Jurnal Perancangan dan Pembuatan Condenser

1.3K

PERANCANGAN DAN PEMBUATAN CONDENSER UNTUK DESTILASI AIR MURNI
DESIGN AND MANUFACTURE OF CONDENSER FOR PURE WATER DISTILLATION

Mukhsal Mina, Dr. Sepannur Bandri, S.T.,M.T, Anggun Anugrah, S.T.,M.SEE , Andi M. Nur Putra, S.T., M.T ,

Yusreni Warmi, M.T, Dr.Eng.

 Prodi Teknik Elektro Sarjana, Fakultas Teknik, Institut Teknologi Padang

mukhsalmina47@gmail.com,  sepannurbandria@yahoo.com ,  anggunanugrah@gmail.com,

andimnurputra@gmail.com  mnnaf i@yahoo.com,

 

Abstrak

Penelitian ini bertujuan untuk merancang dan memproduksi sebuah condenser destilasi air murni yang lengkap dengan sistem pendingin nya. Air  murni atau air destilasi adalah  komponen  penting dalam berbagai industri, laboratorium, dan aplikasi teknik. Proses destilasi air murni memerlukan condenser yang efisien untuk mengembalikan uap air menjadi cairan. Condenser yang baik dapat meningkatkan kualitas air murni dan mengurangi biaya energi. Penelitian ini mencakup perancangan condenser berkualitas tinggi yang memperhitungkan efisiensi perpindahan panas dan pengurangan tekanan dalam sistem. Selain itu,pada penelitian ini penulis mengembangkan sistem pendingin yang efisien dengan pemilihan komponen optimal. Kualitas air murni yang dihasilkan dievaluasi dengan tingkat kemurnian yang tinggi dan kontaminasi yang minimal. Hasil pengujian eksperimental menunjukkan bahwa condenser yang dirancang mampu meningkatkan efisiensi energi dalam proses destilasi, dengan pengurangan biaya energi yang signifikan. Penelitian ini juga menghasilkan kontribusi positif terhadap keberlanjutan lingkungan dengan mengurangi konsumsi energi. Dengan demikian, penelitian ini memberikan dasar untuk pengembangan teknologi destilasi air murni yang lebih efisien dan ramah lingkungan. Condenser yang dirancang dapat digunakan dalam berbagai aplikasi industri dan laboratorium untuk memproduksi air murni berkualitas tinggi secara efektif.

Kata kunci : Destilasi, condenser, heater, air, efisien.

Abstract

This research aims to design and produce a pure water distillation condenser complete with a cooling system. Purified or distilled water is an important component in a variety of industrial,laboratory, and engineering applications. The pure water distillation process requires an efficient condenser to return water vapor into a liquid.  A good condenser can improve the quality of pure water and reduce energy costs. This research includes the design of a high-quality condenser that takes into account the efficiency of heat transfer and pressure reduction in the system. Inaddition, in this study the author developed an efficient cooling system with optimal component selection. The quality of the purified water produced is evaluated with a high level of purity and minimal contamination. The results of experimental testing showed that the designed condenser was able to improve energy efficiency in the distillation process, with a significant reduction in energy costs. The research also makes a positive contribution to environmental sustainability by reducing energy consumption. Thus, this research provides the basis for the development of more efficient and environmentally friendly pure water distillation technologies. Designed condensers can be used in a variety of industrial and laboratory applications to effectively produce high-quality pure water.

Keywords: Distillation, condenser, heater, water, efficient.

I. Pendahuluan

Air merupakan sumber daya alam yang sangat penting dan kebutuhan pokok dalam kehidupan sehari-hari (Firmansyah 2016).  Air   bersih dapat dijumpai dengan mudah di alam, misalnya sebagai air tanah, air sumur, dan air dari mata air pegunungan. Air yang terdapat di alam pada umumnya tidak murni lagi, karena telah  melarutkan  banyak elemen, misalnya gas-gas yang terdapat di udara, dan mineral-mineral yang  terdapat  pada tanah    dan  bantuan yang dilewatinya. Air merupakan komponen penting bagi kehidupan di bumi dan merupakan sumber daya yang berharga peradaban manusia (Cerveira, de Magalhães, and de S. Antunes 2021). Sangat mendasar pentingnya melaksanakan penyediaan air bersih di daerah yang terkena  dampak, khususnya di  negara-negara berkembang, dimana infrastruktur air dan air limbah seringkali tidak  ada. Ada beberapa cara untuk bisa memperoleh air   bersih  yaitu    dengan  metode perebusan,  penyaringan,  penyulingan  dan lainnya. Proses destilasi merupakan salah satu metode yang cukup efektif untuk bisa memproduksi  air  layak konsumsi yang bebas dari  kuman, bakteri, dan kontaminan padat kecil. Prinsip kerja destilasi pada dasarnya  untuk  menguapkan air   dengan  cara pemanasan menggunakan heater,   kemudian didinginkan  menggunakan condenser untuk mendapatkan air murni. Air murni atau air destilasi merupakan salah  satu   komponen penting   dalam berbagai industri, termasuk  industri farmasi, laboratorium kimia, industri elektronik,  serta dalam berbagai aplikasi laboratorium  dan proses teknik. Proses destilasi adalah salah satu metode yang paling umum digunakan untuk menghasilkan   air  murni dengan menghilangkan kontaminan dan ion-ion yang tidak diinginkan dari air biasa.

Dalam proses destilasi air murni, salah satu komponen kunci yang digunakan  adalah condenser. Condenser adalah alat  yang  digunakan untuk mengembalikan uap air yang telah menguap menjadi cairan dalam sistem destilasi. Penggunaan condenser yang efisien sangat  penting  dalam proses destilasi untuk memastikan bahwa air murni yang dihasilkan memiliki kualitas yang tinggi.

Oleh karena itu, penelitian ini akan fokus pada perancangan dan pembuatan destilasi air murni yang lengkap dengan sistem pendingin yang efisien. Tujuan utama dari penelitian  ini  adalah untuk mengembangkan  sebuah sistem condenser yang mampu  meningkatkan  efisiensi proses destilasi  air murni, sehingga menghasilkan   air  murni dengan kualitas  yang lebih tinggi  dan mengurangi  biaya energi yang  dibutuhkan. Selain  itu,  dengan meningkatnya kebutuhan akan air murni dalam berbagai aplikasi  industri dan laboratorium, perancangan condenser yang lebih efisien juga dapat membantu  dalam mengurangi  dampak lingkungan melalui penggunaan energi  yang lebih hemat.  Oleh karena itu,  penelitian  ini  memiliki relevansi yang besar dalam mendukung  keberlanjutan  lingkungan dan kebutuhan industri saat ini.

Melalui  perancangan dan  pembuatan condenser destilasi air murni yang lebih efisien ini, diharapkan akan dapat memberikan kontribusi signifikan dalam meningkatkan  kualitas  dan efisiensi produksi air murni,  serta   memenuhi kebutuhan industri  dan laboratorium yang semakin meningkat.

II. Metode Penelitian

Untuk mengumpulkan  data-data dalam penelitian ini yang berbasis eksperimen, penulis akan mengumpulkan data dengan menggunakan metode time–series. Time series adalah metode mengurutkan nilai variabel pada interval waktu yang sama atau dikenal   dengan  tren.   Metode ini dilakukan menggunakan pola. Nantinya, pola yang didapat akan dipakai untuk memperkirakan  besarnya pengaruh objek yang diteliti terhadap sistem yang sedang dikaji dalam pnelitian ini.

III.  Landasan Teori

A. Definisi Destilasi

1.1 Pengertian

Destilasi  atau penyulingan merupakan suatu metode pemisahan bahan  kimia  berdasarkan perbedaan menguap (volatilitas)   bahan. Dalam  penyulingan campuran zat  dididihkan sehingga menguap, kemudian uap tersebut didinginkan kembali ke dalam bentuk  cairan. Zat yang memiliki titik didih lebih rendah akan  menguap lebih  dulu.  Metode ini merupakan termasuk unit operasi  kimia   jenis perpindahan massa, penerapan proses ini didasarkan pada teori bahwa pada suatu larutan, masing-masing komponen akan menguap pada titik didihnya.

1.2. Prinsip Kerja Destilasi

Destilasi atau penyulingan adalah proses pemisahan campuran zat cair yang didasarkan pada perbedaan titik  didih zat  (Soebyakto 2013).  Dalam penyulingan, campuran  zat dididihkan sehingga menguap, dan  uap  ini  kemudian didinginkan kembali ke dalam bentuk cairan. Destilasi adalah suatu metode pemisahan campuran yang didasarkan pada perbedaan tingkat volalitas (kemudahan suatu zat untuk menguap) pada suhu dan tekanan tertentu. Destilasi merupakan proses fisika dan tidak terjadi adanya reaksi kimia selama proses berlangsung. Dasar  utama   pemisahan dengan cara  destilasi adalah  perbedaan titik  didih cairan pada tekanan tertentu. Destilasi atau penyulingan air yaitu dengan menghilangkan lebih  dari  99,9%  kontaminan, termasuk  bahan kimia,  logam berat, mikroorganisme  dan  sedimen. Alat yang dibutuhkan untuk  melakukan proses distilasi disebut distilator (Kenang et al. 2023). Air suling dibuat murni dengan air dipanaskan terlebih dahulu hingga menguap, sehingga semua kotoran tertinggal. Kemudian, uap air tersebut terkondensasi dan prosesnya menghasilkan  air  dalam bentuk paling murni. Distilasi adalah satu-satunya metode pemurnian air yang paling efektif. Meskipun desain dari penyulingan  bervariasi, namun penyulingan pada umumnya terdiri  dari ruang didih, sistem pendingin, dan  penyimpanan terpisah  tangki (Campbell 2023). Destilasi adalah sala satu proses yang paling umum dilakukan di industry kimia (Dudret, Ammouri, dan Rouchon 2013).

1.3. Condenser (Pendingin)

Kondensasi adalah proses pelepasan kalor dari suatu sistem  yang menyebabkan  uap (vapor) berubah menjadi cair (liquid). Dalam proses merubah  gas menjadi cair dapat dilakukan dengan cara menaikan tekanannya atau dengan menurunkan  temperaturnya. Destilasi   adalah  cara  pemisahan zat   cair  dari campurannya berdasarkan perbedaan titik didih atau berdasarkan  kemapuan zat untuk menguap. Dimana zat  cair  dipanaskan hingga titik  didihnya, serta mengalirkan uap ke dalam alat pendingin (kondensor) dan mengumpulkan  hasil pengembunan sebagai  zat cair (Setiawan 2018). Kondensor merupakan  suatu perlengkapan utama dalam penyulingan. Ukuran dan bentuk kondensor dapat bermacam-macam. Kondensor  berfungsi  untuk  mengubah seluruh uap menjadi fase cair. Cairan yang dikehendaki dididihkan hingga menguap kemudian uap diembunkan melalui kondensor, sehingga uap mencair kembali (Khotimah, Anggraeni, and Setianingsih 2018). Kondensor yang paling umum digunakan  adalah kondensor berpilin. Pipa berpilin dimasukan  ke dalam tangki  berisi air pendingin yang mengalir secara konstan.

1.4 Tahapan Penelitiaan

 

 

 

 

 

 

 

IV.    Hasildan Pembahasan

4.1 Tabel Data Suhu Condenser

Tabel 4. 1 Suhu Condenser

Table 4.1 di atas merupakan  data suhu yang direkam oleh sensor  thermocouple  secara real-time selama satu jam. Dimana data yang direkam yaitu data suhu setiap 5 menit. Pengambilan data dilakukan dari jam 17.35 sampai 18.45 WIB. Dimana suhu awal pada distilasi   yaitu   sebesar 31C.  Kemudian terjadi penurunan  suhu karena adanya pendingin  pada alat oleh  condenser, sehingga penurunan suhu yang terukur setelah satu jam yaitu sebesar 20,35 C.

Pada gambar  4.1 di atas merupakan  grafik suhu pada condenser  alat distilasi  air.  Data yang ditampilkan berupa grafik suhu terhadap waktu yang terekam oleh sensor thermocouple.  Pada gambar di atas terlihat nilai suhu yang terekam selama satu jam. Pada data tersebut  terdapat  perubahan  suhu yang terjadi selama satu jam. Suhu yang diamati yaitu suhu pada alat setiap 10 menit. Dimana pada waktu 0 menit suhu yang terbaca sebesar 310 C, pada menit  ke 10 suhunya yaitu 29,750 C, menit ke 20 suhu yang terbaca yaitu 28,50 C, menit ke 30 yaitu 28,120 C, menit ke 40 yaitu 26,310 C, menit ke 50 sebesar 24,450  C, dan pada menit ke 60 yaitu 20,350 C. Dapat terlihat pada data tersebut terjadinya penurunan suhu yang terjadi setiap kenaikan waktu, hal tersebut disebabkan oleh sistem pendingin (condenser) yang digunakan pada alat menggunakan komponen peltier untuk merubah uap menjadi air.

Data suhu di atas merupakan  pengambilan data sensor  thermoucaple dengan arduino  uno yang dilaksanakan pada tanggal  1 oktober  2023. Untuk suhu tertinggi terjadi pada menit 0 sebesar 310C yang merupakan  suhu sebelum terjadinya  pendinginan. Sedangkan  suhu terendah yaitu  pada menit  ke 60 sebesar 20,350  C  yang merupakan suhu setelah terjadinya  pendinginan  selama satu  jam pada alat condenser.

Untuk mengetahui  nilai  rata-rata  dapat  dihitung dengan menjumlahkan banyaknya pengukuran yang di lakukan pada menit  0  –  60 ,yang mana pengukuran itu di lakukan 1 kali dalam 10 menit lalu di   bagi dengan banyaknya waktu   pengukuran sebanyak 8 kali. Berikut ini perhitungan nilai rata-rata suhu thermoucaple

Nilai suhu = 31 + 29,75 + 28,5 + 28,12 + 26,31 + 24,45 + 20,35 = 26,890C

Dari perhitungan rata-rata nilai suhu pada condenser didapatkan rata-ratanya yaitu sebesar 26,890C..

4.2  Hasil Data Pengukuran Tegangan dan Arus

Tabel 4. 2 Tegangan dan Arus Condenser

Dari tabel 4.4 di atas ditunjukkan  nilai tegangan dan arus pada condenser  selama  satu jam setiap 10 menit. Tegangan yang terukur pada alat pada menit 0 hingga menit ke 20 yaitu sebesar 12,07 Volt dan terjadi  penurunan tegangan pada menit  ke 30 hingga menit ke 60 yaitu sebesar 12,06 Volt. Tegangan dalam sistem dapat turun sesaat karena meningkatnya aliran arus untuk  memenuhi  kebutuhan beban yang lebih tinggi. Arus pada condenser juga diukur selama satu jam setiap 10 menit. Dapat dilihat pada tabel 4.4 di atas arus tertinggi yaitu terjadi pada menit ke 60yaitu sebesar 3,92 A. Sedangkan untuk arus terendah terjadi pada menit ke 20 yaitu sebesar 3,7 A.

Pada  gambar 4.4  di  atas   menunjukkan perbandingan  tegangan dan arus pada alat, dimana dapat dilihat pada grafik tegangan dan arus pada alat selama satu  jam. Secara teori  perbandingan  nilai tegangan  dengan arus  yaitu  sebanding atau berbanding  lurus sesuai dengan  hukum ohm yaitu seperti persamaan di bawah:

V= I x R

Dimana V adalah tegangan (V), I adalah arus (A), dan R adalah resistansi (Ω). Ketika nilai resistansi tidak  berubah atau konstan   maka  perbandingan tegangan dengan arus akan berbanding lurus. Namun pada penelitian ini tegangan dan arus pada alat seperti yang ditunjukkan pada grafik dimana perbandingan tegangan dan arus pada alat yaitu berbanding terbalik, dapat dilihat pada grafik saat menit 0 tegangan yang terukur yaitu 12,07 Volt sedangkan untuk nilai arus sebesar 3,75  A.  Pada  menit  ke  30  terjadinya penurunan  tegangan sebesar  12,06 Volt, sementara pada arus terjadi kenaikan nilai yaitu sebesar 3,72 A. Hal tersebut disebabkan karena adanya pengaruh dari nilai resistansi  yang tidak  tetap  pada rangakaian, beban pada rangkaian dan pengaruh dari sumber PLN.

V. Kesimpulan dan Saran

1. Kesimpulan

Berdasarkan  data  yang didapatkan  pada penelitian perancangan dan pembuatan condenser destilasi air murni lengkap  dengan pendinginnya,  maka penulis dapat menarik kesimpulan sebagai berikut:

1.  Dalam rangkaian penelitian ini, perancangan dan pembuatan condenser destilasi air murni lengkap dengan  sistem pendinginnya  telah berhasil direalisasikan dengan sukses, membuktikan  keberhasilan konsep dan   implementasi  desain yang  efektif  dalam menghasilkan air  murni  dengan tingkat efisiensi yang tinggi.

2. Dengantegangan   yang  dikonsumsi pada kondensor yang cukup rendah, yakni sekitar 12 Volt, rancangan alat berhasil menghasilkan solusi yang aman dan efisien untuk  proses distilasi, dengan potensi penghematan energi yang signifikan.

2. Saran

Sebagai saran untuk pengembangan lebih lanjut, penelitian ini dapat diperluas dengan fokus pada pengoptimalan  performa  sistem pendingin pada condenser destilasi,  serta eksplorasi berbagai  teknologi  terbaru  yang dapat meningkatkan  efisiensi dan kapasitas produksi air murni.

Saran untuk pengembangan lebih lanjut untuk melakukan uji coba dan perbandingan dengan berbagai jenis pendingin untuk condenser destilasi ini, serta mempertimbangkan integrasi teknologi sensor untuk pengawasan dan kontrol yang lebih canggih

Diperlukanpenelitian lanjutan yang dapat difokuskan pada pada aspek keberlanjutan, seperti penggunaan sumber energi yang lebih ramah lingkungan dan pemakaian bahan- bahan yang  dapat   didaur  ulang  dalam pembuatan alat ini.

VII.  Referensi

Adani, Shabrina Iswari,  and Yunita  Ali  Pujiastuti. “PengaruhSuhu Dan Waktu Operasi Pada Proses Destilasi Untuk Pengolahan Aquades Di Fakultas Teknik Universitas Mulawarman.” Jurnal Chemurgy 1(1): 31.

Campbell, Brian. 2023. “What Are Water Distillers & How  Do  They  Work ?  How  Does a  Water Distiller.” : 1–8. Cerveira, Graziela Salvan, Jorge Lima de Magalhães, and Adelaide Maria  de  S.  Antunes. 2021. “Trends  in  Membrane Distillation  for Wastewater Treatment.” Journal of Environmental Protection 12(02): 106–24.

Dudret,  Stephane,   Fouad Ammouri,  and  Pierre Rouchon. 2013. “Input/Output Transfer Models of Binary Distillation Columns Derived from Convection-Diffusion Partial Differential Equations.” Proceedings of  the IEEE Conference on Decision and Control: 6136–42.

El-Zanati,  Elham, Maaly Khedr, Eman Farg, and Esraa Taha. 2021. “Development  of Vacuum Multi-Effect  Membrane Distillation  System of Pilot‐scale  for  Water  Desalination.” Desalination and Water Treatment 217: 22–30.

Engineering, Production, Production Engineering, and Corresponding Author.   1988.  “Design  and Fabrication of a Water Distiller 1.” : 169–74. Firmansyah, Fathoni. 2016. “Bandingandisol Dalam Menjerat Logam Berat Kadmium ( Cd ) Dan Bakteri Patogen.” 7(4): 16–25.

Kenang, Milkha N T et al. 2023. “AREN  MENJADI ALKOHOL.” 9: 21–29.

Khotimah, Husnul, Erika Wulan Anggraeni, and Ari Setianingsih. 2018. “Karakterisasi  Hasil Pengolahan Air Menggunakan Alat Destilasi.” Jurnal Chemurgy 1(2): 34. Leonidas, Emilios  et   al.  2022.  “A  Comparative Review of Thermocouple and Infrared Radiation Temperature Measurement Methods during the Machining of Metals.” Sensors 22(13): 1–23.

Pilomonu, Yusri Husin. 2017. “Analisa Distribusi dan Kehilangan Air PDAM Unit Telaga Kabupaten Gorontal.” 5(1): 1–9.

Setiawan, Tia. 2018. “Rancang Bangun Alat Destilasi Uap Bioetanol  Dengan Bahan Baku  Batang Pisang.” Jurnal Media Teknologi 4(2): 119–28.

Soebyakto, M. Agus Shidiq. 2013. “Analisis Destilasi Air Keruh Dengan Menggunakan Tenaga Surya Dan Tenaga Listrik.”  Engineering  7(2):  14. http://e- journal.upstegal.ac.id/index.php/eng/issue/view/88.

Taqwa, Bayu Buana, Rosalina Rosalina, and Harry Ramza.   2020.   “Perancangan Alat   Proses Distilasi  Air   Laut  Menggunakan Pemanas Elektrik.” Prosiding Seminar Nasional Teknoka 5(2502): 204–14.

Uwar, Nur Aini,  and Erol Richard Soselissa. 2022. “Pengaruh  Penggunaan Air    Pendingin Kondensor Terhadap Hasil Destilasi Sampah Plastik Kapasitas 3 Kg.”  ARMATUR : Artikel Teknik Mesin & Manufaktur 3(1): 11–18.

WIBOWO,  PRASETYO,  and Dedi Ary  Prasetya. “RancangBangun Data Logger Multi Kanal  Terhubung IoT  (Internet Of  Things) Sebagai  Pengukur Temperatur  Dengan  Sensor Thermocouple.” Emitor: Jurnal Teknik Elektro 21(2): 87–94.