KONVERSI BENTUK ENERGI( MATA KULIAH : SUMBER DAYA TERBARUKAN )

Disusun oleh :

SunarwanNIM : 11/324444/PMU/7195

Dosen Pengampu :

Ir. Supranto, M.Sc, Ph.D.

FAKULTAS SEKOLAH PASCASARJANAUNIVERSITAS GADJAH MADAYOGYAKARTA 2012

Latar Belakang Kemajuan teknologi dan ilmu pengetahuan saat ini semakin mendorong berbagai pihak untuk mengembangkan dan memanfaatkan ilmu pengetahuan dalam rangka pemenuhan kebutuhan. Manusia masih sangat tergantung pada sumber energi dalam mengembangkan tehnologinya dan ilmu pengetahuan. Sumber energi yang selama ini masih mendominasi penggunaannya seperti minyak bumi, batubara dan gas bumi suatu saat akan habis karena proses alami terjadinya membutuhkan waktu ribuan bahkan jutaan tahun. Tidak terhenti sampai di situ, manusia harus mempunyai alternatif lain dalam memanfaatkan sumber energi lain sebagai energi alternatif sehingga kita kenal dengan nama konversi energi.Konversi energi merupakan suatu proses perubahan bentuk energi dari yang satu menjadi bentuk energi lain yang dibutuhkan. Hukum kekekalan energi menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan (dibuat) ataupun dimusnahkan akan tetapi dapat berubah bentuk dari bentuk yang satu ke bentuk lainnya (dikonversikan). Sehingga untuk memperoleh suatu bentuk energi, perlu adanya energi lain yang dikonversikan menjadi energi yang dibutuhkan tersebut. Salah satu contohnya untuk mendapatkan energi listrik yang tidak dapat diperoleh secara langsung, tetapi ada proses konversi energi sebelum energi listrik tersebut didapat. Setidaknya ada 20 macam konversi energi yang bisa dilakukan manusia dalam pemenuhan energi di masa sekarang maupun mendatang. Misalnya konversi dari panas menjadi kinetik, panas menjadi listrik, panas menjadi kimia dan sebagainya. Untuk lebih jelasnya dibawah ini diuraikan 20 bentuk konversi energi beserta keterangannya.Konversi bentuk energi1. Energi kimia menjadi listrikBatere dan sel bahan bakar merupakan proses konversi energi dari energi kimia menjadi energi listrik yang dilakukan secara langsung. Secara langsung artinya konversi energi kimia menjadi energi listrik tanpa melalui rejim energi panas, dan tanpa melalui siklus kalor dapat balik. Batere dan sel bahan bakar operasinya sangat mirip, sedang perbedaaannya terletak pada bahan bakarnya, dimana batere mempunyai jumlah bahan bakar atau energi kimia tetap, sedang sel bahan bakar mempunyai bahan bakar yang terus menerus diisikan. Beberapa batere bekerja secara reversibel, artinya produk listrik yang dihasilan dapat dipergunakan untuk mengisi ulang baterenya lagi.Batere digunakan sebagai sistem penyimpanan energi dapat dibagi menjadi dua katagori yaitu : bateri primer dan batere sekunder. Batere primer adalah komponen sel konvensional yang berfungsi menyimpan energi, bila energi yang tersimpan digunakan dan habis tidak dapat diisi kembali. Gb. Prinsip kerja primary cell Prinsip kerja bateri ini adalah reaksi oksidasi-reduksi. Dua buah elektroda terpasang secara terpisah dan dihubngkan oleh jembatan elektrolit. Pada elektroda yang satu akan terjadi reksi oksidasi dengan produk elektron, dimana elektroda ini biasa disebut anoda, sedang elektroda yang lain disebut katoda akan terjadi reaksi reduksi dan akan menangkap elektron yang di hasilkan dari reaksi di anoda. Perpindahan elektron akan menimbulkan pergerakan energi yang ditrima sebagai enrgi listrik.

2. Energi listrik menjadi kimiaBateri sekunder adalah komponen penyimpan energi, apabila energi tersimpan digunakan habis dapat diisi ulang, seperti bateri mobil, batere HP. Secondary cell umumnya disebut sebagai storage battery, yang dapat mengembalikan kembali fungsi battery dengan cara pengisian kambali setrum yang telah dikeluarkan. Pada kendaraan secondary cell ini adalah yang paling banyak digunakan. Pada saat beban listrik dihubungkan ke terminal battery, maka akan dihasilkan tegangan melalui reaksi kimia antara pelat electrode electrolyte di dalam battery. Storage battery umumnya adalah lead-acid battery yang dilarutkan oleh asam belerang yang digunakan untuk electrolyte, lead peroxide digunakan untuk pelat positive (anode) dan pure lead digunakan untuk pelat negative (cathode).

Gb. Prinsip Kerja Lead-acid Battery

3. Energi kinetik menjadi listrikGenerator adalah mesin yang mengubah energi kinetik menjadi energi listrik. Energi kinetik pada generator dapat juga diperoleh dari angin atau air terjun. Berdasarkan arus yang dihasilkan. Generator dapat dibedakan menjadi dua rnacam, yaitu generator AC dan generator DC. Generator AC menghasilkan arus bolak-balik (AC) dan generator DC menghasilkan arus searah (DC). Baik arus bolak-balik maupun searah dapat digunakan untuk penerangan dan alat-alat pemanas.

Generator atau pembangkit listrik yang sederhana dapat ditemukan pada sepeda. Pada sepeda, biasanya dinamo digunakan untuk menyalakan lampu. Caranya ialah bagian atas dinamo (bagian yang dapat berputar) dihubungkan ke roda sepeda. Pada proses itulah terjadi perubalian energi gerak menjadi energi listrik. Generator (dinamo) merupakan alat yang prinsip kerjanya berdasarkan induksi elektromagnetik. Alat ini pertama kali ditemukan oleh Michael Faraday.

4. Energi listrik menjadi kinetikMotor listrik adalah alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Motor listrik dapat ditemukan pada peralatan rumah tangga seperti kipas angin, mesin cuci, pompa air dan penyedot debu. Pada motor listrik tenaga listrik diubah menjadi tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan mengubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektro magnit. Sebagaimana kita ketahui bahwa : kutub-kutub dari magnet yang senama akan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak senama, tarik-menarik. Maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar, dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap. Motor listrik merupakan sebuah perangkat elektromagnetis yang mengubah energi listrik menjadi energi mekanik. Energi mekanik ini digunakan untuk, misalnya, memutar impeller pompa, fan atau blower, menggerakan kompresor, mengangkat bahan, dll. Motor listrik digunakan juga di rumah (mixer, bor listrik, fan angin)

Gb. Motor listrik

5. Energi kinetik menjadi kimiaGerakan tumbuhan saat berfotosintesis.

6. Energi kimia menjadi kinetikHasil pembakaran campuran bahan bakar dan udara di dalam ruang bakar akan menghasilkan daya dorong yang mendorong torak turun dan memutarkan poros engkol merupakan salah satu kerja motor bakar yang menggunakan proses perubahan energi kimia menjadi mekanik.

7. Energi potensial menjadi listrikPembangkit Listrik Tenaga Air merupakan pusat pembangkit tanaga listrik yang mengubah energi potensial air ( energi gravitasi air ) menjadi energi listrik. Mesin penggerak yang digunakan adalah turbin air untuk mengubah energi potensial air menjadi kerja mekanis poros yang akan memutar rotor pada generator untuk menghasilkan energi listrik. Air sebagai bahan baku PLTA dapat diperoleh dapat diperoleh dengan berbagai cara misalnya, dari sungai secara langsung disalurkan untuk memutar turbin, atau dengan cara ditampung dahulu ( bersama sama air hujan ) dengan menggunakan kolam tando atau waduk sebelum disalurkan untuk memutar turbin. Pada prinsipnya PLTA mengolah energi potensial air diubah menjadi energi kinetis dengan adanya head, lalu energi kinetis ini berubah menjadi energi mekanis dengan adanya aliran air yang menggerakkan turbin, lalu energi mekanis ini berubah menjadi energi listrik melalui perputaran rotor pada generator. Jumlah energi listrik yang bisa dibangkitkan dengan sumber daya air tergantung pada dua hal, yaitu jarak tinggi air (head) dan berapa besar jumlah air yang mengalir (debit).

8. Energi listrik menjadi potensialSebuah inti besi yang dililit dengan kawat tembaga dan dialirkan arus , maka akan menghasilkan energy potensial magnet. Ini merupakan sistem kerja elektromagnet yang mengubah energi listrik menjadi energi potensial.9. Energi kimia menjadi potensialBahan peledak yang dimaksudkan adalah bahan peledak kimia yang didefinisikan sebagai suatu bahan kimia senyawa tunggal atau campuran berbentuk padat, cair, atau campurannya yang apabila diberi aksi panas, benturan, gesekan atau ledakan awal akan mengalami suatu reaksi kimia eksotermis sangat cepat dan hasil reaksinya sebagian atau seluruhnya berbentuk gas disertai panas dan tekanan sangat tinggi yang secara kimia lebih stabil.Panas dari gas yang dihasilkan reaksi peledakan tersebut sekitar 4000 C. Adapun tekanannya, bisa mencapai lebih dari 100.000 atm setara dengan 101.500 kg/cm atau 9.850 MPa ( 10.000 MPa). Sedangkan energi per satuan waktu yang ditimbulkan sekitar 25.000 MW atau 5.950.000 kcal/s. Perlu difahami bahwa energi yang sedemikian besar itu bukan merefleksikan jumlah energi yang memang tersimpan di dalam bahan peledak begitu besar, namun kondisi ini terjadi akibat reaksi peledakan yang sangat cepat, yaitu berkisar antara 2500 - 7500 meter per second (m/s). Oleh sebab itu kekuatan energi tersebut hanya terjadi beberapa detik saja yang lambat laun berkurang seiring dengan perkembangan keruntuhan batuan.

Gb. Skema bahan peledak

10. Energi potensial menjadi kimiaReaksi fusi adalah reaksi yang menggabungkan atom kecil menjadi atom besar dalam hal ini adalah peleburan 4 atom Hidrogen menjadi 1 atom Helium. Prinsip inilah yang dipakai para ilmuwan terdahulu seperti fisikawan Edward Teller (kelahiran Hungaria) dan matematikawan Stanislaw Ulam (kelahiran Polandia) tahun 1951 untuk menciptakan senjata nuklir yang dahsyat. Senjata inilah yang kemudian dikenal dengan bom hidrogen. Bom hidrogen ini merupakan bom yang luar biasa dahsyat apabila kita bandingkan dengan jenis bom atom biasa karena bom hidrogen mengandung megaton TNT dan efek yang dihasilkan juga sangat besar. Sehingga negara-negara adikuasa di dunia sekarang ini lebih cenderung mengembangkan jenis bom ini daripada bom atom biasa.

Gb. Ledakan bom atom

11. Energi kinetik menjadi potensialSHOCK ABSORBER Ketika kendaraan mengalami kejutan dari permukaan jalan, pegas suspensi mengkerut dan mengembang untuk menyerap kejutan tersebut. Namun, dikarenakan pegas mempunyai karakter turun-naik, dan juga dikarenakan sering membutuhkan waktu bagi pegas untuk berhenti turun-naik, maka tingkat kenyamanannya menjadi kurang, kecuali ada suatu alat yang dapat meredam. Shock absorber pneumatik dan hidraulik umumnya mengambil bentuk sebuah silinder dengan piston yang bergerak di dalamnya. Silinder harus diisi dengan cairan kental, seperti minyak hidraulik atau udara. Cairan ini diisikan ke dalam dashpot. Peredam kejut berbasis per umumnya menggunakan per keong atau per daun. Per ideal itu sendiri, bukanlah peredam kejut seperti per yang hanya menyimpan dan tidak menghilangkan atau menyerap energi. Kendaraan biasanya menggunakan dua per atau palang torsi yang berfungsi sebagaimana peredam kejut hidraulik. Dalam kombinasi ini, peredam kejut secara khusus menyediakan piston hidraulik yang menyerap dan menghilangkan getaran. Per tidak dianggap sebagai peredam kejut.

12. Energi potensial menjadi kinetikTurbin air.Prinsip kerja dari turbin air adalah mengubah energi potensial dari air menjadi energi mekanik dalam bentuk putaran poros. Perubahan energi potensial dari air menjadi energi mekanik, dikarenakan oleh salah satu dari dua perbedaan mekanisme yang pokok clan paling mendasar yaitu : Tekanan air dapat memberikan sebuah gaya pada permukaan penggerak dari sudu turbin, yang berkurang pada saat air melalui turbin tersebut. Turbin yang beroperasi seperti ini disebut turbin reaksi. Casing turbin ini seluruhnya terendam dalam air, maka dari itu casing dari turbin ini harus cukup kuat untuk menahan tekanan dari air yang bekerja pada turbin tersebut. Tekanan dari air diubah menjadi energi kinetik sebelum masuk kedalam penggerak dari turbin. Energi kinetik tersebut berbentuk pancarani semburan air yang mempunyai kecepatan yang tinggi kemudian membentur bucket, kemudian memenuhi dari sudu penggerak. Turbin yang beroperasi seperti ini disebut turbin impuls.

13. Energi panas menjadi potensialKetel uap adalah suatu bagian dari pesawat uap yang digunakan untuk menghasilkan uap air untuk keperluan pembangkit energi maupun untuk keperluan proses industri. Ketel uap ini terdiri dari bumbung yang tertutup pada ujung pangkalnya dan dalam perkembangannya dilengkapi dengan pipa api maupun pipa air. Ketel uap berfungsi sebagai pesawat konversi energi panas menjadi potensial Ketel uap bekerja dengan prinsip yang sederhana yang dapat kita temukan sehari-hari yaitu dengan cara memanaskan air sampai mendidih sehingga membentuk uap air. Untuk menghasilkan uap panas, maka pesawat uap ini bekerja pada lingkungan yang bertekanan tinggi juga pada temperatur yang sangat tinggi untuk mengubah air pada suhu kamar menjadi uap air yang sangat panas. Untuk itu kita perlu memperhatikan segala hal yang berhubungan dengan pesawat uap ini.14. Energi potensial menjadi panasKompressor adalah mesin untuk memampatkan udara atau gas. Secara umum biasanya mengisap udara dari atmosfer, Namun ada juga kompressor yang mengisap udara/gas dengan tekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfer dan biasa disebut penguat (booster). Sebaliknya ada pula kompressor yang menghisap udara/ gas bertekanan lebih rendah dari tekanan atmosfer dan biasanya disebut pompa vakum. Jika suatu gas/ udara didalam sebuah ruangan tertutup diperkecil volumenya, maka gas/ udara tersebut akan mengalami kompresi. Kompressor yang menggunakan azas ini disebut kompressor jenis displacement dan prinsip kerjanya dapat dilukiskan seperti pada gambar dibawah ini :

Gambar 2.1 : Kompresi FluidaDisini digunakan torak yang bergerak bolak balik oleh sebuah penggerak mula (prime mover) didalam sebuah silinder untuk menghisap, menekan dan mengeluarkan udara secara berulang-ulang. Dalam hal ini udara tidak boleh bocor melalui celah antara dinding torak dengan dinding silinder yang saling bergesekan. Untuk itu digunakan cincin torak sebagai perapat. Jika torak ditarik keatas, tekanan dalam silinder dibawah torak akan menjadi negatif (kecil dari tekanan atmosfer) sehingga udara akan masuk melalui celah katup isap. Kemudian bila torak ditekan kebawah, volume udara yang terkurung dibawah torak akan mengecil sehingga tekanan akan naik. Tekanan yang naik akan menghasilkan panas

15. Energi panas menjadi kimiaFotosintesis adalah proses biokimia yang dilakukan tumbuhan, alga dan beberapa jenis bakteri untuk menghasilkan makanan dengan memanfaatkan energi cahaya/panas. Hampir semua makhluk hidup tergantung dari energi yang dihasilkan dalam fotosintesis. Akibat fotosintesis menjadi sangat penting bagi kehidupan di bumi. Fotosintesis juga berjasa menghasilkan sebagian besar oksigen yang terdapat di atmosfer bumi. Organisme yang menghasilkan energi melalui fotosintesis di sebut fototrop.

Gb. Tumbuhan saat berfotosintesis

16. Energi kimia menjadi panasKompor Gas: Ini adalah bentuk konvensional memasak di mana pasokan gas terkompresi (Elpiji) digunakan untuk memberi bahan bakar kompor. Biasanya gas dinyalakan di lubang kompor dengan handel pengatur besar gas, atau sistem otomatis pengapian. Keuntungan terbesar dengan kompor gas adalah kemampuan untuk menyesuaikan intensitas api dengan mengendalikan aliran gas melalui nozel outlet. Alat ini bisa merubah energi kimia menjadi energi panas.

17. Energi listrik menjadi panasListrik sebagai penghasil panas kita aplikasikan pada alat yang menggunakan elemen pemanas. bisanya di gunkan untuk keperluan rumah tangga seperti untuk memasak (kompor listrik), untuk menanak nasi (magic com),untuk menyetrika (setrika listrik) dan masih banyak lagi alat yang menggunakan pemanas.bila arus mengalir pada nikel atau elemn pemanas maka akan mengakibatkan panas , panas inilah yang di gunakan untuk kebutuhan sehari hari.

Setrika listrik memiliki elemen pemanas, elemen tersebutberupa bahan konduktor yang memiliki hambat jenis yang cukup besar, bahan iniakan menghasilkan kalor ketika dilewati arus listrik, sehingga suhunyameningkat.elemen pemanas diletakkan diantara lapisan besi sebagai alas danpenutup setrika. Untuk menghindari kontak langsung antara elemen pemanas dengan bagian luar setrika, elemen pemanas biasanya diletakkan dalam isolatorlistrik.isolator yang digunakan ada yang berwujud plastic tahan panas ataubahan keramik. Alat-alat lain yang mengubah energi listrik menjadi panas:

18. Energi panas menjadi listrikSel surya merupakan suatu devais semikonduktor yang dapat menghasilkan listrik jika diberikan sejumlah energi cahaya. Proses penghasilan energi listrik itu diawali dengan proses pemutusan ikatan elektron pada atom-atom yang tersusun dalam kristal semikonduktor ketika diberikan sejumlah energi (hf). Salah satu bahan semikonduktor yang biasa digunakan sebagai sel surya adalah kristal silikon. Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni jenis n dan jenis p. Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya, dengan menambahkan unsur lain ke dalam semkonduktor, maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut, sebagaimana diilustrasikan pada gambar di bawah ini.

19. Energi panas menjadi kinetikPada turbin uap, energi panas yang terkandung di dalam uap air (keseluruhan sampai energi panas dalam uap air di sisi exhaust turbin) dikonversikan menjadi energi mekanik yang ditransmisikan ke rotor turbin. Hal ini terjadi di beberapa stage turbin uap yang berbeda. Satu stage turbin selalu terdiri atas bagian sudu-sudu melingkar yang diam/stasioner dan bagian sudu-sudu yang berputar/berotasi. Energi panas di dalam uap air ditunjukkan oleh besaran entalpi (h). h = u + p.Vu = energi internal, p.V = aliran kerja

Konversi Energi Panas Uap Air Menjadi Energi Kinetik energi panas harus dikonversikan menjadi energi kinetik, proses ini terjadi pada nozzle (lihat gambar di atas). Pada turbin uap, nozzle terpasang di sisi casing (sudu-sudu stator turbin) dan ditambah pada sisi sudu-sudu rotor, yang selanjutnya dikenal dengan reaction stage/sisi reaksi. Pada nozzle, uap air mengalami penambahan kecepatan/akselerasi, dan akselerasi ini menyebabkan diferensial tekanan antara sisi sebelum nozzle dengan sesudah nozzle. energi kinetik ditransformasikan menjadi energi putar dari rotor turbin yang hanya terjadi pada sisi sudu-sudu yang berputar/rotor.

20. Energi kinetik menjadi panasRem HidrolikAlat yang akan dibahas pada kesempatan ini adalah rem hidrolik. Rem ini menggunakan zat cair saat bekerja. Prinsip kerjanya sama dengan hukum pascal di mana tekanan yang diberikan akan sama ke segala arah pada saat diruang tertutup. Karena prinsip kerjanya sama dengan hukum pascal, Komponen ren hidrolik adalah sebagai berikut :a. Brake reservoir : Cairan yang digunakan untuk rem hidrolikb. Master silinder : Alat yang digunakan untuk memopa cairan rem hidrolik.c. Brake Lines : Selang yang yang menghubungkan ke setiap caliper rem.d. Brake caliper : Rumah besi yang dipasang pada garpu seperda motor yang berisi piston dan brake pad. Seperti gambar di bawah ini :

e. Brake piston : Sebuah piston yang berbentuk bulat memanjang yang berfungsi menekan brake pad ketika mendapat tekanan dari master silinder.f. Brake pad : Sepatu yang menahan rotor besi atau piringan besi.g. Rotor Besi : Piringan yang dipasang di roda kendaraan, fungsinya adalah untuk menahan roda saat rotor tersebut ditahan oleh brake pad.Gambar di atas merupakan rangkaian dari komponen rem hidrolik. Warna merah menunjukan zat cair hidrolik. Tampak bahwa master silinder dihubungkan dengan pipa ( Brake Lines ) ke Brake caliper. Di tengah brake caliper terdapat piringan yang disebut rotor besi.DAFTAR PUSTAKA

1. Culp, Archie W. 1985. Prinsip-Prinsip Konversi Energi. Terjemahan oleh Darwin Sitompul. Erlangga : Bandung

2. Hidayat, S. 2005. Turbin Skala Kecil. ITB. Bandung

3. Breeze, Paul, 2005, Power Generation Technologies, Newnes, Great Britain. 4. Nanang Okta, 2006, Kincir-kincir Angin di Negeri Belanda, Jurnal, BPPT, Jakarta .5. Hyundai Motor Company, 2009, Engine Electrical, Training Material & Development6. International Energy Agency , 2011, "Solar Energy Perspectives: Executive Summary", Wikipedia.

7. Tim Contained Energy Indonesia, 2003, Energi yang terbarukan, Kementerian Dalam Negri dalam kerangka Program PNPM-MP/LMP