Bab Iib Sumber Energi Terbaharukan

2.2. Sumber Energi Terbaharukan

Gambar 2.1. Sumber-sumber energi terbaharui

Sumber energi terbaharukan dapat diperbaharui/digantikan dalam priode waktu yang tidak lama. Lima sumber energi terbaharukan yang banyak digunakan meliputi: 1. Energi panas bumi (geotermal). 2. Matahari. 3. Biomassa. 4. Hydropower (air), a. Air kandungan mekanis i. Energi air terjung ii. Energi pasang surut, dan iii. Energi ombat/gelombang dan arus laut b. Air kandungan termis i. Energi panas laut 5. Angin.

2.2.1. Energi panas bumi (geotermal). Umum Menurut salah satu teori, pada prinsipnya bumi merupakan pecahan yang terlempar dari matahari. Karenanya, bumi hingga kini masih mempunyai suatu inti Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 4

panas sekali yang meleleh. Kegiatan gunung-gunung berapi di banyak tempat di permukaan bumi dipandang sebagai bukti dari teori ini. Magma, yang menyebabkan letusan-letusan vulkanik juga menghasilkan sumber-sumben uap dan air panas pada permukaan bumi. Pada asasnya bumi terdiri atas tiga bagian sebagaimana terlihat pada Gambar 4.7. Bagian paling luar adalah lapisan kulit. Tebalnya adalah rata-rata 30 sampai 40 km atau lebih di daratan, dan di laut antara 7 dan 10 km. Bagian berikutnya dinamakan mantel, yang terdiri atas batu yang dalamnya mencapai kira-kira 3000 km, dan yang berbatasan dengan inti bumi yang panas sekali. Inti ini terdiri atas inti cair, atau inti meleleh, yang mencapai 2000 km lagi kemudian paling tengah berupa inti keras yang mempunyai garis tengah sekitar 2600 km. Panas inti mencapai 50000C lebih. Diperkirakan ada dua sebab mengapa inti bumi itu berada dalam keadaan panas.

Gambar 4.7. Isi Bumi Terdiri Atas, Inti, Mantel dan Lapisan Kulit.

Pertama diperkirakan disebabkan tekanan yang luar biasa besarnya karena gravitasi bumi mencoba mengkompres atau menekan bertriliun ton materi, sehingga bagian yang tengah menjadi paling terdesak. Hal ini juga menyebabkan, bahwa kepadatan bumi menjadi lebih besar di sebelah dalam. Sebab kedua adalah bahwa bumi mengandung banyak bahan radioaktif seperti uranium-238, uranium-235, dan thorium 232. Sebagai halnya dalam inti bahan bakar sebuah reaktor atom, kegiatan bahan-baban radioaktif ini membangkitkan jumlah panas Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 5

yang tinggi. Panas ini dengan sendirinya berusaha untuk mengalir ke luar, akan tetapi ditahan oleh mantel yang mengelilinginya. Walaupun demikian, panas yang mencapai permukaan bumi menurut perkiraan rata-rata berjumlah 400 kCal/m2 setahun. Karena luas permukaan bumi berjumlah 5,1 x 1014 m2, maka jumlah panas itu adalah kira-kira 2 x l017 kCal, atau kira-kira 2,3 x 1014 kWh, setahun. Menurut perkiraan, terbanyak arus energi terdapat di bawah lautan. Bilamana dimisalkan, bahwa 1% jumlah energi itu dapat dimanfaatkan dengan efisiensi 25% dan faktor kapasitas kira-kira 50% maka hal ini adalah sama dengan daya terpasang pusatpusat listrik sebesar 200 GW, atau 200.000 MW! Kiranya suatu potensi yang cukup mengagumkan. Di permukaan bumi sering terdapat sumber-sumber air panas, bahkan sumber uap panas. Panas itu datangnya dari batu~batu yang meleleh, atau magma, yang menerima panas dari inti bumi. Gambar 4.8 memperlihatkan secara skematis terjadinya sumber uap, yang biasanya disebut fumarol dan geiser, serta sumber air panas. Magma, yang terletak dalam lapisan mantel, memanasi suatu lapisan batu padat. Di atas batu padat terletak suatu lapisan batu berpori, yaitu batu yang meinpunyai banyak lubang kecil. Bila lapisan batu berpon ini berisi air, yang berasal dan air tanah, atau resapan air hujan, atau resapan air danau misalnya, maka air itu turut dipanaskan oleh lapisan batu padat yang panas itu. Bila panasnya besar, maka terbentuk air panas, bahkan dapat terbentuk juga uap dalam lapisan batu berpori. Bilamana di atas lapisan batu berpori terdapat lagi Sam lapisan. batu padat, maka lapisan batu berpori berfungsi sebagai semacam boiler. Uap dan juga air panas, bertekanan, dan akan berusaha keluar, dalam hal ini ke atas, yaitu ke arah permukaan bumi. Hal ini akan terjadi bila terdapat celah-celah atau pecahan-pecahan batu padat. Demikianlah terjadinya sumber air panas dan sumber uap. Energi panas bumi sudah lama digunakan manusia. Orang-orang Romawi menggunakan sumber air panas bumi untuk mengisi kolam pemandian panas bagi kesehatan lebih dari 2000 tabun yang lalu. Dan dalam zaman modem ini banyak Kurhaus yang tersohor di Jerman pada prinsipnya mempergunakan sumber daya panas bumi. Gejala tenaga panas bumi pada umumnya tampak di permukaan bumi berupa mata air panas, fumarol (uap panas) geiser (semburan air panas), dan sulfatora (sumber belerang). Dengan jalan pengeboran, uap alam yang bersuhu dan tekanan tinggi dapat Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 6

diambil dari dalam bumi dan dialirkan ke generator turbo yang selanjutnya menghasilkan tenaga listrik.

Gambar 4.8. Skema Terjadinya Sumber Air Panas dan Sumber Uap.

Perkiraan atau penilaian potensi panas bumi pada prinsipnya mempergunakan data-data geologi, geofisika dan geokimia. Analisis-analisis kimia memberikan parameter-paremeter yang dapat digunakan untuk perkiraan potensi panas bumi suatu daerah. Rumus-rumus yang ada, adalah sangat kasar, dan merupakan perkiraanperkinaan gariis besar. Di antara rumus atau metode, yang sering dipakai, dapat disebut Metode Perry dan Metode Bandwell, yang pada umumnya memupakan minus empinis. Rumus-mumus tersebut disainpaikan di bawah mi.

Metode Perry

mempergunakan prinsip energi dan panas yang hilang.

Rumus

E = D x Dt x P kCal per detik

dengan

E = energi; D = debit (L/dtk); Dt = perbedaan suhu permukaan air panas dan air dingin; P = panas jenis (kCallkg), diambil berat jenis air = 1; (1 kCaL/dtk = 4,186 kW).

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 7

Untuk perhitungan-perhitungan ini, data-data suhu dinyatakan dalam derajat Celcius (0C), debit air panas dalam satuan liter per detik, sedangkan isi klorida dalam lamutan air panas dinyatakan dalam miligram per liter. Metode Bandwell dengan

E = (panas) M (h1 — H) kWh . M = massa dan waduk uap panas bunu yang terdiri atas cairan dan uap (kg); = enthalphy uap pada t1 (BTU/lb);. = enthalphy uap pada t2 (BTU/lb); = suhu waduk uap panas bumi mulamula (0F); = suhu waduk uap panas bumi mulamula (0F); M

tergantung daripada: a. Volume waduk uap panas bumi (kin3); b. % uap yang terkandung dalam waduk.

Perkembangan Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi Percobaan pertama untuk membangkitkan tenaga listrik dengan energi panas bumi dimulai di Lardarello, Itali, tahun 1904. PLTP (Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi) pertama dengan daya terpasang 250 kW mulai beroperasi di tempat itu dalam tahun 1913. Kemudian Jepang menyusul dengan mengadakan pengeboran dalam tahun 1919, dan memasang sebuah PLTP kecil sebesar 1 kW dalain tahun 1924. Di Amerika Serikat pemboran dimulai di tahun 1920-an di Geysers dan Niland, California. Dalam tahun 1928 diadakan pemboran di Kamojang, dekat kota Garnt, Jawa Barat, Indonesia. Juga dalam

tahun

1928

dilakukan

pemboran

di

Reykjavih,

Islandia,

yang

mempergunakannya untuk pemanasan. Menjelang tahun 1940 diselenggarakan pemboran di Rotoma dan Danau Tuopo, Selandia Baru, untuk keperluan pemanasan. Setelah Perang Dunia II perhatian yang besar kembali ditumpuhkan kepada energi panas bumi, terutama di negan-negara yang tidak mempunyai sumberdaya minyak, seperti Itali, Jepang dan Selandia Baru.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 8

Poto atas: Geothermal Geysers California USA. Poto bawah: Geothermal Power USA

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 9

Setelah terjadinya embargo minyak dalam tahun 1973, disusul dengan apa yang dinamakan kemelut energi, perhatian itn menjadi lebih besar lagi. Dalam tahnn 1976 daya terpasang dunia PLTP mencapai hampir 1.400 MW, tahun 1980 lebih dan 2.500 MW, dan tahnn 1985 sebesar hampir 15.000 MW. Menurut perkiraan, dalam tahun 2000 daya terpasang PLTP seluruh dnnia akan berjumlah antara 80.000 dan 118.000 MW. Tabel 2.17 memperlihatkan daya terpasang tersebut untuk 23 negara dalam tahun 1976, 1980 dan 1985 serta perkiraan untuk tahun 2000. Dari tabel itu dapat dilihat bahwa dalam tahun 1976 “tiga besar” adalah Amerika Serikat, Itali dan Selandia Baru. Komposisi ini berubah menjadi Amerika Serikat, Itali dan Filipina dalam tahu 1980. Dalam tahun 1985 urutan ini menjadi Amerika Serikat, Filipina dan Itali.

Tabel 2.17. Daya Terpasang Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi 1976—1985 dan Perkiraan Tahun 2000 Negara 1976 (MW)) Amerika Serikat 522 Itali 421 Filipina — Jepang 68 Selandia Barn 192 Meksiko 78,5 Eslandia 2,5 El Savador 60 Urn Soviet 3 Indonesia — RRC 1 Turki 0,5 Nikaragua Kosta Rika Guatemala — Honduras — Panama — Taiwan Portugal — — Kenya Spanyol — Argentina — Kanada — Jumlah 1.348,5 Bahan dari berbagai sumber. Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

1980 (MW 908 455 443 218 203 218 64 60 5,7 2,3 3 0,5 — — — — — — — — 2.580,5

1985 (MW) 3.000 800 1.726 100 282 400 150 180 5,7 142,5 50 400 150 100 100 100 60 50 30 30 25 20 10 7911,2

2000 (MW) 20.000—40.000 — 4.000 48.000 352 1.500-20.000 500 180 5,7 600 200 1.000 300-400 100 100 100 60 200 200 60—90 200 20 10 80.000—100.000

Halaman 10

Sejarah panas bumi di Indonesia sudah dimulai pada awal Abad ke-20. Pemboran percobaan di Kawah Kamojang (Jawa Barat) dan Dataran Tinggi Dieng (Jawa Tengah) dalam tahun 1928 membuktikan bahwa terdapat uap panas bumi. Tampaknya terdapat suatu jalur api (fire-belt) yang mulai dan Aceh di ujung Barat Laut Sumatera berjalan melalui Jawa, Bali dan Sulawesi hingga Halmahera di bagian Timur Nusantara. Jalur itu, yang mempunyai lebar anatana 50-200 km sepanjang 7.000-7.500 km menjadi tempat kedudukan gunung-gunung berapi yang aktif sejak beberapa juta tahun yang lalu. Pada waktu ini, sebagian yang cukup besar gunung-gunung api itu masih berada dalam keadaan aktif. Peta potensi panas bumi Indonesia dapat dilihat pada gambar ????? Untuk mengembangkan potensi tenaga panas bumi, khususnya untuk pembangkitan tenaga listrik, mulai tahun 1980 telah diundang ealon-ealon investor luar negeni untuk mengadakan perundingan bagi penanaman modal. Diperkirakan bahwa pada akhir Abad ke-20, kira-kira sebanyak 600 MW tenaga panas bumi dapat dikembangkan untuk pembangkitan tenaga listnik.

2.2.2. Energi Surya Langsung Umum Sebagaimana telah dikemukakan dalam bab-bab sebelumnya, pada asasnya dan datam arti yang luas, energi yang berasal dan sang surya bukan saja terdiri atas penyinaran langsung oleh pancaran matahari ke bumi, akan tetapi sebenarnya termasuk seluruh efek tidak langsung, seperti tenaga angin, tenaga air dan energi dan taut. Bahkan juga termasuk segala macam bentuk energi yang berasal dan biomassa. Dalam bab ini akan dibatasi dengan uraian mengenai pemanfaatan energi yang berasal dan pancaran sinarsinar matahani secara langsung. Dalam pelaksanaan pemanfaatannya, dapat dibedakan tiga cara. Cara pertama adalah prinsip pemanasan langsung. Dalam hal ini sinar-sinar matahani memanasi Langsung benda yang akan dipanaskan, atau memanasi secara langsung medium, misalnya air, yang akan dipanaskan. Air panas itu, nanti akan dipakai misalnya untuk mandi. Cara kedua adalah, bahwa yang dipanaskan adalah juga air, akan tetapi panas yang terkandung dalam air itu, akan dikonversikan menjadi energi listrik, misalnya.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 11

Sedangkan cara ketiga adalah cara fotovoltaik. Dengan cara ini maka energi sinar matahari langsung dikonversikan menjadi energi listrik.

Pemanasan Langsung Pemanfaatan energi surya oleh manusia secara tangsung dalam bentuk pemanasan, telah lama dikenat. Menjemur pakaian adalah contoh yang terlihat seharihari di rumah-rumah tangga biasa. Pembuatan ikan kering dan membuat garam dari tau merupakan contoh-contoh lain dalam bidang perindustrian. Dengan cara pemanasan langsung ini suhu yang akan diperoleh tidak akan melampaui 100oC. Efektivitas pemanfaatan energi surya dengan cara pemanfaatan langsung dapat ditingkatkan bila mempergunakan pengumpul-pengumpul panas, yang biasa disebut kolektor. Sinar-sinar matahari dikonsentrasikan dengan kolektor ini pada satu tempat, sehingga diperoleh suatu suhu yang lebih tinggi. Dalam Gambar 4.9 terlihat beberapa kolektor dan berbagai bentuk. Gambar 4.9(a) merupakan kolektor pipih, atau kotektor datar, Gambar 4.9(b) adalah kolektor parabolik silindris sedangkan Gainbar 4.9(c) merupakan kolektor parabolik bulat. Bentuk kotektor parabolik bulat melandaskan prinsip kompor surya, sebagaimana terlihat pada Gambar 4.9(d). Kompor surya menumt Gambar 4.9(d) tampaknya cukup menanik, akan tetapi persoalannya adalah bahwa sang Thu Rumahtangga harus memasak di panas terik matahani. Sistem-sistem peinanasan secara langsung ini mempunyat efisiensi dan sekitar 30— 40% dan harga (1980) seputar US$ 100 per in2, belum terpasang. Pada saat ini penggunaannya adalah terbanyak untuk pemanasan air kolam dan air untuk mandi.

Konversi Surya Tennis Elektnis Suatu teknotogi yang tampaknya cukup mempunyai potensi adalah apa yang disebut Konversi Surya Termis Elektris (KSTE), atau yang dalam bahasa asing disebut Solar Thermal Electric Conversion (STEC). Pada prinsipnya KSTE memerlukan sebuah konsentrator optik untuk pemanfaatan radiasi surya, sebuah alat untuk menyerap energi yang dikumpulkan, suatu sistem pengangkut panas, dan sebuah mesin yang agak konvensional untuk pembangkitan tenaga listnik. Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 12

.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 13

Foto One-axis tracking parabolic trough systems. Part of a 354MW solar electric plant in California's Mojave Desert, USA

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 14

Sistem KSTE besar yang pertama dibuat adalah dalam tahun 1920, dengan kapasitas 45 kW, di Meadi, Mesir. Tungku surya yang dibangun di Odeillo, Perancis, mempunyai sebuah instalasi 1000 kW, termal. Di Amerika Serikat sedang dikembangkan suatu program KSTE untuk membuat sebuah unit 5 MW-termal di New Meksiko, sebuah unit 10 MW Listnik di Barstow, California, bahkan diharapkan dalam pertengahan tahun 1992-an dapat dibuat sebuah unit 100 MW listnik. Dua buah perusahaan swasta, yaitu Ansaldo di Italia dan MBB di Republik Federal Jerman bekerja sama untuk membuat instalasi KSTE berlandaskan desain dan Profesor Francia, dengan unit-unit hingga 1 MW listrik, untuk dijual secara komersial. Diperkirakan, bahwa sebuah unit KSTE 100 MW listrik akan mempunyai 12.500 buah heliostat, dengan permukaan refleksi masing-masing seluas 40 m2, sebuah menara penerima setinggi 250 m, yang memikul sebuah penyerap untuk membuat uap bagi sebuah turbin selama enam hingga delapan jam sehari. Desain-desain PLTS (Pusat Listrik Tenaga Surya) ini dilengkapi dengan sebuah boiler biasa agar sentral listrik bekerja siang dan malam. Harganya diperkirakan antara US$ 2000,- hingga US$ 5000,per kW listrik.

Gambar 4.10. Pembangkitan Tenaga Listrik dengan Mempergunakan Menara dan Deretan Heliostat.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 15

Foto : A solar thermal central receiver system in California, USA. The system is capable of generating 10 MW of electric power.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 16

Konversi Energi Fotovoltaik Energi radiasi surya dapat diubah inenjadi arus listrik searah dengan mempergunakan lapisan-lapisan tipis dan silikon (Si) murni atau bahan semikonduktor lainnya. Pada saat ini silikon mert4akan bahan yang terbanyak dipakai. Silikon mempakan pula suatu unsur yang banyak terdapat di alam. Untuk keperluan pemakaian Sebagai semikonduktor, silikon harus dimurnikañ hingga suatu tingkat pemurnian yang tinggi sekali: kurang dan sarn atom pengotoran per 1010 atom silikon. Gambar 4.11(a) memperlihatkan pengaturan atom dalam kristal silikon. Bentuk kristalisasi demikian akan terjadi bilamana silikon cair terjadi padat, hal mana disebabkan karena tiap atom silikon mempunyai elektron valensi. Dengan demikian terjadi suatu bentuk kristal di mana tiap atom silikon mempunyai sejumlah 4 tetangga terdekat. Tiap dua atom silikon yang bertetangga saling memiliki salah satu elektron valensinya. Bentuk kisi kristal menurut Gambar 4.11(a) sering juga dinamakan kisi intan. Struktur tiga dimensi menurutt Gambar 4.11(a) diperlihatkan dalam Gambar 4.11(b) secara skematis dengan bentuk dua dimensi. Dalam gambar ini terlihat pula bahwa tiap atom mempunyai empat tetangga terdekat. Kedua garis antara tiap atom merupakan dua elektron valensi, satu buah dari masing-masing atom. Tiap pasangan elektron valensi adalah suatu ikatan kovalensi, yang pada asasnya merupakan hubungan yang mengikat atom-atom kristal. Pada suhu nol absolut (00 K) semua ikatan kovalensi berada dalam keadaan utuh dan lengkap. Bilamana suhu naik, atom-atom akan mengalami keadaan getaran termal. Getaran-getaran ini yang meningkat dengan suhu, pada suatu saat dapat nengganggu beberapa ikatan kovalensi. Terganggunya ikatan valensi dalam kristal semikonduktor pada suhu lingkungan biasa mempunyai beberapa akibat besar terhadap sifat-sifat listrik kristal itu dan penting dalam penjelasan efek fotovoltaik. Dan Gambar 4.11(b) terlihat bahwa terputusnya ikatan valensi melepaskan sebuah elektron, yang dapat bergerak bebas dalam kristal dan dapat berperan serta dalam proses hantaran. Cara bantaran listrik dapat terjadi bila sebuah “lubang” yang terjadi karena pelepasan elektron, diisi oleh elektron lain dan tetangganya, dan setemsnya.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 17

Gambar 4.11. Kisi Intan Kristal Silikon.

Jika kristal itu diletakkan dalam suatu medan listrik, maka elektron-elektron bebas itu condong mengalir ke arab melawan medan sedangkan “lubang-lubang” yang terjadi akan memiliki arab yang berlawanan. Lubang-lubang itu berperan sebagai partikel dengan muatan positif. Dengan demikian seolah-olah dalam sebuah semikonduktor terjadi dua anus dengan arab saling berlawanan: suatu arus elektron dan suatu arus lubang. Jumlah elektron yang mengalir dalam semikonduktor jauh lebib kecil daripada yang merupakan konduktor. Sebagai perbandingan, dalam bahan silikon murni, pada suhu ruangan biasa, terdapat kirakira satu pasangan elektron dan lubang per 1010 atom. Untuk kebanyakan kristal logam angka itu adalah satu per satu. Dapat juga terjadi bahwa ikatan valensi terganggu disebabkan pengaruh radiasi elektromagnetik yang datang dan luar. Jika foton dan radiasi yang masuk itu memiliki banyak energi, maka di tempat resapan akan dapat terjelma suatu pasangan elektron dan lubang. Jumlah energi yang diperlukan untuk terjadinya hal itu adalah 1,1 eV bagi siikon pada suhu ruangan biasa. Dengan demikian maka setiap foton yang memiliki jumlah energi yang lebih besar dan 1,1 eV, atau panjang gelombang kurang dan 1.100 nm, yang tenletak di wilayah inframerah spektmm, dapat mengakibatkan terjadinya pasangan elektron dan lubang di silikon. Khususnya be,sar dan spektrum radiasi surya mempunyai kemampuan tersebut bila diresap siikon. Dengan demikian maka akan terdapat suatu muatan listnik yang melampaui keseimbangan hal mana dapat mengakibatkan terjadinya suatu gaya gerak listrik. Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 18

Gambar 4.12 memperlihatkan sebuab knistal silikon yang dimasukkan satu atom arsenikum (As), yang diperoleh misalnya dari suatu peleburan yang diberi sedikit arsenikum sebagai “pengotoran”. Atom arsenikum memiliki lima elektron valensi. Bilaimana sebuah atom arsenikum menempati suatu posisi “struktural” dalam kristal silikon, ia mempunyai kelebihan satu buah elektron. Pada suhu lingkungan biasa daya ikat elektron kelima terhadap induk atom arsenikum adalah relatif kecil. Dengan demikian terjadi suatu sirnasi di mana terdapat sebuah elektron bebas dalam knistal silikon. Atom arsenikum yang terikat dalam kristal mendapat muatan positif sedangkan elektron bebas itu dapat bergerak dalam seluruh kristal dan mengikuti proses konduksi bila terdapat suatu niedan listrik. Arsenikum dengan semikian merupakan suatu pengotoran yang merupakan pemberi, atau donor elektron. Hal demikian juga akan terjadi dengan atom-atom lain yang mempunyai ikatan valensi lima. Dan penambahan suatu kristal dengan pengotoran donor, akan mengubah sifat-sifat listrik bahan tersebut dengan dua cara. Pertama, jika pengotoran donor itu diperbesar melampaui 1 bagian per 1012, yang dianggap suatu taraf pengotoran yang rendah. maka daya hantar akan meningkat.

Gambar 4.12. Kristal Silikon Dimasukkan Satu Atom Arsenikum (As) dan KeIebiban Satu Elcktron. Kedua, bila baik elektron maupun lubang akan memiliki peran serta kurang lebih sama dalam sifat daya hantan materi silikon, hantarannya akan praktis seluruhnya dilakukan oleh gerakan dan elektron dalam kristal yang mengandung donor. Muatan yang p0-sitif terikat tempat dalam stmktur kristal. Karena elektron memiliki muatan negatif, knistal demikian dinamakan tipe-N, yaitu n dan negatif. Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 19

Dengan sendirinya akan terjadi suatu efek serupa bila pengotorah dilakukan dengan bahan yang memiliki valensi tiga seperti boron dan galium. Dalam keadaan demikian tiap pengotoran “menerima” satu elektron dan ikatan valensi yang mengakibatkan terdapatnya satu lubang yang berperan serta dalam proses konduksi, -dan satu ion pengotoran dengan muatan negatif yang tidak bergerak. Kanena lubang inempunyai muatan positif knistal yang mempunyai akseptor dinamakan tipe-P, yaitu p dan positif. Karena pengotoran relatif menyangkut jumlali-jumlah yang kecil sekali, adalah mungkin untuk sebuah knistal tunggal silikon merupakan tipe-P pada satu ujung dan tipe-N pada ujung yang lain. Knistal demikian dinamakan sambungan P-N dan terlihat pada Gambar 4.13(a). Misalkan sambungan P-N itu terkena radiasi matahani. Telah diketahui bahwa tiap foton radiasi yang memiliki energi yang melebihi 1,1 eV dapat menghasilkan satu pasangan elektron-lubang dalam hablur silikon. Dalam situasi menurut Gambar 4.13(a) akan jelas babwa pasangan-pasangan elektron-lubang agak terpisah-pisah letaknya, sedemikian hingga daerah P akan memiliki muatan positif terhadap daerah N, dan terdapat suatu perbedaan potensial antara kedua apitan. Jika antara kedua apitan dipasang sebuah beban, sebagaimana terlihat pada Gambar 4.13(b), akan mengalir arus I. Dengan demikian terdapat secara langsung suatu konversi elektronika antara radiasi surya yang masuk dan energi listrik yang dihasilkan antara kedua apitan A dan B.

Gambar 4.13. Skema Sambungan P-N.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 20

Foto: A single axis solar photovoltaic plant

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 21

Foto: A solar PV system providing power for a medical clinic in Zambia.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 22

2.2.3. Biomassa Umum Biomassa adalah material organik yang mempunyai simpanan energi dari matahari

dalam

bentuk

energi

Melalui

proses

photosintesis

kimia. tumbuh-

tumbuhan menkonversi energi dari matahari menjadi energi kimia dalam bentuk glucose (gula). Bahan bakar biomassa ini meliputi kayu, sampah kayu, jerami, pupuk, ampas tebu, dan banyak lagi yang dihasilkan dari bermacam-macam hasil pertanian. Proses Fotosintesis Biomassa merupakan produk fotosintesis, yakni butir-butir hijau daun yang bekerja sebagai sel-sel surya, menyerap energi matahari dan mengkonversi dioksida karbon dengan air menjadi suatu senyawa karbon, hidrogen dan oksigen. Senyawa ini dapat dipandang sebagai suatu penyerapan energi yang dapat dikonversi menjadi suatu produk lain. Hasil konversi dan senyawa itu dapat berbentuk arang atau karbon, alkohol kayu, ter dan lain sebagainya. Energi yang disimpan itu dapat pula dimanfaatkan dengan lang-sung membakar kayu itu; panas yang dihasilkan digunakan untuk memasak atau untuk keperluan lain. Proses fotosintesis dapat dirumuskan dengan reaksi kimia berikut: CO2 +H20+E

Cx (H20)x +02 Klorofil

di mana

E

=

energi cahaya;

CO2

=

gas dioksida karbon;

HO

=

air;

CX(H20)x

=

hidrokarbon yang terjadi; dan

02

=

gas oksigen

Klorofil adalah bahan yang membuat hijau daun. Hidrat karbon yang terjadi dapat berbentuk gula tebu atau gula bit yang mempunyai rumus C12H22011, ataupun Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 23

misalnya berbentuk selulosa yang mempunyai rumus yang lebih kompleks berupa (C6H10O5)x. Ada baiknya untuk mencoba mengetahui potensi bahan organik sebagai bahan bakar dengan menilai isi energinya. Energi total suatu molekul dianggap sama dengan jumlah energi dan masingmasing ikatan atom ke atom. Dengan demikian energi yang terdapat pada dioksida karbon CO2 (sebesar 1600 kJ/ mole) dapat dianggap kurang-lebih sama dengan empat ikatan C-0, karena setiap atom oksigen diikat oleh karbon dengan ikatan ganda (CO2 dapat digambarkan 0 = C = 0). Energi interaksi antara kedua atom oksigen diabaikan dan setiap ikatan C—O dianggap sebesar 400 kJ/mole. Energi ikatan gas oksigen 02 adalab 48 kJ/mole, atau 24 kJ/mole untuk tiap ikatan 0—0, oleh karena 02 mempunyai dua ikatan (0=0). Ikatan 0—H mempunyai energi sebanyak 460 kJ/mole. Bila oksigen diserap dalam proses oksidasi atau respirasi, maka energi dibebaskan karena terdapatnya stabilitas yang meningkat pada ikatan 0—H atau ikatan C—O. Dapat dikemukakan, bahwa terdapat suatu hubungan antara jumlah molekul oksigen yang diserap pada proses pembakaran atau respirasi suatu molekul organik dan jumlah energi pembakaran molekul itu. Rumus Rabinowitch merupakan suatu definisi dan tingkat reduksi rata-rata R dad karbon dalam suatu molekul dengan komposisi CpHqOr sebagai berikut:

Pada asasnya R merupakan jumlah molekul oksigen yang diperlukan untuk membakar suatu material organik menjadi CO2 dan H2O, dibagi jumlah atom karbon dalam molekul. Tiap atom karbon memerlukan satu molekul oksigen untuk dikonversikan menjadi CO2. tiap atom hidrogen memerlukan seperempat molekul oksigen untuk dikonversikan menjadi 2O~ dan setiap atom oksigen yang sudah terdapat dalam molckul organik itu mengurangi dengan seperdua molekul, jumlah molekul

02

yang

terdapat di luar dan diperlukan untuk pembakaran. Sebagai pendekatan dapat dikemukakan, bahwa jumlab energi yang dibebaskan pada pembakaran satu molekul dengan komposisi CpHqOr adalah sekitar 460 kJ/mole per atom karbon per satuan R1 yang sering dinamakan pembakaran panas. Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 24

Jika rumus di atas dipakai untuk hidrat karbon CH2O maka karena p = 1; q = 2 dan r = 1, diperoleh nilai R = 1. Untuk gas metan CH4 di mana p = 1; q=4; dan r=O diperoleh R= 2. Gas dioksida karbon CO2 denganp=1;q=O dan r=2 mempunyai nilai R = 0. Proses fotosintesis yang mengubah gas dioksida karbon menjadi hidrat karbon “mengangkat” tingkat reduksi CO2 (R = 0) ke tingkat reduksi CH2O yang lebih tinggi (R = 1), seperdua dari tingkat maksimum R = 2 bagi metan CH4. Dengan demikian proses fotosintesis itu menyimpan atau menyisihkan seperdua energi pembakaran yang secara maksimum mungkin per atom karbon. Tumbuh-tumbuhan dan bahan organik lainnya dapat diubah menjadi bahan bakar cain maupun gas dengan bantuan beberapa proses biologi dan proses kimia. Proses mana yang cocok untuk konversi ini tergantung dad sifat bahan organik yang banyak mengandung air. Proses-proses kimia sepenti pirolisa atau reduksi katalitis lebih cocok untuk bahan yang kening dan tahan terhadap biodegradasi.

Proses Fermentasi untuk Membuat Etanol Fermentasi alkoholik merupakan suatu proses yang lama dikenal dan banyak dipakai. Etil alkohol atau etanol muda dibuat dan berbagai hasil pertanian yang mengandung gula. Ragi mengubah gula-gula heksose menjadi etanol dan dioksida karbon sesuai rumus di bawah mi:

Jenis-jenis gula yang difermentasikan dapat berupa glukosa, fruktosa, sukrosa, maltosa, rafinosa dan manosa. Gula tetes, suatu hasil tambahan dari produksi gula tebu mengandung 55% gulagula dan dapat secara mudah dan murah difermentasikan menjadi etanol. Dalam proses demikian gula tetes diencerkan dengan air hingga mencapai kekentalan gula sebanyak 20%, kemudian dicampur dengan biakan ragi sebanyak 5% volume. Campuran ini difermentasikan selama 2—3 hari hingga mencapai nilai alkohol setinggi 9—10%. Alkohol in i kemudian diambil dengan proses destilasi. Satu liter alkobol dengan kemurnian 95% dapat diperoleh dad 2,5 liter gula tetes dengan biaya yang rendah.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 25

Proses Fermentasi Anaerobik untuk Membuat Metan Gambar 6.1 mencoba mempenlihatkan skema sebuah instalasi gas biomassa. Di tempat A bahan orgarnk yang dipotong kecil-kecil dicampur dengan air dan dipompa ke tempat tangki pencernaan B. Di tangki ini terjadi proses pencernaan. Tingkat kecepatan pencennaan akan tergantung dad suhu dan suhu sekitar 35’C tampaknya membenikan basil optimal bagi produksi gas. Gas yang dihasilkan itu dikeluarkan dad keran C. Endapan yang terjadi dalam tangki pencernaan yang mempunyai bentuk yang sangat padat dikeluarkan melalui keran D untuk dikeluarkan dan dapat dimanfaatkan untuk keperluan-kepenluan lain seperti pengurugan tanah. Cairan selebihnya dialirkan ke kolam oksidasi E. Dad kolam ini cairan kental dialirkan kembali ke tangki pencemaan sedangkan cairan yang encer dimañfaatkan kembali untuk dicampur dengan masukan bahan organik barn. Cara umpan-balik ini mengunangi kepenluan menambah komponen-komponen campuran yang diperlukan sehingga meningkatkan efisiensi kerja instalasi.

Gambar 6.1. Skema Proses Fermentasi Anaerobik untuk Membuat Metan.

Proses Pirolisa Gambar 6.2 memperlihatkan suatu skema dan proses pirolisa yang mempergunakan limbah kota sebagai bahan baku. Limbah kota dimasukkan di tempat A dan dipotong hingga mencapai ukuran keeil. Kemudian bahan baku dibawa ke tempat B untuk Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 26

dikeningkan. Di tempat C dilakukan pernisahan: semua bahan organik sepenti potongan-potongan logam dan gelas disisihkan sedangkan matenal lainnya yang menupakan bahan organik dibawa ke tempat D untuk digiling halus. Bejana E merupakan reaktor pirolisa. Di tempat F basil-basil pirolisa berupa gas, minyak dan arang dipisahkan. Jika suhu dalam reaktor dinaikkan komponen gas akan menjadi lebih besar.

Gambar 6.2. Skema Proses Pirolisa.

Penggasan dengan Pembakaran Parsial Penggasan merupakan suatu proses di mana dengan bantuan bahang (heat) bahan bakar padat diuraikan untuk menghasilkan suatu bahan bakar gas. Di antara bahan bakar padat yang dapat digaskan dapat berupa kayu, arang kayu, batu bana dan berbagai jenis bahan organik kening. Pembuatan biogas benbeda kanena mempengunakan bahan baku onganik “basah” serta memanfaatkan proses biologis. Prinsip penggasan adalah cukup sederhana. Sebuah alat penggas terdiri atas suatu wadah yang diisi dengan bahan bakar dari sisi atas sebagaimana tenlihat pada Gamban 6.3. Bahan baku akan terletak di atas kisi. Udara dalam jumlah tertentu dimasukkan dan sisi bawah. Udana akan naik ke atas melalui kisi dan bahan baku. Pengendalian udara dilakukan sedemikian rupa sehingga pembakaran terbatas pada bagian bawah saja. yaitu pada zona A. Pembakaran ini Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 27

mengakibatkan terjadinya sejumlah bahang yang menyebabkan bahan baku selebihnya mengunai secara kimiawi dan terjadinya penggasan. Oleh karena itu proses ini sening juga dinamakan penggasan dengan pembakaran parsial.

Gambar 6.3. Pembuatan Gas dengan Proses Pirolisa.

Foto: An experimental bagasse gasifier, Hawaii, USA

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 28

Gas yang terjadi akan naik dan dikeluarkan dari sebelah samping atas. Pada saat meninggalkan reaktor gas memiliki suhu antara 100 dan 2000C. Alat penggas jenis ini sangat sederhana. Kekurangannya adalah bahwa gas yang dihasilkannya sangat kotor kecuali jika dipakai bahan baku yang bebas ten. Ten dan hasil-hasil pirolisa lainnya tidak diuraikan dalam wilayah pembakaran, melainkan dibawa ke atas dan barn akan mengendap bila suhu gas menurun. Hal ini tidak akan tenjadi bilamana arang kayu dipakai sebagai bahan baku. Untuk meningkatkan mutu termal dad gas yang dihasilkan reaktor didinginkan dengan air pada wilayah pembakaran A. Adalah penting bahwa kisi yang memikul wilayah pembakaran A memiliki bentuk yang tepat Kisi ini hams memungkinkan abu jamb ke bawali tanpa kehilangan bahan baku. Selanjutnya dapat disebut bahwa di atas wilayah pembakaran A terdapat zona reduksi B, zona pirolisa C dan zona pengeningan D. Gas yang dihasilkan alat penggas sedng disebut gas produser (producer gas). Komponen-komponen tenpenting adalah: hidrogen (H2) dan monoksida kanbon (CO) yang bersama-sama merupakan 30—35% volume gas keseluruhan. Gas selebihnya tendid terutama atas nitrogen (N2). Nilai panas gas produser adalah agak rendah, yaitu sekitar 10-15% dad nilai kalodfik gas alam. Selain koton karena mengandung ten dan jelaga, gas produser juga beracun karena unsur monoksida karbon yang tinggi. Walaupun gas produsen memiliki nilai panas yang rendah, ia dapat dipakai untuk berbagai tujuan pemanfaatan yaitu: a.

Pembakaran langsung, untuk menghasilkan panas misalnya untuk boiler atau tungku;

b. Penggunaan daya poros untuk menjalankan mesin.

2.4. Potensial Air Energi Air Kandungan Mekanis Energi Air Terjun Umum Potensi tenaga air dan pemanfaatannya pada umumnya berlainan, bila dibandingkan dengan penggunaan tenaga berasal dari misalnya bahan bakar fosil.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 29

Pertama, sumbër tenaga air secara teratur dibangkitkan kern-bali karena peman.asan lautan oleh penyinaran matahani, sehingga merupakan suatu sumber yang secara siklis diperbarui. Gambar 3.1 memperlihatkan siklus hidrologik danipada air. Oleh karena itu tenaga air disebut sebagai suatu sumberdaya energi terbarukan. Kedua, potensi secara keseluruhan danipada tenaga air relatif kecil bila dibandingkan dengan jumlah sumber bahan bakar fosil, sekalipun misalnya seluruh potensi tenaga air liii dapat dikembangkan sepenuhnya. Ketiga, penggunaan tenaga air pada umuninya merupakan pemanfaatan multiguna, karena biasanya dikaitkan dengan irigasi, pengendalian banjir, perikanan, rekreasi dan navigasi. Babkan sering teijadi bahwa pembangkitan tenaga listrik hanya merupakan manfaat sampingan, dengan misalnya irigasi, atau pengendalian banjir, sebagai penggunaan utama. Keempat, pembangkitan listrik dan tenaga air dilakukan tanpa ada perubahan suhu. Tidak ada peningkatan suhu karena misalnya adanya suatu proses pembakaran bahan bakar. Karenanya, mesihmesin hidro rnempunyai masa rnanfaat yang biasanya lebih lama danipada mesin-mesin termis.

Gambar 3.1. Siklus Hidrologik.

Pada asasnya dapat dikemukakan adanya tiga faktor utama dalarn penentuan pemanfaatan suatu potensi sumber tenaga air bagi pembangkitan tenaga listnik. a.

Jurnlah air yang tersedia, yang merupakan fungsi dani jatuh hujan dan atau salju.

b.

Tinggi terjun yang dapat dirnanfaatkan, hal mana tergantung dan topografi daerah tersebut; dan

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 30

c.

Jarak lokasi yang dapat dimanfaatkan terhadap adanya pusatpusat beban atau jaringan transmisi. Gambar 3.2 rnemperlihatkan lengkung tinggi sebuah sungai, sebagai fungsi

daripada jarak terhadap sumber atau awal sungai itu. Pada awal sungai, di jarak nol, tinggi sungai adalah H. Lengkung (a) mempenlihatkan fungsi tersebut dan sebuah sungai yang “ideal,” yang menuruni lereng sebuah gunung rnenurun secara teratur. Dalam kenyataannya tidaklah dernikian adanya. Biasanya lebih rnendekati bentuk menurut lengkung (b), yaitu bentuk sebuah sungai “biasa,” yang pada titik C mempunyai sebuah air terjun, dan pada titik D sebuah danau. Sungai akhirnya bermuara di laut. Sebagairnana diketahui dari ilrnu fisika, setiap benda, yang berada di atas perrnukaan bumi, mernpunyai energi potensial, yang berbentuk rurnus benikut: E = m.g.H dengan

E = energi

potensial;

m = rnassa; g=

percepatan

h=

tinggi relatif terhadap permukaan burnt

gravitasi;

Dan rumus di atas dapat ditulis: dE = dm.g.h bilamana dE merupakan energi yang dibangkitkan oleh elemen massa drn yang melalui jarak h. Bilarnana didefinisikan Q sebagai debit air rnenurut rumus benikut:

Dengan

Q = debit air; dm = elemen massa air; dt = elemen waktu;

maka dapat ditulis:

atau

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 31

Dengan mempenlihatkan efisiensi sistem dapat ditulis: P = η. g.Q.h di mana

P = daya; η = efisiensi sistem; g = gravitasi; h = tinggi terjun.

Untuk keperluan estimasi pertama secara kasar, dipergunakan rumus sederhana berikut: P = f.Q.h. dengan

P = daya dalam kW; Q = debit air dalaxn m3 per detik; H = tinggi terjun dalarn m; f = suatu faktor efisiensi antara 0,7 dan 0,8.

Di antara data primer yang diperlukan untuk suatu survei dapat disebut: — Jumlah energi yang secara teoretis dapat diperoleh setahun dalam kondisi-kondisi tertentu di musim hujan dan musim kering; — Jumlah daya pusat listnik yang akan dipasang, dengan rnemperhatikan apakah pusat listrik itu akan dipakai untuk beban dasar atau beban puncak. Gambar 3.3 memperlihatkan secara skematis tepi sebuah danau dengan sebuah bendungan besar A. Dan bendungan ini melalui suatu saluran terbuka dan bendungan arnbil air B, air dimasukkan ke dalam pipa tekan, yang mernbawa air ke turbin air melalui sebuah katup..

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 32

Gambar 3.3. Skema Danau, Bendungan dan Pipa Pesat.

The top storage dam of the Dinorwig pumped storage plant in Wales, UK, the largest pump storage scheme in Europe (rated at 6 x 330 MW). The plant is located in the Snowdonia National park, and to reduce its environmental impact, the turbines, race and control room of the power plant are located underground in the mountain beneath the dam

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 33

A large hydro power plant in Venezuela

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 34

Construction of the Three Gorges Dam, China. When complete in 2009, the 2,300-meter-long, 180-m-high dam will be the the world's largest hydroelectric and river navigation complex, capable of generating 26,700 MW electricity. (Andy Ryan, Engineering News Record)

Untuk menghindani, bahwa pada perubahan-perubahan beban yang mendadak, terutama bilamana beban seeara tiba-tiba jatuh, dapat terjadi kerusakan padá pipa tekan, dibuat sebuah tangki pendatar pada pipa tekan tersebut, sebagaimana tenlihat pada Ganibar 3.4. Di sebelah atas, pipa tekan itu ialah terbuka, sedangkan tepi atasnya terletak lebih tinggi danipada permukaan air yang tertinggi. Dengan demikian, bilamana terjadi bahwa beban jatuh secara mendadak, energi kinetis danipada air yang mengalir itu dapat ditampung atau dinetralisasi oleh tangki pendatar

Gambar 3.4. Skema Danau, Tangki Pendatar dan Pipa Pesat. Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 35

Di antara jenis-jenis bendungan dapat disebut: bendungan busur, bendungan gravitasi, bendungan urugan, bendungan kerangka baja, dan bendungan kayu. Sedangkan dan jenis bendungan urugan dikenal bendungan urugan batu dan bendungan urugan tanah. Bendungan gravitasi pada asasnya rnenahan kekuatan-kekuatan luar, seperti tekanan air dan lain sebagainya, dengan beratnya, dan beban rnatinya. Kebanyakan bendungan di Indonesia bendungan jenis irn. Dilihat dan segi dinamikanya, bendungan busur menahan kekuatan-kekuatan luar terutama dengan aksi kekuatan busur. Dilihat dan struktur dan bentuknya, bendungan busur dapat dibagi dalam jenis jan konstan, jenis sudut konstan dan jenis kubah. Bendungan rongga memiliki struktur yang dapat menahan gaya luar, pada bidang atau busur berganda, dan menyalurkan gaya ini ke pondasi melalui sangganya. Bendungan ini umumnya dibuat dan beton bertulang. Di antara jenis-jenis turbin air dapat disebut turbin impuls dan turbin reaksi. Garnbar 3.5 memperlihatkan suatu turbin impuls. Turbin ini juga disebut Roda Pelton, dan pada asasnya tendiri atas sebuah roda dengan mangkok-mangkok yang dipasang di pinggir roda. Roda ini berputar karena rnendapat tekanan dari semprotan air. Di antara turbin reaksi dapat disebut turbin Francis dan turbin Kaplan. Turbin jenis ini dibuat sedemikian rupa sehingga rotor bekerja karena tekanan aliran air dengan tinggi terjun. Turbin baling-baling juga termasuk jenis ini. Turbin reaksi yang dapat dipakai sebagai pompa dengan membalik arah putaran rotor dinamakan turbin pompa balik. Hal ini pérlu untuk PLTA Pompa.

Gambar 3.5. Skema Roda Pelton.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 36

Microhydropower in Alaska, USA

Sumberdaya Hidro di Indonesia Indonesia termasuk negana yang. memiliki surnberdaya tenaga air yang cukup> Peta potensi air indonesia dapat dilahat pada gambar ????

Energi Pasang Surut Banyak gaya dan kekuatan yang mernpengaruhi lautan di permukaan bumi. Salah satu kekuatan, yang bekerja terhadap air bumi adalah pengaruh massa bulan yang mengakibatkan adanya gaya tarik, sehingga menjelma suatu gejala yang dikenal sebagai pasang dan surut laut yang terjadi secara teratur, sekalipun bulan terletak lebih dan 400.000 kilometer dari bumi. Bilamana bulan mengelilingi bumi, air laut secara harfiah “ditarik” ke atas karena gaya tarik gravitasi bulan. Dalam Gambar 3.7 (a) permukaan laut tercantum sebagai ganis terputus-putus: permukaan laut di titik A ditanik ke anah bulan sehingga mencapai titik A. Dalam situasi demikian, laut pada titik A berada dalam keadaan pasang. Pada saat bersamaan, laut pada titik B di bumi mengalarni keadaan sunut.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 37

Gambar 3.7. Terjadinya Pasang & Surut Air Laut Karena Gaya tarik Gravitasi.

Kira-kira enam jam kemudian, tenjadi situasi yang sebaliknya, sebagaimana tampak pada Gambar 3.7 (b). Dalam keadaan mi, di mana bulan tela~h mengelilingi seperempat bumi,. situasi pada titik A mengalami sunut, sedangkan laut pada titik B mengalami keadaan pasang. Beda tinggi antana permukaan laut pasang dan surut dapat mencapai 5 sampai 6 meter atau Iebih, bahkan ada tempattempat yang melampaui 10 meter. Keadaan sebagaimana digambarkan di atas hanya memperhitungkan pengaruh benda langit bulan. Benda langit lain, yaitu matahani, juga mempunyai pengaruh yang besar. Sekalipun terletak lebih jauh, yaitu 150 juta kilometer dari bumi, ukurannya yang besar sekali (garis tengali 1,5 juta kilometer) menyebabkan bahwa pengaruh matahari terhadap gejala pasang surut lautan di bumi adalah sebesar pengaruh bulan.

Dengan demikian, maka gaya tarik gravitasi akan terbesar, bilamana baik matahani maupun bulan ada pada sisi yang sama terhadap bumi. Di lain pihak, bilamana bulan dan matahari berada pada sisi yang berlainan, pengaruh gaya tarik gravitasi kurang lebih akan saling menghapuskan. Pemanfaatan energi potensial yang terkandung dalam perbedaan pasang dan surut lautan antara lain dapat dilakukan demikian; misalkan suatu teluk yang agak cekung dan dalam. Teluk ini “ditutup” dengan sebuah bendungan sehingga terbentuk suatu waduk. Pada waktu laut pasang, maka permukaan air laut tinggi, mendekati ujung atas bendungan, sebagaimana terlihat pada Gambar 3.8 (a). Waduk “diisi” dengan air dari laut, dengan mengalirkannya melalui sebuah turbin air. Dengan sendirinya turbin Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 38

ini digabung dengan sebuah generator, sehingga pada proses “pengisian” waduk dari laut, generator turbin yang berputar itu akan menghasilkan energi laut. Hal ini dapat dilakukan hingga tinggi permukaan air dalam waduk akan sama tingginya dengan tinggi permukaan laut. Pada situasi Laut surut, sebagaimana terlihat pada Gambar 3.8 (b) terjadi hal sebaliknya. Waduk dilcosongkan. Dengan sendininya air mengalir lagi melalui generator turbin, yang kini juga akan menghasilkan energi listnik. Ada kekhususan, bahwa turbin harus dapat berputar dua arah. Dan hal ini akan dilakukan berganti-ganti. Sering juga waduk ini dibentuk di muara sungai, untuk sekaligus dapat memanfaatkan air sungai dalam membangkitkan tenaga listrik. Dengan demikian jelas kiranya, bahwa pembangkitan tenaga Tistrik dengan pasang surut ini tidak berjalan kontinu, melainkan tenputus-putus secara teratur, dengan suatu siklus yang panjangnya 1k 12,5 jam. Dalam Gambar 3.9 terlukis garis tinggi permukaan air Laut, berupa suatu sinusoida, yang titik terendahnya adalah situasi surut, dan titik tertinggi berupa situasi pasang. Dengan garis-garis terputus dilukis tinggi permukaan air waduk. Bilamana diawali pada titik 1, maka laut mulai menjadi pasang, dan tinggi permukaan air iaut perlahan-lahan menaik. Bilamana tinggi permukaan air laut berada cukup banyak di atas permukaan air waduk, sehingga tinggi air jatuh sudah mencukupi, hal mana dicapai pada titik 2, maka mesin dipasang, turbin berputar dan generator menghasilkan tenaga listnik. Dalam peniode membangkit in waduk diisi air dari laut, sehingga tinggi permukaan air waduk mulai naik. Bilamana permukaan air laut telah melampaui titik tertinggi, sehingga selisih antara tinggi air laut dan tinggi air waduk menjadi tenlampau kecil untuk dapat memutar turbin, yaitu bilamana titik 3 tercapai, mesin dihentikan. Generator akan membangkit lagi bilamana tercapai titik 5, pada saat tinggi perinukaan air waduk cukup banyak berada di atas tinggi permukaan air laut. Pada saat titik 6 tercapai, kembali mesin dihentikan dan pada titik 7 siklus baru akan dimulai. Pada asasnya, antara tenaga pasang surut dan tenaga air konvensional terdapat persamaan, yattu kedua-duanya adalah tenaga air, yang memanfaatkan gravitasi tinggi jatuh air untuk pembangkitan tenaga listnik. Perbedaan-perbedaan utama secara garis besar adalah: a.

Pasang surut menyangkut arus air peniodik dwi-arah dengan dua kali pasang dan dua kali surut tiap had;

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 39

b.

Operasi di lingkungan air laut memerlukan bahan-bahan konstruksi yang lebih tahan korosi danpada dimiliki material untuk air tawar;

c.

Tinggi jatuh relatif sangat kecil (maksimal 11 meter) bila dibanding dengan terbanyak instalasi-instalasi hidro lainnya.

La Rance tidal barrage in Brittany, France. This 240MW plant has already been operating almost 25 years and is now being retrofitted for 2 way operation

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 40

Gambar 3.8. Skema Bendungan dan Waduk Pasang Surut.

Gambar 3.9. Siklus Kerja Pusat Listnik Tenaga Air Pasang Surut.

Berdasarkan berbagai studi dan pengalaman, energi yang dapat dimanfaatkan adalah sekitar 8 sainpai 25% dari seluruh energi teoretis yang ada. Proyek Pusat Listrik Tenaga Pasang Surut La Rance di Prancis, yang mempakan sentral pertama yang besar, mempunyai efisiensi sebesar 18%, yang akan meningkat menjadi 24% bila proyek itu telah dikembangkan sepenuhnya. Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 41

Untuk mendapatkan efisiensi yang tinggi, sebuah instalasi pasang surut harus memasang kapasitas pembangkitan listrik yang relatif lebih besar, dibanding dengan Pusat Listrik Tenaga Air biasa. Di lain pihak Pusat Listrik Tenaga Pasang Surut tidak tergantung pada perubahan-perubahan musim sebagaimana halnya dengan sungaisungai biasa. Daya terpasang instalasi pasang surut La Rance adalah 240 MW dan terdiri atas 24 mesin masing-masing berdaya 10 MW dan menurut keterangan, akan ditingkatkan menjadi 350 MW. Juga direncanakan sebuah Pusat Listrik Tenaga Pasang Surut sebesar 2176 MW di Bay of Fundy, Kanada, antara tahun 1980 dan 1990. Sebuah studi Argentina mempelajari kemungkinan pembangunan sebuah instalasi pasang surut dengan daya terpasang 600 MW di Golfo San Matias, dan Golfo Neuvo dekat Semenanjung Valdes di pantai Atlantik. Pasang surut di pantai Barat Laut Australia mencapai tinggi 11 meter, dan menurut keterangan, mempunyai potensi teoretis sebesar 300.000 MW. India mempertimbangkan pembangunan sebuah instalasi pasang surut di Ranu, Kutsch. Amerika Serikat mempelajari pemanfaatan tenaga pasang surut setinggi 5,5 meter di Bay of Fundy, Maine Timur, yang mempunyai potensi sebesar 1800 MW, naniun dianggap tidak begitu ekonomis. USSR mempunyai sebuah proyek percobaan di Kaslaya yang

mulai beroperasi

tahun 1988. Sedangkan Inggris mempelajari kemungkinannya di Solway Firth, di Teluk Severn. Bilamana tinggi jatuh air, yaitu selisih antara tinggi air laut dan tinggi air waduk pasang surut adalah H, dan debit air Q, maka besar daya yang akan dihasikan adalah Q kali H, atau QH. Bilamana selanjutnya luas waduk pada ketinggian h adalah S(h), yaitu S sebagai fungsi h, maka jumlah energi yang dibangkitkan dengan mengosongkan sebagian dh dan ketinggian h adalah berbanding lurus dengan isi S(h).h.dh. Dengan demikian maka energi yang dihasilkan per sildus berbanding lurus dengan:

Waktu mengosongkan waduk:

Waktu mengisi waduk: 0 Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 42

Dalani hal liii diasumsikan bahwa pengisian atau pengosongan waduk dilakukan pada pergantian pasang dan sumt, untuk mendapatkan penyederbanaan minus. Dengan deniikian maka energi yang dibangkitkan per sildus berjumlah:

di mana

E = Energi yang dibangkitkan per sildus; H = Selisih tinggi permukaan air laut antara pasang surut; V = Volume waduk pasang surut.

Dengan memperhatikan bahwa untuk mendapatkan besaran energi, pada minus di atas besaran V masih penlu diganti dengan bcsaran massa air laut, sehingga dapat ditulis: Emaks = b.g.H2.S dan

P

di mana:

= f.Q.H

Emaks = jumlah energi yang maksimal dapat diperoleh per sildus; b

= berat jenis air laut;

g

= gravitasi;

H

= tinggi pasang sumut terbesar;

S

= luas waduk rata-rata antara pasang dan surut;

Q

= debit air;

f

= faktor efisiensi;

P

= daya.

Oleh karena besaran H terdapat dalam pangkat dua, maka tinggi pasang surut ini sangat penting. Pada umumnya H yang kurang dan dua meter tidak diperhatikan karena dianggap tidak cukup memenuhi syarat. Perkiraan mengenai potensi teoretis daya pasang sumut seluruh dunia agak berbeda-beda. Pekeris dan Accad’ memperkirakan potensi teoretis ini sebesar 6,3.106 MW, sedangkan Hendemshott memberikan angka 2,7.106 MW. Suatu ikhtisar yang dimumuskan oleh Jeffreys3 menganggap potensi teoretis daya pasang surut sebesar 3.106 MW sebagai yang lebih tepat.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 43

Energi Ombak dan Arus Banyak pemilciran yang dicumahkan untuk mempelajari kemungkinankemungkinan pemanfaatan energi yang tersimpan dalam ombak laut. Sebagai suatu negara yang sejak berabad-abad mengarungi dan menguasai lautan-lautan dunia, juga dalam bidang penelitian energi%tnbak laut, Inggris termasuk yang rnaju sekali. Menurut Hulls4, daya yang terkandung dalam ombak mempunyai bentuk: P = b.g.T.(H2/64).π di mana:

P = daya; b = berat jenis air laut; g = gravitasi; T = periode; H = tinggi ombak rata-rata.

Menurut pengamatan Hulls, deretan ombak yang terdapat di sekitar pantai Selandia Baru, yang mempunyai tinggi rata-rata 1 meter (H), dan periode 9 detik (T, jarak waktu antara dua ombak), mempunyai daya sebesar 4,3 kW per meter panjang ombak. Sedangkan deretan ombak serupa dengan tinggi 2 meter mempunyai daya 17 kW per meter dan yang dengan tinggi 3 meter daya sebesar 39 kW per meter panjang ombak. Sedangkan ombak dengan ketinggian 10 meter dan periode 12 detik mempunyai daya 600 kW per meter. Sir Christopher Cockerell5 mendisain sebuah rakit, yang terdiri atas tiga ponton. Gambar 3.10 memperlihatkan gagasan ini secara skematis. Ponton-ponton A, B dan C sating bersambung melalui suatu engsel. Bilamana rakit ini diletakkan di atas air, maka disebabkan ombak air, ketiga ponton itu akan bergerak seputar suinbu engsel. Melalui suatu sistem transmisi, secara hidrolik atau melalui roda-roda gigi, gerakan-gerakan seputar engsel itu dapat menjalankan suatu generator yang membangkitkan tenaga listrik. Menurut perhitungan yang dibuat para ahli, suatu deretan rakit Sepanjang 1.000 kin, akan dapat membangkitkan tenaga listrik yang setaraf dengan 25.000 MW. Atau rata-rata 25 MW per km rakit.Dengan sendirinya juga tergantung daripada laut yang dipilih, karena laut ada yang lebih tenang, ada yang lebib bergelora.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 44

Gambar 3.10. Skema Rakit Ombak Laut.

Suatu disain lain, buah pikiran dua orang Amerika, berlandaskan pengalaman para pelaut, bahwa bila ada sebuah pulau kecil di tengah laut, maka merupakan kenyataan, bahwa ombak-ombak itu, bila mendekati pulau tersebut, akan memutar mengeliingi pulau itu. Dalam disain itu Wirt dan Morrow membuat suatu atol bendungan (dam-atol) berupa sebuah bangunan bawah air berbentuk kubah, bergaris tengah lebili kurang 80 meter, yang dapat dimanfaatkan efek sebuah atol. Gelombang laut akan memecah di atas kubah itu, membentuk spiral alamiah, dan mendorong serta menggerakkan suatu deretan daun sudu baling-baling di tengah bangunan itu, yang pada gilirannya menjalankan sebuah generator. Menurut perhitungan, sebuah atol bendungan demikian akan dapat menghasilkan antara satu dan dua MW listrik Dalam lautan terdapat pula arus-arus yang kuat, dengan air laut yang berpindah sampai sejauh sam atau dua ribu kilometer, dengan kecepatan dan pada ketinggian yang berbeda-bèda. Dapat terjadi bahwa pada permukaan laut, air mengalir dengan kecepatan1-2 km sejam, sedangkan seratus meter di bawahnya air mengalir dengan kecepatan 3-4 km dengan arah yang berlainan. Gaya-gaya ini dapat dimanfaatkan untuk membangkitkan tenaga listrik dengan mempergunakan roda-roda air yang besar, baik pada permukaan laut, maupun di bawahnya. Gagasan ini secara kecil-kecilan dilaksanakan oleh dua pemuda Indonesia, yang membuat sebuah roda air yang terapung pada dua buah ponton. Ponton itu diapungkan di tengah sungai dan diikat dengan seutas tali. Percobaan yang dilakukan di Bengawan Solo itu menghasilkan 400 watt tenaga listrik. BPPT merencanakan untuk membuat PLTO (Pusat Listnik Tenaga Ombak) pertama di Indonesia, dengan daya terpasang 5 MW, di pantai Gunung Kidul, Yogyakarta. Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 45

Energi ombak laut dapat pula dimanfaatkan dengan prinsip Piezoelectric Polymer, sejenis plastik yang menghasilkan listrik bila direntangkan, yang dikembangkan di Amerika Serikat oleh Ocean Power Technologies.

ENERGI AIR KANDUNGAN TERMIS Energi Panas Laut Lautan, yang meliputi dua per tiga luas permukaan bumi, menerima panas yang berasal dari penyinaran matahari. Selain daripada itu, air lautan juga menerima panas yang berasal dan panas bumi yaitu magma, yang tertetak di bawah dasar laut. Energi termal ini dapat dimanfaatkan dengan mengkonversinya menjadi energi listrik dengan suatu teknologi yang disebut Ocean Thermal Energy Conversion (OTEC), atau Konversi Energi Panas Laut (KEPL) bila dipakai istilah Indonesia. Suatu jumlah energi yang besar yang diserap oleh lautan dalam bentuk panas yang berasal dari penyinaran matahani dan yang berasal dari magma yang tertetak di bawah dasar laut. Suhu permukaan air laut di sekitar ganis khatulistiwa berkisar antara 25 sanipai 30’C. Di bawah permukaan air, suhu ini menurun dan mencapai 5 sampai 7’C sepanjang tahun pada kedataman tebih kurang 500 meter. Selisih suhu ini dapat dimanfaatkan untuk menjalankan mesin penggerak berdasar prinsip termodinarnilca, dan dengan mempergunakan suatu zat kerja yang mempunyai titik mendidih yang rendah; pada dasarnya mesin penggerak ini dapat digunakan untuk pembangkitan listrik. Gas Fron R-22 (CHCLF2), Amonia (NH3) dan gas Propan (C3H6) mempunyai titik mendidih yang sangat rendah, yaitu antara -30 sampai -500C pada tekanan atmosferik, dan +300C pada tekanan antara 10 dan 12,5 kg/cm2. Gas-gas inilah yang prospektif untuk digunakan zat kerja pada konversi panas laut. Dalam Gambar 3.11 terlihat skema prinnsip konversi energi panas laut menjadi energi listrik. Air hangat, dengan suhu antara 25 dan 300C dibawa ke evaporator. Bahan zat kerja, misalnya Fron R-22, yang berada dalam bentuk cain, dipanaskan oteh air hangat ini, mendidih, dan kemudian menguap menjadi gas dengan tekanan sekitar 12 kg/cm2. Gas dengan tekanan ini dibawa ke turbin, yang menggerakkan sebuah generator. Gas yang tetah dipakai, setetah meninggatkan turbin, didinginkan datam kondensor oleh air laut dingin, yang mempunyai suhu sekitar 5-7’C, sehingga Fron R-

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 46

22 kembali menjadi cair. Siklus berulang setelah Fron R-22 yang cair ini dipompa kembali ke dalam evaporator.

Gambar 3.11. Skema Prinsip Konversi Energi Panas Laut (KEPL).

Dengan dernikian terdapat suatu siklus dan medium, dalam hal ini Fron R-22, dari keadaan cair menjadi gas, kembali menjadi cair, dan seterusnya. Gambar 3.12(a) mempertihatkan skema suatu pusat listnik KEPL yang terletak di danat, yaitu di tepi pantai. Tampak menonjot pipa pengambil air dingin, yang merupakan komponen yang penting. Dari Gambar tersebut juga dapat disimpulkan, bahwa gradien turun pantai harus curam. Bila tidak, maka pipa menjadi terlampau panjang, untuk dapat mencapai kedalaman 600 meter. dalam hal demikian, maka kemungkinan lain, adalah pusat tistnik KEPL terapung, sebagaimana tenlukis pada Gambar 3.12(b), yang akan memertukan kabel laut untuk penyaluran energi tistnik. Gagasan untuk memanfaatkan panas lautan bukan suatu ide baru. Menurut titeratur, Georges Claude, seorang Prancis merupakan orang yang pertama kali mengadakan penetitian datam bidang in’.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 47

Gambar 3.12. Pusat Listrik Konversi Energi Panas Laut (a) di Pantai, (b) di Laut.

Percobaan pertama dilakukan secara kecil-kecilan di Teluk Matanza, Kuba, dalam tahun 1929. Proyek itu telah hancur dilanda angin topan, sehingga pipa besi menjadi rusak. Sebuah percobaan yang lebih besar dilakukan dalam tahun 1934 di Brasil. Di Amerika Serikat, sejak tahun 1964 perhatian terhadap panas lautan meningkat dengan berbagai penelitian di Teluk Meksiko dan di Kepulauan Hawai. Diperkirakan sebuah pusat listrik KEPL sebesar 2 x 100 MW akan dibangun di Hawai. Salah sam perusahaan Jepang yang mengadakan penelitian dalam bidang konversi energi panas laut adalah TEPSCO (Tokyo Electric Power Services Company). Perusahaan ini merencanakan akan membuat suatu pusat listrik percobaan sebesar 100 kW di pantai Pulau Nauru, sebuah pulau di Lautan Pasifik. Zat kerja yang dipakai adalah Fron R-22. Menurut perkiraan Tepsco, besaran unit yang secara komersial balk adalah suatu pusat listrik dari 10.000 kW, terdiri atas empat unit dari 2.500 kW. Harga satuan untuk ukuran demikian diperkirakan 1k 0,5 juta Yen/kW, atau lebih-kurang US$ 2.000 per kW, nilai tahun 1980. Di Indonesia (BPPT) terdapat pula pemikiran untuk membuat suatu proyek KEPL, yaitu di Bali.

2.2.5. Energi Angin Umum Energi angin telah lama dikenal dan dimanfaatkan manusia. Perahu-perahu layar menggunakan energi ini untuk melewati perairan sudah lama sekali. Pasukan-pasukan Viking yang sangat ditakuti sekian ratus tahun yang lalu mempergunakan kapal-kapal layar kecil untuk menelusuri pantai-pantai Eropa dan Skandinavia. Christopher Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 48

Columbus masih memakai kapal layar besar di Abad ke-15 untuk menemukan Benua America. .

A modern horizontal axis wind turbine, Denmark

A vertical axis wind turbine

Ditemukan kincir angin telah digunakan untuk menggiling tepung di Persia pada Abad ke-7. Sungguhpun bentuk kincir-kincir angin ini berlainan dengan kincir-kincir angin Eropa, kincir-kincir angin Persia itu merupakan asal-muasal kipas angin Eropa. Kincir angin di Negeri Belanda yang dipakai untuk menggerakkan pompa irigasi dan untuk menggiling tepung hingga kini masih tersohor, walaupun pada saat ini hanya berfungsi sebagai objek paniwisata. Akan tetapi, dalam rangka mencari bentuk-bentuk sumber energi yang bersih dan terbarukan kembali energi angin mendapat perhatian yang besar Sebagaimana diketahui, pada asasnya angin terjadi karena ada perbedaan suhu antara udara panas dan udara dingin. Di daerah khatulistiwa yang panas, udaranya menjadi panas, mengembang dan menjadi ringan, naik ke atas dan bergerak ke daerah yang lebih dingin niisalnya daerah kutub. Sebaliknya di daerah kutub yang dingin, Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 49

udaranya menjadi dingin dan turun ke bawah. Dengan demilcian terjadi suatu perputaran udara, berupa perpindahan udara dan Kutub Utara ke Ganis Khatulistiwa menyusuri permukaan bumi, dan sebaliknya, suatu perpindahan udara dan Ganis Khatulistiwa kembali ke Kutub Utara, melalui lapisan udara yang lebih tinggi. Perpindahan udara seperti ini dilcenal sebagai angin pasat. Gambar 5.1 mencoba melukiskan terjadinya angin pasat ini secara skematilc. Dengan sendirinya hal yang serupa terjadi pula antara wilayah Khatulistiwa dan Kutub Selatan. Selain angin pasat terdapat pula angin-angin lain, misalnya angin musim (angin mousson), angin pantai dan angin lokal lainnya. Prinsipnya adalah bahwa angin terjadi karena adanya perbedaan suhu udara di beberapa tempat di muka bumi.

Gambar 5.1. Skema Terjadinya Angin.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 50

The Altamont Pass, California wind farm in the USA

Wind turbines, India

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 51

An offshore wind farm in Denmark

RUMUS Sebagaimana diketahui menurut fisika klasik energi kinetik dan sebuah benda dengan massa m dan kecepatan v adalah E = 0,5 mv2, dengan ketentuan, kecepatan v tidak mendekati kecepatan cahaya. Rumus itu berlaku juga untuk angin, yang merupakan udara yang bergerak. E = 0,5 m.v2

Sehingga dengan

E = Energi

(joule);

m = massa udara

(kg);

v = kecepatan angin

(mldetik).

Bilamana suatu “blok” udara, yang mempunyai penampang A m2, dan bergerak dengan kecepatan v m/detik, maka jumlah massa, yang melewati sesuatu tempat adalah: m = A.v.q dengan

(kg/det)

A = penampang

(m2)

v = kecepatan

(m/det);

q = kepadatan udara (kg/rn3); Dengan demikian maka energi yang dapat dihasilkan per satuan waktu adalah: P = E per satuan waktu = 0,5 q.A.V3 per satuan waktu dengan

P = daya

(W);

F = energi

(J);

q = kepadatan udara

(kg/rn3);

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 52

A = penampang

(in2);

v = kecepatan

(mldet).

Untuk keperluan praktis sering dipakai rumus pendekatan berikut: P = k.A.v3 dengan

P = daya

(kW);

k = suatu konstanta

(l,37.10~);

A = luas sudu kipas

(in2);

v = kecepatan angin

(km/jam).

Walaupun dalam ruinus di atas besaran-besaran k dan A digambarkan sebagai konstanta-konstanta, pada asasnya dalam besaran k tercermin pula faktor-faktor seperti geseran dan efisiensi sistem, yang mungkin juga tergantung dan kecepatan angin v. Sedangkan luas A tergantung pula misalnya dan bentuk sudu, yang juga dapat berubali dengan besaran v. Oleh karena itu untuk suatu kipas angin tertentu, besaran-besaran k dan A dapat dianggap konstan hanya dalam suatu janak capai angin terbatas. Untuk keperluan-keperluan estimasi sementara yang sangat kasar, sering dipakai rumus sederhana berikut: p = 0,1.v3 dengan

p = daya per satuan luas, Win2 v

kecepatan angin,

m/detik. t

Rumus yang dikembangkan oleh Golding berbentuk: P = k.F.A.E.v3 dengan

P = daya (kW); k = suatu konstanta = 1,37.10-5 F = suatu faktor = 0,5926; yang merupakan bagian dari angin, yang dapat secara maksimal dimanfaatkan dengan sebuah kipas dari tenaga angin. A = penampang anus angin, (in2); E = efisiensi rotor dan peralatan lainnya; v = kecepatan angin, (km/jam).

Gaya-gaya angin yang berkerja pada sudu-sudu kincir pada asasnya terdiri atas tiga komponen yaitu: •

Gaya aksial a, yang mempunya arah sania dengan angm. Gaya ini hams ditampung oleh poros dan bantalan.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 53

•

Gaya sentrifugal s, yang memnggalkan titik tengah. BiIa kipas bentuknya simetrik, semua gaya sentrifugal S akan saling n~niadakan atau resultantenya sania dengan nol.

•

Gaya tangensial t, yang menghasilkan momen, bekeija tegak luins pada radius dan yang mempakan gaya produktif.

Gambar 5.2 memperlihatkan sebuah kincir yang mempunyai tiga sudu dengan gayagaya a, t dan s yang bekerja pada daundaun sudu itu.

Gambar 5.2. Gaya-gaya yang Beketja Atas Sudu-Sudu Kincir Angin.

Untuk bentuk kincir menurut Gambar 5.2, besar gaya-gaya itu dapat dihitung dengan rumus-rumus empiris sebagai berikut: a = 0,00142 v 2 R 2 dalam kg s = 367

RP v1v

t = 0.00219 dengan

dalam kg, dan W v2v2 R1

dalam kg m

P = daya

kW;

R = radius daun motor,

m

R1 = radius hingga titik berat daun;

m

v = kecepatan angin,

km/jam

W = berat daun,

kg;

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 54

v1= kecepatan relatif ujung sudu terhadap v; v2= kecepatan relatif titik berat sudu terhadap v; a = gaya aksial,

kg;

s = gaya sentrifugal,

kg;

t = nonen tangensial,

kgin.

BEBERAPA DATA Tabel kecepatan angin di beberapa kota di Indonesia (km/jam)

Tabel 5.2. Kecepatan Angin di Jakarta 1965—1970 Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 55

Rata-rata

Bulan

Arah

Maksimum

(km/jam)

(km/jam)

Tahun

Januari

BL

5,8

47

1965

Februari

BL

6,1

43

1966

Maret

BL

5,4

36

1970

April

T

5,4

41

1965

Mei

T

5,8

41

1965

Jum

T

5,8

41

1965

lull

T

6,5

36

1966

Agustus

T

6,1

36

1966

September

U

6,5

43

1967

Oktober

U

6,5

50

1969

November

U

5,4

49

1967

Desember

BL

5,4

50

1970

Rata-rata tahunan

T

5,8

50

1970

Swnber: Pusat Meteorologi dan Geofisika, Jakarta Catatan: Bl = Barat Laut, T = Timur, U = Utara.

Diktat E&DKEE - Andi Pawawoi, MT

Halaman 56