Energi Air Energi Air Siklus hidrologi Energi Air

Energi Air

Energi Air Siklus hidrologi :

Energi Air • Kandungan Energi Air : Ø Kandungan Mekanis Ø Kandungan Termis -. Kandungan Kimia

Kandungan Mekanis 1. Energi Air Terjun • Kandungan energi air dalam bentuk mekanis pada dasarnya memanfaatkan energi potensial berupa air terjun. • Besarnya energi potensial air terjun : Ep = m. g. h m = massa air (kg) g = gravitasi (kg/m 2) h = ketinggian air terjun (m)

Menghitung kecepatan alir :

2. Energi Pasang Surut • Permukaan air laut terpengaruh oleh posisi bulan, di mana jarak terdekat dengan bulan menghasilkan permukaan air paling tinggi (air pasang/rob). • Sebaliknya jarak terjauh dari bulan menghasilkan permukaan air paling rendah (air surut).

Energi Pasang Surut • Perbedaan aras permukaan air laut saat pasang dan saat surut menghasilkan kandungan energi. • Energi ini bisa dimanfaatkan dengan mengkonversi ke bentuk energi mekanis berupa aliran air ke waduk. • Aliran air dua arah dengan perubahan arah 2 x pasang dan 2 x surut per hari.

3. Energi Ombak

Kandungan Thermis Energi Thermal Air Laut • Suhu permukaan air laut (di daerah katulistiwa) sekitar 25 -30 o. C, sedangkan suhu di kedalaman 500 meter turun hingga 5 -7 o. C. • Perbedaan suhu merupakan simpanan energi yang bisa dimanfaatkan dengan prinsip thermodinamika. • Beberapa jenis gas seperti freon, amonia, propan di mana memiliki titik didih yang rendah bisa digunakan untuk menggerakkan turbin. • Zat kerja ini bisa dididihkan dengan air di permukaan air laut sehingga menghasilkan energi mekanis (tekanan), kemudian didinginkan oleh air laut dalam dan disirkulasikan ulang siklus Rankine

Energi Samudera

• Kategori energi samudera : 1. Energi ombak (wave energy) 2. Energi pasang surut (tidal energy) 3. Energi hasil konversi panas laut (ocean thermal energy conversion). • Prinsip sederhana dari pemanfaatan ketiga bentuk energi ini : mengubahnya menjadi energi kinetik untuk memutar turbin yang selanjutnya menggerakkan generator untuk menghasilkan listrik.

Konversi Tenaga Ombak 1. Sistem Off-shore : di lepas pantai dengan kedalaman 40 meter. Tenaga dihasilkan dari gerakan naik-turunnya pipa pengapung di permukaan yang mengikuti gerakan gelombang yang selanjutnya menggerakkan piston. 2. Sistem On-shore : di tepi pantai. Ada 3 jenis : a. channel system b. float system c. oscillating water column system. Pada prinsipnya, energi mekanik yang tercipta dari sistem-sistem ini mengaktifkan generator secara langsung dengan mentransfer gelombang fluida (air atau udara penggerak) yang kemudian mengaktifkan turbin generator.

Sistem Off-shore

Sistem On-shore a. Channel system : gelombang disalurkan lewat suatu saluran kedalam bangunan penjebak seperti kolam buatan (lagoon). Ketika gelombang muncul, gravitasi akan memaksa air melalui turbin guna membangkitkan energi listrik.

b. Float System : Ada empat teknologi energi gelombang: • sistem rakit Cockerell • tabung tegak Kayser • pelampung Salter • tabung Masuda Cockerell • Berbentuk untaian rakit yang saling dihubungkan oleh engsel. Gerakan relatif rakit-rakit terhadap gelombang, menggerakkan pompa hidrolik selanjutnya diubah menjadi energi mekanik.

Tabung Tegak Kayser • Menggunakan pelampung yang bergerak naik turun dalam tabung karena adanya tekanan air. Gerakan relatif antara pelampung dan tabung menimbulkan tekanan hidrolik yang dapat diubah menjadi energi listrik. Pelampung Salter • Memanfaatkan gerakan relatif antara bagian atau pembungkus luar (external hull) dan bandul didalamnya (internal pendulum) untuk diubah menjadi energi mekanik. Tabung Masuda • Memanfaatkan gerak gelombang laut masuk ke dalam ruang bawah dalam pelampung dan menimbulkan gerakan perpindahan udara di bagian ruangan atas dalam pelampung.

c. Ocillating Water Column (OWC) • Aliran masuk dan keluarnya ombak ke dalam ruangan khusus menyebabkan terdorongnya udara keluar dan masuk melalui saluran di atas ruang tersebut aliran udara memutar turbin yang menggerakkan generator. • Masalah utama dengan desain ini adalah ketahanan struktur bangunan terhadap ombak yang mengganas di musim angin barat.

Plus Minus Energi Ombak • Kelebihan: • Tidak menghasilkan limbah. • Mudah dioperasikan. • Biaya perawatan rendah. • Bisa menghasilkan energi dalam jumlah memadai. • Kekurangan : • Energi yang dihasilkan tidak stabil karena bergantung pada kondisi ombak; kadang dapat energi, kadang pula tidak. • Hanya bisa dibangun di lokasi yang ombaknya cukup kuat dan muncul secara konsisten.

Energi Pasang Surut

Fakta di Indonesia : • Luas perairan Indonesia hampir 60% dari total luas wilayah sebesar 1. 929. 317 km 2 • Panjang bentangan Timur ke Barat sepanjang 5. 150 km dan bentangan Utara ke Selatan 1. 930 km Indonesia negara dgn garis pantai terpanjang di dunia.

• Pada musim hujan, angin umumnya bergerak dari Utara Barat Laut dengan kandungan uap air dari Laut Cina Selatan dan Teluk Benggala. • Di musim Barat, gelombang air laut naik dari biasanya di sekitar P. Jawa. menguntungkan PLT pasang surut. • Pasang surut terjadi karena adanya gaya tarik benda langit (khususnya bulan dan matahari) pada air laut. gaya tarik bulan 2. 2 x lebih besar dibanding gaya tarik matahari. • Periode pasang laut : waktu antara puncak atau lembah gelombang ke puncak atau lembah gelombang berikutnya. Panjang periode pasang surut bervariasi antara 12 jam 25 menit hingga 24 jam 50 menit.

1. Metode Dam Pasang-Surut (tidal barrages) • Dam pasang-surut ukurannya jauh lebih besar dibanding dam air sungai untuk PLTA. • Dam biasanya dibangun di muara sungai di mana terjadi pertemuan antara air sungai dengan air laut. • Ketika terjadi pasang atau surut, air mengalir melalui terowongan yg terdapat di dam dan memutar turbin.

Contoh : La Rance, France • Dibangun tahun 1966 • Kapasitas 240 MW. • Beroperasi secara otomatis, hanya membutuhkan dua orang operator

PLTPS Annapolis, Nova Scotia, Kanada • Dibangun tahun 1980 • Kapasitas 16 MW bisa menghasilkan 30 juta k. Wh. • Memasok lebih dari 4500 rumah.

PLTPS Annapolis, Nova Scotia, Kanada

PLTPS Annapolis, Nova Scotia, Kanada

2. Turbin lepas pantai (offshore turbines) • Turbinnya lebih menyerupai pembangkit listrik tenaga angin versi bawah laut. Tidal Stream Turbines buatan Swan Turbines Seagen Tidal Turbines buatan Marine Turbine Com. Davis Hydro Turbines dari Blue Energy

• Keunggulannya dibandingkan metode dam : • biaya instalasi lebih murah. • dampak lingkungan relatif lebih kecil dibanding pembangunan dam. • persyaratan lokasi lebih mudah sehingga bisa dipasang di lebih banyak tempat.

Teknologi Marine Turbine Company : • Teknologi MCT bekerja seperti pembangkit listrik tenaga angin yang dibenamkan di bawah laut. • Menggunakan dua buah baling dengan diameter 15 -20 meter memutar rotor yang menggerakkan generator yang terhubung kepada sebuah kotak gir (gearbox). • Turbin mampu menghasilkan 750 -1500 k. W per unitnya, dan dapat disusun dalam barisan sehingga menjadi ladang pembangkit listrik berskala besar. • Agar ikan dan makhluk lain tidak terluka oleh alat ini, kecepatan rotor diatur antara 10 -20 rpm.

• Teknologi Swan Turbines memiliki perbedaan: balingnya langsung terhubung dengan generator listrik tanpa melalui kotak gir. lebih efisien dan mengurangi kemungkinan terjadinya kesalahan teknis pada alat. • Perbedaan lain : ST menggunakan pemberat gravitasi (berupa balok beton) untuk menahan turbin tetap di dasar laut.

• Teknologi Davis Hydro Turbines milik Blue Energy : poros baling-balingnya vertikal (vertical-axis turbines). • Turbin ini juga menggunakan pemberat beton dan bisa disusun dalam satu baris bertumpuk membentuk pagar pasang surut (tidal fence) untuk menghasilkan listrik berskala besar.

Energi Arus Laut • Perilaku arus laut mirip dengan arus pasang-surut, maka pada prinsipnya sama dengan energi pasang surut, hanya berbeda pada lokasi penempatannya. • Indonesia mempunyai prospek yang bagus untuk pengembangan arus laut karena posisi Indonesia yang merupakan tempat pertemuan antara dua arus dari Samudra Hindia dan Samudra Pasifik. • Indonesia yang terdiri dari 17. 000 pulau dan memiliki banyak selat menyebabkan banyak arus laut, akibat adanya pasang-surut yang mengalami percepatan saat melewati selat.

Plus Minus Energi pasang Surut • Kelebihan : • Tidak membutuhkan bahan bakar shg biaya operasi relatif rendah. • Tidak menghasilkan gas rumah kaca atau limbah lainnya. • Produksi listrik stabil. • Pasang surut air laut bisa diprediksi sehingga waktu produksi bisa diperhitungkan dengan tepat. • Biaya instalasi jenis turbin lepas pantai relatif rendah dan tidak menimbulkan dampak lingkungan.

• Kekurangan: • Biaya pembangunan dam yang menutupi muara sungai sangat mahal. • Memerlukan area yang sangat luas shg berpotensi mengubah ekosistem lingkungan baik ke arah hulu maupun hilir hingga berkilo-kilometer. • Hanya bisa mensuplai energi kurang lebih 10 jam setiap harinya, yakni ketika arus laut bergerak masuk ataupun keluar dam.

Energi Panas Laut

• Perbedaan kedalaman air laut menghasilkan perbedaan suhu. Suhu di permukaan laut lebih hangat karena panas dari sinar matahari diserap sebagian oleh permukaan laut, Suhu di bawah permukaan akan turun cukup drastis sebanding dengan kedalamannya. • Perbedaan suhu yang bisa digunakan utk membangkitkan listrik minimal sebesar 77° F (25 °C) agar bisa membangkitkan listrik dengan cukup. • Pada tahun 1881 Jacques Arsene d’Arsonval (fisikawan Perancis) mengusulkan pemanfaatan panas air laut sebagai pembangkit energi listrik.

• Disebut juga Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC) • Berdasarkan siklus yang digunakan, OTEC dapat dibedakan menjadi 3 jenis : • siklus terbuka (Claude cycle) • siklus tertutup (Anderson cycle) • siklus gabungan (hybrid cycle)

a. OTEC siklus terbuka : Ø Menggunakan air laut permukaan yang hangat (dari daerah tropis) langsung untuk menguapkan fluida pada ruang khusus bertekanan rendah. Ø Uap yang dihasilkan digunakan sebagai fluida penggerak turbin bertekanan rendah. Ø Uap panas didinginkan kembali oleh air permukaan dalam uap desalinasi.

b. OTEC siklus tertutup : Ø Air laut permukaan yang hangat dimasukkan ke dalam alat penukar panas untuk menguapkan fluida yang mudah menguap seperti amonia. Ø Uap amonia akan memutar turbin yang menggerakkan generator. Ø Uap amonia keluaran turbin selanjutnya dikondensasi dengan air laut yang lebih dingin dan dikembalikan untuk diuapkan kembali.

c. Hybrid Cycle

• Fluida kerja yang populer digunakan adalah amonia karena tersedia dalam jumlah besar, murah, dan mudah ditransportasikan. Sayang amonia beracun dan mudah terbakar. • Senyawa seperti CFC dan HCFC juga merupakan pilihan yang baik, sayangnya menimbulkan efek penipisan lapisan ozon. • Hidrokarbon juga dapat digunakan, akan tetapi menjadi tidak ekonomis karena menjadikan OTEC sulit bersaing dengan pemanfaatan hidrokarbon secara langsung. • Ukuran pembangkit listrik OTEC bergantung pada tekanan uap dari fluida kerja yang digunakan. makin tinggi tekanan uapnya maka semakin kecil ukuran turbin dan alat penukar panas yang dibutuhkan, sementara ukuran tebal pipa dan alat penukar panas bertambah untuk menahan tingginya tekanan terutama pada bagian evaporator.

Plus Minus Energi Panas Laut • Kelebihan: • Tidak membutuhkan bahan bakar shg biaya operasi rendah. • Tidak menghasilkan gas rumah kaca atau limbah lainnya. • Produksi listrik stabil. • Bisa dikombinasikan dengan fungsi lainnya: menghasilkan air pendingin, produksi air minum, suplai air untuk aquaculture, ekstraksi mineral, dan produksi hidrogen secara elektrolisis.

Plus Minus Energi Panas Laut • Kekurangan: • Jika menggunakan amonia sebagai bahan yang diuapkan bisa menimbulkan potensi bahaya kebocoran yang mencemari lingkungan. • Efisiensi total masih rendah sekitar 1%-3%. • Biaya pembangunan tidak murah. • Belum bisa menghasilkan daya yang tinggi. • Pembangunan konstruksi berisiko rusaknya ekosistem pantai.

Tugas : • Carilah sumber baru EBT yang benar-benar “baru” (belum pernah ada sebelumnya). • Sumber boleh berasal dari mana saja, asalkan mampu menghasilkan energi, khususnya energi listrik. • Boleh mengeksplorasi bahan dari Internet, tetapi harus ditulis dengan bahasa sendiri (dilarang copypaste). • Dikumpulkan minggu depan, dan dipresentasikan.

Energi Kimiawi Air

Energi Kimiawi Air • Air menutupi hampir 71% permukaan Bumi. Terdapat 1, 4 triliun kilometer kubik (330 juta mil³) tersedia di Bumi. • Unsur kimiawi air : H 2 O • 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 mengaliri arus listrik (elektrolisis). • Pada katode, dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas H 2 dan ion hidroksida (OH-). • Sementara itu pada anode, dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O 2), 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 • Resonansi : peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena ada benda lain yang bergetar dan memiliki frekuensi yang sama atau kelipatan bilangan bulat dari frekuensi itu. • Benda apapun dengan frekuensi resonansi yang sesuai akan ikut bergetar dengan amplitudo maksimal. • Resonator : alat yang bisa menghasilkan gel. suara atau gel. elektromagnetik untuk menggetarkan benda lainnya.

Ikatan molekul air

Efek agitasi • Ikatan molekul H 2 O bisa dipecah dengan efek agitasi (goncangan molekuler). • Efek agitasi bisa didapat dengan menggetarkan air secara elektromagnetik maupun secara akustik dengan menggunakan resonator. • Frekuensi resonansi untuk air adalah sekitar 42. 7 k. Hz dan 2. 4 MHz. • Rangkaian resonator bisa dibuat dengan memperkuat sinyal akustik 42. 7 k. Hz atau sinyal elektromagnetik 2. 4 MHz hingga aras tertentu yang mampu memecah H 2 O menjadi gas H-H-O.

Resonator Akustik (Stanley Meyer) • Prinsip kerja : membangkitkan gelombang ultrasonik berfrekuensi 42. 7 k. Hz, memperkuat, dan mengumpankan ke sebuah transduser ultrasonik.

Resonator Akustik (Stanley Meyer)-2

Resonator Akustik

Resonator Akustik

Resonator Akustik

Resonator Elektromagnetik

Resonator Elektromagnetik 2. 4 MHz • Prinsip kerja : membangkitkan gel. elektromagnetik berfrekuensi 2, 4 MHz, memperkuat, dan mengumpankan ke sebuah antena.

Tugas : Buat makalah dengan tema “Potensi EBT dari Bahan Limbah” • • • Contoh limbah : sampah organik/anorganik, kayu, daun, plastik, dll. Maksimum 10 halaman, diketik. Dipresentasikan (mulai sesudah UTS)