RENTI SURYA UJIAN AKHIR SEMESTER Materi
UJIAN AKHIR SEMESTER JULI-DESEMBER 2015
Matakuliah
: Materi dan Energi
Hari/tgl.
: Rabu, 6 januari 2015
Jam
: 1 x 24 jam
Dosen pembina
: Dr. Ratnawulan, M.Si
===================================================================
Jelaskanlah pertanyaan yang diberikan di bawah ini dengan baik dan benar !
1.
a. Jenis-jenis perubahan wujud materi dalam kehidupan sehari
b. 5 contoh perubahan energi dalam kehidupan sehari-hari
2.
a. Perumusan Hukum ke Nol Termodinamika.
b. Makna Hukum Pertama Termodinamika.
c. Pernyataan Kelvin-Planck dan pernyataan Clausius tentang perumusan Hukum Kedua
Termodinamika
3.
(a) Prinsip kerja bahan bakar padat dan gas dari biomassa; (b) prinsip kerja geothermal, (c).
energi angin, (d) energi surya energi thermal, (e) energi gelombang laut, dapat menjadi
energi listrik
4.
Indonesia memiliki potensi energi terbarukan yang begitu besar, jelaskan kenapa
pemanfaatn energi dari biomassa dan geothermal, energi angin, anergi surya di Indonesia
belum optimal
5.
Berikan alternatif solusi supaya sumber energi terbarukan di Indonesia dapat dimanfaatkan
secara optimal.
=======S e l a m a t B e k e r j a ======
LEMBAR JAWABAN UJIAN AKHIR SEMESTER MATERI ENERGI
NAMA
: RENTI SURYA
NIM
:15175033
MATA KULIAH
: MATERI ENERGI
SKS
:2
1. a. Jenis-jenis perubahan wujud materi dalam kehidupan sehari
Zat didefinisikan sebagai suatu yang menempati ruang dan memiliki massa. Zat
terdiri atas partikel-partikel yang jarak dan kebebasan geraknya berbeda-beda. Partkel adalah
bagian terkecil pembentuk zat. Dalam kehidupan kita 3 jenis wujud zat yaitu padat, cair, dan
gas.
Zat Padat
Zat padat merupakan zat yang memiliki bentuk dan volume yang relatif tetap.
Contoh zat padat yang banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari antara lain
adalah batu, besi, baja, aluminium dan arang.
Zat padat mempunyai susunan partikel yang teratur dan jarak antar partikel sangat
dekat atau rapat, gaya tarik-menarik antar partikelnya sangat kuat, dan gerak
partikel-partikelnya sangat terbatas. Hal inilah yang menyebabkan zat padat
memiliki bentuk dan volume yang tetap.
Zat Cair
Zat cair merupakan zat yang memiliki bentuk berubah-ubah sesuai dengan
tempatnya tetapi volumenya tetap. Contoh zat cair antara lain adalah air, bensin,
minyak goreng dan oli. Zat cair mempunyai susunan partikel yang kurang teratur
dan jarak antar partikelnya agak renggang, gaya tarik-menarik antar partikelnya
tidak begitu kuat, dan gerak partikel-partikelnya dapat bergerak dengan leluasa
namun masih sulit meninggalkan kelompoknya. Hal ini yang menyebabkan zat cair
memiliki bentuk yang berubah-ubah sesuai sesuai dengan tempatnya dan
volumenya tetap.
Zat Gas
Zat gas merupakan zat yang mempunyai bentuk dan volume yang tidak tetap.
Contoh zat gas yang terdapat di udara antara lain adalah oksigen, hidrogen,
nitrogen, amonia, argon dan neon. Zat gas mempunyai susunan partikel yang tidak
teratur dan jarak antarpartikelnya renggang, gaya tarik-menarik antarpartikelnya
sangat lemah. Selain itu, gerak partikel-partikelnya sangat leluasa dan mudah
meninggalkan kelompoknya. Hal inilah yang menyebabkan zat gas mempunyai
bentuk dan volume yang selalu berubah sesuai dengan wadah yang ditempatinya.
Perubahan wujud zat
Membeku
Membeku adalah proses perubahan wujud suatu zat dari cair menjadi padat.
Contoh jika air dalam kemasan plastik dimasukkan kedalam lemari es (freezer),
lama
kelamaan
air
tersebut
akan
berubah
menjadi
es.
Suhu ketika suatu zat cair berubah wujud menjadi padat dinamakan titik beku.
Mencair
Mencair atau meleleh atau melebura adalah proses perubahan wujud suatu zat dari
padat menjadi cair. Contoh : segumpal es yang dipanaskan akan berubah menjadi
air. Suhu ketika suatu zat mulai mencair disebut dengan titik cair, titik leleh, atau
titik lebur.
Menguap
Menguap adalah proses perubahan wujud suatu zat dari bentuk cair menjadi gas
atau uap. Contoh : air yang dipanaskan sampai mendidih akan berubah menjadi
uap air. Suhu ketika suatu zat cair berubah menjadi uap disebut dengan titik uap.
Mengembun
Mengembun adalah proses perubahan wujud suatu zat dari gas menjadi cair.
Contoh uap air berubah menjadi air.
Menyublin
Menyublin adalah proses perubahan wujud suatu zat dari bentuk padat menjadi
gas. Contoh : kapur barus secara perlahan-lahan akan habis karena menjadi gas.
Mendeposit
Mendeposit adalah proses perubahan wujud suatu zat dari bentuk gas menjadi
padat. Contoh iodium gas akan berubah menjadi iodium padat setelah didinginkan.
b. 5 contoh perubahan energi dalam kehidupan sehari-hari
Ada berbagai bentuk energi, sumber, dan contohnya yang sering dijumpai di
lingkungan kita yakni antara lain energi panas, listrik, kimia, cahaya, nuklir, kinetik ( energi
gerak ), potensial, dan energi bunyi. Pengertian agak rincinya sebagai berikut :
1. Energi Panas- yaitu energi dalam bentuk panas, sumbernya antara lain: matahari, api, dan
benda panas lainnya;
2. Energi Listrik- yaitu energi yang dimiliki arus listrik. Sumber energi listrik antara lain:
nuklir, sel surya, dinamo dan generator, baterai, aki. Peralatan rumah tangga banyak yang
memerlukan energi listrik, antara lain: kipas angin listrik, strika listrik, kulkas, televisi,
radio, mesin cuci, alat pijat, blender, alat penanak nasi, dan lain sebagainya;
3. Energi Kimia-yaitu energi yang timbul karena reaksi kimia. Sumber energi kimia antara
lain: makanan, aki, baterai, solar, bensin. Contoh ; Energi kimia di dalam tubuh manusia
dan dalam bahan bakar;
4. Energi Cahaya-yaitu energi yang dimiliki oleh cahaya. Contoh: pemotongan logam
menggunakan sinar,cahaya laser. Sumber energi cahaya antara lain: sinar matahari,
lampu, dan laser;
5. Energi Nuklir- yaitu energi yang terdapat pada inti atom, contohnya yakni bom atom.
Sumber energi nuklir: unsur kimia radioaktif;
6. Energi Gerak ( Kinetik )- yaitu energi yang timbul karena adanya gerak, contohnya:
orang yang berjalan/berlari, kendaraan yang melaju, benda yang terlontar, dan semua
benda yang bergerak;
7. Energi Potensial- yaitu energi yang dimiliki oleh benda saat benda tersebut diam( tidak
bergerak ) contohnya energi potensial gravitasi dan energi potensial pegas;
8. Energi Bunyi- Energi yang dimiliki oleh bunyi, contohnya petir dapat menggetarkan kaca
jendela. Sumber energi bunyi antara lain: alat-alat musik, radio, pita suara manusia.
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat juga dimusnahkan, akan tetapi energi dapat
diubah menjadi energi bentuk lain. Berikut ini beberapa contoh Perubahan Energi :
1. Perubahan energi panas menjadi energi gerak, contohnya kertas yang dibentuk spiral
bergerak saat dipanaskan di atas lilin;
2. Perubahan energi gerak menjadi energi panas. Contoh : tangan kanan dan kiri kita ketika
digosok-gosokkan terasa hangat, ban sepeda/sepeda motor setelah perjalanan cukup jauh
maka menjadi panas;
3. Perubahan energi panas menjadi energi listrik. Contoh: Pembangkit Listrik Tenaga
Geothermal ( panas bumi );
4. Perubahan energi cahaya menjadi energi listrik. Contoh: panel surya
5. Perubahan energi kimia menjadi energi gerak. Contoh: kereta uap(menggunakan bahan
bakar dari batu bara), kendaraan bermotor ( menggunakan bahan bakar bensin, solar, atau
avtur), gergaji mesin;
2.
a. Perumusan Hukum ke Nol Termodinamika.
Hukum ke 0 termodinamika berbunyi : ” Jika 2 buah benda berada dalam kondisi
kesetimbangan termal dengan benda yang ke 3, maka ketiga benda tersebut berada dalam
kesetimbangan termal satu dengan lainnya” . Untuk lebih memahami tentang isi hukum ke
0 termodinamika, maka bunyi hukum ini dapat ditulis ulang dengan kata-kata yang lebih
sederhana yaitu Jika benda A mempunyai temperatur yang sama dengan benda B dan
benda B mempunyai temperatur yang sama dengan benda C maka temperatur benda A akan
sama dengan temperatur benda C atau disebut ketiga benda (benda A, B dan C) berada
dalam kondisi kesetimbangan termal. Kondisi ini dapat digambarkan sebagai berikut:
Kesetimbangan termal antara benda A, benda B dan benda C
Dalam kehidupan sehari-hari banyak kita jumpai fenomena yang menggambarkan
hukum ke 0 termodinamika. Misalnya pada saat kita membuat air hangat untuk mandi. Kita
mencampur air panas dengan air dingin. Pada saat air panas dicampur dengan air dingin,
maka kalor akan berpindah dari air panas ke air dingin. Proses perpindahan panas ini
berlangsung beberapa saat hingga tercapai kesetimbangan termal antara air panas dengan
air dingin. Pada saat tercapai kesetimbangan termal antara air panas dengan air dingin,
temperatur air panas akan turun sedangkan temperatur air dingin akan naik menuju ke
temperatur kesetimbangan termal.
b. Makna Hukum Pertama Termodinamika.
Hukum termodinamika pertama ini berbicara mengenai hukum universal dari
kekekalan energi. Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja. Terdapat banyak
bentuk energy dan semuanya dapat saling berubah bentuk. Hukum kekekalan energi
menyatakan bahwa jumlah total energi di alam selalu konstan sama.
Berdasarkan hukum kekekalan energi, maka hukum termodinamika 1 dirumuskan:
Yaitu : AU = Q + W
Dengan : AU = U2-U1
Jadi, Hukum pertama termodinamika adalah prinsip kekekalan energi yang
dihasilkan pada kalor, usaha, dan energi dalam. Hukum 1 termodinamika menyatakan
bahwa kalor yang terlibat diubah menjadi perubahan energi dalam dan usaha. Sebagai
gagasan dasar dinyatakan bahwa energi dapat disimpan di dalam suatu sistem dalam
berbagai bentuk makroskopik. Energi juga dapat dikonversi dari satu bentuk ke bentuk lain
dan dipindahkan antar sistem. Makna yang tersirat dalam hukum termodinamika ini adalah
bawa kita manusia sebagai hamba Allah yang kecil dapat merendahkan diri dihadapanNya
betapa kecil dan tak berdayanya kita sebagai manusia. Dan betapa Maha besarnya Allah
dengan segala ciptaanNya.
c. Pernyataan Kelvin-Planck dan pernyataan Clausius tentang perumusan Hukum Kedua
Termodinamika
1) Formulasi Kelvin-Planck
“Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus
yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu sumber pada suhu
tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik.” Dengan kata lain, formulasi kelvin-planck
menyatakan bahwa tidak ada cara untuk mengambil energi panas dari lautan dan
menggunakan energi ini untuk menjalankan generator listrik tanpa efek lebih lanjut, misalnya
pemanasan atmosfer. Oleh karena itu, pada setiap alat atau mesin memiliki nilai efisiensi
tertentu. Efisiensi menyatakan nilai perbandingan dari usaha mekanik yang diperoleh dengan
energi panas yang diserap dari sumber suhu tinggi.
2) Formulasi Clausius
“Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus
yang semata-mata memindahkan energi panas dari suatu benda dingin ke benda panas”.
Dengan kata lain, seseorang tidak dapat mengambil energi dari sumber dingin (suhu rendah)
dan memindahkan seluruhnya ke sumber panas (suhu tinggi) tanpa memberikan energi pada
pompa untuk melakukan usaha. (Marthen Kanginan, 2007: 249-250)
Berbeda dari hukum pertama, hukum kedua ini mempunyai berbagai perumusan.
Kelvin mengetengahkan suatu permasalahan dan Planck mengetengahkan perumusan lain.
Karena pada hakekatnya perumusan kedua orang ini mengenai hal yang sama maka
perumusan itu digabung dan disebut perumusan Kelvin-Planck bagi hukum kedua
termodinamika. Perumusan ini diungkapkan demikian :
“Tidak mungkin membuat pesawat yang kerjanya semata-mata menyerap kalor dari
sebuah reservoir dan mengubahnya menjadi usaha” Oleh Clausius, hukum kedua
termodinamika dirumuskan dengan ungkapan : “Tidak mungkin membuat pesawat yang
kerjanya hanya menyerap kalor dari reservoir bertemperatur rendah dan memindahkan
kalor ini ke reservoir yang bertemperatur tinggi, tanpa disertai perubahan lain”.
3.
(a) Prinsip kerja bahan bakar padat dan gas dari biomassa
Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui pross fotosintetik, baik berupa
produk maupun buangan. Biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, ubi,
limbah pertanian, limbah hutan,tinja dan kotoran ternak. Bahan bakar padat biomassa
dengan penggunaan langsung biasanya dalam bentuk padatan yang mudah terbakar, baik
kayu bakar, bambu atau tanaman lapangan yang mudah terbakar.
Sedangkan bahan bakar biomassa gas Biogas dihasilkan dari sampah organik yang
mengalami proses hidrolisis dan fermentasi oleh bakteri-bakteri tertentu untuk menghasilkan
biogas tertentu.`Proses dapat dilihat pada skema berikut:
(b) prinsip kerja geothermal
Sumber energi panas bumi menjanjikan dapat memenuhi kebutuhan sumber energi
saat ini. Sebab diperkirakan akan mampu menutupi kelemahan yang dimiliki oleh energi
minyak yaitu mahalnya poses produksinya. PLTP merupakan pembangkit listrik sumber
panas bumi yang sangat ekonomis mengingat bahan pruduksinya berupa air yang
diinjeksikan kedalam perut bumi untuk menghasilkan uap, jadi tak ada biaya untuk bahan
pengolahan bahan lainnya selain air. Setelah uap air terbentuk dan mempunyai tekanan /
energi potensial dari sumur produksi, uap dipisahkan dari kandungan air menjadi uap kering
pada separator untuk selanjutnya uap tersebut digunakan untuk menggerakan generator
penghasil listrik melalui turbin uap. PLTP (Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi) pada
pengoperasiannya sama sekali tidak menghasilkan gas karbon sehingga benar benar ramah
terhadap lingkungan, hal seperti inilah yang diharapkan oleh masyarakat dari berbagai
penjuru dunia.
PLTP pertama di Indonesia yang saat ini tengah beropersi adalah di Kamojang Garut
Jawa Barat yang dibangun tahun 1983 dengan kapasitas sekitar 110 MW. Indonesia yang
merupakan negeri dengan banyak gunung berapi, merupakan potensial tersendiri bagi
pengembangan PLTP dan diperkirakan mempunyai kapasitas sekitar 40% atau sekitar 27000
MW dari total cadangan panas bumi dunia dan baru termanfaatkan sekitar 4% nya saja.
Geothermal power diharapkan dapat mengurangi dan akhirnya menggantikan PLTD PLTD
yang saat ini merupakan masalah bagi negeri ini.
Cara kerja Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)
1.
Pada prinsipnya PLTP merupakan Pembangkit listrik tenaga uap seperti pada umumnya.
Hanya untuk PLTP ini uap yang digunakan bukan berasal dari boiler tetapi uap berasal
dari dapur di dalam perut bumi.
2.
Secara sederhana cara kerja PLTP dapat digambarkan sebagai berikut
3.
Air disuntikan kedalam perut bumi dimana terdapat sumber panas alami melalui injektor.
4.
Air akan mengalami pemanasan dan menjadi uap bertekanan dan keluar melalui sumur
produksi.
5.
Uap yang keluar masih mengandung air sehingga harus dilakukan pemisahan antara uap
dan air pada separator.
6.
Dari sini uap kering akan menuju turbin dan selanjutnya menjalankan generator untuk
digunakan sebagai pembangkit listrik, sedangkan airnya akan menuju kembali kedalam
injektor.
7.
Setelah uap menyelesaikan tugasnya menggerakan turbin maka akan menuju kondensor
untuk dijadikan air kembali. Air dari kondensor akan didinginkan pada tangki pendingin
melalui sistim pendinginan udara untuk selanjutnya air dapat di injeksikan kembali pada
sumur injeksi.
.
(c). Energi angin
Pembangkit listrik tenaga angin adalah suatu pembangkit listrik yang menggunakan
angin sebagai sumber energi untuk menghasilkan energi listrik. Pembangkit ini dapat
mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau
kincir angin. Sistem pembangkitan listrik menggunakan angin sebagai sumber energi
merupakan sistem alternatif yang sangat berkembang pesat, mengingat angin merupakan
salah satu energi yang tidak terbatas di alam.
Komponen PLT Angin :
gambar PLT Angin
Anemometer : Mengukur kecepatan angin dan mengirimkan data kecepatan angin ke
pengontrol.
Blades : Kebanyakan turbin baik dua atau tiga pisau. Angin bertiup di atas menyebabkan
pisau pisau untuk "mengangkat" dan berputar.
Brake : Sebuah cakram rem, yang dapat diterapkan dalam mekanik, listrik, hidrolik atau
untuk menghentikan rotor dalam keadaan darurat.
Controller : pengontrol mesin mulai dengan kecepatan angin sekitar 8-16 mil per jam
(mph) dan menutup mesin turbin sekitar 55 mph. tidak beroperasi pada kecepatan angin
sekitar 55 mph di atas, karena dapat rusak karena angin yang kencang.
Gear box : Gears menghubungkan poros kecepatan tinggi di poros kecepatan rendah dan
meningkatkan kecepatan sekitar 30-60 rotasi per menit (rpm), sekitar 1000-1800 rpm,
kecepatan rotasi yang diperlukan oleh sebagian besar generator untuk menghasilkan
listrik. gearbox adalah bagian mahal (dan berat) dari turbin angin dan insinyur generator
mengeksplorasi "direct-drive" yang beroperasi pada kecepatan rotasi yang lebih rendah
dan tidak perlu kotak gigi.
Generator : Biasanya standar induksi generator yang menghasilkan listrik dari 60 siklus
listrik AC.
High-speed shaft : drive generator
Low-speed shaft : Mengubah poros rotor kecepatan rendah sekitar 30-60 rotasi per menit.
Nacelle : nacelle berada di atas menara dan berisi gear box, poros kecepatan rendah dan
tinggi, generator, kontrol, dan rem.
Pitch : Blades yang berbalik, atau nada, dari angin untuk mengontrol kecepatan rotor dan
menjaga rotor berputar dalam angin yang terlalu tinggi atau terlalu rendah untuk
menghasilkan listrik.
Rotor : pisau dan terhubung bersama-sama disebut rotor.
Tower : Menara yang terbuat dari baja tabung (yang ditampilkan di sini), beton atau kisi
baja. Karena kecepatan angin meningkat dengan tinggi, menara tinggi memungkinkan
turbin untuk menangkap lebih banyak energi dan menghasilkan listrik lebih banyak.
Wind direction : Ini adalah turbin "pertama",yang disebut karena beroperasi melawan
angin. turbin lainnya dirancang untuk menjalankan "melawan arah angin," menghadap
jauh dari angin.
Wind vane : Tindakan arah angin dan berkomunikasi dengan yaw drive untuk
menggerakkan turbin dengan koneksi yang benar dengan angin.
Yaw drive : digunakan untuk menjaga rotor menghadap ke arah angin sebagai perubahan
arah angin. Dan Yaw motor : kekuatan drive yaw.
Cara kerja PLT Angin :
Energi angin memutar turbin angin. Turbin angin bekerja berkebalikan dengan
kipas angin (bukan menggunakan listrik untuk menghasilkan listrik, namun
menggunakan angin untuk menghasilkan listrik). Kemudian angin akan memutar sudut
turbin, lalu diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin
angin. Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan teori medan
elektromagnetik, yaitu poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik
permanen. Setelah itu di sekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah
kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros generator mulai berputar
maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan
fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang
dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh
masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC
(alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal. Energi
Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.
(d) energi surya thermal
Sel surya atau juga sering disebut fotovoltaik adalah divais yang mampu
mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai
pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang
sampai kebumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari
matahari juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal.
Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan,
dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan saat disinari
dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel
surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus short-circuit
dalam skala milliampere per cm2. Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai
aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya.
Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc
sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa
digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya
sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah menunjukan
ilustrasi dari modul surya.
Modul
surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai seri untuk memperbesar total daya
output. (Gambar :”The Physics of Solar Cell”, Jenny Nelson)
Struktur Sel Surya
Sesuai dengan perkembangan sains&teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun
berkembang dengan berbagai inovasi.
Stru
ktur dari sel surya komersial yang menggunakan material silikon sebagai semikonduktor.
(Gambar:HowStuffWorks)
Gambar diatas menunjukan ilustrasi sel surya dan juga bagian-bagiannya. Secara umum
terdiri dari :
1. Substrat/Metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat
juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai
kontak terminal positif sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau
logam seperti aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC)
dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya
sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga transparan
sepertii ndium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO).
2. Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya
mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama
(silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor
inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar
diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum
diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material
semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya
material Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGS), CdTe (kadmium telluride), dan amorphous silikon,
disamping material-material semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam
penelitian intensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTS) dan Cu2O (copper oxide).
Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua
material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan
diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll) yang membentuk p-n junction. P-n junction
ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya.
3. Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor
biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai
kontak negatif.
4. Lapisan antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap
oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan antirefleksi. Material anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks
refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya
dibelokkan ke arah semikonduktor sehingga meminimumkan cahaya yang
dipantulkan kembali.
5. Enkapsulasi / cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan
atau kotoran.
Cara kerja sel surya
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction
antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom
yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai
kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan
hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut
bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk
mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk
mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah
menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan
elektron). (Gambar : eere.energy.gov)
Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga
elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika
semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari
semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor
tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran
elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari
mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari
semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan
sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti
diilustrasikan pada gambar dibawah.
(e) energi gelombang laut
Kekuatan gelombang adalah solusi yang relatif tidak dikenal sebagai sumber energi
bersih, namun terganggu dan terus-menerus memiliki potensi untuk menjadi salah satu pemasok
paling abadi kebutuhan sumber energi masa depan dunia jika beberapa kendala dapat diatasi.
Salah satu masalah utama dengan sebagian besar teknologi gelombang adalah bahwa gelombang
memiliki terlalu banyak energi. Halaman ini akan memberikan gambaran tentang potensi besar
serta tantangan, dan mengeksplorasi bagaimana teknologi yang sedang disesuaikan di seluruh
dunia. Inggris memiliki 35 dari hampir 130 energi gelombang dan perangkat sungai pasang surut
pengembang di dunia, yang meliputi Pelamis, Aquamarine Power dan Kelautan Turbin sekarang.
Menurut Andy Baldock, seorang analis energi gelombang Inggris dari perusahaan teknik
Black & Veatch, "ada perasaan yang berkembang bahwa teknologi bisa sukses." Penelitian
tenaga ombak dimulai sekitar 20 tahun yang lalu katanya, berasal dari tingginya populasi, tempat
yang haus energi seperti Inggris dan Eropa yang memiliki beberapa sumber energi alam.
Kemajuan terus di menyembur seperti gelombang dan ketenangan sampai beberapa kali ketika
dorongan lebih mendesak untuk sumber energi terbarukan memicu dana penelitian dan
pengembangan. "Ada sejumlah fenomenal [teknologi gelombang] perangkat di luar sana, dengan
beberapa ribu paten. Lebih dari 100 ide telah aktif diupayakan, dimana sekitar 50 memiliki
jumlah yang wajar dari kerja yang dilakukan mereka dan sekitar 20 masih dikejar cukup serius .
Setidaknya sepuluh penelitian berencana untuk mematenkan prototipe skala penuh, "kata
Baldock.
Pertama-tama aliran gelombang laut yang mempunyai energi kinetik masuk kedalam
mesin konversi energi gelombang. Kemudian dari mesin konversi aliran gelombang yang
mempunyai energi kinetik ini dialirkan menuju turbin. Di dalam turbin ini, energi kinetik yang
dihasilkan gelombang digunakan untuk memutar rotor. Kemudian dari perputaran rotor inilah
energi mekanik yang kemudian disalurkan menuju generator. Di dalam generator, energi
mekanik ini dirubah menjadi energi listrik (daya listrik). Dari generator ini, daya listrik yang
dihasilkan dialirkan lagi menuju sistem tranmisi (beban).
4.
Indonesia memiliki potensi energi terbarukan yang begitu besar, jelaskan kenapa
pemanfaatn energi dari biomassa dan geothermal, energi angin, anergi surya di Indonesia
belum optimal.
Banyak faktor yang menyebabkan energi alternatif tidak optimal yang pertama
ketergantungan terhadap pemakaian bahan bakar fosil, kedua pemerintah yang memegang
tampuk kekuaaan tidak terfokus pada pemberdayaan enegri masa depan, ketiga SDM yang
belum memadai karena banyaknya peneliti kompeten banyak bekerja di luar negeri. Dan
terakhir meskipun sumber energi alteratif murah dan ramh lingkungan namun untuk
pengadaan secara besar-besaran ekonomi negara kita belum mampu menyokongnya.
5.
Berikan alternatif solusi supaya sumber energi terbarukan di Indonesia dapat dimanfaatkan
secara optimal.
Jika benar –benar ingin memanfaatn energi alternatif ini tentu pemerintah harus
melangaah lebih dulu untuk mendanai pembangunan energi alternatif ini. Kemudian
meemaksimalkan SDM yang kita miliki. Namun jika hal itu belum dapat menjawabnya
maka setidaknya kita mulai dengan energi yang pembanguunannya lebih muran mskipun
dengan skala yang kecil.
6.
Sumber energi alternatif yang mungkin bisa dikembangkan di Nagari Tabek Batusangkar
temapat tinggal saya adalah Biogas.
1.
Analisis Kebutuhan
Tidak dapat dielakkan bahwa di era ini manusia sangat tergantung terhadap sumber
energi, baik untuk kebutuhan memasak, mandi, belajar, bekerja dan lain sebagainya
memanfaatkan energi listrik. Begitu juga dengan lingkungan tempat tinggal saya
hampir seluruh aspek bergantung pada energi, namun seiring dengan ketergantungan
itu harga yang harus dibayar semakin hari semakin mahal. Hal yang semakin
menambah sulitnya kondisi adalah dimana masyarakat rata-rata didaerah saya adalh
petani. Namun ada hal lain yang membuat saya memiliki ide tentang energi yang
terbarukan ini adalah masyarakat disekitar ini hampir keseluruhan selain petani padi
mereka juga memilihara sapi. Jadi dengan itu saya berfikir untuk mencoba
mengembangkan potensi daerah ditempat saya untuk memanfaatkan kotoran sapi ini
menjadi biogas yang bisa menghasilkan listrik.
2.
Biogas
Adapun Biogas mengandung beberapa komponen yaitu : CO2, sekitar 25%
sampai 50% per volume, akibat yang ditimbulkan kandungan CO 2 yaitu menurunkan
nilai kalori, meningkatkan jumlah methane dan anti knock pada engine, menyebabkan
korosi (kurangnya kandungan karbon acid)jika gas dalam keadaan basah, serta merusak
alkali dalam baan bakar biogas ini. H2S, sekitar 0 sampai 0,5%, akibat yang ditimbulkan
kandungan H2S yaitu : mengakibatkan korosi pada peralatan dan system perpipaan
(stress corrosion) oleh karena itu banyak produsen mesin menetapkan batas maksimal
H2S yang terkandung hanya 0,05% saja. NH3, sekitar 0-0,05%, emisi NOx setelah
pembakaran merusak kandungan bahan bakar biogas ini, dan meningkatkan sifat antiknock pada engine.
Uap air, sekitar 1-5%, dapat menyebabkan korosi, resiko pembekuan, pada
peralatan, instrument, plant dan system perpipaan. Debu/ Dust, sekitar >5µm,
mengakibatkan terhalangnya nozzle, dan kandungan biogas. N2, sekitar 0-5%, akibat
yang ditimbulkan yaitu mengurangi kandungan nilai kalori, dan meningkatkan anti-knock
pada engine. Siloxanes, sekitar 0-5mg m-3 , mengakibatkan terjadinya abrasive dan
kerusakan pada mesin Kombinasi dari biomassa dan CO-substrat dapat membantu dalam
menurunkan kadar CO2 yang dihasilkan selama proses fermentasi. Dengan FAF sebagai
co-fermentasi, kandungan CO 2 adalah sekitar 35% – lebih rendah dari yang diperoleh
dengan hanya fermentasi pupuk kandang cair (sekitar 40%). Jika jagung dan kotoran
digunakan sebagai co – ferments CO2 sekitar 45%.
3.
Proses Pembuatan Biogas
Pembuatan biogas dari kotoran ternak dikembangkan dengan metodologi
fermentasi anaerob. Tahapan proses dengan metode ini yang pertama adalah proses
asidifikasi, yaitu proses penguraian atau dekomposisi komponen penyusun bahan organik
menjadi asam-asam organik tanpa oksigen. Tahapan proses yang kedua adalah proses
methanasi, yaitu proses perubahan asam-asam organik menjadi biogas. Untuk proses
fermentasi anaerob ini dilakukan dalam sebuah biodigester. Biodigester yang digunakan
adalah type semi permanen yang berbentuk prisma yang terbuat dari bahan fiber. Volume
biodigester ini sebesar 9 m3. Dengan volume sebesar ini maka diharapkan mampu
menampung lebih banyak bahan baku pembuatan biogas secara kontinue. Sehingga dapat
dihasilkan hasil biogas yang semakin banyak pula untuk kebutuhan bahan bakar genset
secara kontinue. Pembangunan sarana dan prasarana biogas Biodigester adalah reaktor
tempat berlangsungnya proses fermentasi limbah/kotoran sapi menjadi biogas.
Di dalam reaktor biodigester ini akan terjadi penguraian bahan-bahan organik
yang terkandung dalam kotoran sapi menjadi asam-asam organik. Selanjutnya asam-asam
organik ini akan terurai secara anaerobik menjadi biogas. Biodigester ini terbuat dari
bahan fiber dengan volume 9 m3. Biodigester ini tersusun dari pelat-pelat berbentuk
persegi empat dan segitiga. Bahan pembuat pelat tersebut terdiri dari campuran fiber dan
resin yang disusun berlapi-lapis hingga mencapai ketebalan 0,8 - 1 cm. Selanjutnya pelatpelat
tersebut
ini
disusun
menjadi
bentuk
menyerupai
prisma/diamond
dan
ditanam/diletakkan dalam galian tanah setinggi 1 - 1,5 m. Hal terpenting dari pembuatan
biodigester ini adalah tidak boleh ada kebocoran sedikitpun dari rangkaian pelat
penyusun biodigester tersebut. Gas holder adalah reaktor penampung biogas yang
berfungsi sebagai tempat penyimpanan biogas sebelum dialirkan melalui pipa koneksi
menuju generator ataupun kompor biogas. Gas holder ini terbuat dari bahan plastik
Polyethylene 150 s/d 200 mikron diameter 1.2 m panjang 2 - 3m.
Biogas yang tertampung dalam gas holder selanjutnya mengalir melalui pipa
koneksi/selang menuju ke rumah-rumah dan selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan
bakar generator dan kompor biogas. Perencanaan desain unit biodigester dan pembinaan
teknis Sebelum dilakukan pembuatan biodigester dan unit perlengkapan lainnya, maka
terlebih dahulu perencanaan desain untuk unit biodigester tersebut. Urutan perencanaan
desain unit biodigester dimulai dengan perhitungan volume biodigester, penentuan model
biodigester. Uji Kinerja Pembangkit Listrik/Genset dengan menggunakan Bahan Bakar
Biogas Setelah pekerjaan perencanaan biodigester dan sarana prasarana biogas telah
selesai dilakukan maka untuk selanjutnya adalah uji kinerja pembangkit listrik/genset
dengan menggunakan bahan bakar biogas.
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan didapatkan data sebagai berikut :
1. Untuk menghasilkan daya sebesar 450 - 1000 Watt sebuah genset memerlukan bahan
bakar biogas sebesar 0,6 - 1 m3 biogas perjam.
2. Pemakaian genset adalah berkisar 12 jam/hari.
3. Konsumsi biogas untuk genset perhari adalah berkisar 7,2 - 12 m3/hari.
4.
Kegiatan penelitian pembangkit listrik berbahan bakar biogas skala rumah tangga ini
merupakan kegiatan kerjasama antara Badan Litbang ESDM dengan Universitas Negeri
Padjajaran (UNPAD) guna meningkatkan peran Energi Baru dan Terbarukan. Berdasarkan
konsep penerapan teknologi produksi biogas untuk bahan bakar pembangkit listrik pada
kegiatan ini maka diperoleh hal-hal berikut :
1. Biogas dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar pembangkit listrik/genset.
2. Untuk menghasilkan daya sebesar 450 - 1000 Watt sebuah genset memerlukan bahan
bakar biogas sebesar 0,6 - 1 m3 biogas perjam.
3. Biogas yang dihasilkan ditampung dalam penampung gas (gas holder) kemudian
disalurkan melalui selang untuk dimanfaatkan sebagai bahan bakar genset dan kompor.
4. Biodigester yang digunakan dalam pembuatan biogas ini adalah biodigester type semi
permanen dengan volume 9 m3. Biodigester ini terbuat dari campuran bahan fber dan
resin yang dibuat berlapis-lapis. Dengan adanya teknologi pembuatan biogas dari kotoran
sapi ini maka manfaat secara langsung yang dapat dirasakan adalah berkurangnya
timbunan kotoran sapi yang berpotensi mencemari udara, tanah dan air.
Sekian dan terimakasi.....................
Matakuliah
: Materi dan Energi
Hari/tgl.
: Rabu, 6 januari 2015
Jam
: 1 x 24 jam
Dosen pembina
: Dr. Ratnawulan, M.Si
===================================================================
Jelaskanlah pertanyaan yang diberikan di bawah ini dengan baik dan benar !
1.
a. Jenis-jenis perubahan wujud materi dalam kehidupan sehari
b. 5 contoh perubahan energi dalam kehidupan sehari-hari
2.
a. Perumusan Hukum ke Nol Termodinamika.
b. Makna Hukum Pertama Termodinamika.
c. Pernyataan Kelvin-Planck dan pernyataan Clausius tentang perumusan Hukum Kedua
Termodinamika
3.
(a) Prinsip kerja bahan bakar padat dan gas dari biomassa; (b) prinsip kerja geothermal, (c).
energi angin, (d) energi surya energi thermal, (e) energi gelombang laut, dapat menjadi
energi listrik
4.
Indonesia memiliki potensi energi terbarukan yang begitu besar, jelaskan kenapa
pemanfaatn energi dari biomassa dan geothermal, energi angin, anergi surya di Indonesia
belum optimal
5.
Berikan alternatif solusi supaya sumber energi terbarukan di Indonesia dapat dimanfaatkan
secara optimal.
=======S e l a m a t B e k e r j a ======
LEMBAR JAWABAN UJIAN AKHIR SEMESTER MATERI ENERGI
NAMA
: RENTI SURYA
NIM
:15175033
MATA KULIAH
: MATERI ENERGI
SKS
:2
1. a. Jenis-jenis perubahan wujud materi dalam kehidupan sehari
Zat didefinisikan sebagai suatu yang menempati ruang dan memiliki massa. Zat
terdiri atas partikel-partikel yang jarak dan kebebasan geraknya berbeda-beda. Partkel adalah
bagian terkecil pembentuk zat. Dalam kehidupan kita 3 jenis wujud zat yaitu padat, cair, dan
gas.
Zat Padat
Zat padat merupakan zat yang memiliki bentuk dan volume yang relatif tetap.
Contoh zat padat yang banyak ditemukan dalam kehidupan sehari-hari antara lain
adalah batu, besi, baja, aluminium dan arang.
Zat padat mempunyai susunan partikel yang teratur dan jarak antar partikel sangat
dekat atau rapat, gaya tarik-menarik antar partikelnya sangat kuat, dan gerak
partikel-partikelnya sangat terbatas. Hal inilah yang menyebabkan zat padat
memiliki bentuk dan volume yang tetap.
Zat Cair
Zat cair merupakan zat yang memiliki bentuk berubah-ubah sesuai dengan
tempatnya tetapi volumenya tetap. Contoh zat cair antara lain adalah air, bensin,
minyak goreng dan oli. Zat cair mempunyai susunan partikel yang kurang teratur
dan jarak antar partikelnya agak renggang, gaya tarik-menarik antar partikelnya
tidak begitu kuat, dan gerak partikel-partikelnya dapat bergerak dengan leluasa
namun masih sulit meninggalkan kelompoknya. Hal ini yang menyebabkan zat cair
memiliki bentuk yang berubah-ubah sesuai sesuai dengan tempatnya dan
volumenya tetap.
Zat Gas
Zat gas merupakan zat yang mempunyai bentuk dan volume yang tidak tetap.
Contoh zat gas yang terdapat di udara antara lain adalah oksigen, hidrogen,
nitrogen, amonia, argon dan neon. Zat gas mempunyai susunan partikel yang tidak
teratur dan jarak antarpartikelnya renggang, gaya tarik-menarik antarpartikelnya
sangat lemah. Selain itu, gerak partikel-partikelnya sangat leluasa dan mudah
meninggalkan kelompoknya. Hal inilah yang menyebabkan zat gas mempunyai
bentuk dan volume yang selalu berubah sesuai dengan wadah yang ditempatinya.
Perubahan wujud zat
Membeku
Membeku adalah proses perubahan wujud suatu zat dari cair menjadi padat.
Contoh jika air dalam kemasan plastik dimasukkan kedalam lemari es (freezer),
lama
kelamaan
air
tersebut
akan
berubah
menjadi
es.
Suhu ketika suatu zat cair berubah wujud menjadi padat dinamakan titik beku.
Mencair
Mencair atau meleleh atau melebura adalah proses perubahan wujud suatu zat dari
padat menjadi cair. Contoh : segumpal es yang dipanaskan akan berubah menjadi
air. Suhu ketika suatu zat mulai mencair disebut dengan titik cair, titik leleh, atau
titik lebur.
Menguap
Menguap adalah proses perubahan wujud suatu zat dari bentuk cair menjadi gas
atau uap. Contoh : air yang dipanaskan sampai mendidih akan berubah menjadi
uap air. Suhu ketika suatu zat cair berubah menjadi uap disebut dengan titik uap.
Mengembun
Mengembun adalah proses perubahan wujud suatu zat dari gas menjadi cair.
Contoh uap air berubah menjadi air.
Menyublin
Menyublin adalah proses perubahan wujud suatu zat dari bentuk padat menjadi
gas. Contoh : kapur barus secara perlahan-lahan akan habis karena menjadi gas.
Mendeposit
Mendeposit adalah proses perubahan wujud suatu zat dari bentuk gas menjadi
padat. Contoh iodium gas akan berubah menjadi iodium padat setelah didinginkan.
b. 5 contoh perubahan energi dalam kehidupan sehari-hari
Ada berbagai bentuk energi, sumber, dan contohnya yang sering dijumpai di
lingkungan kita yakni antara lain energi panas, listrik, kimia, cahaya, nuklir, kinetik ( energi
gerak ), potensial, dan energi bunyi. Pengertian agak rincinya sebagai berikut :
1. Energi Panas- yaitu energi dalam bentuk panas, sumbernya antara lain: matahari, api, dan
benda panas lainnya;
2. Energi Listrik- yaitu energi yang dimiliki arus listrik. Sumber energi listrik antara lain:
nuklir, sel surya, dinamo dan generator, baterai, aki. Peralatan rumah tangga banyak yang
memerlukan energi listrik, antara lain: kipas angin listrik, strika listrik, kulkas, televisi,
radio, mesin cuci, alat pijat, blender, alat penanak nasi, dan lain sebagainya;
3. Energi Kimia-yaitu energi yang timbul karena reaksi kimia. Sumber energi kimia antara
lain: makanan, aki, baterai, solar, bensin. Contoh ; Energi kimia di dalam tubuh manusia
dan dalam bahan bakar;
4. Energi Cahaya-yaitu energi yang dimiliki oleh cahaya. Contoh: pemotongan logam
menggunakan sinar,cahaya laser. Sumber energi cahaya antara lain: sinar matahari,
lampu, dan laser;
5. Energi Nuklir- yaitu energi yang terdapat pada inti atom, contohnya yakni bom atom.
Sumber energi nuklir: unsur kimia radioaktif;
6. Energi Gerak ( Kinetik )- yaitu energi yang timbul karena adanya gerak, contohnya:
orang yang berjalan/berlari, kendaraan yang melaju, benda yang terlontar, dan semua
benda yang bergerak;
7. Energi Potensial- yaitu energi yang dimiliki oleh benda saat benda tersebut diam( tidak
bergerak ) contohnya energi potensial gravitasi dan energi potensial pegas;
8. Energi Bunyi- Energi yang dimiliki oleh bunyi, contohnya petir dapat menggetarkan kaca
jendela. Sumber energi bunyi antara lain: alat-alat musik, radio, pita suara manusia.
Energi tidak dapat diciptakan dan tidak dapat juga dimusnahkan, akan tetapi energi dapat
diubah menjadi energi bentuk lain. Berikut ini beberapa contoh Perubahan Energi :
1. Perubahan energi panas menjadi energi gerak, contohnya kertas yang dibentuk spiral
bergerak saat dipanaskan di atas lilin;
2. Perubahan energi gerak menjadi energi panas. Contoh : tangan kanan dan kiri kita ketika
digosok-gosokkan terasa hangat, ban sepeda/sepeda motor setelah perjalanan cukup jauh
maka menjadi panas;
3. Perubahan energi panas menjadi energi listrik. Contoh: Pembangkit Listrik Tenaga
Geothermal ( panas bumi );
4. Perubahan energi cahaya menjadi energi listrik. Contoh: panel surya
5. Perubahan energi kimia menjadi energi gerak. Contoh: kereta uap(menggunakan bahan
bakar dari batu bara), kendaraan bermotor ( menggunakan bahan bakar bensin, solar, atau
avtur), gergaji mesin;
2.
a. Perumusan Hukum ke Nol Termodinamika.
Hukum ke 0 termodinamika berbunyi : ” Jika 2 buah benda berada dalam kondisi
kesetimbangan termal dengan benda yang ke 3, maka ketiga benda tersebut berada dalam
kesetimbangan termal satu dengan lainnya” . Untuk lebih memahami tentang isi hukum ke
0 termodinamika, maka bunyi hukum ini dapat ditulis ulang dengan kata-kata yang lebih
sederhana yaitu Jika benda A mempunyai temperatur yang sama dengan benda B dan
benda B mempunyai temperatur yang sama dengan benda C maka temperatur benda A akan
sama dengan temperatur benda C atau disebut ketiga benda (benda A, B dan C) berada
dalam kondisi kesetimbangan termal. Kondisi ini dapat digambarkan sebagai berikut:
Kesetimbangan termal antara benda A, benda B dan benda C
Dalam kehidupan sehari-hari banyak kita jumpai fenomena yang menggambarkan
hukum ke 0 termodinamika. Misalnya pada saat kita membuat air hangat untuk mandi. Kita
mencampur air panas dengan air dingin. Pada saat air panas dicampur dengan air dingin,
maka kalor akan berpindah dari air panas ke air dingin. Proses perpindahan panas ini
berlangsung beberapa saat hingga tercapai kesetimbangan termal antara air panas dengan
air dingin. Pada saat tercapai kesetimbangan termal antara air panas dengan air dingin,
temperatur air panas akan turun sedangkan temperatur air dingin akan naik menuju ke
temperatur kesetimbangan termal.
b. Makna Hukum Pertama Termodinamika.
Hukum termodinamika pertama ini berbicara mengenai hukum universal dari
kekekalan energi. Energi adalah kemampuan untuk melakukan kerja. Terdapat banyak
bentuk energy dan semuanya dapat saling berubah bentuk. Hukum kekekalan energi
menyatakan bahwa jumlah total energi di alam selalu konstan sama.
Berdasarkan hukum kekekalan energi, maka hukum termodinamika 1 dirumuskan:
Yaitu : AU = Q + W
Dengan : AU = U2-U1
Jadi, Hukum pertama termodinamika adalah prinsip kekekalan energi yang
dihasilkan pada kalor, usaha, dan energi dalam. Hukum 1 termodinamika menyatakan
bahwa kalor yang terlibat diubah menjadi perubahan energi dalam dan usaha. Sebagai
gagasan dasar dinyatakan bahwa energi dapat disimpan di dalam suatu sistem dalam
berbagai bentuk makroskopik. Energi juga dapat dikonversi dari satu bentuk ke bentuk lain
dan dipindahkan antar sistem. Makna yang tersirat dalam hukum termodinamika ini adalah
bawa kita manusia sebagai hamba Allah yang kecil dapat merendahkan diri dihadapanNya
betapa kecil dan tak berdayanya kita sebagai manusia. Dan betapa Maha besarnya Allah
dengan segala ciptaanNya.
c. Pernyataan Kelvin-Planck dan pernyataan Clausius tentang perumusan Hukum Kedua
Termodinamika
1) Formulasi Kelvin-Planck
“Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus
yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu sumber pada suhu
tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik.” Dengan kata lain, formulasi kelvin-planck
menyatakan bahwa tidak ada cara untuk mengambil energi panas dari lautan dan
menggunakan energi ini untuk menjalankan generator listrik tanpa efek lebih lanjut, misalnya
pemanasan atmosfer. Oleh karena itu, pada setiap alat atau mesin memiliki nilai efisiensi
tertentu. Efisiensi menyatakan nilai perbandingan dari usaha mekanik yang diperoleh dengan
energi panas yang diserap dari sumber suhu tinggi.
2) Formulasi Clausius
“Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus
yang semata-mata memindahkan energi panas dari suatu benda dingin ke benda panas”.
Dengan kata lain, seseorang tidak dapat mengambil energi dari sumber dingin (suhu rendah)
dan memindahkan seluruhnya ke sumber panas (suhu tinggi) tanpa memberikan energi pada
pompa untuk melakukan usaha. (Marthen Kanginan, 2007: 249-250)
Berbeda dari hukum pertama, hukum kedua ini mempunyai berbagai perumusan.
Kelvin mengetengahkan suatu permasalahan dan Planck mengetengahkan perumusan lain.
Karena pada hakekatnya perumusan kedua orang ini mengenai hal yang sama maka
perumusan itu digabung dan disebut perumusan Kelvin-Planck bagi hukum kedua
termodinamika. Perumusan ini diungkapkan demikian :
“Tidak mungkin membuat pesawat yang kerjanya semata-mata menyerap kalor dari
sebuah reservoir dan mengubahnya menjadi usaha” Oleh Clausius, hukum kedua
termodinamika dirumuskan dengan ungkapan : “Tidak mungkin membuat pesawat yang
kerjanya hanya menyerap kalor dari reservoir bertemperatur rendah dan memindahkan
kalor ini ke reservoir yang bertemperatur tinggi, tanpa disertai perubahan lain”.
3.
(a) Prinsip kerja bahan bakar padat dan gas dari biomassa
Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan melalui pross fotosintetik, baik berupa
produk maupun buangan. Biomassa antara lain adalah tanaman, pepohonan, rumput, ubi,
limbah pertanian, limbah hutan,tinja dan kotoran ternak. Bahan bakar padat biomassa
dengan penggunaan langsung biasanya dalam bentuk padatan yang mudah terbakar, baik
kayu bakar, bambu atau tanaman lapangan yang mudah terbakar.
Sedangkan bahan bakar biomassa gas Biogas dihasilkan dari sampah organik yang
mengalami proses hidrolisis dan fermentasi oleh bakteri-bakteri tertentu untuk menghasilkan
biogas tertentu.`Proses dapat dilihat pada skema berikut:
(b) prinsip kerja geothermal
Sumber energi panas bumi menjanjikan dapat memenuhi kebutuhan sumber energi
saat ini. Sebab diperkirakan akan mampu menutupi kelemahan yang dimiliki oleh energi
minyak yaitu mahalnya poses produksinya. PLTP merupakan pembangkit listrik sumber
panas bumi yang sangat ekonomis mengingat bahan pruduksinya berupa air yang
diinjeksikan kedalam perut bumi untuk menghasilkan uap, jadi tak ada biaya untuk bahan
pengolahan bahan lainnya selain air. Setelah uap air terbentuk dan mempunyai tekanan /
energi potensial dari sumur produksi, uap dipisahkan dari kandungan air menjadi uap kering
pada separator untuk selanjutnya uap tersebut digunakan untuk menggerakan generator
penghasil listrik melalui turbin uap. PLTP (Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi) pada
pengoperasiannya sama sekali tidak menghasilkan gas karbon sehingga benar benar ramah
terhadap lingkungan, hal seperti inilah yang diharapkan oleh masyarakat dari berbagai
penjuru dunia.
PLTP pertama di Indonesia yang saat ini tengah beropersi adalah di Kamojang Garut
Jawa Barat yang dibangun tahun 1983 dengan kapasitas sekitar 110 MW. Indonesia yang
merupakan negeri dengan banyak gunung berapi, merupakan potensial tersendiri bagi
pengembangan PLTP dan diperkirakan mempunyai kapasitas sekitar 40% atau sekitar 27000
MW dari total cadangan panas bumi dunia dan baru termanfaatkan sekitar 4% nya saja.
Geothermal power diharapkan dapat mengurangi dan akhirnya menggantikan PLTD PLTD
yang saat ini merupakan masalah bagi negeri ini.
Cara kerja Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)
1.
Pada prinsipnya PLTP merupakan Pembangkit listrik tenaga uap seperti pada umumnya.
Hanya untuk PLTP ini uap yang digunakan bukan berasal dari boiler tetapi uap berasal
dari dapur di dalam perut bumi.
2.
Secara sederhana cara kerja PLTP dapat digambarkan sebagai berikut
3.
Air disuntikan kedalam perut bumi dimana terdapat sumber panas alami melalui injektor.
4.
Air akan mengalami pemanasan dan menjadi uap bertekanan dan keluar melalui sumur
produksi.
5.
Uap yang keluar masih mengandung air sehingga harus dilakukan pemisahan antara uap
dan air pada separator.
6.
Dari sini uap kering akan menuju turbin dan selanjutnya menjalankan generator untuk
digunakan sebagai pembangkit listrik, sedangkan airnya akan menuju kembali kedalam
injektor.
7.
Setelah uap menyelesaikan tugasnya menggerakan turbin maka akan menuju kondensor
untuk dijadikan air kembali. Air dari kondensor akan didinginkan pada tangki pendingin
melalui sistim pendinginan udara untuk selanjutnya air dapat di injeksikan kembali pada
sumur injeksi.
.
(c). Energi angin
Pembangkit listrik tenaga angin adalah suatu pembangkit listrik yang menggunakan
angin sebagai sumber energi untuk menghasilkan energi listrik. Pembangkit ini dapat
mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau
kincir angin. Sistem pembangkitan listrik menggunakan angin sebagai sumber energi
merupakan sistem alternatif yang sangat berkembang pesat, mengingat angin merupakan
salah satu energi yang tidak terbatas di alam.
Komponen PLT Angin :
gambar PLT Angin
Anemometer : Mengukur kecepatan angin dan mengirimkan data kecepatan angin ke
pengontrol.
Blades : Kebanyakan turbin baik dua atau tiga pisau. Angin bertiup di atas menyebabkan
pisau pisau untuk "mengangkat" dan berputar.
Brake : Sebuah cakram rem, yang dapat diterapkan dalam mekanik, listrik, hidrolik atau
untuk menghentikan rotor dalam keadaan darurat.
Controller : pengontrol mesin mulai dengan kecepatan angin sekitar 8-16 mil per jam
(mph) dan menutup mesin turbin sekitar 55 mph. tidak beroperasi pada kecepatan angin
sekitar 55 mph di atas, karena dapat rusak karena angin yang kencang.
Gear box : Gears menghubungkan poros kecepatan tinggi di poros kecepatan rendah dan
meningkatkan kecepatan sekitar 30-60 rotasi per menit (rpm), sekitar 1000-1800 rpm,
kecepatan rotasi yang diperlukan oleh sebagian besar generator untuk menghasilkan
listrik. gearbox adalah bagian mahal (dan berat) dari turbin angin dan insinyur generator
mengeksplorasi "direct-drive" yang beroperasi pada kecepatan rotasi yang lebih rendah
dan tidak perlu kotak gigi.
Generator : Biasanya standar induksi generator yang menghasilkan listrik dari 60 siklus
listrik AC.
High-speed shaft : drive generator
Low-speed shaft : Mengubah poros rotor kecepatan rendah sekitar 30-60 rotasi per menit.
Nacelle : nacelle berada di atas menara dan berisi gear box, poros kecepatan rendah dan
tinggi, generator, kontrol, dan rem.
Pitch : Blades yang berbalik, atau nada, dari angin untuk mengontrol kecepatan rotor dan
menjaga rotor berputar dalam angin yang terlalu tinggi atau terlalu rendah untuk
menghasilkan listrik.
Rotor : pisau dan terhubung bersama-sama disebut rotor.
Tower : Menara yang terbuat dari baja tabung (yang ditampilkan di sini), beton atau kisi
baja. Karena kecepatan angin meningkat dengan tinggi, menara tinggi memungkinkan
turbin untuk menangkap lebih banyak energi dan menghasilkan listrik lebih banyak.
Wind direction : Ini adalah turbin "pertama",yang disebut karena beroperasi melawan
angin. turbin lainnya dirancang untuk menjalankan "melawan arah angin," menghadap
jauh dari angin.
Wind vane : Tindakan arah angin dan berkomunikasi dengan yaw drive untuk
menggerakkan turbin dengan koneksi yang benar dengan angin.
Yaw drive : digunakan untuk menjaga rotor menghadap ke arah angin sebagai perubahan
arah angin. Dan Yaw motor : kekuatan drive yaw.
Cara kerja PLT Angin :
Energi angin memutar turbin angin. Turbin angin bekerja berkebalikan dengan
kipas angin (bukan menggunakan listrik untuk menghasilkan listrik, namun
menggunakan angin untuk menghasilkan listrik). Kemudian angin akan memutar sudut
turbin, lalu diteruskan untuk memutar rotor pada generator di bagian belakang turbin
angin. Generator mengubah energi gerak menjadi energi listrik dengan teori medan
elektromagnetik, yaitu poros pada generator dipasang dengan material ferromagnetik
permanen. Setelah itu di sekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya adalah
kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop. Ketika poros generator mulai berputar
maka akan terjadi perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi perubahan
fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang
dihasilkan ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya digunakan oleh
masyarakat. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC
(alternating current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih sinusoidal. Energi
Listrik ini biasanya akan disimpan kedalam baterai sebelum dapat dimanfaatkan.
(d) energi surya thermal
Sel surya atau juga sering disebut fotovoltaik adalah divais yang mampu
mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai
pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang
sampai kebumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari
matahari juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal.
Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan,
dimana saat kondisi gelap atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan saat disinari
dengan cahaya matahari dapat menghasilkan tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel
surya komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1 volt, dan arus short-circuit
dalam skala milliampere per cm2. Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk berbagai
aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya disusun secara seri membentuk modul surya.
Satu modul surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total menghasilkan tegangan dc
sebesar 12 V dalam kondisi penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut bisa
digabungkan secara paralel atau seri untuk memperbesar total tegangan dan arus outputnya
sesuai dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu. Gambar dibawah menunjukan
ilustrasi dari modul surya.
Modul
surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya yang dirangkai seri untuk memperbesar total daya
output. (Gambar :”The Physics of Solar Cell”, Jenny Nelson)
Struktur Sel Surya
Sesuai dengan perkembangan sains&teknologi, jenis-jenis teknologi sel surya pun
berkembang dengan berbagai inovasi.
Stru
ktur dari sel surya komersial yang menggunakan material silikon sebagai semikonduktor.
(Gambar:HowStuffWorks)
Gambar diatas menunjukan ilustrasi sel surya dan juga bagian-bagiannya. Secara umum
terdiri dari :
1. Substrat/Metal backing
Substrat adalah material yang menopang seluruh komponen sel surya. Material substrat
juga harus mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga berfungsi sebagai
kontak terminal positif sel surya, sehinga umumnya digunakan material metal atau
logam seperti aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya dye-sensitized (DSSC)
dan sel surya organik, substrat juga berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya
sehingga material yang digunakan yaitu material yang konduktif tapi juga transparan
sepertii ndium tin oxide (ITO) dan flourine doped tin oxide (FTO).
2. Material semikonduktor
Material semikonduktor merupakan bagian inti dari sel surya yang biasanya
mempunyai tebal sampai beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi pertama
(silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya lapisan tipis. Material semikonduktor
inilah yang berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk kasus gambar
diatas, semikonduktor yang digunakan adalah material silikon, yang umum
diaplikasikan di industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan tipis, material
semikonduktor yang umum digunakan dan telah masuk pasaran yaitu contohnya
material Cu(In,Ga)(S,Se)2 (CIGS), CdTe (kadmium telluride), dan amorphous silikon,
disamping material-material semikonduktor potensial lain yang dalam sedang dalam
penelitian intensif seperti Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTS) dan Cu2O (copper oxide).
Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction atau gabungan dari dua
material semikonduktor yaitu semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan
diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll) yang membentuk p-n junction. P-n junction
ini menjadi kunci dari prinsip kerja sel surya.
3. Kontak metal / contact grid
Selain substrat sebagai kontak positif, diatas sebagian material semikonduktor
biasanya dilapiskan material metal atau material konduktif transparan sebagai
kontak negatif.
4. Lapisan antireflektif
Refleksi cahaya harus diminimalisir agar mengoptimalkan cahaya yang terserap
oleh semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi oleh lapisan antirefleksi. Material anti-refleksi ini adalah lapisan tipis material dengan besar indeks
refraktif optik antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan cahaya
dibelokkan ke arah semikonduktor sehingga meminimumkan cahaya yang
dipantulkan kembali.
5. Enkapsulasi / cover glass
Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk melindungi modul surya dari hujan
atau kotoran.
Cara kerja sel surya
Sel surya konvensional bekerja menggunakan prinsip p-n junction, yaitu junction
antara semikonduktor tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-ikatan atom
yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai
kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan
hole (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan hole tersebut
bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk
mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk
mendapatkan material silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor. Ilustrasi dibawah
menggambarkan junction semikonduktor tipe-p dan tipe-n.
Junction antara semikonduktor tipe-p (kelebihan hole) dan tipe-n (kelebihan
elektron). (Gambar : eere.energy.gov)
Peran dari p-n junction ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga
elektron (dan hole) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika
semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari
semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor
tipe-n, dan sebaliknya kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari aliran
elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari
mengenai susuna p-n junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari
semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan
sebaliknya hole bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti
diilustrasikan pada gambar dibawah.
(e) energi gelombang laut
Kekuatan gelombang adalah solusi yang relatif tidak dikenal sebagai sumber energi
bersih, namun terganggu dan terus-menerus memiliki potensi untuk menjadi salah satu pemasok
paling abadi kebutuhan sumber energi masa depan dunia jika beberapa kendala dapat diatasi.
Salah satu masalah utama dengan sebagian besar teknologi gelombang adalah bahwa gelombang
memiliki terlalu banyak energi. Halaman ini akan memberikan gambaran tentang potensi besar
serta tantangan, dan mengeksplorasi bagaimana teknologi yang sedang disesuaikan di seluruh
dunia. Inggris memiliki 35 dari hampir 130 energi gelombang dan perangkat sungai pasang surut
pengembang di dunia, yang meliputi Pelamis, Aquamarine Power dan Kelautan Turbin sekarang.
Menurut Andy Baldock, seorang analis energi gelombang Inggris dari perusahaan teknik
Black & Veatch, "ada perasaan yang berkembang bahwa teknologi bisa sukses." Penelitian
tenaga ombak dimulai sekitar 20 tahun yang lalu katanya, berasal dari tingginya populasi, tempat
yang haus energi seperti Inggris dan Eropa yang memiliki beberapa sumber energi alam.
Kemajuan terus di menyembur seperti gelombang dan ketenangan sampai beberapa kali ketika
dorongan lebih mendesak untuk sumber energi terbarukan memicu dana penelitian dan
pengembangan. "Ada sejumlah fenomenal [teknologi gelombang] perangkat di luar sana, dengan
beberapa ribu paten. Lebih dari 100 ide telah aktif diupayakan, dimana sekitar 50 memiliki
jumlah yang wajar dari kerja yang dilakukan mereka dan sekitar 20 masih dikejar cukup serius .
Setidaknya sepuluh penelitian berencana untuk mematenkan prototipe skala penuh, "kata
Baldock.
Pertama-tama aliran gelombang laut yang mempunyai energi kinetik masuk kedalam
mesin konversi energi gelombang. Kemudian dari mesin konversi aliran gelombang yang
mempunyai energi kinetik ini dialirkan menuju turbin. Di dalam turbin ini, energi kinetik yang
dihasilkan gelombang digunakan untuk memutar rotor. Kemudian dari perputaran rotor inilah
energi mekanik yang kemudian disalurkan menuju generator. Di dalam generator, energi
mekanik ini dirubah menjadi energi listrik (daya listrik). Dari generator ini, daya listrik yang
dihasilkan dialirkan lagi menuju sistem tranmisi (beban).
4.
Indonesia memiliki potensi energi terbarukan yang begitu besar, jelaskan kenapa
pemanfaatn energi dari biomassa dan geothermal, energi angin, anergi surya di Indonesia
belum optimal.
Banyak faktor yang menyebabkan energi alternatif tidak optimal yang pertama
ketergantungan terhadap pemakaian bahan bakar fosil, kedua pemerintah yang memegang
tampuk kekuaaan tidak terfokus pada pemberdayaan enegri masa depan, ketiga SDM yang
belum memadai karena banyaknya peneliti kompeten banyak bekerja di luar negeri. Dan
terakhir meskipun sumber energi alteratif murah dan ramh lingkungan namun untuk
pengadaan secara besar-besaran ekonomi negara kita belum mampu menyokongnya.
5.
Berikan alternatif solusi supaya sumber energi terbarukan di Indonesia dapat dimanfaatkan
secara optimal.
Jika benar –benar ingin memanfaatn energi alternatif ini tentu pemerintah harus
melangaah lebih dulu untuk mendanai pembangunan energi alternatif ini. Kemudian
meemaksimalkan SDM yang kita miliki. Namun jika hal itu belum dapat menjawabnya
maka setidaknya kita mulai dengan energi yang pembanguunannya lebih muran mskipun
dengan skala yang kecil.
6.
Sumber energi alternatif yang mungkin bisa dikembangkan di Nagari Tabek Batusangkar
temapat tinggal saya adalah Biogas.
1.
Analisis Kebutuhan
Tidak dapat dielakkan bahwa di era ini manusia sangat tergantung terhadap sumber
energi, baik untuk kebutuhan memasak, mandi, belajar, bekerja dan lain sebagainya
memanfaatkan energi listrik. Begitu juga dengan lingkungan tempat tinggal saya
hampir seluruh aspek bergantung pada energi, namun seiring dengan ketergantungan
itu harga yang harus dibayar semakin hari semakin mahal. Hal yang semakin
menambah sulitnya kondisi adalah dimana masyarakat rata-rata didaerah saya adalh
petani. Namun ada hal lain yang membuat saya memiliki ide tentang energi yang
terbarukan ini adalah masyarakat disekitar ini hampir keseluruhan selain petani padi
mereka juga memilihara sapi. Jadi dengan itu saya berfikir untuk mencoba
mengembangkan potensi daerah ditempat saya untuk memanfaatkan kotoran sapi ini
menjadi biogas yang bisa menghasilkan listrik.
2.
Biogas
Adapun Biogas mengandung beberapa komponen yaitu : CO2, sekitar 25%
sampai 50% per volume, akibat yang ditimbulkan kandungan CO 2 yaitu menurunkan
nilai kalori, meningkatkan jumlah methane dan anti knock pada engine, menyebabkan
korosi (kurangnya kandungan karbon acid)jika gas dalam keadaan basah, serta merusak
alkali dalam baan bakar biogas ini. H2S, sekitar 0 sampai 0,5%, akibat yang ditimbulkan
kandungan H2S yaitu : mengakibatkan korosi pada peralatan dan system perpipaan
(stress corrosion) oleh karena itu banyak produsen mesin menetapkan batas maksimal
H2S yang terkandung hanya 0,05% saja. NH3, sekitar 0-0,05%, emisi NOx setelah
pembakaran merusak kandungan bahan bakar biogas ini, dan meningkatkan sifat antiknock pada engine.
Uap air, sekitar 1-5%, dapat menyebabkan korosi, resiko pembekuan, pada
peralatan, instrument, plant dan system perpipaan. Debu/ Dust, sekitar >5µm,
mengakibatkan terhalangnya nozzle, dan kandungan biogas. N2, sekitar 0-5%, akibat
yang ditimbulkan yaitu mengurangi kandungan nilai kalori, dan meningkatkan anti-knock
pada engine. Siloxanes, sekitar 0-5mg m-3 , mengakibatkan terjadinya abrasive dan
kerusakan pada mesin Kombinasi dari biomassa dan CO-substrat dapat membantu dalam
menurunkan kadar CO2 yang dihasilkan selama proses fermentasi. Dengan FAF sebagai
co-fermentasi, kandungan CO 2 adalah sekitar 35% – lebih rendah dari yang diperoleh
dengan hanya fermentasi pupuk kandang cair (sekitar 40%). Jika jagung dan kotoran
digunakan sebagai co – ferments CO2 sekitar 45%.
3.
Proses Pembuatan Biogas
Pembuatan biogas dari kotoran ternak dikembangkan dengan metodologi
fermentasi anaerob. Tahapan proses dengan metode ini yang pertama adalah proses
asidifikasi, yaitu proses penguraian atau dekomposisi komponen penyusun bahan organik
menjadi asam-asam organik tanpa oksigen. Tahapan proses yang kedua adalah proses
methanasi, yaitu proses perubahan asam-asam organik menjadi biogas. Untuk proses
fermentasi anaerob ini dilakukan dalam sebuah biodigester. Biodigester yang digunakan
adalah type semi permanen yang berbentuk prisma yang terbuat dari bahan fiber. Volume
biodigester ini sebesar 9 m3. Dengan volume sebesar ini maka diharapkan mampu
menampung lebih banyak bahan baku pembuatan biogas secara kontinue. Sehingga dapat
dihasilkan hasil biogas yang semakin banyak pula untuk kebutuhan bahan bakar genset
secara kontinue. Pembangunan sarana dan prasarana biogas Biodigester adalah reaktor
tempat berlangsungnya proses fermentasi limbah/kotoran sapi menjadi biogas.
Di dalam reaktor biodigester ini akan terjadi penguraian bahan-bahan organik
yang terkandung dalam kotoran sapi menjadi asam-asam organik. Selanjutnya asam-asam
organik ini akan terurai secara anaerobik menjadi biogas. Biodigester ini terbuat dari
bahan fiber dengan volume 9 m3. Biodigester ini tersusun dari pelat-pelat berbentuk
persegi empat dan segitiga. Bahan pembuat pelat tersebut terdiri dari campuran fiber dan
resin yang disusun berlapi-lapis hingga mencapai ketebalan 0,8 - 1 cm. Selanjutnya pelatpelat
tersebut
ini
disusun
menjadi
bentuk
menyerupai
prisma/diamond
dan
ditanam/diletakkan dalam galian tanah setinggi 1 - 1,5 m. Hal terpenting dari pembuatan
biodigester ini adalah tidak boleh ada kebocoran sedikitpun dari rangkaian pelat
penyusun biodigester tersebut. Gas holder adalah reaktor penampung biogas yang
berfungsi sebagai tempat penyimpanan biogas sebelum dialirkan melalui pipa koneksi
menuju generator ataupun kompor biogas. Gas holder ini terbuat dari bahan plastik
Polyethylene 150 s/d 200 mikron diameter 1.2 m panjang 2 - 3m.
Biogas yang tertampung dalam gas holder selanjutnya mengalir melalui pipa
koneksi/selang menuju ke rumah-rumah dan selanjutnya dapat digunakan sebagai bahan
bakar generator dan kompor biogas. Perencanaan desain unit biodigester dan pembinaan
teknis Sebelum dilakukan pembuatan biodigester dan unit perlengkapan lainnya, maka
terlebih dahulu perencanaan desain untuk unit biodigester tersebut. Urutan perencanaan
desain unit biodigester dimulai dengan perhitungan volume biodigester, penentuan model
biodigester. Uji Kinerja Pembangkit Listrik/Genset dengan menggunakan Bahan Bakar
Biogas Setelah pekerjaan perencanaan biodigester dan sarana prasarana biogas telah
selesai dilakukan maka untuk selanjutnya adalah uji kinerja pembangkit listrik/genset
dengan menggunakan bahan bakar biogas.
Dari hasil pengujian yang telah dilakukan didapatkan data sebagai berikut :
1. Untuk menghasilkan daya sebesar 450 - 1000 Watt sebuah genset memerlukan bahan
bakar biogas sebesar 0,6 - 1 m3 biogas perjam.
2. Pemakaian genset adalah berkisar 12 jam/hari.
3. Konsumsi biogas untuk genset perhari adalah berkisar 7,2 - 12 m3/hari.
4.
Kegiatan penelitian pembangkit listrik berbahan bakar biogas skala rumah tangga ini
merupakan kegiatan kerjasama antara Badan Litbang ESDM dengan Universitas Negeri
Padjajaran (UNPAD) guna meningkatkan peran Energi Baru dan Terbarukan. Berdasarkan
konsep penerapan teknologi produksi biogas untuk bahan bakar pembangkit listrik pada
kegiatan ini maka diperoleh hal-hal berikut :
1. Biogas dapat dimanfaatkan sebagai bahan bakar pembangkit listrik/genset.
2. Untuk menghasilkan daya sebesar 450 - 1000 Watt sebuah genset memerlukan bahan
bakar biogas sebesar 0,6 - 1 m3 biogas perjam.
3. Biogas yang dihasilkan ditampung dalam penampung gas (gas holder) kemudian
disalurkan melalui selang untuk dimanfaatkan sebagai bahan bakar genset dan kompor.
4. Biodigester yang digunakan dalam pembuatan biogas ini adalah biodigester type semi
permanen dengan volume 9 m3. Biodigester ini terbuat dari campuran bahan fber dan
resin yang dibuat berlapis-lapis. Dengan adanya teknologi pembuatan biogas dari kotoran
sapi ini maka manfaat secara langsung yang dapat dirasakan adalah berkurangnya
timbunan kotoran sapi yang berpotensi mencemari udara, tanah dan air.
Sekian dan terimakasi.....................