Distilasi

Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna

Distilasi adalah salah satu teknik pemisahan mineral dari larutan dengan menggunakan prinsip perbedaan titik didih. Air tawar dapat dihasilkan dari air laut dengan menggunakan teknik ini. Seperti yang diketahui bahwa rasa asin pada air laut terjadi karena adanya mineral garam, NaCl. Untuk memisahkan mineral ini maka air laut dipanaskan sehingga terjadi penguapan air. Namun, karena mineral garam memiliki titik didih yang jauh lebih besar maka mineral tidak menguap melainkan tetap pada larutan tersebut. Akibatnya, uap yang dihasilkan ini dapat dikatakan sebagai uap air murni. Selanjutnya uap air ini dikondesasikan sehingga berubah fasa dari uap menjadi cair yang disebut dengan distilat. Distilat inilah produk dari proses distilasi yang merupakan air murni atau sering disebut dengan aquadest.

Gambar 1. Skema proses distilasi

Gambar 1 menunjukan skema sederhana proses distilasi. Air laut yang mengandung banyak garam awalnya berada dalam tabung. Kemudian air dalam tabung ini dipanaskan sehingga terjadilah penguapan tanpa membawa mineral garam. Uap ini kemudian diarahkan ke kondeser yang terdiri dari pipa diameter kecil untuk jalannya uap air dan pipa berdiamater lebih besar untuk jalannya fluida pendingin. Di kondenser, energi kalor yang dimiliki oleh uap air diserap oleh fluida pendingin sehingga uap air mengalami pelepasan kalor sampai terjadi pengembunan (kondensasi).  Air dalam bentuk cair (hasil pengembunan) ini merupakan air tawar.

Proses distilasi yang dijelaskan di atas dapat dikatakan tidak efisien karena untuk meghasilkan air tawar dibutuhkan banyak sekali energi kalor. Di sisi lain, banyak kalor terbuang ke lingkungan yang seharusnya dapat dimanfaatkan untuk memaksimalkan produksi air tawar. Untuk memanfaatkan potensi kalor yang terbuang ini, maka dikenal dengan multi effect distillation (MED).

Distilasi juga dapat digabungkan dengan reneawable energi sebagai sumber kalornya. Energi kalor surya (solar thermal energy) sering kali digunakan untuk hal ini sehingga disebut dengan solar distillation.

Keyword: Distilasi, desalinasi, proses pemurnian air

Peak solar hours (PSH)

Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna

Peak solar hours atau sering juga disebut peak sun hours (PSH) adalah istilah dalam bidang solar energi yang biasanya digunakan untuk estimasi berapa lama radiasi matahari dalam sehari yang efektif untuk dimanfaatkan. Satuan dari PSH adalah jam (hour). Secara definisi PSH adalah ekuivalensi jumlah jam radiasi matahari sebesar 1 sun (1 kW/m²) konstan untuk menghasilkan energi matahari yang diterima permukaan dalam satu hari (kWh/m2). Dengan kata lain PSH sama dengan jumlah energi radiasi matahari yang diterima permukaan dibagi 1 kW/m².

Pada dasarnya Intensitas radiasi matahari yang diterima permukaan tidaklah konstan melainkan meningkat di pagi hari, mencapai puncak di siang hari, kemudian turun hingga matahari terbenam. Jika intensitas radiasi ini diintegralkan terhadap waktu selama satu hari maka didapat energy per satuan luas permukaan. Kemudian diasumsikan jika intensitas sebesar 1 sun secara konstan, maka didapat jumlah jam agar mendapatkan energi yang sama dengan energi radiasi selama satu hari. Perhatikan gambar di bawah ini.

Gambar 1. Ilustrasi Peak Sun Hours (sumber gambar: http://www.aurorasolarenergy.com)

Gambar sebelah kiri adalah profil intensitas radiasi matahari pada sebuah permukaan dalam satu hari. Luas dibawah kurva (integral dari fungsi radiasi terhadap waktu) adalah energy. Jumlah energi radiasi ini dapat dikonversikan seperti gambar sebelah kanan, yaitu dengan intensitas radiasi konstan sebesar 1 kW/m² dan lebar waktu disesuaikan sehingga menghasilkan jumlah energi yang sama dengan kurva sebelah kanan. Lebar waktu dalam satuan jam inilah yang dinamakan PSH.

Bagaimana cara mendapatkan data PSH ini?

Untuk mendapatkan PSH, yang diperlukan adalah data radiasi. Ada beberapa jenis data radiasi yang tersedia baik yang dijual maupun dapat diunduh secara gratis. Salah satu cara yang paling mudah mendapatkan data radiasi matahari di suatu lokasi adalah dengan mengunjugi website: https://globalsolaratlas.info/. Setelah mengunjungi website ini, kita dapat menentukan lokasi yang diinginkan dengan cara mengklik lokasi. Untuk lebih jelasnya dapat dilihat pada gambar 2.

 

Gambar 2. Contoh data radiasi di Bandung Jawa barat

Gambar 2 menunjukkan data radiasi di sebuah daerah di Jawa Barat, yaitu Bandung. Data yang tersedia antara lain DNI, GHI, DIF, GTI, dan lain-lain. Data yang ada pada website tersbut juga dapat dilihat dalam bentuk data tahunan atau data harian rata-rata. Besarnya PSH adalah besarnya radiasi harian yang diterima dilokasi tersebut dalam satuan kWh/m² per day. Contoh besarnya GHI dalam contoh di atas adalah 5.03 kWh/m² per day. Dari definisi PSH yang sudah dibahas maka besarnya PSH adalah 5.03 jam jika digunakan permukaan horizontal, contoh PV modul yang digunakan dengan sudut kemiringan 0.

Mengapa menggunakan PSH?

Seperti yang sudah dijelaskan sebelumnya bahwa PSH adalah durasi radiasi matahari sebesar 1000 W/m² secara konstan untuk yang menghasilkan energi radiasi matahari dalam satu hari. Kata kuncinya adalah radiasi sebesar 1000 W/m². Dalam spesifikasi solar PV, definisi maximum power adalah daya listrik yang dihasilkan oleh solar PV pada saat mendapatkan radiasi sebesar 1000 W/m². Dengan komsep PSH maka untuk mengestimasi energy listrik yang dihasilkan oleh solar PV menjadi lebih mudah.

Contoh:

Modul solar PV digunakan di kota Bandung yang memiliki PSH 5 jam. Modul solar PV yang digunakan memiliki daya puncak (peak power) sebensar 375 Watt. Berapa energy yang dihasilkan oleh modul solar PV ini dalam sehari di lokasi tersebut?

Jawabannya adalah sekitar 5 × 375 =1875 Wh. Kenapa ada kata “sekitar”? Hal ini dikarenakan bahwa sebenernya radiasi matahari tidak konstan dan ada beberapa hal lain yang mempengaruhi daya listrik yang dihasilkan oleh solar PV modul seperti temperatur. Walau demikian untuk estimasi awal metode PSH sangatlah mudah dilakukan.  

PSH ini dapat digunakan untuk estimasi listrik yang dihasilkan oleh solar sel. Sebagai contoh sederhana: berapa energy listrik rata-rata harian yang dihasilkan solar PV dengan efisiensi 15% dan luas permukaan 2 m² daerah tersebut?

Dengan menggunakan konsep PSH maka pertanyaan tersebut dapat dijawab dengan mudah yaitu 0.15 x 5.03 x 2 =1.509 kWh per hari. Angka ini adalah rata-rata harian, oleh karena itu untuk mencari energi yang dihasilkan selam setahun maka hasil tersebut dapat dikalikan 365. Sehigga dapat disimpulkan yaitu energy yang dihasilkan oleh PV sebesar 550 kWh per tahun. Besar energy listrik ini masih listrik dalam arus searah. Lalu besarnya energi listrik dalam bentuk arus bolak balik adalah dengan mempertimbangkan rugi (loss) yang terjadi pada inverter dan kabel. Jika diasumsikan rugi rugi terssebut adalah totalnya 8%, maka besarnya jumlah energy listrik yang tersedia (listrik bolak balik) dari solar PV modul tersebut adalah (1-0.08) x 5520= 440 kWhe/day.

Hal lain yang perlu diperhatikan adalah perhitungan ini dapat diaplikasikan jika tidak ada energi yang dihaslikan terbuang, dengan kata lain energi listrik digunakan untuk beban atau disimpan dalam baterai.

Keyword: solar PV, solar thermal, Peak sun hours, Peak solar hours