Makalah Energi dan Elektrifikasi Pemanfaatan Energi

MAKALAH PEMANFAATAN ENERGI

Disusun untuk memenuhi tugas matakuliah Energi dan Elektrifikasi

Makalah

Disusun Oleh: KELOMPOK 6 TEP-B

Silvia Nur Arifin NIM 121710201002 Masfiyah NIM 121710201008 Nur Aini Hariyo W NIM 121710201018 Badriatus Syamsiyah NIM 121710201046 Safiantika Nur A NIM 121710201074

JURUSAN TEKNIK PERTANIAN FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN

ENERGI MATAHARI

Sumber energi banyak kita jumpai, dan dibagi menjadi 2 yaitu yang dapat diperbarui dan tidak dapat diperbarui, salah satunya yaitu energi surya. energi surya adalah energi dari cahaya matahari yang memiliki banyak manfaat seperti menghasilkan listrik menggunakan sel surya. Energi surya atau matahari telah dimanfaatkan di banyak belahan dunia dan jika dieksplotasi dengan tepat, energi ini berpotensi mampu menyediakan kebutuhan konsumsi energi dunia saat ini dalam waktu yang lebih lama. Matahari dapat digunakan secara langsung untuk memproduksi listrik atau untuk memanaskan bahkan untuk mendinginkan. Energi matahari adalah energi yang didapatkan dengan mengubah energi panas matahari melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentu lain. Teknologi tenaga panas matahari yang ada di pasar saat ini sangat efisien dan bisa diandalkan. Saat ini pasar menyediakan tenaga matahari untuk aplikasi dengan cakupan luas, dari pemanas air domestik dan pemanas ruangan di perumahan dan gedung –gedung komersial, sampai pemanas kolam renang, tenaga matahari-pendingin, proses pemanasan industri dan memproses air menjadi tawar.

Matahari adalah pabrik tenaga nuklir yang dengan memakai proses fusi mengubah sejumlah empat ton massa hidrogen yang banyak terdapat di jagad raya

menjadi helium tiap detiknya dan menghasilkan energi dengan laju 1020 kW-Jam/detik. Berbeda dengan proses fusi nuklir yang berbahaya, proses yang terjadi merupakan yang paling bersih dan gratis, selain itu energi ini tidak memerlukan sarana angkutan atau transmisi jarak jauh, tidak berisik serta memiliki potensi yang besar di berbagai lokasi untuk dimanfaatkan sebagai sumber energi

seperti pemanasan atau listrik. Istilah “tenaga surya” mempunyai arti mengubah sinar matahari secara langsung menjadi panas atau energi listrik untuk kegunaan kita. dua tipe dasar tenaga matahari adalah “sinar matahari” dan “photovoltaic” (photo- cahaya, voltaic=tegangan) Photovoltaic tenaga matahari: melibatkan pembangkit listrik dari cahaya.

Energi surya adalah energi yang didapat dengan mengubah energi panas surya (mat a h a ri ) melalui peralatan tertentu menjadi sumber daya dalam bentuk lain. Energi surya menjadi salah satu sumber pembangkit daya selain a ir , u a p , a n g i n , bio g a s , b a tu b a r a , dan m i n y a k bum i . Selain itu Energi matahari banyak dimanfaatkan dalam kehidupan sehari-hari oleh manusia khusunya dibidang pertanian diantaranya:

1. Kompor Matahari

Kompor matahari adalah kompor yang memanfaatkan tenaga matahari untuk mengoperasikannya. Kompor matahari biasanya digunakan oleh petani di desa-desa daerah tropis dengan menjemur hasil panennya dibawah terik sinar matahari. Cara ini sangat menguntungkan bagi para petani untuk mengurangi pengeluaran biaya untuk mengeringkan hasil panennya. Berbeda dengan petani di negara-negara empat musim yang harus mengeluarkan biaya untuk mengeringkan hasil panennya dengan menggunakan oven yang menggunakan bahan bakar fosil maupun menggunakan listrik. Prinsip kerja dari kompor matahari adalah dengan memfokuskan panas yang diterima dari matahari pada suatu titik menggunakan sebuah cermin cekung besar sehingga didapatkan panas yang besar yang dapat digunakan untuk menggantikan panas dari kompor minyak atau kayu bakar.

2. Pemurnian/penyulingan air tenaga surya

Air yg ada dalam bak penampung yg terbuat dari logam bagian dalamnya akan menguap jika dipanaskan oleh matahari, kemudian air uap akan menempel pada kaca. Lalu secara berlahan akan mengalir mengikuti kemiringan kaca dan akhirnya akan jatuh pada penampung di sebelah kiri.

Rumah pengering merupakan alat yang digunakan untuk hasil-hasil perkebunan seperti tembakau, karet, jagung dan yang lain.Dengan adanya rumah pengering di desa tersebut, bisa meningkatkan produksinya. Biasanya proses pengeringan bisa memakan waktu 4 – 5 hari, dengan rumah pengering hanya membutuhkan 1-2 hari saja. Ukuran rumahnya pun berbeda-beda menurut keperluan dan bahkan dalam kebanyakan hal dibuat lebih dari satu tingkat. Wadah bahan digunakan rak-rak, ataupun tempat-tempat gatungan (disesuaikan keperluan). Cara kerja dari alat ini bersumber dari panas matahari yang kemudian dihantarkan oleh pipa-pipa yang dialirkan menuju setiap ruang pengering. Media yang melewati pipa panas tersebut bias berupa air,uap, maupun gas hasil pembakaran. Pipa-pipa pemanas dipakai untuk memindahkan panas dari dalam ke bagian luar dari pada pipa guna memanaskan udara di dalam ruang pengering. Untuk meningkatkan efektivitas dan efisiensi perpindahan panasnya, maka pada pipa pemanas diberikan gelang-gelang dari bahan yang bisa menghantarkan panas.

Sel surya atau juga sering disebut fotovoltaik yang merupakan divais yang mampu mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang sampai kebumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal.

Sel surya juga mempunyai bagian-bagian penting yang bekerja sesuai dengan fungsinya diantaranya:

ENERGI AIR

Air merupakan salah satu sumber enrgi yang mudah didapat dan relative murah. Energy potensial tersimpan didalam air yang jatuh sedangkan energy kinetic tersimpan didalam air yang mengalir. Energy air diperoleh dari air yang mengalir. Energy yang dimiliki oleh air dapat dimanfaatkan dalam penggunaan energy mekanis dan energy listrik. Pemenfaatan energy air dalam kehidupan sehari-hari banyak yang menggunakan kincir angina yang memnafaatkan air terjun atau aliran air sungai.

Besarnya tenaga air yang tersedia dipengaruhi oleh besarnya head dan debit air. Hubungan reservoir air maka head adalah beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan muka air keluar dari kincir atau turbin air. Total energy yang

tersedia dari suatu reservoir air adalah energy potensial air, yaitu: ……….. (1.1)

Daya merupakan energy tiap satuan waktu , sehingga persamaan 1.1 dapat di

nyatakan sebagai:

Dengan mensubstitusi P terhadap

- P adalah daya (watt) yaitu

Selain memanfaatkan air jatuh hydropower dapat diperoleh dari aliran air datar. Dalam hal ini energi yang tersedia merupakan energi kinetik

E

1

mv

2

Daya air yang tersedia dinyatakan sebagai berikut :

P

1

Qv

2

2

... (1.4)

atau dengan menggunakan persamaan kontinuitas

Q Av

maka

1. Kincir air

Kincir air adalah sarana yang berfungsi untuk merubah energy aiar menjadi energy mekanik yang berupa torsi pada poros suatu kincir air. Kincir air memiliki beberapa jenis, yaitu:

a. Kincir air overshot

Kincir air ini bekerja bila air yang mengalir jatuh tepat kedalam bagian-bagian sudu sisi bagia atas dan karena adanya berat air yang jatuh akan menyebabkan kincir air berputar.

b. Kincir air undershot

Kincir tersebut bekerja bila air yang mengalir, menghantam dinding sudu yang terletak pada bagian bawah dari kincir air. Kincir air tipe undershot tidak mempunyai tambahan keuntungan dari head.

c. Kincir air Breastshot

Merupakan perpaduan antara tipe overshot dan undershot dilihat dari energi yang diterimanya. Jarak tinggi jatuhnya tidak melebihi diameter kincir, arah aliran air yang menggerakkan kincir air disekitar sumbu poros dari kincir air.

d. Kincir air Tub

ENERGI FOSIL DAN MINYAK

Minyak bumi, gas alam, dan batu bara dikatakan sebagai bahan bakar fosil karena pada dasarnya mereka memang fosil. Bahan bakar fosil terbentuk lewat proses alamiah berupa pembusukan dari organisme yang mati ratusan juta tahun lalu. Dinosaurus, pepohonan, dan hampir semua makhluk hidup yang mati, terendapkan ditanah, dan sekarang telah menjadi minyak bumi, gas alam, atau batu bara. Gas alam berbentuk gas, minyak bumi berbentuk cair, dan batu bara berbentuk padat. Perbedaan wujud mereka disebabkan perbedaan pada tekanan dan panas yang mereka terima diperut bumi selama jutaan tahun.

Bahan bakar fosil adalah sumberdaya tak terbarukan karena perlu jutaan tahun untuk terbentuk, dan sumber yang ada lebih cepat habis ketimbang terbentuk yang baru. Produksi dan pemakaian bahan bakar fosil menyebabkan masalah lingkungan. Gerakan global menuju pembangkitan energi terbarukan dilakukan untuk membantu memenuhi meningkatkan kebutuhan energi. Ada banyak jenis senyawa hidrokarbon atau terbarukan dalam campuran bahan bakar tertentu. Campuran khusus hidrokarbon memberi sebuah bahan bakar sifat karakteristiknya, seperti titik didih, titik beku, kepadatan, kekentalan, dan sebagainya. Sebagian bahan bakar seperti gas alam, misalnya, mengandung komponen gas dengan titik didih yang sangat rendah. Yang lain seperti bensin dan diesel mengandung komponen dengan titik didih lebih tinggi.

Bahan bakar fosil penting karena bila dibakar (dioksidasi menjadi karbon dioksida dan air) akan menghasilkan energi yang besar per satuan berat. Penggunaan batu bara sebagai bahan bakar sudah dilakukan dimasa prasejarah. Batu bara digunakan untuk menjalankan tungku pencairan bijih logam. Hidrokarbon setengah padat juga telah digunakan semenjak zaman kuno, namun bahan ini umumnya dipakai untuk bahan anti air dan balsem.

sumber bahan bakar fosil yang penting. Landas minyak dan bahan sejenis adalah batuan endapan yang mengandung kerogen, sebuah campuran kompleks senyawa organik dengan berat molekul besar, yang menghasilkan minyak mentah sintetis ketika dipanaskan (pirolisis). Bahan ini belum dieksploitasi secara komersial untuk saat ini. Bahan bakar ini dapat digunakan untuk mesin pembakaran internal, pembangkit listrik bahan bakar fosil, dan kegunaan lain.

Penggunaan Bahan Bakar Fosil

Pada paruh terakhir abad ke 18, kincir angin dan air memberi energi untuk menggiling tepung, menggergaji kayu, atau memompa sementara kayu atau gambut digunakan untuk memberikan pemanasan di musim dingin. Penggunaan bahan bakar fosil secara luas diawali oleh batu bara dan kemudian minyak bumi, untuk mentenagai mesin uap memungkinkan revolusi industri. Pada saat yang sama, cahaya gas menggunakan gas alam atau gas batu bara menjadi luas. Penemuan mesin pembakaran internal dan penggunaannya pada mobil dan truk meningkatkan kebutuhan bensin dan diesel, keduanya dibuat dari bahan bakar fosil. Alat transportasi lain, kereta api dan pesawat, juga membutuhkan bahan bakar fosil. Penggunaan bahan bakar fosil lainnya mencakup pembangkitan listrik dan industri biok i m i a. Aspal, sisa dari ekstraksi minyak bumi, digunakan untuk membangun jalan.

Saat ini di dunia terdapat persediaan batu bara sebesar 905 miliar metrik ton yang setara dengan 4416 miliar barel (702.1 km³) minyak bumi. Sementara itu persediaan minyak bumi sendiri adalah 1119 miliar barel (177,9 km³) hingga 1317 miliar barel (209,4 km³). Gas alam lebih sedikit, yaitu hanya 175-181 triliun m³, atau setara 1161 miliar barel minyak bumi.

Dampak Lingkungan

kontribusi emisinya yang sangat besar pada semua isu udara. Pembangkitan listrik menghasilkan sejumlah besar nitrogen oksida dan sulfur dioksida, yang menyebabkan kabut dan hujan asam serta terbentuknya materi bubuk halus. Ia merupakan sumber industri yang paling tidak terkendali dalam menghasilkan pencemaran raksa di Kanada. Pembangkit listrik berbahan bakar fosil juga memancarkan karbon dioksida yang menyumbang pada perubahan iklim. Selain itu, sektor ini berpengaruh besar pada air dan habitat serta spesies. Bendungan dan jalur transmisi berpengaruh nyata pada air dan keanekaragaman hayati. Menurut ilmuan AS Jerry Mahlman, secara ilmiah 99% pasti kalau bahan bakar fosil menjadi penyebab utama pemanasan global.

Pembakaran bahan bakar fosil menghasilkan asam sulfat, karbonik, dan nitrik, yang jatuh ke Bumi sebagai hujan asam, mempengaruhi daerah alamiah dan lingkungan buatan. Monumen dan pahatan yang dibuat dari pualam dan batu kapur rentan terhadapnya karena asam melarutkan kalsium karbonat.

Bahan bakar fosil juga mengandung bahan radioaktif, terutama uranium dan thorium, yang dilepaskan ke atmosfer. Tahun 2000, sekitar 12 ribu ton thorium dan 5 ribu ton uranium telah dilepaskan dari pembakaran batu bara di dunia. Diperkirakan kalau tahun 1982, pembakaran batu bara oleh AS telah melepaskan 155 kali lebih banyak radioaktif ke atmosfer ketimbang insiden Three Mile Island. Walau begitu, radioaktivitas dari pembakaran batu bara ini sangat kecil dalam tiap sumber dan tidak memiliki dampak yang nyata pada fisiologi manusia.

ENERGI MANUSIA

Energi adalah suatu konsep dasar dalam fisika. Dalam fisika tubuh manusia, energi merupakan hal yang sangat penting. Seluruh aktivitas tubuh, termasuk berpikir memerlukan energi. Perubahan energi menjadi kerja, seperti mengangkat suatu beban atau mengendarai sepeda, hanya mencerminkan sebagian kecil penggunaan energi total di tubuh. Pada keadaan istirahat (basal), konsumsi energi tubuh terutama digunakan oleh otot rangka dan jantung (25%), otak (19%), ginjal (10%), serta hati dan limpa (27%). Sisanya sebesar 19% tersebar di banyak sistem, misalnya sistem pencernaan.

Kekekalan energi di tubuh dapat ditulis sebagai suatu persamaan sederhana:

= +

Persamaan di atas merupakan pernyataan dari hukum pertama termodinamika, menganggap bahwa tidak ada makanan atau minuman yang masuk dan tidak ada feses atau urin yang dikeluarkan selama interval waktu bersangkutan.

Saat tubuh melakukan kerja atau tidak, terjadi perubahan energi terus-menerus. Hukum persamaan termodinamika: ∆U = ∆Q - ∆W

dengan ∆U adalah perubahan simpanan energi, ∆Q adalah panas yang hilang atau diperoleh, dan ∆W adalah kerja yang dilakukan oleh tubuh. Berdasarkan perjanjian, ∆Q adalah positif jika tubuh melakukan kerja. Tubuh yang tidak melakukan kerja (∆W = 0) dan pada suhu konstan secara umum akan kehilangan panas ke lingkungannya jika suhu lingkungan lebih rendah, sehingga ∆Q negatif. Oleh karena itu, ∆U juga negatif yang menunjukkan penurunan simpanan energi. Perubahan ketiga kuantitas di atas dalam interval waktu singkat (∆t), berikut persamaannya:

= -

dengan adalah kecepatan perubahan simpanan energi, adalah kecepatan

kehilangan atau penambahan panas, dan adalah kecepatan melakukan pekerjaan, yaitu daya mekanis. Ketiga besaran harus memiliki satuan energi, waktu, atau daya.

dengan usaha yaitu sebagai besarnya perubahan energi yang digunakan. Persamaannya yaitu sebagai berikut.

W = ΔE

dimana W adalah: W = F x s

Keterangan: W = Usaha (Joule) F = Gaya (N)

s = Perpindahan (m) Berikut jenis-jenis energi di dalam tubuh manusia

a. Energi fisik atau tenaga dalam fisik

Energi fisik bisa dipadatkan, oleh karena itu di beberapa tempat belajar bela diri, energi fisik bisa diarahkan ke satu titik untuk dipakai mematahkan benda-benda keras dengan tangan kosong. Nama populer untuk energi ini adalah energi Chi. Energi fisik mengalir di dalam badan manusia melalui seluruh urat, otot, jaringan daging, tulang, fasial tissu dan melalui saluran energi yang disebut meridian.

b. Energi metafisik atau energi shen

Merupakan energi kontrol, contohnya pada robot ada energi 24 VDC yang dipakai untuk menggerakkan sistem kontrol energi penggerak. Dengan sistem kontrol ini, arus energi pengerak dialirkan ke suatu tempat yang bisa menggerakkan bagian-bagian dari robot. Pada manusia, memori atau program sistem kontrol otomatis berada di dalam otak kecil, sedang ukuran parameternya berada di hipofise, amigdala dan otak kecil. Sedang sirkuit-sirkuit kontrol ini berada di Badan Metafisik dan sumber energinya berada di badan energi.

c. Energi etherik atau energi ching

ENERGI LISTRIK DAN NUKLIR

Energi listrik merupakan energi yang berasal dari sumber arus, atau

kemampuan untuk menghasilkan usaha listrik (kemampuan yang diperlukan untuk memindahkan muatan dari satu titik ke titik yang lain). Sehingga energi ini

dipindahkan dalam bentuk aliran muatan listrik melalui kawat logam konduktor yang disebut arus listrik. Energi listrik dapat diubah menjadi bentuk lain, misalnya:

a. Energi listrik menjadi energi kalor/panas, contoh: seterika, solder, dan kompor listrik, pengering rambut (hair dryer), dan penanak nasi (rice cooker). b. Energi listrik menjadi energi cahaya, contoh: lampu.

c. Energi listrik menjadi energi mekanik, contoh: motor listrik.

d. Energi listrik menjadi energi kimia, contoh: peristiwa pengisian accu, peristiwa penyepuhan (peristiwa melapisi logam dengan logam lain). e. Energi listik menjadi energi menjadi energi suara, contoh: radio dan tape.

Apabila arus listrik mengalir pada suatu penghantar berhambatan R, maka smber arus akan mengeluarkan energi yang bergantung pada V, I, dan t.

V = R.I W = Q.V W = V.I.t

= (R.I).I.t = I2.R.t Keterangan :

V = beda potensial pada ujung-ujung penghantar (Volt). I = kuat arus yang mengalir pada penghantar (Ampere). t = waktu atau lamanya arus mengalir (detik).

Tegangan listrk adalah besarnya beda potensial antara kedua kutub sumber. Sumber tegangan listrik antara lain baterai, generator, aki dan lain-lain. Sedangkan energi listrik adalah kapasitas untuk melakukan kerja yang berhubungan dengan arus listrik. Ada beberapa macam energi yang berhubungan dengan energi listrik, yaitu energi mekanik, energi panas, dan lain-lain. Listrik memiliki beberapa jenis diantaranya adalah berdasarkan cara mengalirnya dan berdasarkan jenis alirannya. Berdasarkan cara mengalirnya listrik terbagi menjadi dua yakni:

a. Listrk statis (elektrostatic) adalah kumpulan muatan listrik dalam jumlah besar, yang statis (tidak mengalir), namun apabila terjadi pengosongan muatan tersebut waktunya sangat singkat. Pemanfaatan listrik statis dalam kehidupan sehari-hari antara lain untuk menangkal Petir dan alat penggumpal asap.

b. Listrik dinamis adalah listrik yang dapat bergerak melalui penghantar yang menghubungkan kadua kutub. Aliran listrik yang mengalir terjadi dari potensial tinggi ke potensial rendah. Pemanfaatan listrik dinamis dalam kehidupan sehari-hari antara lain untuk menyalakan peralatan listrik pada umumnya.

Berdasarkan jenis alirannya listrik terbagi menjadi dua yakni:

a. Listrik AC, ini memiliki arus bolak -balik, bila dilihat dalam osiloskop arus ini memiliki bentuk gelombang seperti, ombak air. Arus ini bisa dikatakan arus kasar karena bentuknya yang bergelombang, arus AC kebanyakan tidak bisa untuk menjalankan alat-alat elektronika, arus AC digunakan untuk, menjalankan motor AC, dan transmisi distribusi listrik dari pembangkit generator ke rumah-rumah, industri dan konsumen lainya.

Energi nuklir adalah energi yang dihasilkan dengan mengendalikan reaksi nuklir. “Energi nuklir merupakan salah satu sumber energi di alam ini yang diketahui manusia bagaimana mengubahnya menjadi energi panas dan listrik. Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir yang disingkatnya PLTN adalah stasiun pembangkit listrik di mana panas didapat dari satu atau lebih reaktor nuklir pembangkit listrik, jadi memang panas itulah sumber dari energi listrik.

Gambar 1. Skema Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir (PLTN)