Bahan Ajar Teknologi&Konversi Energi - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 1

PRAKTIKUM 1 PENGUKURAN TENAGA MANUSIA PADA BEBAN YANG BERBEDA

1. Tujuan Instruksional Khusus Setelah melaksanakan materi praktikum ini diharapkan mahasiswa dapat : 1. Mengetahui salah satu metoda pengukuran tenaga fisik yang dihasilkan oleh manusia 2. Mengidentifikasikan dan menganalisis perbedaan tenaga yang dikeluarkan manusia pada

beban yang berbeda. 3. Mengkonversi denyut nadi manusia menjadi kisaran besaran energi dan kelas pekerjaan

berdasarkan skala Cristensen. 2. Tinjauan Pustaka

Manusia merupakan sumber tenaga yang paling utama dalam bidang pertanian, karena dengan kemampuan yang dimilikinya maka dia dapat menghasilkan dan memanfaatkan sumber tenaga lainnya baik itu yang renewable (dapat diperpaharui) maupun yang unrenewable (tidak dapat diperbaharui). Selain itu manusia juga dapat memiliki dwi fungsi dalam hal kerja, yaitu bisa sebagai motor (yang melaksanakan kerja) dan operator (yang mengendalikan pelaksana kerja). Kapasitas kerja manusia dapat dibagi menjadi tiga kategori, yaitu: 1. Kapasitas mental, yaitu kemampuan manusia untuk mengolah informasi menjadi keputusan. 2. Kapasitas perspektif, yaitu kemampuan manusia untuk mengumpulkan informasi. 3. Kapasitas fisik, yaitu tenaga fisik dan ketahanan fisik untuk melaksanakan tugas-tugas fisik. Pada masalah sumber daya manusia untuk pertanian, maka yang akan dibicarakan khususnya mengenai kapasitas kerja manusia sebagai kapasitas fisik. Dimana manusia mampu melaksankan tugas-tugas mekanis seperti mencangkul, memompa, dan mengangkut dengan menggunakan tubuhnya terutama tulang, otot dan pergelangan. Kapasitas untuk memberikan energi pada manusia di pengaruhi oleh beberapa faktor, di antaranya ialah: 1. Sifat-sifat tubuh manusia untuk mentransfer energi, seperti tinggi badan, berat, panjang

tulang, besarnya pergelangan, kapasitas ventilasi jantung, dan lain-lain. 2. Jenis dari tugas (otot yang digunakan) 3. Lama pekerjaan. 4. Keadaan lingkungan (kelembaban udara, temperatur udara, dan sebagainya). Oleh karena itu dalam melaksanakan tugasnya, penting sekali untuk mengetahui siapa orangnya, otot dan pergelangan mana yang dipakai untuk melakukan suatu pekerjaan. Tenaga manusia berasal dari nilai energi makanan dan kapasitas ventilasi jantung dan paru-parunya. Dalam waktu yang singkat proses konversi makanan yang unaerob memungkinkan manusia untuk mendapatkan tenaga yang besar. Mengenai sifat-sifat tubuh manusia, yang paling berpengaruh dalam aktifitas fisik adalah tinggi dan berat badan, panjang, berat dan kekuatan tulang, otot dan pergelangan, kapasitas ventilasi, umur, tingkat pendidikan dan keterampilan. 3. Alat & Bahan

Alat

1. Meter tape 2. Weighing Balance (Timbangan Badan) 3. Static Bycicle (Sepeda Statik) 4. Pengukur denyut jantung digital 5. Stop Watch 6. Pengukur Ambient Condition (Rh dan Temperatur Ruang) 7. Alat Tulis(Balpoint, Daftar Isian, Kertas Grafik) Bahan 1. Mahasiswa (volunteer) 4. Prosedur 1. Pilih salah seorang mahasiswa/mahasiswi dalam kelompok Saudara yang bersedia dijadikan

sampel pengamatan. 2. Bersama dengan prosedur pada butir 1, lakukan pengukuran ambient condition dengan alat

yang telah disiapkan.

Bahan Ajar Teknologi&Konversi Energi - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 2

3. Ukur dan catat tinggi badannya (dari telapak kaki sampai dengan ujung kepala atas). 4. Ukur denyut jantung mahasiswa/i dengan menggunakan pengukur denyut nadi jantung

sebanyak 3 kali, kemudian rata ratakan besaran denyut jantung tersebut. 5. Mahasiswa/i mengayuh sepeda statik tanpa beban dalam waktu tertentu (10 menit). 6. Ukur denyut nadi mahasiswa/i tersebut dengan selang waktu setiap 2 menit. 7. Plotkan nilai denyut nadi tersebut pada kertas grafik yang telah disediakan. 8. Lakukan kembali prosedur 5 sampai 7 dengan memberikan beban pada sepeda statik. 5. Untuk Bahan Diskusi dan Laporan 1. Jelaskan dengan lengkap metoda dan pengukuran tenaga fisik manusia yang lainnya ! 2. Menurut hasil pengamatan Saudara, apakah ada perbedaan besarnya tenaga yang dikeluarkan

manusia pada beban yang berbeda, jelaskan pernyataan Saudara tersebut dengan lengkap! 3. Berapa besarnya tenaga (dalam watt) yang dikeluarkan oleh manusia pada setiap beban. 4. Jelaskan dengan lengkap bagaimana konversi energi yang terjadi dalam tubuh manusia,

sehingga menghasilkan tenaga yang dapat digunakan sebagai sumber tenaga.

Bahan Ajar Teknologi&Konversi Energi - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 3

PRAKTIKUM 2 PROSES PEMBENTUKAN GAS BIO

1. Tujuan Instruksional Khusus Setelah melaksanakan materi praktikum ini diharapkan mahasiswa dapat : 1. Mengidentifikasikan dan menganalisis proses pembentukan gas bio pada berbagai jenis

kotoran khewan yang berbeda. 2. Mengidentifikasikan kuantitas gas bio yang terbentuk dari volume/berat kotoran khewan pada

jumlah tertentu. 2.Tinjauan Pustaka

Pada tahun 1875, Popoff seorang ilmuwan Eropa menemukan mikroorganisme pembuat gas bio dari bahan anorganik pada kondisi anaerob. Selanjutnya penemuan tersebut pada tahun 1950 ditindak lanjuti oleh Hungate yang mengembangkan teknik kultur anaerob mikroorganisme dalam berskala besar. Sebenarnya gas bio merupakan hasil sampingan dari proses dekomposisi mikroba pada suatu biomasa. Biomasa tersebut merupakan bahan organik yang dihasilkan melalui proses fotosintesis, baik berupa produk buangan, limbah pertanian, kotoran khewan maupun tinja manusia. Biomasa tersebut dikonversikan oleh mikroba (bakteri) dan mengurai menjadi gas sebagai salah satu produknya. Mikroba tersebut merupakan bakteri pembentuk metan yang banyak terdapat dalam tubuh hewan ruminasia (hewan yang memiliki perut ganda atau rumen) seperti kerbau, sapi, domba, kambing dll.

Mikroba pembentuk gas bio jumlahnya sangat banyak, membentuk suatu kelompok/koloni yang kompleks, berbagai macam spesies dengan aktivitas yang berbeda-beda, akan tetapi hanya bakteri metanogenik yang menghasilkan gas metana. Secara garis besar proses pembentukan gas bio dapat dibagi dalam tiga proses yaitu ; proses hidrolisis, asidifikasi (pengasaman) dan pembentukan gas metan. Pada proses-proses tersebut hanya tiga jenis bakteri yang berperanan.

1.Tahap Hidrolisis Pada tahap hidrolisis, bahan organik di enzimkan secara eksternal oleh ezim ekstra seluler (selulase, amilase, protease dan lipase) mikroorganisme. Bakteri memutuskan rantai panjang karbohidrat komplek, protein dan lipida menjadi senyawa rantai pendek. Sebagai contoh polisaharida dirubah menjadi monosaharida. Sedangkan protein dirubah menjadi peptida dan asam amino.

2.Tahapan Asidifikasi (Pengasaman) Pada tahap ini bakteri menghasilkan asam, merubah senyawa rantai pendek hasil proses pada tahap hidrolisis menjadi asam asetat, hidrogen (H2) dan karbondioksida(CO2). Bakteri tersebut merupakan bakteri anaerobik yang dapat tumbuh dan berkembang pada keadaan asam. Untuk menghasilkan asam asetat, bakteri tersebut memerlukan oksigen dan karbon yang diperoleh dari oksigen yang terlarut dalam larutan. Pembentukan asam pada kondisi anaerobik tersebut penting untuk pembentuk gas metan oleh mikroorganisme pada proses selanjutnya. Selain itu bakteri tersebut juga merubah senyawa yang bermolekul rendah menjadi alkohol, asam organik, asam amino, CO2,H2S dan sedikit gas metana. 3.Pembentukan Gas Metana

Pada tahapan ini bakteri metanogenik medekomposisikan senyawa dengan berat molekul rendah menjadi senyawa dengan berat molekul tinggi. Sebagai contoh bakteri ini menggunakan hidrogen, CO2 dan asam asetat membentuk metana dan CO2. Bakteri penghasil asam dan gas metana bekerja sama secara simbiotis. Bakteri penghasil asam membentuk keadaan atmosfir yang ideal untuk bakteri penghasil metana. Sedangkan bakteri pembentuk gas metana menggunakan asam yang dihasilkan bakteri penghasil asam. Tanpa adanya proses simbiotik tersebut, akan menciptakan kondisi toksik bagi mikro organisme penghasil asam Pada Tabel 1 disajikan kompisisi jenis gas dan jumlah gas yang terkandung didalamnya pada setiap gas bio yang dihasilkan.

Bahan Ajar Teknologi&Konversi Energi - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 4

Tabel 1. Komposisi Jenis Gas dan Jumlahnya Pada Suatu Unit Gas Bio

Jenis Gas Kandungan (%)

Metana 55-65

Karbondioksida 36-45

Nitrogen 0-3

Hidrogen 0-1

Oksigen 0-1

Hidrogen Sulfida 0-1

Sumber : Energy Resources Development Series No 19, ESCAP, Bangkok

Seperti halnya dengan gas lain, sifat dari gas bio adalah sangat tergantung pada temperatur , tekanan dan kandungan air. Secara spesifik sifat gas bio adalah sebagai berikut ; 1. perubahan volumenya merupakan fungsi temperatur dan tekanan 2. perubahan nilai kalori merupakan fungsi dari temperatur, tekanan dan kandunga uap air 3. perubahan kandungan uap air tergantung dari tekanan dan temperatur. 4. Nilai kalor gas bio kurang lebih 6 kWh/m3. Nilai kalor bersihnya tergantung dari efisiensi

peralatan yang digunakannya 3.Alat & Bahan

Alat

1. Timbangan 2. Kompor Bunsen 3. Selang Plastik 4. Balon 5. Pengukur Ambient Condition (Rh dan Temperatur Ruang) 6. Kantung Plastik transparan ukuran 2 kg. 7. Kaleng bekas SKM 8. Termometer 9. Stop Watch Bahan ( dibawa dari rumah atau mengambil dari kandang sapi PEDCA) 1. Kotoran Sapi segar (1 kg) yang tidak tercampur dengan rumput & bahan lain atau Kotoran

Kambing/Domba/Ayam ( 1 kg) yang tidak tercampur dengan rumput & bahan lain. 2. Air/Air Seni Khewan (1 liter) 4. Prosedur 1. Masukan kotoran Sapi masing masing sejumlah 0.5 kg kedalam kantung plastik, campurkan

dan kocok dengan air atau air seni khewan sejumlah 0.5 kg hingga campuran tersebut homogen dan berat seluruh kantung plastik dengan isinya mencapai 1 kg.

2. Gelembungkan kantung plastik tersebut, sehingga isi padatannya menempati setengah bagian volume kantung plastik. Sebelum diikat masukan selang plastik (sedotan minuman) yang salah satu ujungnya dihubungkan dengan balon, sedangkan bagian ujung yang lainnya ditempatkan di atas bagian isi padatan pada kantung plastik. (bila diperlukan)

3. Ukur temperatur lingkungan setiap hari, selama proses pembentukan gas berlangsung. 4. Catat seluruh perubahan yang terjadi selama proses pembentukan gas. 5. Siapkan kompor Bunsen . Bila balon penampung gas telah tertiup dengan sempurna (terisi oleh gas secara penuh, pada hari keberapa ?), selang plastik hubungkan dengan kompor Bunsen dan nyalakan kompor. 5. Untuk Bahan Diskusi dan Laporan 1. Jelaskan dengan lengkap tahapan pembentukan gas bio 2. Berikan penjelasan mengenai hasil praktikum, berdasarkan data yang Saudara peroleh dari

praktikum ini.

Bahan Ajar Teknologi&Konversi Energi - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 5

PRAKTIKUM 3 KONVERSI ENERGI ANGIN

1. Tujuan Instruksional Khusus

Setelah melaksanakan materi praktikum ini diharapkan mahasiswa dapat : 1. Mengetahui proses konversi energi angin menjadi energi mekanik 2. Mengetahui peubah yang mengubah angin menjadi energi mekanik dan merumuskannya

dalam bentuk persamaan. 2. Pengantar Pustaka Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan yang tinggi ke tekanan yang rendah, yang terjadi di alam. Udara yang bergerak tersebut mempunyai masa, kerapatan dan kecepatan. Sehingga dengan adanya faktor faktor tersebut, angin mempunyai energi kinetik dan energi potensial. Akan tetapi faktor kecepatan lebih mendominasi posisi masa terhadap permukaan bumi. Dengan demikian energi kinetik lebih dominan daripada energi potensial. Pada umumnya untuk merubah energi angin menjadi energi mekanik dapat dilakukan dengan menggunakan kincir angin. Dikenal dua jenis kincir angin yaitu kincir angin berporos aksial dan berporos horisontal. Berdasarkan klasifikasi tersebut dikembangkan berbagai jenis kincir angin antara lain jenis drag, lift dan generik. Untuk mengembangkan angin di suatu wilayah harus diperhatikan beberapa faktor, antara lain ; kecepatan angin dan perubahan kecepatan rata rata (30-40 km/jam), turbulensi angin, topografi dan ketinggian hembusan angin di atas wilayah. 3. Alat & Bahan Alat 1. Model Kincir Angin 2. Kipas Angin sebagai sumber angin 3. Hand Anemometer 4. AVO meter 5. Tachometer Bahan 4. Prosedur 1. Tempatkan kincir dan kipas angin pada jarak tertentu 2. Ukur luas penampang sudu kincir 3. Nyalakan kipas angin dengan berbagai kecepatan (tombol 1 dan 2) 4. Ukur kecepatan angin dari kipas angin dengan anemometer 5. Amati putaran kincir catat RPMnya 6. Ukur daya yang dihasilkan oleh kincir tersebut dengan menggunakan AVO meter E. Untuk Bahan Diskusi dan Laporan 1. Tuliskan secara lengkap pustaka yang berkaitan dengan konversi energi angin menjadi energi

mekanik 2. Turunkan persamaan umum potensi energi/daya pada kincir 3. Berikan komentar mengenai keragaan kincir yang dijadikan percobaan pada praktikum ini,

berikan penjelasan.

Bahan Ajar Teknologi&Konversi Energi - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 6

PRAKTIKUM 4 KONVERSI ENERGI AIR

1.Tujuan Instruksional Khusus Setelah melaksanakan materi praktikum ini diharapkan mahasiswa dapat : 1. Mengetahui proses konversi energi angin menjadi energi mekanik 2. Mengetahui peubah yang mengubah angin menjadi energi mekanik dan merumuskannya

dalam bentuk persamaan 2. Tinjauan Pustaka

Pada suatu air yang mengalir mempunyai energi kinetik, potensial dan energi tekanan, karena pada air yang mengalir mempunyai variabel masa, kecepatan, perbedaan tinggi dan tekanan. Bila air mengalir dari suatu lokasi tertentu ke tempat lain, menurut keseimbangan energinya besar energi di kedua tempat tersebut harus sama. Konsep keseimbangan energi ini mengikuti hukum Bernaouli. Bila terdapat perbedaan, artinya ada energi yang hilang yang dikenal dengan head loss (Hl).

Pemanfaatan air sebagai sumber energi adalah upaya memanfaatkan head loss agar bisa menghasilkan energi mekanik yang ditangkap oleh kincir air. Selain faktor head loss, kerapatan air dan debit aliran air merupakan faktor yang berpengaruh terhadap potensi daya yang dihasilkan oleh air yang mengalir.

3.Alat & Bahan

Alat

1. Unit kincir air dengan dinamo 2. Meteran 3. Tachometer 4. AVO meter 5. Pompa Air

4. Bahan 1. Air 5. Prosedur 1. Siapkan air dan pompa (langsung dari leideng atau di tampung diember) 2. Atur ketinggian luncuran air dan ukur ketinggiannya 3. Alirkan air melalui luncuran air (catat debitnya) 4. Bila sudu kincir telah berputar, catat dan ukur putaran kincir dengan Tachometer 5. Ukur arus dan tegangan pada dinamo listrik yang terpasang 6. Untuk Bahan Diskusi dan Laporan 1. Tuliskan secara lengkap pustaka yang berkaitan dengan konversi energi air menjadi energi

mekanik 2. Turunkan persamaan umum potensi energi/daya pada kincir 3. Berikan komentar mengenai keragaan kincir yang dijadikan percobaan pada praktikum ini,

berikan penjelasan.

Bahan Ajar Teknologi&Konversi Energi - Revisi 0 - Update 02 Februari 2010 7