konversi energi

1

Prinsip-prinsip Konversi Energi

2

Bentuk Awal Energi• Sumber energi mula-mula adalah

sumber energi yang digunakan untuk menghasilkan tenaga (power). – Kimia / Biologi

Minyak bumi, gas, batubara, kayu, limbah

– Pergerakan (motion) atau energi kinetikangin, air, gelombang

– Energi potensialbaterai, air, nuklir

– PanasPanas bumi, ocean thermal, solar thermal

3

Sumber energi utama– Minyak bumi– Batubara– Gas– Biomassa– Air– Nuklir

4

Penggunaan umum bahan bakar

• Batubara– Proses industri thermal, listrik

• Minyak bumi– Bahan bakar transportasi, industri kimia,

listrik, pemanasan ruangan• Gas

– Listrik, industri kimia, pemanasan, memasak, transportasi

• Biomass– Pemanasan, memasak

• Nuklir– Listrik

5

Konversi Energi• Sistem-sistem konversi energi mengkonversi

energi dari satu bentuk ke bentuk lain. – Biasanya menghasilkan panas yang digunakan

pada mesin termal (heat engine)

• Kenyamaan penggunaan– Listrik ideal untuk penggunaan rumah tangga

(domestic), cairan penting bagi sektor transportasi, dan gas sangat baik untuk pemanasan cepat

• Transmisi– Listrik relatif mudah dan murah untuk

ditransmisikan

6

Contoh Konversi Energi• Bendungan air

pembangkit listrik– Aliran air → listrik

• Pembangkit lisrik thermal– Batubara → panas

→ listrik• Solar hot water

system– Energi matahari →

panas

• Photovoltaic (PV)– Energi matahari →

listrik• Pembangkit

berbahan bakar oil– Minyak bumi →

panas → listrik• Pemanas kerosin

– kerosin → panas• Pemanas

pembakaran lambat– Kayu → panas

7

Konversi Energi melalui Panas

• Dua tipe dasar dari sistem konversi energi:– Mesin termal (heat engine)– Pompa panas (heat pump)

8

Mesin Termal• Mengkonversi panas menjadi kerja

– Menghasilkan energi dalam bentuk lain (gerak, listrik)

• Panas disuplai pada temperatur tinggi dan kemudian di-discharge ke lingkungan (yang bertemperatur lebih rendah– Mesin uap– Turbin gas– Turbin uap– Mesin pembakaran dalam– Mesin diesel

9

Termodinamika Konversi Energi

• Termodinamika adalah studi tentang konversi energi dari satu bentuk ke bentuk yang lain (biasanya panas).

• Hukum-hukum Termodinamika– Temperatur adalah ukuran dari rata-rata

energi kinetik atom-atom atau molekul-molekul.

– Total energi dalam sebuah proses selalu sama– Tidak ada proses alami yang efisien secara

sempurna– Temperatur terendah: –273.15ºC (0 K)

10

Prinsip Konversi Energi• Hukum-hukum termodinamika

mengontrol konversi energi dan memastikan bahwa:– Semua energi akhirnya “turun” menjadi

energi panas– Panas adalah bentuk terendah dari

energi. Sulit untuk mengkonversi panas ke bentuk energi lain secara efisien

– Tidak ada proses konversi energi yang 100% efisien – selalu akan ada “losses”.

11

Prinsip Konversi Energi• Tidak ada bentuk energi yang bisa

sepenuhnya bisa didaur ulang– Bahkan energi terbarukan tidak bisa didaur

ulang, energi itu dihasilkan secara kontinu oleh matahari

• Energi mekanis (angin, air) bisa dikonversi secara efisien menjadi listrik, dan sebaliknya– Tidak menggunakan mesin termal

• Prinsip Carnot– Mesin termal yang bekerja di antara temperatur

input dan output yang sama, memiliki efisiensi maksimum ideal yang sama

12

Efisiensi Mesin Termal

intint

intmax 1

TT

TTT

InputEnergyOutputEnergy extext

max biasanya << 1• < 0.3 untuk banyak pembangkit listrik

dan kendaraan

13

Efisiensi Pompa Panas

• Coefficient of Performance, COP, biasanya >>1 untuk keduanya

coldhot

hot

TTT

SuppliedEnergy

MovedEnergyHeat COP

coldhot

cold

TTT

SuppliedEnergy

MovedEnergyHeat COP

digunakan untuk memanaskan suatu area.

Digunakan untuk mendinginkan suatu area (AC, refrigeration)

14

Refrigerator• Lemari es adalah

pompa panas

• Menggunakan listrik untuk “memompa” energi (panas) dari dalam ruangan ke luar– Area dingin ke

area yang lebih panasR

amage

15

Refrigerator• COP adalah rasio dari

panas yang dipindahkan dan listrik yang digunakan.

• COP = Internal Temp change in Temp

• COP ideal= 7.6

• COP real= 2.5

• Adanya perbedaan akibat “losses” pada motor dan insulation

Ramage

16

Turbin Uap

max (ideal) = 1- Tex

Tint

• Mengkonversi panas menjadi listrik– Bentuk paling umum

dari mesin termal, sering digunakan dalam pembangkit listrik

• Untuk meningkatkan , perlu meningkatkan temperatur dari uap input– Tingkatkan tekanan

untuk menaikkan titik didih

Ramage

17

Turbin Uap

• Dalam praktik, = 0.4– 60% input batubara terbuangmax (ideal) =

813-303=0.63813

18

Turbin Gas• Beroperasi pada

temperatur yang lebih tinggi

• Cogeneration (CHP) memanfaatkan “limbah panas” dari pembangkit listrik untuk menyediakan proses / panas domestik (tingkat rendah)

Ramage

19

• Dengan siklus kombinasi, efisiensi bisa naik menjadi 55% – Harus ada tambahan

biaya

Ramage

20

Mesin Pembakaran Dalam

• Menggunakan bahan bakar cair untuk menggerakkan kendaraan• Setiap silinder merupakan mesin termal kecil• ideal = 0.3 – 0.4

dihubungan dengan rasio kompresi• real = 0.2• Losses diakibatkan oleh friksi, gaya seret, macet, perawatan

yang buruk

21

Kesimpulan• Ada banyak metode untuk

mengkonversi energi ke bentuk yang bisa dimanfaatkan

• Tidak ada proses yang 100% efisien– Selalu ada “losses”

• Kualitas dari panas suatu bahan bakar mengacu pada pemanfaatannya secara langsung, juga konsentasi– Batubara berkualitas tinggi, bisa dibakar

langsung dan menghasilkan energi yang bisa dimanfaatkan