Improving Basin Solar Stills/id

Ini adalah tinjauan mengenai alat penyuling surya cekungan, alat ini telah digunakan oleh beberapa kelompok dan dipelajari, lihat Alat penyuling surya untuk informasi lebih lanjut.

Pendahuluan

Air minum bersih merupakan kebutuhan dasar manusia. Banyak orang, terutama di negara berkembang, tidak memiliki akses terhadap air minum bersih. Air yang kotor atau asin tidak layak minum, dan air yang tidak diolah namun tampak bersih kemungkinan besar mengandung bakteri dan organisme penyebab penyakit. Penyuling surya adalah alat yang menghasilkan air bersih dan layak minum dari air kotor menggunakan energi matahari. Alat murah ini dapat dengan mudah dibuat menggunakan bahan-bahan lokal.

Artikel ini berfokus pada penyuling surya tipe cekungan miring tunggal. Terdapat banyak sekali penelitian tentang jenis penyuling surya ini, sehingga tujuan artikel ini adalah untuk menyediakan tinjauan pustaka sumber terbuka yang mudah diakses beserta ringkasan penelitiannya, tanpa terlalu tumpang tindih dengan artikel informatif Appropedia berjudul " Memahami Penyuling Surya" . Selain itu, artikel ini mengulas gagasan penggunaan air masukan untuk mendinginkan penutup kaca sebagai cara untuk meningkatkan produktivitas penyuling.

Prinsip Operasional

Air asin atau kotor dalam wadah kedap udara dipanaskan oleh matahari, menyebabkannya menguap. Air kemudian mengembun pada penutup wadah bening yang miring agar air tawar dapat mengalir ke unit pengumpul. Air murni menguap, sementara kotoran tidak, sehingga air tersebut terdistilasi dan aman untuk diminum.

Untuk informasi lebih lanjut kunjungi:

Memahami bagian "Prinsip Pengoperasian" darialat penyuling surya

Tenaga Surya Masih

Desalinasi

Wikipedia: Foto Surya

Jenis-jenis Foto Surya

Terdapat beberapa jenis penyuling surya. Yang paling mendasar adalah jenis "pit", yang paling sesuai untuk situasi darurat karena produktivitasnya sangat rendah. Lihat Gambar 1 untuk diagram penyuling pit.

Tipe "kerucut" masih terlihat seperti penyuling tipe lubang terbalik. Watercone adalah produk yang ada di pasaran.

Penyuling cekungan, atau penyuling kotak, adalah jenis penyuling yang paling rumit. Terdapat banyak variasi, tetapi dua kategori utama penyuling cekungan adalah penyuling miring tunggal dan ganda. Gambar 2 menunjukkan gambar penyuling cekungan miring tunggal dan Gambar 3 menunjukkan penyuling miring ganda.

Wastafel dengan kemiringan ganda masih serupa tetapi memiliki dua potongan kaca miring, bukan satu.

Keunggulan penyuling surya cekungan adalah dapat menghasilkan beberapa liter air per meter persegi penyuling, per hari. Dengan biaya modal awal untuk berinvestasi pada material berkualitas, penyuling ini dapat dibangun cukup kokoh untuk beroperasi dengan andal dengan efisiensi 30-60% hingga 20 tahun. ^{[ 1 ]}

Prinsip Desain Pembangkit Listrik Tenaga Surya dengan Lereng Tunggal

Persyaratan desain:

• Menyuling air sehingga bisa diminum
• Memiliki hasil air suling yang maksimal
• Mudah dibangun dan diperbaiki (meminimalkan jumlah perawatan yang diperlukan)
• Tidak terlalu sensitif terhadap detail kecil
• Dapat diandalkan
• Mudah dibersihkan
• Menggunakan bahan bangunan alami yang umum
• Bahan-bahan yang tidak alami harus mudah diangkut
• Murah
• Menghasilkan limbah minimal di akhir masa pakainya
• Dapat menahan kondisi cuaca buruk dan degradasi oleh panas dan UV
• Mudah digunakan (tidak perlu membongkar untuk memasukkan air kotor dan mengeluarkan air segar)

Masalah yang harus diatasi:

• Debu pada penutup transparan
• Alga dan pengelupasan pada permukaan hitam
  • Jika disiram setiap hari, ini mungkin membantu
• Pengeringan akan merusak alat penyuling karena garam putih mengering hingga menjadi hitam, kaca menjadi panas dan getas, serta permukaan kaca berubah sehingga kondensat terbentuk sebagai tetesan bukan lapisan film, yang akan menurunkan kinerja ^{[ 2 ]}
  • Jika penyulingan mengering, palka harus dibuka, tetapi orang sering tidak melakukan ini

Batasan desain:

• Kaca tidak boleh lebih besar dari 1 m panjangnya, jika tidak maka akan mudah pecah ^{[ 2 ]}
• Kaca harus memiliki ketebalan minimal 4 mm ^{[ 2 ]}
• Pelat beton yang lebih besar dari 5 m akan retak ^{[ 2 ]}
• Sudut kaca pada 15 derajat adalah optimal ^{[ 2 ]}
  • Sudutnya harus disesuaikan dengan sudut datangnya sinar matahari agar paparan sinar matahari pada kolam dapat maksimal, tetapi tetap memungkinkan terjadinya limpasan air secara menyeluruh.

Prinsip-prinsip Teknik

Penting bagi pembuat dan operator penyuling surya untuk mengetahui cara pengoperasian penyuling sehingga mereka dapat menerapkan pengetahuan tersebut dalam pemecahan masalah dan penyelesaian masalah.

Faktor terpenting yang memengaruhi tingkat produksi penyuling surya adalah jumlah radiasi matahari pada penutup kaca, yang disebut iradiasi. Tidak semua energi matahari yang menyentuh kaca akan benar-benar digunakan untuk penguapan air di dalam bak karena energi tersebut dipantulkan dan diserap oleh apa pun yang dilewatinya. Gambar 4 adalah diagram aliran energi yang menunjukkan bahwa sebagian sinar matahari dipantulkan dan diserap oleh kaca, air, dan permukaan bak. Jika penyuling tidak tertutup rapat dan terisolasi dengan sempurna, akan terjadi kehilangan panas ke lingkungan sekitar.

Ada beberapa asumsi umum yang dibuat saat melakukan analisis termal teoritis pada alat penyuling surya:

• Luas penutup kaca sama dengan luas baskom ^{[ 3 ]}
• Tidak ada gradien suhu di kedalaman air atau kaca ^{[ 4 ]}
• Perubahan kepadatan dan panas spesifik air terhadap perubahan suhu dapat diabaikan ^{[ 4 ]}
• Kapasitas panas kaca dapat diabaikan ^{[ 4 ]}
• Alat penyuling kedap udara ^{[ 4 ]} Energi yang diserap air berkontribusi pada kenaikan suhu air, yang menyebabkan penguapan. Penguapan adalah proses yang terjadi ketika molekul-molekul air di permukaan air memperoleh energi kinetik yang cukup untuk berubah dari wujud cair menjadi uap. Molekul-molekul yang menguap menambah uap air di antara kaca dan air. Karena penutup kaca memiliki kapasitas panas yang lebih rendah daripada air, dan terkena udara luar, ia tidak akan memanas sebanyak air. Perbedaan suhu ini memengaruhi suhu udara/uap air yang ada di dalam alat penyuling di antara kaca dan air, yang menciptakan konveksi alami. Perbedaan suhu yang lebih tinggi mendorong lebih banyak konveksi. ^{[ 5 ]} Uap air yang hangat akan cenderung naik ke arah penutup kaca yang lebih dingin. Ketika uap air bersentuhan dengan kaca, ia akan mengembun karena molekul-molekul air akan kehilangan energi kinetik yang dibutuhkan untuk berada dalam wujud uap. Karena gelasnya miring, gaya gravitasi akan menyebabkan air yang terkondensasi mengalir ke bawah menuju bak pengumpul.

persamaan

Persamaan umum untuk menggambarkan perpindahan panas adalah neraca energi, yang pada dasarnya menyatakan bahwa jumlah panas yang masuk harus sama dengan jumlah panas yang keluar. Hal ini didasarkan pada hukum kekekalan energi yang menyatakan bahwa panas tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan. Neraca energi ini dapat ditulis untuk seluruh bagian penyulingan atau dalam skala yang lebih kecil untuk perpindahan panas penutup kaca atau air di dalam baskom.

∑QSayaN=∑QHaikamuT

Huruf "q" dapat mewakili perpindahan panas secara konveksi, konduksi, atau radiasi. ^{[ 6 ]}

Konveksi

Secara umum, laju perpindahan panas konveksi ^{[ 7 ]} diberikan oleh:

QCHaiNv=H(TS-TB)

Di mana

q = perpindahan panas dalamWM2

h = koefisien perpindahan panas dalamWM2

TS= suhu permukaan dalam °C

TB= suhu fluida pada suhu massal (jauh dari permukaan atau, dalam kasus kondensasi, suhu jenuh) dalam °C

Konduksi

Secara umum, laju perpindahan panas konduktif ^{[ 8 ]} diberikan oleh:

QCHaiND=kΔTΔX

Di mana

q = perpindahan panas dalamWM2Arah perpindahan panas adalah dari panas ke dingin.

k = konduktivitas termal dalamWMK

ΔT= perbedaan suhu permukaan dalam K

ΔX= ketebalan permukaan atau jarak yang ditempuh oleh q, dalam m

radiasi

Secara umum, laju perpindahan panas radiasi ^{[ 9 ]} (dari benda hitam) diberikan oleh:

QRAD=σT4

Di mana

q = perpindahan panas dalamWM2.

σ= Konstanta Stefan-Boltzmann =5.6703108WM2K4

T = suhu benda dalam K

optimasi

Meningkatkan perbedaan suhu antara air di dalam baskom dan penutup kaca merupakan fokus utama dalam upaya meningkatkan laju kondensasi, sehingga meningkatkan produktivitas penyuling. Hal ini dapat dilakukan dengan meningkatkan suhu air atau menurunkan suhu kaca. Banyak peneliti telah bereksperimen dengan berbagai metode untuk mencapai hal ini.

Untuk meningkatkan suhu air:

• pemanasan awal air umpan
• menambahkan pewarna hitam ke dalam air untuk membuatnya lebih mudah menyerap ^{[ 10 ]}
• menambahkan pelat berlubang mengambang ke baskom ^{[ 11 ]}
• memiliki isolasi yang baik di bawah dan di sekitar penyulingan
• mengurangi kapasitas panas air
• dengan mengurangi tingkat air
• menggunakan sumbu atau bahan berpori ^{[ 12 ] [ 13 ] [ 14 ]}
• menggunakan reflektor di dalam dan luar ruangan untuk memusatkan lebih banyak energi matahari

Untuk menurunkan suhu kaca:

• alirkan air pendingin ke permukaan luar kaca

Parameter lain yang diteliti antara lain sudut kemiringan dan ketebalan kaca, orientasi, kecepatan angin, suhu lingkungan, suhu awal air garam, kedalaman air garam, dan dimensi alat penyuling.

Meningkatkan Produktivitas Menggunakan Air Pendingin di Atas Penutup Kaca

Penelitian telah dilakukan untuk meningkatkan produktivitas penyuling surya menggunakan air pendingin di atas penutup kaca. Ide ini sangat sederhana karena hanya melibatkan modifikasi cara air umpan dimasukkan ke dalam penyuling. Hal ini dapat dilakukan dengan menaikkan wadah air umpan ke bagian tertinggi penyuling dan mengarahkan alirannya melewati kaca. Dutt dkk. menggunakan katup pengatur untuk mengontrol laju aliran melalui pipa berlubang di sepanjang ujung tertinggi penutup kaca. ^{[ 4 ]} Perforasi pada pipa menciptakan lapisan air yang halus dan stabil. Lawrence dkk. menggunakan pengaturan serupa. ^{[ 15 ]}

Tidak hanya film air mendinginkan kaca, yang meningkatkan laju kondensasi, itu juga sedikit memanaskan air umpan, terus-menerus membersihkan permukaan kaca, mengisolasi penyuling dengan mengurangi konveksi dan kehilangan radiasi dari kaca, dan secara mengejutkan, membiarkan lebih banyak cahaya masuk. Cara air membiarkan lebih banyak radiasi matahari masuk ke dalam penyuling adalah dengan indeks bias yang lebih rendah, yaitu 1,33 untuk air dan 1,52 untuk kaca. Ini mengurangi proporsi energi yang diserap ke dalam kaca. ^{[ 3 ]} Asumsi umum dibuat dalam literatur tentang analisis teoretis penyuling surya dengan air pendingin.

Asumsi:

• Tidak ada gradien suhu pada kedalaman lapisan air pendingin ^{[ 4 ]}
• Daya serap dan kapasitas panas air pendingin dapat diabaikan ^{[ 4 ]}
• Laju aliran seragam ^{[ 14 ]}
• Aliran laminar ^{[ 3 ]}

Tinjauan Pustaka

Dhiman dan Tiwari melakukan analisis analitik aliran air di atas penutup kaca penyuling surya dan menemukan bahwa modifikasi ini meningkatkan output sebesar 10%. Aliran tersebut mengurangi suhu kaca dan suhu air garam, tetapi masih menghasilkan perbedaan suhu yang lebih besar karena suhu kaca jauh lebih rendah daripada suhu air. ^{[ 13 ]} Lawrence dkk. memperoleh hasil numerik dan eksperimen yang menunjukkan peningkatan efisiensi sebesar 5% dengan air yang mengalir di atas kaca. Kecepatan aliran air sebesar 1,5 m/s memberikan efisiensi penyulingan terbesar, tetapi pengaruh kecepatan aliran terhadap efisiensi hanya beberapa persen. ^{[ 15 ]} Abu-Hijleh dkk. menunjukkan, secara numerik, bahwa air pendingin dapat meningkatkan efisiensi sebesar 20% dengan kondisi yang tepat, tetapi dapat menurunkan efisiensi dengan kondisi yang salah. Air pendingin meniadakan efek kecepatan angin dan jumlah air pendingin yang menguap ke atmosfer dapat diabaikan. Mereka juga menunjukkan bahwa laju aliran air yang terlalu tinggi menyerap terlalu banyak panas, sehingga sangat menurunkan suhu air di dalam bak. ^{[ 3 ]}

percobaan

Saya melakukan percobaan sederhana untuk melihat pengaruh aliran air terhadap jumlah sinar matahari yang masuk melalui kaca.

konstruksi

bahan

Material sangat penting dalam konstruksi penyuling surya karena harus mampu menahan kondisi cuaca buruk, tidak terdegradasi saat terkena air dan terik matahari, serta tidak meninggalkan rasa tidak enak pada air suling. Sangat sedikit material yang cocok untuk masing-masing komponen penyuling, tetapi solusi yang baik telah ditemukan melalui uji coba.

Memahami Alat Penyuling Surya: Bahan memiliki laporan lengkap tentang bahan yang digunakan dalam konstruksi alat penyuling surya, termasuk informasi berdasarkan pengalaman.

Alat

Sebagian besar peralatan yang dibutuhkan untuk membangun penyuling surya bersifat umum. Peralatan yang dibutuhkan bergantung pada bahan yang digunakan dan tingkat kerumitan penyuling. Berikut adalah contoh daftar peralatan yang digunakan untuk sebuah proyek di Botswana. ^{[ 2 ]}

• gergaji besi
• pita pengukur
• pistol silikon
• pahat
• sarung tangan
• tingkat
• fishline (tali bangunan)
• kereta sorong
• sekop
• sekop
• pemotong kaca
• tang
• kuas cat
• pisau pemotong
• obeng pipih
• alun-alun gedung
• 2 kunci pas yang dapat disesuaikan

Keterampilan dan Pengetahuan

Memahami Alat Penyuling Surya: Pemeliharaan memiliki deskripsi menyeluruh tentang persyaratan pemeliharaan dan operasional, serta keterampilan dan pengetahuan yang dibutuhkan untuk membangun dan mengoperasikan alat penyuling surya.

Perkiraan Biaya

Memahami Solar Still: Ilmu ekonomi sudah menjelaskan dengan baik tentang ekonomi solar still dan membandingkan teknologi ini dengan alternatif lainnya. Faktanya, solar still memang lebih mahal daripada teknologi pemurnian air lainnya, tetapi teknologi ini andal, mudah digunakan, dan tangguh.

Studi Kasus

UTC Solar Distiller adalah studi kasus pembangunan penyuling surya di Meksiko. Halaman ini berisi instruksi terperinci dengan foto, serta informasi tentang bahan dan biaya.

Kutipan untuk studi kasus dari Botswana dalam format mikrofiche dapat ditemukan dalam referensi. ^{[ 2 ]}

Referensi