BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1
Matahari
Matahari adalah
salah satu bintang yang terdapat diplanet ini dan bersama-sama dengan planet
yang lain (Merkuri, Venus, Bumi, Mars, Jupiter, Saturnus, Uranus, Neptunus dan
Pluto). Matahari membentuk sistem tata surya yang dikenal dengan solar sistem.
Matahari adalah
bola gas yang terbentuk oleh kondensasi hydrogen
di dalam galaksi dibawah efek gaya tarik gravitasi, karena inilah maka terjadi
benturan antara molekul yang mengakibatkan kenaikan temperatur. Matahari
mempunyai diameter 1,39 x 109 m dan mempunyai jarak rata-rata dari
bumi sekitar 1,5x1011m. Matahari
menghasilkan daya sebesar 3,8 x 1023 kW secara kontinu dan
hanya 1,73 x 1014 kW yang diterima bumi dalam bentuk radiasi sinar
ultraviolet. Permukaan matahari bersuhu ± 5762 K, sedangkan suhu pada pusatnya
berada pada kisaran 8 x 106 sampai 40 x 106 K dan
kerapatannya 80 sampai 100 kali kerapatan air dengan density sebesar 105
Kg /m3. Radiasi surya yang diterima di bumi ini 99% berupa radiasi
panas (thermal).
|
Tidak seluruh
energi yang disebutkan dengan konstanta surya tersebut mencapai permukaan bumi,
karena terdapat absorpsi yang kuat dari karbondioksida dan uap air di atmosfer.
Radiasi surya yang menimpa permukaan bumi juga sangat tergantung dari kadar
debu dan zat pencemar lainnya yang terdapat dalam atmosfer. Proses sampainya
radiasi matahari melalui lapisan atas atmosfer terus kepermukaan bumi, sinar
matahari yang berupa gelombang pendek menuju atmosfer dianggap 100 % sampai
kepermukaan lapisan atmosfer. Radiasi ini tidak bisa diteruskan keseluruhannya
karena adanya pantulan yang terjadi dan besarnya pantulan sebesar 31 %, berarti
radiasi bisa diteruskan ke daerah atmosfer hanya 69 %. Dari jumlah tersebut
didaerah atmosfer akan diserap oleh udara kering sebesar 17,4 % dan pantulan
permukaan bumi sebesar 47,3 %. Dimana jumlah ini merupakan jumlah energi yang
sangat besar bagi bumi.
Dapat dilihat bahwa
sejumlah radiasi tersebut diserap oleh :
·
Laut
: 32,7 %
·
Daratan
: 14,3 %
·
Kehidupan
dibumi (tumbuhan dll)
: 0,1 %
·
Angin,
gelombang laut dll :
0,2 %
·
Manusia
: 0,004 %
·
Panas
bumi
: 0,02
%
Kehidupan
tumbuh-tumbuhan atau yang dinamakan proses fotosintetis sebesar 0,1 % yang
kemudian menjalani proses berjuta tahun untuk menghasilkan bahan bakar
hidrokarbon dan inilah sebagian dari sumber yang sedang menjadi tumpuan
kebutuhan energi saat ini.
Radiasi adalah
suatu energi gelombang elektromagnetik yang dipancarkan oleh suatu benda dan
merambat dalam ruang dengan kecepatan cahaya 3 x 108 m/s. Radiasi
surya merupakan salah satu bentuk energi thermal yang mempunyai panjang
gelombang 0,26-2,6 μm. Pada batas luar atmosfer radiasi surya total adalah 1353
W/m2 (konstanta surya) bila bumi berada pada jarak rata-ratanya dari
surya akan bervariasi sekitar 1000 W/m2 tergantung kondisi awan,
debu, kabut dan sebagainya.
Besar radiasi surya
yang diterima oleh suatu permukaan di bumi tergantung pada faktor-faktor
berikut :
·
Posisi
bumi terhadap matahari yang berubah dalam setahun
·
Kemiringan
permukaan benda bumi atau posisi garis lintang
·
Waktu
dalam sehari
·
Keadaan
cuaca atmosfer bumi
Karena adanya awan, debu, dan lain sebagainya
maka radiasi surya yang sampai ke bumi tersebut dalam bentuk radiasi langsung
dan radiasi difusi.
 |
 |
||
 |
|||
|
|||
|
2.2
Distilasi
Distilasi (penyulingan) air laut telah dilaksanakan selama bertahun-tahun.
Teknologi penyulingan air untuk mendapatkan air tawar dari dari kotor atau dari
air laut intinya adalah menguapkan air laut dengan cara dipanaskan, yang
kemudian uap air tersebut diembunkan sehingga didapatkan air tawar. Sumber
panas yang dipergunakan berasal dari energi yang beragam : minyak, gas,
listrik, surya / matahari dan lainnya.
Banyak penelitian
diarahkan untuk pengembangan dan efisiensi dari evaporator, namun hasilnya
belum menggembirakan. Uap bertekanan rendah untuk operasi evaporator bertenaga
listrik telah dikembangkan oleh beberapa negara, tetapi biaya operasi dipandang
masih terlau tinggi yakni USD 285 untuk setiap 1000 m3 air. Sekarang penelitian
diarahkan pada pemanfaatan energi matahari atau tenaga surya untuk pemanasan
evaporator, khusunya untuk daerah-daerah yang banyak memperoleh cahaya matahari
sepanjang tahun.
Pusat Penelitian dan Pengembangan Permukiman (www. kimpraswil.go.id, 2005),
telah mengembangkan destilator tenaga surya atap kaca sebagai teknologi terapan
untuk penyulingan air laut. Alat ini cocok untuk daerah pantai dan daerah sulit
air. Data teknis dan spesifikasi alat yang dikembangkan adalah terdiri
pengumpul kalor, kaca penutup kanal kondensat, kotak kayu dan system isolasi.
Air baku yang digunakan adalh air laut dan air payau, dengan kapasitas 6-8
liter per hari.
Pada proses penguapan air dimana terjadi perubahan bentuk air dari bentuk
cair menjadi bentuk gas, secara otomatis akan terjadi perubahan berat jenis
(BJ) dari air tersebut. Berat jenis air dalam bentuk uap (BJ uap) akan lebih
kecil dari Berat jenis air dalam bentuk cair (BJ cair). Ketika terjadi
penguapan air maka unsur-unsur penyusun air alam dan berbagai impurities
(berupa unsure logam, garam, bahan padat, dan lain-lain) yang memiliki BJ lebih
besar dari BJ uap akan tertinggal sebagai
refinat atau residu
2.3
Destilator
Diantara beberapa pemanfaatan tenaga surya
sebagai sumber energi, sistem destilasi adalah salah satu sistem sederhana yang
berguna untuk memenuhi salah satu kebutuhan pokok manusia. Dalam menghasilkan
atau memproduksi garam dari air laut digunakan energi/tenaga surya untuk
menguapkan airnya dan menghasilkan butiran garam, cara ini telah dilakukan
sejak zaman dahulu kala oleh manusia. Dengan prinsip dasar menghasilkan garam
ini, digunakan juga prinsip yang sama namun disini adalah untuk menghasilkan
air bersih.
Gambar 2.2 Proses Kerja
Semua sistem destilasi menggunakan prinsip yang sama,
yaitu air (air payau, air laut) ditampung pada penampung dasar, yang berfungsi
untuk mengabsorbsi/menyerap energi surya/kalor untuk pemanasan sehingga dapat
terjadi penguapan cairan yang akan menghasilkan air hasil distilasi
(aquabides). Uap air hasil distilasi kemudaian menempel pada bagian dalam dari
kaca penutup yang temperaturnya lebih rendah dari pada uap air itu sendiri dan
kemudian terkondensasi dan ditampung pada bagian penampung hasil destilasi,
kemudian dialirkan tempat penampung hasil destilasi.
Dengan pemikiran dasar pada sistem distilasi (penyulingan
air laut), yakni memisahkan garam dan air laut yang didesalinasikan maka
dimulailah perkembangan yang lebih luas, salah satunya adalah sistem distilasi.
Berikut ini adalah suatu bentuk awal dari alat desalinasi yang mana juga diterapkan
pada sistem distilasi.
Gambar 2.3 Penyuling Jenis Atap
Sistem destilasi atau juga biasa disebut destilator
mempunyai perbedaan dalam hal produksi, sistem destilasi berorientasi pada
produksi air bersih sehingga air yang dimasukan (input) ke dalam destilator dapat berasal dari mana saja, sedangkan
desalinasi inputnya hanya berasal dari air laut karena tujuannya adalah
memperoleh garam. Sistem desalinasi dan sistem destilasi dapat disamakan
sehingga untuk teori destilasi dapat digunakan teori desalinasi dan juga
sebaliknya.
Maka dapat disimpulkan bahwa destilasi adalah sistem yang
digunakan untuk memperoleh air bersih dengan cara memisahkan air dari kandungan
kotoran-kotoran pada air yang didestilasikan (air kotor).
2.3.1 Jenis Destilator
Tipe dua permukaan kaca miring
Gambar 2.4 Destilator air laut
tipe dua permukaan kaca miring
Keterangan gambar :
- Kaca penutup (window glass) 6. Pipa air keluar
- Kanal 7. Pipa air masuk
- Plat penyerap 8. Reservoir air laut
- Basin (bak penampungan) 9. Alat pengukur temperatur
- Isolasi
Gambar 2.5
Penempatan Alat ukur Temperatur
2.3.2. Teori Dasar
Perhitungan Sistem Distilasi
Didalam sistem distilasi
terjadi proses penguapan air dengan cara pemanasan menggunakan energi surya,
sehingga dihasilkan uap air yang terpisah dari kandungan unsur-unsur lainnya.
Dalam menghasilkan uap air pada sistem destilasi ada lima temperatur yang
terkait dalam proses destilasi. Yaitu temperatur air, temperatur plat penyerap,
temperatur kaca, temperater uap air dan temperatur lingkungan.
Untuk menentukan nilai dari energi yang berguna, energi
yang hilang dan efisiensi dapat digunakan persamaan berikut :
1.
Energi
radiasi yang diserap oleh plat penyerap
…………………………………Pers ( 2.1)
lit 1 hal 4
Dimana : Qin = Energi radiasi yang sampai ke plat penyerap (Watt)
IT = Intensitas Surya (W/m2)
Ac = Luas plat penyerap (m2)
α = Absorpsivitas plat penyerap
2.
Energi
yang hilang dari kolektor
................. ……………….....Pers (2.2) lit 1 hal 4
Dimana: QLosses = Energi yang hilang dari kolektor (Watt)
ULosses = Koefisien perpindahan panas total (W/m2.
0C)
Tp = Temperatur plat penyerap (0C)
Ta = Temperatur Lingkungan (0C)
Ac = Luas plat penyerap (m2)
3.
Energi
yang berguna pada destilasi air laut
......... ……………Pers (2.3) lit 1 hal 4
Dimana : Qu = Energi yang berguna pada destilasi air
laut (Watt)
Ac = Luas plat penyerap (m2)
IT = Intensitas surya (W/m2)
α = Absorpsivitas plat penyerap
UL = Koefisien perpindahan panas total (W/m2.
0C)
Tp = Temperatur plat penyerap (0C)
Ta = Temperatur Lingkungan (0C)
4.
Efisiensi
Kolektor
……………………………Pers (2.4) lit 1 hal 4
5.
Efisiensi
Destilator
…………………………………Pers (2.5)
lit 1 hal 4
Dimana : m = Massa air (kg/jam)
hfg = Panas lateral untuk penguapan (kJ/kg)
Ac = Luas plat penyerap (m2)
IT = Intensitas surya (W/m2)
T = Lama waktu pengujian (jam)
2.3.3 Pengertian Tenaga
Surya (Solar Energy)
Tenaga Surya (solar
energy) adalah merupakan enegi yang bersumber dari sinar matahari. Menurut
Herman Johannes ( Hardjasoemantri, K.(2002) Hukum
Tata Lingkungan,
) pemanfaatan energi surya dikelompokkan menjadi 2 (dua) kategori, yakni
pemanfaatan energy surya secara langsung dan tidak langsung. Pemanfaatan energi
surya secara tidak langsung adalah berupa pemanfaatan biomassa untuk sumber
energi. Lakitan, B. ( 2002, Dasar-dasar Klimatologi,) mengatakan bahwa energi surya yang sampai ke bumi,
sebagian kecil akan dikonversi menjadi energi kimia oleh tumbuhan melalui
proses fotosintesis yang komplek. Produk akhir dari fotosintesis adalah
biomassa. Dengan demikian biomassa merupakan energi surya tak langsung.
Pemanfaatan energi surya secara langsung adalah dengan menggunakan sinar
matahari sebagai sumber energi utama secara langsung. Pemanfaatan energi surya
harus mempertimbangkan sifat-sifat fisika dari sinar matahari. Lakitan, B. ( 2002,
Dasar-dasar Klimatologi ) mengatakan bahwa untuk mengkaji tentang aspek fisika
cahaya ada beberapa hal yang harus diperhatikan diantaranya : porsi serapan
cahaya (absorbtivity), porsi pantulan (reflectivity), porsi
terusan (transmisivity), daya pancar (emisivity), aliran
Tidak ada komentar:
Posting Komentar