Intake

Silabi
1. Pengertian Umum Energi
2. Permasalahan di Bidang Energi
3. Energi Baru dan Terbarukan (EBT) :
• Energi Biofuel
• Energi Biomassa
• Energi Panas Bumi
• Energi Air
• Energi Surya
• Energi Pasang Surut
• Energi Ombak
• Energi Angin
• Energi Osmosis
• Energi Magnet
• Energi Gravitasi
• Energi Radiasi
4. Dasar Konversi Energi
5. Rekayasa Energi Terbarukan
Energi Air
• Energi yang terkandung dalam air bisa dibedakan atas
2 jenis :
1. Energi potensial
2. Energi kimiawi
• Energi potensial : memanfaatkan fluida air dengan
beberapa konfigurasi :
a. Air jatuh secara gravitasional sehingga memiliki
energi potensial  air terjun, ombak.
b. Air mengalir di sungai dari suatu ketinggian.
c. Air sebagai massa penghasil beda suhu.
• Energi kimiawi : mengekstrak struktur asli air (H2O)
menjadi bahan bakar (hidrogen, H) dan oksigen.
Energi Potensial Air
• Energi potensial yang terkandung pada air terjun :
E = m.g.h
di mana:
E = energi potensial (kg m2/s)
m = massa (kg)
g = percepatan gravitasi (m/s)
h = tinggi relatif terhadap permukaan bumi (m)
• Debit air :
Q = dm/dt
di mana:
Q = debit air (kg/s)
dm = elemen massa air (kg)
dt = elemen waktu (s)
Contoh soal konversi
• Energi potensial : E = m.g.h (kg m2/s)
• Debit air : Q = dm/dt (kg/s)
• Daya teoritis kasar : P = 9.81 Q.h (kW)
Pemanfaatan Energi Potensial Air
• Pemanfaatan Tinggi Terjun
 Jenis Terusan Air (water way)
 Jenis Bendungan/Dam
 Jenis Terusan dan Dam (hybrid)
• Pemanfaatan Aliran Air
• Jenis Aliran Sungai Langsung (run of river)
• Jenis Kolam Pengatur (regulatoring pond)
• Jenis Waduk (reservoir)
• Jenis Pompa (pump storage)
Jenis Terusan Air (water way)
• Mempunyai tempat ambil air (intake) di hulu sungai dg
kemiringan (gradient) yang agak kecil dan mengalirkan
air ke hilir melalui terusan air. Tenaga listrik dibangkitkan dengan cara memanfaatkan tinggi terjun dan
kemiringan sungai.
Jenis Bendungan/Dam
• Pembuatan bendungan dimaksudkan untuk menaikkan
permukaan air di hulu sungai guna membangkitkan
energi potensial yang lebih besar.
Jenis Aliran Sungai Langsung (run of river)
• Membangkitkan listrik dengan memanfaatkan aliran
sungai itu sendiri secara alamiah.
Jenis Kolam Pengatur (regulatoring pond)
• Mengatur aliran sungai setiap hari atau setiap minggu
dengan menggunakan kolam pengatur yang dibangun
melintang sungai dan membangkitkan listrik sesuai
dengan beban.
Jenis Waduk (reservoir)
• Di buat dengan cara membangun waduk yang melintang
sungai, sehingga terbentuk seperti danau buatan, atau
bisa dari danau asli sebagai penampung air hujan untuk
cadangan untuk musim kemarau.
Jenis Pompa (Pumped Storage)
• Memanfaatkan tenaga listrik yang berlebihan ketika
musim hujan atau pada saat pemakaian tenaga listrik
berkurang saat tengah malam, sebgian turbin difungsikan sebagai pompa untuk memompa air hilir ke hulu, jadi
pembangkit ini memanfaatkan kembali air yang dipakai
saat beban puncak dan dipompa ke atas lagi saat beban
puncak terlewati.
Bendung vs Bendungan
• Bendung :
 Berguna utk menaikkan elevasi muka air sungai shg bisa
mencapai elevasi daerah layanan, atau utk tujuan tertentu
(misal utk meningkatkan head dalam PLTA).
 Tidak membutuhkan tampungan (waduk).
 Biasanya dibangun pada DAS bagian tengah, di mana debit
tersedia besar dan beda elevasi daerah layanan tidak
terlalu tinggi dari elevasi muka air sungai (tidak lebih dari
5 meter).
• Bendungan :
 Berguna untuk menaikkan elevasi muka air, dan meningkatkan debit tersedia pada musim kemarau.
 Membutuhkan tampungan (waduk).
 Biasanya dibangun pada DAS bagian hulu dimana debit
tersedia relatif kecil dan beda elevasi daerah layanan
cukup tinggi dari elevasi muka air sungai (bisa lebih dari
50 meter).
Bendung vs Bendungan
Komponen Bendungan :
1. Tubuh bendungan : urugan tanah dan/atau batu, beton
2. Waduk : merupakan tampungan alamiah yang berfungsi
untuk menyimpan air sementara.
3. Pelimpah banjir : sistem pembuangan (outlet) akibat
kelebihan air di waduk.
4. Intake : Bangunan pengambilan air dari waduk untuk
melayani kebutuhan air yang dibebankan kepadanya.
5. Sistem pengelak berupa bendungan pengelak
(cofferdam) dan terowongan pengelak yang disediakan
sebagai pengaman saatkegiatan konstruksi.
6. Prasarana pendukung : inspection gallery, jalan akses,
gardu pandang, rumah pembangkit dari PLTA, instalasi
penjernihan air bersih, sarana rekreasi, dll.
Kincir dan Turbin
• Pemanfaatan energi air dalam skala kecil bisa berupa
penerapan kincir air dan turbin.
• Jenis kincir air berdasarkan sistem aliran airnya :
 Overshot : air melalui atas kincir dan kincir berada di
bawah aliran air. Air memutar kincir dan air jatuh ke
permukaan lebih rendah.
 Breastshot : kincir diletakkan sejajar dengan aliran
air sehingga air mengalir melalui tengah2 kincir.
 Undershot : posisi kincir air diletakkan agak ke atas
dan sedikit menyentuh air. Aliran air yang menyentuh
kincir di bagian bawah menggerakkan kincir.
 Pitch-back : posisi kincir sedikit di bawah posisi
overshot, air akan memutar kincir berlawanan arah
dengan jenis overshot.
Besar Daya Kincir Air
Bhp = η σ Q h
Di mana :
η
σ
Q
h
Bhp
= efisiensi sistem (-)
= berat air persatuan volume (N/m3)
= debit air (m3/det)
= ketinggian permukaan (m)
= daya yang diberikan aliran air melalui kincir (Watt)
 Kincir pada umumnya digunakan untuk aras daya rendah
(putaran juga rendah) sehingga cocok digunakan untuk
PLTMH.
Turbin
• Turbin pada umumnya digunakan untuk pembangkitan
listrik berdaya besar sehingga cocok untuk PLTA atau
PLTU.
• Klasifikasi turbin air berdasarkan prinsip kerjanya :
a. Turbin Aksi (Impuls)
b. Turbin Reaksi
• Turbin juga bisa diklasifikasikan berdasarkan Head dan
Debit, berdasarkan Arah Aliran, dan berdasarkan
Kecepatan Spesifik.
• Beberapa jenis turbin : Turbin Kaplan, Turbin Pelton,
Turbin Francis, Turbin Ossberger.
Turbin Kaplan
Turbin Pelton
Turbin Francis
Turbin Ossberger
Turbin Picohydro
Energi Kimiawi Air
• Air menutupi hampir 71% permukaan Bumi. Terdapat 1,4
triliun kilometer kubik (330 juta mil³) tersedia di Bumi.
• Unsur kimiawi air : H2O
• Hidrogen : gas yang amat mudah terbakar  potensial
sebagai sumber energi.
• Oksigen : zat asam yang diperlukan dalam pembakaran.
• Permasalahan : bagaimana mengekstrasi hidrogen dan
oksigen menjadi gas yang lepas.
• Dua metode yang umum :
1. Elektrolisis
2. Pemecahan ikatan dengan agitasi
Elektrolisis
• Molekul air bisa diuraikan menjadi unsur-unsur asalnya
dengan mengalirinya arus listrik (elektrolisis).
• Pada katode, dua molekul air bereaksi dengan menangkap
dua elektron, tereduksi menjadi gas H2 dan ion
hidroksida (OH-).
• Sementara itu pada anode, dua molekul air lain terurai
menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4 ion H+ serta
mengalirkan elektron ke katode.
• Ion H+ dan OH- mengalami netralisasi sehingga
terbentuk kembali beberapa molekul air.
• Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini
membentuk gelembung pada elektrode dan dapat
dikumpulkan.
Contoh Electrolyser
Contoh Electrolyser
Metode Pemisahan Hidrogen : Reaktor Solar-Termal
• Menggunakan cahaya matahari sebagai sumber energi
untuk memecah air menjadi elemen-elemen hidrogen dan
oksigen.
• Metodenya menggunakan sejumlah besar cermin akan
memusatkan cahaya matahari ke satu titik di atas
menara pusat sehingga suhu naik hingga 1.350 derajat C.
• Energi tersebut dikirim ke tabung reaktor yang
mengandung oksida logam, yang jika dipanaskan akan
melepaskan atom-atom oksigen. Hal itu akan
menyebabkan unsur-unsur mencari atom-atom oksigen
baru.
• Ketika uap yang dihasilkan dari air mendidih dalam
tabung reaktor ditambahkan, molekul-molekul oksigen
akan menempel pada oksida logam, membebaskan
molekul-molekul hidrogen untuk berkumpul menjadi gas.
Resonator
• Ikatan molekul H2O bisa dipecah dengan efek agitasi.
• Efek agitasi bisa didapat dengan menggetarkan air
secara elektromagnetik maupun secara akustik.
• Frekuensi resonansi untuk air adalah sekitar 42.7 kHz
dan 2.4 MHz.
• Rangkaian resonator bisa dibuat dengan memperkuat
sinyal 42.7 kHz hingga aras tertentu untuk memecah
H2O menjadi gas H-H-O.
Resonator (Stanley Meyer)
Resonator
Resonator
Resonator
Resonator
Resonator