Charlis Ongkho SISTEM PENYEDIAAN AIR MINUM MELALUI PROSES OSMOSIS BALIK BERBASIS TENAGA SURYA UNTUK DAERAH 3T UGM
advertisement
PROPOSAL TECHNOLOGY FOR INDONESIA INNOVATION CAMP PERUSAHAAN GAS NEGARA SISTEM PENYEDIAAN AIR MINUM MELALUI PROSES OSMOSIS BALIK BERBASIS TENAGA SURYA UNTUK DAERAH 3T Diusulkan oleh : Charlis Ongkho 15/379881/TK/43146 2015 Mohammad Ilham Romadon 15/381965/EK/20546 2015 Andhika Satria P 16/394971/TK/44263 2016 Annisa Auliya Y 16/399932/TK/44946 2016 DEPARTEMEN TEKNIK NUKLIR DAN TEKNIK FISIKA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS GADJAH MADA YOGYAKARTA 2019 i LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA Yang bertanda tangan di bawah ini, saya : Nama Ketua : Charlis Ongkho Anggota Kelompok : Mohammad Ilham Romadon Andhika Satria P Annisa Auliya Y Universitas : Universitas Gadjah Mada No.Hp/Email : 0823 3927 9732 Judul Karya Tulis : Sistem Penyediaan Air Minum Melalui Proses Osmosis Balik Berbasis Tenaga Surya untuk Daerah 3T Dengan ini saya menyatakan bahwa karya tulis yang saya sertakan dalam Technology For Indonesia, Innovation Camp, Perusahaan Gas Negara adalah karya orisinil dan belum pernah dipublikasikan dalam publikasi ilmiah manapun. Demikian surat pernyataan ini saya buat dengan sebenarnya. Apabila di kemudian hari ternyata karya tulis saya tidak sesuai dengan pernyataan ini, maka secara otomatis karya tulis saya di diskualifikasi dari kegiatan ini. Yogyakarta, 10 Mei 2019 Ketua Tim Charlis Ongkho NIM. 15/379881/TK/43146 ii ABSTRAK Air minum yang dikonsumsi harus memenuhi standar baku yang diatur dalam Peraturan Menteri Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010 tentang Persyaratan Kualitas Air Minum yang secara fisis tidak berbau, warna 15 TCU, 500 mg/L TDS, kekeruhan 5 NTU, tidak berasa dan memiliki suhu ±3 °C dari suhu udara dan Electroconductivity maksimum 1500 µmhos/cm. Umumnya daerah terluar Indonesia merupakan kepulauan yang memiliki air sumur payau yang tidak layak konsumsi. Agar dapat dikonsumsi maka perlu melalui proses desalinasi, salah satunya adalah osmosis balik. Proses tersebut membutuhkan listrik untuk memompa air dari sumur dan memaksa air payau melewati suatu membran. Namun, distribusi pasokan listrik yang belum merata di daerah 3T memaksa keharusan dibangunnya suatu sistem dengan energi listrik yang mandiri sehingga hasilnya bisa kontinyu. Untuk itu, di dalam tulisan ini akan dibahas mengenai sistem penyediaan air minum menggunakan proses osmosis balik, dilengkapi dengan analisis ekonomi untuk bisnis yang bisa ditawarkan dari pembangunan sistem. Sistem pendanaan berupa partnership antara swasta dan pemerintah daerah, khususnya dana desa 1 Miliar Rupiah menurut UU No 6/2014 tentang Desa. Dari hasil analisis yang dilakukan dalam sudut pandang unit usaha dan perusahaan, nantinya didapat bahwa hasil air minum dari sistem bisa dijual seharga Rp5.000,00 per galon, dimana dari penjualan tersebut akan dicapai break event point pada penjualan ke 386.916 galon air dan payback period 5 tahun dalam skema perusahaan dan 103.291 galon serta 1 tahun dalam skema unit usaha. Kata Kunci : Air bersih layak minum, Osmosis balik, Panel surya, Partnership iii KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yang Maha Esa karena rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis mampu melaksanakan dan menyelesaikan karya tulis ilmiah ini. Karya tulis ilmiah ini berjudul “Sistem Penyediaan Air Minum Melalui Proses Osmosis Balik Berbasis Tenaga Surya untuk Daerah 3T”. Karya tulis ilmiah ini ditulis berdasarkan masalah yang dihadapi oleh salah seorang dalam tim saat melaksanakan kegiatan pengabdian “KKN PPM di Sebatik, Kalimantan Utara”. Penelitian dalam karya tulis ini bertujuan untuk membuat suatu rancangan sistem penyediaan air minum, yang mampu menjawab permasalahan air bersih layak minum didaerah 3T yang umumnya merupakan daerah pulau sehingga memiliki air sumur yang tidak tawar melainkan payau. Penelitian ini memanfaatkan panel surya sebagai komponen yang mengubah energi surya menjadi listrik dan reverse osmosis sebagai komponen yang berfungsi untuk menghasilkan air bersih layak minum. Adapun penelitian ini terdiri dari 5 Bab. Bab 1 Pendahuluan, memberikan penjelasan mengenai latar belakang, rumusan masalah, tujuan penelitian, luaran yang diharapkan serta manfaat. Bab 2 Tinjauan Pustaka, menjelaskan mengenai sumber-sumber yang mendukung penelitian, sumber pengetahuan yang menjadi dasar pengembangan sistem. Bab 3 Metode Penelitian, memberikan penjelasan mengenai bagaimana penelitian akan dilaksanakan. Bab 4 Hasil dan Pembahasan memberikan penjelasan utuh mengenai sistem dari perancangan desain fisis sampai analisis ekonomi. Dan yang terakhir Bab 5 Kesimpulan dan Saran, bagaimana sebaiknya perancangan tersebut dilaksanakan agar memberikan hasil yang lebih baik. Banyak pihak yang telah membantu pelaksanaan penelitian ini, maka pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan terima kasih kepada berbagai pihak. Penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Ahmad Agus Setiawan yang telah memberikan arahan dan masukan sebagai dosen pembimbing, juga kepada tim iv SUPERC6 yang telah ikut andil dalam diskusi sehingga dapat dituangkan dalam karya tulis ini. Semoga penelitian ini berguna sebagai referensi untuk perkembangan penelitian pada bidang terkait. Penulis menyadari bahwa penelitian ini masih jauh dari sempurna, sehingga kritik dan saran sangat diharapkan untuk kebaikan di masa mendatang. Yogyakarta, 10 Mei 2019 Penulis v DAFTAR ISI LEMBAR PERNYATAAN ORISINALITAS KARYA ........................................ ii ABSTRAK ............................................................................................................. iii KATA PENGANTAR ........................................................................................... iv DAFTAR ISI .......................................................................................................... vi BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1 I.1. Latar Belakang .............................................................................................. 1 I.2. Rumusan Masalah ......................................................................................... 3 I.3. Tujuan Penelitian .......................................................................................... 3 I.4. Luaran yang diharapkan................................................................................ 3 I.5. Manfaat ......................................................................................................... 4 BAB II TINJAUAN PUSTAKA............................................................................. 6 BAB III DASAR TEORI ........................................................................................ 8 III.1. Standar Baku Air Minum ........................................................................... 8 III.2. Desalinasi Air Laut dan Payau ................................................................... 9 III.3. Reverse Osmosis......................................................................................... 9 III.4. Sistem Pompa Air .................................................................................... 11 III.5. Sistem Pembangkitan Listrik Berbasis Panel Surya ................................ 12 III.6. Perhitungan Matematis Desain ................................................................ 16 BAB IV METODE PENELITIAN ....................................................................... 19 IV.1. Tahapan Pelaksanaan ............................................................................... 19 IV.1.1 Identifikasi Masalah ........................................................................... 21 IV.1.2 Validasi Ide ........................................................................................ 21 IV.1.3 Studi Literatur .................................................................................... 21 IV.1.4 Pengumpulan Data Sekunder ............................................................. 21 IV.1.5 Pengambilan Data Primer .................................................................. 21 IV.1.6 Pembuatan Rancang Bangun Sistem ................................................. 22 IV.1.7 Studi Kelayakan dan Analisis Ekonomi Sistem................................. 22 IV.1.8 Simulasi Sistem.................................................................................. 22 IV.1.9 Pembangunan Sistem ......................................................................... 22 IV.1.10 Sosialisasi Sistem ............................................................................. 23 vi IV.1.11 Evaluasi dan Perbaikan Sistem ........................................................ 23 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN ................................................................ 24 V.1. Potensi Sumber Daya dan Peluang Pasar .................................................. 24 V.2. Desain dan Spesifikasi Sistem................................................................... 24 V.3. Analisis Pasar dan Pemasaran ................................................................... 30 V.3.1. Gambaran Pasar.................................................................................. 30 V.3.2 Analisis Pesaing .................................................................................. 31 V.3.3 Analisis SWOT ................................................................................... 32 V.4. Rencana Pemasaran dan Strategi Pemasaran ............................................ 33 V.4.1 Rencana Pemasaran Unit Bisnis .......................................................... 34 V.4.2 Strategi Pemasaran Unit Bisnis ........................................................... 34 V.5. Analisis Ekonomi dan Perhitungan Biaya ................................................. 35 V.5.1. Sumber Daya Manusia ....................................................................... 35 V.5.2. Investasi Alat ...................................................................................... 35 V.5.3. Posisi Keuangan ................................................................................. 36 V.5.4 Analisis Keuangan............................................................................... 36 V.5.5. Analisis Investasi ............................................................................... 36 BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................. 38 VI.1 Kesimpulan ............................................................................................... 38 VI.2. Saran ........................................................................................................ 38 vii BAB I PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang Indonesia merupakan negara kepulauan yang memiliki 17.508 pulau dengan luas wilayah 1.913.578,68 km2 (Kementrian Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat, 2017). Dari sekian banyak pulau tersebut terdapat wilayah yang termasuk 3T (tertinggal, terdepan, terluar), dengan 38 kabupaten/kota daerah perbatasan dan 183 kabupaten daerah tertinggal yang diantaranya mengalami krisis air bersih layak minum (Kementerian Keuangan Republik Indonesia, 2012). Sayangnya, hanya terdapat 66,8% (perkotaan 64,3% dan pedesaan 69,4%) dari total rumah tangga yang sudah memiliki akses terhadap sumber air minum improved di Indonesia. Lima provinsi dengan proporsi tertinggi untuk rumah tangga yang memiliki akses terhadap air minum improved adalah Bali (82,0%), DI Yogyakarta (81,7%), Jawa Timur (77,9%), Jawa Tengah (77,8%), dan Maluku Utara (75,3%); sedangkan lima provinsi terendah adalah Kepulauan Riau (24,0%), Kalimantan Timur (35,2%), Bangka Belitung (44,3), Riau (45,5%), dan Papua (45,7%) (Kementrian Kesehatan RI, 2013). Air bersih yang dapat diminum harus memenuhi standar baku yang telah diatur dalam Peraturan Menteri Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010 yang secara fisis tidak berbau, warna 15 TCU, 500 mg/L TDS, kekeruhan 5 NTU, tidak berasa dan memiliki suhu ±3 °C dari suhu udara dan dengan EC (electroconductivity) maksimum yang dapat dikonsumsi sebesar 1500 μmhos/cm. Namun, beberapa daerah terluar di Indonesia yang umumnya merupakan daerah kepulauan yang dikelilingi laut, memiliki air sumur yang bersifat payau yang tidak layak dikonsumsi. Air payau harus mengalami proses desalinasi terlebih dahulu agar dapat dikonsumsi sebagai air tawar. Proses desalinasi dapat ditempuh dengan berbagai macam cara, salah satu caranya adalah dengan reverse osmosis. Untuk melakukan proses tersebut, tentunya membutuhkan listrik tambahan karena harus mampu 1 memompa air dari sumur dan memaksa air payau melewati suatu membran filter untuk dapat dimurnikan dan diubah menjadi air tawar. Kalimantan Utara adalah salah satu provinsi yang berbatasan langsung dengan negara tetangga Indonesia, membuat beberapa daerah di provinsi tersebut menjadi daerah 3T. Rasio elektrifikasi Kalimantan Utara yaitu 84,78 %, menandakan bahwa pasokan listrik di provinsi tersebut belum menyeluruh (Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral, 2017). Sehingga, untuk membangun sistem desalinasi air di provinsi tersebut, tidak dapat mengandalkan pasokan listrik yang disediakan oleh Perusahaan Listrik Negara. Sumber listrik independen dapat menjamin produksi air tawar layak konsumsi. Sumber listrik independen salah satunya bisa didapatkan dari energi surya, mengingat letak Indonesia di dekat khatulistiwa yang mengalami penyinaran matahari rata-rata sebesar 4,8 kWh/m2 per hari sepanjang tahun. Salah satu wilayah Kalimantan Utara, Sebatik Timur, memiliki potensi energi surya dengan solar cell sebesar 5,01 kWh/m2 per hari. Potensi tersebut dapat dimanfaatkan untuk menyuplai sampai 4.000 liter air layak minum dengan rancangan sistem pompa dan mesin reverse osmosis dengan penggunaan energi sebesar 4 kWh untuk tiap sistem. Dari data diperoleh bahwa harga air bersih yang dijual di daerah Sebatik Timur terbilang mahal dalam kisaran harga 10 ribu – 15 ribu rupiah. Mayoritas pekerjaan dari masyarakat adalah berkebun dan nelayan, maka harga air tersebut menjadi berat apabila hasil bumi dan laut tidak sesuai usaha. Oleh karena itu perlu adanya penyediaan air bersih yang murah dan terjangkau. Penyediaan air bersih layak minum dengan proses sistem ini merupakan solusi dari masalah yang dialami oleh masyarakat di wilayah Kecamatan Sebatik Timur. Penyinaran matahari yang tinggi dimanfaatkan untuk suplai daya sistem. Dengan sistem penyediaan air bersih layak minum kemungkinan akan meningkatkan kualitas hidup dan dapat memutar perekonomian masyarakat. 2 I.2. Rumusan Masalah Masalah yang dibahas dalam sistem penyediaan air bersih layak minum berbasis tenaga surya di desa Tanjung Aru, Kecamatan Sebatik Timur, Kabupaten Nunukan, Provinsi Kalimantan Utara antara lain : 1. Kesulitan warga kecamatan Sebatik Timur mendapatkan sumber air tawar dari sumur air 2. Kesulitan warga dalam mendapatkan air bersih layak minum 3. Mahalnya air bersih layak minum yang dijual I.3. Tujuan Penelitian Tujuan yang akan dicapai dalam sistem penyediaan air bersih layak minum berbasis tenaga surya di desa Tanjung Aru, Kecamatan Sebatik Timur, Kabupaten Nunukan, Provinsi Kalimantan Utara antara lain : 1. Merancang sistem pengangkatan air dari laut maupun sumur payau. 2. Merancang sistem desalinasi air menggunakan metode reverse osmosis. 3. Merancang sistem penyimpanan dan pendistribusian. 4. Menyediakan air bersih layak minum bagi masyarakat desa Tanjung Aru yang lebih terjangkau. 5. Memberdayakan warga desa Tanjung Aru dalam usaha penyediaan air bersih layak minum. 6. Memanfaatkan energi terbarukan yang bersih dan ramah lingkungan sebagai solusi krisis energi nasional. I.4. Luaran yang diharapkan Luaran yang diharapkan dari perancangan sistem penyediaan air bersih layak minum berbasis tenaga surya di desa Tanjung Aru, Kecamatan Sebatik Timur, Kabupaten Nunukan, Provinsi Kalimantan Utara dalam kurun waktu dekat ini adalah mendapatkan rancang bangun yang layak dalam berbagai segi yaitu keteknikan, ekonomi, sosial dan kemasyarakatan. Sedangkan luaran lanjut adalah rancang bangun tersebut dapat diimplementasikan secara nyata untuk memberi 3 manfaat yang nyata juga keberlanjutan dari sistem tersebut bagi masyarakat desa Tanjung Aru, Kecamatan Sebatik Timur, Kabupaten Nunukan, Provinsi Kalimantan Utara. Luaran lebih lanjut lagi adalah rancang bangun tersebut menjadi percontohan dan dapat diimplementasikan diberbagai tempat dengan kondisi wilayah yang memiliki karakteristik dekat dengan desa Tanjung Aru. I.5. Manfaat Manfaat yang akan diterima dari sistem penyediaan air bersih layak minum berbasis tenaga surya di desa Tanjung Aru, Kecamatan Sebatik Timur ini adalah: 1. Bagi Mahasiswa : a. Memberikan kesempatan bagi mahasiswa untuk belajar membangun sebuah rancangan yang layak dan bermanfaat secara nyata bagi masyarakat. b. Menjadi sarana mahasiswa untuk mengembangkan keilmuannya dalam berbagai bidang dengan implementasi rancangan. 2. Bagi Masyarakat desa Tanjung Aru, Kecamatan Sebatik Timur : a. Menyediakan air bersih layak minum untuk masyarakat desa Tanjung Aru, Kecamatan Sebatik Timur. b. Mengurangi dampak buruk terhadap kesehatan akibat penggunaan air tidak layak konsumsi. c. Memberi lapangan usaha sehingga dapat mengurangi jumlah pengangguran. d. Melatih pengetahuan dan keterampilan masyarakat dalam penggunaan energi terbarukan. 4 3. Bagi Masyarakat Umum : a. Menjadi percontohan untuk mengembangkan ilmu pengetahuan terutama energi terbarukan dan pengimplementasiannya dalam kehidupan sehari-hari. b. Meningkatkan kesadaran akan pentingnya air bersih dan pentingnya menjaga kelestarian lingkungan agar sumber air dapat tetap lestari. c. Meningkatkan kesadaran akan pentingnya menjaga kelestarian lingkungan. 4. Bagi Pemerintah : a. Meningkatkan kualitas kesehatan serta pengetahuan kesadaran lingkungan bersih di Indonesia kedepannya. b. Mendukung program pemerintah dalam penyediaan air bersih layak minum, pemberdayaan masyarakat dengan membuka lapangan pekerjaan, dan pemanfaatan energi terbarukan sebagai solusi krisis energi nasional c. Mendukung Sustainable and Development Goals dalam hal meningkatkan kehidupan sehat dan sejahtera, air bersih dan sanitasi layak, energi bersih dan terjangkau serta pekerjaan layak dan pertumbuhan. 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA Desain untuk sistem desalinasi dengan osmosis balik yang dipasok daya listrik dari sinar matahari telah dilakukan (Mahmoud, 2003). Desain sistem bermula dari desa terpencil bernama Al-Maleh yang memiliki banyak sumber mata air panas. Sumber mata air panas tersebut memiliki kandungan garam sebanyak 3400 ppm, sehingga tidak layak baik untuk dikonsumsi maupun digunakan untuk keperluan mandi dan memasak. Panel surya dipilih karena kondisi iklim desa yang kering dan penyinaran sepanjang tahun. Studi kelayakan terhadap sistem telah dilakukan dengan data dari software dan perhitungan ekonomi didapatkan hasil produksi harian dari 1000 liter air bersih dari air laut membutuhkan energi 820 Wp dari pembangkitan listrik menggunakan panel surya. Penelitian lain mengenai pemurnian air minum dilakukan menggunakan sistem osmosis maju ditambah dengan sistem nanofiltrasi (Hamad & Chirwa, 2019). Sistem ini memanfaatkan Polydiallyldimethylammonium Chloride (PolyDADMAC) sebagai kation polielektrolit. Penelitian tersebut mengevaluasi kemampuan PolyDADMAC sebagai agen osmotik pada proses osmosis. Hasil dari studi tersebut menunjukkan bahwa DADMAC yang digunakan secara monomer mampu melakukan ion rejection (96%) lebih baik dibandingkan dengan PolyDADMAC (85%). Beberapa tinjauan dilakukan untuk mengevaluasi sistem desalinasi osmosis balik menggunakan energi terbarukan seperti energi bayu, panas bumi dan energi matahari (Ali, Haj, Taha, & Soudan, 2018). Energi bayu memiliki potensial pada penggunan sistem desalinasi di pinggir laut dimana turbin angin memperoleh tenaga bayu yang maksimal. Panas bumi bisa menjadi pilihan terbaik untuk memberikan suplai daya yang besar pada sistem desalinasi, sehingga air yang diperoleh bisa maksimum. Namun, tantangan panas bumi adalah pada lokasi geografis suatu wilayah yang tidak selalu memiliki sumur panas bumi. Penggunaan solar panel untuk memasok suplai daya pada sistem desalinasi merupakan pilihan 6 paling menjanjikan untuk mengimplementasikan sistem desalinasi pada wilayah yang tidak tejamah saluran transmisi listrik. Sifat intermittent dari matahari yang tidak tersedia pada malam hari dapat diatasi menggunakan baterai untuk menyimpan energi. 7 BAB III DASAR TEORI III.1. Standar Baku Air Minum Air merupakan kebutuhan utama manusia. Air digunakan sebagai air minum, memasak dan mencuci. Air yang baik merupakan air yang tidak berbau, tidak berasa dan tidak mengandung mikroba dan/atau zat berbahaya. Air dapat diperoleh melalui sumber mata air seperti sungai, danau, atau air yang sudah dikelola dan didistrubusikan oleh PDAM. Namun, ketersediaan air yang layak konsumsi pada negara transisi dan berkembang belum cukup memadai. Bahkan ada 1,1 milyar orang pada tahun 2000 yang tidak dapat memperoleh air minum yang layak (Sitanggang, 2016). Air minum memiliki standar tertentu agar layak dikonsumsi. Adapun standar tersebut telah diatur dalam Peraturan Menteri Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010 tentang Persyaratan Kualitas Air Minum. Parameter wajib yang berhubungan langsung dengan kesehatan antara lain parameter mikrobiologi dan kimia anorganik. Sedangkan parameter yang tidak langsung berhubungan dengan kesehatan antara lain adalah parameter fisik dan parameter kimiawi (Menteri Kesehatan Republik Indonesia, 2010). Tabel 1. Standar Baku Air Minum Menurut Peraturan Menteri Nomor 492/MENKES/PER/IV/2010 tentang Persyaratan Kualitas Air Minum 8 III.2. Desalinasi Air Laut dan Payau Desalinasi adalah proses produksi air jernih dengan kadar garam rendah dari sumber air yang memiliki kadar garam tinggi (air laut maupun air payau). Rata-rata 97.5% air di planet bumi terdapat di laut, sehingga air tersebut terklasifikasi sebagai air dengan kadar garam yang tinggi. Dari 2.5% kandungan air tawar, 70% berbentuk es dan salju di kutub, 30% sisanya berbentuk air tanah, air sungai, danau, dan uap lembab di udara. Sehingga, meskipun kandungan air di planet bumi melimpah, kurang dari 2.6 juta mil kubik dari 333 juta mil kubik air di planet mengandung kadar garam rendah dan dapat digunakan untuk konsumsi air minum sehari-hari. Desalinasi merupakan kunci untuk memanfaatkan sumber daya air yang paling melimpah di bumi, yaitu laut (Voutchkov & Consultants, 2017). III.3. Reverse Osmosis Reverse osmosis adalah proses demineralisasi atau deionisasi air yang semula mengandung kontaminan seperti garam mineral anorganik, padatan tersuspensi, mikroorganisme dan gas terlarut dengan memaksanya melewati suatu 9 membran semi-permeable. Semi-permeable adalah membran yang secara selektif meloloskan partikel-partikel air, sekaligus mencegah kontaminan dengan molekul yang lebih besar untuk lolos (Schippers, 2016). Untuk dapat melakukannya, air yang akan diproses harus diberikan tekanan tinggi di atas tekanan osmotik untuk melewati membran semi-permeable tersebut. Dalam osmosis, zat pelarut berpindah secara spontan dari larutan dengan konsentrasi rendah menuju larutan dengan konsentrasi relatif lebih tinggi di sepanjang membran semipermeabel. Aliran dari zat pelarut dapat diperlambat dengan cara meningkatkan tekanan dari larutan dengan konsentrasi lebih tinggi. Aliran dari zat pelarut dapat berhenti ketika tekanan yang diberikan pada larutan tersebut sebesar osmotic pressure π. Berdasarkan data hasil eksperimen, osmotic pressure π sebanding dengan konsentrasi dari solute dan temperatur. Persamaan untuk menghitung osmotic pressure π adalah π= π π π ππ (3.1) dimana π adalah mol dari zat terlarut, ππ adalah volume dari air murni dalam π3 yang berhubungan dengan zat terlarut, π adalah konstanta gas ideal 82.057 x 10-3 π3 . ππ‘π⁄πππ . πΎ , dan π adalah temperatur dalam πΎ. 10 Gambar 1. Mesin Reverse Osmosis (https://www.homedepot.com/p/Olympia-Water-Systems-5-Stage-Under-SinkReverse-Osmosis-Water-Filtration-System-with-50-GPD-Membrane-OROS50/302794750) Bila tekanan yang diberikan pada larutan dengan konsentrasi tinggi melebihi dari osmotic pressure π, maka zat pelarut akan mengalir dari larutan dengan konsentrasi tinggi menuju larutan dengan konsentrasi rendah. Proses tersebut dikenal sebagai reverse osmosis (C. J. Geankoplis, 1993). III.4. Sistem Pompa Air Pompa merupakan suatu mesin fluida yang menambahkan energi kepada fluida. Kenaikan energi dari fluida tersebut berupa kenaikan tekanan pada fluida. Dalam suatu sistem pemipaan, pompa digunakan untuk mengatasi friksi yang timbul akibat interaksi fluida dengan dinding pipa, meningkatkan energi kinetik dan potensial fluida, serta tekanan. 11 Gambar 2. Pompa (https://www.completepumpsupplies.co.uk/calpeda-a-65-150ac-self-primingcentrifugal-pumps) Pompa dapat dikategorikan menjadi dua berdasarkan prinsip kerjanya, yaitu positive-displacement pump dan dynamic pump. Positive-displacement pump bekerja melalui perubahan volume pada rongga bagian dalam pompa. Ketika katup dibuka, fluida masuk menuju rongga melalui inlet. Ketika katup tertutup, fluida ditekan keluar melewati outlet. Salah satu contoh positive-displacement pump adalah jantung mamalia. Semua positive-displacement pump bekerja secara periodik. Kelebihan dari pompa jenis ini adalah mampu mengalirkan fluida dengan viskositas yang tinggi serta dapat beroperasi dengan tekanan tinggi. Dynamic pump merupakan pompa yang mampu meningkatkan momentum dari fluida melalui bilah atau baling-baling. Kelebihan dari dynamic pump adalah pompa jenis ini mampu menghasilkan laju airan yang lebih besar dibandingkan positive-displacement pump tetapi tidak dapat menghasilkan tekanan fluida yang tinggi (F. M. White, 2011). III.5. Sistem Pembangkitan Listrik Berbasis Panel Surya Panel surya merupakan pembangkit listrik yang mampu mengkonversi penyinaran matahari yang diubah menjadi arus listrik melalui sebuah panel semikonduktor. Panel surya juga memiliki kelebihan menjadi sumber energi yang praktis karena dapat dipasang secara modular di setiap lokasi yang membutuhkan. Komponen yang terdapat pada sistem pembangkit listrik berbasis panel surya adalah modul fotovoltaik, baterai, charge controller, inverter, dan peralatan keselamatan. 12 Modul panel surya merupakan komponen yang dapat menghasilkan listrik melalui photovoltaic effect, fenomena dimana material tertentu dapat menghasilkan arus listrik ketika terpapar cahaya. Dua tipe lapisan material semikonduktor disatukan untuk dapat menghasilkan fenomena ini. Salah satu lapisan harus memiliki jumlah elektron yang terdeplesi. Ketika terpapar sinar matahari, lapisan material tersebut akan menyerap photon. Proses tersebut menyebabkan elektron pada material tereksitasi sehingga elektron berpindah dari lapisan material ke lapisan yang lain, menghasilkan listrik. Gambar 3. Modul fotovoltaik (https://www.luminousindia.com/20-w-12-v.html) Baterai merupakan komponen yang digunakan pada sistem untuk menyimpan energi listrik. Baterai terdiri dari beberapa sel baterai dimana tiap sel baterai terdiri dari satu atau beberapa plat positif dan plat negatif. Ukuran dari plat mempengaruhi besar energi yang dapat disimpan oleh baterai. Kedua jenis plat tersebut terendam di dalam larutan elektrolit, baik berbentuk cair atau gel, dimana muatan dapat mengalir ketika beban diberikan kepada baterai. 13 Gambar 4. Baterai (http://language.mkbattery.com/pvsolar_products.php) Charge controller merupakan komponen yang berfungsi untuk mengendalikan proses pengisian daya dari modul panel surya menuju baterai dengan cara mengendalikan arus dan tegangan. Tanpa menggunakan charge controller, modul panel surya akan mengalirkan seluruh arus menuju baterai tanpa melihat apakah daya baterai sudah terisi penuh atau belum. Hal ini akan mengakibatkan baterai menjadi kelebihan daya dan menjadi rusak. Gambar 5. Charge Controller (https://www.newenergycoop.co.uk/20amp_pwm_solar_charge_control_cmtd20.html) Inverter merupakan komponen yang berfungsi untuk mengubah arus searah (direct current) yang dihasilkan modul panel surya dan mengubahnya menjadi arus bolak-balik (alternating current). Komponen ini diperlukan karena arus listrik yang dihasilkan oleh modul panel surya merupakan arus searah dan barang-barang elektronik yang digunakan sehari-hari menggunakan arus bolak-balik sehingga energi listrik yang dihasilkan modul panel surya tidak dapat secara langsung digunakan oleh barang elektronik. 14 Gambar 6. Inverter (https://whistlergroup.com/products/xp3000i-power-inverter) Peralatan keselamatan merupakan komponen yang digunakan untuk mencegah terjadinya kecelakaan pada sistem. Peralatan yang biasa digunakan adalah pelindung kabel, saklar, dan pemutus arus. Pelindung kabel berfungsi untuk mencegah kerusakan pada kabel konduktor yang mengubungkan komponenkomponen penyusun sistem. Saklar berfungsi untuk menghentikan sistem sehingga proses perawatan dapat dilaksanakan. Pemutus arus berfungsi untuk mencegah terjadinya kelebihan arus yang berpotensi menyebabkan kebakaran (Mayfield, 2010). Gambar 7. Pemutus arus (http://www.moeller.net/en/products_solutions/solutions/erneuerbare_energien/ph otovoltaik/dc-schutzschalter.jsp 15 III.6. Perhitungan Matematis Desain Perhitungan matematis dari sistem desalinasi osmosis balik menggunakan panel surya dimulai dari permintaan kebutuhan air murni siap minum, kandungan garam (salinitas) air sumur, dan parameter-prameter cuaca lain terutama besar peak sun hour dalam satu wilayah. III.6.1. Perhitungan Sistem Pemompaan Asumsi dilakukan untuk menentukan berapa banyak kebutuhan air murni yang harus dihasilkan tiap hari, dengan mempertimbangkan jumlah penduduk dan rata-rata kebutuhan tiap orang, energi hidrolik untuk desain pompa dihitung menggunakan persamaan 3.2. πΈβ = πππβ (3.2) Parameter π adalah densitas standar air, biasanya bernilai 1000 kg/m3. Parameter π adalah percepatan gravitasi dalam m/s2, π adalah jumlah kebutuhan volume air per hari m3/hari dan h adalah jumlah total head pompa dalam m. Panel surya digunakan untuk memasok daya ke pompa, sehingga besar πΈβ kemudian digunakan untuk menghitung berapa banyak energi yang harus dibangkitkan oleh panel surya. Energi yang dibangkitkan oleh panel surya memperhatikan efisiensi pompa dan efisiensi inverter DC/AC, mengikuti persamaan 3.3. πΈππ = Parameter ππππ£ πΈβ π ππππ£ π (3.3) merupakan efisiensi inverter DC/AC, biasanya sebesar 0,85-0,9. Parameter ππ merupakan efisiensi pompa, biasanya sekitar 0,5-0,6. Nilai PSH (Peak Sun Hour) dan πΈππ kemudian digunakan untuk menghitung daya puncak generator panel surya dengan persamaan 3.4. πππ = 16 1,25 × πΈππ πππ» (3.4) Angka 1,25 merupakan faktor keselamatan. Parameter PSH dihitung menggunakan persamaan 3.5. πππ» = πΈπ π πΊπ (3.5) Parameter πΈπ π merupakan rata-rata penyinaran matahari tiap hari di suatu daerah dalam kWh/m2hari, dan πΊπ merupakan nilai puncak intensitas penyinaran dalam W/m2. III.6.2. Perhitungan Sistem Osmosis Balik Perhitungan osmosis balik dimulai dari berapa unit mesin osmosis balik yang akan dipakai, berapa jam per hari mesin akan bekerja. Asumsi tiap 1 m3 air yang diproses membutuhkan 2 kWh pasokan daya listrik, maka energi yang dikonsumsi mesin osmosis balik (πΈπ π ) dihitung menggunakan persamaan 3.6. πΈπ π = 2 (ππβ) × π 1 π3 (3.6) Parameter πΈπ π kemudian digunakan untuk menghitung energi yang harus dibangkitkan oleh panel surya (πΈπππ ) dengan memperhatikan efisiensi inverter (ππππ£ ), efisiensi penyimpanan baterai (ππ΅ ), dan efisiensi regulator baterai (ππ ). πΈπππ = πΈπ π ππππ£ × ππ΅ × ππ (3.7) Parameter πΈπππ kemudian digunakan untuk mencari besar daya puncak yang dibutuhkan oleh mesin osmosis balik dengan persamaan 3.8. ππππ = 2,5 × πΈπππ πππ» (3.8) Total daya yang dibutuhkan oleh sistem adalah penjumlahan daya pompa πππ dan ππππ . Daya tersebut kemudian digunakan untuk 17 menghitung jumlah panel yang harus digunakan, sesuai dengan persamaan 3.9. π(ππ’πππβ ππ) = πΌπ π πππ ππππ‘ππ‘ππ π(ππ’πππβ ππ) = πΌπ π πππ πππ + ππππ (3.9) Parameter πΌπ π dan πππ merupakan data yang didapatkan dari spesifikasi panel surya yang dipakai dari keluaran pabrik tertentu. III.6.3. Perhitungan Sitem Baterai Baterai digunakan untuk memastikan bahwa aliran air bersih tetap kontinyu meskipun tidak tersedia sinar matahari. Besar kapasitas baterai (πΆπ΅ ), dinyatakan dalam kWh, dihitung menurut persamaan 3.10. πΆπ΅ = ⌊ (πΈππ + πΈπ π ) ππ΅ ⌋ ππ π·ππ· (3.10) Parameter π·ππ· adalah depth of discharge, yaitu parameter dalam bentuk persen yang mengurangi daya baterai yang telah terisi penuh. Parameter ππ merupakan waktu otonom baterai untuk bertahan tanpa diisi oleh pasokan listrik dari matahari. III.6.4. Pemilihan Inverter dan Regulator Pemilihan inverter disesuaikan dengan daya input yang dibutuhkan oleh pompa dan mesin osmosis balik. Regulator dipilih sesuai dengan besar kapasitas baterai untuk menghindari terlalu banyak pengurangan daya maupun overcharge. 18 BAB IV METODE PENELITIAN IV.1. Tahapan Pelaksanaan 19 Gambar 8. Rencana Pelaksanaan Kegiatan Tahapan pelaksanaan digambarkan dalam grafik diatas. Adapun dalam hal ini sistem yang dirancang sudah dalam tahap studi kelayakan dan analisis ekonomi. Sedangkan untuk simulasi sistem, pembangunan sistem, sosialisasi sistem dan evaluasi dan perbaikan sistem masih dalam tahapan yang panjang. Adapun penjelasan mengenai tahapan pelaksanaan antara lain sebagai berikut. 20 IV.1.1 Identifikasi Masalah Pada tahap ini setiap anggota kelompok berdiskusi mengenai masalah yang ditemukan dan mengidetifikasi akar permasalahan dan kemungkinan solusi. Pembagian tugas dan brain storming dari setiap anggota kelompok, yaitu penjabaran konsep sistem yang akan dibuat serta penjabaran ide. IV.1.2 Validasi Ide Validasi ide berfungsi untuk mengevaluasi apakah sistem yang akan dibuat merupakan kebutuhan yang urgent bagi masyarakat atau tidak, yaitu dengan melakukan tanya jawab dengan masyarakat. Apabila ide yang akan dibuat valid dan sesuai kebutuhan maka akan dilakukan pembuatan sistem. Sebaliknya bila ide tidak valid maka diperlukan pivot, yaitu perubahan ide secara tepat agar ide yang didapatkan tepat guna. IV.1.3 Studi Literatur Studi literatur perlu dilakukan untuk mendapatkan perkembangan terbaru mengenai penggunaan panel surya, sistem pompa, RO dan potensi daerah lainnya yang dapat dikembangkan. IV.1.4 Pengumpulan Data Sekunder Pengumpulan data sekunder adalah langkah awal rancang bangun, agar dapat menentukan berbagai komponen lainnya dalam sistem. IV.1.5 Pengambilan Data Primer Pengambilan data primer diperlukan untuk memvalidasi data sekunder yang ada. Dengan memvalidasi secara nyata di lapangan maka dapat memperbaiki sistem keseluruhan apabila terdapat rancangan yang kurang tepat. 21 IV.1.6 Pembuatan Rancang Bangun Sistem Rancang bangun sistem dibangun berdasarkan data-data yang diperoleh. Data sekunder dan primer menjadi acuan untuk membangun sistem. Rancang bangun disesuaikan dengan kebutuhan penduduk, potensi energi, dan efisiensi keberlanjutan usaha. IV.1.7 Studi Kelayakan dan Analisis Ekonomi Sistem Studi kelayakan dan analisis ekonomi diperlukan untuk mendapatkan gambaran mengenai apakah sistem yang dirancang dapat diimplementasikan atau tidak. Dengan melakukan studi kelayakan dan analisis ekonomi dapat dihasilkan suatu keputusan terhadap rancangan, apakah perlu dilakukan penambahan atau pengurangan komponen pada sistem. IV.1.8 Simulasi Sistem Simulasi sistem dilakukan dengan melakukan percobaan menggunakan software, maupun pembuatan sistem skala kecil. Dengan demikian akan didapatkan nilai tertentu dan dapat diperkirakan hasilnya bila dilakukan pembangunan sistem. IV.1.9 Pembangunan Sistem Membangun sistem penyediaan air bersih layak minum berbasis tenaga surya di Kecamatan Sebatik Timur, Kabupaten Nunukan, Provinsi Kalimantan Utara. Dalam pembangunan sistem, turut serta masyarakat sekitar sangat diharapkan, agar dalam pembangunan sistem dapat diperkenalkan sistem secara langsung dan juga dapat saling menjaga kerukunan antar warga dalam masyarakat. 22 IV.1.10 Sosialisasi Sistem Sosialisasi sistem merupakan tahapan sebelum dan sesudah pembangunan sistem. Hal ini merupakan proses bertukan ilmu dan pikiran antara pihak kami sebagai developer dan dengan masyarakat. Bagaimana agar sistem ini dapat memberikan manfaat dan bagaimana operasional sistem. IV.1.11 Evaluasi dan Perbaikan Sistem Evaluasi perlu dilakukan dengan menerima feedback dari masyarakat, khususnya yang menggunakan dan melanggan air minum. Bagaimana manfaat dan kendala dari produk, sehingga kita sebagai developer mendapatkan masukan. Dari masukan ini, dapat dilakukan evaluasi dan perbaikan, apakah dari sistem, ataupun dari operasionalnya. 23 BAB V HASIL DAN PEMBAHASAN V.1. Potensi Sumber Daya dan Peluang Pasar Sumber daya utama yang diperlukan dalam rancang bangun sistem ini adalah sumber energi matahari dan sumber air sumur. Menurut data KESDM tahun 2017, Indonesia memiliki rerata pasokan harian penyinaran matahari sebesar 4,8 kWh/m2 per hari, sedangkan wilayah Sebatik mendapatkan pasokan rerata harian penyinaran matahari sebesar 5,01 kWh/m2 perhari. Adapun air tanah dari sumur serapan dari survey dan wawancara yang dilakukan tim KKN UGM Sebatik didapati selalu ada sepanjang tahun, dengan demikian pada musim hujan maupun panas, air sumur tetap ada sepanjang tahun. Adapun kualitas air dari hasil survey 10 rumah di Desa Tanjung Aru, Dusun Sei Bajau Indah RT 5, 6, 7 dan 8 adalah sebagai berikut : Tabel 2. Kualitas Air di Desa Tanjung Aru Parameter Keterangan Karat besi, belerang, lumut Bau Merah-kuning, merah, kuning Warna Asin, Lumut Rasa Rata-rata 552,8 mg/L TDS Rata-rata 984,2 μmhos/cm EC 7,67 – 8,24 pH V.2. Desain dan Spesifikasi Sistem Untuk merancang sistem penyediaan air minum yang sesuai dengan kebutuhan, perlu adanya beberapa data untuk menentukan parameter alat proses yang akan digunakan. Proses yang dipilih untuk menyediakan air minum adalah dengan menghilangkan kadar garam dan mineral berat yang terlarut dalam air sumur supaya menjadi air siap minum. Proses tersebut dapat ditempuh dengan berbagai macam cara, salah satunya adalah dengan ‘menyaring’ atau melewatkan air sumur payau ke suatu membran filter sehingga air dapat terbebas dari kandungan 24 garam dan mineral beratnya (reverse osmosis). Dengan mengambil daerah pesisir dekat laut yang memiliki sumur air payau dan aksesibilitas sumur, data yang dibutuhkan untuk perancangan sistem adalah sebagai berikut: Kebutuhan air belum disaring Densitas air laut/ payau Gravitasi Rerata harian penyinaran matahari 8 m3/hari 1.027 kg/m3 9,81 m/s2 5.01 kWh/m2 per hari Dari data mengenai kebutuhan air dan juga parameter air yang telah dijelaskan sebelumnya maka kita dapat memilih suatu alat proses. Alat proses utama yang akan digunakan untuk sistem penyediaan air minum adalah mesin reverse osmosis, dimana mesin tersebut memiliki spesifikasi tertentu supaya bekerja dengan baik. Mesin reverse osmosis yang dikaji memiliki spesifikasi umum sebagai berikut: 0,5 0,5 hp / 8.948,4 Wh Efisiensi Konsumsi Energi Selain itu, proses reverse osmosis juga memerlukan komponen-komponen tambahan yang menunjang seperti pompa dan suplai daya. Spesifikasi umum pompa yang digunakan untuk memasok air ke dalam tangki adalah sebagai berikut: 0.8 11.19 Watt 268,66 Wh Efisiensi Kebutuhan Daya Konsumsi Energi Suplai daya menjadi satu komponen yang vital mengingat daerah 3T yang dikaji seringkali memiliki keterbatasan suplai daya listrik, bahkan untuk memenuhi kebutuhan energi primer. Sehingga, sistem penyediaan air yang dirancang juga perlu mempertimbangkan aspek kemandirian energi untuk suplai daya listrik. 25 Untuk keperluan suplai daya, dipilih modul panel surya dengan mempertimbangkan bahwa rata-rata wilayah Indonesia mengalami penyinaran matahari sepanjang tahun, sehingga modul panel surya dapat memberikan suplai daya rata-rata yang sama per hari. Perancangan sistem untuk suplai daya bisa jadi berbeda untuk daerah-daerah tertentu, berganung pada potensi dan karakteristik yang ada pada daerah tersebut. Panel surya tidak cocok digunakan pada daerah 3T yang memiliki vegetasi hutan tinggi. Panel surya sendiri masih memerlukan beberapa komponen penunjang untuk dapat terpasang sebagai sumber energi, yaitu baterai, inverter dan kontroler. Baterai berfungsi sebagai penyimpan daya yang telah dihasilkan oleh panel surya. Daya yang disimpan oleh baterai, apabila ingin digunakan memiliki arus DC, sedangkan baterai sendiri digunakan sebagai suplai (pendukung) untuk menghidupkan pompa dan mesin RO. Alat-alat elektronik rumah tangga secara umum dipasok dengan listrik arus AC. Untuk itu, diperlukan inverter yang dapat mengubah arus DC baterai menjadi arus AC. Biasanya, inverter DC/AC memiliki efisiensi sebesar 0,85. Kontroler ditambahkan juga pada sistem suplai daya, mempertimbangkan keadaan matahari yang berubah-ubah tiap jam. Kontroler secara otomatis dapat mengatur kapan sistem berjalan dan mati dengan mengukur dan melakukan diagnosa terhadap potensi matahari yang ada pada hari tersebut. Setelah dirancang komponen apa saja yang diperlukan untuk membangun satu sistem penyediaan air, parameter lingkungan perlu diketahui untuk menentukan hasil akhir produk yang akan dituju. Diasumsikan sumur air yang dimiliki memiliki kedalaman maksimum 5 meter, pompa diletakkan 7 meter di atas permukaan air sumur dan pemipaan yang tersedia merupakan pipa PVC dengan diameter ¾ inch, dapat dihitung total pumping head sepanjang 12 meter. Telah diketahui juga bahwa pompa memiliki efisiensi sebesar 0,8. Pompa tersebut terhubung dengan inverter yang memiliki efisiensi 0,8. Inverter juga terhubung dengan mesin reverse osmosis. Dengan data 26 tersebut dapat dihitung kebutuhan energi yang sesuai untuk sistem dengan kompensasi efisiensi tiap komponen adalah sebagai berikut: Kebutuhan daya pompa dengan Kompensasi efisiensi Kebutuhan energi pompa dengan Kompensasi efisiensi Kebutuhan energi mesin RO dengan Kompensasi efisiensi Kebutuhan energi total sistem 11,19 Watt 268,66 Wh 15.482 Wh 15.750 Wh Kebutuhan energi total sistem tersebut kemudian menjadi acuan energi yang harus dihasilkan oleh panel surya. Dengan data potensi energi surya Dalam parameter peak sun hour, maka suplai energi yang harus dihasilkan oleh panel surya adalah sebagai berikut: Daya yang harus dibangkitkan 67,166 Wp panel surya dengan faktor safety untuk pompa Daya yang harus dibangkitkan 3.870,41 Wp panel surya dengan faktor safety untuk mesin RO Daya total yang harus 3.937,58 Wp dibangkitkan panel surya Desain suplai daya menggunakan panel surya secara umum memiliki spesifikasi sebagai berikut: Daya maksimum (Pmax) Tegangan pada Pmax Arus pada Pmax Arus pada kondisi terbuka Tegangan pada kondisi terbuka Jumlah sel per modul Dimensi (W x D x H) 27 250 Watt 30.6 Volt 8.17 Amp 8.85 Amp 37.56 Volt 60 sel 1650 x 992 x 40 Dengan spesifikasi modul panel surya di atas, maka dapat ditentukan jumlah modul yang diperlukan untuk sistem, sebagai berikut: Kebutuhan energi total Daya oleh modul solarcell x PSH Jumlah modul 15.750 Wh 1.250 Wph 12.6 Untuk menjamin kehandalan sistem, jumlah modul panel surya ditentukan lebih banyak dari hitungan di atas, sehingga paling tidak untuk sistem tersebut, disediakan jumlah modul sebanyak 15 buah. Dari jumlah tersebut akan dipasang seri atau paralel dari data perhitungan berikut: Kebutuhan daya total Voc Isc n Seri Paralel Daya yang dihasilkan dari spesifikasi modul solarcell 3.937,58 Wp 37,56 V 8,17 A 2,533 5 3 4.602,978 Wp Daya yang dihasilkan tersebut nantinya akan disimpan di dalam baterai. Penggunaan baterai disesuaikan dengan daya maksimum yang dapat diberikan oleh modul panel surya dan faktor efisiensi, karena daya yang dihasilkan adalah sebesar 4.602,978 Wp jika disesuaikan dengan baterai yang tersedia di pasar adalah sebagai berikut: Efisiensi (penyimpanan baterai) Kapasitas penyimpanan Spesifikasi 0,8 4.000 Wp 12 V 100 Ah Dengan perhitungan melibatkan efisiensi penyimpanan baterai, didapatkan jumlah baterai yang dapat digunakan untuk sistem adalah sebanyak 5 baterai, dan ditambah 1 baterai untuk operasional kontroler, inverter, lampu, dan operasional lainnya, sehingga total jumlah baterai yang dibutuhkan oleh sistem adalah 6 baterai. 28 Berikut ini skema sistem penyediaan air minum berbasis tenaga surya. Rancangan Sistem Pompa Air 220 V/ 250 W Rever se Osmo sis Desalination System 1x 0.5 Hp/ 220 V Solar cell module 15 x 250 Wp Baterai 6 x 220 V/ 100 Ah Tangki Air 1 x 5000 L Inverter 12 V DC to 220 V Gambar 9. Skema sistem penyediaan air minum berbasis tenaga surya Cara kerja sistem dimulai dari Modul PV yang memanen energi dari sinar matahari dan mengubahnya menjadi energi listrik. Energi tersebut kemudian disimpan di dalam baterai. Inverter mengubah arus listrik searah dari baterai menjadi arus bolak-balik yang umumnya digunakan oleh peralatan listrik. Energi listrik tersebut kemudian digunakan oleh pompa untuk mengangkat air dari sumur 29 dan kemudian ditampung didalam tangki. Adapun mesin RO mengambil air dari tangka kemudian memurnikan air tersebut. Air bersih yang telah melalui beberapa penyaringan dan radiasi UV pada mesin RO kemudian disimpan didalam tangki, atau dapat langsung diisi kedalam galon. Galon air siap didistribusikan ke masyarakat. V.3. Analisis Pasar dan Pemasaran V.3.1. Gambaran Pasar Desa Tanjung Aru terdiri dari empat dusun yaitu Dusun Pantai Indah sebanyak 648 jiwa, Dusun Mekar sebanyak 507 jiwa, Dusun Padaelo sebanyak 579 jiwa, dan Dusun Sei Bajau Indah sebanyak 519 jiwa. Sehingga total di desa Tanjung Aru terdapat 2253 jiwa. Adapun total masyarakat di pulau Sebatik adalah sebanyak 80.000 jiwa. Sehingga bila kita lakukan perhitungan dengan asumsi setiap orang membutuhkan air 2 liter per hari untuk makan, minum dan memasak, maka : Tabel 3. Kebutuhan Air di Sebatik 2253 jiwa Jumlah masyarakat desa Tanjung Aru Jumlah masyarakat pulau Sebatik 80.000 jiwa Kebutuhan air minum desa Tanjung Aru 4506 liter per hari Kebutuhan air minum pulau Sebatik 160.000 liter per hari Produksi air oleh sistem 4000 liter per hari Dari tabel tersebut dapat kita lihat bahwa, kita bisa memenuhi 88% kebutuhan air minum di desa Tanjung Aru, dan 2,5% kebutuhan total air minum di Sebatik. Untuk peluang pasar dari perhitungan tersebut, dapat dikatakan bahwa produksi perharinya akan habis terjual dengan catatan distribusi penjualan yang tepat. 30 V.3.2 Analisis Pesaing Analisis pesaing merupakan suatu perbuatan menganalisa atau mengidentifikasi apa-apa saja yang dilakukan oleh pihak pesaing atau perusahaan yang menghasilkan barang atau jasa yang mirip dengan produk kita. Adapun analisis pesaing penyediaan air minum di Sebatik, Kalimantan Utara adalah sebagai berikut. Tabel 4. Analisis pesaing No . Produk Pesaing Keunggulan dan Kelemahan Depot Air Minum Biasa Keunggulan: ο· Mudah dijumpai di berbagai tempat. ο· Telah mendapatkan kepercayaan masyarakat setempat. 1. Air Minum Kemasan 2. Kelemahan: ο· Karena letak lokasi di daerah terpencil dengan aksesibilitas rendah, maka bisa terjadi adanya monopoli harga air minum dengan harga relatif mahal. ο· Kualitas air belum pasti sesuai dengan standar baku. Keunggulan: ο· Telah memiliki branding yang kuat. ο· Mudah dijumpai dan dijual di berbagai tempat. ο· Terdapat kontrol kualitas di setiap kemasannya. Kelemahan: ο· Harga relatif mahal apabila menggunakan harga akumulasi ukuran galon. 31 V.3.3 Analisis SWOT Analisis SWOT adalah metode perencanaan strategis yang digunakan untuk mengevaluasi kekuatan (strengths), kelemahan (weaknesses), peluang (opportunities), dan ancaman (threats) dalam suatu proyek atau suatu spekulasi bisnis. Proses ini melibatkan penentuan tujuan yang spesifik dari spekulasi bisnis atau proyek dan mengidentifikasi faktor internal dan eksternal yang mendukung dan yang tidak dalam mencapai tujuan tersebut. Analisis SWOT dapat diterapkan dengan cara menganalisis dan memilah berbagai hal yang mempengaruhi keempat faktornya, kemudian menerapkannya dalam gambar matrik SWOT, di mana aplikasinya adalah bagaimana kekuatan (strengths) mampu mengambil keuntungan (advantage) dari peluang (opportunities) yang ada, bagaimana cara mengatasi kelemahan (weaknesses) yang mencegah keuntungan (advantage) dari peluang (opportunities) yang ada, selanjutnya bagaimana kekuatan (strengths) mampu menghadapi ancaman (threats) yang ada, dan terakhir adalah bagaimana cara mengatasi kelemahan (weaknesses) yang mampu membuat ancaman (threats) menjadi nyata atau menciptakan sebuah ancaman baru. Berikut ini adalah analisis SWOT dari Sistem Penyediaan Air Minum Berbasis Tenaga Surya : 32 Kekuatan (Strength) ο· Kelemahan (Weakness) Pasokan sumber daya (cahaya matahari) permanen dan tidak ο· dapat biaya investasi yang lumayan tinggi dibandingkan dengan alat diperdagangkan. konvensional. ο· ο· Ramah lingkungan. ο· Sumberdaya manusia bisa disediakan ο· Memerlukan Harga beli produk energinya (modul panel surya) belum komersial. secara lokal. ο· Dukungan kelembagaan masih kurang. Teknologi relatif mudah dimengerti. ο· Kebijakan politik yang kurang terhadap pemanfaatan energi terbarukan. Peluang (Opportunity) Ancaman (Threat) ο· Ada potensi peningkatan nilai tambah. ο· ο· Menyerap tenaga kerja. ο· Terbukanya kesempatan perluasan skala maupun di daerah. ο· Perubahan cuaca dan iklim yang tidak dapat diprediksi. usaha. ο· Perubahan kebijakan baik secara nasional Mampu menggantikan peran energi fosil ο· Penolakan masyarakat akibat berbagai konflik kepentingan. konvensional secara langsung. V.4. Rencana Pemasaran dan Strategi Pemasaran Rencanan pemasaran menggunakan metode partnership antara swasta dan pemerintah. Hal ini dimaksudkan agar ikut andil pemerintah dalam pengelolaan sistem dapat terjadi, dengan demikian harga produk dapat diatur dan dibatasi oleh pemerintah. Adapun rencana pemasaran dan strategi pemasaran dibagi menjadi dua bagian, dengan melakukan perencanaan terhadap perusahaan dan terhadap unit usaha. Tujuan dari pemasaran perusahaan adalah mendapatkan unjuk bisnis yang dapat membuat sistem penyediaan air minum berbasis tenaga surya sebanyak 33 mungkin, tersebar didaerah-daerah dengan kebutuhan air minum dan minimnya pasokan listrik. V.4.1 Rencana Pemasaran Unit Bisnis Pengenalan Usaha • Pengenalan unit bisnis penyediaan air minum menggunakan mesin osmosis balik yang mandiri energi dengan harga yang lebih terjangkau. Promosi Usaha • Melakukan promosi unit usaha diawal pembangunan. • Penyebaran poster dan media cetak di Industri, seminar, atau fasilitas yang strategis. Pemasaran Air Minum • Memasarkan air minum melalui 2 skema, yang pertama pembeli dapat mendatangi gerai dan mengisi galon secara langsung, kedua dengan pemesanan dan diantar ke alamat. V.4.2 Strategi Pemasaran Unit Bisnis Berbagai macam strategi yang dilakukan untuk meningkatkan penjualan air bersih siap minum, antara lain: 1. Hitting The Sweet Spot Target pasar langsung ditujukan ke masyarakat yang memiliki kebutuhan tinggi terhadap air bersih siap minum. 2. Direct Selling Strategi ini dilakukan dengan pendekatan personal dan menjalin keakraban langsung pada calon pelanggan dengan memberikan satu kepercayaan bahwa air yang dijual memiliki kualitas tinggi, sesuai dengan standar baku air minum dan harga yang terjangkau. 3. Layanan Pesan Antar Strategi ini membidik ke calon pelanggan dengan mobilitas tinggi atau aksesibilitas rumah tinggal rendah sehingga memudahkan calon pelanggan untuk mendapatkan produk. Kepercayaan dibangun dengan ketepatan waktu mengantar pesanan. 4. Peminjaman Galon 34 Strategi ini bertujuan agar pelanggan yang tidak memiliki wadah untuk menyimpan air pun dapat menikmati hasil produk. Tentunya strategi ini perlu diikuti dengan ketertiban pembukuan peminjaman dan pengembalian sehingga tidak merugikan unit bisnis. V.5. Analisis Ekonomi dan Perhitungan Biaya V.5.1. Sumber Daya Manusia Susunan sumber daya manusia dalam skema skema unit usaha antara lain sebagai berikut : STAFF OPERASIONAL KARYAWAN KARYAWAN KARYAWAN V.5.2. Investasi Alat Berikut tabel investasi alat untuk sistem : Peralatan Photovoltaic (PV) Mesin RO dan Paket Filter Baterai Jumlah 15 1 12 Total Peralatan Tanah dan Gedung Pembebasan Tanah 42m2 Kantor dan Gedung Operasi Total Tanah dan Gedung Biaya Instalasi Pemasangan dan Perkabelan Biaya Bracket dan bangunan PV Listrik Total Biaya Instalasi 1 1 1 1 Total Biaya 35 Harga satuan 3750000 Rp 37725000 Rp 2300000 Rp Rp Rp Rp 56.250.000 37.725.000 27.600.000 121.575.000 2000000 Rp 50000000 Rp Rp 84.000.000 50.000.000 134.000.000 6750000 Rp 6750000 Rp 3500000 Rp Rp 6.750.000 6.750.000 3.500.000 17.000.000 Rp 272.575.000 V.5.3. Posisi Keuangan Berikut tabel posisi keuangan unit usaha adalah sebagai berikut : POSISI KEUANGAN SUPERC6 Kas Peralatan Tanah dan Gedung ASET Rp Rp Rp Total Aset Utang dan Modal 866.000.000 Utang 138.575.000 134.000.000 Modal Rp 1.138.575.000 Total Utang dan Modal Rp 1.138.575.000 Rp 1.138.575.000 V.5.4 Analisis Keuangan Adapun analisis keuangan unit usaha adalah sebagai berikut : PERHITUNGAN KEUANGAN UNIT USAHA Peralatan 1 Paket Rp 138.575.000 Tanah dan Gedung 1 Paket Rp 134.000.000 Tenaga Kerja 4 Orang/bulan Rp 12.000.000 Total Rp 284.575.000 Kapasitas Asumsi Umur Peralatan 10 tahun 4000 Liter Per Hari 1460000 Liter Per Tahun Penyusutan Tenaga Kerja Total HPP Rp 28.457.500 Rp 144.000.000 Rp 172.457.500 Rp 118 per liter Harga Jual Margin Rp Rp 250 132 V.5.5. Analisis Investasi Adapun analisis investasi unit usaha adalah sebagai berikut : 36 Investasi awal Cash inflow / tahun Umur Aset Discount Rate Rp 284.575.000 Rp 238.167.500 10 Tahun 4,45% asumsi per tahun ROI/tahun Tahun Aliran Kas 0 Rp (284.575.000) 1 Rp 238.167.500 2 Rp 238.167.500 3 Rp 238.167.500 4 Rp 238.167.500 5 Rp 238.167.500 6 Rp 238.167.500 7 Rp 238.167.500 8 Rp 238.167.500 9 Rp 238.167.500 10 Rp 238.167.500 NET PRESENT VALUE Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp Rp NPV (284.575.000) 228.020.584 218.305.968 209.005.235 200.100.752 191.575.636 183.413.725 187.895.323 168.118.282 160.955.751 154.098.374 1.616.914.631 37 Profit Investasi ROI Rp Rp 238.167.500 284.575.000 84% Per Tahun BEP 1962545 Liter Payback Periode 1 Tahun Asumsi per tahun volume penjualan tetap sama BAB VI KESIMPULAN DAN SARAN VI.1 Kesimpulan Dari hasil analisis dan perhitungan yang dilakukan, maka didapatkan sistem penyediaan air minum melalui proses osmosis balik berbasis tenaga surya untuk daerah 3T dengan lokasi di Desa Tanjung Aru, Sebatik Timur, Kalimantan Utara. Dengan produksi 4000 L perhari, kebutuhan daya 3937,58 Wp dapat dipenuhi dengan pemasangan sistem panel surya berjumlah 15 panel spesifikasi 250 watt. Adapun harga jual per galon (19 L) air adalah Rp 5000, maka akan didapatkan BEP Unit usaha akan pada penjualan setelah 1.962.545 Liter (103.291 galon) dan Payback Period pada tahun ke 1. VI.2. Saran Untuk penelitian lebih lanjut, dapat dilakukan simulasi dan membuat prototype dalam skala laboratorium. Adapun perhitungan dan analisis ekonomi lebih lanjut perlu dilakukan, dikarenakan harga komponen panel surya semakin murah dan semakin baik kualitasnya setiap tahunnya. Selain itu perlu dilakukan komunikasi dengan pemerintah desa, dan juga komunikasi dengan pihak terkait agar rancangan dapat diimplementasikan. 38 REFERENSI Ali, M., Haj, M. El, Taha, E., & Soudan, B. (2018). Recent progress in the use of renewable energy sources to power water desalination plants. Desalination, 435(November 2017), 97–113. https://doi.org/10.1016/j.desal.2017.11.018 C. J. Geankoplis. (1993). Transport Processes and Unit Operations. Englewood Cliffs: Prentice-Hall. F. M. White. (2011). Fluid Mechanics. New York: McGraw-Hill. Hamad, M. J. A., & Chirwa, E. M. N. (2019). Forward osmosis for water recovery using polyelectrolyte PolyDADMAC and DADMAC draw solutions as a low pressure energy saving process. Desalination, 453(November 2018), 89–101. https://doi.org/10.1016/j.desal.2018.11.016 Kementerian Keuangan Republik Indonesia. (2012). Daftar Daerah 3T, 45–49. Kementrian Energi dan Sumber Daya Mineral. (2017). Rasio Elektrifikasi 2017, 2019. Kementrian Kesehatan RI. (2013). RISET KESEHATAN DASAR. Kementrian Pekerjaan Umum dan Perumahan Rakyat. (2017). Buku Informasi Statistik 2017, 123. Mahmoud, M. (2003). Solar electric powered reverse osmosis water desalination system for the rural village , AL Maleh : Design and simulation WATER DESALINATION SYSTEM FOR THE RURAL VILLAGE AL MALEH : DESIGN AND SIMULATION. International Journal of Solar Energy, 0(March 2003), 1–12. https://doi.org/10.1080/01425910310001634451 Mayfield, R. (2010). Photovoltaic Design & Installation for Dummies. Hoboken: Wiley Publishing. Menteri Kesehatan Republik Indonesia. (2010). PERMENKES 492/MENKES/PER/IV/2010 tentang Persyaratan Kualitas Air Minum. No. Schippers, J. C. (2016). Efficient Desalination by Reverse Osmosis, (January). Sitanggang, P. Y. (2016). Sistem Pengolahan Air Minum Terdesentralisasi dengan Teknologi Membran Sistem Pengolahan Air Minum Terdesentralisasi dengan Teknologi Membran, (May). Voutchkov, N., & Consultants, W. G. (2017). Introduction to Reverse Osmosis Desalination, (January 2010). https://doi.org/10.13140/RG.2.2.13908.60801 i LAMPIRAN Lampiran 1. Biodata Ketua, Anggota Kelompok A. Ketua Kelompok 1. Identitas Diri 1 2 3 4 5 6 7 Nama Lengkap Jenis Kelamin Program Studi NIM Tempat dan Tanggal Lahir Alamat E-mail Nomor Telepon/HP Charlis Ongkho Laki-laki Teknik Fisika 15/379881/TK/43146 Pekanbaru, 28 April 1997 [email protected] 823 7 9732 2. Riwayat Pendidikan Nama Institusi Jurusan Tahun Masuk-Lulus SD SD Marsudirini Perawang 2003-2009 SMP SMPN 1 Tualang SMA SMAN 1 Tualang 2009-2012 IPA 2012-2015 3. Penghargaan Yang Pernah Diterima No 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Jenis Penghargaan Juara 1 Semar Infographic Competition Juara 2 Talent Pitching Creative Hub Fisipol Finalis PGN Innovation 2018 Finalis KIST3 UIN Sunan Kalijaga Finalis Economic Fair 2018 Juara 3 Basket Putra Teknisiade Fakultas Teknik UGM OSN Fisika Tingkat Kabupaten & Provinsi, Juara 2 Kuis Sains Fisika Universitas Riau Pihak Pemberi Penghargaan SIM UNS Tahun Fisipol UGM 2018 PGN UIN 2018 2018 UKSW BEM FT UGM 2018 2016 KEMENDIKBUD 2014 UNRI 2014 2019 9. Juara Harapan 1 Tes Tertulis OF Universitas Riau 10. OSN Fisika Tingkat Kabupaten & Provinsi UNRI 2014 KEMENDIKBUD 2013 Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila dikemudian hari ternyata dijumpai ketidaksesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan karya tulis kami di Technology for Indonesia, Innovation Camp, Perusahaan Gas Negara. Yogyakarta, 10 Mei 2019 Ketua Tim Charlis Ongkho 15/379881/TK/43146 B. Anggota 1. Identitas Diri 1 2 3 4 5 6 7 Nama Lengkap Jenis Kelamin Program Studi NIM Tempat dan Tanggal Lahir Alamat E-mail Nomor Telepon/HP Andhika Satria P Laki-laki Teknik Fisika 16/394971/TK/44263 Pekanbaru, 13 Oktober 1997 [email protected] 081276549595 2. Riwayat Pendidikan Nama Institusi Jurusan Tahun Masuk-Lulus SD SD Cendana Pekanbaru 2004-2010 SMP SMP Cendana Pekanbaru 2010-2013 SMA SMA Cendana Pekanbaru IPA 2013-2016 3. Penghargaan Yang Pernah Diterima No 1 2 3 4 5 Jenis Penghargaan Juara 1 Divisi Racing Plane Kontes Robot Terbang Indonesia 10 Siswa Berprestasi Akademik MIPA Tahun Pelajaran 2015/2016 Peserta Olimpiade Matematika 15 se-Riau 3rd Runner Up - MSG Golf Tournament - Jakarta Junior Series Best Gross 1 - Emeralda Junior Golf Tournament Pihak Pemberi Penghargaan Kementrian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi Tahun 2018 SMA Cendana Pekanbaru 2016 Universitas Riau 2015 Persatuan Golf Indonesia 2012 Persatuan Golf Indonesia 2012 Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila dikemudian hari ternyata dijumpai ketidaksesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan karya tulis kami di Technology for Indonesia, Innovation Camp, Perusahaan Gas Negara. Yogyakarta, 10 Mei 2019 Anggota Tim Andhika Satria P 16/394971/TK/44263 1. Identitas Diri 1 2 3 4 5 6 7 Nama Lengkap Jenis Kelamin Program Studi NIM Tempat dan Tanggal Lahir Alamat E-mail Nomor Telepon/HP Mohammad Ilham Romadon Laki-laki Akuntansi 15/381965/EK/20546 Tulungagung, 31 Januari 1996 [email protected] 085258747977 2. Riwayat Pendidikan Nama Institusi Jurusan Tahun Masuk-Lulus SD SD Negeri 2 Wajak Kidul 2003-2009 SMP SMP Negeri 1 Tulungagung 2009-2012 SMA SMA Negeri 1 Kedungwaru IPS 2012-2015 3. Penghargaan Yang Pernah Diterima No Jenis Penghargaan 1 Juara 1 Business Plan Competition 2 10 Besar Economic Fair 3 4 Seperempat Final Accounting Olympiad 10 Besar National Accounting Olympiad Pihak Pemberi Penghargaan Universitas Gadjah Mada Universitas Kristen Satya Wacana Tahun 2017 2018 Universitas Telkom 2018 Universitas Brawijaya 2018 Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila dikemudian hari ternyata dijumpai ketidaksesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan karya tulis kami di Technology for Indonesia, Innovation Camp, Perusahaan Gas Negara. Yogyakarta, 10 Mei 2019 Anggota Tim Mohammad Ilham Romadon 15/381965/EK/20546 1. Identitas Diri 1 2 3 4 5 6 7 Nama Lengkap Jenis Kelamin Program Studi NIM Tempat dan Tanggal Lahir Alamat E-mail Nomor Telepon/HP Annisa Auliya Yosanti Perempuan Teknik Fisika 16/399932/TK/44946 Semarang, 15 Maret 1998 [email protected] 085337222885 2. Riwayat Pendidikan Nama Institusi Jurusan Tahun Masuk-Lulus SD SD Negeri Bojongsalaman 01 2004-2010 SMP SMP Negeri 1 Semarang 2010-2013 SMA SMA Negeri 3 Semarang IPA 2013-2016 3. Penghargaan Yang Pernah Diterima No 1 2 3 Jenis Penghargaan Juara 1 Festival Ilmiah Mahasiswa, Semar Infographics Competition Juara 1 Mural Teknisiade Juara 1 Mural Teknisiade Pihak Pemberi Penghargaan Tahun SIM UNS 2019 BEM FT UGM BEM FT UGM 2017 2016 Semua data yang saya isikan dan tercantum dalam biodata ini adalah benar dan dapat dipertanggungjawabkan secara hukum. Apabila dikemudian hari ternyata dijumpai ketidaksesuaian dengan kenyataan, saya sanggup menerima sanksi. Demikian biodata ini saya buat sebenarnya untuk memenuhi salah satu persyaratan dalam pengajuan karya tulis kami di Technology for Indonesia, Innovation Camp, Perusahaan Gas Negara. Yogyakarta, 10 Mei 2019 Anggota Tim Annisa Auliya Yosanti 16/399932/TK/44946 Lampiran 2. Potensi Energi Surya di Indoensia Lampiran 3. Rasio Elektrifikasi di Indonesia Lampiran 4. Hasil Survey Dusun Sei Bajau, Desa Tanjung Aru, RT 5,6,7 dan 8 β Bau Warna β Karat Karat Karat besi besi besi Merah- Merah- Merah- kuning kuning kuning Asin Asin Asin β Belerang Belerang β β Lumut β Kuning Kuning Merah β β β Asin Asin Lumut β Lumut Rasa β Jernih β TDS 829 233 1095 280 561 EC 1658 466 2891 561 pH 7,9 8,05 7,99 β 7,67 β 1060 552 358 123 197 1122 2120 2104 684 342 394 7,97 8,24 7,74 8,3 8,03 7,86 Lampiran 5. Penggajian Pegawai No Jabatan 1. Chief Jumlah Executive Gaji/Bulan 1 Officer Total Gaji Rp Rp 12.000.000 12.000.000 2. Chief Financial Officer 1 Rp 8.000.000 Rp 8.000.000 3. Chief Operational 1 Rp 8.000.000 Rp 8.000.000 1 Rp 8.000.000 Rp 10.000.000 Officer 4. Chief Human Resource & Development Officer 5. Staff 4 Rp 5.000.000 Rp 20.000.000 6. Karyawan 4 Rp 3.000.000 Rp 12.000.000 Total Gaji Per Bulan Rp 68.000.000 Total Gaji Per Tahun Rp 816.000000
