wp  .  seperti  terlihat pada gambar 1 diagram skematik.
Secara sistematik air laut di dalam evaporator dipanaskan  oleh  koil  pemanas  dengan  fluda  air ditransfer  dari  kolektor  surya.  Karena  tekanan  di evaporator berada di bawah atmosfer dan mendekati hamparan  absolut,  air  akan  mudah  menguap.  Uap yang  dihasilkan  akan  mengalir  ke  kondensor  yang memiliki  kejenuhan  tekanan  rendah.  Di  dalam kondensor, uap akan terkondensasi karena perbedanan  temperatur  (Temperatur  lebih  rendah). Dimana  kondensor  didinginkan  dengan  konveksi alami  dari  udara sekitar. Untuk menghindari panas dari evaporator ditransfer ke kondensor, ditambahkan flens diisi dengan lembaran karet yang memiliki konduktivitas rendah. Sistem ini membuat evaporator  pada  suhu  yang  lebih  tinggi,  sementara menjaga  kondensor  pada  suhu  kamar.  Untuk memberikan  perpindahan  panas  yang  lebih  baik pada  kondensor,  ditambahkan  serangkaian  sirip melingkar  dipasang  pada  permukaan  luarnya.  Uap yang  terkondensasi  akan  dikumpulkan  sebagai produk  dari  sistem  dan  dialirkan  ke  dalam  tempat penampungan  air  tawar.  Konsentrasi  garam  di dalam  air  laut  akan  meningkat.  Air  asin  akan mengalir  ke  dalam  penampungan  garam  melalui penukar  panas  tipe  anulus.  Karena  air  asin  dari evaporator  masih  memiliki  suhu  tinggi,  panasnya akan  ditukar  dengan  air  laut  yang  masuk  ke evaporator. Proses ini merupakan tahap preheating untuk air laut sebelum memasuki evaporator. Aliran air tawar hasil di air kondensor dan air garam dari evaporator akan membuat tekanan evaporator lebih rendah.  Tekanan  rendah  pada  evaporator  akan membuat aliran air laut masuk ke evaporator melalui pipa air laut umpan. Fakta ini menunjukkan bahwa semua  arus  dalam  sistem  digerakkan  secara  alami tanpa ada kekuatan tambahan.
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 9 Nomor 1, Februari 2018
Gambar 3 .   Alat eksperimen desalinasi dan skema desalinasi

## 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

## 4.1   Evaporator
Evaporator  pada  desalinasi  system  vakum secara  alami  ini,  digunakan  sebagai    pemanas  air laut,  yang  mampu  menguapkan  air  laut  di  dalam evaporator. Sehingga air laut pada evaporator turun titik  didihnya  dan  mempercepat  laju  penguapan. Kemudian  uap  yang  dihasilkan  oleh  evaporator diterima oleh kondensor yaitu sebagai alat penukar kalor  yang  berfungsi  mengkondensasikan  uap  air yang  berasal  dari  ruang  evaporator.  karena perbedaan  temperatur  maka  uap  hasil  kondensasi tadi  berubah  menjadi  butiran  air  bersih  yang ditampung dalam sebuah wadah seperti terlihat pada tabel no. 1 hasil air bersih harian..
Gambar 4 .   Hasil Air Tawar Menurut Perhitungan dan Eksperimen
Pada  Gambar  2.  Selama  proses  pengujian eksperimental  pada  hari  ke-1  sampai  hari  ke-7 didapatkan  hasil  air  paling  banyak  pada  hari  ke-6 yang  mempunyai  rata-rata  temperatur  33.895 0 C dengan  hasil  air  bersih  1.4  Liter  sedangkan  hasil perhitungan  1.47  dengan  nilai  deviasi  4.51%. Didapatkan  rata-rata  air  bersih  secara  eksperimen selama  7  hari    6.9  Liter  sedangkan  berdasarkan perhitungan  7.56.  Keberhasilan  dalam  proses desalinasi tergantung pada pencapaian  energi  yang digunakan  lebih  rendah  dari  panas  laten.  Dalam menggunakan  operasi,  rentang  temperatur  yang
banyak, sehingga diketahui berapa banyak air bersih yang di dapat perhari dalam proses eksperimen.
Dari  persamaan  (12).  dapat  diketahui energi  yang  masuk  tiap  menit  yang  di  produksi  di solar  kolektor.  Energi  yang  datang  dari  sinar matahari  ditangkap  oleh  solar  kolektor.  Ditransfer kedalam evaporator dengan bantuan fluida air untuk memanaskan  air  laut  yang  berada  di  dalam evaporator,  kemudian  terjadi  proses  penguapan. Hasil  uap  yang  sudah  di  produksi  evaporator dilanjutkan  masuk  ke  dalam  kondensor  berubah menjadi  air  tawar.  Seperti  terlihat  pada  gambar  3, energi  yang  masuk  ke  dalam  evaporator  pada  hari ke-6 mulai dari pukul 08.00-16.00.
Gambar  5 .  Energi  yang  Masuk  ke  dalam Evaporator
Dari  gambar  5,  diketahui  energi  yang masuk  pada  pada  jam  08.00  WIB  masih  sangat rendah dan  mulai meningkat pada jam 09.00 WIB. Energi  yang paling besar pada pukul 13.30 setelah itu  mulai  berangsur-angsur  menurun  karena  sinar matahari  sudah  mulai  tenggelam.  Dari  gambar grafik pada no. 3 energi yang masuk ke dalam tidak stabil.  Hal  ini  disebabkan  oleh  beberapa  faktor, antara lain adalah intensitas matahari, karena panas yang  diterima  kolektor  untuk  disalurkan  ke evaporator, berasal dari energi surya. Faktor lainnya adalah suhu air yang bersikrulasi pada pipa pemanas di  dalam  evaporator  yang  berasal  dari  kolektor, grafiknya dapat dilihat sebagai berikut
Gambar  6. Temperatur  pipa  pemanas  masuk evaporator  vs  temperatur  pipa pemanas keluar evaporator
0 500 1000 1500 2000 hari ke-1 hari ke-2 hari ke-3 hari ke-4 hari ke-5 hari ke-6 hari ke-7 eksperi… perhitu…
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 9 Nomor 1, Februari 2018
Dapat  di  ketahui  pada  gambar  6,  bahwa rata-rata  pada  08.00  WIB  sampai  jam  13.00  WIB temperatur  di  pipa  pemanas  masuk  evaporator mengalami  peningkatkan.  Sedangkan  pada  jam 13.20 WIB secara bertahap mengalami penurunan. Karena  semakin  tinggi  temperatur  suatu  zat  cair maka pergerakan molekul di dalam evaporator akan semakin cepat hingga terjadi tabrakan antar molekul yang  akan  menyebabkan  semakin  cepatnya  proses perpindahan  massa  dari  cairan  ke  gas.  Sedangkan proses kondensasi dipengaruhi oleh suhu kondensor.  Uap  yang  terbentuk  akan  diubah menjadi  bentuk  cair  apabila  mengenai  benda  yang suhunya lebih rendah yaitu kondensor.  Bila dilihat pada  gambar  2  dan  gambar  3  memiliki  kesamaan. Karena  sangat  berpengaruh  energi  panas  yang dihasilkan  terhadap  peningkatan  produksi  air  laut. Dimana  suhu  lingkungan  mulai  menurun  karena sinar  matahari  mulai  berkurang.  Sedangkan kerugian  pada  sistem  berasal  dari  dinding  atas evaporator,  dinding  bawah  evaporator  dan  dinding samping evaporator.

## 4.1.1 Kehilangan Panas pada Evaporator
Dari persamaan diatas didapatkan grafik pada gambar  4,  yaitu  Kehilangan  panas  total,  dari kehilangan  panas  pada  dinding,  tutup,  dan  alas sistem  evaporator.  Kehilangan  panas  mulai  terjadi pada jam 09.00, karena pada jam 08.00 – 08.55 suhu lingkungan  dan  suhu  evaporator  sama,  sehingga tidak ada panas yang hilang.
Gambar 7 . Total kehilangan panas pada evaporator.

## 4.2 Kondensor
Pada  penelitian  ini  diasumsikan  uap  air terkondensasi  sempurna.  Jadi  analisis  di  fokuskan hanya pada keefektifan sirip. Dengan menggunakan rumus
𝑀 =   √ ℎ𝑓 𝑘𝑦 (24)
Dimana,hf  merupakan  koefisien  perpindahan kalor  pada  sisi  udara,  nilai  yang  kita  gunakan adalah  65  W/m²,  k  merupakan  daya  hantar  sirip, jenis material yang digunakan adalah aluminium, dengan nilai k sebesar 202 W/m.K,  y merupakan setengah tebal sirip dalam satuan m.

## 5. KESIMPULAN
1. Temperatur  rata-rata  pada  bagian,  sisi tutup  evaporator,  alas  evaporator,dan dinding  evaporator  berturut-turut  selama pengujian  yaitu  45,63˚C,  42,17˚C,  dan 49,17˚C.
2. Kinerja  alat  desalinasi  air  laut  sistem vakum natural ini bekerja pada panas yang rendah dengan rentang temperatur 27˚C - 50˚C, dan dijaga konstan pada temperatur evaporasi  50˚C  dengan  tekanan  vakum rata-rata sebesar 41 cmHg.
3. Dari  perhitungan  yang  diperoleh  energi panas  yang  masuk  kedalam  evaporator sebesar  15.110,21  kJ,  energi  yang digunakan  untuk  menguapkan  air  laut yaitu  sebesar  10.302,986  kJ,  energi  yang hilang di evaporator sebesar 4.092,775 kJ.
4. Dari  perhitungan  yang  dilakukan  pada analisa  evaporator,diperoleh  efisiensi evaporator,  68,18  %  dan  keefektifan sirip sebesar 32 %
5. Dari perhitungan yang dilakukan, diperoleh  laju  penguapan  rata-rata  di dalam  evaporator  selama  pengujian sebesar 5,120 x 10 ⁻⁸ m/s 6. Kuantitas  produksi  rata-rata  air  bersih yang  diperoleh  selama  pengujian  adalah
0.98 liter.

## REFERENSI
Ali MT, Fath HES, Armstrong PR. A comprehensive techno-economical review of indirect  solar  desalination.  Renew  Sustain Energy Rev 2011;15:4187-99.
Al-Kharabsheh, A.  and  Goswami,  D.  Y., Theoretical  analysis  of  a  water  desalination system using low grade solar heat, Journal of Solar  Energy  Engineering  126  (2004)774- 780.
Eltawil  MA,  Zhengming  Z,  Tuan  L.  A  review  of renewable  technologies  integrated  with desalination systems. Renew Sustain Energy Rev 2009;13:2245-62.
Jurnal “FLYWHEEL” , Volume 9 Nomor 1, Februari 2018
Kalogirou S. Seawater desalination using renewable energy sources. Prog Energy Combust Sci 2005;31:242-81. Roberts  DA,  Johnston  EL,  Knott  NA.  Impacts  of desalination  plant  discharges  on  the  marine environment:a  critical  review  of  published studies. Water Res 2010;44:5117-28.
UN-Water.  2006.  Coping  With  Water  Scarcity  :  a
Strategic Issue and Priority for System-Wide Action.
Widi K. A., Wardana ING, Suprapto W., Irawan Y.
S., White Layer Control on AISI 316L Using Temperature  and  Gas  Nitriding  Diffusion Stage  Process,  International  Review  of Mechanical Engineering (I.RE.M.E.), vol 11, 2017