MESIN KONVERSI ENERGI

MESIN KONVERSI ENERGI (MKE) DAN INOVASI TERBARU

Riana Nurmalasari

1

MESIN KONVERSI ENERGI (MKE)

DAN

INOVASI TERBARU

Penyusun:

Riana Nurmalasari

Editor:

Riana Nurmalasari

Kulit Muka:

Riana Nurmalasari

Pembimbing:

Dosen Pengampu Matakuliah Mesin Konversi Energi

(MKE)

Dr. Sukarni, S.T, M.T

Edisi Pertama

Cetakan I, 2015

Hak Cipta Dilindungi Undang-Undang

i

DAFTAR ISI

Daftar isi...................................................................... ii

Kata Pengantar............................................................ viii

BAB 1

ENERGI

1. Energi dan Availabilitas.......................................... 1

2. Macam-Macam Energi............................................ 3

2.1 Energi Listrik................................................... 3

2.2 Energi Mekanik................................................ 3

2.3 Energi Elektromagnetik.................................... 4

2.4 Energi Nuklir.................................................... 4

2.5 Energi Kimia.................................................... 5

2.6 Energi Termal................................................... 5

3. Sumber Energi........................................................ 6

3.1 Non Renewable Energy Resources.................. 6

3.2 Renewable Energy Resources.......................... 9

BAB 2

MOTOR PEMBAKARAN

DALAM

1. Motor Bensin.......................................................... 14

1.1 Prinsip Kerja Motor Bensin............................. 14

1.2 Sistem Pelumasan Motor Bensin..................... 21

1.3 Sistem Pendingin Motor Bensin....................... 27

ii

1.4 Sistem Pengisian dan Pembuangan

Motor Bensin.......................................................... 29

1.5 Sistem Penyalaan Motor Bensin...................... 31

1.6 Sistem Bahan Bakar Motor Bensin.................. 34

1.7 Sistem Penbakaran Motor Bensin.................... 35

1.8 Bagian-Bagian Motor Bensin.......................... 36

2. Motor Diesel .......................................................... 40

2.1 Klasifikasi Motor Diesel.................................. 40

2.2 Cara Kerja Motor Diesel.................................. 42

2.3 Komponen Motor Diesel.................................. 44

2.4 Sistem Pelumasan Motor Diesel...................... 45

2.5 Kelebihan dan Kekurangan Motor

Diesel...................................................................... 46

3. Turbin Gas ............................................................. 46

3.1 Siklus Turbin Gas............................................. 47

3.2 Cara Kerja Turbin Gas..................................... 48

3.3 Sistem Pembakaran Turbin Gas....................... 49

BAB 3

MOTOR PEMBAKARAN

LUAR

1. Mesin Uap............................................................... 52

1.1 Jenis Mesin Uap............................................... 53

2. Ketel Uap ............................................................... 58

2.1 Ketel Pipa Air................................................... 60

2.2 Ketel Pipa Api.................................................. 61

2.3 Komponen Ketel Uap....................................... 62

iii

2.4 Prinsip Kerja Ketel Uap................................... 64

BAB 4

MESIN-MESIN FLUIDA

1. Turbin Uap.............................................................. 68

1.1 Klasifikasi Turbin Uap..................................... 69

1.2 Komponen Turbin Uap.................................... 74

1.3 Prinsip Kerja Turbin Uap................................. 76

1.4 Efisiensi Turbin Uap........................................ 78

1.5 Inovasi Turbin Uap.......................................... 81

2. Turbin Air .............................................................. 86

2.1 Sejarah Turbin Air............................................ 87

2.2 Prinsip Dasar Aliran......................................... 89

2.3 Prinsip Kerja Turbin Air.................................. 91

2.4 Bagian-Bagian Turbin Air................................ 92

2.5 Klasifikasi Turbin Air...................................... 96

2.6 Perawatan Turbin Air....................................... 107

2.7 Kelebihan dan Kekurangan Turbin Air............ 111

2.8 Inovasi Turbin Air............................................ 112

3. Pompa .................................................................... 118

3.1 Efisiensi Pompa................................................ 119

3.2 Konstruksi Pompa............................................ 120

3.3 Macam-Macam Pompa.................................... 121

3.4 Inovasi Pompa.................................................. 122

4. Kompresor .............................................................. 124

4.1 Klarifikasi Kompresor...................................... 125

4.2 Prinsip Kerja Kompresor.................................. 131

iv

4.3 Teori Kompresor.............................................. 133

4.4 Proses Kompresi............................................... 134

4.5 Efisiensi Kompresor......................................... 135

BAB 5

MESIN PENDINGIN DAN AC

1. Mesin Pendingin..................................................... 138

1.1 Prinsip Kerja Mesin Pendingin........................ 138

1.2 Komponen Mesin Pendingin............................ 141

1.3 Inovasi Mesin Pendingin.................................. 143

2. Pengondisian Udara (Air Conditioner) .................. 145

2.1 Prinsip Kerja AC.............................................. 145

2.2 Inovasi AC....................................................... 147

BAB 6

MKE NON-KONVENSIONAL

1. Sumber Energi Tenaga Panas Bumi....................... 156

1.1 Energi Panas Bumi........................................... 156

1.2 Sistem Panas Bumi........................................... 159

1.3 Komponen Sistem Panas Bumi........................ 162

1.4 Energi Panas Bumi di Indonesia...................... 167

2. Teknologi Rekayasa Surya .................................... 172

2.1 Energi Surya..................................................... 172

2.2 Sistem Sel Surya.............................................. 174

2.3 Cara Kerja Sel Surya........................................ 184

3. Pesawat Pengkonversi Turbin Angin (Wind

Power)......................................................................... 185

v

3.1 Energi Angin.................................................... 185

3.2 Turbin Angin.................................................... 187

3.3 Jenis Turbin Angin........................................... 192

3.4 Cara Kerja Turbin Angin.................................. 195

3.5 Inovasi Turbin Angin....................................... 196

4. Mesin Nuklir dan Turbin Nuklir ........................... 198

4.1 Reaksi Nuklir................................................... 198

4.2 Prinsip Kerja PLTN.......................................... 206

4.3 Komponen –Komponen Reaktor Nuklir.......... 210

4.4 Macam-Macam Tipe Reaktor Nuklir............... 218

4.5 Kelebihan dan Kekurangan Nuklir................... 223

5. Biomassa ............................................................... 228

5.1 Pengertian Biomassa ....................................... 228

5.2 Biomassa Sebagai Sumber Energi.................... 230

5.3 Pemanfaatan Energi Biomassa......................... 231

5.4 Biogas............................................................... 234

5.5 Biofuel.............................................................. 242

5.6 Biodiesel........................................................... 246

5.7 Bioetanol.......................................................... 248

6. Gelombang Laut .................................................... 252

6.1 Potensi Energi Gelombang Laut di

Dunia ..................................................................... 252


Indonesia................................................................ 254

6.3 Konversi Energi Gelombang Menjadi

Listrik..................................................................... 257

vi

6.4 Kelebihan dan kekurangan Energi

Gelombang Laut..................................................... 260

7. Pesawat Pengkonversi Energi Termal

Samudra (OTEC) ...................................................... 262

8. Energi Pasang Surut .............................................. 266

DAFTAR RUJUKAN............................................... 268

vii

KATA PENGANTAR

Segala puji penulis panjatkan kehadirat Tuhan

Yang Maha Esa atas semua karunia yang telah diberikan,

sehingga penulis dapat menyelesaikan buku Mesin

Konversi Energi (MKE) untuk mahasiswa Teknik Mesin

ini sesuai rencana. Bahan ajar ini merupakan wujud

partisipasi dan darma bakti penulis dalam rangka

meningkatkan pendidikaan guna mengiringi

perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi.

Perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi

saat ini makin pesat. Sejalan dengan hal tersebut, sistem

pendidikan mengalami perkembangan dan pembaharuan,

termasuk kurikulumnya. Dalam meningkatkan mutu

pendidikan, diperlukan sarana dan prasarana yang

memadai. Salah satunya adalah dengan penyediaan buku

atau bahan ajar.

Bahan ajar ini diarahkan pada pengalaman belajar

secara langsung melalui penggunaan dan pengembangan

keterampilan proses dan sikap ilmiah. Keterampilan

proses meliputi keterampilan mengamati, keterampilan

menggunakan alat dan bahan penelitian, keterampilan

mengkomunikasikan, serta penerapannya di dalam

kehidupan sehari-hari.

Bahan ajar ini disusun berdasarkan berbagai

referensi. Selain itu, bahan ajar ini tidak akan terwujud

tanpa peran berbagai pihak. Penyusun mengucapkan

viii

terima kasih kepada semua pihak, khususnya Dr. Sukarni,

S.T., M.T yang telah memberikan kesempatan kepada

penyusun untuk menyusun buku ini. Penyusun menyadari,

buku ini masih mempunyai sejumlah kekurangan. Untuk

itu, penyusun mengharapkan tanggapan dari para pemakai,

sehingga selanjutnya, penyusun dapat menyusun bahan

ajar sejenis lebih baik.

Malang, April 2015

Penyusun

ix

BAB 1

ENERGI

1. Energi dan Availabilitas

Menurut Pudjanarsa dan Nursuhud (2006: 1)

energi adalah sesuatu yang bersifat abstrak yang sukar

dibuktikan tetapi dapat dirasakan adanya. Energi adalah

kemampuan untuk melakukan keja (energy is the capacity

for doing work). Menurut Ruhyat (2011: 1) Energi

didefinisikan sebagai kemampuan melakukan usaha.

Bila suatu benda mempunyai energi, maka benda ini dapat

mempengaruhi benda lain dengan jalan melakukan kerja

padanya. Energi adalah suatu konsep yang lebih sukar

dimengerti dari pada zat, karena energi dan zat sangat

berbeda.

Selanjutnya masih menurut Pudjanarsa dan

Nursuhud (2006: 1) availabilitas adalah kemampuan

sistem untuk menghasilkan kerja yang berguna

(availability is an ability of a sistem to produce a useful

effect. Jadi keberadaan availabilitas lebih realistis, mudah

dibuat, dan dapat dirasakan kegunaannya.

Hukum Termodinamika Pertama menyatakan

bahwa energi bersifat kekal/ energi tidak dapat diciptakan

dan tidak dapat dimusnahkan, tetapi dapat dikonversi dari

1

bentuk energi yang satu ke bentuk energi yang lain.

Sedang availabilitas adalah kemampuan suatu sistem

untuk menghasilkan suatu pengaruh yang berguna bagi

kebutuhan manusia secara positif.

Secara garis besar energi dapat diklasifikasikan

menjadi dua yaitu energi dalam transisi dan energi

tersimpan. Energi dalam transisi (transitional energy)

yaitu energi yang sedang bergerak melintasi batas sistem.

Sedangkan energi tersimpan (strored energy) yaitu energi

yang tersimpan dalam suatu sistem atau massa, biasanya

berbentuk massa, medan gaya, biasanya mudah dikonversi

menjadi energi transisi.

Salah satu contoh sederhana dari energi yaitu nilai

kalor bahan bakar bensin yang merupakan energi kimia

yang tersimpan dalam bahan yang berbentuk cair, mudah

menguap, dan berbau. Bila satu liter bensin ditumpahkan

ke lantai dalam waktu yang singkat akan menguap

menjadi gas yang kasat mata, dapat dikatakan sau liter

bensin tersebut akan terbuang sia-sia. Akan tetapi jika satu

liter bensin tersebut dimasukkan kedalam tangki mesin

konversi energi jenis motor pembakaran dalam, seperti

sepeda motor maka bensin tersebut dapat memberikan

hasil guna yang bermanfaat bagi manusia.

Energi dalam satu liter bensin tersebut oleh sistem

motor pembakaran dalam dikonversi menjadi kerja yang

berhasil guna tinggi yakni menjadi energi gerak yang

dapat memindahkan manusia dari suatu tempat ke tempat

2

lain yang jauh jaraknya. Dalam hal ini faktor availabilitas

yang berperan dalam mewujudkan konversi energi melalui

suatu sistem, dari energi dalam bentuk tersimpan menjadi

bentuk transisi yang siap untuk memberikan kerja yang

berguna bagi kepentingan manusia.

2. Macam- Macam Energi

2.1 Energi Listrik

Energi listrik adalah energi yang berkaitan dengan

akumulasi arus elektron, dinyatakan dalam Watt-jam atau

kilo Watt-jam. Bentuk transisinya adalah aliran elektron

melalui konduktor jenis tertentu. Energi listrik dapat

disimpan sebagai energi medan elektrostatis yang

merupakan energi yang berkaitan dengan medan listrik

yang dihasilkan oleh terakumulasinya muatan elektron

pada pelat-pelat kapasitor. Energi medan listrik ekivalen

dengan energi medan elektromagnetis yang sama dengan

energi yang berkaitan dengan medan magnet yang timbul

akibat aliran elektron melalui kumparan induksi.

2.2 Energi Mekanik

Bentuk transisi dari energi mekanik adalah kerja.

Energi mekanik yang tersimpan adalah energi potensial

atau energi kinetik. Energi potensial adalah energi yang

dimiliki suatu benda akibat adanya pengaruh tempat atau

kedudukan dari benda tersebut. Sedangkan Energi kinetik

3

adalah energi dari suatu benda yang dimiliki karena

pengaruh gerakannya. Benda yang bergerak memiliki

energi kinetik.

2.3 Energi Elektromagnetik

Energi elektromagnetik merupakan energi yang

berkaitan dengan radiasi elektromagnetik. Energi radiasi

dinyatakan dalam satuan energi yang sangat kecil, yakni

elektron volt (eV) atau mega elektrovolt (MeV), yang juga

digunakan dalam evaluasi energi nuklir. Radiasi

elektromagnetik merupakan bentuk energi murni dan tidak

berkaitan dengan massa. Radiasi ini merupakan energi

transisi yang bergerak dengan kecepatan cahaya.

2.4 Energi Nuklir

Nuklir adalah energi yang dihasilkan dengan

mengendalikan reaksi nuklir (Mukhlis, 1997:3). Energi

nuklir adalah bentuk energi lain yang hanya ada sebagai

energi tersimpan yang bisa lepas akibat interaksi partikel

dengan atau di dalam inti atom (Culp, 1996:5). Energi ini

dilepas sebagai hasil usaha partikel-partikel untuk

memperoleh kondisi yang lebih stabil. Satuan yang

digunakan adalah juta elektron reaksi. Pada reaksi nuklir

dapat terjadi pululuhan radioaktif, fisi, dan fusi.

4

2.5 Energi Kimia

Energi kimia merupakan energi yang keluar

sebagai hasil interaksi elektron di mana dua atau lebih

atom/ molekul berkombinasi sehingga menghasilkan

senyawa kimia yang stabil. Energi kimia hanya dapat

terjadi dalam bentuk energi tersimpan. Bila energi dilepas

dalam suatu reaksi maka reaksinya disebut reaksi

eksotermis yang dinyatakan dalam Kj, Btu, atau kkal. Bila

dalam reaksi kimia energinya terserap maka disebut

dengan reaksi endotermis. Sumber energi bahan bakar

yang sangat penting bagi manusia adalah reaksi kimia

eksotermis yang pada umumnya disebut reaksi

pembakaran. Reaksi pembakaran melibatkan oksidasi dari

bahan bakar fosil.

2.6 Energi Termal (panas)

Energi termal merupakan bentuk energi dasar di

mana dalam kata lain adalah semua energi yang dapat

dikonversikan secara penuh menjadi energi panas.

Sebaliknya, pengonversian dari energi termal ke enrgi lain

dibatasi oleh hukum Thermodinamika II. Bentuk energi

transisi dan energi termal adalah energi panas, dapat pula

dalam bentuk energi tersimpan sebagai kalor “laten” atau

kalor “sensibel” yang berupa entalpi.

5

3. Sumber Energi

Sumber energi dapat dibedakan yang berasal dari

bumi (terresterial) dan yang berasal dari luar bumi (extra

terresterial). Di samping itu sumber energi dapat juga

diklasifikasikan berdasarkan sifatnya. Sumber energi dari

bumi dapat dikategorikan jenis renewable dan

nonrenewable.

3.1Depleted/ Non Renewable Energy

Resources

3.1.1 Sumber energi fosil

Dalam bukunya Culp (1996: 35) menyebutkan

bahwa ketiga kelas bahan bakar/ sumber energi fosil yang

umum adalah apa yang disebut dengan batubara, minyak,

dan gas alam. Semua energi fosil dihasilkan dari

pemfosilan senyawa karbohidrat. Senyawa ini dihasilkan

oleh tanaman-tanaman hidup melalui proses fotosintesis

ketika ia merubah secara langsung energi surya menjadi

energi kimia.

Kebanyakan bahan bakar fosil diproduksi di masa

abad Carboniferous dalam era Paleozoic bumi, kira-kira

325 juta tahun lalu. Setelah tanaman mati, karbohidrat

diubah menjadi senyawa hidrokarbon oleh tekanan dan

panas karena ketiadaan oksigen.

Bahan bakar minyak khususnya akan segera habis

paling lambat pada akhir abad ke XXI. Gas alam

6

diprediksi oleh para ahli akan habis kurang dari 100 tahun

lagi, sedangkan cadangan batu bara akan habis lebih

kurang 200 tahun sampai 300 tahun yang akan datang.

Ketiga jenis bahan bakar fosil tersebut dikategorikan

sebagai energi yang kurang akrab lingkungan karena kadar

polusinya cukup tinggi.

3.1.2 Sumber energi nuklir

Energi nuklir adalah salah satu sumber energi di

alam ini yang diketahui manusia bagaimana mengubahnya

menjadi energi panas dan listrik. Sumber energi nuklir

merupakan sumber energi hasil tambang yang lain, yang

dapat dibudidayakan elalui proses fisi dan fusi. Energi

nuklir, meskipun bersih, mengandung resiko bahaya

radiasi yang mematikan sehingga pengolahannya harus

ekstra hati-hati, disamping diperlukan modal yang besar

untuk investasi awalnya.

Sejauh ini menurut Wisnu (2007: 6), energi nuklir

adalah sumber energi yang yang paling padat dari semua

sumber energi di alam ini yang bisa dikembangkan

manusia. Artinya, kita dapat mengekstrak lebih banyak

panas dan listrik dari jumlah yang diberikan dibandingkan

sumber lainnnya dengan jumlah yang setara.

Sebagai pembanding, 1 kg batu bara dan uranium

yang sama2 berasal dari perut bumi. Jika kita mengekstrak

energi listrik dari 1 kg batubara, kita dapat menyalakan

lampu bohlam 100W selama 4 hari. Dengan 1 kg uranium,

7

kita dapat menyalakan bohlam paling sedikit selama 180

tahun.

Dalam fisika nuklir, sebuah reaksi nuklir adalah

sebuah proses di mana dua nuklei atau partikel nuklir

bertubrukan, untuk memproduksi hasil yang berbeda dari

produk awal. Pada prinsipnya sebuah reaksi dapat

melibatkan lebih dari dua partikel yang bertubrukan, tetapi

kejadian tersebut sangat jarang. Bila partikel-partikel

tersebut bertabrakan dan berpisah tanpa berubah (kecuali

mungkin dalam level energi), proses ini disebut tabrakan

dan bukan sebuah reaksi. Secara umum, energi nuklir

dapat dihasilkan melalui dua macam mekanisme, yaitu

pembelahan inti atau reaksi fisi dan penggabungan

beberapa inti melalui reaksi fusi. Reaksi fusi nuklir adalah

reaksi peleburan dua atau lebih inti atom menjadi atom

baru dan menghasilkan energi, juga dikenal sebagai reaksi

yang bersih. Reaksi fisi nuklir adalah reaksi pembelahan

inti atom akibat tubrukan inti atom lainnya, dan

menghasilkan energi dan atom baru yang bermassa lebih

kecil, serta radiasi elektromagnetik. Reaksi fusi juga

menghasilkan radiasi sinar alfa, beta dan gamma yang

sagat berbahaya bagi manusia

8

3.2 Renewable / Non-Depleted Energy

Resources

3.2.1 Biomassa

Biomasa adalah proses daur ulang pada tumbuhan

melalui fotosintesis di mana energi surya memegang

peranan. Pada tumbuhan, energi surya diproses menjadi

energi kimia sebagai energi dalam bentuk tersimpan.

Tumbuh-tumbuhan tersebut akan mengeluarkan energi

tersimpannya pada proses pengeringan maupun saat

dibakar langsung atau dapat pula melalui berbagai proses

untuk menghasilkan bahan bakar yang cukup potensial

seperti etanol, metana, atau gas lain.

3.2.2 Gas Bio

Gas bio adalah sumber energi yang bersih dan

murah. Diproduksi dari kotoran binatang melalui proses

anaerobik melalui kegiatan mikrobial organism. Gas yang

dihasilkan mengandung 70 persen gas metan.

3.2.3 Air

Air adalah sumber energi yang dapat didaur ulang

yang dapat dibedakan menurut tenaga air (hydropower).

Suatu energi air penggerak listrik bergantung kepada

energi potensial air pada suatu ketinggian tertentu. Energi

potensial air dikonversi menjadi energi mekanis melalui

sebuah turbin untuk kemudian dikonversi ke bentuk energi

9

listrik melalui sebuah generator listrik. Daya keluaran dari

pusat listrik tenaga air bergantung pada aliran massa air

yang mengalir dan tinggi jatuhnya air. Energi air bergerak

terdapat di tempat-tempat yang curah hujannya tinggi.

Indonesia memiliki potensi tenaga air yang cukup besar.

Sumber energi air dapat digolongkan sebagai

bagian dari sumber energi matahari mengingat

keberadaanya berasal dari proses penguapan air laut

melalui radiasi sinar matahari yang kemudian

berakumulasi menjadi gumpalan awan tebal yang

mengandung uap air untuk kemudian berubah menjadi

hujan, ditampung melalui bendungan-bendungan sebagai

sumber energi air yang berpotensi tinggi.

3.2.4 Energi Gelombang Laut

Energi gelombang laut merupakan sumber energi

yang berasal dari gelombang laut yang dikonversi melalui

sistem mekanisme torak yang bekerja maju mundur

mengikuti irama gerak gelombang laut.

3.2.5 Energi Pasang Surut

Energi pasang surut adalah energi yang ada pada

daerah-daerah tertentu di elahan dunia dimana pasang

surut air mencapai lebih dari 10 meter. Selisih ketinggian

tersebut cukup potensial untuk menggerakan turbin air

berskala besar dengan tinggi jatuh rendah tetapi dapat

10

menghasilkan tenaga listrik dengan daya besar sampai

ratusan megawatt.

Negara-negara dengan potensi tenaga pasang surut

yang besar, air laut pada waktu pasang dapat dibendung

melalui pantai yang berbentuk alamiah. Pintu-pintu

bendungan dibangun untuk menutup air laut pada waktu

air sedang pasang. Air laut kemudian dialirkan kembali ke

laut pada waktu air surut melalui terowongan air yang

dibuat untuk menggerakkan turbin dan generator listrik

sehingga baik pada waktu pasang maupun surut dapat

menggerakakan turbin secara terus- menerus sepanjang

hari.

3.2.6 Energi Gradien Suhu

Energi gradien suhu adalah sumber energi yang

berasal dari perbedaan suhu air laut di permukaan laut dan

pada kedalaman tertentu yang dapat dimanfaatkan untuk

menghasilkan sistem konversi energi. Gradien suhu air

dikenal dengan OTEC (Ocean Thermal Energy

Conversion) dapat dilaksanakan baik dengan sistem

terbuka maupun dengan sistem tertutup. Pada sistem

terbuka, fluida air laut dengan suhu 30˚ diekspansikan

melalui turbin bertekanan sangat rendah untuk

menghasilkan tenaga listrik, sedang uap air

dikondensasikan untuk konsumsi air minum. Jadi pada

sistem ini akan diperoleh dua manfaat sekaligus yakni

nergi listrik dan produk air bersih.

11

3.2.7 Energi Angin

Energi angin merupakan sumber energi yang dapat

dikatakan berasal dari energi matahari melalui radiasi

panasnya di permukaan bumi yang berbeda-beda sehingga

menimbulkan perbedaan temperatur dan rapat massa udara

di permukaan bumi yang mengakibatkan terjadinya

perbedaan tekanan sehingga kemudian menjadi aliran

udara. Aliran udara tersebut dapat dipercepat dengan

adanya perputaran bumi pada pororsnya dengan kecepatan

putar konstan.

3.2.8 Energi Panas Bumi

Energi panas bumi merupakan sumber energi yang

tidak habis sepanjang zaman selama tata surya ini

berfungsi normal sesuai peredarannya. Energi panas bumi

merupakan energi terresterial yang berlimpah dan dapat

dimanfaatkan sebagai energi listrik panas bumi.

Secara estimasi, panas yang dapat dimanfaatkan

dari sumber energi panas bumi yang berada pada kurang

lebih 10 km dari permukaan bumi mampu memberikan

energi panas untuk satu juta sistem energi panas bumi

yang masing-masing mempunyai kapasitas produksi

200MW selama 10.000 tahun.

3.2.9 Energi Surya

Energi surya adalah sumber energi yang melimah

ruah, bersih, bebas polusi, dan tidak akan habis sepanjang 12

masa, merupakan extra terresterial yang dapat

dimanfaatkan melaui konversi langsung, seperti pada

fotovoltaik dan secara tidak langsung melalui pusat listrik

tenaga termal surya.

Seperti dijelaskan Jansen dan diterjemahkan oleh

Arismunandar dalam bukunya Teknologi Rekayasa Surya

(1995: 171) energi surya sudah mulai digunakan dalam

berbagai sektor kehidupan di negara-negara berkembang.

Hal ini dapat dilihat dari mulai dikembangkannya alat-alat

berbahan energi surya. Menurut Rosa dan Sukma (2008:

54) pemanfaatan energi surya menjadi energi mekanik

dapat menggunakan kolektor pelat datar yang dapat

menghasilkan aliran fluida. Aliran fluida ini timbul karena

ada perbedaan temperatur oleh kolektoryang dialirkan

melewati turbin sehingga menghasilkan energi mekanik.

13

BAB 2

MOTOR PEMBAKARAN

DALAM

1. Motor Bensin

1.1Prinsip Kerja Motor Bensin

Menurut Suyanto (1986: 4) motor bensin adalah

salah satu jenis motor pembakaran dalam yang banyak

digunakan untuk menggerakkan atau sebagai sumber

tenaga dari kendaraan darat, baik itu motor bensin empat

tak ataupun motor bensin dua tak. Motor bensin

menghasilkan tenaga dari pembakaran bahan bakar di

dalam silinder, dimana dengan pembakaran bahan bakar

ini akan timbul panas yang sekaligus akan mempengaruhi

gas yang ada di dalam silinder untuk mengembang. Gas

tersebut dibatasi oleh dinding silinder dan kepala silinder

sehingga walaupun ingin mengembang tetap tidak ada

ruangan, akibatnya tekanan di dalam silinder akan naik.

Tekanan inilah yang kemudian dimanfaatkan untuk

menghasilkan tenaga yang akhirnya dapat menggerakkan

mesin kendaraan.

14

a. Motor 4 Tak

Motor empat tak adalah salah satu jenis motor

pembakaran dalam yang sangat popular digunakan untuk

penggerak mobil. Adapun cara kerja motor empat tak

terdiri dari empat langkah untuk menghasilkan satu kali

langkah usaha.

Secara kasar atau garis besar cara kerja motor

bensin empat tak adalah mula-mula gas yang merupakan

campuran bahan bakar dengan udara yang dihasilkan dari

karburator diisap masuk ke dalam silinder kemudian

dimampatkan dan dibakar. Karena panas, gas tersebut

mengembang dan karena ruangan terbatas maka tekanan

di dalam silinder atau ruang bakar naik dan tekanan ini

mendorong torak ke bawah dan menghasilkan langkah

usaha yang oleh batang torak diteruskan ke poros engkol

dan poros engkol akan berputar.

b. Motor 2 Tak

Berbeda dengan motor empat tak, motor dua tak

hanya cukup satu putaran poros engkol untuk

menyelesaikan satu proses yaitu menghasilkan satu kali

langkah usaha. Disamping itu motor dua tak biasanya

tidak memerlukan katup sehingga lebih sederhana.

Disamping perbedaan di atas, motor dua tak tidak bekerja

dengan proses tunggal pada masing-masing langkah

seperti pada motor empat tak, melainkan antara proses

isap dan kompresinya terjadi dalam satu langkah toraknya,

15

begitu juga dengan proses usaha dan proses pembuangan

gas bekasnya.

Pada saat akhir kompresi dimana torak berada pada

TMA, busi mengeluarkan bunga api untuk menyalakan

campuran bahan bakar dengan udara yang sudah

dikompresikan sehingga akan timbul panas dan terjadi

pemuaian gas tersebut, yang akhirnya akan menaikkan

tekanan di dalam silinder. Karena tekanan ini maka torak

akan terdorong ke bawah berarti terjadi langkah usaha.

Pada saat langkah usaha ini proses pembuangan akan

terjadi juga secara bersamaan, yaitu pada saat torak telah

sampai pada lubang buang maka gas yang bertekanan ini

akan keluar dari silinder melalui lubang buang tersebut.

Bersamaan dengan gerak torak ke bawah, maka berarti

terjadi penyempitan ruangan di bawah torak yang

sekaligus dimanfaatkan sebagai pompa pembilas untuk

memompakan campuran bahan bakar ke dalam silinder.

Semakin ke bawah gerakan torak maka torak akan

sampai pada lubang bilas yang dihubungkan dengan

ruang torak yang berisi campuran bahan bakar dengan

udara yang telah sedikitn dimampatkan oleh gerakan torak

itu sendiri, sehingga campuran bahan bakar dengan udara

tersebut akan masuk ke dalam silinder melalui lubang

bilas tersebut yang akan mendorong gas sisa pembakaran

ke luar dari dalam silinder. Proses ini kan berjalan terus

sehingga torak sampai pada TMB dan bergerak ke atas

kembali sampai torak penutup lubang isap atau lubang

16

bilas dan lubang buang. Pada saat lubnag bilas telah

tertutup dan lubang buang masih terbuka, proses

pembuangan masih terjadi yang berarti sebagian kecil gas

baru masuk ke dalam silinder akan ikut terbuang.

Setelah kedua lubang tersebut tertutup maka

terjadilah langkah kompresi dimana campuran bahan

bakar dengan udara yang ada di dalam silinder

dimampatkan oleh gerakan torak menuju TMA yang

selanjutnya akan mengulang proses pembakaran dan

seterusnya, yang berarti untuk memenuhi satu siklus hanya

diperlukan satu kali putaran engkol.

Pada saat torak bergerak ke atas menuju TMA dan

bagian bawah dari torak telah meninggalkan lubang

pemasukan, campuran bahan bakar denga udara akan

masuk ke dalam karakter yaitu bagian bawah silinder

karena pada bagian tersebut terjadi penurunan tekanan

hingga lebih rendah dari tekanan udara luar yang

selanjutnya proses ini akan terhenti pada saat torak telah

bergerak ke bawah menuju TMB dan telah menutup

lubang pemasukan tersebut.

Kalau dilihat sepintas maka motor dua tak akan

menghasilkan tenaga dua kali lipat motor empat tak

dengan ukuran yang sama. Namun demikian pada

kenyataannya tidak demikian, disebabkan karena

pembuangan gas bekas dan sisa pembakaran tidak bisa

betul-betul bersih karena sebagian gas bekas akan

bercampur dengan gas baru.

17

Gas bekas yang tertinggal di dalam silinder ini

akan mengurangi jumlah gas baru yang masuk ke dalam

silinder, akibatnya tenaga yang dihasilkan pun akan

berkurang dibandingkan apabila silinder terisi penuh

dengan gas baru. Namun untuk ukuran yang sama, motor

dua tak akan menghasilkan tenaga yang relatip lebih besar

disbanding motor empat tak.

c. Motor Wankel

Motor Wankel mempunyai rotor yang berbentuk

segitiga dimana sisinya berbentuk garis lengkung yang

pada daerah lengkung tersebut terdapat cowakan yang

berfungsi sebagai ruang kompresi dan ruang bakar. Rotor

ini berputar pada sebuah poros yang bergigi di dalam

rumah yang berbentuk seperti angka delapan. Ujung-ujung

dari rotor tersebut selalu bersinggungan dengan rumahnya

sehingga membentuk tiga ruangan yang terpisah antara

satu dengan lainnya. Rotor tersebut berputa pada poros

yang dilengkapi dengan eksentrik sehingga bila rotor

berputar satu kali poros berputar tiga kali. Di samping itu

pada rumah rotornya dipasang roda gigi stasioner sehingga

memungkinkan ujung-ujung rotor selalu menempel pada

rumahnya, sehingga akan membentuk seal seperti yang

terjadi pada motor torak antara torak dan dinding silinder.

Untuk menjaga kerapatan gas pada ujung-ujung rotor dan

bagian sisi rotor dilengkapi dengan seal semacam ring

piston pada motor torak, sehingga apabila terjadi proses

18

kerja di antara rotor dan rumahnya tidak akan terjadi

kebocoran.

Motor Wankel ini juga dilengkapi dengan busi

untuk menyalakan bahan bakarnya, seperti yang terjadi

pada motor bensin torak. Sedang pendingin yang dipakai

seperti pada motor torak juga yakni air atau pendingin

udara. Adapun cara kerja motor wankel ini adalah sebagai

berikut. Pada gambar dapat dilihat tiga ruangan yang

berbeda pada saat yang bersamaan (sudah barang tentu

proses yang terjadipun berbeda pula). Untuk memudahkan

permasalahan, maka kita ikuti satu sisi rotornya yang kita

mulai dari proses pemasukan. Apabila titik A berputar ke

kanan maka ruangan satu akan menjadi semakin lebar

yang berarti tekanannya akan menjadi semakin rendah.

Karena tekanan semakin rendah maka akan terjadi

perbedaan tekanan antara ruangan satu dengan udara luar.

Karena gerakan rotor tersebut sekaligus membuka saluran

masuk, maka campuran bahan bakar denga udara akan

masuk ke dalam ruangan satu. Apabila rotor berputar terus

maka ruangan satu akan menjadi semakin luas yakni

menjadi ruangan dua.

Semakin jauh rotor berputar maka saluran masuk

akan tertutup oleh rotor itu sendiri, yang berarti proses

kompresi mulai terjadi. Ruangan lima akan dimampatkan

terus hingga menjadi ruangan enam dan seterusnya

menjadi ruanga tujuh. Pada saat inilah busi dinyalakan

sehingga dapat membakar campuran bahan bakar dengan

19

udara yang telah dimampatkan tersebut. Karena

pembakaran tersebut maka akan timbul tenaga untuk

mendorong rotor untuk terus berputar hingga ruangan

menjadi ruang delapan. Karena tenaga tersebut rotor akan

berputar terus hingga menjadi ruangan Sembilan dan

seterusnya rotor akan membuka saluran buang dan gas

bakar pembakaran akan ke luar meninggalkan ruangan

sepuluh sampai titik C meninggalkan lubang buang yang

sekaligus sudah mulai untuk proses pemasukan. Pada

kenyataannya ketiga sisi rotor terjadi proses secara

bersamaan.

Kalau diperhatikan, proses kerja motor wankel ini

persis seperti motor empat tak tetapi pembukaan dan

penutupan lubang masuk dan lubang buangnya seperti

motor dua tak. Secara keseluruhan motor wankel ini

mempunyai keuntungan dibandingkan motor torak, yakni

karena tidak ada gerak lurus yang bolak balik maka

getaran yang ditimbulkan menjadi jauh lebih kecil

sehingga lebih memungkinkan untuk digunakan pada

putaran tinggi. Disamping itu, karena tidak ada katup-

katup yang digunakan maka keberisikan karena katup

tidak terjadi begiu pula masalh ketidaktepatan pembukaan

katup tidak dialami pada mesin wankel ini, disamping

konstruksinya menjadi lebih sederhana.

Namun demikian ada masalah yang kelihatannya

memang masih harus dicarikan jalan penyelesaiannya

yaitu masalah kerapatan gasnya baik antara ujung-ujung

20

rotor dengan rumahnya ataupun antara sisi rotor dengan

rumahnya, begitu pula masalah pelumasannya.

1.2 Sistem Pelumasan Motor Bensin

Sistem pelumasan pada motor umumnya

menggunakan sistem pelumasan dengan tekanan. Artinya

minyak pelumas dialirkan ke bagian-bagian yang dilumasi

dengan menggunakan tekanan dari pompa minyak

pelumas atau pompa oli. Minyak pelumas tersebut, setelah

dipompa, kemudian dialirkan ke bagian-bagian yang perlu

dilumasi yang kemudian disirkulasikan kembali ke

penampung oli. Dari penampung ini kemudian

dipompakan kembali untuk disirkulasikan kembali ke

bagian-bagian yang memerlukan pelumasan. Untuk

mengalirkan minyak pelumas ke bagian-bagian yang akan

dilumasi, maka sistem pelumasan dilengkapi dengan

saluran minyak pelumas yang dilewatkan pada blok

silinder dan bagian-bagian dari motor itu sendiri.

a. Pompa Oli

Pompa oli adalah jantungnya sistem pelumasan,

karena pompa oli berguna untuk mensuplai minyak

pelumas dengan ajeg pada sistem pelumasan dan

mempertahankan pada tekanan yang cukup dan pelumasan

yang cukup. Pergerakan pompa minyak pelumas ini ada

bermacam-macam, ada yang melalui poros nok dan

21

penggerak distributor, ada yang digerakkan langsung

dengan roda gigi dari poros nok dan sebagainya.

Pompa oli roda gigi menggunakan sepasang roda

gigi untuk menghasilkan tekana pada sistem pelumasan.

Sepasang roda gigi tersebut dipasang di dalam rumah gigi.

Salah satu dari gigi tersebut digerakkan dari luar sedang

gigi yang lain ikut berputar karena berhubungan dengan

gigi yang diputar dari luar tersebut. Pada saat motor

bekerja gigi penggerak diputar oleh motor sehingga gigi

tergerak ikut berputar di dalam rumah roda gigi tersebut.

Minyak pelumas pada saluran pemasukan akan terjebak di

antara gigi-gigi pompa dengan rumah gigi tersebut

sehingga akan terbawa sampai saluran pengeluaran.

Setelah minyak pelumas sampai pada saluran pengeluaran,

minyak tersebut akan tertinggal di sana karena antara gigi

penggerak dan gigi yang digerakkan bersatu sehingga

tidak ada tempat bagi minyak pelumas. Karena pompa

berputar terus maka minyak pelumas akan terkumpul pada

sisi pengeluaran sehingga tekanannya akan naik dan terus

dikirim ke bagian-bagian motor yang perlu pelumasan.

Sedangkan pompa oli rotor menggunakan sepasang

rotor yang berbentuk seperti bintang yang dipasang di

dalam rumah rotor. Rotor bagian dalam sebagai rotor

penggerak sedang rotor bagian luar sebagai rotor yang

digerakkan. Pada saat motor bekerja rotor penggerak akan

digerakkan oleh motor, sehingga rotor bagian dalam juga

ikut berputar dengan membentuk ruangan yang berubah-

22

ubah besarnya antara rotor penggerak dan rotor yang

digerakkan. Pada saat rotor berputar akan terbentuk

ruangan yang membesar sedikit demi sedikit sampai

maksimum yang kemudian akan mengecil sedikit demi

sekit sampai ruangan tersebut tidak ada lagi. Pada saat

ruangan mulai membesar, ruangan tersebut berhubungan

dengan saluran pemasukan, sehingga pada saat ruangan

semakin lebar ruangan tersebut akan diisi oleh minyak

pelumas. Karena rotor berputar terus maka minyak

pelumas tersebut akan ikut terbawa oleh rotor sampai pada

saluran pengeluaran. Karena minyak pelumas terkumpul

pada saluran pengeluaran maka tekanannya akan naik dan

akan mengalir ke bagian-bagian motor yang memerlukan

minyak pelumas melalui saluran-saluran minyak pelumas

di dalam sistem pelumasan dari motor.

b. Pembatas Tekanan

Pembatas tekanan berfungsi membatasi tekanan

minyak pelumas di dalam sistem pelumasan. Karena

apabila tekanan minyak pelumas terlalu tinggi akan

menyebabkan rusaknya sistem pelumasan seperti rusaknya

gasket dan seal atau bahkan karena tekanan minyak

pelumas yang terlalu tinggi justru akan menimbulkan

hambatan atau gesekan yang besar antara dua bagian yang

bersinggungan sehingga salah satu tugas pelumasan yaitu

untuk mengurangi gesekan tidak terpenuhi bahkan akan

menambah gesekan yang terjadi. Oleh karena itu

23

pembatasan tekanan minyak pelumas pada sistem

pelumasan merupakan hal sangat perlu diperhatikan.

Pembatas tekanan minyak pelumas ini ada yang

menggunakan katup bola da nada yang menggunakan

katup plunyer. Karena pompa minyak pelumas

menghasilkan atau memompakan minyak dalam volume

yang lebih banyak daripada yang dibutuhkan maka pada

saat tekanannya telah mencapai batas yang diijinkan maka

tekanan minyak pelumas ini akan mampu menekan

tekanan pegas pada katup pembatas tekanan minyak

pelumas sehingga akan membuka katup dan tekanan

minyak pelumas tidak melebihi batas.

Pembatas tekanan minyak pelumas ini ada yang

dipasang pada pompa minyak pelumas da nada juga yang

dipasang pada tempat yang lain seperti pada filter minyak

pelumas atau pada blok silinder, namun kerja dan

fungsinya sama. Pada saat katup pembatas tekanan minyak

pelumas ini terbuka maka sebagian minyak pelumas akan

mengalir kembali ke dalam penampung oli sebelum

melumasi bagian-bagian dari motor.

c. Penyaring Minyak Pelumas

Minyak pelumas yang dipakai pada motor lama

kelamaan akan mengalami pengotoran walaupun motor

dipelihara dengan sebaik-baiknya. Kotoran yang timbul di

dalam minyak pelumas berupa karbon, kikisan logamdari

bagian yang bergesekan, air dan sebagainya yang apabila

24

dibiarkan makin lama akan semakin banyak dan dapat

merusak bagian-bagian yang bergesekan yang dilumasi

oleh minyak pelumas.

Filter atau penyaring miyak pelumas yang banyak

digunakan pada motor berfungsi untuk menampung

kotoran yang ada pada minyak pelumas. Elemen ini akan

membiarkan minyak pelumas lewat akan tetapi akan

menahan kotoran sehingga tidak bisa lewat dan minyak

pelumas terbebas dari kotoran. Apabila kotoran ini pada

minyak pelumas sudah cukup banyak maka ada

kemungkinan aliran minyak pelumas melalui elemen ini

juga terganggu sehingga pada filter atau penyaring minyak

pelumas ini dilengkapi dengan katup bypass yang

berfungsi untuk mengalirkan minyak pelumas tanpa

melewati elemen apabila elemen filter ini tidak bisa

mengalirkan minyak pelumas dengan jumah yang cukup.

Ada dua macam sistem penyaringan minyak

pelumas pada sistem pelumasan motor. Sistem pertama

adalah full flow dimana minyak pelumas yang

dipompakan oleh pompa oli selururhnya dilewatkan filter

sebelum digunakan untuk melumasi bagian-bagian dari

motor. Sistem penyaringan semacam ini akan menjamin

minyak pelumas betul-betul bersih. Sistem penyaringan

minyak pelumas yang kedua adalah model bypass, dimana

minyak pelumas dari pompa oli tidak seluruhnya

digunakan untuk melumasi bagian-bagian dari motor yang

perlu dilumasi melainkan sebagian dialirkan kembali ke

25

penampung oli melaui filter atau penyaring minyak

pelumas, denga demikian sistem bypass ini hanya

sebagian dari minyak pelumas pada sistem pelumasan

yang dibersihkan dengan filter.

d. Indikator Tekanan Minyak Pelumas

Indikator tekanan minyak pelumas berguna untuk

mengingatkan kepada operator motor tentang keadaan

tekanan minyak pelumas di dalam motor. Apabila tekanan

minyak pelumas terlalu rendah maka pelumasan pada

bagian-bagian motor menjadi terganggu pula dan

kemungkinan terjadi kerusakan pada bagian-bagian yang

dilumasi tersebut karena pelumasan tidak sempurna

sedang beban yang diderita tetap seperti biasa.

Ada dua macam indikator tekanan minyak pelumas

ini. Model pertama adalah model lampu indikator,

memberikan peringatan dengan menyalanya lampu yang

berarti tekanan minyak pelumas di bawah yang di ijinkan.

Model ini sangat sederhana, yakni menggunakan bola

lampu dan unit pendeteksi tekanan yang dipasang pada

saluran pelumasan atau pada bagian lainnya. Model kedua

adalah model manometer yang menggunakan prinsip yang

sama dengan sistem indikator, hanya saja unit pendeteksi

tekanan menggunakan tahanan yang dapat berubah-ubah

sesuai dengan tekanan minyak pelumas di dalam sistem

bukan menggunakan kontak seperti pada sistem indikator.

26

1.3 Sistem pendingin Motor Bensin

Pendinginan pada motor merupakan hal yang

merugikan bila ditinjau dari penggunaan panas yag

dihasilkan oleh pembakaran campuran bahan bakar

dengan udara di dalam silinder karena pembakaran

campuran bahan bakar dengan udara di dalam silinder

bertujuan untuk menghasilkan panas yang kemudian

digunakan untuk menghasilkan tenaga mekanis. Namun

demikian apabila motor tidak dilengkapi dengan sistem

pendingin justru tidak mungkin akan bisa bekerja.

a. Fungsi Sistem Pendingin

Secara garis besar fungsi sistem pendingin dapat

dibagi menjadi empat. Yang pertama adalah untuk

mengurangi panas pada motor. Panas yang dihasilkan oleh

pembakaran campuran bahan bakar dengan udara dapat

mencapai temperatur sekitar 25000C. Panas yang cukup

tinggi ini dapat melelehkan logam atau bagian lain yang

digunakan pada motor untuk menjamin kerja motor motor

itu sendiri.

Fungsi kedua adalah untuk mempertahankan

temperatur motor agar selalu pada temperature kerja yang

paling efisien pada semua keadaan kerja motor. Biasanya

temperatur kerja motor adalah sekitar 82 sampai 920C.

pada saat bagian-bagian motor mencapai temperature ini,

bagian-bagian tersebut akan memuai sehingga kliren pada

masing-masing bagian menjadi tepat. Disamping itu juga 27

akan menjamin kerja motor yang maksimum dan hasil

emisi pada gas buang yang minimum.

Fungsi ketiga adalah untuk mempercepat motor

mencapai temperatur kerjanya, karena untuk mencegah

terjadinya keausan yang berlebihan, kerja motor yang

kurang baik, emisi gas buang yang berlebihan dan

sebagainya. Hal ini dapat terjadi karena pada saat motor

bekerja pada temperatur yang dingin maka campuran

bahan bakar dengan udara yang masuk ke dalam silinder

tidak sesuai dengan campuran yang dapat meghasilkan

kerja motor yang maksimum.

Fungsi keempat adalah untuk memanaskan

ruangan di dalam ruang penumpang. Hal ini dipakai pada

negara-negara yang mengalami musim dingin.

b. Bagian Sistem Pendingin

Sistem pendinginan ada dua macam yaitu sistem

pendinginan dengan udara dan sistem pendinginan dengan

air. Sistem pendinginan dengan udara tidak banyak

dipakai sebenarnya, kecuali mobil VW. Itupun tidak

semua jenis VW menggunakan pendinginan dengan udara.

Hal ini dapat difahami karena udara kurang begitu bagus

mentransfer panas dibandingkan dengan air, sehingga

pengontrolan dan pengaturan temperatur motor menjadi

agak sulit. Bagian-bagian dari sistem pendingin air adalah

pompa air, radioator dan selang radiator, tutup radiator,

thermostat, kipas.

28

1.4 Sistem Pengisian dan Pembuangan

Motor Bensin

Sistem pengisian adalah sistem yang berfungsi

untuk membantu atau sistem yang memungkinkan

mengalirnya campuran udara dan bahan bakar ke dalam

silinder, dengan jumlah ke masing-masing silinder kira-

kira sama. Sedangkan sistem pembuangan adalah sistem

untuk mengalirkan gas bekas pembakaran dari dalam

silinder ke udara luar dengan tanpa mengurangi tenaga

yang dihasilkan motor dan tidak menggangu lingkungan

baik yang berupa polusi suara maupun polusi udara.

a. Sistem Pemasukan

Sistem pemasukan bahan bakar ke dalam silinder

ada dua macam yaitu dengan menggunakan karburator

atau dengan injeksi pada venture dan sistem injeksi bahan

bakar yang penyemprotan bahan bakar dilakukan pada

daerah yang sangat dekat dengan lubang pemasukan ke

dalam silinder, maka saluran pemasukan atau sistem

pengisian kedua jenis tersebut juga berbeda dalam arti

perencanaan sistem pemasukan yang menggunakan injeksi

bahan bakar yang dekat dengan lubang pemasukan pada

silinder akan berbeda dengan sistem yang harus membawa

campuran bahan bakar denga udara dari venture baik yang

diinjeksikan ataupun yang dikeluarkan dari karburator.

Jenis yang pertama yaitujenis yang bahan bakarnya

29

diinjeksikan didekat lubang pemasukan pada silinder maka

sistem pemasukan cukup memikirkan penyaluran udara

saja, sedang sistem pemasukan bahan bakar yang dimulai

dari venturi maka saluran pengisisannya harus

menyalurkan campuran bahan bakar dengan udara yang

berarti lebih sulit perencanaannya karena ada dua zat yang

mengalir di dalam saluran pengisian sedang keduanya

mempunyai sifat yang berbeda.

b. Sistem Pembuangan

Setelah campuran bahan bakar dengan udara yang

berada di dalam silinder dibakar dengan nyala api dari busi

da telah menghasilkan tenaga, maka gas tersebut harus

dikeluarkan dari dalam silinder untuk dibuang. Untuk

membuang gas bekas pembakaran ini tidak sekedar

dibuang saja ke udara luar tanpa memperhatikan

keamanan dan kenyamana manusia. Artinya pembuangan

gas bekas ini harus tidak merugikan baik pengendara

motor itu sendiri maupun orang lain. Agar sistem

pembuangan tidak mempengaruhi tenaga motor, dalam arti

mengurangi daya motor, maka diusahakan tidak ada

tekanan balik yang kan menghambat keluarnya gas bekas

dari dalam silinder. Dengan adanya sisa gas bekas di

dalam silinder maka akan mengurangi ruangan untuk gas

baru yang masuk ke dalam silinder. Dengan demikian

berarti akan mengurangi efisiensi volumetric dari motor

yang akibatnya tenaga motor akan turun. Disamping

30

tekanan balik yang kecil saluran pembuangan harus dapat

meredam suara yang ditimbulakan oleh pembuangan gas

bekas ini sehinga tidak menggangu manusia.

1.5 Sistem Penyalaan Motor Bensin

Sistem penyalaan adalah salah satu sistem yang

ada di dalam motor yang menjamin agar motor dapat

bekerja. Sistem ini berfungsi untuk menimbulkan api

untuk membakar campuran bahan bakar yang sudah

dikompresikan di dalam silinder. Jadi sistem pengapian ini

harus mampu membakar campuran bahan bakar dengan

udara yang ada di dalam silinder.

Di samping sistem penyalaan harus dapat

menghasilkan bunga api, saat menghasilkannya pun juga

harus tepat dan untuk motor yang bersilinder lebih dari

satu pembagian ke masing-masing silinder yang saat itu

membutuhkan nyala api dari busi pun harus tepat pula.

Pada saat motor mengalami perubahan beban atau

mengalami perubahan kecepatan sistem pengapian harus

bisa menyesuaikan diri sehingga motor dapat tetap bekerja

dengan baik dan memuaskan.

a. Sistem Penyalaan dengan Kontak Platina

Sistem penyalaan dengan kontak platina adalah

sistem penyalaan yang sudah digunakan bertahun-tahun

sebelum ditemukannya sistem penyalaan yang baru seperti

sekarang ini, oleh karena itulah sistem penyalaan ini

sering disebut juga dengan istilah sistem penyalaan 31

konvensional. Sistem penyalaan konvensional terdiri dari

empat bagian besar yaitu batere, koil, distributor, dan busi.

Pada saat kunci kontak disambungkan maka ada

arus listrik yang mengalir dari batere menuju ke koil yang

kemudian mengalir ke distributor. Pada saat kontak platina

tertutup, maka arus tersebut akan langsung mengalir ke

masa. Pada saat itu pula di dalam koil terdapat medan

magnet. Apabila motor berputar maka poros distributor

juga akan berputar yang sekaligus akan mempengaruhi

posisi nok terhadap kontak platina sehingga kontak platina

membuka. Pada saat kontak platina terbuka maka arus dari

batere terputus karena tidak ada lagi jalan menuju masa.

Dengan terputusnya aliran arus ini maka medan magnet di

dalam koil akan hilang sehingga akan tibul tegangan yang

tinggi kemudian dikirim ke salah satu busi dari silindernya

yang membutuhkan bunga api untuk membakar campuran

bahan bakar dengan udara.

Proses tersebut berjalan terus dengan berputarnya

distributor, yang berarti menutup dan membukan kontak

platina. Distributor ini berputar satu kali setiap motor

berputar dua putaran poros engkol sehingga setiap dua

putaran poros engkol masing-masing busi mendapat

giliran satu kali untuk memercikkan bunga api untuk

membakar campuran bahan bakar dengan udara yang ada

dalam silinder.

32

b. Sistem Penyalaan Elektronik

Disebabkan bagian yang paling sering rusak dan

paling menyebabkan gangguan pada sistem penyalaan

adalah pemutus arus model mekanis, maka diciptakanlah

sistem penyalaan yang tidak menggunakan sistem mekanis

untuk memutuskan arus yang mengalir ke lilitan primer

koil dan batere. Sistem penyalaan ini adalah sistem

penyalaan elektronik.

Pada dasarnya sistem penyalaan elektronik adalah

sistem penyalaan yang saat induksi tegangan tingginya

diatur dengan bantuan alat elektronik. Sebenarnya pada

awal perkembangannya sistem penyalaan elektronik ada

yang masih menggunakan pemutus arus mekanis, akan

tetapi dibantu dengan transitor sehingga umur pemutus

arus menjadi lebih lama dari pada penyalaan

konvensional.

c. Sistem Penyalaan Tanpa Distributor

Sistem penyalaan tanpa distributor ini adalah

merupakan pengembangan dari sistem penyalaan

elektronik, karena sistem ini memang menggunakan

peralatan elektronik untuk menjamin sistem agar dapat

bekerja.

Sistem penyalaan ini bekerja mirip seperti sistem

penyalaan elektronik biasa, hanya saja sistem penyalaan

tanpa distributor ini setiap proses di dalam satu silinder

busi memercikan bunga api dua kali. Disamping itu busi

33

mengeluarkan bunga api secara berkelompok. Dengan

jalan demikian ini maka sistem penyalaan ini tidak perlu

lagi menggunakan distributor untuk membaikan tegangan

tinggi yang dihasilkan oleh koil.

Sistem ini menggunakan koil lebih dari satu yang

masing-masing koil mengeluarkan tegangan tinggi dalam

waktu yang berbeda dan masing-masing mengeluarkan

tegangan tinggi setiap satu putaran poros engkol. Sistem

penyalaan ini menggunakan dua buah modul yaitu ECM

dan electronic coil module yang disebut juga dengan

ignition module. Kedua modul ini bekerja sama untuk

menentukan saat pengapian dari motor untuk setiap

keadaan kerja motor.

1.6 Sistem Bahan Bakar Motor Bensin

Setiap mototr membutuhkan suplai bahan bakar.

Selama proses suplai bahan bakar dibutuhkan alat untuk

mencampur bahan bakar dan udara. Alat-alat tersebut

secara keseluruhan disebut dengan sistem bahan bakar

yang tugasnya menyediakan bahan bakar dan mencampur

bahan bakar tersebut dengan udara sesuai dengan

kebutuhan motor yang bersangkutan. Pada sistem ini

bahan bakar akan disimpan secara sementara di dalam

tangki bahan bakar, kemudian pada saat motor

membutuhkan bahan bakar, bahan bakar dari tangki

tersebut dialirkan menuju karburator atau sistem injeksi

bahan bakar untuk dimasukkan ke dalam silinder yang

34

sekaligus dicampur dengan udara. Pengiriman bahan bakar

dari tangki harus melalui pipa bahan bakar. Untuk

mengurangi terjadinya polusi pada sistem bahan bakar ini

dilengkapi pula dengan emission control.

1.7 Sistem Pembakaran Motor Bensin

Pembakaran di dalam motor adalah hal yang

sangat menentukan besarnya tenaga yang dihasilkan motor

dengan disuplainya sejumlah bahan bakar kedalam silinder

dari motor tersebut. Hal ini disebabkan karena

pembakaran dengan pembakaran inilah tenaga motor

dihasilkan. Dengan adanya sejumlah bahan bakar di dalm

silinder yang sudah bercampur dengan udara yang

kemudian dinyalakan oleh nyala api dari busi, maka

pembakaran akan terjadi. Dengan pembakaran ini maka

temperature ruang bakar akan naik yang mengakibatkan

naiknya tekanan di dalam silinder dan memungkinkan

terjadinya gerakan torak akibat tekanan tersebut dan

selanjutna motor tetap bekerja.

Pembakaran di dalam silinder adalah merupakan

reaksi kimia antara unsur yang terkandung di dalam bahan

bakar yaitu unsur CH atau hidrokarbon dengan udara atau

oksigen, yang diikuti dengan timbulnya panas. Panas yang

dilepaskan Selma proses pembakaran inilah yang

digunakan oleh motor untuk menghasilkan tenaga. Untuk

menjamin terjadinya pembakaran yang sempurna dan

tenaga motor yang bagus maka campuran bahan bakar

35

dengan udara harus tepat dan bercampur dengan bagus

pula. Apabila campuran bahan bakar dengan udara kurang

baik maka akan mengakibatkan pembakaran tidak baik

atau tidak sempurna dan mempunyai akibat sampingan

yang cukup banayk dan itu sangat merugikan.

1.8 Bagian- Bagian Utama Motor Bensin

Bagian-bagian utama motor bensin disini adalah

bagian-bagian mesin yang berhubungan langsung dengan

proses pemindah tenaga dari tekanan menjadi gerak putar.

Bagian-bagian yang dimaksud adalah: kepala silinder,

blok silinder, piston, piston pin, ring piston, batang torak,

poros engkol, balanser, bantalan, dan perapat.

a. Kepala Silinder

Kepala silinder bekerja dengan temperatur yang

relatif tinggi dari silinder blok karena bagian besar ruang

bakar terdapat pada kepala silinder. Panas pembakaran

memancar dengan cepat ke kepala silinder karena jaraknya

yang yang cukup dekat. Oleh karena itu lubang pendingin

juga harus diperhatikan agar supaya motor dapat bekerja

pada temperatur yang diinginkan.

b. Blok Silinder

Blok silinder merupakan inti dari pada mesin. Blok

silinder merupakan tempat bergeraknya piston/torak dalam

36

pembakaran bahan bakar, dan tenaga panas yang

dihasilkan oleh pembakaran bahan bakar diubah kedalam

tenaga mekanik dengan adanya gerak naik-turun torak

dalam silinder.

c. Piston

Piston adalah bagian bagian motor yang berfungsi

merubah atau menstransfer tekananpembakaran menjadi

gerak lurus yang selanjutnya dengan perantara torak,

batang torak dan poros engkol gerak lurus dari engkol

tersebut diubah menjadi gerak putar. Oleh karena itu torak

harus tahan terhadap tekanan tinggi, panas yang tinggi,

dan mempu bekerja dengan tekanan yang tinggi. Dengan

kata lain piston ini harus kuat dan ringan. Kalau piston

tidak ringan maka inersia yang timbul cukup besar karena

piston bekerja dengan bergerak bolak-balik dengan

kevepatan yang cukup tinggi, bila inersia terlalu besar

maka pena torak akan menerima beban yang terlalu besar

sehingga akan cepat aus atau patah.

d. Pena Torak

Pena torak berfungsi untuk menyambung atau

menghubungkan antara piston dengan batang torak

sehingga dapat bersama-sama bkerja untuk menstransfer

tenaga yang dihasilkan oleh pembakaran kepada poros

engkol. Pena torak ini terbuat dari baja yang berlubang

pada bagian dalamnya sehingga seperti pipa yang

37

bertujuan untuk memperingan pena torak itu sendiri.

Bagian luar pena torak dikeraskan sehingga tahan terhadap

gesekan sedangkan bagian dalamnya tidak ikut dikeraskan

untuk menjaga agar pena torak tidak menjadi getas dan

mudah patah.

e. Ring Piston

Ada dua macam ring yang digunakan dalam motor

yaitu ring kompresi dan ring oli, yang masing-masing

mempunyai tugas utama yang berbed, namun samuanya

sebagai perapat yang dipasnangkan pada piston yang

berhubungan dengan silinder motor. Ring-ring ini dibuat

sedikit lebih besar dibandingkan silinder sehingga

dipasangkan pada tempatnya dia akan mempunyai gaya

kesamping sehingga menjaga kerapatan ring tersebut

dengan silinder.

f. Batang Torak

Batang torak digunakan untuk menghubungkan

antara piston dengam poros engkol. Bagian atas atau ujung

yang kecil dari batang torak dipasangkan pada pena torak,

sedangkan bagian bawah atau ujung yang besar

dipasangkan pada poros engkol pada bagian poros jalan.

Ujung yang besar ini dibuat terpisah (tidak utuh) sehingga

memungkinkan memasang pada poros engkol. Adapun

pemasangannya dengan menggunakan baut batang torak

38

dimana diantara batang torak dan engkol dipasang

bantalan untuk mengurangi gesekan yang timbul.

g. Poros Engkol

Fungsi utama dari poros engkol adalah untuk

gerakan lurus yang dihasilkan torak menjadi gerak putar

dedngan perantarapena torak dan batang torak. Namun

demikian semua yang bergerak karena gerakan motor

adalah melaui atau memanfaatkan gerak poros engkol ini

seperti poros nok, pompa oli, pompa bakan bakar,

alternator, pompa air dan sebagainya.

h. Poros Penyeimbang

Poros penyeimbang (balancer shaft) atau disebut

juga dengan nama “silent shaft berfungsi melawan atau

membuat seimbang getaran yang ditimbulkan akibat

gerakan poros engkol, gerakan piston, dan gerakan batang

torak.

i. Bantalan

Bantalan digunakan pada bagian-bagian dari motor

dengan tujuan untuk menfurangi gesekan antar dua bagian

ynag bergesak satu sama lain atau bergerak salah satu.

Disamping itu bantalan berfungsi untuk mengurangi dan

menyalurkan panas yang timbul diantara bagian ynag

bersinggungan tersebut. Antara bantalan dengan bagian

yang berputar atau yang bergerak diberi pelumas sehingga 39

tidak terjadi kontak langsung antar dua buah benda yang

bersinggungan tersebut yang berarti mengurangi keausan

ynag terjadi.

j. Perapat

Perapat digunakan pada motor untuk mencagah

terjadinya bocoran atau untuk merapatkan antara dua

bagian yang diam dan bergerak. Bocoran yang dimaksud

dapat berupa bocoran gas, oli, air, atau bahan bakar. Ada

dua macam perapat yang digunakan dalam motor yaitu:

gasket dan seal.

2. Motor Diesel

Motor diesel termasuk jenis kelompok motor

pembakaran dalam (internal combustion engine), dimana

proses pembakarannya didalam silinder. Motor diesel

menggunakan bahan bakar cair yang dimasukkan ke

dalam ruang pembakaran silinder motor dengan

diinjeksikkan menggunakan pompa injeksi.

Trommelmans (1993:1) berpendapat bahwa motor disel

sangat baik bila digunakan sebagai motor-motor kapal

atau stasioner.

2.1 Klasifikasi Motor Diesel

Ada beberapa cara pengklasifikasian motor diesel

yang dapat dibuat untuk mengetahui perbedaan jenis atau

40

tipe motor diesel dan pelayanan yang sesuai dengan jenis

motor diesel tertentu. Kebanyakan pengklasifikasian

motor diesel yang paling lazim adalah menurut tenaga

yang dihasilkan. Ada motor diesel yang kecil dengan

tenaga dari 3 tk. Adapula motor diesel yang besar dengan

kapasitas besar sampai menghasilkan tenaga 40.000 tk.

Motor diesel juga diklasifikasikan menurut jumlah

silindernya. Terdapat motor diesel dengan jumlah satu

silinder hingga 24 silinder. Motor diesel bersilinder

tunggal ( satu ) sering dipakai untuk penggerak yang kecil-

kecil, portable, dan untuk keperluan irigasi. Selanjutnya,

untuk keperluan komersial dan angkutan digunakan motor

diesel bersilinder 4,6 dan 8 silinder. Untuk keperluan

industri dan penggerak kapal kapal besar digunakan diesel

bersilinder yang lebih banyak missal dengan variasi

jumlah silinder 12,16,20 dan 24.

Cara lain dalam pengklasifikasian motor diesel

adalah menurut prinsip/ proses kerjanya. Dengan

pengelompokan ini dikenal dua jenis motor diesel yaitu

motor diesel empat langkah dan motor desel dua langkah.

Cara pengaturan silinder motor juga sering digunakan

untuk mengklasifikasikan motor diesel. Yang paling

popular adalah motor diesel tegak/ vertical, dimana

silinder motor diatur dalam satu baris silinder motor. Jenis

lain adalah dimana silinder motor dibuat baris yang

berseberangan bertolak belakang. Pada motor ini mungkin

semua silinder motor dibuat pada satu sisi poros engkol.

41

Dengan jumlah silinder yang sama pada masing-masing

sisi dikenal motor datar bersilinder bertolak belakang

ataupun motor bersilinder v.

Pengklasifikasian lain dari motor diesel adalah

menurut kerja piston. Dalam pengelompokan ini

diklasifikasikan motor diesel piston kerja tunggal, piston

kerja ganda dan piston berlawanan . Piston kerja tunggal

adalah dimana satu sisi dari piston yang berhubungan

dengan gas pembakaran, sedang sisi yang lain

berhubungan dengan poros engkol melalui batang piston .

Pada piston kerja ganda kedua sisi dari piston bekerja

berhubungan dengan gas pembakaran yang menghasilkan

tenaga. Kedua sisi dari silinder digunakan untuk gas

pembakaran yang secara berganti-ganti kedua sisi piston

menerima gas hasil pembakaran . Tekanan gas

pembakaran bekerja pada langkah keatas maupun

kebawah.

Pada piston berlawanan yaitu dua piston pada

silinder yang sama diantara kedua piston yang berlawanan

itu terletak ruang pembakarannya. Masing-masing piston

mempunyai batang piston dan poros engkol sendiri-

sendiri.

2.2 Cara Kerja Motor Diesel

Pertama, pada ruang bakar mesin, udara masuk

saluran masuk terbuka. Kedua, terjadi langkah kompresi

yaitu penekanan udara. Langkah disini menghasilkan

42

peningkatan tekan dan suhu yang cukup tinggi. Saat

kompresi berada di TMA maka fuel injector akan

memasukkan bahan bakar dengan mengabutkannya.

Karena suhunya tinggi dan ada bahan bakar yang telah

masuk dari fuel injector berupa gas maka campuran

tersebut terbakar. Ketiga, tekanan gas hasil pembakaran

bahan bakar dan udara akan mendorong torak yang

dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang

torak, sehingga torak dapat bergerak bolak-balik

(reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah

menjadi gerak rotasi oleh poros engkol (crank shaft). Dan

sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi

gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi. Keempat,

saat torak bergerak keatas dan menekan udara hasil

pembakaran keluar ke udara luar melalui knalpot. Saluran

keluarnya terbuka.

Secara singkat prinsip kerja motor diesel 4 tak

adalah sebagai berikut:

a. Langkah isap, yaitu waktu torak bergerak dari TMA

ke TMB. Udara diisap melalui katup isap sedangkan

katup buang tertutup.

b. Langkah kompresi, yaitu ketika torak bergerak dari

TMB ke TMA dengan memampatkan udara yang

diisap, karena kedua katup isap dan katup buang

tertutup, sehingga tekanan dan suhu udara dalam

silinder tersebut akan naik.

43

c. Langkah usaha, ketika katup isap dan katup buang

masih tertutup, partikel bahan bakar yang

disemprotkan oleh pengabut bercampur dengan udara

bertekanan dan suhu tinggi, sehingga terjadilah

pembakaran. Pada langkah ini torak mulai bergerak

dari TMA ke TMB karena pembakaran berlangsung

bertahap.

d. Langkah buang, ketika torak bergerak terus dari TMA

ke TMB dengan katup isap tertutup dan katup buang

terbuka, sehingga gas bekas pembakaran terdorong

keluar.

2.3 Komponen Motor Diesel

Komponen-komponen mesin diesel tidak berbeda

jauh dengan komponen mesin bensin. Kumpulan dari

komponen-komponen (elemen) tersebut membentuk satu

kesatuan dan saling bekerja sama disebut dengan engine.

Engine merupakan bagian utama untuk penggerek dalam

rangkaian kendaraan. Sebagian besar dari kendaraan

menggunakan model pembakaran dalam (Combussion

Engine). Pada model tersebut proses pembakaran terjadi

didalam silinder. Pada siklus kerja pembakaran, setelah

didapat udara untuk dimampatkan dalam silinder oleh

piston, bahan bakar (solar) disemprotkan kedalam silinder

dengan menggunakan Fuel Injector, maka terjadilah

proses pembakaran dan ekspansi dari proses tersebut

menghasilkan tenaga. Komponen dari mesin diesel sendiri

44

yaitu terdiri dari Crankcase dan Cylinder Sleeve, piston

dan ring piston, Connecting Rod dan Connecting Rod

Bearing, Crankshaft, Flywheel, mekanisme katup,

2.4 Sistem Pelumasan Motor Diesel

Pada kontruksi mesin banyak sekali terdapat

bagian komponen yang bergerak, komponen tersebut

seperti piston, coneccting rod, crank shaft, cam shaft,

katup, dan masih banyak komponen-komponen lain.

Pelumasan dimaksudkan untuk mengurangi gesekan

langsung antara dua bagian (komponen) yang

berhubungan.

Pada mesin Colt Diesel ini, minyak pelumas

dipompakan oleh oil pump. Tipe oil pump yang digunakan

adalah tipe gear. Selain sebagai bahan untuk pelumasan,

minyak pelumas mempunyai fungsi-fungsi lain yaitu :

Mengurangi panas dengan cara mengambil

panas dari komponen-komponen mesin yang

dilaluinya dan mengusahakan gesekan sekecil

mungkin.

Mengeluarkan (mengambil) kotoran-kotoran

yang terdapat pada komponen-komponen mesin

yang dilaluinya sehingga dapat mencegah

proses korosi.

45

2.5 Kelebihan dan Kekurangan Motor

Diesel

Keunggulan motor diesel dibandingkan

pembakaran yang lain adalah:

1. Motor diesel lebih irit dalam pemakaian bahan bakar

dengan motor bensin, motor diesel lebih efisien 20-

30%

2. Motor diesel lebih kuat dan mempunyai daya tahan

yang lebih lama

3. Motor diesel lebih besar tenaganya sehingga motor

diesel dapat menjadi motor penggerak

4. Motor diesel tidak dipengaruhi oleh cuaca

Kelemahan / Kekurangannya antara lain adalah :

1. Perbandingan tenaga terhadap berat motor masih lebih

besar dibandingkan dengan motor bensin

2. Motor diesel tetap lebih sukar dihidupkan pertama

kali dibandingkan motor bensin

3. Harga dasar Motor diesel lebih mahal karena Motor

diesel lebih kompleks dan lebih berat dibandingkan

dengan motor bensin

4. Perawatan dan servis pada umumnya tidak dapat

dikerjakan oleh bengkel lokal

3. Turbin Gas

Turbin gas adalah suatu penggerak mula yang

memanfaatkan gas sebagai fluida kerja. Didalam turbin

46

gas energi kinetik dikonversikan menjadi energi mekanik

berupa putaran yang menggerakkan roda turbin sehingga

menghasilkan daya. Bagian turbin yang berputar disebut

rotor atau roda turbin dan bagian turbin yang diam disebut

stator atau rumah turbin. Rotor memutar poros daya yang

menggerakkan beban (generator listrik, pompa, kompresor

atau yang lainnya). Menurut Brenschot dan Arends (1997:

106) terdapat turbin gas yang digunakan untuk

menjalankan kendaraan bermotor dikembangkan dari

motor pancar pesawat terbang. Prinsip motor pancar

didasarkan atas hukum Newton.

Turbin gas merupakan motor bakar yang terdiri

dari tiga komponen utama, yaitu: kompresor, ruang bakar,

dan turbin. Sistem ini dapat berfungsi sebagai pembangkit

gas ataupun menghasilkan daya poros. Ciri utama turbin

gas adalah kompak, ringan dan mampu menghasilkan daya

tinggi serta bebas getaran. Dengan demikian mudah

pemasangannya dan tidak memerlukan pondasi yang

berat.

3.1Siklus Turbin Gas

Tiga siklus turbin gas yang dikenal secara umum

yaitu:

a. Siklus Ericson

Merupakan siklus mesin kalor yang dapat balik

(reversible) yang terdiri dari dua proses isotermis dapat

balik (reversible isotermic) dan dua proses isobarik dapat 47

balik (reversible isobaric). Proses perpindahan panas pada

proses isobarik berlangsung di dalam komponen siklus

internal (regenerator), dimana effisiensi termalnya adalah

th = 1 – T1/Th, dimana T1 = temperatur buang dan Th =

temperatur panas

b. Siklus Stirling

Merupakan siklus mesin kalor dapat balik, yang

terdiri dari dua proses isotermis dapat balik (isotermal

reversible) dengan volume tetap (isovolum). Efisiensi

termalnya sama dengan efisiensi termal pada siklus

Ericson.

c. Siklus Brayton

Siklus ini merupakan siklus daya termodinamika

ideal untuk turbin gas, sehingga saat ini siklus ini yang

sangat populer digunakan oleh pembuat mesin turbine

atau manufacturer dalam analisa untuk up-grading

performance. Siklus Brayton ini terdiri dari proses

kompresi isentropik yang diakhiri dengan proses

pelepasan panas pada tekanan konstan.

3.2 Cara Kerja Turbin Gas

Turbin gas bekerja secara kontinyu tidak

betahap, semua proses yaitu hisap kompresi,

pembakaran dan buang adalah berlangsung bersamaan.

48

Pada motor bakar yang prosesnya bertahap yaitu yang

dinamakan langkah, langkah hisap, kompresi,

pembakaran, ekspansi dan langkah buang, antara langkah

satu dan lainnya saling bergantung dan bekerja

bergantian. Pada proses ekspansi turbin gas, terjadi

perubahan energi dari energi panas mejadi energi

mekanik putaran poros turbin, sedangkan pada motor

bakar pada langkah ekspansi terjadi perubahan dari energi

panas menjadi energi mekanik gerak bolak-balik torak.

Dengan kondisi tersebut, turbin gas bekerja lebih halus

tidak banyak getaran.

3.3 Sistem Pembakaran Turbin Gas

Proses pembakaran dari turbin gas adalah mirip

dengan pembakaran mesin disel, yaitu proses

pembakarannya pada tekanan konstan. Prosesnya

adalah sebagai berikut, udara mampat dari kompresor

masuk ruang bakar, udara terbagi menjadi dua, yaitu

udara primer yang masuk saluran primer, berada satu

tempat dengan nosel, dan udara mampat sekunder yang

lewat selubung luar ruang bakar. Udara primer masuk

ruang bakar melewati swirler, sehingga alirannya

berputar.

Bahan bakar kemudian disemprotkan dari nosel

ke zona primer, setelah keduanya bertemu, terjadi

pencampuran. Aliran udara primer yang berputar akan

49

membantu proses pencampuran, hal ini menyebabkan

campuran lebih homogen, pembakaran lebih sempurna.

Udara sekunder yang masuk melalui lubang-

lubang pada selubung luar ruang bakar akan membantu

proses pembakaran pada zona sekunder. Jadi, zona

sekunder akan menyempurnakan pembakaran dari zona

primer. Disamping untuk membantu proses pembakaran

pada zona sekunder, udara sekunder juga membantu

pendinginan ruang bakar. Ruang bakar harus

didinginkan, karena dari proses pembakaran

dihasilkan temperatur yang tinggi yang merusak

material ruang bakar. Maka, dengan cara

pendinginan udara sekunder, temperatur ruang bakar

menjadi terkontrol dan tidak melebihi dari yang

diijinkan.

Proses pembakaran pada turbin gas memerlukan

udara yang berlebih, biasanya sampai 30% dari

kondisi normal untuk proses pembakaran dengan

jumlah bahan bakar tertentu. Kondisi ini akan

berkebalikan, apabila udara pembakaran terlalu

berlimpah (lebih 30%), udara justru akan mendinginkan

proses pembakaran dan mati, karena panas banyak

terbuang keluar melalui gas bekas yang bercampur

udara dingin sekunder. Dengan pemikiran yang sama,

apabila udara jumlah udara kurang dari normal, yaitu

terjadi overheating, material ruang bakar dan sudu-sudu

turbin bekerja melampaui kekuatannya dan ruang bakar

50

bisa pecah, hal ini berarti turbin gas berhenti bekerja

atau proses pembakaran terhenti.

51

BAB 3

MOTOR PEMBAKARAN

LUAR

1. Mesin Uap

Mesin uap adalah mesin yang menggunakan energi

panas dalam uap air dan mengubahnya menjadi energi

mekanis. Mesin uap digunakan dalam pompa, lokomotif

dan kapal laut. Mesin uap (steam engines) masuk dalam

kategori pesawat kalor yaitu peralatan yang digunakan

untuk merubah tenaga termis dari bahan bakar menjadi

tenaga mekanis melalui proses pembakaran. Ada dua jenis

pesawat kalor yaitu Internal Combustion Engines/ICE

(motor pembakaran dalam) dan External Combustion

Engines/ECE (motor pembakaran luar). Pada pesawat

kalor jenis ICE, proses pembakaran bahan bakar untuk

mengasilkan tenaga mekanis dilakukan didalam peralatan

itu sendiri; sedangkan pada ECE, peralatan ini hanya

merubah tenaga termis menjadi tenaga mekanis adapun

proses pembakaran dilakukan diluar peralatan tersebut.

Surbakty (1985: 59) menyatakan bahwa pada mesin

pembakaran luar, energi panas uap dirubah ke dalam

energi mekanik di dalam mesin uap. Pada mesin uap,

52

http://id.wikipedia.org/wiki/Kapal_laut

http://id.wikipedia.org/wiki/Lokomotif

http://id.wikipedia.org/wiki/Pompa

energi potensial uap dirubah langsung menjadi usaha

mekanis di dalam torak sebuah silinder.

Pada mesin uap pengubahan tenaga didasarkan atas

tekanan uap. Tekanan uap ini mendorong torak di dalam

silinder, sehingga timbul gaya pada torak. Oleh batang

penggerak gaya ini di teruskan ke kepala silang dan oleh

batang engkol gerak lurus tersebut di ubah menjadi gerak

berputar. Jadi pengubahan tenaga dari tenaga potensial

menjadi tenaga mekanik pada mesin uap melalui beberapa

alat, yang mana alat tersebut memerlukan pemeliharaan

yang tidak mudah. Sebagai contoh pada lapisan/ sepatu

katup pembagi uap dan kepala silang, setiap waktu harus

diganti agar tidak menimbulakan perluasan sehingga tidak

macet/terlalu banyak menimbulkan keausan pada bagian

yang terlalu bergerak. Kecepatan relatif adalah nol

bergerak pada tekanan tetap.

1.1 Jenis Mesin Uap

Mesin uap menggunakan uap air sebagai media

penghantar kalor. Uap biasa disebut sebagai zat kerja

mesin uap. Terdapat dua jenis mesin uap, yakni mesin uap

tipe bolak balik dan mesin uap turbin (turbin uap).

Rancangan alatnya sedikit berbeda tetapi kedua jenis

mesin uap ini mempunyai kesamaan, yakni menggunakan

uap yang dipanaskan oleh pembakaran minyak, gas, batu

bara atau menggunakan energi nuklir.

53

a. Mesin uap tipe bolak balik

Gambar Mesin Uap Bolak Balik

(Sumber:

http://penjagahati-zone.blogspot.com/2011/05/prinsip-kerja-

mesin-uap.html)

Air dalam wadah biasanya dipanaskan pada

tekanan yang tinggi. Karena dipanaskan pada tekanan

yang tinggi maka proses pendidihan air terjadi pada suhu

yang tinggi. Biasanya air mendidih/berubah menjadi uap

sekitar suhu 500 ºC. Suhu berbanding lurus dengan

tekanan. Semakin tinggi suhu uap, semakin besar tekanan

uap. Uap bersuhu tinggi atau uap bertekanan tinggi

tersebut bergerak melewati katup masukan dan memuai

terhadap piston.

Ketika memuai, uap mendorong piston sehingga

piston meluncur ke kanan. Dalam hal ini, sebagian kalor

54

http://penjagahati-zone.blogspot.com/2011/05/prinsip-kerja-mesin-uap.html


http://4.bp.blogspot.com/-RzTnnvi7EM8/TcOLsmKkICI/AAAAAAAAAZk/qMCpRl9C8HU/s1600/prinsip+kerja+mesin+uap.jpg

alias panas pada uap berubah menjadi energi kinetik (uap

melakukan kerja terhadap piston — W = Fs). Pada saat

piston bergerak ke kanan, roda yang dihubungkan dengan

piston berputar. Setelah melakukan setengah putaran, roda

menekan piston kembali ke posisinya semula.

Ketika piston bergerak ke kiri, katup masukan dengan

sendirinya tertutup, sebaliknya katup pembuangan dengan

sendirinya terbuka. Uap tersebut dikondensasi oleh

kondensor sehingga berubah menjadi embun. Selanjutnya,

air yang ada di dalam kondensor dipompa kembali ke

wadah untuk dididihkan lagi. Demikian seterusnya.

Karena prosesnya terjadi secara berulang-ulang maka

piston bergerak ke kanan dan ke kiri secara terus menerus.

Karena piston bergerak ke kanan dan ke kiri secara terus

menerus maka roda pun berputar secara terus menerus.

Putaran roda biasanya digunakan untuk menggerakan

sesuatu.

Proses perubahan bentuk energi dan perpindahan

energi pada mesin uap tipe bolak balik bisa dijelaskan

seperti ini : Bahan bakar fosil (batu bara/minyak/gas)

memiliki energi potensial kimia. Ketika bahan bakar fosil

dibakar, energi potensial kimia berubah bentuk menjadi

kalor alias panas. Kalor alias panas yang diperoleh dari

hasil pembakaran bahan bakar fosil digunakan untuk

memanaskan air (kalor berpindah menuju air dan uap).

Selanjutnya sebagian kalor pada uap berubah

bentuk menjadi energi kinetik translasi piston, sebagian

55

lagi diubah menjadi energi dalam air. Sebagian besar

energi kinetik translasi piston berubah menjadi energi

kinetik rotasi roda pemutar, sebagian kecil berubah

menjadi kalor alias panas (kalor alias panas timbul akibat

adanya gesekan antara piston dengan silinder). Jika

digunakan untuk membangkitkan listrik maka energi

kinetik rotasi roda pemutar bentuk menjadi energi listrik.

Dan seterusnya.

b. Mesin Uap Turbin

Mesin uap turbin bekerja karena perubahan

tekanan dan volume sejumlah kecil air bermassa tetap. Air

dari pengembun melalui ketel uap masuk kekamar

pemuaian dan kembali ke pengembun. Air dalam

pengembun bertekanan kurang dari tekanan atmosfer dan

bertemperatur kurang dari titik didih normal. Dengan

memakai pompa air dimasukkan dalam ketel yang

bertekanan dan temperaturnya lebih tinggi. Di dalam ketel

mula-mula air dipanaskan sampai mencapai titik didihnya,

kemudian kedua proses ini diuapkan kira-kira pada

tekanan yang tetap.

Selanjutnya uap yang sangat panas pada tekanan

yang sama, dibiarkan mengalir ke dalam silinder. Dalam

hal ini uap memuai dengan proses yang mendekati proses

adiabatik untuk mendorong piston. Proses ini berlangsung

sampai tekanan dan temperaturnya menurun mendekati

tekanan dan temperatur turbin di dalam pengembun.

56

Akhirnya, uap mengembun menjadi air dengan tekanan

dan temperatur semula. Maka siklus sudah lengkap atau

kembali ke awal.

c. Mesin Uap Torak

Pada prinsipnya, pada mesin pembakaran luar,

energi panas uap diubah ke energi panas mekanik di dalam

mesin uap torak atu turbin uap. Pada mesin uap torak,

energi potensial uap diubah langsung menjadi usaha

mekanis di dalam torak sebuah silinder. Oleh karena

adanya selisih tekanan di atas dan di bawah torak,

menyebabkan torak itu bergerak kearah tekanan yang

lebih rendah, dihasilkan usaha mekanik. Torak itu

bergerak bolak-balik (lurus) di dalam silinder, gerakan

diteruskan ke peralatan poros engkol melalui batang torak

dan batang penggerak. Diantara batang torak dan batang

penggerak ditempatkan kepala silang. Gerakan batang

penggerak diteruskan menjadi gerak putar pada poros

engkol. Porors engkol didudukkan pada blok bantalan.

Supaya gerak torak bolak balik itu pada saat

mencapai titik-titik mati (TMA atau TMB) dapat bergerak

terus, maka pada poros utama mesin dipasang sebuah roda

penerus/roda angin. Roda penerus adalah sebuah roda

yang berbobot besar terbuat dari besi tuang. Selama roda

berputar, ia menyimpan sebuah energy, yang diperolah

pada saat torak mengadakan percepatandan diserahkan

kembali untuk menggerakkan torak pada saat mencapai

57

titik-titik mati. Dengan adanya roda penerus ini getaran

yang ditimbulkan oleh gerak bolak-balik massa torak dan

kepala silang mendapat perimbangan.

Pemasukan dan pengeluaran uap Dari ruang sorong

ke dalam silinder dipergunakan sorong uap yang

sitempatkan di samping silinder. Sorong uap digerakkan

dari poros utama mesin melalui sebuah aksentrik, batang

eksentrik dan batang sorong. Untuk mengurangi kerugian

kondensasi, temperature dinding silinder dipertahankan

tetap tinggi. Untuk itu silinder dimanteli dengan uap. Uap

tekanan tinggi yang diambil dari pipa uap utama.

2. Ketel Uap

Ketel uap adalah bejana tertutup dimana panas

pembakaran dialirkan ke air sampai terbentuk air panas

atau steam. Air panas atau steam pada tekanan tertentu

kemudian digunakan untuk mengalirkan panas ke suatu

proses. Air adalah media yang berguna dan murah untuk

mengalirkan panas ke suatu proses. Jika air dididihkan

sampai menjadi steam, volumenya akan meningkat sekitar

1.600 kali, menghasilkan tenaga yang menyerupai bubuk

mesiu yang mudah meledak, sehingga boiler merupakan

peralatan yang harus dikelola dan dijaga dengan sangat

baik. Menurut Muin (1988: 8) ketel uap pada dasarnya

terdiri dari bumbung (drum) yang tertutup pada ujung

pangkalnya dan dalam perkembangannya dilengkapi

dengan pipa api maupun pipa air.58

Energi kalor yang dibangkitkan dalam sistem ketel

uap memiliki nilai tekanan, temperatur, dan laju aliran

yang menentukan pemanfaatan steam yang akan

digunakan. Berdasarkan ketiga hal tersebut sistem ketel

uap mengenal keadaan tekanan temperatur rendah (low

pressure), dan tekanan-temperatur tinggi (high pressure),

dengan perbedaan itu pemanfaatan steam yang keluar dari

sistem ketel uap dimanfaatkan dalam suatu proses untuk

memanasakan cairan dan menjalankan suatu mesin, atau

membangkitkan energi listrik dengan merubah energi

kalor menjadi energi mekanik kemudian memutar

generator sehingga menghasilkan energi listrik (power

boiler). Namun, ada juga yang menggabungkan kedua

sistem ketel uap tersebut dengan memanfaatkan tekanan

temperatur tinggi untuk membangkitkan energi listrik,

kemudian sisa steam dari turbin dengan keadaan tekanan

temperatur rendah dapat dimanfaatkan ke dalam proses

industri dengan bantuan heat recovery boiler.

Instalasi tenaga uap sekurang-kurangnya terdiri

dari pembangkit uap atau yang dikenal dengan sebutan

ketel uap yang berfundasi sebagai sarana untuk mengubah

air menjadi uap bertekanan. Ketel uap dalam bahasa

inggris disebut dengan nama boiler berasal dari kata boil

yang berarti mendidihkan atau menguapkan, sehingga

boiler dapat diartikan sebagai alat pembentukan uap yang

mampu mengkonversikan energi kimia dari bahan bakar

padat, bahan bakar cair, maupun bahan bakar gas yang

59

menjadi energi panas (Syamsir,1998). Uap yang

dihasilkan dari ketel uap merupakan gas yang timbul

akibat perubahan fase cairan menjadi uap atau gas melalui

cara pendidihan yang memerlukan sejumlah energi dalam

pembentukannya. Zat cair yang dipanaskan akan

mengakibatkan pergerakan molekul-molekul menjadi

cepat, sehingga melepas diri dari lingkungannya dan

berubah menjadi uap. Air yang berdekatan dengan bidang

pemanas akan memiliki temperatur yang lebih tinggi

(berat jenis yang lebih rendah) dibandingkan dengan air

yang bertemperatur rendah, sehingga air yang

bertemperatur tinggi akan naik kepermukaan dan air yang

bertemperatur rendah akan turun. Peristiwa ini akan terjadi

secara terus menerus hingga berbentuk uap. Uap yang

dihasikan oleh ketel uap dapat dimanfaatkan untuk

berbagai keperluan antara lain sebagai utilitas suatu daya

pembangkit tenaga listrik dan industri.

2.1 Ketel Pipa Air

Pada ketel pipa api, air umpan boiler mengalir

melalui pipa-pipa masuk kedalam drum. Air yang

tersirkulasi dipanaskan oleh gas pembakar membentuk

steam pada daerah uap dalam drum. Boiler ini dipilih jika

kebutuhan steam dan tekanan steam sangat tinggi seperti

pada kasus boiler untuk pembangkit tenaga.

Ketel pipa api yang sangat modern dirancang dengan

kapasitas steam antara 4.500 kg/jam-12.000 kg/jam,

60

dengan tekanan sangat tinggi. Banyak ketel pipa api yang

dikonstruksi secara paket jika digunakan bahan bakar

minyak bakar dan gas.

2.2 Ketel Pipa Api

Menurut Djokosetyardjo (1993: 195) ketel pipa api

yaitu ketel-ketel api dan gas yang digunakan untuk

memanasi air dan uap, melalui silinder api, lorong-lorong

api dan pipa-pipa ataupun tabung-tabung api yang

dibagian luarnya terdapat air atau uap. Jenis ketel pipa api

adalah ketel-ketel uap kecil serta sederhana yang hanya

mampu memperoduksi uap maksimum sebanyak 10 ton

uap per jam, dengan tekanan maksimum 24kg/ cm².

Pada ketel pipa api, gas panas melewati pipa-pipa

dan air umpan boiler ada didalam shell untuk dirubah

menjadi steam. Ketel pipa api biasanya digunakan untuk

kapasitas steam yang relatif kecil dengan tekanan steam

rendah sampai sedang. Sebagai pedoman, ketel pipa api

kompetitif untuk kecepatan steam sampai 12.000 kg/jam

dengan tekanan sampai 18 kg/cm2. ketel pipa api dapat

menggunakan bahan bakar minyak bakar, gas atau bahan

bakar padat dalam operasinya. Untuk alasan ekonomis,

sebagian besar dikonstruksi sebagai paket boiler (dirakit

oleh pabrik) untuk semua bahan bakar.

61

2.3 Komponen Ketel Uap

a. Ruang bakar

Ruang bakar (Furnace) berfungsi sebagai tempat

pembakaran bahan bakar. Bahan bakar dan udara

dimasukkan kedalam ruang bakar sehingga terjadi

pembakaran. Dari pembakaran bahan bakar dihasilkan

sejumlah panas dan nyala api/gas asap. Dinding ruang

bakar umumnya dilapisi dengan pipa-pipa yang berisi air

ketel (waterwall). Air dalam pipa-pipa ini senantiasa

bersirkulasi untuk mendinginkan dinding pipa dan

sekaligus berfungsi sebagai pipa penguap. Dari drum atas

air turun melalui pipa Downcomer dan pada pipa-pipa

water wall air naik kembali menuju drum atas. Semakin

cepat laju peredaran air, pendinginan dinding pipa

bertambah baik dan kapasitas uap yang dihasilkan

bertambah besar. Kebersihan dinding pipa waterwall

sangat mempengaruhi besarnya laju perpindahan panas.

Pengotoran dinding pipa dapat terjadi pada permukaan

luar akibat jelaga atau dapat terjadi pada permukaan dalam

akibat kerak ketel. kotoran yang melekat pada dingding

pipa waterwall akan memperkecil kapasitas yang

dihasilkan ketel. lapisan kerak pada dinding pipa sebelah

dalam dapat pula menyebabkan naiknya tekanan ketel.

Secara umum bentuk ruang bakar terdiri atas dua jenis

yaitu silinder dan kotak.

62

b. Drum Ketel Uap

Drum ketel berfungsi sebagai tempat

penampungan air dan uap. Drum air terletak pada bagian

bawah yang berisi dari tangki kondensat yang dipanaskan

dalam daerator, disamping itu berfungsi sebagai tempat

pengendapan kotoran-kotoran dalam air yang dikeluarkan

melalui proses blowdown. Drum uap terletak pada bagian

atas yang berisi uap yang kemudian disalurkan ke steam

header.

Dalam drum terjadi pemisahan antar air dan

gelembung-gelembung uap. Gelembung uap akan pecah

dan menimbulkan percikan bintik-bintik air. Akibat

perbedaan massa jenis, uap naik kebagian atas drum,

sedangkan air sebelah bawah.

c. Pipa Waterwall

Pada ruang bakar ketel uap komponen yang paling

penting adalah pipa waterwall, dimana panas yang

dihasilkan pada pembakaran bahan bakar diserap

waterwall, sehingga air yang terdapat pada pipa waterwall

mengalami penaikan temperatur sampai berubah menjadi

uap.

d. Pipa Backpass

Suatu komponen ketel uap yang berfungsi untuk

mengalirkan uap jenuh dari drum bawah kedrum atas

akibat adanya perbedaan temperature. Pipa backpass juga 63

berfungsi untuk mentransfer panas .Pipa ini diletakkan

antara drum atas dan drum bawah.

e. Cerobong Asap

Cerobong asap berfungsi untuk membuang gas

asap yang tidak dipakai lagi ke udara bebas, untuk

mengurangi polusi disekitar instalasi ketel. Sehingga

proses pembakaran dapat berlangsung dengan baik.

Dengan cerobong asap pengeluaran gas asap dapat lebih

sempurna.

f. Header

Header merupakan suatu media penampung air dan

uap yang disirkulasi ke pipa-pipa waterwall. Header pada

ketel uap terdiri dari 4 ( empat) bagian yaitu :

Header Depan (Front Header)

Header Belakang (Rear Header)

Header Samping kiri (Division Wall side header)

Header Samping kanan (Furnace Side header)

2.4 Prinsip Kerja Ketel Uap

Sistem boiler terdiri dari sistem air umpan, sistem

steam, dan sistem bahan bakar. Sistem air umpan

menyediakan air untuk boiler secara otomatis sesuai

dengan kebutuhan steam. Berbagai kran disediakan untuk

keperluan perawatan dan perbaikan dari sistem air umpan,

64

penanganan air umpan diperlukan sebagai bentuk

pemeliharaan untuk mencegah terjadi kerusakan dari

sistem steam. Sistem steam mengumpulkan dan

mengontrol produksi steam dalam ketel uap. Steam

dialirkan melalui sistem pemipaan ke titik pengguna. Pada

keseluruhan sistem, tekanan steam diatur menggunakan

kran dan dipantau dengan alat pemantau tekanan. Sistem

bahan bakar adalah semua peralatan yang digunakan untuk

menyediakan bahan bakar untuk menghasilkan panas yang

dibutuhkan. Peralatan yang diperlukan pada sistem bahan

bakar tergantung pada jenis bahan bakar yang digunakan

pada sistem itu sendiri.

Secara umum boiler dibagi kedalam dua jenis

yaitu: boiler pipa api (Fire tube boiler) dan boiler pipa air

(water tube boiler). Pada boiler pipa api proses pengapian

terjadi didalam pipa, kemudian panas yang dihasilkan

dihantarkan langsung kedalam boiler yang berisi air. Besar

dan konstruksi boiler mempengaruhi kapasitas dan

tekanan yang dihasilkan boiler tersebut. Sedangkan pada

boiler pipa air proses pengapian terjadi diluar pipa,

kemudian panas yang dihasilkan memanaskan pipa yang

berisi air dan sebelumnya air tersebut dikondisikan

terlebih dahulu melalui economizer, kemudian steam yang

dihasilkan terlebih dahulu dikumpulkan di dalam sebuah

steam drum. Sampai tekanan dan temperatur sesuai,

melalui tahap secondary superheater dan primary

superheater baru steam dilepaskan ke pipa utama

65

distribusi. Didalam pipa air, air yang mengalir harus

dikondisikan terhadap mineral atau kandungan lainnya

yang larut di dalam air tesebut. Hal ini merupakan faktor

utama yang harus diperhatikan terhadap tipe ini.

Langkah dan urutan sistem kerja yang terjadi pada

ketel uap, yaitu :

1. Air demineralized (air tanpa kandungan mineral/air

murni) dipompakan ke boiler dari condenser (kita

bicara boiler turbin uap yg siklus airnya tertutup)

dengan pompa melalui pipa economiser, di

economiser, air menerima panas tapi belum

menguap/masih fasa air.

2. Air tersebut masuk ke boiler drum dan diteruskan ke

seluruh water tube evaporator untuk dirubah fasanya

menjadi uap jenuh (saturated steam) dan kembali lagi

ke boiler drum.

3. Uap di boiler drum dialirkan (uap melalui saluran

diatas, sedangkan air dibawah) ke superheater tube

yang berada paling dekat dengan sumber panas untuk

merubah uap jenuh menjadi uap panas lanjut (super

heated steam).

4. Superheated steam kemudian dialirkan ke steam

turbin untuk menggerakkan blade turbin.

5. Setelah melalui turbin temperatur uap menurun/begitu

juga enthalpy nya, fasanya berubah kembali ke uap

jenuh & mengalir ke condenser.

66

6. Di condenser fasanya dirubah kembali ke fasa cair

dan kemudian dipompakan kembali ke boiler.

67

BAB 4

MESIN-MESIN FLUIDA

1. Turbin Uap

Pengertian turbin uap menurut Shlyakhin (1990: 3)

yaitu merupakan suatu penggerak mula yang mengubah

energi potensial uap menjadi energi kinetik dan energi

kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi mekanis

dalam bentuk putaran poros turbin. Sedangkan menurut

Muin (1993: 17) turbin uap termasuk dalm kelompok

pesawat konversi energi yang mengkonversikan energi

potensial uap menjadi energi mekanik pada poros turbin.

Turbin uap dapat dioperasikan dengan memakai uap panas

lanjut atau memakai uap basah (Sriyono, 1996: 74).

Turbin uap merupakan suatu penggerak mula yang

mengubah energi potensial uap menjadi energi kinetik dan

energi kinetik ini selanjutnya diubah menjadi energi

mekanis dalam bentuk putaran poros turbin. Poros turbin,

langsung dengan bantuan roda gigi reduksi, dihubungkan

dengan mekanisme yang akan digerakkan. Tergantung

pada jenis mekanisme yang digunakan, turbin uap dapat

digunakan pada berbagai bidang seperti pada bidang

industri, untuk pembangkit tenaga listrik dan untuk

transportasi. Pada proses perubahan energi potensial

68

menjadi energi mekanisnya yaitu dalam bentuk putaran

poros dilakukan dengna berbagai cara.

Turbin uap merupakan salah satu jenis mesin yang

menggunakan metode external combustion engine (mesin

pembakaran luar). Pemanasan fluida kerja (uap) dilakukan

di luar sistem. Prinsip kerja dari suatu instalasi turbin uap

secara umum adalah dimulai dari pemanasan air pada ketel

uap. Uap air hasil pemanasan yang bertemperatur dan

bertekanan tinggi selanjutnya digunakan untuk

menggerakkan poros turbin. Uap yang keluar dari turbin

selanjutnya dapat dipanaskan kembali atau langsung

disalurkan ke kondensor untuk didinginkan. Pada

kondensor uap berubah kembali menjadi air dengan

tekanan dan temperatur yang telah menurun. Selanjutnya

air tersebut dialirkan kembali ke ketal uap dengan bantuan

pompa. Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa

turbin uap adalah mesin pembangkit yang bekerja dengan

sistem siklus tertutup.

1.1 Klasifikasi Turbin Uap

Turbin uap dapat diklasifikasikan ke dalam

kategori yang berbeda-beda, tergantung dari konstruksi,

panas jatuh yang dihasilkan, keadaan mula-mula dan akhir

dari uap, penggunaan dalam industri serta jumlah tingkat

yang ada padanya

.

69

a. Berdasarkan jumlah tingkat

1) Turbin uap dengan satu tingkat tekanan

dengan satu atau beberapa tingkat kecepatan,

biasanya menghasilkan tenaga kecil. Banyak

digunakan pada kompresor sentrifugal, blower

dan lain-lain.

2) Turbin uap dengan bebrapa tingkat tekanan,

turbin ini dibuat dengan beberapa macam

variasi dari kapasitas besar sampai kapasitas

kecil.

b. Berdasarkan aliran uap

1) Turbin axial yaitu suatu turbin dimana uap

masuk ke sudu jalan dengan poros turbin

2) Turbin radial yaitu dimana suatu aliran uap

masuk ke sudu jalan tegak lurus terhadap

poros turbin. Biasanya beberapa turbin satu

atau lebih dengan tingkat tekanan rendah

dibuat secara aksial.

c. Sesuai jumlah silinder

1) Turbin dengan satu silinder

2) Turbin dengan dua silinder

3) Turbin dengan tiga silinder dan lain-lain.

70

d. Sesuai pengaturan cara masuknya uap

1) Turbin dengan pengatur katub (throttle), uap

baru masuk ke sudu jalan di atur oleh satu atau

beberapa katub.

2) Turbin dengan pengatur pipa pemancar,

dimana uap baru masuk melalui dua atau

beberapa alat pengatur yang dipasang secara

berderet-deret.

3) Turbin dengan pengatru terusan, dimana

setelah uap baru masuk ke sudu jalan di

teruskan ke sudu yang lain, bahkan sampai

beberpa tingkat berikutnya.

e. Sesuai prinsip kerja dari uap

1) Turbin impuls, dimana energy potensial uap

direubah menjadui tenaga kinetis di dalam

sudu tetap dan sudu jalan ernerggi kinetic di

ubah menjadi energy mekanik

2) Turbin reaksi aksial, pengembangan uap

dilakukan di dalam sudu tetap dan sudu jalan,

keduanya diletakkan dan sama luasnya.

3) Turbin reaksi radial tanpa beberapa sudu antar

tetap.

4) Turbin reaksi radial yang mempunyai sudu

antar tetap.

71

f. Sesuai dengan prioses panas jatuh

1) Condensing turbin dengan generator, pada

turbin ini tekanan uap yang kurang dari satu

atrmosfer dimasukan ke dalam kondensor.

Disamping itu uapa juga dikeluarakan dari

tingkat perantara untuk pemanasan air

penambah. Turbin dengan kapasitas yang kecil

pada perencanaan mulanya sering tidak

mempunyai regenerator panas.

2) Condensing turbin dengan satu atau dua

tingkat penurunan perantara pada tekanan

spesifik untuk keperluan pemanasan dan

industri.

3) Turbin tekanan akhir atau back pressure

turbin, dimana pengeluaran uap dipakai untuk

tujuan industri dan pemanasan.

4) Topping turbin, turbin ini seperti type pressure

back turbine dengan perbedaaan bahwa

pengeluaran uao dari turbin ini juga digunakan

dalam medium dan turbin dengan tekanan

rendah.

5) Turbin tekanan rendah (tekanan pengeluaran

rendah), dimana pengeluaran uap dari mesin

uap torak, hammer uap, press uap dipakai

untuk menggerakkan generator.

6) Mix pressure turbine (turbine dengan tekanan

campuran), dengan dua atau tiga tingkat

72

tekanan, dengan mengganti uap yang keluar

padanya dengan uap baru pada tingkat

perantara.

g. Sesuai dengan kondisi tekanan uap yang

masuk pada turbin

1) Turbin tekanan rendah (1,2 sampai 2 atm)

2) Turbin tekanan menengah (penggunaan uap

sampai 4 atm).

3) Turbin tekanan tinggi, pemakaian uap di atas

40 atm.

4) Turbin tekanan sangat tinggi pemakaian uap

sampai tekanan 170 ata dan suhu 5500C

5) Turbin dengan tekanan super, dimana

penggunaan uap dengan tekanan 225 dan dia

tasnya.

h. Sesuai penggunaan dalam industri

1) Turbin stasioner dengan kecepatan konstan,

untuk penggerak altenator.

2) Turbin stasioner dengan variasi kecepatan

untuk menggerakkan turbo blewer, pompa dan

lain-lain.

3) Turbin non-stasioner dengan variasi kecepatan,

biasanya dipakai pada kalap, lokomotif dan

lain-lain. Dalam pembagian turbin biasanya

hanya di dasarkan pada prinsip kerja dari uap 73

saja. Pembagian ini meliputi dua hal, yaitu

turbin aksi dan turbin reaksi.

1.2 Komponen Turbin Uap

a. Casing

Pada struktur turbin casing dibedakan menjadi 2

bagian yaitu outer casing dan inner casing. Outer casing

terdapat pada HIP sisi upper dan lower sedangkan untuk

LP hanya sisi upper. Material yang dipakai harus mampu

menahan tekanan dan temperatur tinggi.

b. Rotor

Rotor adalah bagian terpenting dari suatu kontruksi

turbin yang berputar, dimana fungsinya sebagai pengikat

sudu –sudu turbin.

c. Nozzle

Nozzle Box adalah ruang yang dilalui uap pertama

kali masuk ke dalam sudu turbin. Nozzle/ sudu tetap

merupakan inner part turbin yang fungsinya sebagai alat

untuk mengarahkan , menampah tekanan uap untuk

memutar sudu turbin.

d. Wheel

Wheel merupakan kumpulan rangkaian sudu-sudu

jalan yang terangkai pada shaft rotor dan diikat dengan

74

shroud dan dikunci dengan cougkling dan dibuatper

segmet sesuai dengan design dari engineering pabrikan.

e. Gland Labyrith

Gland Labyrith merupakan suatu inner part dari

turbin yang fungsinya sebagai perapat uap ( steam ) antara

rotor dengan stator ( wheele dengan wheele yang lainnya )

dimana posisi nya dekat dengan shaft rotor disebut Gland

labyrinth.

f. Radial Spill Trip

Radial Spill Trip merupakan suatu inner part dari

turbin yang fungsinya sebagai perapat uap antara rotor

dengan stator.

g. Bearing

Bearaing merupakan suatu bagian inner part utama

dari turbin yang fungsinya sebagai support/ daya lincir

untuk shaft turbin dari gaya radial.

h. Oil Deflector

Oil deflector merupakan bagian dari inner part yang

terpasang pada sisi depan dan belakang dari bearing.

Fungsinya sebagai seal atau perapat agar pelumas (oil)

tidak terjadi cross air pada saat pelumasan pada bearing

beroperasi.

75

i. Trush Bearing

Trust bearing merupakan bagian dari bearing

turbin yang fungsinya menahan gaya axial pada saat turbin

beroperasi.

j. Trush Dish / Coolar

Trust dish adalah bagian dari turbin yang

digunakan untuk tumpuan dari trust – pad , trust dish ini

di design menyatu pada HIP rotor setelah shaft tumpuan

bearing.

k. Main Oil Pump

Main oil pump merupakan peralatan yang juga

diinstall pada HIP Shaft rotor yang diikat dengan baut dan

ditempatkan pada sisi depan turbin yang fungsinya sebagai

pompa pelumas bearing.

1.3 Prinsip Kerja Turbin Uap

Turbin Uap adalah mesin pengerak yang merubah

secara langsung energi yang terkandung dalam uap

menjadi gerak putar pada poros. Yang mana uap setelah

melalui proses yang dikehendaki maka uap yang

dihasilkan dari proses tersebut dapat digunakan untuk

memutar turbin melalui alat memancar (nozzle) dengan

kecepatan relative, dimana kecepatan relative tesebut

76

membentur sudu penggerak sehinga dapat menghasilkan

putaran.

Uap yang memancar keluar dari nosel diarahkan ke

sudu-sudu turbin yang berbentuk lengkungan dan dipasang

disekeliling roda turbin. Uap yang mengalir melalui celah-

celah antara sudu turbin itu dibelokkan kearah mengikuti

lengkungan dari sudu turbin. Perubahan kecepatan uap ini

menimbulkan gaya yang mendorong dan kemudian

memutar roda dan poros.

Jika uap masih mempunyai kecepatan saat

meninggalkn sudu turbin berarti hanya sebagian yang

energi kinetis dari uap yang diambil oleh sudu-sudu turbin

yang berjalan. Supaya energi kinetis yang tersisa saat

meninggalkan sudu turbin dimanfaatkan maka pada turbin

dipasang lebih dari satu baris sudu gerak. Sebelum

memasuki baris kedua sudu gerak. Maka antara baris

pertama dan baris kedua sudu gerak dipasang satu baris

sudu tetap ( guide blade ) yang berguna untuk mengubah

arah kecepatan uap, supaya uap dapat masuk ke baris

kedua sudu gerak dengan arah yang tepat. Kecepatan uap

saat meninggalkan sudu gerak yang terakhir harus dapat

dibuat sekecil mungkin, agar energi kinetis yang tersedia

dapat dimanfaatkan sebanyak mungkin. Dengan demikian

effisiensi turbin menjadi lebih tinggi karena kehilangan

energi relatif kecil.

77

1.4 Efisiensi Turbin Uap

Efisiensi termal dari siklus rankine adalah

perbandingan antara kerja yang dihasilkan oleh turbin uap

yang sudah dikurangi kerja pompa, dengan energi panas

yang masuk dari boiler. Sebelum lebih lanjut membahas

efisiensi termal dari siklus rankine, lebih mudah dalam

memahami dengan membahas proses-proses yang terjadi

di dalamnya.

Diagram Temperatur-Entalpi Siklus Rankine

(Sumber: http://artikel-teknologi.com/siklus-rankine-2-efisiensi-

termal/)

Siklus rankine menjadi salah satu bentuk rekayasa

energi untuk memanfaatkan hukum kekekalan energi.

Sumber energi yang berlimpah di bumi dimanfaatkan

untuk dikonversikan menjadi bentuk energi yang lain yang

78

http://onnyapriyahanda.com/wp-content/uploads/2011/09/20110930-193437.jpg%00%E5%A1%B9%EF%92%81%E1%B4%BB%E4%A1%BF%E2%B2%AF%E5%B6%82%E8%97%84%E6%8C%A7%00%00%EA%AE%A5

lebih bermanfaat bagi manusia. Energi yang digunakan di

awal proses siklus rankine adalah energi panas. Energi

panas ini dapat diambil hasil pembakaran bahan bakar

fosil, penggunaan panas bumi, atau dari reaksi nuklir.

Energi panas dari sumber-sumber di atas ditransfer

ke fluida kerja, seperti air misalnya. Apabila bahan bakar

yang digunakan adalah batubara maka proses ini terjadi di

boiler. Melalui diagram T-S di atas proses ini terjadi di

garis D-E-A-F. Garis D-E air masih berwujud cair, pada

garis E-A air mengalami proses boiling dan berfase

campuran air dan uap, sedangkan pada garis A-F fluida

kerja air sudah berfase uap air dan mengalami proses

pemanasan lanjut untuk mencapai titik superheated. Dan

nilai kalor yang diserap oleh uap air dapat dihitung

menggunakan rumus berikut:

Qin = m(hF – hD)

Uap air superheated dari boiler kemudian masuk

ke turbin uap untuk mengalami konversi energi menjadi

energi gerak. Uap air mengalami penurunan entalpi pada

saat proses konversi energi panas menjadi energi gerak,

ditunjukkan oleh garis F-G pada gambar di atas.

Penurunan entalpi tersebut dapat digunakan untuk

menghitung besar energi gerak yang dihasilkan oleh turbin


Wout = m(hF – hG)

Uap air yang keluar dari turbin uap masuk ke

kondensor untuk diubah kembali fasenya menjadi cair. Di

79

sini dapat kita lihat bahwa ada energi panas yang tidak

dikonversikan seluruhnya menjadi energi gerak pada

turbin uap, karena energi tersebut untuk merubah fase air

menjadi uap air (panas laten). Uap air yang terkondensasi

mengalami penurunan entalpi (garis G-C) dan

penurunannya dapat digunakan untuk menghitung energi

panas yang dikeluarkan menggunakan rumus berikut:

Qout = m(hG – hC)

Proses selanjutnya adalah air hasil kondensasi

dipompa untuk dinaikkan tekanannya sebelum masuk ke

boiler. Pada proses yang ditunjukkan oleh garis C-D ini air

tidak mengalami banyak kenaikan nilai entalpi. Artinya

energi yang diberikan kepada air tidak terlalu signifikan.

Nilai energi yang masuk dapat dihitung dengan


Win = m(hD – hC)

Pada awal pembahasan di atas saya sudah

menjelaskan pengertian dari efisiensi termal. Dan

sekarang mari kita jabarkan rumusnya agar lebih mudah

untuk memahami:

ηtermal = (Wout – Win) / Qin

Untuk lebih mudah menghitung dapat

menghilangkan variabel massa (m) pada setiap persamaan,

karena pada perhitungan akhir efisiensi termal variabel ini

saling membagi.

80

1.5 Inovasi Turbin Uap

1. Stabilisator Turbin Uap “Paijo”

Sebagai gambaran, stabilisator ini mempunyai

bagian-bagian utama sebagai berikut :

a. Unit sensor, yang berfungsi untuk mendeteksi

kecepatan putar dinamo dan posisi bukan valve.

Unit sensor ini ada 4 buah yang seluruhnya

mekanik sehingga relatif sederhana, mudah

dibuat, dan handal. Karena saya menggunakan

sensor mekanik yang bekerja secara analog, maka

perlu ajustment ( penyetelan ) pada saat pertama

kali akan dipakai dengan cara trial and error

( coba-coba ). Sensor kecepatan putar tersebut

dapat dibuat dalam bentuk unit alat tersendiri

yang dihubungkan dengan v-belt atau rantai

dengan dinamo. Dapat juga dibuat dalam bentuk

ditempelkan langsung pada pulley dinamo dengan

menggunakan baut. Masing-masing pilihan jelas

mengandung kelebihan dan kekurangan.

Sedangkan sensor pendeteksi posisi bukaan valve

juga menggunakan sistim mekanik yang relatif

sederhana namun akurat dan handal. Selain itu,

sebaiknya ada juga sensor yang mendeteksi jika

belt penghubung turbin dengan dinamo putus

( yang ini tidak wajib ada ). Dengan adanya

sensor belt putus tersebut, dimungkinkan untuk

menutup valve secara otomatis sampai turbin

81

berhenti berputar. Dengan cara tersebut,

kemungkinan kerusakan turbin atau kecelakaan

dapat dikurangi.

b. Unit kontrol, yang mengolah hasil sensor untuk

kemudian menghasilkan tindakan membuka atau

menutup valve dengan menghidup-matikan motor

listrik. Unit kontrol ini menggunakan rangkaian

beberapa buah relay dan komponen elektronik

lainnya serta menggunakan arus DC 12 dari

adaptor. Hanya relay yang langsung berhubungan

dengan motor listrik saja yang mungkin

menggunakan arus 220 volt AC.

c. Motor listrik, yang berfungsi memutar valve

membuka dan menutup. Motor listrik yang

digunakan adalah type induksi. Jumlahnya bisa

sebuah ( jika 3 phase ) atau 2 buah ( jika 1

phase ). Jika menggunakan motor listrik 3 phase,

arah putaran motor yang akan dibolak-balik oleh

unit kontrol, arah tertentu untuk membuka dan

arah sebaliknya untuk menutup. Jika

menggunakan motor listrik 1 phase, diperlukan 2

buah motor listrik yang dihubungkan secara

paralel dengan unit pereduksi ( kedua motor

saling berlawanan arah ). Motor yang satu untuk

membuka valve sedangkan yang satunya lagi

untuk menutup valve. Ukuran ( besar kecilnya )

motor listrik hendaknya disesuaikan dengan besar

82

kecilnya valve dengan maksud agar waktu untuk

menambah atau mengurangi bukaan relatif cepat

dan motor tahan lama karena tidak kelebihan

beban. Untuk motor listrik ini, lebih bagus jika

dipilih yang bekerja pada putaran rendah ( 720 –

1440 rpm ).

d. Unit pereduksi, yang berfungsi mereduksi putaran

motor listrik agar menghasilkan kecepatan putar

dan torsi yang sesuai untuk memutar valve.

Untuk mereduksi putaran motor listrik tersebut

diperlukan gearbox atau sistim pulley atau sistim

rantai. Masing-masing pilihan juga memiliki

kelebihan dan kekurangan masing-masing. Untuk

gearbox pabrikan jelas bagus tapi mahal. Untuk

rangkaian beberapa pulley-belt, sederhana dan

murah tapi kurang licin, selip, dan banyak tenaga

motor yang hilang. Untuk rangkaian gear-rantai,

murah dan sederhana, cukup licin, sedikit tenaga

motor yang hilang, tapi suaranya sedikit agak

ribut. Pemilihan hendaknya mempertimbangan

penguasaan skill teknisi yang akan membuat /

menangani, tingkat kehandalan yang anda

inginkan dan biaya yang tersedia.

e. Controled Valve, merupakan valve yang telah

dimodifikasi agar dapat dibuka-tutup dengan

menggunakan rangkaian motor listrik dan

pereduksi tersebut diatas. Controled Valve

83

tersebut musti ditempatkan sesudah valve utama

yang dibuka-tutup secara manual. Jadi uap

mengalir dari pipa melalui valve utama terlebih

dulu, baru kemudian melalui controled valve

untuk selanjutnya menuju turbin.

f. Power suply, yang berfungsi menyediakan tenaga

listrik untuk STABILISATOR. Tenaga listrik

untuk STABILISATOR dapat diambil langsung

dari dinamo. Namun untuk kehandalan

pengendalian secara menyeluruh, sangat

disarankan untuk menggunakan UPS dengan daya

yang sesuai dengan motor listrik yang digunakan.

Kelebihan jika menggunakan UPS yaitu

STABILISATOR akan menutup valve secara

otomatis sampai turbin benar-benar berhenti

berputar jika belt penghubung turbin dengan

dinamo putus. Jika tanpa UPS, maka

STABILISATOR akan langsung mati ketika belt

tersebut putus. Hal itu bisa mengakibatkan turbin

rusak karena berputar terlalu cepat dalam waktu

yang cukup lama sampai operator menutup valve

secara manual.

g. Lampu-lampu Indikator yang menandakan

keadaan apa yang sedang terjadi, putaran normal,

atau putaran terlalu cepat, atau putaran terlalu

lambat. Jika menggunakan UPS, dapat juga

84

ditambah dengan alarm yang akan berbunyi jika

belt putus.

Adapun prinsip kerja stabilisator adalah sebagai

berikut :

a. Jika sensor mendeteksi kecepatan putar dinamo

melebihi 1525 rpm ( mungkin disebabkan oleh

berkurangnya beban pemakaian listrik ), maka

unit kontrol secara otomatis akan menghidupkan

motor listrik yang akan mengurangi bukaan valve

sampai kecepatan putar kurang dari 1525 rpm

b. Jika sensor mendeteksi kecepatan putar dinamo

kurang dari 1475 rpm ( mungkin disebabkan oleh

bertambahnya beban pemakaian listrik ), maka

unit kontrol secara otomatis akan menghidupkan

motor listrik yang akan menambah bukaan valve

sampai kecepatan putar lebih dari 1475 rpm

c. Jika sensor mendeteksi belt penghubung turbin

dengan dinamo putus, maka unit kontrol secara

otomatis akan menutup valve sampai rapat

sehingga turbin akan berhenti berputar.

Inovasi stabilisator ini diharapkan putaran dinamo

akan relatif konstan berkisar 1500 rpm dengan toleransi

perbedaan sekitar 25 rpm ( 1475-1525 rpm ). Dengan

putaran yang relatif konstan demikian, maka tegangan

yang dihasilkan juga akan konstan walaupun terjadi

85

penambahan atau pengurangan beban pemakaian listrik.

Karena kesederhanaannya, stabilisator ini diperkirakan

hanya mampu menangani perubahan beban yang terjadi

secara gradual saja layaknya pemakaian rumah tangga.

Untuk perubahan beban yang terjadi secara mendadak

seperti yang lazim terjadi pada tungku pabrik peleburan

logam (furnace), mungkin stabilisator ini masih kurang

responsif. Namun demikian, kecepatan tanggap dari

stabilisator ini masih cukup cepat jika dibuat dengan

ketelitian tinggi dan dengan material yang berkuaitas

tinggi pula.

2. Turbin Air

Seiring kemajuan teknologi sekarang ini banyak

dibuat perlatan-peralatan yang inovatif dan tepat guna.

Salah satu contoh dalam bidang teknik mesin terutama

dalam bidang konversi energi dan pemanfaatan alam

sebagai sumber energi. Energy dan efisiensi adalah tujuan

penting dari pengembangan peralatan tersebut (Vieira dkk,

2009: 928). Diantaranya adalah pemanfaatan air yang bisa

digunakan untuk menghasilkan tenaga listrik. Alat tersebut

adalah berupa turbin yang digerakkan oleh air yang

disambungkan dengan generator. Dalam konvensionalnya

pada zaman dahulu air juga dimanfaatkan untuk

pembangkit tenaga listrik yaitu untuk menggerakkan

generator pembangkit digunakan sebuah kincir air. Dalam

86

suatu sistem PLTA, turbin air merupakan salah satu

peralatan utama selain generator.

2.1 Sejarah Turbin Air

Turbin air dikembangkan pada abad 19 dan

digunakan secara luas untuk pembangkit tenaga listrik..

Turbin air mengubah energi potensial air menjadi energi

mekanis. Energi mekanis diubah dengan generator listrik

menjadi tenaga listrik. Berdasarkan prinsip kerja turbin

dalam mengubah energi potensial air menjadi energi

mekanis, turbin air dibedakan menjadi dua kelompok yaitu

turbin impuls dan turbin reaksi.

Air merupakan sumber energi yang murah dan

relatif mudah didapat, karena pada air tersimpan energi

potensial (pada air jatuh) dan energi kinetik (pada air

mengalir) (Paryatmo, 2007: 4). Tenaga air (Hydropower)

adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir.

Energi yang dimiliki air dapat dimanfaatkan dan

digunakan dalam wujud energi mekanis maupun energi

listrik. Pemanfaatan energi air banyak dilakukan dengan

menggunakan kincir air atau turbin air yang

memanfaatkan adanya suatu air terjun atau aliran air di

sungai. Sejak awal abad 18 kincir air banyak dimanfaatkan

sebagai penggerak penggilingan gandum, penggergajian

kayu dan mesin tekstil. Memasuki abad 19 turbin air mulai

dikembangkan.

87

Besarnya tenaga air yang tersedia dari suatu

sumber air bergantung pada besarnya head dan debit air.

Dalam hubungan dengan reservoir air maka head adalah

beda ketinggian antara muka air pada reservoir dengan

muka air keluar dari kincir air/turbin air.

Perkembangan teknologi turbin kelihatan

berkembang cepat mulai abad 18 dan 19. Daya dan

efisiensi turbin yang dihasilkan semakin tinggi dan sejak

saat itu, turbin mulai diproduksi komersial di industri-

industri. Pada tahun 1750, J.A. Segner membuat roda jalan

dimana roda jalan ini menerima gaya impuls dari jet air

sehingga dapat memutar turbin. Pada tahun 1824, Burdin

orang Prancis, mengenalkan desain turbinnya

untuk desertasi, selanjutnya pada tahun 1827, Fourneyron

membuat turbin dengan diameter roda jalan 500 mm,

dapat menghasilkan daya 20 - 30 kW.

Turbin air adalah mesin yang menghasilkan energi

dari aliran fluida yang digerakan memutar dan kemudian

mentransfernya menjadi energi potensial listrik (Nuantong

dkk 2009: 61). Sriyono (1996: 1) mengemukakan bahwa

air yang mengalir mempunyai energi yang dapat

digunakan untuk memutar roda turbin. Turbin air adalah

alat untuk mengubah energi potensial air menjadi energi

mekanik. Energi mekanik ini berbentuk putaran poros

turbin. Poros turbin langsung atau dengan bantuan elemen

lain, dihubungkan dengan mekanisme yang digerakkan.

Sistem inilah yang banyak dipakai pada pembangkit

88

listrik. Dengan proses kerja seperti ini, turbin air banyak

dimanfaatkan pada dunia industri ataupun pada

Pembangkit Listrik Tenaga Air.

2.2 Prinsip Dasar Aliran

Indonesia mempunyai potensi sumber daya alam

yang besar yang dapat dimanfaatkan, khususnya sumber

daya air yang sangat berlimpah. Air yang tersimpan di

danau, waduk atau yang mengalir di sungai, mempunyai

energi potensial yang besar dan bisa dimanfaatkan untuk

menggerakan turbin air. Dengan membangun bendungan-

bendungan pada tempat-tempat yang tinggi, misalnya di

pegunungan-pegunungan, air bisa diarahkan dan

dikumpulkan pada suatu tempat, tempat tersebut

dinamakan waduk atau danau buatan. Dengan

memanfaatkan beda tinggi, air bisa dialirkan melalui

saluran saluran ke turbin air, yang dipasang dibawah

waduk.

Sebelum melakukan pembangunan pusat

pembangkit listrik tenaga air, diperlukan uji kelayakan

terhadap sumber air yang akan dimanfaatkan energi

potensialnya. Terutama ketersedian head dan kapasitas

terpenui dari bendungan atau waduk untuk beban yang

dirancang. Ada beberapa kategori head tersedia yang

diklasifikasikan sebagai berikut:

a) head tinggi ( > 240 m )

b) head sedang (30 m - 240 m)

c) head rendah ( < 30 m )

89

Gambat tinggi head air

(Sumber: http://7ask.blogspot.com/2009/11/kavitasi-pada-roda-

jalan-runner-sudu.html)

Setelah mengetahui ketersedian head yang ada,

selanjutnya menentukan jenis turbin dan beban yang

terpasang. Beban yang terpasang atau daya keluaran yang

direncankan tidak boleh melampaui dari ketersedian

energi potensial air, karena efisiensi maksimum operasi

tidak akan tercapai dan dari segi ekonomis merugikan.

Berikut ini klasifikasi dari jenis pembangkit dilihat dari

daya keluaran turbin:

a) Large-hydro (daya keluaran sampai 100 MW)

b) Medium-hydro (daya keluaran mulai 15 - 100

MW)

c) Small-hydro (daya keluaran mulai 1 - 15 MW)

90

http://7ask.blogspot.com/2009/11/kavitasi-pada-roda-jalan-runner-sudu.html


d) Mini-hydro (daya keluaran mulai 100 kW- 1 MW)

e) Micro-hydro (daya keluaran sampai dari 5kW -

100 kW)

f) Pico-hydro (daya keluaran sampai 5kW).

2.3 Prinsip Kerja Turbin Air

Turbin adalah pesawat yang mengubah energi

mekanis yang disimpan di dalam fluida menjadi energi

mekanis rotasional (Culp, 1996: 353). Turbin air

merupakan mesin penggerak mula (primer mover engine)

dimana air sebagai fluida kerjanya. Air mempunyai sifat

alami mengalir dari tempat yang lebih tinggi menuju ke

tempat yang lebih rendah, dalam hal ini air memiliki

energi potensial. Proses aliran energi potensial ini

berangsur-angsur berubah menjadi energi kinetis, di dalam

turbin energi kinetis tersebut diubah menjadi energi

mekanis yaitu dengan terputarnya runner turbin.

Selanjutnya energi mekanis dari runner turbin

ditransmisikan ke poros generator dan mengubahnya

menjadi energi listrik.

Perubahan energi pada turbin air adalah sebagai

berikut, energi fluida (energi kinetik fluida) masuk turbin

dan berekspansi, terjadi perubahan energi yaitu dari energi

fluida menjadi energi mekanik putaran poros turbin.

Kemudian, putaran poros turbin memutar poros generator

listrik, dan terjadi perubahan energi kedua yaitu dari

energi mekanik menjadi energi listrik.

91

Gambar Perubahan Energi Turbin

(Sumber: http://taufiqurrokhman.com/2012/01/29/konversi-

energi/)

2.4 Bagian-bagian Turbin Air

Adapun bagian-bagian utama dari turbin air adalah

sebagai berikut:

a. Scroll Casing / Spiral Casing (Rumah

Siput)

Bagian ini terbuat dari pipa baja yang mengelilingi

runner blade, semakin ujung semakin mengecil sehingga

berbentuk rumah siput. Hal ini bertujuan agar air yang

mengalir turbin dapat merata dan untuk menghindari

kehilangan efisiensi. Bagian ini pangkal spiral case

dihubungkan dengan exspansion join. Sambungan ini

memberikan kelonggaran pada spiral case menuju

penstock untuk memungkinkan bila terjadi pemuaian pipa

92

ke arah aksial, pada bagian dalam pintu air dinamakan

guidevane. Posisi dari inlet spiral casing tergantung pada

saluran langsung air dari penstock yang kemungkinan

akan merubah keserasian penempatan.

Bahan scroll casing tergantung pada ketinggian air

jatuh diantaranya :

1. Concrete tanpa steel plate linning untuk ketinggian

sampai 300 m2.

2. Wellded rolled stell plate untuk ketinggian air

sampai 100 m3.

3. Cast steel untuk ketinggian air diatas 100 m

b. Sudu pengarah

Sudu pengarah merupakan bagian dari turbin air

yang berfungsi sebagai pintu masuk air dari spiral casing

menuju runner blade selain itu guide vane juga berfungsi

sebagai distributor agar air disekeliling runner mempunyai

debit yang sama rata. Rata sebagai pengamanan turbin

pada saat terjadi gangguan. Gerakan turbin diatur oleh

suatu mekanisme peralatan dalam governoor cabinet ,

gerakan buka tutup guide vane terjadi secara

hidrolikdengan menggunakan sevo meter. Fungsi kedua

penting dari pintu-pintu kacil untuk melangsungkan air ke

panggerak pada sudut yang dikehendaki.Selubung spiral

juga terkenal sebagai selubung scroll membawa air dari

batang pipa keturbin. Hal ini sangat penting a winding

duct dariberbagai ukuran dengan bukaan pada sisi

93

penggerak melalui mana air dapat mengalir ke

penggerak.Untuk ketinggian sangat rendah misalnya 6-

8m,selubung dapat dispensed with dan penggerak dapat

diusahakan terbenam diflume terbuka. Ini merupakan

sebuah perencanaan mutlak saat ini sampai untuktinggi

rendahnya turbin-turbin tubullar yangdisediakan. Untuk

ketinggian >40 m, selubung scroll dapat berbentuk bulat

atau dari bentuk bagian beton. Diluar batas ini, las atau

selubung cast bajabulat scroll, digunakan.

Pada turbin air mengalir melalui penggerak,

dimana penggerak itu sendiri berputar dengankecepatan

tertentu. Dalam usaha ubtuk mengetahui dengan pasti

hubungan antara kecepatan-kecepatan tersebut harus

dibuktikan sangat berguna Bagi pemakaian. Ini semua

disebut sebagai segitiga kecepatan.

c. Sudu gerak

Bagian ini disebut juga bilah rotor atau sudu gerak

pada runner blade energi kinetik air yang dikenakan

padanya diubah menjadi energi mekanik(rotor).

d. Poros Utama

Terbuat dari dua bagian utama yaitu bagian atas

generator shaft dan bagian bawah turbin shaft yang

dikopling dengan kopling tetap (mur dan baut). Pada

bagian bawah berlapis yaitu inner shaft sehinnga berfungsi

sebagai penggerak runner blade dan main shaft. Gap yang

94

berfungsi membantu gland packing ketika lapisan tersebut

berisi oli bertekanant inggi yang disuplai dari oil pressure

yang pengaturanya melalui governoor.

e. Bantalan Utama

Bagian turbin yang berfungsi sebagai bantalan dari

main shaft yang menahan goncangan bila turbin sedang

beroperasi antara bagian bergerak dan kedua ujungnya

dilindungi oleh labirin seal liner,untuk pelumasan main

guide bearing dilakukan secara kontinyu selama turbin

beroperasi dengan menggunakan grase pump guide

bearing.

f. Shaft Seal

Permukaan seal terbuat dari logam. Perencanannya

tergantung pada kecepatan dan ukuran radial clearence

antara permukaan seal dan sleeve terbuat dari bahan anti

korosi dan cocok dengan shaft . Dengan pompa khusus

clearence pada seal box akan bekerja ketika tidak terdapat

air pada saat turbin bekerja. Ini dikarenakan seal box

dirancang agar antara babit labirin dan shaft sleeve tidak

bersentuhan. Labirin seal sangat cocok untuk diopersikan

pada air yang mengandung pasir.

g. Tube Sementara

Tube sementara berbentuk konikal dengan sebuah

bagian lingkaran atau tube-tube bentuk sudu dengan 95

perluasaan secara berangsur-angsur bentuk berubah pada

bagian pemutar kebentuk empat persegi panjang pada

bagian pengeluaraan tube-tube sementara dibutuhkan

untuk turbin-turbin francis dan kaplan sebagai fungsi dua

lipatan.

2.5 Klasifikasi Turbin Air

2.5.1 Berdasarkan Prinsip Kerjanya

Dari perumusan Bernouli, menunjukan bahwa daya

air dari suatu aliran mempunyai bentuk energi yang

berbeda-beda. Pada proses peralihan keseimbangan energi

antara energi masuk ke mesin tenaga disatu pihak dengan

energi mekanis yang bisa diteruskan oleh mesin tenaga

ditambah energi yang ikut keluar bersama-sama air

buangan dipihak lain.

Kincir air adalah jenis turbin air yang paling kuno,

sudah sejak lama digunakan oleh masyarakat.

Teknologinya sederhana, material kayu bisa dipakai untuk

membuat kincir air, tetapi untuk opersi pada tinggi jatuh

air yang besar biasanya kincir air dibuat dengan besi.

Kincir air bekerja pada tinggi jatuh yang rendah biasanya

antar 0,1 m sampai 12 meter, dengan kapasitas aliran yang

berkisar antara 0,05 m3/dtk sampai 5 m3/dtk. Dari data

tersebut pemakai kincir air adalah di daerah yang aliran

airnya tidak besar dengan tinggi jatuh yang kecil. Putaran

poros kincir air berkisar antara 2 rpm sampai 12 rpm.

96

2.5.1.1 Turbin Impuls atau Turbin Tekanan

Sama

A. Turbin pelton

Prinsip dari turbin impuls sudah dijelaskan pada

kincir air. Turbin implus bekerja dengan prinsip impuls.

Turbin jenis ini juga disebut turbin tekanan sama karena

aliran air yang keluar dari nosel, tekanannya adalah sama

dengan tekanan atmosfer. Sebagai contoh pada Gambar

2.10 adalah turbin pelton yang bekerja dengan prinsip

impuls, semua energi tinggi dan tekanan ketika masuk ke

sudu jalan turbin dirubah menjadi energi kecepatan.

Pancaran air tersebut yang akan menjadi gaya tangensial

F yang bekerja pada sudu roda jalan.

Turbin pelton beroperasi pada tinggi jatuh yang

besar. Tinggi air jatuh dihitung mulai dari permukaan atas

sampai tengah-tengah pancaran air. Bentuk sudu terbelah

menjadi dua bagian yang simetris, dengan maksud adalah

agar bisa membalikan pancaran air dengan baik dan

membebaskan sudu dari gaya-gaya samping. Tidak semua

sudu menerima pancaran air, hanya sebagian-bagian saja

secara bergantian tergantung posisi sudut tersebut. Jumlah

noselnya tergantung kepada besarnya kapasitas air, tiap

roda turbin bisa dilengkapi dengan nosel 1 sampai 6.

Ukuran-ukuran utama turbin pelton adalah

diameter lingkar sudu yang kena pancaran air, disingkat

diameter lingkaran pancar dan diameter pancaran air.

Pengaturan nosel akan menentukan kecepatan dari turbin.

97

Untuk turbin-turbin yang bekerja pada kecepatan tinggi

jumlah nosel diperbanyak.

Gambar Turbin Pelton Poros Horizontal

(Sumber: Basyirun dkk, 2008: 64)

Gambar Turbin Pelton Poros Horizontal


98

B. Turbin aliran Ossberger (Crossflow)

Pada turbin impuls pelton beroperasi pada head

relatif tinggi, sehingga pada head yang rendah operasinya

kurang efektif atau efisiensinya rendah. Karena alasan

tersebut, turbin pelton jarang dipakai secara luas untuk

pembangkit listrik sekala kecil. Sebagai alternatif turbin

jenis impuls yang bisa beroperasi pada head rendah adalah

turbin impuls aliran ossberger atau turbin crossflow.

Konstruksi turbin ini terdiri dari komponen utama yaitu ;

1. Rumah turbin

2. Alat pengarah

3. Roda jalan

4. Penutup

5. Katup udara

6. Pipa isap

7. Bagian peralihan

Aliran air dilewatkan melalui sudu sudu jalan yang

berbentuk silinder, kemudian aliran air dari dalam silinder

keluar melului sudu-sudu. Jadi perubahan energi aliran air

menjadi energi mekanik putar terjadi dua kali yaitu pada

waktu air masuk silinder dan air keluar silinder. Energi

yang diperoleh dari tahap kedua adalah 20%nya dari tahap

pertama.

99

Gambar Turbin Implus Crossflow


Air yang masuk sudu diarahkan oleh alat pengarah

yang sekaligus berfungsi sebagai nosel seperti pada turbin

pelton. Prinsip perubahan energi adalah sama dengan

turbin impuls pelton yaitu energi kinetik dari pengarah

dikenakan pada sudu-sudu pada tekanan yang sama.

Pemakaian jenis Turbin Crossflow lebih

menguntungkan dibanding dengan pengunaan kincir air

maupun jenis turbin mikrohidro lainnya (Larasakti dkk,

2012: 245). Penggunaan turbin ini untuk daya yang sama

dapat menghemat biaya pembuatan penggerak mula

sampai 50 % dari penggunaan kincir air dengan bahan

yang sama. Penghematan ini dapat dicapai karena ukuran

Turbin Crossflow lebih kecil dan lebih kompak dibanding

kincir air. Diameter kincir air yakni roda jalan atau

runnernya biasanya 2 meter ke atas, tetapi diameter Turbin

Crossflow dapat dibuat hanya 20 cm saja sehingga bahan-

100

bahan yang dibutuhkan jauh lebih sedikit, itulah sebabnya

bisa lebih murah. Untuk daya guna atau effisiensi rata-rata

turbin Crossflow lebih tinggi dari pada daya guna kincir

air. Hubungan antara effisiensi dengan pengurangan debit

akibat pengaturan pembukaan katup yang dinyatakan

dalam perbandingan debit terhadap debit maksimumnya.

Untuk Turbin Crossflow dengan Q/Qmak = 1 menunjukan

effisiensi yang cukup tinggi sekitar 80 %, disamping itu

untuk perubahan debit sampai dengan Q/Qmax = 0,2

menunjukan harga effisiensi yang relatif tetap.

Tingginya effisiensi Turbin Crossflow ini akibat

pemanfaatan energi air pada turbin ini dilakukan dua kali,

yang pertama energi tumbukan air pada sudu-sudu pada

saat air mulai masuk, dan yang kedua adalah daya dorong

air pada sudu-sudu saat air akan meninggalkan runner.

Adanya kerja air yang bertingkat ini ternyata memberikan

keuntungan dalam hal efektifitasnya yang tinggi dan

kesederhanaan pada sistem pengeluaran air dan runner.

2.5.1.2 Turbin Reaksi atau Turbin Tekan

Lebih

A. Turbin Francis

Turbin francis adalah termasuk turbin jenis ini.

Pada umumnya turbin francis banyak digunakan pada

PLTA karena kemampuannya dalam menghasilkan energi

dan tingkat kavitasinya rendah (Zhong-dong dkk, 2007:

467). Kontruksi turbin terdiri dari dari sudu pengarah dan

101

sudu jalan, dan kedua sudu tersebut, semuanya terendam

didalam aliran air. Air pertama masuk pada terusan

berbentuk rumah keong. Perubahan energi seluruhnya

terjadi pada sudu pengarah dan sudu gerak. Aliran air

masuk ke sudu pengarah dengan kecepatan semakin naik

degan tekanan yang semakin turun sampai roda jalan, pada

roda jalan kecapatan akan naik lagi dan tekanan turun

sampai dibawah 1 atm. Untuk menghindari kavitasi,

tekanan harus dinaikan sampai 1 atm dengan cara

pemasangan pipa isap.

Pengaturan daya yang dihasilkan yaitu dengan

mengatur posisi pembukaan sudu pengarah, sehingga

kapasitas air yang masuk ke roda turbin bisa diperbesar

atau diperkecil. Turbin francis bisa dipasang dengan

poros vertikal dan horizontal.

Gambar Turbin Francis


102

Gambar Instalasi Turbin Francis


B. Turbin Kaplan

Tidak berbeda dengan turbin francis, turbin kaplan

cara kerjanya menggunakan prinsip reaksi. Turbin Kaplan

merupakan turbin tekanan lebih yang special, sudu jalan

kemurniannya kecil dan pada saluran sudu jalan

belokannya kecil (Pudjanarsa, 2008: 161). Sudu jalan

dapat diatur saat bekerja. Kedudukannya dapat

disesuaikan dengan tinggi jatuhnya air sehingga sesuai

untuk pusat tenaga air pada aliran sungai.

Turbin ini mempunyai roda jalan yang mirip

dengan baling-baling pesawat terbang. Bila baling-baling

103

pesawat terbang berfungsi untuk menghasilkan gaya

dorong, roda jalan pada kaplan berfungsi untuk

mendapatkan gaya F yaitu gaya putar yang bisa

menghasilkan torsi pada poros turbin. Berbeda dengan

roda jalan pada francis, sudu-sudu pada roda jalan kaplan

bisa diputar posisinya untuk menyesuaikan kondisi beban

turbin.

Gambar Instalasi Turbin Kaplan


2.5.2 Berdasarkan Aliran Masuk Runner

Berdasaran model aliran air masuk runner, maka

turbin air dapat dibagi menjadi tiga tipe, yaitu:

a. Turbin Aliran Tangensial

Pada kelompok turbin ini posisi air masuk runner

dengan arah tangensial atau tegak lurus dengan

104

poros runner mengakibatkan runner berputar,

contohnya Turbin Pelton dan turbin cross-flow.

b. Turbin Aliran Aksial

Pada turbin ini air masuk runner dan keluar

runner sejajar dengan poros runner, Turbin

Kaplan atau Propeller adalah salah satu contoh

dari tipe turbin ini.

c. Turbin Aliran Aksial – Radial

Pada turbin ini air masuk ke dalam runner secara

radial dan keluar runner secara aksial sejajar

dengan poros. Turbin Francis adalah termasuk

dari jenis turbin ini.

2.5.3 Perbandingan Karakteristik Turbin

Diagram Perbandingan Turbin


105

Terlihat turbin kaplan adalah turbin yang

beroperasi pada head yang rendah dengan kapasitas aliran

air yang tinggi atau bahkan beroperasi pada kapasitas yang

sangat renah. Hal ini karena sudu-sudu trubin kaplan dapat

diatur secara manual atau otomatis untuk merespon

perubahan kapasitas.

Berkebalikan dengan turbin kaplan turbin pelton

adalah turbin yang beroperasi dengan head tinggi dengan

kapasitas yang rendah. Untuk turbin francis mempunyai

karakteritik yang berbeda dengan lainnya yaitu turbin

francis bisa beroperasi pada head yang rendah atau

beroperasi pada head yang tinggi.

Aplikasi penggunaan turbin berdasarkan tinggi

head yang didapatkan adalah sebagai berikut ini :

1) Turbin Kaplan : 2 < H < 20 meter

2) Turbin Francis : 10 < H < 350 meter

3) Turbin Pelton : 50< H < 1000 meter

4) Turbin Crossflow : 6 < H < 100 meter

Selanjutnya diperoleh efisiensi masing-masing

turbin yaitu 80% - 85% untuk turbin pelton, 80% - 90%

untuk turbin francis, 70% - 80% untuk turbin crossfiow,

80% - 90% untuk turbin kaplan. Kecepatan spesifik setiap

turbin memiliki kisaran (range) tertentu berdasarkan data

eksperimen. Kisaran kecepatan spesifik beberapa turbin

air adalah sebagai berikut:

Turbin pelton 12≤Ns≤25

106

TurbinFrancis 60≤;Ns≤300

Turbin Crossflow 40≤Ns≤200

Turbin Kaplan 250≤Ns≤ 1000

Selanjutnya, estimasi perhitungan kecepatan spesifik

turbin, yaitu :

Turbin Pelton (1 jet) Ns = 85.49/H0.243

Turbin Francis Ns = 3763/H0.854

Turbin Kaplan Ns = 2283/H0.486

Turbin Crossfiow Ns = 513.25/H0.505

2.6 Perawatan pada Turbin Air

Sebuah turbin air dalam masa akhir penggunaanya,

menunjukkan lubang kavitasi, retakan kelelahan dan

kerusakan besar. Dapat dilihat bekas perbaikan

sebelumnya dengan las stainless steel.

Turbin didesain untuk bekerja dalam jangka waktu

puluhan tahun dengan sangat sedikit pemeliharaan pada

elemen utamanya, interval pemeriksaan total dilakukan

dalam jangka waktu beberapa tahun. Pemeliharaan pada

sudu, pengarah dan part lain yang bersentuhan dengan air

termasuk pembersihan, pemeriksaan dan perbaikan part

yang rusak.

Keausan umumnya adalah lubang akibat kavitasi,

retakan kelelahan dan pengikisan dari benda padat yang

tercampur dalam air. Elemen baja diperbaiki dengan

pengelasan, umumnya dengan las stainless steel. Area

yang berbahaya dipotong atau digerinda, kemudian dilas

107

sesuai dengan bentuk aslinya atau dengan profil yang

diperkuat. Sudu turbin tua mungkin akan mempunyai

banyak tambahan stainless steel hingga akhir

penggunaannya. Prosedur pengelasan yang rumit mungkin

digunakan untuk mendapatkan kualitas perbaikan

terbaik.Elemen lainnya yang membutuhkan pemeriksaan

dan perbaikan selama pemeriksaan total termasuk

bantalan, kotak paking dan poros, motor, sistem pendingin

untuk bantalan dan lilitan generator, cincin seal, elemen

sambungan gerbang dan semua permukaan.

Pada umumnya pemeliharaan komponen turbin air

dan alat bantunya dilakukan dalam 2 kategori, yaitu :

a. Pemeliharaan yang bersifat Rutin.

Pemeriksaan yang bersifat rutin ialah

pemeliharaan yang dilakukan secaraberulang

dengan periode waktu harian, mingguan dan

bulanan dengankondisi sedang beroperasi, yaitu

meliputi :

1. Pemeriksaan temperatur bearing, air

pendingin, minyak tekan dan sebagainya

dilakukan setiap hari

2. Pemeriksaan kebocoran pada perapat poros

(seal) dilakukan setiap hari, apabila terjadi

kebocoran melebihi batas yang ditentukan,

makauntuk mengatasinya adalah dengan cara

mengencangkan baut penekan perapat poros

sedikit-sedikit dan merata, sampai

108

bocorannya mengecil, seandainya tidak dapat

diatasi maka unit distop dan sealdiganti

dengan yang baru.

3. Pemeriksaan vibrasi sekali sebulan.

4. Pemeriksaan tekanan air dan tekanan minyak

tekan dilakukan setiap hari.

5. Pemeriksaan kebocoran air pada pemegang

sudu atur / bos sudu atur.

6. Pemeriksaan kebisingan atau terjadinya suara

yang aneh di dalam rumah turbin.

7. Pemeriksaan pada pipa pelepas air apakah

timbul kavitasi dan bila perlu stel tekanan

hampanya.

8. Pemeriksaan pada servomotor apakah ada

kebocoran minyak, bila bocor diperbaiki.

9. Pemeriksaan tekanan udara pada akumulator,

bila kurang ditambah/menambah sendiri

(otomatis).

10. Pemeriksaan air pendingin dan saringan

dibersihkan setiap hari.

11. Pemeriksaan level minyak tekan dan minyak

bantalan, bila kurang ditambah

b. Pemeliharaan Periodik.

Pemeriksaan yang bersifat periodik ialah

pemeriksaan yang dilakukan berdasarkan lama

operasi dari turbin air, yang diklasifikasikan :

109

1. Pemeriksaan sederhana, setiap 8.000 jam.

2. Pemeriksaan sedang, setiap 20.000 jam.

3. Pemeriksaan serius, setiap 40. 000 jam.

Pemeriksaan periodik kegiatan yang

dilakukan meliputi pembongkaran (disassembly),

pemeriksaan (inspection) dan pengujian (testing).

Kegiatan pemeriksaan tersebut tidak harus semua

komponen dilakukan sama, melainkan tergantung

dari klasifikasi pemeriksaan periodiknya.

Adapun jenis-jenis kegiatan yang dilakukan

dalam pemeriksaan serius meliputi :

1. Pengosongan air didalam rumah turbin.

2. Pelepasan pipa-pipa ukur (manometer dan

vacuummeter).

3. Pelepasan draft tube atau manhole draft tube.

4. Pelepasan manhole rumah turbin.

5. Penutupan lubang saluran pembuangan.

6. Pelepasan bos sudu atur bagian luar atau

bagian bawah.

7. Pelepasan tutup turbin bagian luar atau

bagian bawah.

8. Pelepasan distributor turbin : sudu atur,

cincin pengatur dan batang penggerak.

9. Pelepasan rumah bantalan turbin.

10. Pelepasan perapat poros turbin.

11. Run out test sebelum lepas kopling.

110

12. Pelepasan baut kopling poros turbin dengan

poros generator.

13. Pelepasan tutup turbin bagian dalam atau

bagian atas.

14. Pengangkatan runner.

2.7 Kelebihan dan Kelemahan Turbin

Air

Beberapa keuntungan/kelebihan yang terdapat

pada pembangkit listrik tenaga listrik air/ mikrohidro yang

memanfaatkan turbin air adalah sebagai berikut:

Memiliki konstruksi yang sederhana dan dapat

dioperasikan di daerah terpencil dengan tenaga

terampil penduduk daerah setempat dengan sedikit

latihan.

Tidak menimbulkan pencemaran.

Dapat dipadukan dengan program lainnya seperti

irigasi dan perikanan.

Dapat mendorong masyarakat agar dapat menjaga

kelestarian hutan sehingga ketersediaan air

terjamin.

Sedangkan kelemahan-kelemahan penggunaan

turbin air, antara lain :

Dari sisi keamanan maupun keselamatan terhadap

sarana dan perlengkapan tranmisi harus mendapat

perhatian khusus.

111

Bila terjadi musim kemarau panjang dan sumber

tenaga air berkurang drastis maka turbin air tidak

dapat beroperasi maksimal.

2.8 Inovasi Terbaru Turbin Air

Beberapa inovasi terkait dengan turbin air serta

pemanfaatan energi yang berasal dari air dapat dapat

dijelaskan seperti di bawah ini.

a. Inovasi energi terbarukan nanohidro dari aliran air

berdebit kecil.

(Sumber: Warsito, 2011:17)

Telah direalisasi sumber energi baru terbarukan

dengan sistem nanohidro berdaya 2.34W

menggunakan kincir tipe Francis dengan debit air

maksimum 0.87 × 10-3 m3/s dan ketinggian head 1,5

m. Agar didapatkan kecepatan putar optimal dari

generator yang digunakan, maka transmisi daya putar

dari kincir menggunakan 2 buah pulley dengan

diameter masing-masing 0.19 m dan 0.015 m serta 1

buah belt yang panjangnya 70 cm dan lebar 4 mm.

Secara teori, generator yang digunakan merupakan

generator magnet permanen 3 pasang kutub yang

112

mempunyai kecepatan putar optimal 2400 rpm dengan

tegangan keluaran 12/15 V dan kapasitas daya

keluaran maksimum 6 W. Daya optimum yang

dihasilkan adalah 2.34 W untuk generator dengan

kecepatan sebesar 2333 rpm. Dengan data ini, kita

dapat menghitung efisiensi generator sebesar 40.12 %.

Daya keluaran selanjutnya dimanfaatkan untuk

mengisi akumulator 12 V.

b. Inovasi turbin air terapung tipe helical blades

Sudah banyak upaya dilakukan untuk

meningkatkan efisiensi turbin baik melalui simulasi

komputer maupun pengujian di laboratorium dalam

ukuran skala model. Selanjutnya Muhammad, Andi

Haris dkk (2009:165) mulai mengembangkan turbin

air terapung sebagai sumber energi alternatif

terbarukan. Jenis turbin yang dikembangkan adalah

jenis turbin aliran silang (cross flow turbine) dengan

daun silang (Gorlov helical turbine). Dengan

pemasangan strip pada daun turbin diharapkan dapat

meningkatkan efisiensi kerja turbin.

c. Inovasi pompa air sebagai turbin

Inovasi pompa air sebagai turbin ini bisa menjadi

alternative pembangkit listrik mikrohidro ataupun

untuk mengangkat air di daeraah perbukitan sulit air.

Di Indonesia sendiri inovasi ini telah diuji cobakan

113

oleh FT UGM bekerja sama dengan Larlsruhe

Institute of Technology (Jerman). Teknologi ini

menggunakan pompa yang difungsikan sebagai

turbin. Pompa dirancang khusus menaikkan air dari

kedalaman 100-200 meter di bawah permukaan tanah

ini menggunakan sumber energi dari aliran air.

Teknologi ini merupakan sistem pemompaan air yang

sudah diaplikasikan di Goa Seropan dan Goa Bribin,

Gunungkidul. Bila pompa air kebanyakan

menggunakan sumber energi dari bahan bakar minyak

atau panel surya, pompa turbin hanya menggunakan

sumber energi dari air itu sendiri.

d. Inovasi turbin tiga bilah (Turbin Torpedo)

Di East River New York, energi terbarukan telah

ditemukan yaitu berupa turbin tiga bilah yang

diletakkan ditengah aliran sungai Manhattan bagian

timur. Pemilik inovasi ini bernama Trey Taylor,

sekaligus pemilik pabrik Verdant Power. Trey Taylor

mendesain turbin ini berbentuk seperti torpedo namun

di bagian depannya terdapat baling-baling dengan tiga

bilah sudu. Bentuk badan turbin seperti torpedo ini

bertujuan untuk aliran hambat yang rendah, dan turbin

ini menghasilkan listrik dari terpaan air yang

melewati bilah sudunya. Setiap unit menghasilkan 35

kilowat listrik. Turbin torpedo ini berbahan plastik

dan dilapis oleh fiberglass dan diberi seal anti air.

114

e. Pembangkit Listrik Tenaga Ombak (turbin di dalam

air lepas pantai)

Ombak memiliki energi kinetic yang cukup besar

sehingga berpontesi sebagai pembangkit listrik. Salah

satu Negara yang giat mengembangkan PLTO yaitu

Amerika. Turbin yang digunakan dalam

pengembangan PLTO ini merupakan bentuk

pengembangan dari pemotong rumput untuk bilah

sudunya, namun pada intinya penggerakan sudu ini

dari tenaga aliran air yang menerpa bilah ini. Sudu

turbin ini berputar jika terkena terpaan arus ombak

yang masuk dan kembali di Cobscook dekat Eastport.

f. Inovasi turbin air menggunakan CFD

Ji-feng dkk (2012:11) dalam jurnal A Novel

Design of Composite Water Turbin Using CFD

menyatakan bahwa inovasi ini merupakan desain baru

dari material aksial turbin air menggunakan

Computational Fluid Dynamics (CFD). Inovasi ini

didasarkan dari tiga dimensi analisis yaitu aliran,

karakteristik aliran melalui turbin air dengan nozzle ,

roda dan perkiraan diffuser. Kekuatan ekstrak dan

torsi turbin air pada berbagai kecepatan berputar

dihitung dan dianalisa untuk kecepatan aliran tertentu.

Hasil simulasi menunjukkan bahwa menggunakan

nozzle dan diffuser dapat meningkatkan penurunan

115

tekanan di turbin dan ekstrak lebih banyak kekuatan

dari energi air yang tersedia.

g. Inovasi desain lingkungan untuk komponen turbin air

Ruprecht dkk dalam bukunya Innovative Design

Environments for Hydro Turbine Componen

melakukan beberapa pengembangan inovasi desain

komponen turbin yang memiliki kualitas lebih baik

yang didasarkan pada lingkungan yang efisien.

Pemikiran ini didasarkan bahwa pada saat ini

pengembangan komponen turbin air secara umum

hanya mempertimbangkan alat-alat numeric. Padahal

lingkungan juga merupakan hal penting dalam

menciptakan kinerja turbin yang cepat dan memiliki

efisiensi tinggi. Inovasi pengembangan model

lingkungan untuk turbin air ini menggunakan 2

macam model lingkungan yaitu Virtual Numerical

Test Bed yang memungkinkan optimalisasi komponen

turbin air. Model pengembanagan test bed saat ini

sedang dikembangkan di HIS. Sedangkan model

lingkungan yang kedua yaitu didasarkan pada

optimalisasi peralatan matematika yang sangat

penting untuk menentukan fungsi kualitas dari

komponen turbin air itu sendiri.

116

h. Inovasi turbin air dengan penambahan diffuser

Penambhan diffuser pada turbin dimaksudkan

untuk mempercepat kecepatan air. Pengembangan ini

dilakukan oleh Khunthongjan, Palupum dan

Janyalertadun Adun (2011: 61) menyatakan bahwa

pelebaran sudut diffuser yang mencai 20o akan

meningkatkan kecepatan air 1,96 kali.

i. Inovasi penstok seperti pembuluh darah

Insinyur hydropower dan ilmuwan medis telah

bersama meneliti cara untuk meningkatkan output

power dari hydropower sejak abad ke XX. Mereka

menghasilkan temuan yang fantastis yaitu sebuah cara

untuk meningkatkan output power dari sebuah

hydropower yang ada sebesar 10%. Yang mereka

temukan yaitu desain penstock dengan menyerupai

pembuluh darah manusia. Di pembuluh darah

manusia, bagaian dalam terdapat alur memutar seperti

yang kita temui di senjata laras panjang seperti sniper

rifle atau senjata mesin laras panjang lainnya.

Alur memutar di dalam senapan ini berfungsi

memutar peluru agar lebih fokus dan lebih meningkat

flow nya saat keluar dari senapan. Sama seperti di

hydropower di bagian penstoknya, para ilmuwan juga

menemukan bahwa dengan adanya alur memutar ini

maka air akan dipaksa berputar dan fokus

menghantam sudu turbin dengan tenaga lebih besar,

117

yang berujung meningkatnya performa dari output

turbin.

j. Benkatina Turbin

Dalam pengembangan inovasi ini, hal yang

dimanfaatkan adalah aliran lorong, aliran air, pipa

pembuangan yang ada di setiap kota. Inovasi turbin

ini adalah turbin yang dibuat oleh pabrik dari Israel

bernama Leviathan. Turbin ini dipasang di tengah

pipa, dan berputar jika air bergerak melewati ini. Alat

ini bekerja dengan aliran air dari pipa rumah, lorong,

kanal dan pipa pembuangan limbah pabrik sekalipun.

3. Pompa

Pompa adalah suatu alat atau mesin yang

digunakan untuk memindahkan cairan dari suatu tempat

ke tempat yang lain melalui suatu media perpipaan dengan

cara menambahkan energi pada cairan yang dipindahkan

dan berlangsung secara terus menerus. Pompa beroperasi

dengan prinsip membuat perbedaan tekanan antara bagian

masuk (suction) dengan bagian keluar (discharge).

Dengan kata lain, pompa berfungsi mengubah tenaga

mekanis dari suatu sumber tenaga (penggerak) menjadi

tenaga kinetis (kecepatan), dimana tenaga ini berguna

untuk mengalirkan cairan dan mengatasi hambatan yang

ada sepanjang pengaliran.

118

Menurut Crurch yang diterjemahkan oleh Harahap

(1994: 1) pompa-pompa dan blower sentrifugal pada

dasarnya adalah mesin-mesin berkecepatan tinggi. Suatu

pompa sentrifugal pada dasarnya terdiri dari satu impeler

atau lebih yang dilengkapi dengan sudu-sudu yang

dipasangkan pada poros yang berputar dan diselubungi

dengan / oleh sebuah rumah (casing).

Selanjutnya menurut Sularso dan Tahara (1983: 4)

pompa sentrifugal dapat mengubah energi mekanik dalam

bentuk kerja poros menjadi energi fluida. Energi inilah

yang mengakibatkan pertambahan head tekanan, head

kecepatan, dan head potensial pada zat cair yang mengalir

secara kontinyu.

3.1 Efisiensi Pompa

Efisiensi pompa merupakan perbandingan daya

yang diberikan pompa kepada fluida dengan daya yang

diberikan motor listrik kepada pompa. Efisiensi total

pompa dipengaruhi oleh efisiensi hidrolis, efisiensi

mekanis dan efisiensi volumetris.

a. Efisiensi Hidrolis

Efisiensi hidrolis merupakan perbandingan antara

head pompa sebenarnya dengan head pompa teoritis.

b. Efisiensi Volumetris

Kerugian volumetris disebabkan adanya kebocoran

aliran setelah melalui impeler, yaitu adanya aliran

balik menuju sisi isap.

119

c. Efisiensi Mekanis

Besarnya efisiensi mekanis sangat dipengaruhi oleh

kerugian mekanis yang terjadi disebabkan oleh

gesekan pada bantalan, gesekan pada cakra dan

gesekan pada paking.

3.2 Konstruksi Pompa

Konstruksi sebuah pompa agar dapat

memindahkan cairan dari suatu bejana ke bejana lain

adalah sebagai berikut :

a. Mesin Penggerak (Motor)

Penggerak merubah energi listrik menjadi energi

mekanik yang diperlukan untuk menggerakkan

pompa. Energi ditransmisi ke pompa oleh suatu belt

ke pully penggerak pompa.

b. Pompa

Pompa menggerakkan energi mekanik yaitu untuk

menggerakkan atau mengalirkan cairan yang diproses

melalui pompa pada kapasitas cairan yang diperlukan

serta untuk memindahkan energi kedalam cairan yang

di proses, yang terlihat dengan bertambahnya tekanan

cairan pada lubang keluar pompa.

c. Sistem pipa masuk dan keluar cairan

Sistem pipa masuk memindahkan cairan yang

bersih dari bejana penyimpanan pompa.

120

3.3 Macam-Macam Pompa

Secara umum, pompa dibagi menjadi dua

kelompok besar, yakni pompa dinamik dan positive

diplacement pump. Dua kelompok besar ini masih terbagi

dalam beberapa macam lagi, berikut penjelasannya :

a. Pompa dinamik

Pompa dinamik terbagi menjadi beberapa macam

seperti pompa sentrifugal, pompa aksial dan pompa

spesial-efek. Pompa-pompa ini beroperasi dengan

menghasilkan kecepatan fluida tinggi dan mengkonversi

kecepatan menjadi tekanan melalui perubahan penampang

aliran fluida. Jenis pompa ini biasanya juga memiliki

efisiensi yang lebih rendah daripada tipe positive

diplacement pump, tetapi memiliki biaya yang rendah

untuk perawatannya. Pompa dinamik juga bisa beroperasi

pada kecepatan yang tinggi dan debit aliran yang tinggi

pula.

b. Pompa positive diplacement (pompa desak)

Perpindahan zat cair dalam pompa desak

didasarkan pada pembesaran (kerja isap) dan kemudian

pengecilan (kerja kempa) kembali ruang dalam rumah

pompa. Kecepatan aliran volum (kapasitas) pada pompa

desak berbanding lurus dengan jumlah pembesaran dan

pengecilan ruang dalam rumah pompa tiap satuan waktu.

Kapasitas pompa desak secara umum dapat dikatakan

121

tidak dipengaruhi oleh tekanan yang dibangkitkan (head)

dalam pompa. Jadi dapat disimpulkan bahwa kenaikkan

tekanan (head) yang dapat dicapai secara maksimum pada

pompa desak tidak tergantung pada jumlah pembesaran

dan pengecilan ruang dalam rumah pompa tiap satuan

waktu. Pada tekanan yang tinggi ada kemungkinan

kapasitas sedikit berkurang hal ini kemungkinan

disebabkan adanya kebocoran.

Macam-macam pompa positive displacement

antara lain reciprocating, metering, dan rotary. Pompa

positive displacement bekerja dengan cara memberikan

gaya tertentu pada volume fluida tetap dari sisi inlet

menuju titik outlet pompa. Kelebihan dari penggunaan

pompa jenis ini adalah dapat menghasilkan power density

(gaya per satuan berat) yang lebih besar. Dan juga

memberikan perpindahan fluida yang tetap/stabil di setiap

putarannya.

3.4 Inovasi Terbaru Pompa

a. Pompa Pascal Bernoulli

Pompa Pascal-Bernoulli ini merupakan hasil

kreativitas lima orang mahasiswa Fakultas MIPA dan

Fakultas Pertanian. Pompa Pascal-Bernoulli mencoba

menjawab kebutuhan masyarakat khususnya kelompok

tani atas kebutuhan pengairan di lahan pertanian yang

berterasering dengan mendistribusikan air dari bawah ke

atas bukit tanpa listrik dan bahan bakar sebagai sumber

122

tenaga pembangkit. Pompa ini mampu mendistribusikan

air dari sumber air yang ada di bawah hingga ke lahan

pertanian yang ada di atasnya sejauh 60 meter. Selain hal

tersebut, pompa ini juga mampu menghasilkan 0,5 L debit

air setiap detiknya.

Pompa Pascal-Bernoulli merupakan hasil

pengembangan dari pompa sebelumnya yaitu Pompa

Pascal-Hidrolik. Alat ini efektif dan efisisen, efektif

dimana alat ini dapat bekerja selama 24 jam tanpa henti

dan debit air yang dikeluarkanpun lebih baik daripada

pompa konvensional yang sebelumnya.

b. Pompa Hidram tenaga Air Melalui Sistem Balon pada

Katup Tabung

Pompa hidram menggunakan tekanan air yang

mengalir karena perbedaan tinggi dan tekanan hidrolik

untuk menaikkan air ke tempat yang lebih tinggi. Dengan

teknologi ini, sumber mata air yang letaknya jauh atau

berada di lembah yang terjadi bisa menjadi berkah bagi

desa yang letaknya jauh sekalipun.

Pompa hidram tidak memerlukan tenaga listrik atau bahan

bakar apapun. Pompa hidram yang telah dimodifikasi ini

mampu mengangkat air sampai ketinggian vertikal 50-80

m ( head) dan mampu mengantar air sampai jarak 2 km

pada keadaan ideal. Debit air pada head 30-50 m sebesar

30 liter/menit mampu melayani penduduk satu buah desa.

Keunggulan Inovasi:

123

Mempunyai head (daya angkat air vertikal)

berkisar 50 - 80 meter sehingga mampu menaikkan air

bersih dari sumber mata air yang terletak di jurang terjal

Biaya perakitan hidram relatif murah dengan umur

teknis 25 tahun

Biaya perawatan komponen relatif murah yaitu

hanya mengganti klep katup limbah dan klep kupu-

kupu yang terbuat dari ban bekas setiap 2 tahun

sekali.

Potensi Aplikasi:

Pompa hidram dapat diterapkan di kawasan

pelosok yang membutuhkan pompa untuk menaikkan air,

namun belum terjangkau aliran listrik.

4. Kompresor

Menurut Sularso dan tahara (1983: 167) kompresor

adalah mesin untuk memampatkan udara atau gas.

Kompresor udara biasanya mengisap udara dari atmosfir.

Namun ada pula yang mengisap udara atau gas yang

bertekanan lebih tinggi dari tekanan atmosfir. Dalam hal

ini kompresor bekerja sebagai penguat (booster).

Sebaliknya ada pula kompresor yang mengisap gas yang

bertekanan lebih rendah daripada tekanan atmosfir. Dalam

hal ini kompresor disebut pompa vakum.

Kompresor merupakan mesin untuk menaikkan

tekanan udara dengan cara memampatkan gas atau udara

yang kerjanya didapat dari poros. Kompresor biasanya 124

bekerja dengan menghisap udara atmosfir. Jika kompresor

bekerja pada tekanan yang lebih tinggi dari tekanan

atmosfir maka kompresor disebut sebagai penguat

(booster), dan jika kompresor bekerja dibawah tekanan

atmosfir maka disebut pompa vakum.

Gas mempunyai kemampuan besar untuk

menyimpan energi persatuan volume dengan menaikkan

tekanannya, namun ada hal-hal yang harus diperhatikan

yaitu : kenaikan temperatur pada pemampatan,

pendinginan pada pemuaian, dan kebocoran yang mudah

terjadi.

4.1 Klasifikasi Kompresor

Kompresor dapat dibagi menurut cara kerjanya.

Kompresor konvensional bekerja berdasarkan atas asas :

1. Kompresi mekanis yang diakibatkan penyempitan

ruangan, biasanya juga disebut asas perpindahan

positif (Positive Displacement). Kompresor

Perpindahan Positive dibagi atas Kompresor Torak

dan Kompresor Rotary.

2. Kompresi akibat gaya-gaya dinamik gas yang

dipengaruhi gerakan sudu-sudu, disebut juga asas

rotor dinamik atau turbo. Kompresor Dinamik juga

dibagi atas Kompresor Sentrifugal and Axial.

Selain asas di atas dikenal pula asas inkonvesional,

misalnya kompresor jenis ejector. Jenis ejector meiupakan

125

jenis kompresor dinamik. Jenis kompresor ini hanya

digunakan secara terbatas saja.

a. Kompresor Perpindahan Positif (Possitive

displacement)

Kompresor torak dan rotary merupakan 2 jenis dari

kompresor perpindahan positif. Pada Kompresor

perpindahan positif ini menaikan tekanan udara dengan

cara mengkompres udara tersebut pada ruang tertutup

sehingga menyebabkan penaikkan tekanan.

1. Kompresor Torak (Reciprocating Compresor)

Sesuai dengan namanya, kompresor ini

menggunakan torak atau

piston yang diletakkan di dalam suatu tabung silinder.

Piston dapat bergerak bebas turun naik untuk

menimbulkan efek penurunan volume gas yang berada di

bagian atas piston. Di bagian atas silinder diletakkan katub

yang dapat membuka dan menutup karena mendapat

tekanan dari gas. Jumlah silinder yang digunakan dapat

berupa silinder tunggal misalnya yang banyak diterapkan

pada unit domestik dan dapat berupa multi silinder.

Jumlah silinder dapat mencapai 16 buah silinder yang

diterapkan pada unit komersial dan industrial. Pada sistem

multi silinder maka susunan silinder dapat diatur dalam 4

formasi, yaitu : paralel, bentuk V, bentuk W, bentuk VW.

126

2. Kompresor Putar (Rotary)

Udara masuk dimampatkan melalui Blade (Mata

Pisau) yang berputar cepat. Blade tersebut digerakkan

untuk memampatkan udara yang masuk.

Gambar. Skema Kerja Kompresor Rotari

Pada skema kerja diatas terlihat jelas bahwa :

Step 1 : Udara luar masuk melalui perbedaan tekanan

antara kompresor dengan tekanan udara

lingkungan.

Step 2 : Udara masuk, mulai mengembang/ di ekspansikan

oleh Blade.

Step 3 : Udara dimampatkan ke dinding silinder oleh

Blade.

127

Step 4 : Udara bertekanan tinggi keluar melalui katup

keluar.

Kompresor rotari pada umumnya digunakan untuk

perbandingan kompresi rendah dan kapasitas kecil hingga

medium.

Keuntungan :

1. Dapat berputar pada putaran tinggi, sehingga

dimensinya relatif lebih kecil

2. Getaran mekanisnya lebih kecil.

3. Perawatannya lebih sederhana karena jumlah

bagiannya lebih sedikit, misal tanpa katup dan

mekanisme lain.

4. Dapat memberikan debit yang lebih kontinyu

dibandingkan dengan kompresor resiprokating.

Kekurangan :

1. Tidak dapat memberikan tekanan akhir yang

tinggi. Bila diperlukan tekanan akhir tinggi harus

dibuat bertingkat.

2. Efisiensi volumetrisnya rendah bila bagian-

bagiannya kurang presisi.

b. Kompresor Dinamik

Kompresor Dinamik merupakan mesin alir udara

yang berputar secara kontinu, dengan menggunakan suatu

elemen yang berputar dengan cepat, dimana udara tersebut

akan termampatkan sehingga tekanannya akan naik.

128

Kompresor Dinamik terbagi atas 2 tipe yaitu : Kompresor

Sentrifugal dan Kompresor Axial.

1. Kompresor Sintrifugal

Kompresor Sentrifugal menghasilkan tekanan yang

tinggi melalui perputaran impeller dengan kecepatan

tinggi, ekspansi udara yang masuk menyebabkan

pertambahan massa yang nantinya menimbulakan gaya

sentrifugal yang mementalkan udara tersebut ke luar,

ditambah dengan adanya pembesaran penampang pada

diffuser yang menyebabkan tekanan menjadi tinggi.

Kompresor sentrifugal sering juga disebut orang dengan

Kompresor Radial, artinya arah masukan udara tegak lurus

terhadap hasil udara keluarannya. Agar lebih efisien

Kompresor Sentrifugal berputar sangat cepat bila

dibandingkan dengan tipe kompresor lainnya. Kompresor

ini, juga dirancang untuk kapasitas yang lebih besar

karena aliran udara yang melewati kompresor kontinu.

2. Kompresor Axial

Kompresor ini memiliki prinsip kerja seperti jenis

rotari yaitu system udara alir dan cocok sebagai

penghantar udara yang besar. Kompresor aliran ada yang

dibuat arah masukannya udara secara aksial dan ada yang

radial. Keadaan udara dirubah dalam satu roda turbin atau

untuk lebih mengalirkan kecepatan udara. Energi kinetik

129

yang ditimbulkan diubah ke energi yang berbentuk

tekanan.

Pada komporesor aliran aksial, udara mendapatkan

percepatan oleh sudut yang terdapat pada rotor alirannya

ke arah aksial. Percepatan yang ditimbulkan oleh

kompresor aliran radial berasal dari ruangan ke ruangan

berikutnya secara radial. Pada lubang masukan pertama

udara dilemparkan keluar menjauhi sumbu dan oleh

dinding ruangan dipantulkan dan kembali mendekati

sumbu. Dari tingkat pertama masuk lagi ketingkat

berikutnya, sampai beberapa tingkat yang dibutuhkan.

Disini nosel masuk berfungsi mengarahkan dan

mempercepat aliran gas atau udara ke dalam sudu

pengarah. Dari sudu pengarah, gas akan masuk ke sudu

putar yang akan menambahkan energi ke daam gas. Sudu

tetap berfungsi sebagai difuser dan pembelok arah aliran

ke deretan sudu gerak pada tingkat berikutnya. Biasanya

beberapa deret pertama dari sudu tetap dapat diatur untuk

penggunaan mesin diluar kondisi rancangan, sedangkan

sebagian besar sudu tetap adalah fixed. Sudu tetap pada

tingkat terakhir berfungsi sebagai sudu pembebas olakan

sebelum aliran gas atau udara lewat nosel sisi keluar.

Kompresor ini umumnya dipakai untuk kapasitas yang

besar tetapi dengan tekanan yang tidak terlalu tinggi.

130

4.2 Prinsip Kerja Kompresor

Mesin kompresor udara memiliki prinsip kerja

yang sudah terorganisir dengan baik. Prinsip kerja

kompresor merupakan satu kesatuan yang saling

mendukung, sehingga kompresor dapat bekerja dengan

maksimal. Prinsip kerja dari sebuah kompresor biasanya

terbagi menjadi empat prinsip utama, yaitu:

a. Staging

Selama proses kerja kompresor, suhu dari mesin

kompresor menjadi tinggi dan meningkat sesuai dengan

tekanan yang terdapat dalam kompresor tersebut. Sistim

ini lebih dikenal dengan nama polytopic compression.

Jumlah tekanan yang terdapat pada kompresor juga

meningkat seiring dengan peningkatan dari suhu

kompresor itu sendiri.

Kompresor mempunyai kemampuan untuk

menurunkan suhu tekanan udara dan meningkatkan

efisiensi tekanan udara. Tekanan udara yang dihasilkan

oleh kompresor mampu mengendalikan suhu dari

kompresor untuk melanjutkan proses berikutnya.

b. Intercooling

Pengendali panas, atau yang lebih dikenal dengan

intercooler merupakan salah satu langkah penting dalam

proses kompresi udara. Intercooler mempunyai fungsi

untuk mendinginkan tekanan udara yang terdapat

131

dalam tabung kompresor, sehingga mampu digunakan

untuk keperluan lainnya. Suhu yang dimiliki oleh tekanan

udara dalam kompresor ini biasanya lebih tinggi jika

dibandingkan dengan suhu ruangan, dengan perbedaan

suhu berkisar antara 10°F (sekitar-12°C) sampai dengan

15°F (sekitar-9°C).

c. Compressor Displacement and Volumetric

Efficiency

Secara teori, kapasitas kompresor adalah sama

dengan jumlah tekanan udara yang dapat ditampung

oleh tabung penyimpanan kompresor. Kapasitas

sesungguhnya dari kompresor dapat mengalami

penurunan kapasitas. Penurunan ini dapat diakibatkan

oleh penurunan tekanan pada intake, pemanasan dini

pada udara yang masuk ke kompresor, kebocoran, dan

ekspansi volume udara. Sedangkan yang dimaksud dengan

volumetric efficiency adalah rasio antara kapasitas

kompresor dengan compressor displacement.

d. Specific Energy Consumption

Specific energy consumption pada kompresor

adalah tenaga yang digunakan oleh kompresor untuk

melakukan kompresi udara dalam setiap unit kapasitas

kompresor. Biasanya specific energy consumption pada

kompresor ini dilambangkan dengan satuan bhp/100 cfm.

132

4.3Teori Kompresi

a. Hubungan antara tekanan dan volume

Jika selama gas, temperatur gas dijaga tetap (tidak

bertambah panas) maka pengecilan volume menjadi ½ kali

akan menaikkan tekanan menjadi dua kali lipat. Demikian

juga volume manjadi 1/3 kali, tekanan akan menjadi tiga

kali lipat dan seterusnya. Jadi secara umum dapat

dikatakan sebagai berikut ”jika gas dikompresikan (atau

diekspansikan) pada temperature tetap, maka tekanannya

akan berbanding terbalik dengan volumenya”. Peryataan

ini disebut Hukum Boyle dan dapat dirumuskan pula

sebagai berikut : jika suatu gas mempunyai volume V1 dan

tekanan P1 dan dimampatkan ( atau diekspansikan ) pada

temperature tetap hingga volumenya menjadi V2, maka

tekanan akan menjadi P2 dimana: P1V1= P2V2= tetap,

Disini tekanan dapat dinyatakan dalam kgf/ cm2 ( atau Pa )

dan volume dalam m3.

b. Hubungan antara temperature dan volume

Seperti halnya pada zat cair. Gas akan

mengembang jika dipanaskan pada tekanan tetap.

Dibandingkan dengan zat padat dan zat cair, gas memiliki

koefisien muai jauh lebih besar. Dari pengukuran

koefisien muai berbagai gas diperoleh kesimpulan sebagai

berikut : ”semua macam gas apabila dinaikkan

temperaturnya sebesar 1oC pada tekanan tetap, akan

133

mengalami pertambahan volume sebesar 1/273 dari

volumenya pada 0oC. Sebaliknya apabila diturunkan

temperaturnya sebesar 1oC akan mengalami jumlah yang

sama”. Peryataan diatas disebut Hukum Charles.

4.4 Proses Kompresi

a. Kompresi Isotermal

Bila suatu gas dikompresikan, maka ini ada energi

mekanik yang diberikan dari luar pada gas. Energi ini

diubah menjadi energi panas sehingga temperature gas

akan naik jika tekanan semakin tinggi. Namun jika proses

kompresi ini juga dengan pendinginan untuk

mengeluarkan panas yang terjadi, temperature dapat dijaga

tetap. Kompresor secara ini disebut kompresor Isotermal

(temperatur tetap). Hubungan antara P dan V untuk T tetap

dapat diperoleh dari persamaan: P1V1 = P2V2 = tetap

b. Kompresi Adiabatik

Kompresi yang berlangsung tanpa ada panas yang

keluar/ masuk dari gas. Dalam praktek proses adiabatik

tidak pernah terjadi secara sempurna karena isolasi

didalam silinder tidak pernah dapat sempurna pula.

c. Kompresi Politropik

Kompresi pada kompresor yang sesungguhnya

bukan merupakan proses Isotermal, namun juga bukan

134

proses adiabatik, namun proses yang sesungguhnya ada

diantara keduannya dan disebut Kompresi Politropik.

Hubungan antara P dan V pada politropik ini dapat

dirumuskan sebagai: P. Vn = tetap . Untuk n disebut indek

politropik dan harganya terletak antara 1 (proses

isotermal) dan k (proses adiabatik). Jadi 1<n<k. Untuk

kompresor basanya, n = 1,25 – 1,4. yaitu kompresor yang

terjadi karena adanya panas yang dipancarkan keluar.

4.5 Efisiensi Kompresor

Sebagaimana kita mengenal proses kompresi yang

berbeda-beda, maka dalam perhitungan kerja dan efisiensi

kitapun harus mengikuti proses mana yang sedamg

berjalan. Diantara proses-proses yang ada kita hanya akan

meminjam dua proses kompresi yang penting saja yaitu

politropik dan isothermal. Satuan kapasitas tekanan dan

daya suatu kompresor.

Tabel 1. Satuan Kapasitas Tekanan dan Daya Kompresor

Untuk kapasitas biasanya digunakan pada kondisi

fad singkatan dari fiee air delivery, yaitu dihitung pada

+15"C dan 1,013 bar. I bar: l0s N/m2.

135

a. Kerja dan Efisiensi Politropik

Kerja politropik

dimana r, rasio tekanan

Efisiensi politropik :

b. Kerja dan Efisiensi Isothermal

Kerja isothermal :

Efisensi isothermal :

c. Head dan Daya Kompresor (politropik)

Head (kerja perunit massa) untuk proses politropik

dapat dihitung derrgan rumus :

136

Dimana Hpol = Head politropik (m)

R = Konstanta gas (J/kg K)

T1 = Temperatus masuk ( K)

z1 = Faktor kompresibilitas masuk

z2 = Faktor kompresibilitas keluar

n = eksponen politropik

Daya kompresor dapat dihitung dengan rumus :

dimana m1 = laju massa gas masuk (kgis)

137

BAB 5

MESIN PENDINGIN

DAN AC

1. Mesin Pendingin

1.1 Prinsip Kerja Mesin Pendingin

Prinsip kerja mesin pendingin yang paling utama

adalah sirkulasi pemakain gas freon yang merupakan

sumber utama. Azas kerja mesin ini adalah penguapan.

Dalam sistim penguapan diperlukan adanya panas atau

kalor, dimana kalor tersebut diambil dari zat yang

menguap. Dengan jalan demikian zat yang ada disekitar

proses penguapan itu akan kehilangan panas/kalor.

Hilangnya kalor tersebut akan menyebabkan zat jadi

dingin. Zat yang mengalami proses penguapan itu

dinamakan ; zat pendingin.

Gas freon bukanlah suatu gas yang berbahaya atau

gas yang mudah meledak. Nama freon sebenarnya adalah

merk dagang dari pabrik pembuat dari gas tersebut dari

prancis. Sedangkan gas freon itu sendiri adalah “gas

komprohydro karbon” tanpa ada unsur logam didalamnya.

138

a. Terjadinya dingin pada ruang mesin

Proses dingin di dalam mesin pendingin karena

adanya pemindahan panas. Setiap mesin pendingin

mampu menghasilkan suhu dingin dengan cara menyerap

panas dari udara yang ada dalam ruang pada mesin

pendingin itu sendiri. Bahan yang digunakan untuk

menghasilkan penguapan yang begitu cepat sehingga

mampu menghasilkan udara dingin. Biasanya untuk

keperluan ini digunakan gas Freon. Gas ini dalam sistem

pendinginan memiliki bentuk yang berubah-ubah, yaitu

dari bentuk cairan menjadi bentuk gas (uap). Pada

kompresor, gas yang telah berubah menjadi uap tadi

takanan dan panasnya dinaikkan untuk selanjutnya uap

panas yan berasal dari gas itu diturunkan atau didinginkan

pada bagian kondensor sampai membentuk cairan.

Kemudian sesampainya pada evaporator cairan itu

diturunkan tekanannya sehingga menguap dan menyerap

panas yang ada di sekitarnya. Kemudian dalam bentuk uap

refrigerant tadi dihisap kembali oleh bagian kompresor

dan dikeluarkan lagi seperti semula. Proses seperti ini

berlangsung secara berulang. Dalam sistem mesin

pendingin jumlah refrigerant yang digunakan adalah tetap,

yang berubah adalah bentuknya karena adanya proses

seperti diatas.

139

b. Hukum Termodinamika

1. Hukum termodinamika I

Perubahan kalor dapat menghasilkan usaha

dari perubahan energi dalam.

Kalor yang masuk sistem menjelma sebagai

penambahan energi dalam sistem

2. Hukum termodinamika II

Kalor tidak mungkin berpindah dari sistem

yang bersuhu rendah ke sistem yang bersuhu

tinggi secara spontan.

Tidak mungkin ada sembarang proses yang

dapat memindahkan panas dari satu temperatur

ke temperatur lain yang lebih tinggi.

Panas yang diserap oleh suatu sistem tidak

dapat diubah seluruhnya menjadi kerja

mekanik pada suatu proses melingkar, ini

berarti pastilah ada panas yang terbuang ke

sekeliling secara percuma.

3. Entalphy

Entalpy dari suatu sistem didefinisikan sebagai

penjumlahan energi dalam dengan selisih hasil

kali tekanan dan volume.

Entalpy dapat didefinisikan kalor total dari

panas bebas dan panas laten yang terdapat

pada suatu benda. Harga entalpy dinyatakan

dalam satuan K Cal/Kg.

140

1.2Komponen Mesin Pendingin

a. Kompresor

Kompresor memompa bahan pendingin ke seluruh

sistem. Gunanya adalah untuk menghisap gas tekanan

rendah dan suhu terendah dari evaporator dan kemudian

menekan/memampatkan gas tersebut, sehingga menjadi

gas dengan tekanan dan suhu tinggi, lalu dialirkan ke

kondensor. Jadi kerja kompresor adalah untuk

menurunkan tekanan di evaporator, sehingga bahan

pendingin cair di evaporator dapat menguap pada suhu

yang lebih rendah dan menyerap lebih banyak panas dari

sekitarnya serta menghisap gas bahan pendingin dari

evaporator, lalu menaikkan tekanan dan suhu gas bahan

pendingin tersebut, dan mengalirkannya ke kondensor

sehingga gas tersebut dapat mengembun dan memberikan

panasnya pada medium yang mendinginkan kondensor.

b. Kondensor

Kondensor adalah suatu alat untuk merubah bahan

pendingin dari bentuk gas menjadi cair. Bahan pendingin

dari kompresor dengan suhu dan tekanan tinggi, panasnya

keluar melalui permukaan rusuk-rusuk kondensor ke

udara. Sebagai akibat dari kehilangan panas, bahan

pendingin gas mula-mula didinginkan menjadi gas jenuh,

kemudian mengembun berubah menjadi cair.

141

c. Evaporator

Evaporator adalah suatu alat dimana bahan

pendingin menguap dari cair menjadi gas. Melalui

perpindahan panas dari dinding – dindingnya, mengambil

panas dari ruangan di sekitarnya ke dalam sistem, panas

tersebut lalu di bawa ke kompresor dan dikeluarkan lagi

oleh kondensor.

d. Saringan

Saringan untuk AC dibuat dari pipa tembaga

berguna untuk menyaring kotoran-kotoran di dalam

sistem, seperti : potongan timah, lumpur, karat, dan

kotoran lainnya agar tidak masuk ke dalam pipa kapiler

atau keran ekspansi. Saringan harus menyaring semua

kotoran di dalam sistem, tetapi tidak boleh menyebabkan

penurunan tekanan atau membuat sistem menjadi buntu.

e. Pipa kapiler

Pipa kapiler gunanya adalah untuk menurunkan

tekanan bahan pendingin cair yang mengalir di dalam pipa

tersebut serta mengontrol atau mengatur jumlah bahan

pendingin cair yang mengalir dari sisi tekanan tinggi ke

sisi tekanan rendah.

142

f. Elektromotor

Fungsi elektromotor sebagai mesin pokok untuk

melakukan perubahan dari daya listrik menjadi daya yang

bersifat mekanik dengan wujud gerak putaran. Putaran

inilah nantinya yang akan menggerakkan kompressor.

1.3 Inovasi Terbaru Mesin Pendingin

a. Tabung Resonator dari Bambu untuk Mesin

Pendingin

Berdasarkan penelitian terhadap bambu pada

karakteristik thermal ataupun mekanik yang sudah banyak

dilakukan, dibandingkan dengan logam, nilai

konduktivitas thermal kaca pyrex nya 1,4 W/m.K

sementara bambu memiliki nilai konduktivitas thermal

yang lebih besar yakni 7,529 W/m.K. Dari angka tersebut

dapat ditarik kesimpulan bahwa bambu memiliki peluang

untuk digunakan sebagai tabung resonator.

Penelitian yang dipublikasikan di Jurnal

Keteknikan Pertanian Vol. 27 No.2, Oktober 2013, Dr Edy

Hartulistiyoso, staf pengajar Departemen Teknik Mesin

dan Biosistem Fakultas Teknologi Pertanian (Fateta)

Institut Pertanian Bogor (IPB). Edy merupakan Ketua Tim

Peneliti mengatakan bahwa bambu mempunyai peluang

digunakan sebagai tabung resonator karena memiliki sifat

mendekati kaca pyrex.

143

Thermoacoustic refrigeration merupakan salah

satu metode pendinginan yang mulai banyak

dikembangkan. Alasannya adalah karena menggunakan

komponen yang lebih sederhana, pemakaian energi yang

lebih rendah dan ramah lingkungan. Komponen yang

digunakan dalam thermoacoustic refrigeration adalah

tabung resonator, stack, pengeras suara dan fluida kerja.

Riset Dr Edy membandingkan sifat bambu dengan

material resonator lainnya seperti tembaga, alumunium,

stainlesteel, besi dan kaca pyrex. Untuk jenis logam baik

tembaga, alumunium, besi maupun stainlesteel

mempunyai nilai konduktivitas thermal (K) yang lebih

tinggi dibandingkan dengan kaca pyrex dan bambu. Nilai

K yang tinggi akan menyebabkan kemampuan

menghantarkan panas yang tinggi juga, sehingga

kemungkinan mengalirkan fluida ke dalam stack juga

tinggi.

Pemanfaatan kaca pyrex sebagai tabung resonasi

sudah banyak dilakukan. Jika dilihat dari nilai K, nilai

tegangan Ultimate dan nilai tegangan Yield maka sifat

kaca pyrex tidak jauh beda dengan bambu. Hal inilah yang

mendasari bahwa bambu mempunyai peluang besar untuk

dijadikan sebagai tabung resonator pada thermoacoustic

refrigeration.

144

b. Mesin Pendingin Tanpa Listrik

Konsep yang diangkat yaitu Green Refrigerant Box

atau kulkas tanpa freon dan listrik dengan penggunaan

kayu gelam sebagai solusi alternatif untuk pendingin

buah-buahan dan sayur-sayuran. Dalam waktu 2 jam 20

menit, suhu semula 28 derajat celcius, mampu turun

menjadi 5,5 derajat celcius.

2. Pengondisian Udara (Air

Conditioner)

Air conditioner atau alat pengkondisi udara

membantu manusia memberikan udara sejuk dan

menyediakan uap air yang dibutuhkan bagi tubuh. Air

conditioner bentuknya lebih kecil dari lemari es, tetapi

tenaga motor listrik sebagai penggerak yang diperlukan

jauh lebih besar. Proses pendinginan yang harus dilakukan

yaitu untuk menyejukkan udara dalam suatu ruangan luas

atau kamar adalah jauh lebih lebih besar dari pada lemari

pendingin atau kulkas. Secara umum dapat dibedakan

menjadi 2 jenis yaitu AC Window/ Jendela dan AC Split.

2.1 Prinsip Kerja AC

Prinsip kerja AC dapat dibagi 3 bagian :

1. Kerja bahan pendingin, Setelah ke dalam kompresor

diisi gas freon , maka gas itu dapat dikeluarkan

kembali dari silinder oleh kompresor untuk diteruskan

145

ke kondensor, setelah itu menuju saringan, setelah itu

menuju ke pipa kapiler dan akan mengalami

penahanan. Adanya penahanan ini akan menimbulkan

suatu tekanan di dalam pipa kondensor. Sebagai

akibatnya gas tersebut menjadi cairan di dalam pipa

kondensor. Dari pipa kapiler cairan tersebut terus ke

evaporator dan terus menguap untuk menyerap panas.

Setelah menjadi gas terus dihisap lagi ke kompresor.

Demilian siklus kembali terulang.

2. Kerja Aliran Udara, kerja aliran udara ada 2 bagian

yang terpisah yaitu : bagian muka atau bagian depan

dan bagian belakang atau bagian yang panas. Bagian

depan bagian dari evaporator merupakan bagian

dingin, dimana fan menghembuskan udara meniup

evaporator sehingga udara yang keluar dari bagian

depan udara dingin. Sedangkan bagian belakang fan

meniup kondensor untuk mendinginkan sehingga

udara yang keluar udara panas dari kondensor.

3. Kerja Alat-alat Listrik, Alat-alat listrik dari AC adalah

bagian-bagian yang paling banyak variasinya dan

paling banyak menimbulkan gangguan-gangguan.

Pada prinsipnya dapat dibagi dalam 2 bagian : fan

motor dan kompresor dengan alat – alat pengaman

dan pengaturnya.

146

2.2 Inovasi Terbaru AC

a. Pendingin Portable

Alat pendingin udara ini sederhana, murah, dan

portable serta memiliki efektivitas kerja yang baik sebagai

pendingin udara, dengan parameter suhu output alat yang

rendah. Pada penelitian rancang bangun kali ini,

dikehendaki bahan pendingin berupa larutan yang

memiliki suhu rendah. Suhu rendah ini diperoleh dari

reaksi es dan garam yang dilarutkan dalam air, sehingga

akan tercipta larutan garam yang bersuhu dibawah 0oC

namun tidak membeku, karena terjadi penurunan titik

beku.

Adapun konsep pendinginan udaranya ialah

menghembuskan udara ataupun bahan pendingin ini ke

udara bebas, sehingga akan tercipta hembusan yang

memiliki suhu rendah layaknya hembusan dari alat

konvensional yang sudah dikenal seperti AC. Cara

membuatnya yaitu dengan membuat lubang seukuran

diameter kipas angin pada tutup box Styrofoam. Lalu

masukan casing depan kipas ke lubang tersebut, hingga

rapat menutupi lubang kemudian membuat lubang output

pada tutup atas box Styrofoam. Setelah itu masukan pipa

PVC ‘L’ sambungan ke dalam lubang tadi untuk lubang

keluaran output pendiingin udara. Setelah selesai masukan

bahan pendingin; air 1,2 L, es 2,1 L, dan garam 0,25 kg ke

dalam box. Tutup box styrofoam dengan tutup yang telah

147

dipasang pipa dan kipas, kemudian nyalakan kipas, dan

udara dingin akan keluar melalui pipa output (pipa ‘L’)

Gambar Pendingin Portable

(Sumber: http://fmipa.uny.ac.id/berita/mahasiswa-fmipa-uny-

buat-pendingin-udara-murah-dan-portable.html)

Diterangkan, pada dasarnya, prinsip kerja

pendingin ruangan sederhana yaitu; es dan air dingin

dalam box styrofoam akan mendinginkan udara di dalam

box. Udara dingin itu dihembuskan keluar oleh kipas yang

dihadapkan ke dalam box styrofoam. Satu-satunya lubang

yang merupakan lubang output akan mengalirkan udara

dingin yang dihembuskan kipas keluar box, sehingga

mampu menjadi pendingin udara.

Setelah dicoba, suhu keluaran dari depan pipa

output pada awal percobaan dapat mencapai 19oC. Suhu

kamar berkisar antara 26,5-27˚C, sehingga rancangan

model ini dapat menurunkan suhu udara output +7-8˚C .

148

http://fmipa.uny.ac.id/berita/mahasiswa-fmipa-uny-buat-pendingin-udara-murah-dan-portable.html

http://fmipa.uny.ac.id/berita/mahasiswa-fmipa-uny-buat-pendingin-udara-murah-dan-portable.html

Dari eksperimen ini, dapat dikatakan bahwa rancangan ini

cukup berhasil untuk menciptakan udara output yang

dingin. Kelemahan dari rancangan ini ialah udara dingin

yang keluar dari output bersifat lokal, dan kurang bisa

mendinginkan suhu udara ruangan secara menyeluruh,

sehingga penggunaannya relatif bersifat individual.

Implementasi di dalam kabin mobil mungkin akan lebih

tepat untuk mendinginkan ruangan, ketimbang

mendinginkan ruangan tempat tinggal (bangunan).

b. AC Tenaga Surya

Isu tentang krisis energi dan pemanasan global

sudah tidak asing lagi bagi masyarakat dunia. Berbagai

teknologi dan inovasi terus dikembangkan dalam mencari

solusinya. Di samping pencarian berbagai sumber energi

alternatif yang ramah lingkungan, penghematan energi

pun dilakukan untuk menekan laju konsumsi energi. Jadi

solusi krisis energi tidak hanya datang dari segi produksi

energi alternatif, namun dari segi konsumsinya.

Konsumsi listrik yang terbesar pada gedung adalah

sistem pendinginan udaranya. Pendingin udara/ air-

conditioner (AC) konvensional mengkonsumsi energi

listrik yang relatif sangat besar. Hal ini tentunya menuntut

daya listrik yang besar. Pada umumnya listrik masih

dihasilkan bahan bakar fosil, sehingga penggunaan AC

konvensional berdampak tidak langsung pada emisi gas

rumah kaca, sebagai penyebab peningkatan efek

149

pemanasan global. Selanjutnya, karena suhu lingkungan

semakin panas, semakin banyak industri, rumah tinggal,

dan gedung yang menggunakan AC, sehingga

menyebabkan siklus perusakan lingkungan dan krisis

energi terus berlanjut.

Namun, penghambatan penggunaan AC adalah hal

yang mustahil dilakukan. Karena itu, diperlukan inovasi

pendingin udara yang menggunakan sumber energi

terbarukan, serta ramah lingkungan, salah satunya adalah

AC dengan tenaga surya.

Sistem solar thermal cooling (refrigerasi absorpsi)

AC dengan tenaga surya menggunakan sistem

solar thermal cooling, yaitu pendinginan ruangan dengan

menggunakan panas matahari. Mungkin hal ini terdengar

tidak wajar, bagaimana mungkin mendinginkan ruangan

dengan sumber energi panas itu sendiri. Namun, dengan

teknologi sistem solar thermal cooling, hal ini sangat

mungkin dilakukan.

Bila dibandingkan dengan sistem refrigerasi

konvensional, pada prinsipnya tidak ada perbedaan kecuali

pada bagaimana fluida dapat dinaikkan titik didihnya

sehingga dapat mengembun (kondensasi) pada kondenser.

Pada sistem biasa yang menggunakan input listrik, titik

didih ini dicapai dengan menggunakan kompresi mekanik.

Pada sistem pendingin yang menggunakan energi

matahari, titik didih ini dicapai dengan kompresi thermal.

150

Untuk menggantikan kompresor pada sistem

refrigerasi konvensional, digunakan tiga komponen di

dalam siklus absorpsi, yaitu absorber, pompa, dan

generator. Absorber berfungsi untuk menyerap uap

refrigeran ke dalam absorben, sehingga keduanya

bercampur menjadi larutan. Fluida yang digunakan adalah

air dengan LiBr (Lithium Bromida). Air dan LiBr

digunakan karena memenuhi kriteria fluida kerja

(campuran antara refrigeran dan absorben), yaitu:

1. Perbedaan titik didih antara refrigeran dan larutan

pada tekanan yang sama besar.

2. Refrigeran memiliki panas penguapan yang tinggi

dan konsentrasi yang tinggi di dalam absorben

untuk menekan laju sirkulasi larutan diantara

absorber dan generator per-satuan kapasitas

pendinginan.

3. Memiliki sifat-sifat transport, seperti viskositas,

konduktivitas termal, dan koefisien difusi, yang

baik sehingga dapat menghasilkan perpindahan

panas dan massa yang juga baik.

4. Baik refrigeran dan absorbennya bersifat non-

korosif, ramah lingkungan, dan murah.

Kriteria lainnya stabil secara kimiawi, tidak

beracun, tidak mudah terbakar, dan tidak mudah meledak.

Dalam sistem solar thermal cooling, air berfungsi sebagai

refrigeran, sedangkan LiBr sebagai absorben.

151

Pada sistem ini, fluida bersuhu dan bertekanan

rendah memasuki evaporator lalu menguap karena adanya

kalor dari lingkungan yang masuk ke evaporator. Lalu

fluida berubah fasa dari cair menjadi gas. Kemudian gas

memasuki absorber yang memiliki larutan yang rendah

kadar airnya. Larutan ini menyerap refrigeran dan

bertambah kadar airnya. Karena reaksi di dalam absorber

adalah eksoterm (mengeluarkan panas), maka perlu

dilakukan proses pembuangan panas dari absorber. Tanpa

dilakukannya proses pembuangan panas, maka kelarutan

uap refrigeran ke dalam absorben akan rendah.

Selanjutnya larutan dipompa ke generator. Daya pompa

yang diperlukan sangat kecil, sehingga dalam perhitungan

COP siklus absorpsi, daya ini biasanya diabaikan. Di

generator, kalor disuplai dengan energi panas matahari,

sehingga refrigeran (titik didih lebih rendah) menguap dan

absorber (titik didih lebih rendah) dialirkan ke absorber.

Uap dengan tekanan tinggi masuk ke kondenser lalu

mengalami perubahan fasa menjadi cair, sehingga kalor

dilepas ke lingkungan. Cairan masuk ke expansion valve

lalu mengalami drop tekanan. Kemudian, masuk ke

evaporator. Siklus terus berulang.

Pada proses ini, input energi panas matahari pada

generator menggantikan input energi listrik pada

kompresor. Penyerapan panas terjadi pada evaporator,

sama dengan sistem konvensional dan pembuangan panas

terjadi pada absorber dan kondenser. Dengan

152

menggunakan sistem ini, energi listrik yang mahal dapat

digantikan oleh panas matahari menggunakan proses

kompresi. Jika panas matahari sedang tidak mencukupi

dapat di-backup juga dengan pemanas gas.

Kelebihan

Kesesuaian kronologis antara waktu supply

(penyediaan energi) dan pada waktu demand (permintaan

energi) yang terjadi pada saat yang bersamaan

Hari yang sangat panas umumnya membutuhkan

pendinginan yang besar, sehingga membutuhkan input

energi matahari yang besar pula. Demikian pula

sebaliknya. Karena waktu supply dan demand yang

hampir bersamaan maka tidak dibutuhkan tangki

penyimpanan thermal yang terlalu besar untuk mengatasi

pengaruh musim. Jika area yang cukup luas untuk kolektor

matahari dimiliki, maka hal ini akan membawa

keuntungan ekonomis. Oleh karena itu, sistem ini cocok

digunakan di Indonesia yang berada di daerah tropis,

dimana matahari sangat banyak bersinar terik tiap

tahunnya.

Penggunaan LiBr tidak menggunakan refrigeran

yang merusak lapisan ozon dan menimbulkan pemanasan

global Pada periode 1930an – 1980an, refrigeran utama

yang digunakan adalah CFCs yang mempunyai sifat

merusak ozon. Setelah keberadaan lubang ozon di lapisan

atmosfer diverifikasi secara saintifik, perjanjian

153

internasional untuk mengatur dan melarang penggunaan

zat-zat perusak ozon disepakati pada 1987 yang terkenal

dengan sebutan Protokol Montreal. Setelah periode CFCs,

R22 (HCFC) merupakan refrigeran yang paling banyak

digunakan di dalam mesin refrigerasi dan pengkondisian

udara. Saat ini beberapa perusahaan pembuat mesin-mesin

refrigerasi masih menggunakan refrigeran R22 dalam

produk-produk mereka. Padahal R22 juga bersifat

merusak ozon. Sedangkan LiBr tidak merusak lingkungan

dan dapat dipakai pada sistem refrigerasi absorpsi

Kendala

Dibutuhkan area kolektor yang cukup luas dan

cuaca yang tidak terduga. Namun hal ini bisa diatasi

dengan berbagai teknik. Salah satunya adalah dengan

menggunakan kombinasi hybrid dengan sistem sumber

energi gas alam, ditambah dengan tangki thermal storage

dan sistem insulasi yang baik, jika diperhitungkan resiko

emisi, keuntungan ekonomis dan energi tetap secara

umum lebih baik jika dibandingkan dengan menggunakan

sistem yang berbasis listrik jaringan saja.

154

AC Tenaga Surya

(Sumber: http://majalahenergi.com/forum/energi-baru-dan-terbarukan/energi-surya/air-conditioner-dengan-tenaga-surya-

terobosan-baru-pendinginan-hemat-energi)

155

BAB 6

MKE

NON-KONVENSIONAL

1. Sumber Energi Tenaga Panas

Bumi

1.1 Energi Panas Bumi

Energi panas bumi merupakan sumber energi yang

tidak habis sepanjang zaman selama tata surya ini

berfungsi normal sesuai peredarannya. Energi panas bumi

merupakan energi terresterial yang berlimpah dan dapat

dimanfaatkan sebagai energi listrik panas bumi.

Secara estimasi, panas yang dapat dimanfaatkan

dari sumber energi panas bumi yang berada pada kurang

lebih 10 km dari permukaan bumi mampu memberikan

energi panas untuk satu juta sistem energi panas bumi

yang masing-masing mempunyai kapasitas produksi

200MW selama 10.000 tahun.

Energi panas bumi ialah energi panas yang

diekstraksi dari panas yang tersimpan dalam batuan di

bawah permukaan bumi dan dari fluida yang terkandung

di dalamnya. Sudah sejak lama pemanfaatan energi panas

156

bumi dirasakan di berbagai belahan dunia seperti Bangsa

Romawi, Suku Maori di New Zeland, dan Negara Jepang.

Energi ini dimanfaatkan untuk keperluan sehari-hari

seperti mandi, memanaskan ruangan, dan memasak. Untuk

pertama kalinya tahun 1904, energi listrik dihasilkan dari

sumur uap di Larderello (Italy), dan kemudian dipasarkan

untuk pertama kalinya pada tahun 1913. Sekarang ini

pemanfaatan langsung maupun tidak langsung energi

panas bumi semakin meningkat. Disamping cadangan

energi bahan bakar fosil yang semakin menurun, energi

panas bumi merupakan energi yang berkelanjutan serta

ramah lingkungan sehingga tepat dijadikan sebagai

alternatif energi saat ini.

Sistem panas bumi (geothermal system) secara

umum dapat diartikan sebagai sistem penghantaran panas

di dalam mantel atas dan kerak bumi dimana panas

dihantarkan dari suatu sumber panas (heat source) menuju

suatu tempat penampungan panas (heat sink). Dalam hal

ini, panas merambat dari dalam bumi (heat source)

menuju permukaan bumi (heat sink).

Proses penghantaran panas pada sistem panas bumi

melibatkan fluida termal yang bisa berupa batuan yang

meleleh, gas, uap, air panas, dan lain-lain. Dalam

perjalanannya, fluida termal yang berupa uap dan atau air

panas dapat tersimpan dalam suatu formasi batuan yang

berada diantara sumber panas dan daerah tampungan

157

https://rangsimpati.wordpress.com/2012/07/24/pengertian-dan-komponen-sistem-panas-bumi/

panas. Formasi batuan ini selanjutnya dikatakan sebagai

reservoir.

Sistem panas bumi yang terpengaruh kuat oleh

adanya uap dan atau air panas dikatakan sebagai sistem

hydrothermal. Sistem ini sering berasosiasi dengan pusat

vulkanisme atau gunung api di sekitarnya. Jika fluida

magmatik dari gunung api lebih mendominasi sistem

hidrotermal, maka dikatakan sebagai sistem vulkanik

hidrotermal (volcanic hydrothermal system). Sistem panas

bumi dapat berada pada daerah bermorfologi datar (flat

terrain) dan dapat pula berada pada daerah bermorfologi

curam (step terrain). Di Indonesia, sistem panas bumi

yang umum ditemukan adalah sistem hidrotermal yang

berasosiasi dengan pusat vulkanisme pada daerah

bermorfologi step terrain.

Energi panas bumi dirasa sebagai sistem energi

yang paling bersih. Pertama energi panasbumi adalah

sumber energi yang berkelanjutan (suistainable energy),

yaitu dapat selalu tersedia dan diperbaharui dengan catatan

managemen lapangannya benar. Energi panas bumi tidak

bergantung pada musim dan tersedia setiap saat (24

jam/hari, 7hari/minggu). Pemakaian lahan untuk

pembangunan fasilitas steam field dan power plan relatif

kecil sehingga tidak akan merusak lingkungan dan

mengganggu keberadaan flora dan fauna di sekitarnya.

Penggunaan air pada sistem panas bumi juga relatif

sedikit. Kemudian masalah subsidence dan seismisitas

158


mikro dapat dimonitor sehingga dapat diatasi. Apabila

dibandingkan dengan PLTU batubara/fosil fuel dengan

kapasitas sama, polusi kebisingan yang dihasilkan sistem

panas bumi sangat minim atau hampir tidak ada. Pada

pembangkit listrik panas bumi yang diemisikan ialah uap

air, sementara emisi gas-gas racun (CO2, SO2, NO) yang

di hasilkan kecil sehingga tidak membahayakan atmosfer

bumi. Selain itu, proteksi untuk keberlangsungan

manifestasi panas bumi untuk turisme dan warisan budaya

dilindungi oleh undang-undang.

1.2 Sistem Panas Bumi

Secara singkat sistem geothermal yang umum

adalah sistem hidrotermal. Komponen utama sistem panas

bumi hidrotermal adalah sumber panas, reservoir, daerah

luahan (discharge) dan daerah resapan (recharge). Sistem

panas bumi di Indoesia umumnya merupakan sistim

hidrothermal yang mempunyai temperatur tinggi

(>225°C), hanya beberapa diantaranya yang mempunyai

temperatur sedang (150‐225°C). Pada dasarnya sistem

panas bumi terbentuk sebagai hasil perpindahan panas dari

suatu sumber panas ke sekelilingnya yang terjadi secara

konduksi dan secara konveksi.

Perpindahan panas secara konduksi melalui batuan,

sedangkan perpindahan panas secara konveksi terjadi

karena adanya kontak antara air dengan suatu sumber

panas. Perpindahan panas secara konveksi pada dasarnya

159

terjadi karena gaya apung (bouyancy). Air karena gaya

gravitasi selalu mempunyai kecenderungan bergerak ke

bawah, akan tetapi apabila air tersebut kontak dengan

suatu sumber panas maka akan terjadi perpindahan panas

sehingga temperatur air menjadi lebih tinggi dan air

menjadi lebih ringan. Keadaan ini menyebabkan air yang

lebih panas bergerak ke atas dan air yang lebih dingin

bergerak turun ke bawah, sehingga terjadi sirkulasi air

atau arus konveksi.

Adanya suatu sistim hidrotermal di bawah

permukaan sering kali ditunjukkan oleh adanya

manifestasi panasbumi di permukaan (geothermal surface

manifestation), seperti mata air panas, kubangan lumpur

panas (mud pools), geyser dan manifestasi panasbumi

lainnya, dimana beberapa diantaranya, yaitu mata air

panas, kolam air panas sering dimanfaatkan oleh

masyarakat setempat untuk mandi, berendam, mencuci,

masak dll. Manifestasi panasbumi di permukaan

diperkirakan terjadi karena adanya perambatan panas dari

bawah permukaan atau karena adanya rekahan-rekahan

yang memungkinkan fluida panasbumi (uap dan air panas)

mengalir ke permukaan.

Berdasarkan pada jenis fluida produksi dan jenis

kandungan fluida utamanya, sistim hidrotermal dibedakan

menjadi dua, yaitu sistim satu fasa atau sistim dua fasa.

Sistim dua fasa dapat merupakan sistem dominasi air atau

sistem dominasi uap. Sistim dominasi uap merupakan

160

sistim yang sangat jarang dijumpai dimana reservoir panas

buminya mempunyai kandungan fasa uap yang lebih

dominan dibandingkan dengan fasa airnya. Rekahan

umumnya terisi oleh uap dan pori‐pori batuan masih

menyimpan air. Reservoir air panasnya umumnya terletak

jauh di kedalaman di bawah reservoir dominasi uapnya.

Sistim dominasi air merupakan sistim panas bumi yang

umum terdapat di dunia dimana reservoirnya mempunyai

kandungan air yang sangat dominan walaupun “boiling”

sering terjadi pada bagian atas reservoir membentuk

lapisan penudung uap yang mempunyai temperatur dan

tekanan tinggi. Dibandingkan dengan temperatur reservoir

minyak, temperatur reservoir panas bumi relatif sangat

tinggi, bisa mencapai 350°C.

Berdasarkan pada besarnya temperatur, Hochstein

(1990) membedakan sistim panasbumi menjadi tiga, yaitu:

1. Sistim panasbumi bertemperatur rendah, yaitu

suatu sistim yang reservoirnya mengandung fluida

dengan temperatur lebih kecil dari 125°C.

2. Sistim/reservoir bertemperatur sedang, yaitu suatu

sistim yang reservoirnya mengandung fluida

bertemperatur antara 125°C dan 225°C.

3. Sistim/reservoir bertemperatur tinggi, yaitu suatu

sistim yang reservoirnya mengandung fluida

bertemperatur diatas 225°C.

Sistem panasbumi seringkali juga diklasifikasikan

berdasarkan entalpi fluida yaitu sistim entalpi rendah,

161

sedang dan tinggi. Kriteria yang digunakan sebagai dasar

klasifikasi pada kenyataannya tidak berdasarkan pada

harga entalphi, akan tetapi berdasarkan pada temperatur

mengingat entalphi adalah fungsi dari temperatur.

1.3 Komponen – Komponen Sistem

Panas Bumi

Komponen sistem panas bumi yang dimaksud di

sini adalah komponen-kompenen dari sistem panas bumi

jenis hidrotermal, karena sistem inilah yang paling umum

ditemukan di Indonesia. Sistem hidrotermal didefenisikan

sebagai jenis sistem panas bumi dimana transfer panas dari

sumber panas menuju permukaan bumi adalah melalui

proses konveksi bebas yang melibatkan fluida meteorik

dengan atau tanpa jejak fluida magmatik. Fluida meteorik

contohnya adalah air hujan yang meresap jauh ke bawah

permukaan tanah. Komponen-komponen penting dari

sistem hidrotermal adalah: sumber panas, reservoir dengan

fluida termal, daerah resapan (recharge), daerah luahan

(discharge) dengan manifestasi permukaan.

a. Sumber Panas

Sepanjang waktu panas dari dalam bumi ditransfer

menuju permukaan bumi dan seluruh muka bumi menjadi

tempat penampungan panas (heat sink). Namun begitu, di

beberapa tempat energi panas ini dapat terkonsentrasi

162


dalam jumlah besar dan melebihi jumlah energi panas per

satuan luas yang rata-rata ditemui.

Gunung api merupakan contoh dimana panas

terkonsentrasi dalam jumlah besar. Pada gunung api,

konsentrasi panas ini bersifat intermittent yang artinya

sewaktu-waktu dapat dilepaskan dalam bentuk letusan

gunung api. Berbeda dengan gunung api, pada sistem

panas bumi konsentrasi panas ini bersifat kontinu. Namun

demikian, pada kebanyakan kasus, umumnya gunung api

baik yang aktif maupun yang dormant, adalah sumber

panas dari sistem panas bumi. Hal ini ditemui di Indonesia

dimana umumnya sistem panas buminya adalah sistem

hidrotermal yang berasosiasi dengan pusat vulkanisme

atau gunung api. Dalam hal ini, gunung api menjadi

penyuplai panas dari sistem panas bumi di dekatnya.

Oleh karena gunung api merupakan sumber panas

potensial dari suatu sistem panas bumi, maka daerah yang

berada pada jalur gunung api berpotensi besar memiliki

sistem panas bumi temperatur tinggi (di atas 225 Celcius).

Itulah kenapa Indonesia yang dikenal berada pada jalur

cincin api (ring of fire) diklaim memiliki potensi panas

bumi atau geothermal terbesar di dunia.

Daerah lain yang berpotensi menjadi sumber panas

adalah: daerah dengan tekanan litostatik lebih besar dari

normal (misal pada geopressured system), daerah yang

memiliki kapasitas panas tinggi akibat peluruhan

radioaktif yang terkandung di dalam batuan, daerah yang

163


memiliki magmatisme dangkal di bawah basemen. Namun

pada kasus-kasus ini, intensitas panasnya tidak sebesar

panas dari gunung api.

b. Reservoir

Reservoir panas bumi adalah formasi batuan di

bawah permukaan yang mampu menyimpan dan

mengalirkan fluida termal (uap dan atau air panas).

Reservoir biasanya merupakan batuan yang memiliki

porositas dan permeabilitas yang baik. Porositas berperan

dalam menyimpan fluida termal sedangkan permeabilitas

berperan dalam mengalirkan fluida termal.

Reservoir panas bumi dicirikan oleh adanya

kandungan Cl (klorida) yang tinggi dengan pH mendekati

normal, adanya pengayaan isotop oksigen pada fluida

reservoir jika dibandingkan dengan air meteorik (air

hujan) namun di saat bersamaan memiliki isotop

deuterium yang sama atau mendekati air meteorik, adanya

lapisan konduktif yang menudungi reservoir tersebut di

bagian atas, dan adanya gradien temperatur yang tinggi

dan relatif konstan terhadap kedalaman.

Reservoir panas bumi bisa saja ditudungi atau

dikelilingi oleh lapisan batuan yang memiliki

permeabilitas sangat kecil (impermeable). Lapisan ini

dikenal sebagai lapisan penudung atau cap rock. Batuan

penudung ini umumnya terdiri dari minera-mineral

lempung yang mampu mengikat air namun sulit

164


meloloskannya (swelling). Mineral-mineral lempung ini

mengandung ikatan-ikatan hidroksil dan ion-ion seperti Ka

dan Ca sehingga menyebabkan lapisan tersebut menjadi

sangat konduktif. Sifat konduktif dari lapisan ini bisa

dideteksi dengan melakukan survei magneto-tellurik (MT)

sehingga posisi lapisan konduktif ini di bawah permukaan

dapat terpetakan. Dengan mengetahui posisi dari lapisan

konduktif ini, maka posisi reservoir dapat diperkirakan,

karena reservoir panas bumi biasanya berada di bawah

lapisan konduktif ini.

c. Daerah Resapan (Recharge)

Daerah resapan merupakan daerah dimana arah

aliran air tanah di tempat tersebut bergerak menjauhi muka

tanah. Dengan kata lain, air tanah di daerah resapan

bergerak menuju ke bawah permukaan bumi. Dalam suatu

lapangan panas bumi, daerah resapan berada pada elevasi

yang lebih tinggi dibandingkan dengan elevasi dari daerah

dimana sumur-sumur produksi berada. Daerah resapan

juga ditandai dengan rata-rata resapan air tanah per tahun

yang bernilai tinggi.

Menjaga kelestarian daerah resapan penting artinya

dalam pengembangan suatu lapangan panas bumi.

Menjaga kelesatarian daerah resapan berarti juga menjaga

keberlanjutan hidup dari reservoir panas bumi untuk

jangka panjang. Hal ini karena daerah resapan yang

terjaga dengan baik akan menopang tekanan di dalam

165


formasi reservoir karena adanya fluida yang mengisi pori

di dalam reservoir secara berkelanjutan. Menjaga

kelestarian daerah resapan juga penting artinya bagi

kelestarian lingkungan hidup. Sehingga dari sini dapat

dikatakan juga bahwa pengembangan panas bumi

bersahabat dengan lingkungan.

d. Daerah Discharge dengan Manifestasi

Permukaan

Daerah luahan (discharge area) merupakan daerah

dimana arah aliran air tanah di tempat tersebut bergerak

menuju muka tanah. Dengan kata lain, air tanah di daerah

luahan akan bergerak menuju ke atas permukaan bumi.

Daerah luahan pada sistem panas bumi ditandai dengan

hadirnya manifestasi di permukaan. Manifestasi

permukaan adalah tanda-tanda yang tampak di permukaan

bumi yang menunjukkan adanya sistem panas bumi di

bawah permukaan di sekitar kemunculannya.

Manifestasi permukaan bisa keluar secara langsung

(direct discharge) seperti mata air panas dan fumarola.

Fumarola adalah uap panas (vapor) yang keluar melalui

celah-celah batuan dengan kecepatan tinggi yang akhirnya

berubah menjadi uap air (steam). Tingginya kecepatan dari

fumarola sering kali menimbulkan bunyi bising.

Manifestasi permukaan juga bisa keluar secara

terdifusi seperti pada kasus tanah beruap (steaming

ground) dan tanah hangat (warm ground), juga bisa keluar

166

secara intermittent seperti pada manifestasi geyser, dan

juga bisa keluar secara tersembunyi seperti dalam bentuk

rembesan di sungai.

Secara umum, manifetasi permukaan yang sering

muncul pada sistem-sistem panas bumi di Indonesia

adalah: mata air panas, fumarola, steaming ground, warm

ground, kolam lumpur panas, solfatara, dan batuan

teralterasi. Solfatara adalah uap air (steam) yang keluar

melalui rekahan batuan yang bercampur dengan H2S,

CO2, dan kadang juga SO2 serta dapat mengendapkan

sulfur di sekitar rekahan tempat keluarnya. Sedangkan

batuan teralterasi adalah batuan yang terubahkan karena

adanya reaksi antara batuan tersebut dengan fluida panas

bumi.

1.4 Energi Panas Bumi di Indonesia

Sumber daya panas bumi pada umumnya terdapat

di daerah pegunungan yang sulit dijangkau. Di negara-

negara yang mempunyai sumber energi lainnya, sumber

daya panas bumi harus bersaing keras dengan sumber

energi lainnya. Di indonesia usaha pencarian energi panas

bumi pertama kali dilakukan di daerah kawah kamojang

pada tahun 1918. Pada tahun 1926 hingga tahun 1929 lima

sumur eksplorasi di bor dimana sampai salah satu dari

sumur tersebut, yaitu KMJ-3 masih memproduksikan uap

panas kering atau dry steam. Karena terhambat pecahnya

perang dunia dan perang kemerdekaan indonesia serta

167


keterbatasan dana, kegiatan eksplorasi panas bumi di

indonesia baru dimulai lagi pada tahun 1972.

Dari hasil survey dilaporkan bahwa di Indonesia

terdapat 217 prospek panas bumi yaitu sepanjang jalur

vulkanik mulai dari bagian barat Sumatera, terus ke Pulau

Jawa, Bali, Nusa Tenggara, dan kemudian membelok ke

utara melalui Maluku dan Sulawesi. Terjadinya sumber

energi panasbumi di Indonesia serta karakteristiknya

dikarenakan terdapat tiga lempengan yang berinteraksi di

Indonesia, yaitu lempeng Pasifik, lempeng Idia-Australia

dan lempeng Eurasia. Tumbukan yang terjadi antara ketiga

lempeng tektonik tersebut telah memberikan peranan yang

sangat penting bagi terbentuknya sumber energi panas

bumi di Indonesia. Sumber daya panas bumi yang terdapat

di indonesia sangat potensial bila dimanfaatkan sebagai

pembangkit listrik, karena umumnya merupakan sistem

hidrotermal yang mempunyai temperatur tinggi (>225°C).

Hanya beberapa diantaranya yang mempunyai temperatur

sedang (150-225°C).

Walaupun daerah prospek panas bumi di Indonesia

sangat benyak jumlahnya, tetapi hingga saat ini baru

beberapa lapangan yang telah dikembangkan dalam skala

besar dan fluidanya dimanfaatkan untuk pembangkit

listrik. Lapangan-lapangan tersebut antara lain adalah

Kamojang (140 MWe), Awibengkok-Salak (330 MWe);

Darajat (55MWe), dan lapangan wayang windu (110 Mw).

Selain itu terdapat dua unit pembangkit listrik tenaga

168

panas bumi skala kecil, yaitu satu uinit berkapasitas 2.5

MWe di lapangana Lahendong (Sulawesi Utara) dan satu

unit berkapasitas 2 MWe di lapangan sibayak (Sumatera

Utara).

Perkembangan pengusahaan energi panas bumi di

Indonesia relatif lambat, antara lain karena Indonesia

memiliki banyak sumber energi lain yang dapat

dimanfaatkan untuk pembangkit listrik, yaitu air, minyak,

gas, batu bara. Selain itu juga harga listrik yang dihasilkan

dari uap panas bumi dinilai lebih mahal, tertama jika

dibandingkan dengan harga listrik dari batu bara.

Para ahli geothermal berpendapat bahwa hal ini

disebabkan karena biaya penanggulangan pencemaran

lingkungan dari batu bara belum diperhitungkan. Harga

listrik yang dihasilkan dari panas bumi dapat bersaing dan

bahkan lebih murah dari harga listrik dari batu bara

apabila biaya penanggulangan pencemaran lingkungan

diperhitungkan, karena dampak pencemaran lingkungan

dari batu bara lebih besar dari panas bumi. Harga listrik

yang dihasilkan dari panas bumi juga tidak dapat bersaing

dengan harga listrik yang dihasilkan menggunakan bahan

bakar minyak yang saat ini masih di subsidi. Energi panas

bumi yang relatif tidak menimbulkan polusi dan terdapat

menyebar di seluruh kepulauan Indonesia (kecuali

Kalimantan) sesungguhnya merupakan salah satu energi

terbarukan yang tepat untuk dimanfaatkan sebagai

pembangkit listrik di masa yang akan datang untuk

169

memenuhi sebagian dari kebutuhan listrik nasional yang

cenderung terus meningkat. Energi panas bumi yang ada

di Indonesia pada saat ini dapat dikelompokkan menjadi:

a. Energi panas bumi "uap basah"

Pemanfaatan energi panas bumi yang ideal adalah

bila panas bumi yang keluar dari perut bumi berupa uap

kering, sehingga dapat digunakan langsung untuk

menggerakkan turbin generator listrik. Namun uap kering

yang demikian ini jarang ditemukan termasuk di Indonesia

dan pada umumnya uap yang keluar berupa uap basah

yang mengandung sejumlah air yang harus dipisahkan

terlebih dulu sebelum digunakan untuk menggerakkan

turbin.

Uap basah yang keluar dari perut bumi pada

mulanya berupa air panas bertekanan tinggi yang pada saat

menjelang permukaan bumi terpisah menjadi kira-kira 20

% uap dan 80 % air. Atas dasar ini maka untuk dapat

memanfaatkan jenis uap basah ini diperlukan separator

untuk memisahkan antara uap dan air. Uap yang telah

dipisahkan dari air diteruskan ke turbin untuk

menggerakkan generator listrik, sedangkan airnya

disuntikkan kembali ke dalam bumi untuk menjaga

keseimbangan air dalam tanah.

b. Energi panas bumi "air panas"

Air panas yang keluar dari perut bumi pada

umumnya berupa air asin panas yang disebut "brine" dan

170

mengandung banyak mineral. Karena banyaknya

kandungan mineral ini, maka air panas tidak dapat

digunakan langsung sebab dapat menimbulkan

penyumbatan pada pipa-pipa sistim pembangkit tenaga

listrik. Untuk dapat memanfaatkan energi panas bumi jenis

ini, digunakan sistem biner (dua buah sistem utama) yaitu

wadah air panas sebagai sistem primemya dan sistem

sekundernya berupa alat penukar panas (heat exchanger)

yang akan menghasilkan uap untuk menggerakkan turbin.

Energi panas bumi "uap panas" bersifat korosif, sehingga

biaya awal pemanfaatannya lebih besar dibandingkan

dengan energi panas bumi jenis lainnya.

c. Energi panas bumi "batuan panas"

Energi panas bumi jenis ini berupa batuan panas

yang ada dalam perut bumi akibat berkontak dengan

sumber panas bumi (magma). Energi panas bumi ini harus

diambil sendiri dengan cara menyuntikkan air ke dalam

batuan panas dan dibiarkan menjadi uap panas, kemudian

diusahakan untuk dapat diambil kembali sebagai uap

panas untuk menggerakkan turbin. Sumber batuan panas

pada umumnya terletak jauh di dalam perut bumi,

sehingga untuk memanfaatkannya perlu teknik

pengeboran khusus yang memerlukan biaya cukup tinggi.

171

2. Teknologi Rekayasa Surya

2.1 Energi Surya

Sejarah peradaban manusia mencatat bahnwa

tenaga surya sangat berpengaruh terhadap segala aspek

kehidupan manusia dan lingkungan sejak awal kehidupan

di dunia ini (Pudjanarsa dan Nursuhud, 2008: 260). Energi

surya adalah sumber energi yang melimah ruah, bersih,

bebas polusi, dan tidak akan habis sepanjang masa,

merupakan extra terresterial yang dapat dimanfaatkan

melaui konversi langsung, seperti pada fotovoltaik dan

secara tidak langsung melalui pusat listrik tenaga termal

surya.

Energi surya atau dalam dunia internasional lebih

dikenal sebagai solar cell atau photovoltaic cell,

merupakan sebuah divais semi konduktor yang memiliki

permukaan yang luas dan terdiri dari rangkaian dioda tipe

p dan n, yang mampu merubah energi sinar matahari

menjadi energi listrik. Photovoltaic merupakan proses

merubah cahaya menjadi energi listrik (photos: cahaya dan

volta nama fisikawan italia yang menemukan tegangan

listrik)

Seperti dijelaskan Jansen dan diterjemahkan oleh

Arismunandar dalam bukunya Teknologi Rekayasa Surya

(1995: 171) energi surya sudah mulai digunakan dalam

berbagai sektor kehidupan di negara-negara berkembang.

Hal ini dapat dilihat dari mulai dikembangkannya alat-alat

172

berbahan energi surya. Menurut Rosa dan Sukma (2008:

54) pemanfaatan energi surya menjadi energi mekanik

dapat menggunakan kolektor pelat datar yang dapat

menghasilkan aliran fluida. Aliran fluida ini timbul karena

ada perbedaan temperatur oleh kolektoryang dialirkan

melewati turbin sehingga menghasilkan energi mekanik.

Energi yang dikeluarkan oleh sinar matahari hanya

diterima oleh permukaan bumi sebesar 69 persen dari total

energi pancaran matahari. Suplai energi surya dari sinar

matahari yang diterima oleh permukaan bumi mencapai 3

x 1024 joule pertahun (setara dengan 2 x 1017 Watt).

Jumlah energi sebesar itu setara dengan 10.000 kali

konsumsi energi di seluruh dunia saat ini. Menutup 0,1

persen saja permukaan bumi dengan divais solar sel yang

memiliki efisiensi 10 persen sudah mampu untuk

menutupi kebutuhan energi di seluruh dunia saat ini.

Indonesiaberpotensi untuk menjadikan solar sel sebagai

salah satu sumber energi masa depannya mengingat posisi

Indonesia pada daerah khatulistiwa. Dalam kondisi puncak

atau posisi matahari tegak lurus, sinar matahari yang jatuh

di permukaan panel surya di Indonesia seluas 1 m2 mampu

mencapai 900 hingga 1000 Watt. Total intensitas

penyinaran perharinya di Indonesia mencapai 4500 watt

hour/m2yang membuat Indonesia tergolong kaya sumber

energi matahari ini. Dengan letaknya di daerah

katulistiwa, matahari di Indonesia mampu bersinar hingga

2.000 jam pertahunnya.

173

2.2 Sistem Sel Surya

a. Sel Surya

Sel surya, solar cell, photovoltaic, atau fotovoltaik

sejak tahun 1970-an telah telah mengubah cara pandang

kita tentang energi dan memberi jalan baru bagi manusia

untuk memperoleh energi listrik tanpa perlu membakar

bahan baker fosil sebagaimana pada minyak bumi, gas

alam atau batu bara, tidak pula dengan menempuh jalan

reaksi fisi nuklir. Sel surya mampu beroperasi dengan baik

di hampir seluruh belahan bumi yang tersinari matahari,

sejak dari Maroko hingga Merauke, dari Moskow hingga

Johanesburg, dan dari pegunungan hingga permukaan laut.

Sel surya dapat digunakan tanpa polusi, baik polusi

udara maupun suara, dan di segala cuaca. Sel surya juga

telah lama dipakai untuk memberi tenaga bagi semua

satelit yang mengorbit bumi nyaris selama 30 tahun. Sel

surya tidak memiliki bagian yang bergerak, namun mudah

dipindahkan sesuai dengan kebutuhan.

Semua keunggulan sel surya di atas disebabkan

oleh karakteristik khas sel surya yang mengubah cahaya

matahari menjadi listrik secara langsung. Artikel ini

sengaja ditulis guna menanggapi banyaknya pertanyaan

mengenai bagaimana mekanisme atau prinsip kerja sel

surya. Sengaja di sini hanya melibatkan penjelasan

kualitatif.

Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan

dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap 174

atau tidak cukup cahaya berfungsi seperti dioda, dan saat

disinari dengan cahaya matahari dapat menghasilkan

tegangan. Ketika disinari, umumnya satu sel surya

komersial menghasilkan tegangan dc sebesar 0,5 sampai 1

volt, dan arus short-circuit dalam skala milliampere

per cm2. Besar tegangan dan arus ini tidak cukup untuk

berbagai aplikasi, sehingga umumnya sejumlah sel surya

disusun secara seri membentuk modul surya. Satu modul

surya biasanya terdiri dari 28-36 sel surya, dan total

menghasilkan tegangan dc sebesar 12 V dalam kondisi

penyinaran standar (Air Mass 1.5). Modul surya tersebut

bisa digabungkan secara paralel atau seri untuk

memperbesar total tegangan dan arus outputnya sesuai

dengan daya yang dibutuhkan untuk aplikasi tertentu.

Gambar dibawah menunjukan ilustrasi dari modul surya.

b. Struktur Sel Surya

Sesuai dengan perkembangan sains&teknologi,

jenis-jenis teknologi sel surya pun berkembang dengan

berbagai inovasi. Ada yang disebut sel surya generasi satu,

dua, tiga dan empat, dengan struktur atau bagian-bagian

penyusun sel yang berbeda pula . dibawah ini struktur

dari sel surya yang umum berada dipasaran saat ini yaitu

sel surya berbasis material silikon yang juga secara umum

mencakup struktur dan cara kerja sel surya generasi

pertama (sel surya silikon) dan kedua (thin film/lapisan

tipis).

175

Bagian-bagian sel surya secara umum terdiri dari :

1. Substrat/Metal backing

Substrat adalah material yang menopang seluruh

komponen sel surya. Material substrat juga harus

mempunyai konduktifitas listrik yang baik karena juga

berfungsi sebagai kontak terminal positif sel surya,

sehinga umumnya digunakan material metal atau logam

seperti aluminium atau molybdenum. Untuk sel surya

dye-sensitized (DSSC) dan sel surya organik, substrat

juga berfungsi sebagai tempat masuknya cahaya sehingga

material yang digunakan yaitu material yang konduktif

tapi juga transparan sepertii ndium tin oxide (ITO) dan

flourine doped tin oxide (FTO).

2. Material semikonduktor

Material semikonduktor merupakan bagian inti

dari sel surya yang biasanya mempunyai tebal sampai

beberapa ratus mikrometer untuk sel surya generasi

pertama (silikon), dan 1-3 mikrometer untuk sel surya

lapisan tipis. Material semikonduktor inilah yang

berfungsi menyerap cahaya dari sinar matahari. Untuk

kasus gambar diatas, semikonduktor yang digunakan

adalah material silikon, yang umum diaplikasikan di

industri elektronik. Sedangkan untuk sel surya lapisan

tipis, material semikonduktor yang umum digunakan dan

telah masuk pasaran yaitu contohnya material Cu(In,Ga)

(S,Se)2 (CIGS), CdTe (kadmium telluride), dan amorphous

176

silikon, disamping material-material semikonduktor

potensial lain yang dalam sedang dalam penelitian intensif

seperti Cu2ZnSn(S,Se)4 (CZTS) dan Cu2O (copper oxide).

Bagian semikonduktor tersebut terdiri dari junction

atau gabungan dari dua material semikonduktor yaitu

semikonduktor tipe-p (material-material yang disebutkan

diatas) dan tipe-n (silikon tipe-n, CdS,dll) yang

membentuk p-n junction. P-n junction ini menjadi kunci

dari prinsip kerja sel surya.

3. Kontak metal / contact grid

Selain substrat sebagai kontak positif, diatas

sebagian material semikonduktor biasanya dilapiskan

material metal atau material konduktif transparan sebagai

kontak negatif.

4.Lapisan antireflektif

Refleksi cahaya harus diminimalisir agar

mengoptimalkan cahaya yang terserap oleh

semikonduktor. Oleh karena itu biasanya sel surya dilapisi

oleh lapisan anti-refleksi. Material anti-refleksi ini adalah

lapisan tipis material dengan besar indeks refraktif optik

antara semikonduktor dan udara yang menyebabkan

cahaya dibelokkan ke arah semikonduktor sehingga

meminimumkan cahaya yang dipantulkan kembali.

5.Enkapsulasi / cover glass

177

Bagian ini berfungsi sebagai enkapsulasi untuk

melindungi modul surya dari hujan atau kotoran

c. Proses Konversi Energi Surya

Proses pengubahan atau konversi cahaya matahari

menjadi listrik ini dimungkinkan karena bahan material

yang menyusun sel surya berupa semikonduktor. Lebih

tepatnya tersusun atas dua jenis semikonduktor; yakni

jenis n dan jenis p.

Semikonduktor jenis n merupakan semikonduktor

yang memiliki kelebihan elektron, sehingga kelebihan

muatan negatif, (n = negatif). Sedangkan semikonduktor

jenis p memiliki kelebihan hole, sehingga disebut dengan

p ( p = positif) karena kelebihan muatan positif. Caranya,

dengan menambahkan unsur lain ke dalam semkonduktor,

maka kita dapat mengontrol jenis semikonduktor tersebut.

Pada awalnya, pembuatan dua jenis semikonduktor

ini dimaksudkan untuk meningkatkan tingkat

konduktifitas atau tingkat kemampuan daya hantar listrik

dan panas semikonduktor alami. Di dalam semikonduktor

alami (disebut dengan semikonduktor intrinsik) ini,

elektron maupun hole memiliki jumlah yang sama.

Kelebihan elektron atau hole dapat meningkatkan daya

hantar listrik maupun panas dari sebuah semikoduktor.

Misal semikonduktor intrinsik yang dimaksud

ialah silikon (Si). Semikonduktor jenis p, biasanya dibuat

dengan menambahkan unsur boron (B), aluminum (Al),

178

gallium (Ga) atau Indium (In) ke dalam Si. Unsur-unsur

tambahan ini akan menambah jumlah hole. Sedangkan

semikonduktor jenis n dibuat dengan menambahkan

nitrogen (N), fosfor (P) atau arsen (As) ke dalam Si. Dari

sini, tambahan elektron dapat diperoleh. Sedangkan, Si

intrinsik sendiri tidak mengandung unsur tambahan. Usaha

menambahkan unsur tambahan ini disebut dengan doping

yang jumlahnya tidak lebih dari 1 % dibandingkan dengan

berat Si yang hendak di-doping.

Dua jenis semikonduktor n dan p ini jika disatukan

akan membentuk sambungan p-n atau dioda p-n (istilah

lain menyebutnya dengan sambungan metalurgi /

metallurgical junction) yang dapat digambarkan sebagai

berikut.

1. Semikonduktor jenis p dan n sebelum disambung.

2. Sesaat setelah dua jenis semikonduktor ini

disambung, terjadi perpindahan elektron-elektron

dari semikonduktor n menuju semikonduktor p,

dan perpindahan hole dari semikonduktor p

menuju semikonduktor n. Perpindahan elektron

179

https://energisurya.files.wordpress.com/2008/07/semikonduktor-n.jpg

https://energisurya.files.wordpress.com/2008/07/semikonduktor-p2.jpg

maupun hole ini hanya sampai pada jarak tertentu

dari batas sambungan awal.

3. Elektron dari semikonduktor n bersatu dengan hole

pada semikonduktor p yang mengakibatkan jumlah

hole pada semikonduktor p akan berkurang.

Daerah ini akhirnya berubah menjadi lebih

bermuatan positif..

Pada saat yang sama. hole dari semikonduktor p

bersatu dengan elektron yang ada pada

semikonduktor n yang mengakibatkan jumlah

elektron di daerah ini berkurang. Daerah ini

akhirnya lebih bermuatan positif.

4. Daerah negatif dan positif ini disebut dengan

daerah deplesi (depletion region) ditandai dengan

huruf W.

5. Baik elektron maupun hole yang ada pada daerah

deplesi disebut dengan pembawa muatan minoritas

(minority charge carriers) karena keberadaannya

di jenis semikonduktor yang berbeda.

180

https://energisurya.files.wordpress.com/2008/07/sambungan-pn-1.jpg

https://energisurya.files.wordpress.com/2008/07/sambungan-pn-21.jpg

6. Dikarenakan adanya perbedaan muatan positif dan

negatif di daerah deplesi, maka timbul dengan

sendirinya medan listrik internal E dari sisi positif

ke sisi negatif, yang mencoba menarik kembali

hole ke semikonduktor p dan elektron ke

semikonduktor n. Medan listrik ini cenderung

berlawanan dengan perpindahan hole maupun

elektron pada awal terjadinya daerah deplesi

(nomor 1 di atas).

7. Adanya medan listrik mengakibatkan sambungan

pn berada pada titik setimbang, yakni saat di mana

jumlah hole yang berpindah dari semikonduktor p

ke n dikompensasi dengan jumlah hole yang

tertarik kembali kearah semikonduktor p akibat

medan listrik E. Begitu pula dengan jumlah

elektron yang berpindah dari smikonduktor n ke p,

dikompensasi dengan mengalirnya kembali

elektron ke semikonduktor n akibat tarikan medan

listrik E. Dengan kata lain, medan listrik E

mencegah seluruh elektron dan hole berpindah dari

semikonduktor yang satu ke semiikonduktor yang

lain.

181

https://energisurya.files.wordpress.com/2008/07/pn-medan-listrik-e.jpg

Pada sambungan p-n inilah proses konversi cahaya

matahari menjadi listrik terjadi. Untuk keperluan sel surya,

semikonduktor n berada pada lapisan atas sambungan p

yang menghadap kearah datangnya cahaya matahari, dan

dibuat jauh lebih tipis dari semikonduktor p, sehingga

cahaya matahari yang jatuh ke permukaan sel surya dapat

terus terserap dan masuk ke daerah deplesi dan

semikonduktor p.

Ketika sambungan semikonduktor ini terkena

cahaya matahari, maka elektron mendapat energi dari

cahaya matahari untuk melepaskan dirinya dari

semikonduktor n, daerah deplesi maupun semikonduktor.

Terlepasnya elektron ini meninggalkan hole pada daerah

yang ditinggalkan oleh elektron yang disebut dengan

fotogenerasi elektron-hole (electron-hole

photogeneration) yakni, terbentuknya pasangan elektron

dan hole akibat cahaya matahari.

182

https://energisurya.files.wordpress.com/2008/07/pn-sel-surya1.jpg

Cahaya matahari dengan panjang gelombang

(dilambangkan dengan simbol “lambda” sbgn di gambar

atas ) yang berbeda, membuat fotogenerasi pada

sambungan pn berada pada bagian sambungan pn yang

berbeda pula. Spektrum merah dari cahaya matahari yang

memiliki panjang gelombang lebih panjang, mampu

menembus daerah deplesi hingga terserap di

semikonduktor p yang akhirnya menghasilkan proses

fotogenerasi di sana. Spektrum biru dengan panjang

gelombang yang jauh lebih pendek hanya terserap di

daerah semikonduktor n.

Selanjutnya, dikarenakan pada sambungan pn

terdapat medan listrik E, elektron hasil fotogenerasi

tertarik ke arah semikonduktor n, begitu pula dengan hole

yang tertarik ke arah semikonduktor p.

Apabila rangkaian kabel dihubungkan ke dua

bagian semikonduktor, maka elektron akan mengalir

melalui kabel. Jika sebuah lampu kecil dihubungkan ke

kabel, lampu tersebut menyala dikarenakan mendapat arus

listrik, dimana arus listrik ini timbul akibat pergerakan

elektron.

183

https://energisurya.files.wordpress.com/2008/07/pn-sel-surya-2.jpg

2.3 Cara Kerja Sel Surya

Sel surya konvensional bekerja menggunakan

prinsip p-n junction, yaitu junction antara semikonduktor

tipe-p dan tipe-n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan-

ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai

penyusun dasar. Semikonduktor tipe-n mempunyai

kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan

semikonduktor tipe-p mempunyai kelebihan hole (muatan

positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan

elektron dan hole tersebut bisa terjadi dengan mendoping

material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk

mendapatkan material silikon tipe-p, silikon didoping oleh

atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material

silikon tipe-n, silikon didoping oleh atom fosfor.

Peran dari p-n junction ini adalah untuk

membentuk medan listrik sehingga elektron (dan hole)

bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan

listrik. Ketika semikonduktor tipe-p dan tipe-n terkontak,

maka kelebihan elektron akan bergerak dari

semikonduktor tipe-n ke tipe-p sehingga membentuk

184

https://energisurya.files.wordpress.com/2008/07/pn-sel-surya-3.jpg

kutub positif pada semikonduktor tipe-n, dan sebaliknya

kutub negatif pada semikonduktor tipe-p. Akibat dari

aliran elektron dan hole ini maka terbentuk medan listrik

yang mana ketika cahaya matahari mengenai susuna p-n

junction ini maka akan mendorong elektron bergerak dari

semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya

dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya hole bergerak

menuju kontak positif menunggu elektron datang, seperti

diilustrasikan pada gambar dibawah.

3. Pesawat Pengkonversi Tenaga

Angin (Wind Power)

3.1 Energi Angin

Angin merupakan udara yang bergerak disebabkan

beberapa adanya perbedaan tekanan pada atmosfer bumi

(Napitupulu dkk, 2013: 49). Energi angin merupakan

sumber energi penting sejak waktu lama di beberapa

Negara (Syahrul, 2008: 140). Energi angin telah lama

dikenal dan dimanfaatkan manusia. Perahu-perahu layar

menggunakan energi ini untuk melewati perairan sudah

lama sekali. Dan sebagaimana diketahui, pada asasnya

angin terjadi karena ada perubahan suhu antaraudara panas

dan udara dingin. Di tiap daerah keadaan suhu

dankecepatan angin berbeda. Untuk mengurangi

keterbatasan penggunaan energi yang tak terbaharukan

dalam pembangkitanenergi listrik khususnya maka 185

diperlukan energi-energi alternatif lain sebagai

penggantinya. Dalam rangka mencari bentuk-bentuk

sumber energi alternatif yang bersih dan terbarukan

kembalienergi angin mendapat perhatian yang besar.

Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan udara yang

lebih tinggi ke tekanan udarayang lebih rendah. Perbedaan

tekanan udara disebabkan oleh perbedaan suhu udara

akibat pemanasan atmosfir yang tidak merata oleh sinar

matahari. Karena bergerak angin memilikienergi kinetik.

Energi angin dapat dikonversi atau ditransfer kedalam

bentuk energi lain seperti listrik atau mekanik

denganmenggunakan kincir atau turbin angin. Oleh karena

itu, kincir atau turbin angin sering disebut sebagai Sistem

Konversi Energi Angin (SKEA).

Seperti udara bergerak dari satu tempat ke tempat

lain, kadang-kadang memungut kecepatan cukup banyak,

bahkan kadang-kadang jumlah yang berbahaya kecepatan.

Ketika udara bergerak, hal itu disebut angin. Mampu

mengukur kecepatan angin memungkinkan orang untuk

menentukan keamanan kegiatan tertentu dalam angin.

1. Membangun atau membeli sebuah alat pengukur

jurusan angin. Dalam rangka untuk menentukan

kecepatan angin, Anda memerlukan alat untuk

mengukur seberapa cepat angin bergerak. Perangkat

ini disebut ANEMOMETERS.

2. Tempatkan alat pengukur jurusan angin di tempat

yang itu sepenuhnya terkena angin. Pastikan bahwa

186

tidak ada yang menghalangi angin alat pengukur

jurusan angin dari arah manapun. Tempat yang baik

untuk menempatkan perangkat yang berada di atas

sebuah bangunan di mana terbuka untuk angin dari

segala penjuru. Anda harus tahu, meskipun, bahwa

jika Anda meletakkan alat pengukur jurusan angin

terlalu tinggi, maka Anda akan mengukur kecepatan

angin yang tinggi di atmosfer.

3. Berkonsultasi dengan alat pengukur jurusan angin

untuk melihat berapa kali telah diputar karena angin.

4. Gunakan kaus kaki angin untuk menentukan seberapa

keras angin bertiup. Ini adalah teknologi yang lebih

rendah cara menentukan kecepatan angin dari alat

pengukur jurusan angin, tetapi bisa memberi Anda ide

yang bagus tentang betapa cepat angin bergerak.

3.2 Turbin Angin

Angin adalah udara yang bergerak dari tekanan

udara yang lebih tinggi ke tekanan udara yang lebih

rendah. Perbedaan tekanan udara disebabkan oleh

perbedaan suhu akibat pemanasan atmosfir yang tidak

merata oleh sinar matahari. Karena bergerak, angin

memiliki energi kinetik. Menurut Rizkiani dkk (2012: 12)

untuk dapat memanfaatkan energi angin, maka energi

angin harus dikonversikan terlebih dahulu ke dalam

bentuk energi lain yang sesuai dengan kebutuhan dengan

menggunakan turbin angin.

187

Turbin Angin menurut Arsad dkk (2009:93)

merupakan alat yang mengkonversikan energi angin

menjadi energi listrik. Selanjutnya Reksoatmodjo

(2005:65) mengemukakan bahwa turbin angin juga

dikenal dengan sebutan kincir angin yang merupakan

sarana pengubah energi kinetic angin menjadi energi

mekanik untuk memutar generator listrik. Singkatnya

turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk

membangkitkan tenaga listrik. Turbin angin ini pada

awalnya dibuat untuk mengakomodasi kebutuhan para

petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan

irigasi, dll. Turbin angin terdahulu banyak dibangun di

Denmark, Belanda, dan negara-negara Eropa lainnya dan

lebih dikenal dengan Windmill.

Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk

mengakomodasi kebutuhan listrik masyarakat, dengan

menggunakan prinsip konversi energi dan menggunakan

sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin.

Walaupun sampai saat ini pembangunan turbin angin

masih belum dapat menyaingi pembangkit listrik

konvensonal (Contoh: PLTD, PLTU, dll), turbin angin

masih lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena

dalam waktu dekat manusia akan dihadapkan dengan

masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui

(Contoh : batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar

untuk membangkitkan listrik.

188

Distribusi frekuensi kecepatan angin disajikan

dalam bentuk histogram (Daryanto, 2007). Umumnya

daya efektif yang dapat dipanen oleh sebuah turbin angin

hanya sebesar 20%-30%. Jadi rumus di atas dapat

dikalikan dengan 0,2 atau 0,3 untuk mendapatkan hasil

yang cukup eksak. Prinsip dasar kerja dari turbin angin

adalah mengubah energi mekanis dari angin menjadi

energi putar pada kincir, lalu putaran kincir digunakan

untuk memutar generator, yang akhirnya akan

menghasilkan listrik. Dalam sistem konversi energi angin,

energi mekanik turbin hanya dapat diperoleh dari energi

kinetic yang tersimpan dalam aliran angin, berarti tanpa

perubahan aliran masa udara, kecepatan angin di belakang

turbin harus mengalami penurunan dan pada saat yang

bersamaan luas penampang yang dilewati angin harus

lebih besar (Dewi, 2010:5).

Sebenarnya prosesnya tidak semudah itu, karena

terdapat berbagai macam sub-sistem yang dapat

meningkatkan safety dan efisiensi dari turbin angin, yaitu :

a. Gear Box

Alat ini berfungsi untuk mengubah putaran rendah

pada kincir menjadi putaran tinggi. Biasanya Gearbox

yang digunakan sekitar 1:60.

b. Brake System

Digunakan untuk menjaga putaran pada poros

setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat

189

angin yang besar. Alat ini perlu dipasang karena generator

memiliki titik kerja aman dalam pengoperasiannya.

Generator ini akan menghasilkan energi listrik maksimal

pada saat bekerja pada titik kerja yang telah ditentukan.

Kehadiran angin diluar diguaan akan menyebabkan

putaran yang cukup cepat pada poros generator, sehingga

jika tidak di atasi maka putaran ini dapat merusak

generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih.

c. Generator

Generator adalah salah satu komponen terpenting

dalam pembuatan sistem turbin angin. Generator ini dapat

mengubah energi gerak menjadi energi listrik. Prinsip

kerjanya dapat dipelajari dengan menggunakan teori

medan elektromagnetik. Singkatnya, (mengacu pada salah

satu cara kerja generator) poros pada generator dipasang

dengan material ferromagnetik permanen. Setelah itu

disekeliling poros terdapat stator yang bentuk fisisnya

adalah kumparan-kumparan kawat yang membentuk loop.

Ketika poros generator mulai berputar maka akan terjadi

perubahan fluks pada stator yang akhirnya karena terjadi

perubahan fluks ini akan dihasilkan tegangan dan arus

listrik tertentu. Tegangan dan arus listrik yang dihasilkan

ini disalurkan melalui kabel jaringan listrik untuk akhirnya

digunakan oleh masyarakat. Tegangan dan arus listrik

yang dihasilkan oleh generator ini berupa AC(alternating

190

current) yang memiliki bentuk gelombang kurang lebih

sinusoidal.

d. Penyimpanan Energi

Keterbatasan ketersediaan akan energi angin (tidak

sepanjang hari angin akan selalu tersedia) menyebabkan

ketersediaan listrik tidak menentu. Oleh karena itu

digunakan alat penyimpan energi yang berfungsi sebagai

back-up energi listrik. Ketika beban penggunaan daya

listrik masyarakat meningkat atau ketika kecepatan angin

suatu daerah sedang menurun, maka kebutuhan

permintaan akan daya listrik tidak dapat terpenuhi. Oleh

karena itu kita perlu menyimpan sebagian energi yang

dihasilkan ketika terjadi kelebihan daya pada saat turbin

angin berputar kencang atau saat penggunaan daya pada

masyarakat menurun. Penyimpanan energi ini

diakomodasi dengan menggunakan alat penyimpan energi.

Contoh sederhana yang dapat dijadikan referensi sebagai

alat penyimpan energi listrik adalah aki mobil. Aki mobil

memiliki kapasitas penyimpanan energi yang cukup besar.

Aki 12 volt, 65 Ah dapat dipakai untuk mencatu rumah

tangga (kurang lebih) selama 0.5 jam pada daya 780 watt.

Kendala dalam menggunakan alat ini adalah alat

ini memerlukan catu daya DC (Direct Current) untuk

meng-charge/mengisi energi, sedangkan dari generator

dihasilkan catu daya AC (Alternating Current). Oleh

karena itu diperlukan rectifier-inverter untuk

191

mengakomodasi keperluan ini. Rectifier-inverter akan

dijelaskan berikut.

e. Rectifier – Inverter

Rectifier berarti penyearah. Rectifier dapat

menyearahkan gelombang sinusodal(AC) yang dihasilkan

oleh generator menjadi gelombang DC. Inverter berarti

pembalik. Ketika dibutuhkan daya dari penyimpan

energi(aki/lainnya) maka catu yang dihasilkan oleh aki

akan berbentuk gelombang DC. Karena kebanyakan

kebutuhan rumah tangga menggunakan catu daya AC ,

maka diperlukan inverter untuk mengubah gelombang DC

yang dikeluarkan oleh aki menjadi gelombang AC, agar

dapat digunakan oleh rumah tangga.

3.3 Jenis Turbin Angin

Turbin yang dapat menghasilkan energi dari angin

secara umum dapat diklasifikasikan menjadi dua

kelompok utama yaitu turbin angin sumbu horizontal

(Horizontal Axis Wind Turbine) dan turbin angin sumbu

vertical (Vertical Axis Wind Turbine) (Decoste, 2005).

a. Turbin Angin Sumbu Horizontal

Turbin angin sumbu horizontal (TASH) memiliki

poros rotor utama dan generator listrik di puncak menara.

Turbin berukuran kecil diarahkan oleh sebuah baling-

baling angin (baling-baling cuaca) yang sederhana,

sedangkan turbin berukuran besar pada umumnya 192

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Baling-baling_angin&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Baling-baling_angin&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Generator_listrik

http://id.wikipedia.org/wiki/Rotor

menggunakan sebuah sensor angin yang digandengkan ke

sebuah servo motor. Sebagian besar memiliki sebuah

gearbox yang mengubah perputaran kincir yang pelan

menjadi lebih cepat berputar.

Karena sebuah menara menghasilkan turbulensi di

belakangnya, turbin biasanya diarahkan melawan arah

anginnya menara. Bilah-bilah turbin dibuat kaku agar

mereka tidak terdorong menuju menara oleh angin

berkecepatan tinggi. Sebagai tambahan, bilah-bilah itu

diletakkan di depan menara pada jarak tertentu dan sedikit

dimiringkan.

Karena turbulensi menyebabkan kerusakan struktur

menara, dan realibilitas begitu penting, sebagian besar

TASH merupakan mesin upwind (melawan arah angin).

Meski memiliki permasalahan turbulensi, mesin

downwind (menurut jurusan angin) dibuat karena tidak

memerlukan mekanisme tambahan agar mereka tetap

sejalan dengan angin, dan karena di saat angin berhembus

sangat kencang, bilah-bilahnya bisa ditekuk sehingga

mengurangi wilayah tiupan mereka dan dengan demikian

juga mengurangi resintensi angin dari bilah-bilah itu.

b. Turbin Angin Sumbu Vertikal

Turbin angin sumbu vertikal/tegak (TASV)

memiliki poros/sumbu rotor utama yang disusun tegak

lurus. Kelebihan utama susunan ini adalah turbin tidak

harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan

193

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Turbin_angin_sumbu_vertikal&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Turbulensi&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Gearbox

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Servo_motor&action=edit&redlink=1

ini sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya

sangat bervariasi. VAWT mampu mendayagunakan angin

dari berbagai arah. Dengan sumbu yang vertikal, generator

serta gearbox bisa ditempatkan di dekat tanah, jadi menara

tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses untuk

keperluan perawatan. Tapi ini menyebabkan sejumlah

desain menghasilkan tenaga putaran yang berdenyut. Drag

(gaya yang menahan pergerakan sebuah benda padat

melalui fluida (zat cair atau gas) bisa saja tercipta saat

kincir berputar. Karena sulit dipasang di atas menara,

turbin sumbu tegak sering dipasang lebih dekat ke dasar

tempat ia diletakkan, seperti tanah atau puncak atap

sebuah bangunan. Kecepatan angin lebih pelan pada

ketinggian yang rendah, sehingga yang tersedia adalah

energi angin yang sedikit. Aliran udara di dekat tanah dan

obyek yang lain mampu menciptakan aliran yang

bergolak, yang bisa menyebabkan berbagai permasalahan

yang berkaitan dengan getaran, diantaranya kebisingan

dan bearing wear yang akan meningkatkan biaya

pemeliharaan atau mempersingkat umur turbin angin. Jika

tinggi puncak atap yang dipasangi menara turbin kira-kira

50% dari tinggi bangunan, ini merupakan titik optimal

bagi energi angin yang maksimal dan turbulensi angin

yang minimal.

194

http://id.wikipedia.org/wiki/Gaya_hambat

3.4 Cara Kerja Turbin Angin

Adapun urutan cara kerja turbin angin adalah

sebagai berikut:

- Pertama: kincir angin memperlambat kecepatan angin

dengan menggunakan bilah, yang cara kerjanya

serupa dengan baling-baling pesawat.

- Setelah angin mengalir di sekeliling bilah, maka bilah

mengumpulkan energi kinetik.

- Kemudian bilah yang terhubung ke poros penggerak

berputar pelan dan mengirimkan banyak tenaga

pemutar ke gearbox.

- Gearbox kemudian menyesuaikan tenaga pemutar ini,

dan sebagai pengganti berputar secara pelan dengan

banyak tenaga di setiap putaran, putaran menjadi

semakin cepat dengan lebih sedikit tenaga di setiap

putaran.

- Saat itulah generator yang terhubung ke gearbox

menghasilkan listrik melalui sekian banyak magnet

dan kawat tembaga yang terdapat di dalamnya.

195

3.5 Inovasi TerbaruTurbin Angin

a. Fuller Wind Turbin

Gambar Fuler Wind Turbine

(Sumber: Siska Maria Eviline/www.solaraero.org)

Jika selama ini turbin identik dengan bilah sudu,

Solar Aero mengembangkan inovasi terbaru yakni Fuller

Wind Turbine. Fuller Wind Turbine merupakan turbin

angin tanpa bilah sudu yang hanya memiliki satu bagian

yang berputar, yaitu poros turbinnya. Seluruh sistem

mekanik pada turbin terbungkus dalam casing. Bentuk ini

memberikan keuntungan dibandingkan dengan turbin

angin konvensional. Beberpaa keuntungannya yaitu tidak

membahayakan burung dan binatang terbang lainnya serta

196

tidak ada bagian bergerak yang terlihat dari luar. Kondisi

ini menguntungkan jika digunakan di dekat instalasi radar

atau pos pengamatan militer. Selain beberapa keuntungan

diatas, Solar Aero (www.solaraero.org) juga menyatakan

bahwa turbin ini tidak membutuhkan perawatan khusus.

Artinya biaya perawatan untuk turbin ini cukup hemat.

Turbin ini bisa disangga dengan menggunakan

bearing magnetik. Keseluruhan sistem yang berukuran

kecil juga bisa dijangkau dengan mudah, karena tidak

diperlukan menara untuk menopang turbin yang dengan

ukuran tersebut bisa menghasilkan listrik 10kiloWatt.

Sesuai dengan prinsip turbin Tesla, perputaran

rotor terjadi akibat adanya udara yang memasuki celah

antara piringan-piringan didalam casing dan kemudian

bergerak menuju saluran keluaran di dekat poros.

Viskositas udara inilah yang menarik piringan bergerak

berputar. Hanya saja pada masa Tesla mengembangkan

teknologi turbin tanpa bilah sudu ini, material yang sesuai

untuk membuat piringan belum ditemukan. Sehingga

efektivitas sistem menurun. Tetapi kini dengan telah

berkembangnya teknologi material, maka hal tersebut

tidak menjadi penghalang lagi

b. Turbin Angin Tipe H untuk pemancar komunikasi

Inovasi turbin H berdasarkan informasi pada

www.hunter-science.com ini dilatarbelakangi oleh tidak

efektifnya pengisisan bahan bakar untuk pemancar

197

http://www.hunter-science.com/

telekomunikasi. Pemancar telekomunikasi biasanya harus

diisi bahan bakar setiap satu jam sekali. Kondisi ini cukup

tidak efektif. Sehingga diciptakanlah turbin angin tipe H

yang bertujuan menciptakan sumber listrik mandiri bagi

pemancar telekomunikasi. Turbin angin tipe H

menggunakan sirip air foil tipe lift yang akan berputar

karena angin dan menyebabkan pemancar mendapatkan

energy listrik sendiri. Dalam sistem kerjanya turbin angin

tipe H ini harus dibantu oleh turbin angin savonius untuk

menggerakkan angin secara teratur yang kemudian

melanjutkan gerak angin untuk menggerakkan turbin

angin tipe H.

4. Mesin Nuklir dan Turbin Nuklir

4.1Reaksi Nuklir

Banyak reaksi nuklir sebenarnya berkaitan dengan

dua langkah terpisah. Pertama partikel datang menumbuk

inti target dan keduanya bergabung untuk membentuk inti

baru yang disebut inti majemuk yang nomor atomik dan

nomor massanya merupakan penjumlahan dari nomor

atomik partikel-partikel semula dan penjumlahan nomor

massanya.

Pembentukan dan peluruhan inti majemuk

memiliki tafsiran yang sangat menarik berdasarkan model

nuklir tetes cairan. Menurut model ini, inti tereksitasi

memiliki keserupaan dengan tetes tetes cairan panas

198

dengan energi ikat partikel yang dipancarkan bersesuaian

dengan kalor penguapan molekul cairan. Tetes cairan

seperti itu pada akhirnya akan menguapkan sebuah atau

lebih molekul sehingga mendinginkannya. Proses

penguapan terjadi jika fluktuasi acak dalam distribusi

energi dalam tetesan menyebabkan molekul tertentu atau

sekelompok nukleon tertentu dalam sesaat ternyata bisa

memiliki fraksi yang cukup besar dari energi cukup untuk

melepaskan diri. Inti majemuk mempertahankan keadaan

eksistensinya sampai suatu nukleon atau sekelompok

bukleon tertentu dalam sesaat ternyata bisa memiliki fraksi

yang cukup besar dari energi eksitasi untuk melepaskan

diri dari inti tersebut.

a. Fisi Nuklir

Gambar Reaksi Fisi Nuklir

Pada tahun 1938 Otto Hahn, seorang ahli kimia

kebangsaan Jerman, menemukan bahwa penembakan

uranium dengan memakai neutron akan menghasilkan

199

barium. Ia menjelaskan gejala ini sebagai fisi dari inti

uranium. Kemudian gejala tersebut disempurnakan oleh

orang yang bernama Enrico Fermi dari universitas

Chicago pada tahun 1944.

Produksi pertama dari fisi nuklir dipakai untuk

sebuah bom. Pembebasan energi pada reaksi nuklir semula

dimasnfaatkan untuk keperluan perang berupa bom atom.

Hasil dari penemuan itu bias dilihat dari hancurnya kota

Hiroshima dan Nagasaki pada tahu 1945. Sungguhpun

demikian penemuan itu dianggap sebagai kemajuan teknis

terpenting setelah penemuan senjata api.

Proses fisi sangat berbeda dengan proses peluruhan

radioaktif yakni ia memerlukan suatu interaksi partikel

dengan inti untuk memulai reaksi. Konsekuensinya,

dibanding dengan peluruhan radioaktif, proses fisi

merupakan proses yang dapat dikendalikan. Pada proses

fisi, isotop berat yang dapat berfungsi menyerap sebuah

neutron berenergi rendah dan membentuk sebuah inti

senyawa yang berada dalam keadaan terangsang akibat

energi pengikatan neutron yang diserap itu. Selang 10-14

detik, inti senyawa yang terangsang meluluh ke kondisi

ground state dengan memancarkan radiasi gamma yang

tertangkap didalam reaksi penangkapan radiatif atau

memfisi.

Proses penangkapan radiatif terjadi pada semua

isotop tetapi hanya menghasilkan sekitar 7 hingga 8 MeV

energi, dan biasanya merubah isotop yang dapat berfisi

200

(U-235) menjadi isotop tak dapat memfisi (U-236).

Kecuali untuk bahan bakar dibaiki, yang dapat dikonversi

menjadi bahan bakar melalui reasi ini, serta bahan control,

rekasi penangkapan radiatif ini tidak diingini dalam

reactor fisi nuklir.

Pada reaksi fikssi, inti senyawa yang terangsang

terbelah menjadi dua inti massa yang klebih rendah,

disebut produk fisi, dan produk ini diseretai dengan b (bias

2 atau 3) neutrin danradiasi fisi gamma. Bila reaksi

penangkapan radiatif melepaskan energi yang sangat kecil,

maka reaksi fisi ini melepaskan energi total sekitar 200

MeV per fisi. Neutron produk reaksi fisi yang dilepaskan

pada waktu reaksi digunakan untuk bereaksi dengan atom-

atom dapat fisi lainnya untuk mendukung reaksi rantai fisi

tersebut.

Gambar Reaksi Fisi Berantai

(Sumber: http://www.g-excess.com/pengertian-energi-nuklir-dan-

fisi-nuklir.html)

201

Pada dasasnya yang terjadi dalam proses

pemecahan inti uranium-235 adalah inti itu pecah menjadi

dua atom lian yang lebih ringan, sedangkan energi

pengikat atom semula dibebaskan. Dan energi yang

dibebaskan itu berbentuk energi kinetik dari dua atau tiga

neutron cepat yang dilempar keluar dan radiasi beberapa

jenis sinar dan panas. Oleh karena itu menjadi penting

bagaimana menangkap energi yang dibebaskan. Hal ini

dilakukan dengan melepaskan neutron-neutron cepat ke

dalam suatu zat, yang dinamakan moderator. Moderator

memperlambat kecepatan neutron. Energi kinetik neutron

dirubah oleh moderator menjadi panas. Bila neutron

lambat bertemu lagi atau bertubrukan lagi dengan sebuah

inti U-235, seperti terlukis pada fase e, maka terulanglah

serapan neutron oleh U-235 menjadi U-236, yang

kemudian menyebabkan terjadinya lagi proses pemecahan.

Energi yang dilepaskan rata-rata dari suatu fisi

tergantung pada beberapa kenaikan kecepatan neutron

yang terjadi, jenis inti bahan bakar, dan jenis bahan

lainnya yang diapakai dalam reaktor. Energi fisi yang

dilepaskan rata-rata adalah sebesar 200 MeV per fisi. Hal

ini sebanding dengan 3,225 x 10-9 W detik per fisi, atau

3,1 x 10-10 per watt-detik. Ini berarti bila sebuah reaktor

3800 MW mempunyai laju fisi sebesar (3800 x 106)(3,1 x

1010) atau 1,178 x 1020 fisi per detik.

202

Hampir semua energi fisi mengendap dalam inti

reaktor dan sebenarnya kebanyakan energi dikonversi

menjadi energi termal pada saat terjadinya energi fisi

dalam bahan bakar. Produk-produk fisi menjalani suatu

jarak yang sangat pendek dan konsekuensinya energi

kinetiknya disimpan sebagai panas di dalam bahan bakar.

Kebanyakan energi partikel beta yang dihasilkan pada

peluluhan produk fisi disimpan dalam bahan bermassa

ringan yang disusupkan di dlaam reaktor yang secara

khusus memperlambat neutron tersebut. Energi sinar

gamma dan fisi juga disimpan di dalam reaktor, tetapi

sebagian energi ini disimpan didalam mantel sekeliling

reaktor.

Sebagian besar energi pengikat dari fisi dilepaskan

dalam waktu satu milidetik setelah fisi. Termasuk energi

kinetik dari produk fisi dan neutron fisi juga radiasi

penangkapan gamma dan fisi. Energi selebihnya yang

dihasilkan dari peluluhan radioaktif dari produk fisi.

b. Fusi Nuklir

Proses fusi pada dasarnya bahwa inti bermassa

ringan bergabung dalam rangka melepaskan kelebihan

energi pengikatan. Reaksi fusi yang bisa kita lihat adalah

reaksi untuk meminyaki matahari yang telah dipakai di

bumi untuk melepaskan energi dalam jumlah yang besar di

dalam termonuklir. Sayang sekali, teknis yang berkaitan

dengan pelepasan terkendali dari eneergi yang diperoleh

203

dari reaksi fusi sampai kini belum terpecahkan meskipun

banyak sekali upaya penelitian yang telah dilakukan dalam

hal teknologi ini.

Reaksi fusi menawarkan beberapa keuntungan

dibandingkan dengan reaksi fisi dalam hal konversi energi

nuklirnya. Salah satu keuntungan besar dibandingkan

dengan fisi adalah jauh lebih banyak. Kenyataannya

terdapat persediaan bahan bakar yang pada dasarnya tak

terbatas. Isotop bahan bakar yang umum dipakai untuk

reaksi fusi adalah deuterium, hidrogen-2, dan isotop ini

terdapat di alam sekitar.

Keuntungan lain reaksi fusi bahwa produk proses

fusi tidaklah bersifat radioaktif setinggi yang dipunyai

oleh produk fisi. Di dalam produk reaksi fusi hanya

hidrogen-3 dan neutron yang bersifat radioaktif dan

neutron akan segera meluluh menjadi atom hidrogen.

Reaksi fusi adalah sulit dimulai dan diawasi.

Sedikit saja ada gangguan terhadap sistem selalu akan

mengakibatkan berhentinya reaksi. Masalah utama yang

berkaitan dengan pengembangan reaktor fusi timbul dari

kenyataan bahwa partikel yang bereaksi keduanya adalah

inti bermuatan positip. Ini berarti bahwa partikel reaksi

tersebut harus mempunyai energi kinetik yang cukup

untuk mengatasi gaya tolak menolak coloumb. Untuk

mendapatkan energi kinetik yang minimum itu, kedua

partikel haruslah mempunyai massa yang sama serta

mempunyai perbandingan massa muatan yang tinggi.

204

Energi minimum atau energi ambang yang

dibutuhkan untuk memulai reaksi telah diberikan lebih

dahulu beserta berbagai reaksi lain. Energi ini umumnya

dinyatakan dalam satuan temperatur, meskipun kerapatan

partikel sebenarnya adalah sangat kecil sehingga semua

electron dilucuti dari intinya dan reaktan dikatakan berada

dalam keadaan yang diberi nama plasma. Kadang-kadang

dikatakan bahwa ini adalah tingkat keempat dari suatu zat.

Ada beberapa sistem dan metoda yang diajukan

untuk memproduksi daya fusi yang terkendali. Masalah

utama adalah berkenaan dengan kemasan plasma. Ada dua

sistem kemasan dasar yang sekarang dalam proses

pengembangan sistem kemasan magnetic dan sistem

kemasan inersia. Rencana pengemasan yang paling mula

sekali untuk memproduksi daya fusi terkendali adalah

dengan memperangkap plasma di dalam suatu medan

magnet yang kuat. Sebuah partikel bermuatan, misalnya

sebuah elektreon atau sebuah inti melakukan gerakan

melingkar (spirals) mengelilingi sebuah garis gaya

magnetic sewaktu partikel itu melewati garis tersebut.

Oleh karena itu harus dibuat suatu cara untuk mengurung

plasma di dalam sebuah medan magnet yang kuat.

205

4.2Prinsip Kerja PLTN

Pembangkit listrik tenaga nuklir (PLTN)

menyediakan sekitar 17 persen dari total tenaga listrik

dunia. Beberapa negara membutuhkan tenaga nuklir yang

lebih besat dari Negara lain. Di Prancis, menurut

International Atomic Energy Agency (IAEA), 75 persen

tenaga listriknya dihasilkan oleh reaktor nuklir. Jumlah

pembangkit tenaga listrik di dunia diperkirakan lebih dari

400 buah dengan 100 buah diantaranya berada di Amerika

Serikat. Pada PLTN, bahan bakar sebuah reaktor nuklir

berupa uranium. Uranium merupakan salah satu hasil

tambang yang terdapat di bumi. Uranium-238 (U-238)

mempunyai waktu paruh yang sangat lama (4,5 milyar

tahun) dengan komposisi 99 persen dari total uranium

yang ada di bumi. Komposisi lainnya, U-235 mempunyai

sekitar 0,7 persen dan U-234 jauh lebih rendah yang

dibentuk melalui proses peluruhan U-238 (U-238 melalui

beberapa tahap peluruhan alpha dan beta untuk

membentuk isotop yang lebih stabil dan U-234 adalah

salah satu hasil dari mata rantai dari peluruhan ini).

Dalam sebuah reaktor nuklir, butiran uranium yang

sudah diperkaya disusun dalam sebuah balok dan

dikumpulkan ke dalam bundelan (reactor). Bundelan

tersebut direndam dalam air pada sebuah bejana tekan. Air

tersebut digunakan sebagai sebuah pendingin. Bundelan

uranium yang digunakan pada reaktor nuklir berada dalam

keadaan superkritis. Hal ini dapat menyebabkan uranium

206

menjadi panas dan meleleh dengan mudah. Untuk

mencegahnya, sebuah balok kontrol (control rods) dibuat

dengan bahan yang menyerap neutron. Balok kontrol

dimasukkan kedalam bundelan uranium dengan

menggunakan sebuah mekaninisme yang dapat

mengangkat atau menurunkan balok kontrol tersebut.

Pengangkatan dan penurunan balok kontrol menerima

perintah seorang operator untuk mengatur jumlah reaksi

nuklir. Ketika seorang operator menginginkan inti

uranium untuk menghasilkan panas yang lebih, balok

kontrol dinaikkan dari bundelan uranium. Sebaliknya, jika

ingin panas berkurang maka balok kontrol harus

diturunkan. Balok kontrol dapat diturunkan hingga

komplit untuk menghentikan reaktor nuklir jika terjadi

kasus kecelakaan atau penggantian bahan bakar.

Bundelan uranium digunakan sebagai sumber

energi panas yang sangat tinggi. Panas ini dapat mengubah

air menjadi uap air. Uap air ini digunakan untuk

menggerakkan sebuah turbin uap yang memutar rotor pada

generator. Berdasarkan hukum Faraday putaran rotor

dikonversi menjadi tenaga listrik. Dalam beberapa reaktor,

uap air akan melalui tahap kedua sebagai pengubah panas

medium untuk mengubah air menjadi uap air yang

menggerakkan turbin. Keuntungan dari desain ini adalah

air atau uap air yang tercemar bahan radioaktif tidak akan

mengenai turbin. Dalam reaktor nuklir yang sama, fluida

pendingin dalam kontak dengan inti reaktor dapat berupa

207

gas (karbon dioksida) atau logam cair (sodium, potasium).

Tipe reaktor ini menerima inti uranium untuk beroperasi

pada suhu yang lebih tinggi.

Selanjutnya terkait prinsip kerja PLTN hampir

mirip dengan PLTU. Perbedaan cara kerja Pembangkit

Listrik Tenaga Uap (PLTU) dengan Pembangkit Listrik

Tenaga Nuklir (PLTN) ditunjukkan pada Gambar di

bawah. Pada PLTU, di dalam ketel uap (boiler) minyak

atau batu bara dibakar untuk membangkitkan uap dengan

temperatur dan tekanan tinggi, kemudian uap ini

disalurkan ke turbin untuk membangkitkan tenaga listrik.

Dalam hal pembangkitan listrik, PLTU dan PLTN

mempunyai prinsip yang sama. Panas yang dihasilkan

digunakan untuk membangkitkan uap dan kemudian uap

disalurkan ke turbin untuk membangkitkan listrik. Yang

berbeda dari kedua tipe pembangkit listrik ini adalah

mesin pembangkit uapnya, yang satu berupa ketel uap dan

yang lainnya berupa reaktor nuklir. Dalam reaktor nuklir

PLTN, reaksi fisi berantai dipertahankan kontinuitasnya

dalam bahan bakar sehingga bahan bakar menjadi panas.

Panas ini kemudian ditransfer ke pendingin reaktor yang

kemudian secara langsung atau tak langsung digunakan

untuk membangkitkan uap. Pembangkitan uap langsung

dilakukan dengan membuat pendingin reaktor (biasanya

air biasa, H2O) mendidih dan menghasilkan uap. Pada

pembangkitan uap tak langsung, Pendingin reaktor

(disebut pendingin primer) yang menerima panas dari

208

bahan bakar disalurkan melalui pipa ke perangkat

pembangkit uap. Pendingin primer ini kemudian

memberikan panas (menembus media dinding pipa) ke

pendingin sekunder (air biasa) yang berada di luar pipa

perangkat pembangkit uap untuk kemudian panas tersebut

mendidihkan pendingin sekunder dan membangkitkan

uap.

Gambar Prinsip kerja PLTN

(Sumber: http://www.g-excess.com/pengertian-energi-nuklir-dan-

fisi-nuklir.html)

4.3Komponen- Komponen Reaktor

Nuklir209

Gambar Reaktor Nuklir

(Sumber:

https://rizknareeedh.wordpress.com/2012/07/01/reaktor-nuklir-

dan-prinsip-kerja-bom-nuklir/)

a. Bahan Bakar Nuklir

Terdapat dua jenis bahan bakar nuklir yaitu bahan

fisil dan bahan fertil. Bahan Fisil ialah suatu unsur/atom

yang langsung dapat memberikan reaksi pembelahan

apabila dirinya menangkap neutron. Bahan Fertil ialah

suatu unsur/atom yang setelah menangkap neutron tidak

dapat langsung membelah, tetapi membentuk bahan fisil.

Pada kenyataannya sebagian besar bahan bakar nuklir

yang berada di alam adalah bahan fertil, sebaai contoh

isotop Thorium di alam adalah 100% Th-232, sedangkan

isotop Uranium hanya 0,7% saja yang merupakan bahan

fisil (U-235), selebihnya sebesar 99,35 adalah bahan fertil

(U-238). Karena alasan fisis, elemen bakar suatu reaktor

210

dibuat dengan kadar isotop fisilnya lebih besar dari

kondisi alamnya, isotop yang demikian disebut sebagai

isotop yang diperkaya, sedangkan sebaliknya untuk kadar

isotop fisil yang lebih kecil dari kondisi alamnya disebut

sebagai isotop yang susut kadar, biasanya ditemui pada

elemen bakar bekas. Selain perubahan kadar bahan

fisilnya, elemen bakar biasanya dibuat dalam bentuk

oksida atau paduan logam dan bahkan pada dasa warsa

terakhir ini sudah banyak dikembangkan dalam bentuk

silisida. Contoh komposisi elemen bakar yang banyak

dipakai: UO2, U3O8-Al, UzrH, U3Si2-Al dan lain-lain.

Tujuan utama dibuatnya campuran tersebut adalah agar

diperoleh elemen bakar yang nilai bakarnya tinggi, titik

lelehnya tinggi, penghantaran panasnya baik, tahan korosi,

tidak mudah retak serta mampu menahan produk fisi yang

terlepas.

b. Bahan Moderator

Dalam reaksi fisi, neutron yang dapat

menyebabkan reaksi pembelahan adalah neutron thermal.

Neutron tersebut memiliki energi sekitar 0,025 eV pada

suhu 27oC. Sementara neutron yang lahir dari reaksi

pembelahan memiliki energi rata-rata 2 MeV yang sangat

jauh lebih besar dari energi thermalnya. Syarat bahan

moderator adalah atom dengan nomor massa kecil. Namun

demikian syarat lain yang harus dipenuhi adalah memiliki

tampang lintang serapan neutron (keboleh-jadian

211

menyerap neutron) yang kecil, memiliki tampang lintang

hamburan yang besar dan memiliki daya hantara panas

yang baik, serta tidak korosif. Contoh bahan moderator :

H2O, D2O (Grafit), Berilium (Be) dan lain-lain.

Bahan moderator ini digunakan untuk

memperlambat pelepasan netron fisi yang menyebabkan

lebih banyak reaksi fisi. Biasanya yang dipakai adalah air,

namun bisa juga air berat atau grafit.

c. Pendingin Reaktor

Berupa cairan atau gas yang mengalir sepanjang

inti reaktor dan memindahkan panas dari dalam keluar.

Dalam reaktor yang memakai air biasa, fungsi moderator

biasanya merangkap sebagai pendingin. Bejana bertekanan

biasanya berupa bejana baja kuat dan didalamnya ada inti

reaktor dan moderator/pendingin. Namun bisa juga berupa

serangkaian tabung yang menampung bahan bakar dan

menyalurkan cairan pendingin ke sepanjang moderator.

Pendingin reaktor berfungsi sebagai sarana

pengambilan panas hasil fisi dari dalam elemen bakar

untuk dipindahkan/dibuang ke tempat lain/lingkungan

melalui perangkat penukar panas (H.E). Sesuai dengan

fungsinya maka bahan yang baik sebagai pendingin adalah

fluida yang koefisien perpindahan panasnya sangat bagus.

Persyaratan lain yang harus dipenuhi agar tidak

mengganggu kelancaran proses fisi pada elemen bakar

adalah pendingin juga harus memiliki tampang lintan

212

serapan neutron yang kecil, dan tampang lintang

hamburan yang besar serta tidak korosif. Contoh fluida-

fluida yang biasa dipakai sebagai pendingin adalah: H2O,

D2O, Na cair. Gas He dan lain-lain.

d. Generator uap

Generator uap adalah bagian dari sistem

pendinginan di mana panas dari reaktor digunakan untuk

membuat uap dari turbin.

e. Batang Kendali Reaktor

Bagian ini dibuat dari material yang menyerap

netron, seperti cadmium, hafnium atau boron. Material ini

bisa dimasukkan atau terlepas dari inti untuk mengontrol

kecepatan reaksi hingga menghentikan reaksi. Selain itu

ada sistem pemadaman kedua dengan menambahkan

penyerap netron yang lain, biasanya terdapat dalam sistem

pendingin utama.

Batang kendali berfungsi sebagai pengendali

jalannya operasi reaktor agar laju pembelahan/populasi

neutron di dalam teras reaktor dapat diatur sesuai dengan

kondisi operasi yang dikehendaki. Selain hal tersebut,

batang kendali juga berfungsi untuk memadamkan

reaktor/menghentikan reaksi pembelahan. Sesuai dengan

fungsinya, bahan batang kendali adalah material yang

mempunyai tampang lintang serapan neutron yang sangat

besar, dan tampang lintang hamburan yang kecil. Bahan-

213

bahan yang sering dipakai adalah: Boron, cadmium,

gadolinium dan lain-lain. Bahan-bahan tersebut biasanya

dicampur dengan bahan lain agar diperoleh sifat yang

tahan radiasi, titik leleh yang tinggi dan tidak korosif.

Prinsip kerja pengaturan operasi adalah dengan

jalan memasukkan dan mengeluarkan batang kendali ke

dan dari teras reaktor. Jika batang kendali dimasukkan,

maka sebagian besar neutron akan tertangkap olehnya,

yang berarti populasi neutron di dalam reaktor akan

berkurang dan kemudian padam. Sebaliknya jika batang

kendali dikeluarkan dari teras, maka populasi neutron akan

bertambah, dan akan mencapai tingkat jumlah tertentu.

Pertambahan/penurunan populasi neutron berkait langsung

dengan perubahan daya reaktor.

f. Perangkat Detektor

Detektor adalah komponen penunjang yang mutlak

diperlukan di dalam reaktor nuklir. Semua insformasi

tentang kejadian fisis di dalam teras reaktor, yang meliputi

popularitas neutron, laju pembelahan, suhu dan lain-lain

hanya dapat dilihat melalui detektor yang dipasang dalam

di dalam teras. Secara detail mengenai masalah tersebut

akan dibicarakan dalam pelajaran instrumentasi reaktor.

g. Reflektor

214

Neutron yang keluar dari pembelahan bahan fisil,

berjalan dengan kecepatan tinggi ke segala arah. Karena

sifatnya yag tidak bermuatan listrik maka gerakannya

bebas menembus medium dan tidak berkurang bila tidak

menumbuk suatu inti atom medium. Karena sifat tersebut,

sebagian neutron tersebut dapat lolos keluar teras reaktor,

atau hilang dari sistem. Keadaan ini secara ekonomi berati

kerugian, karena netron tersebut tidak dapat digunakan

untuk proses fisi berikutnya. Untuk mengurangi kejadian

ini, maka sekeliling teras reaktor dipasang bahan pemantul

neutron yang disebut reflektor, sehingga nutron-neutron

yang lolos akan bertahan dan dikembalikan ke dalam teras

untuk dimanfaatkan lagi pada proses fisi berikutnya.

Bahan-bahan reflektor yang baik adalah unsur-

unsur yang mempunyai tampang lintang hamburan

neutron yang besar, dan tampang lintang serapan yang

sekecil mungkin serta tidak korosif. Bahan-bahan yang

sering digunakan antara lain: Berilium, Grafit, Parafin,

Air, D2O.

h. Bejana dan Perisai Reaktor

Bejana/tangki raktor berfungsi untuk menampung

fluida pendingin agar teras reaktor selalu terendam di

dalamnya. Bejana tersebut selain harus kuat menahan

beban, maka harus pula tidak korosif bila berinteraksi

dengan pendingin atau benda lain di dalam teras. Bahan

215

yang bisa digunakan adalah: alumunium, dan stainless

stell.

Perisai reaktor berfungsi untuk

menahan/menghambat/menyerap radiasi yang lolos dari

teras reaktor agar tidak menerobos keluar sistem reaktor.

Karena reaktor adalah sumber radiasi yang sangat

potensial, maka diperlukan suatu sistem perisai yang

mampu menahan semua jenis radiasi tersebut pada

umumnya perisai yang digunakan adalah lapisan beton

berat.

i. Containment (penahan)

Containment (penahan) yaitu struktur di sekitar inti

reaktor yang dirancang untuk melindunginya dari

gangguan luar dan melindungi bagian luar dari efek radiasi

jika ada kesalahan. Bagian ini dibuat dari struktur beton

dan baja dengan tebal mencapai 1 m. Kebanyakan reaktor

perlu dimatikan saat pengisian bahan bakar. Dalam hal ini

pengisian bahan bakar dilakukan pada interval 1-2 tahun

dan seperempat atau tigaperempat pasang bahan bakar

diganti dengan yang baru. Pada tipe CANDU dan RBMK

yang memiliki tabung bertekanan (bukan bejana tekan

yang menutup inti reaktor), pengisian ulang bahan bakar

bisa dilakukan saat generator bekerja dengan memutus

tabung bertekanan itu. Pada reaktor dengan moderator air

berat atau grafit, reaktor bisa bekerja seperti biasa bahkan

saat pengayaan uranium. Uranium alam masih memiliki

216

komposisi yang sama dengan saat ditambang (memiliki

0,7% isotop U-235 dan 99,2% U-238). Uranium ini

memiliki isotop U-235 yang cenderung terus membelah.

Isotop ini kemudian dikayakan hingga 3,5-5%.

Pada proses pengayaan seperti ini moderator bisa berupa

air biasa dan disebut dengan reaktor air ringan. Air ini bisa

menyerap netron dengan baik, namun tak seefektif

menggunakan air berat atau grafit. Dalam berbagai kasus

yang langka, bangunan inti reaktor bisa rusak sehingga

menyebabkan masalah pada sistem pendinginan atau

moderator. Akibatnya, reaksi fisi yang terjadi bisa tak

terkendali dan menyebabkan ledakan atau tersebarnya

asap radioaktif ke mana-mana.

j. Perangkat Penukar Panas

Perangkat penukar panas (Heat Exchanger)

merupakan komponen penunjang yang berfungsi sebagai

sarana pengalihan panas dari pendingin primer, yang

menerima panas dari elemen bakar, untuk diberikan pada

fluida pendingin yang lain (sekunder). Dengan sistem

pengambilan panas tersebut maka integritas komponen

teras akan selalu terjamin. Pada jenis reaktor tertentu,

terutama jenis PLTN, Heat Exchanger juga berfungsi

sebagai fasilitas pembangkit uap.

217

4.4Macam-macam Tipe Reaktor Nuklir

Pada umumnya tipe reaktor nuklir dalam PLTN

dibedakan berdasarkan komposisi dan konstruksi dari

bahan moderator neutron dan bahan pendingin yang

digunakan sehingga digunakan sebutan seperti

reaktor gas, reaktor air ringan, reaktor air berat (air

ringan: H2O; air berat: D2O; D adalah salah satu isotop

hidrogen, yaitu deuterium 2H1). Selain itu faktor

kondisi air pendingin juga menjadi pertimbangan

penggolongan tipe reaktor nuklir dalam PLTN. Jika air

pendingin dalam kondisi mendidih disebut reaktor air

didih, jika tak mendidih (atau tidak diizinkan mendidih,

dengan memberi tekanan secukupnya pada pendingin)

disebut reaktor air tekan. Reaktor nuklir dengan

temperatur pendingin sangat tinggi (di atas 800oC) disebut

reaktor gas temperatur tinggi. Kecepatan neutron rata-rata

dalam reaktor yang dihasilkan dari reaksi fisi juga dipakai

untuk menggolongkan tipe reaktor. Berdasarkan

kecepatan neutron rata-rata dalam teras, ada reaktor

cepat dan reaktor termal (neutron dengan kecepatan relatif

lambat sering disebut sebagai neutron termal).

a. Reaktor Air Ringan (Light Water Reactor, LWR)

Di antara PLTN yang masih beroperasi di dunia,

80 % adalah PLTN tipe Reaktor Air Ringan (LWR).

Reaktor ini pada awalnya dirancang untuk tenaga

penggerak kapal selam angkatan laut Amerika. Dengan

218

modifikasi secukupnya dan peningkatan daya seperlunya

kemudian digunakan dalam PLTN. PLTN tipe ini

dengan daya terbesar yang masih beroperasi pada saat

ini (tahun 2003) adalah PLTN Chooz dan Civaux di

Perancis yang mempunyai daya 1500 MWe, dari kelas

N-4 Perancis. Reaktor Air Ringan dapat dibedakan

menjadi dua golongan yaitu Reaktor Air Didih dan

Reaktor Air Tekan (pendingin tidak mendidih), kedua

golongan ini menggunakan air ringan sebagai bahan

pendingin dan moderator.

Pada tipe reaktor air ringan sebagai bahan

bakar digunakan uranium dengan pengayaan rendah

sekitar 2% -4%; bukan uranium alam karena sifat air

yang menyerap neutron. Kemampuan air dalam

memoderasi neutron (menurunkan kecepatan/ energi

neutron) sangat baik, maka jika digunakan dalam reaktor

(sebagai moderator neutron dan pendingin) ukuran teras

reaktor menjadi lebih kecil (kompak) bila dibandingkan

dengan reaktor nuklir tipe reaktor gas dan reaktor air berat.

b. Reaktor Air Tekan (Pressurized Water Reactor, PWR)

Pada PLTN tipe PWR, air sistem pendingin

primer masuk ke dalam bejana tekan reaktor pada

tekanan tinggi dan temperatur lebih kurang 290oC. Air

bertekanan dan bertemperatur tinggi ini bergerak pada

sela-sela batang bahan bakar dalam perangkat bahan bakar

ke arah atas teras sambil mengambil panas dari batang

219

bahan bakar, sehingga temperaturnya naik menjadi

sekitar 320oC. Air pendingin primer ini kemudian

disalurkan ke perangkat pembangkit uap (lewat sisi

dalam pipa pada perangkat pembangkit uap), di perangkat

ini air pendingin primer memberikan energi panasnya ke

air pendingin sekunder (yang ada di sisi luar pipa

pembangkit uap) sehingga temperaturnya naik

sampai titik didih dan terjadi penguapan. Uap yang

dihasilkan dari penguapan air pendingin sekunder tersebut

kemudian dikirim ke turbin untuk memutar turbin yang

dikopel dengan generator listrik. Perputaran generator

listrik akan menghasilkan energi listrik yang

disalurkan ke jaringan listrik. Air pendingin primer

yang ada dalam bejana reaktor dengan temperatur 320oC

akan mendidih jika berada pada tekanan udara biasa

(sekitar satu atmosfer). Agar pendingin primer ini tidak

mendidih, maka sistem pendingin primer diberi tekanan

hingga 157 atm. Karena adanya pemberian tekanan ini

maka bejana reaktor sering disebut sebagai bejana tekan

atau bejana tekan reaktor. Pada reaktor tipe PWR, air

pendingin primer yang membawa unsur-unsur radioaktif

dialirkan hanya sampai ke pembangkit uap, tidak

sampai turbin, oleh karena itu pemeriksaan dan

perawatan sistem sekunder (komponen sistem

sekunder: turbin, kondenser, pipa penyalur, pompa

sekunder dll.) menjadi mudah dilakukan.

220

Pada prinsipnya PWR yang dikembangkan oleh

Rusia (disebut VVER) sama dengan PWR yang

dikembangkan oleh negara-negara barat. Perbedaan

konstruksi terdapat pada bentuk penampang perangkat

bahan bakar VVER (berbentuk segi enam) dan letak

pembangkit uap VVER (horisontal).

Pada reaktor tipe PWR, seperti yang banyak

beroperasi saat ini, peralatan sistem primer saling

dihubungkan membentuk suatu untai (loop). Jika peralatan

sistem primer dihubungkan oleh dua pipa penghubung

utama yang diperpendek, dan kemudian dimasukkan

dalam bejana reaktor maka sistem seperti ini disebut

reaktor setengah terintegrasi (setengah modular).

Tetapi jika seluruh sistem primer disatukan dan

dimasukkan ke dalam bejana reaktor maka disebut

reaktor terintegrasi (modular)

c. Reaktor Air Didih (Boiling Water Reactor, BWR)

Karakteristika unik dari reaktor air didih adalah

uap dibangkitkan langsung dalam bejana reaktor dan

kemudian disalurkan ke turbin pembangkit listrik.

Pendingin dalam bejana reaktor berada pada temperatur

sekitar 285 o C dan tekanan jenuhnya sekitar 70 atm.

Reaktor ini tidak memiliki perangkat pembangkit

uap tersendiri, karena uap dibangkitkan di bejana

reaktor. Karena itu pada bagian atas bejana reaktor

terpasang perangkat pemisah dan pengering uap,

221

akibatnya konstruksi bejana reaktor menjadi lebih

rumit. Konstruksi reaktor BWR diperlihatkan pada

sedangkan pada ditunjukan perkembangan teknologi

reaktor BWR.

d. Reaktor Air Berat (Heavy Water Reactor, HWR)

Dalam hal kemampuan memoderasi neutron, air

berat berada pada urutan berikutnya setelah air ringan,

tetapi air berat hampir tidak menyerap neutron. Oleh

karena itu jika air berat dipakai sebagai moderator,

maka dengan hanya menggunakan uranium alam

(tanpa pengayaan) reaktor dapat beroperasi dengan

baik. Bejana reaktor (disebut kalandria) merupakan

tangki besar yang berisi air berat, di dalamnya terdapat

pipa kalandria yang berisi perangkat bahan bakar.

Tekanan air berat biasanya berkisar pada tekanan satu

atmosfer, dan temperaturnya dijaga agar tetap di bawah

100 o C. Akan tetapi pendingin dalam pipa kalandria

mempunyai tekanan dan temperatur yang tinggi, sehingga

konstruksi pipa kalandria berwujud pipa tekan yang tahan

terhadap tekanan dan temperatur yang tinggi.

e. Reaktor Air Berat Tekan (Pressurized Heavy Water

Reactor, PHWR)

CANadian Deuterium Uranium Reactor (CANDU)

adalah suatu PLTN yang tergolong pada tipe reaktor

pendingin air berat tekan dengan pipa tekan. Reaktor ini

merupakan reaktor air berat yang banyak digunakan.

222

Bahan bakar yang digunakan adalah uranium alam.

Kanada menjadi pelopor penyebaran reaktor tipe ini di

seluruh dunia.

f. Reaktor Air Berat Pendingin Gas (Heavy Water Gas

Cooled Reactor, HWGCR)

HWGCR atau sering dibalik GCHWR adalah suatu

tipe reaktor nuklir yang menggunakan air berat sebagai

bahan moderatornya, sehingga pemanfaatan

neutronnya optimal. Gas pendingin dinaikkan

temperaturnya sampai pada tingkat yang cukup tinggi

sehingga efisiensi termal reaktor ini dapat

ditingkatkan. Tetapi oleh karena persoalan

pengembangan bahan kelongsong yang tahan terhadap

temperatur tinggi dan paparan radiasi lama belum

terpecahkan hingga sekarang, maka pada akhirnya di

dunia hanya terdapat 4 reaktor tipe ini. Di negara

Perancis reaktor tipe ini dibangun, tetapi sebagai

bahan kelongsong tidak digunakan berilium melainkan

stainless steel.

4.5 Kelebihan dan Kekurangan Nuklir

Keuntungan :

1. Tidak mencemarkan udara. PLTN tidak

menghasilkan karbondioksida, sulfur dioksida,

nitrogen oksida, tidak seperti energi lainnya seperti

batu bara, gas, dan minyak bumi yang

223

menghasilkan produk sisa. Semua produk sisa ini

tidak hanya berbahaya bagi manusia, tapi juga bagi

lingkungan. Karbondioksida adalah gas rumah

kaca yang ikut memberikan andil terhadap

pemanasan global dan penipisan lapisan ozon.

Sulfur dioksida bisa menyebabkan iritasi paru –

paru sedangkan nitrogen oksida dapat

menyebabkan exasperate asthmatic conditions.

Nitrogen Oksida juga dapat menyebabkan hujan

asam yang berbahaya bagi lingkungan ketika gas

ini.

2. Menghasilkan bahan-bahan sisa padat lebih

sedikit.

3. Cadangan sumber bahan bakar nuklir

melimpah.

4. Penyediaan bahan bakarnya memerlukan

penambangan yang lebih sedikit.

5. Lebih ekonomis.Energi Nuklir adalah

energi yang murah untuk dihasilkan, ini

membuatnya menjadi energi alternatif yang luar

biasa. Bisa dibayangkan, satu gram uranium saja

mampu menghasilkan energi listrik yang setara

dengan satu ton batu bara. Mungkin biaya yang

relatif mahal dalam energi nuklir adalah dalam hal

konstruksi dari PLTN. Namun ketika PLTN sudah

dibangun maka dapat dirasakan bahwa ternyata

PLTN merupakan pembangkit listrik yang paling

224

ekonomis. Ini dikarenakan biaya pengoperasian

dan bahan bakarnya jauh lebih murah

dibandingkan dengan biaya sumber energi lainnya.

6. Persoalan pangangkutan bahan bakar lebih

mudah

7. Pemilihan letak lebih luwes.

8. Pembangkit listrik tenaga nuklir tidak

memakan banyak ruang. Hal ini memungkinkan

mereka untuk ditempatkan di lokasi yang telah

dikembangkan dan kekuasaan tidak harus

ditransfer jarak jauh.

9. Keuntungan lain tenaga nuklir adalah

bahwa energi nuklir lebih terkonsentrasi energi,

sehingga dapat diproduksi dalam jumlah besar

selama jangka waktu yang singkat.

10. Kemungkinan untuk produksi jangka

panjang yang besar karena reaktor baru, di mana

mahal dapat dibuat ketika yang lama usang.

cadangan Minyak dan jenis bahan bakar fosil

lainnya cenderung kehabisan di beberapa titik.

11. Salah satu manfaat paling signifikan dari

energi nuklir adalah bahwa tanaman nuklir akan

menghasilkan energi bahkan setelah batubara dan

minyak menjadi langka. Dengan demikian,

tanaman nuklir memainkan peran utama dalam

produksi energi.

225

12. Kurang bahan bakar nuklir yang diperlukan

oleh tanaman jika dibandingkan dengan orang

yang membakar bahan bakar fosil. Bahkan setelah

membakar beberapa juta ton batubara atau

beberapa juta barel minyak, satu ton uranium

menghasilkan lebih banyak energi.

13. Produksi energi nuklir juga ramah

lingkungan karenanya menurunkan ketergantungan

pada penyebab polusi bahan bakar fosil.

14. Nuklir membutuhkan ruang lebih sedikit

15. Bila dibandingkan dengan batubara dan

minyak, energi nuklir adalah jauh terkonsentrasi

sebagian besar bentuk energi.

Kelemahan:

1. Menghasilkan bahan sisa radioaktif yang berumur

sangat panjang sehingga harus disimpan dan

diamankan untuk jangka waktu yang sangat lama.

2. Dapat melepaskan bahan-bahan radioaktif. Perlu

ditambahkan bahwa pelepasannya adalah

sedemikian rendahnya sehingga tidak begitu berarti

apabila dibandingkan dengan latar belakang radiasi

yang sudah ada dalam alam. Pelepasan bahan-

bahan radioaktif dari suatu Pusat Listrik Tenaga

Batu-bara yang berasal dari radio-aktivitas alam

dalam batu bara dapat melebihi pelepasan

radioaktif dari Pusat Listrik Tenaga Nuklir.

226

3. Dalam PLTN terdapat himpunan bahan-bahan

radioaktif dalam jumlah amat besar yang harus

dikungkung, dalam keadaan bagaimanapun juga.

Oleh karena itu, segi-segi keselamatan yang

bersangkutan dengan kemungkinan terjadinya

kecelakaan dapat lebih berat dibandingkan dengan

PLT-Batu bara.

4. Modal yang diperlukan untuk pembangunan PLTN

lebih besar dan waktu pembangunannya lebih lama

dibandingkan dengan PLT-Batubara

selain itu Energi nuklir juga dapt digunakan sebagi

senjata. Dalam hal ini senjata nuklir ini sudah di

gunakan 2 kali. yaitu oleh amerika dalam perang

dunia II untuk menghancurkan kota Hiroshima dan

Nagasaki. Yang paling berbahaya dari Energi

Nuklir ini (Jika PLTN meledak, Atau dalam

senjata) adalah Radiasi Radioaktif. Radiasi tersebut

dapat menyebabkan kanker, baik kanker kulit,

tulang, darah, dsb. selain itu Radiasi tersebut juga

menyebakan mutasi gen, bahkan menyebabkan

kematian. Kecelakan Nuklir terparah sepanjang

sejarah terjadi di rusia pada Tanggal 26 April 1986,

tepatnya di Chernobyl. jumlah korban kecelakaan

di Chernobyl yang mencapai 1 juta jiwa.

5. Salah satu kelemahan utama energi nuklir adalah

bahwa ledakan menghasilkan radiasi nuklir, radiasi

ini merugikan sel-sel tubuh yang dapat membuat

227

manusia sakit atau bahkan menyebabkan kematian

mereka. Penyakit dapat muncul atau memukul

tahun orang setelah mereka terkena radiasi nuklir.

6. Orang-orang akan rentan terhadap penyakit bahkan

bertahun-tahun setelah mereka terkena radiasi

nuklir.

7. Radioaktif tingkat tinggi dipancarkan dari energi

nuklir sangat berbahaya. Sekali dirilis, hal itu

berlangsung selama puluhan ribu tahun sebelum

membusuk ke tingkat yang aman.

8. Uranium adalah sumber daya yang langka, dan

diharapkan untuk terakhir hanya untuk tahun

berikutnya 30-60 tergantung pada permintaan

aktual.

9. Periode pembangunan untuk pembangkit listrik

tenaga nuklir yang cukup panjang. Kerangka waktu

yang diperlukan untuk formalitas, perencanaan dan

pembangunan generasi pembangkit listrik nuklir

baru dalam kisaran 20 sampai 30 tahun.

10. Jenis bencana yang mungkin dikenal sebagai

reaktor meltdown. Dalam meltdown, reaksi fisi

atom berjalan di luar kendali, yang menyebabkan

ledakan nuklir melepaskan radiasi dalam jumlah

besar.

11. Pembuangan limbah nuklir dapat terbakar spontan

tanpa peringatan.

228

12. Kerugian lain adalah bahwa reaktor nuklir hanya

berlangsung sekitar empat puluh sampai lima puluh

tahun.

5. Biomassa

5.1 Pengertian Biomassa

Biomassa adalah bahan organik yang dihasilkan

melalui pross fotosintetik, baik berupa produk maupun

buangan. Contoh biomassa antara lain adalah tanaman,

pepohonan, rumput, ubi, limbah pertanian, limbah hutan,

tinja dan kotoran ternak. Selain digunakan untuk tujuan

primer serat, bahan pangan, pakan ternak, miyak nabati,

bahan bangunan dan sebagainya, biomassa juga digunakan

sebagai sumber energi (bahan bakar). Umum yang

digunakan sebagai bahan bakar adalah biomassa yang nilai

ekonomisnya rendah atau merupakan limbah setelah

diambil produk primernya.

Sumber energi biomassa mempunyai beberapa

kelebihan antara lain merupakan sumber energi yang

dapat diperbaharui (renewable) sehingga dapat

menyediakan sumber energi secara berkesinambungan

(suistainable). Di Indonesia, biomassa merupakan sumber

daya alam yang sangat penting dengan berbagai produk

primer sebagai serat, kayu, minyak, bahan pangan dan

lain-lain yang selain digunakan untuk memenuhi

229

kebutuhan domestik juga diekspor dan menjadi tulang

punggung penghasil devisa negara.

5.2 Biomassa sebagai Sumber Energi

Potensi biomassa di Indonesia yang bisa digunakan

sebagai sumber energi jumlahnya sangat melimpah.

Limbah yang berasal dari hewan maupun tumbuhan

semuanya potensial untuk dikembangkan. Tanaman

pangan dan perkebunan menghasilkan limbah yang cukup

besar, yang dapat dipergunakan untuk keperluan lain

seperti bahan bakar nabati. Pemanfaatan limbah sebagai

bahan bakar nabati memberi tiga keuntungan langsung.

Pertama, peningkatan efisiensi energi secara keseluruhan

karena kandungan energi yang terdapat pada limbah cukup

besar dan akan terbuang percuma jika tidak dimanfaatkan.

Kedua, penghematan biaya, karena seringkali membuang

limbah bisa lebih mahal dari pada memanfaatkannya.

Ketiga, mengurangi keperluan akan tempat penimbunan

sampah karena penyediaan tempat penimbunan akan

menjadi lebih sulit dan mahal, khususnya di daerah

perkotaan.

Selain pemanfaatan limbah, biomassa sebagai

produk utama untuk sumber energi juga akhir-akhir ini

dikembangkan secara pesat. Kelapa sawit, jarak, kedelai

230

merupakan beberapa jenis tanaman yang produk utamanya

sebagai bahan baku pembuatan biodiesel. Sedangkan ubi

kayu, jagung, sorghum, sago merupakan tanaman-tanaman

yang produknya sering ditujukan sebagai bahan

pembuatan bioethanol.

5.3 Pemanfaatan Energi Biomassa

Secara umum teknologi konversi biomassa

menjadi bahan bakar dapat dibedakan menjadi tiga yaitu

pembakaran langsung, konversi termokimiawi dan

konversi biokimiawi. Pembakaran langsung merupakan

teknologi yang paling sederhana karena pada umumnya

biomassa telah dapat langsung dibakar. Beberapa

biomassa perlu dikeringkan terlebih dahulu dan

didensifikasi untuk kepraktisan dalam penggunaan.

Konversi termokimiawi merupakan teknologi yang

memerlukan perlakuan termal untuk memicu terjadinya

reaksi kimia dalam menghasilkan bahan bakar.

Sedangkan konversi biokimiawi merupakan teknologi

konversi yang menggunakan bantuan mikroba dalam

menghasilkan bahan bakar.

a. Biobriket

Briket adalah salah satu cara yang digunakan untuk

mengkonversi sumber energi biomassa ke bentuk

biomassa lain dengan cara dimampatkan sehingga

231

bentuknya menjadi lebih teratur. Briket yang terkenal

adalah briket batubara namun tidak hanya batubara saja

yang bisa di bikin briket. Biomassa lain seperti sekam,

arang sekam, serbuk gergaji, serbuk kayu, dan limbah-

limbah biomassa yang lainnya. Pembuatan briket tidak

terlalu sulit, alat yang digunakan juga tidak terlalu rumit.

Di IPB terdapat banyak jenis-jenis mesin pengempa briket

mulai dari yang manual, semi mekanis, dan yang memakai

mesin. Adapun cara untuk membuat biobriket secara semi

mekanis disajikan dalam bentuk video.

b. Gasifikasi

Secara sederhana, gasifikasi biomassa dapat

didefinisikan sebagai proses konversi bahan selulosa

dalam suatu reaktor gasifikasi (gasifier) menjadi bahan

bakar. Gas tersebut dipergunakan sebagai bahan bakar

motor untuk menggerakan generator pembangkit listrik.

Gasifikasi merupakan salah satu alternatif dalam rangka

program penghematan dan diversifikasi energi. Selain itu

gasifikasi akan membantu mengatasi masalah penanganan

dan pemanfaatan limbah pertanian, perkebunan dan

kehutanan. Ada tiga bagian utama perangkat gasifikasi,

yaitu : (a) unit pengkonversi bahan baku (umpan) menjadi

gas, disebut reaktor gasifikasi atau gasifier, (b) unit

pemurnian gas, (c) unit pemanfaatan gas.

c. Pirolisa232

Pirolisa adalah penguraian biomassa (lysis) karena

panas (pyro) pada suhu yang lebih dari 150oC. Pada proses

pirolisa terdapat beberapa tingkatan proses, yaitu pirolisa

primer dan pirolisa sekunder.Pirolisa primer adalah

pirolisa yang terjadi pada bahan baku (umpan), sedangkan

pirolisa sekunder adalah pirolisa yang terjadi atas partikel

dan gas/uap hasil pirolisa primer. Penting diingat bahwa

pirolisa adalah penguraian karena panas, sehingga

keberadaan O2 dihindari pada proses tersebut karena akan

memicu reaksi pembakaran.

d. Liquification

Liquification merupakan proses perubahan wujud

dari gas ke cairan dengan proses kondensasi, biasanya

melalui pendinginan, atau perubahan dari padat ke cairan

dengan peleburan, bisa juga dengan pemanasan atau

penggilingan dan pencampuran dengan cairan lain untuk

memutuskan ikatan. Pada bidang energi liquification tejadi

pada batubara dan gas menjadi bentuk cairan untuk

menghemat transportasi dan memudahkan dalam

pemanfaatan.

e. Biokimia

Pemanfaatan energi biomassa yang lain adalah

dengan cara proses biokimia. Contoh proses yang

termasuk ke dalam proses biokimia adalah hidrolisis,

fermentasi dan an-aerobic digestion. An-aerobic digestion 233

adalah penguraian bahan organik atau selulosa menjadi

CH4 dan gas lain melalui proses biokimia. Adapun tahapan

proses anaerobik digestion adalah diperlihatkan pada

Gambar dibawah.

Selain anaerobic digestion, proses pembuatan

etanol dari biomassa tergolong dalam konversi

biokimiawi. Biomassa yang kaya dengan karbohidrat atau

glukosa dapat difermentasi sehingga terurai menjadi etanol

dan CO2. Akan tetapi, karbohidrat harus mengalami

penguraian (hidrolisa) terlebih dahulu menjadi glukosa.

Etanol hasil fermentasi pada umumnya mempunyai kadar

air yang tinggi dan tidak sesuai untuk pemanfaatannya

sebagai bahan bakar pengganti bensin. Etanol ini harus

didistilasi sedemikian rupa mencapai kadar etanol di atas

99.5%.

5.4 Biogas

Biogas merupakan gas yang dihasilkan oleh

aktivitas anaerobik atau fermentasi dari bahan-bahan

organik termasuk di antaranya; kotoran manusia dan

hewan, limbah domestik (rumah tangga), sampah

biodegradable atau setiap limbah organik yang

biodegradable dalam kondisi anaerobik. Kandungan

utama dalam biogas adalah metana dan karbon dioksida.

Biogas dapat digunakan sebagai bahan bakar kendaraan

maupun untuk menghasilkan listrik.

234

http://id.wikipedia.org/wiki/Listrik

http://id.wikipedia.org/wiki/Karbon_dioksida

http://id.wikipedia.org/wiki/Metana

http://id.wikipedia.org/wiki/Hewan

http://id.wikipedia.org/wiki/Manusia

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Organik&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Fermentasi

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Aktivitas_anaerobik&action=edit&redlink=1

Biogas yang dihasilkan oleh aktivitas anaerobik

sangat populer digunakan untuk mengolah limbah

biodegradable karena bahan bakar dapat dihasilkan sambil

Mengurai dan sekaligus mengurangi volume limbah

buangan. Metana dalam biogas, bila terbakar akan relatif

lebih bersih daripada batu bara, dan menghasilkan energi

yang lebih besar dengan emisi karbon dioksida yang lebih

sedikit. Pemanfaatan biogas memegang peranan penting

dalam manajemen limbah karena metana merupakan gas

rumah kaca yang lebih berbahaya dalam pemanasan global

bila dibandingkan dengan karbon dioksida. Karbon dalam

biogas merupakan karbon yang diambil dari atmosfer oleh

fotosintesis tanaman, sehingga bila dilepaskan lagi ke

atmosfer tidak akan menambah jumlah karbon di atmosfer

bila dibandingkan dengan pembakaran bahan bakar fosil.

Saat ini, banyak negara maju meningkatkan

penggunaan biogas yang dihasilkan baik dari limbah cair

maupun limbah padat atau yang dihasilkan dari sistem

pengolahan biologi mekanis pada tempat pengolahan

limbah.

5.4.1 Komposisi Biogas

Komposisi biogas bervariasi tergantung dengan

asal proses anaerobik yang terjadi. Gas landfill memiliki

konsentrasi metana sekitar 50%, sedangkan sistem

235

http://id.wikipedia.org/wiki/Bahan_bakar_fosil

http://id.wikipedia.org/wiki/Fotosintesis

http://id.wikipedia.org/wiki/Karbon

http://id.wikipedia.org/wiki/Pemanasan_global

http://id.wikipedia.org/wiki/Gas_rumah_kaca

http://id.wikipedia.org/wiki/Gas_rumah_kaca

http://id.wikipedia.org/wiki/Batu_bara

http://id.wikipedia.org/wiki/Anaerobik

pengolahan limbah maju dapat menghasilkan biogas

dengan 55-75%CH4.

Tabel 1. Komposisi biogas

Komponen %

Metana (CH4) 55-75

Karbon dioksida (CO2) 25-45

Nitrogen (N2) 0-0.3

Hidrogen (H2) 1-5

Hidrogen sulfida (H2S) 0-3

Oksigen (O2) 0.1-0.5

Nilai kalori dari 1 meter kubik Biogas sekitar

6.000 watt jam yang setara dengan setengah liter minyak

diesel. Oleh karena itu Biogas sangat cocok digunakan

sebagai bahan bakar alternatif yang ramah lingkungan

pengganti minyak tanah, LPG, butana, batu bara, maupun

bahan-bahan lain yang berasal dari fosil.

5.4.2 Proses Pembuatan Biogas

236

http://id.wikipedia.org/wiki/Fosil

http://id.wikipedia.org/wiki/Butana

http://id.wikipedia.org/wiki/LPG

http://id.wikipedia.org/wiki/Minyak_tanah

Prinsip pembuatan biogas adalah adanya

dekomposisi bahan organik secara anaerobik (tertutup dari

udara bebas) untuk menghasilkan gas yang sebagian besar

adalah berupa gas metan (yang memiliki sifat mudah

terbakar) dan karbon dioksida, gas inilah yang disebut

biogas.

Proses penguraian oleh mikroorganisme untuk

menguraikan bahan-bahan organik terjadi secara anaerob.

Proses anaerob adalah proses biologi yang berlangsung

pada kondisi tanpa oksigen oleh mikroorganisme tertentu

yang mampu mengubah senyawa organik menjadi metana

(biogas). Proses ini banyak dikembangkan untuk

mengolah kotoran hewan dan manusia atau air limbah

yang kandungan bahan organiknya tinggi. Sisa pengolahan

bahan organik dalam bentuk padat digunakan untuk

kompos.

Secara umum, proses anaeorob terdiri dari empat

tahap yakni: hidrolisis, pembentukan asam, pembentukan

asetat dan pembentukan metana. Proses anaerob

dikendalikan oleh dua golongan mikroorganisme

(hidrolitik dan metanogen). Bakteri hidrolitik memecah

senyawa organik kompleks menjadi senyawa yang lebih

sederhana. Senyawa sederhana diuraikan oleh bakteri

penghasil asam (acid-forming bacteria) menjadi asam

lemak dengan berat molekul rendah seperti asam asetat

dan asam butirat. Selanjutnya bakteri metanogenik

mengubah asam-asam tersebut menjadi metana.

237

5.4.3 Manfaat Biogas

Produk utama dari instalsi biogas adalah gas metan

yang dapat dimanfaatkan untuk mendukung kehidupan

masyarakat. Manfaat biogas yang tidak secara langsung

adalah menjaga kelestarian lingkunagn hidup dan

konservasi sumberdaya alam, dan lain-lain. Secara lebih

rinci manfaat penggunaan biogas adalah sebagai berikut :

a. Manfaat Langsung :

Sebagai sumber energi untuk memasak

Biogas yang diproduksi oleh satu unit instalasi

biogas dapat digunakan sebagai sumber energi

untuk memesak. Untuk biogas yang menggunakan

bahan baku kotoran sapi dari 3-4 ekor mampu

menghasilkan biogas setara dengan 3 liter minyak

tanah per hari, dan diperkirakan mampu untuk

memenuhi energi memasak satu rumah tangga

dengan 5 orang anggota keluarga.

Sebagai sumber energi untuk penerangan

Biogas sebagai sumber energi untuk penerangan

dengan cara yang sama seperti pemanfaatan untuk

memasak, artinya kompor sebagai titik akhir

penggunaan biogas diganti dengan lampu. Lampu

yang digunakan adalah lampu yang dirancang

khusus atau lampu petromaks yang dimodifikasi.

Pengalaman di lapangan menunjukkan bahwa

pemanfaatan biogas untuk memasak sekaligus

238

sebagai sumber penerangan, biasanya dilakukan

bila jumlah sapi paling sedikit 6 ekor dengan

model digester permanen bata kapasitasnya 9 M3

(Muryanto, 2006).

Penghasil pupuk organik siap pakai.

Manfaat lain dari penerapan biogas adalah dapat

menyediakan pupuk organik siap pakai dalan

jumlah banyak sesuai dengan kapasitas digester

yang dibangun dan bahan baku yang digunakan.

Kotoran ternak yang telah diproses dalam digester

biogas dapat langsung digunakan sebagai pupuk

organik, dan kaya akan kandungan unsur Nitrogen

(N). Bahan baku biogas seperti kotoran ternak

merupakan bahan organik yang mempunyai

kandungan Nitrogen (N) tinggi di samping unsur

C, H, dan O. Selama proses pembuatan biogas,

unsur C, H, dan O akan membentuk CH4 dan CO2,

dan kandungan N yang ada masih tetap bertahan

dalam sisa bahan, yang akhirnya akan menjadi

sumber N bagi pupuk organik. (Suriawiria, 2005).

b. Manfaat Tidak Langsung

Mengurangi Efek Gas Rumah Kaca

Penerapan biogas dapat membantu pengembangan

system pertanian dengan mendaur ulang kotoran

hewan untuk memproduksi biogas dan diperoleh

hasil samping berupa pupuk organik dengan mutu

239

yang baik. Penerapan biogas dapat mengurangi

emisi gas metan (CH4) yang dihasilkan pada

dekomposisi bahan organik yang diproduksi dari

sektor pertanian dan peternakan, karena kotoran

sapi tidak dibiarkan terdekomposisi secara terbuka

melainkan difermentasi menjadi energi biogas.

Gas metan termasuk gas rumah kaca (green house

gas), bersama dengan gas karbondioksida (CO2)

memberikan efek rumah kaca yang menyebabkan

terjadinya fenomena pemanasan global.

Pengurangan gas metan secara lokal dengan

mengembangkan biogas dapat berperan positif

dalam upaya penyelesaian masalah global efek

rumah kaca, sehingga upaya ini dapat diusulkan

sebagai bagian dari program Internasional

Mekanisme Pembangunan Bersih (Clean

Development Mechanism).

Membantu Program Pelestarian Hutan, Tanah dan

Air.

Meningkatnya harga BBM khususnya minyak

tanah, akan mendorong masyarakat untuk mencari

alternative bahan bakar murah, salah satunya

adalah kayu bakar. Hal ini sangat mungkin terjadi

di masyarakat yang berdomisili di sekitar kawasan

hutan dan perkebunan. Oleh karena itu, dengan

menerapkan biogas sebagai sumber energi di suatu

wilayah, maka penebangan pohon yang digunakan

240

sebagai sumber energi oleh sebagian masyarakat

dapat dikurangi, bahkan dihilangkan. Dengan kata

lain, bahwa pengembangan biogas di suatu

wilayah,secara tidak langsung dapat mendukung

upaya pelestarian hutan atau perkebunan di

wilayah tersebut.

Mengurangi Polusi Bau

Pengembangan biogas mempunyai sifat ramah

lingkungan, disini mengandung pengertian,bahwa

penerapan biogas dapat menghilangkan bau yang

tidak sedap. Sebagai contoh, kotoran sapi yang

awalnya mempunyai bau yang tidak sedap, setelah

dimanfaatkan sebagai bahan baku biogas,

makahasil akhir dari proses tersebut merupakan

pupuk organik yang tidak berbau. Demikian pula

untuk daerah yang banyak terdapat industri

pemrosesan makanan, misalnya tahu, tempe dan

ikan pindang akan menghasilkan limbah yang

menyebabkan polusi bau yang mencemari

leingkungan. Dengan penerapan biogas di daerah

tersebut, maka limbah yang dihasilkan akan tidak

mencemari lingkungan lagi, bahkan dapat

dimanfaatkan sebagai energi yang dapat

dimanfaaatkan sebagai sumber panas untuk

memasak dan penerangan.

Meningkatkan sanitasi lingkungan dan keindahan.

241

Kotoran ternak dan limbah organik lainnya apabila

tidak dikelola dengan baik dan berserakan dimana-

mana, maka akan dapat mengganggu keindahan

dan berdampak negative terhadap kesehatan

masyarakat di sekitarnya. Disamping itu, terdapat

kemungkinan bahwa kotoran ternak banyak

mengandung bakteri Colly yang membahayakan

bagi kesehatan manusia dan lingkungannya.

Dengan penerapan biogas, dampak negatif tersebut

dapat dikurangi atau dihilangkan.

Meningkatkan Pendapatan Usaha Ternak.

Pengembangan biogas dapat memberi peluang

untuk menambah pendapatan dari hasil penjualan

pupuk kompos hasil dari limbah unit biogas. Selain

pendapatan dari pupuk organik, maka penerapan

biogas menghasilkan gas metan yang mempunyai

nilai ekonomis. Jika seorang peternak memelihara

3 ekor sapi perah, maka akan dihasilkan biogas

setara dengan 3 liter minyak tanah sehari. Hal itu

berarti peternak dapat memperoleh tambahan

pendapatan dari penghematan penggunaan minyak

tanah sebesar 3 liter per hari.

Mendukung kebijakan Pemerintah mengurangi

Subsidi BBM

Penerapan biogas dalam suatu kawasan, dapat

mendukung kebijakan pemerintah untuk

mengurangi subsidi BBM. Dengan penggunaan

242

biogas, maka kebutuan masyarakat akan minyak

tanah akan berkurang,hal ini akan mengurangi

beban pemerintah untuk mensubsidi BBM.

5.5Biofuel

Bahan bakar hayati atau biofuel adalah setiap

bahan bakar baik padatan, cairan ataupun gas yang

dihasilkan dari bahan-bahan organik. Biofuel dapat

dihasilkan secara langsung dari tanaman atau secara tidak

langsung dari limbah industri, komersial, domestik atau

pertanian. Ada tiga cara untuk pembuatan biofuel:

pembakaran limbah organik kering (seperti buangan

rumah tangga, limbah industri dan pertanian); fermentasi

limbah basah (seperti kotoran hewan) tanpa oksigen untuk

menghasilkan biogas (mengandung hingga 60 persen

metana), atau fermentasi tebu atau jagung untuk

menghasilkan alkohol dan ester; dan energi dari hutan

(menghasilkan kayu dari tanaman yang cepat tumbuh

sebagai bahan bakar).

Proses fermentasi menghasilkan dua tipe biofuel:

alkohol dan ester. Bahan-bahan ini secara teori dapat

digunakan untuk menggantikan bahan bakar fosil tetapi

karena kadang-kadang diperlukan perubahan besar pada

mesin, biofuel biasanya dicampur dengan bahan bakar

fosil. Uni Eropa merencanakan 5,75 persen etanol yang

dihasilkan dari gandum, bit, kentang atau jagung

ditambahkan pada bahan bakar fosil pada tahun 2010 dan 243

20 persen pada 2020. Sekitar seperempat bahan bakar

transportasi di Brazil tahun 2002 adalah etanol.

Biofuel menawarkan kemungkinan memproduksi

energi tanpa meningkatkan kadar karbon di atmosfer

karena berbagai tanaman yang digunakan untuk

memproduksi biofuel mengurangi kadar karbondioksida di

atmosfer, tidak seperti bahan bakar fosil yang

mengembalikan karbon yang tersimpan di bawah

permukaan tanah selama jutaan tahun ke udara. Dengan

begitu biofuel lebih bersifat carbon neutral dan sedikit

meningkatkan konsentrasi gas-gas rumah kaca di atmosfer

(meski timbul keraguan apakah keuntungan ini bisa

dicapai di dalam prakteknya). Penggunaan biofuel

mengurangi pula ketergantungan pada minyak bumi serta

meningkatkan keamanan energi.

Ada dua strategi umum untuk memproduksi

biofuel. Strategi pertama adalah menanam tanaman yang

mengandung gula (tebu, bit gula, dan sorgum manis) atau

tanaman yang mengandung pati/polisakarida (jagung), lalu

menggunakan fermentasi ragi untuk memproduksi etil

alkohol. Strategi kedua adalah menanam berbagai tanaman

yang kadar minyak sayur/nabatinya tinggi seperti kelapa

sawit, kedelai, alga, atau jathropa. Saat dipanaskan, maka

keviskositasan minyak nabati akan berkurang dan bisa

langsung dibakar di dalam mesin diesel, atau minyak

nabati bisa diproses secara kimia untuk menghasilkan

bahan bakar seperti biodiesel. Kayu dan produk-produk

244

sampingannya bisa dikonversi menjadi biofuel seperti gas

kayu, metanol atau bahan bakar etanol.

5.5.1 Biofuel Generasi Pertama

Biofuel generasi pertama menunjuk kepada biofuel

yang terbuat dari gula, starch, minyak sayur, atau lemak

hewan menggunakan teknologi konvensional. Minyak

sayur dapat digunakan sebagai makanan atau bahan bakar;

kualitas dari minyak dapat lebih rendah untuk kegunaan

bahan bakar. Minyak sayur dapat digunakan dalam mesin

diesel yang tua (yang dilengkapi dengan sistem injeksi

tidak langsung, tapi hanya dalam iklim yang hangat.

Dalam banyak kasus, minyak sayur dapat digunakan untuk

memproduksi biodiesel, yang dapat digunakan

kebanyakan mesin diesel bila dicampur dengan bahan

bakar diesel konvensional. MAN B&W Diesel, Wartsila

dan Deutz AG menawarkan mesin yang dapat digunakan

langsung dengan minyak sayur. Minyak sayur bekas yang

diproses menjadi biodiesel mengalami peningkatan, dan

dalam skala kecil, dibersihkan dari air dan partikel dan

digunakan sebagai bahan bakar.

5.5.2 Biofuel Generasi Kedua

Para pendukung biofuel mengklaim telah memiliki

solusi yang lebih baik untuk meningkatkan dukungan

politik serta industri untuk, dan percepatan, implementasi

245

biofuel generasi kedua dari sejumlah tanaman yang tidak

digunakan untuk konsumsi manusia dan hewan, di

antaranya cellulosic biofuel. Proses produksi biofuel

generasi kedua bisa menggunakan berbagai tanaman yang

tidak digunakan untuk konsumsi manusia dan hewan yang

diantaranya adalah limbah biomassa, batang/tangkai

gandum, jagung, kayu, dan berbagai tanaman biomassa

atau energi yang spesial (contohnya Miscanthus). Biofuel

generasi kedua (2G) menggunakan teknologi biomassa ke

cairan, diantaranya cellulosic biofuel dari tanaman yang

tidak digunakan untuk konsumsi manusia dan hewan.

Sebagian besar biofuel generasi kedua sedang

dikembangkan seperti biohidrogen, biometanol, DMF,

Bio-DME, Fischer-Tropsch diesel, biohydrogen diesel,

alkohol campuran dan diesel kayu. Produksi cellulosic

ethanol mempergunakan berbagai tanaman yang tidak

digunakan untuk konsumsi manusia dan hewan atau

produk buangan yang tidak bisa dimakan. Memproduksi

etanol dari selulosa merupakan sebuah permasalahan

teknis yang sulit untuk dipecahkan. Berbagai hewan ternak

pemamah biak (seperti sapi) memakan rumput lalu

menggunakan proses pencernaan yang berkaitan dengan

enzim yang lamban untuk menguraikannya menjadi

glukosa (gula). Di dalam labolatorium cellulosic ethanol,

berbagai proses eksperimen sedang dikembangkan untuk

melakukan hal yang sama, lalu gula yang dihasilkan bisa

difermentasi untuk menjadi bahan bakar etanol. Para

246

ilmuwan juga sedang bereksperimen dengan sejumlah

organisme hasil rekayasa genetik penyatuan kembali DNA

yang mampu meningkatkan potensi biofuel seperti

pemanfaatan tepung Rumput Gajah (Panicum virgatum).

5.6Biodiesel

Biodiesel merupakan bahan bakar yang terdiri dari

campuran mono--alkyl ester dari rantai panjang asam

lemak, yang dipakai sebagai alternatif bagi bahan bakar

dari mesin diesel dan terbuat dari sumber terbaharui

seperti minyak sayur atau lemak hewan.

Sebuah proses dari transesterifikasi lipid

digunakan untuk mengubah minyak dasar menjadi ester

yang diinginkan dan membuang asam lemak bebas.

Setelah melewati proses ini, tidak seperti minyak sayur

langsung, biodiesel memiliki sifat pembakaran yang mirip

dengan diesel (solar) dari minyak bumi, dan dapat

menggantikannya dalam banyak kasus. Namun, dia lebih

sering digunakan sebagai penambah untuk diesel

petroleum, meningkatkan bahan bakar diesel petrol murni

ultra rendah belerang yang rendah pelumas.

Biodiesel merupakan kandidat yang paling baik

untuk menggantikan bahan bakar fosil sebagai sumber

energi transportasi utama dunia, karena biodiesel

merupakan bahan bakar terbaharui yang dapat

menggantikan diesel petrol di mesin sekarang ini dan

247

http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin

http://id.wikipedia.org/wiki/Transportasi

http://id.wikipedia.org/wiki/Energi

http://id.wikipedia.org/wiki/Bahan_bakar_fosil

http://id.wikipedia.org/wiki/Belerang

http://id.wikipedia.org/wiki/Pembakaran

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Minyak_sayur_langsung&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Minyak_sayur_langsung&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Asam_lemak

http://id.wikipedia.org/wiki/Lipid

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Transesterifikasi&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Lemak_hewan&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Minyak_sayur&action=edit&redlink=1

http://id.wikipedia.org/wiki/Energi_terbaharui

http://id.wikipedia.org/wiki/Diesel



http://id.wikipedia.org/wiki/Ester

http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Alkyl&action=edit&redlink=1

dapat diangkut dan dijual dengan menggunakan

infrastruktur zaman sekarang.

Penggunaan dan produksi biodiesel meningkat

dengan cepat, terutama di Eropa, Amerika Serikat, dan

Asia, meskipun dalam pasar masih sebagian kecil saja dari

penjualan bahan bakar. Pertumbuhan SPBU membuat

semakin banyaknya penyediaan biodiesel kepada

konsumen dan juga pertumbuhan kendaraan yang

menggunakan biodiesel sebagai bahan bakar.

5.6.1 Pembuatan Biodiesel

Pada skala kecil dapat dilakukan dengan bahan

minyak goreng 1 liter yang baru atau bekas. Methanol

sebanyak 200 ml atau 0.2 liter. Soda api atau NaOH 3,5

gram untuk minyak goreng bersih, jika minyak bekas

diperlukan 4,5 gram atau mungkin lebih. Kelebihan ini

diperlukan untuk menetralkan asam lemak bebas atau FFA

yang banyak pada minyak goreng bekas. Dapat pula

mempergunakan KOH namun mempunyai harga lebih

mahal dan diperlukan 1,4 kali lebih banyak dari soda.

Proses pembuatan; Soda api dilarutkan dalam Methanol

dan kemudian dimasukan kedalam minyak dipanaskan

sekitar 55 oC, diaduk dengan cepat selama 15-20 menit

kemudian dibiarkan dalam keadaan dingin semalam. Maka

akan diperoleh biodiesel pada bagian atas dengan warna

jernih kekuningan dan sedikit bagian bawah campuran

antara sabun dari FFA, sisa methanol yang tidak bereaksi

248

http://id.wikipedia.org/wiki/Methanol

http://id.wikipedia.org/wiki/Konsumen

http://id.wikipedia.org/wiki/SPBU

http://id.wikipedia.org/wiki/Asia

http://id.wikipedia.org/wiki/Amerika_Serikat

http://id.wikipedia.org/wiki/Eropa

http://id.wikipedia.org/wiki/Infrastruktur

dan glyserin sekitar 79 ml. Biodiesel yang merupakan

cairan kekuningan pada bagian atas dipisahkan dengan

mudah dengan menuang dan menyingkirkan bagian bawah

dari cairan. Untuk skala besar produk bagian bawah dapat

dimurnikan untuk memperoleh gliserin yang berharga

mahal, juga sabun dan sisa methanol yang tidak bereaksi.

5.7 Bioetanol

(Bio)Etanol telah digunakan manusia sejak zaman

prasejarah sebagai bahan pemabuk dalam minuman

beralkohol. Residu yang ditemukan pada peninggalan

keramik yang berumur 9000 tahun dari China bagian utara

menunjukkan bahwa minuman beralkohol telah digunakan

oleh manusia prasejarah dari masa Neolitik. Campuran

dari (Bio)etanol yang mendekati kemrunian untuk pertama

kali ditemukan oleh Kimiawan Muslim yang

mengembangkan proses distilasi pada masa Kalifah

Abbasid dengan peneliti yang terkenal waktu itu adalah

Jabir ibn Hayyan (Geber), Al-Kindi (Alkindus) dan al-

Razi (Rhazes). Catatan yang disusun oleh Jabir ibn

Hayyan (721-815) menyebutkan bahwa uap dari wine

yang mendidih mudah terbakar. Al-Kindi (801-873)

dengan tegas menjelaskan tentang proses distilasi wine.

Sedangkan (Bio)etanol absolut didapatkan pada tahun

1796 oleh Johann Tobias Lowitz, dengan menggunakan

distilasi saringan arang.

249

Antoine Lavoisier menggambarkan bahwa

(Bio)etanol adalah senyawa yang terbentuk dari karbon,

hidrogen dan oksigen. Pada tahun 1808 Nicolas-Théodore

de Saussure dapat menentukan rumus kimia etanol.

Limapuluh tahun kemudian (1858), Archibald Scott

Couper menerbitkan rumus bangun etanol. Dengan

demikian etanol adalah salah satu senyawa kimia yang

pertama kali ditemukan rumus bangunnya. Etanol pertama

kali dibuat secara sintetis pada tahu 1829 di Inggris oleh

Henry Hennel dan S.G.Serullas di Perancis. Michael

Faraday membuat etanol dengan menggunakan hidrasi

katalis asam pada etilen pada tahun 1982 yang digunakan

pada proses produksi etanol sintetis hingga saat ini.

Pada tahun 1840 etanol menjadi bahan bakar

lampu di Amerika Serikat, pada tahun 1880-an Henry

Ford membuat mobil quadrycycle dan sejak tahun 1908

mobil Ford model T telah dapat menggunakan (bio)etanol

sebagai bahan bakarnya. Namun pada tahun 1920an bahan

bakar dari petroleum yang harganya lebih murah telah

menjadi dominan menyebabkan etanol kurang

mendapatkan perhatian. Akhir-akhir ini, dengan

meningkatnya harga minyak bumi, bioetanol kembali

mendapatkan perhatian dan telah menjadi alternatif energi

yang terus dikembangkan.

Etanol disebut juga etil-alkohol atau alkohol saja,

adalah alkohol yang paling sering digunakan dalam

kehidupan sehari-hari, hal ini disebabkan karena memang

250

etanol yang digunakan sebagai bahan dasar pada minuman

tersebut, bukan metanol, atau grup alkohol lainnya.

Sedangkan bioetanol adalah etanol (alkohol yang paling

dikenal masyarakat) yang dibuat dengan fermentasi yang

membutuhkan faktor biologis untuk prosesnya.

Sebenarnya alkohol dalam ilmu kimia memiliki pengertian

yang lebih luas lagi. Jadi untuk seterusnya, dalam tulisan

ini penggunaan istilah alkohol tidak akan digunakan lagi

untuk menghilangkan ambiguitas.

5.7.1 Penggunaan Bioetanol

Saat ini (Bio)Etanol dipakai secara luas di Brazil

dan Amerika Serikat. Semua kendaraan bermotor di

Brazil, saat ini menggunakan bahan bakar yang

mengandung paling sedikit kadar ethanol sebesar 20 %.

Pertengahan 1980, lebih dari 90 % dari mobil baru,

dirancang untuk memakai (Bio)Etanol murni.

Di Amerika Serikat, lebih dari 1 trilyun mil telah ditempuh

oleh kendaraan bermotor yang menggunakan BBM

dengan kandungan (Bio)Etanol sebesar 10 % dan

kendaraan FFV (Flexible Fuel Vehicle) yang

menggunakan BBM dengan kandungan 85 % (Bio)Etanol.

Penggunaan bioetanol sebagai bahan bakar,

sebenarnya telah lama dikenal. Seperti telah disebutkan

diatas bahwa pada tahun 1880-an Henry Ford membuat

mobil quadrycycle dan sejak tahun 1908 mobil Ford

251

model T telah dapat menggunakan (Bio)etanol sebagai

bahan bakarnya.. Namun penggunaan bioetanol sebagai

bahan bakar nabati kurang ditanggapi pada waktu tersebut,

karena keberadaan bahan bakar minyak yang murah dan

melimpah. Saat ini pasokan bahan bakar minyak semakin

menyusut ditambah lagi dengan harga minyak dunia yang

melambung membuat (Bio)Etanol semakin

diperhitungkan.

(Bio)Etanol dapat digunakan pada kendaraan

bermotor, tanpa mengubah mekanisme kerja mesin jika

dicampur dengan bensin dengan kadar (Bio)Etanol lebih

dari 99,5%. Perbandingan (Bio)Etanol pada umumnya di

Indonesia baru penambahan 10% dari total bahan bakar.

Pencampuran (Bio)Etanol absolut sebanyak 10 % dengan

bensin (90%), sering disebut Gasohol E-10. Gasohol

singkatan dari gasoline (bensin) dan (Bio)Etanol.

(Bio)Etanol absolut memiliki angka oktan (ON) 117,

sedangkan Premium hanya 87-88. Gasohol E-10 secara

proporsional memiliki ON 92 atau setara Pertamax. Pada

komposisi ini bioetanol dikenal sebagai octan enhancer

(aditif) yang paling ramah lingkungan dan di negara-

negara maju telah menggeser penggunaan Tetra Ethyl

Lead (TEL) maupun Methyl Tertiary Buthyl Ether

(MTBE).

6. Gelombang Laut

252

6.1Potensi Energi Gelombang Laut di

Dunia

Selain panas laut dan pasang surut, masih terdapat

satu lagi energi samudera yaitu energi gelombang. Sudah

banyak pemikiran untuk mempelajari kemungkinan

pemanfaatan energi yang tersimpan dalam ombak laut.

Salah satu negara yang sudah banyak meneliti hal ini

adalah Inggris. Berdasarkan hasil pengamatan yang ada,

deretan ombak (gelombang) yang terdapat di sekitar pantai

Selandia Baru dengan tinggi rata-rata 1 meter dan periode

9 detik mempunyai daya sebesar 4,3 kW per meter

panjang ombak. Sedangkan deretan ombak serupa dengan

tinggi 2 meter dan 3 meter dayanya sebesar 39 kW per

meter panjang ombak. Untuk ombak dengan ketinggian

100 meter dan perioda 12 detik menghasilkan daya 600

KW per meter. Di Indonesia, banyak terdapat ombak yang

ketinggiannya di atas 5 meter sehingga potensi energi

gelombangnya perlu diteliti lebih jauh. Negara-negara

maju seperti Amerika Serikat, Inggris, Jepang, Finlandia,

dan Belanda, banyak menaruh perhatian pada energi ini.

Lokasi potensial untuk membangun sistem energi

gelombang adalah di laut lepas, daerah lintang sedang dan

di perairan pantai. Energi gelombang bisa dikembangkan

di Indonesia di laut selatan Pulau Jawa dan Pulau

Sumatera.

253

Ocean energi memfokuskan pengembangan

pembangkit listrik gelombang laut dengan membuat

oscilating water column yang mengapung di atas sebuah

ponton dengan dipancangkan di dasar laut menggunakan

kawat baja. Listrik yang dihasilkan dialirkan melalui kabel

transmisi menuju ke daratan. Berlokasi di Irlandia, sebuah

negara yang terletak di salah satu tempat dengan iklim

yang mendukung terjadinya gelombang laut dengan energi

yang lebih dari cukup untuk dipanen, perusahaan tersebut

memiliki lokasi yang tepat untuk melakukan riset dan

pengembangan.

Sistem pembangkit listrik tersebut terdiri dari

chamber berisi udara yang berfungsi untuk menggerakkan

turbin, kolom tempat air bergerak naik dan turun melalui

saluran yang berada di bawah ponton dan turbin yang

terhubung dengan generator. Gerakan air naik dan turun

yang seiring dengan gelombang laut menyebabkan udara

mengalir melalui saluran menuju turbin. Turbin tersebut

didesain untuk bisa bekerja dengan generator putaran dua

arah.

Sistem yang berfungsi mengkonversi energi

mekanik menjadi listrik terletak di atas permukaan laut

dan terisolasi dari air laut dengan meletakkannya di dalam

ruang khusus kedap air, sehingga bisa dipastikan tidak

bersentuhan dengan air laut.

Dengan sistem yang dimilikinya, pembangkit

listrik tersebut bisa memanfaatkan efisiensi optimal dari

254

energi gelombang dengan meminimalisir gelombang-

gelombang yang ekstrim. Efisiensi optimal bisa didapat

ketika gelombang dalam kondisi normal. Hal tersebut bisa

dicapai dengan digunakannya katup khusus yang

menghindarkan turbin tersebut dari overspeed.


Indonesia

Sebagai negara kepulauan yang besar, laut

Indonesia menyediakan sumber energi alternatif yang

melimpah. Sumber energi itu meliputi sumber energi yang

terbarukan dan tak terbarukan. Selain minyak bumi di

lepas pantai dan laut dalam, sumber energi yang tak

terbarukan yang berasal dari laut dalam di wilayah

Indonesia adalah methane hydrate. Methane hydrate

adalah senyawa padat campuran antara gas methan dan air

yang terbentuk di laut dalam akibat adanya tekanan

hidrostatik yang besar dan suhu yang relatif rendah dan

konstan di kedalaman lebih dari 1.000 meter.

Sumber energi yang terbarukan dari laut adalah

energi gelombang, energi yang timbul akibat perbedaan

suhu antara permukaan air dan dasar laut (ocean thermal

energy conversion/OTEC), energi yang disebabkan oleh

perbedaan tinggi permukaan air akibat pasang surut dan

energi arus laut. Dari keempat energi ini hanya energi

gelombang yang tidak dapat diprediksi kapasitasnya

255

dengan tepat karena keberadaan energi gelombang sangat

bergantung pada cuaca. Sedangkan OTEC, energi

perbedaan tinggi pasang surut serta energi arus laut dapat

diprediksi kapasitasnya dengan tepat di atas kertas. Untuk

mendukung kebijaksanaan pemerintah, perlu dilakukan

langkah-langkah pencarian sumber-sumber energi

alternatif yang ramah lingkungan serta terbarukan.

Berdasarkan tempatnya, ada dua sumber energi alternatif,

yakni sumber energi alternatif yang berasal dari daratan

dan sumber energi yang berasal dari laut. Untuk Jawa

yang padat penduduknya, pembangunan fasilitas

pembangkit listrik dengan energi alternatif yang berasal

dari daratan kemungkinan Dari penelitian PL Fraenkel (J

Power and Energy Vol 216 A, 2002) lokasi yang ideal

untuk instalasi pembangkit listrik tenaga arus mempunyai

kecepatan arus dua arah (bidirectional) minimum 2 meter

per detik. Yang ideal adalah 2.5 m/s atau lebih. Kalau satu

arah (sungai/arus geostropik) minimum 1.2-1.5 m/s.

Kedalaman tidak kurang dari 15 meter dan tidak lebih dari

40 atau 50 meter. Relatif dekat dengan pantai agar energi

dapat disalurkan dengan biaya rendah. Cukup luas

sehingga dapat dipasang lebih dari satu turbin dan bukan

daerah pelayaran atau penangkapan ikan. Gelombang laut

sangat potensial dikonversikan menjadi energi listrik,

khususnya karena Indonesia memiliki pantai yang sangat

panjang yang bisa diberdayakan sebagai sumber energi

alternatif pengganti bahan bakar fosil.

256

Untuk wilayah Indonesia, energi yang mempunyai

prospek bagus adalah energi arus laut. Hal ini dikarenakan

Indonesia mempunyai banyak pulau dan selat sehingga

arus laut akibat interaksi Bumi-Bulan-Matahari

mengalami percepatan saat melewati selat-selat tersebut.

Selain itu, Indonesia adalah tempat pertemuan arus laut

yang diakibatkan oleh konstanta pasang surut M2 yang

dominan di Samudra Hindia dengan periode sekitar 12 jam

dan konstanta pasang surut K1 yang dominan di Samudra

Pasifik dengan periode lebih kurang 24 jam. M2 adalah

konstanta pasang surut akibat gerak Bulan mengelilingi

Bumi, sedangkan K1 adalah konstanta pasang surut yang

diakibatkan oleh kecondongan orbit Bulan saat

mengelilingi Bumi.

Interaksi Bumi-Bulan diperkirakan menghasilkan

daya energi arus pasang surut setiap harinya sebesar 3.17

TW, lebih besar sedikit dari kapasitas pembangkit listrik

yang terpasang di seluruh dunia pada tahun 1995 sebesar

2.92 TW (Kantha & Clayson, 2000). Namun, untuk

wilayah Indonesia potensi daya energi arus laut tersebut

belum dapat diprediksi kapasitasnya.

6.3Konversi Energi Gelombang menjadi

Listrik

Ada tiga cara membangkitkan listrik dengan tenaga

ombak :

257

a. Energi gelombang

Energi kinetik yang ada pada gelombang laut

digunakan untuk menggerakkan turbin. Ombak naik ke

dalam ruang generator, lalu air yang naik menekan udara

keluar dari ruang generator dan menyebabkan turbin

berputar.ketika air turun, udara bertiup dari luar ke dalam

ruang generator dan memutar turbin kembali.(lihat gambar

di sampin

b. Pasang surut air laut

Bentuk lain dari pemanfaatan energi laut

dinamakan energi pasang surut. Ketika pasang datang ke

pantai, air pasang ditampung di dalam reservoir.

Kemudian ketika air surut, air di belakang reservoir dapat

dialirkan seperti pada PLTA biasa. Agar bekerja optimal,

kita membutuhkan gelombang pasang yang besar.

dibutuhkan perbedaan kira-kira 16 kaki antara gelombang

pasang dan gelombang surut. Hanya ada beberapa tempat

yang memiliki kriteria ini. Beberapa pembangkit listrik

telah beroperasi menggunakan sistem ini. Sebuah

pembangkit listrik di Prancis sudah beroperasi dan

mencukupi kebutuhan listrik untuk 240.000 rumah.

c. Memanfaatkan perbedaan temperatur air laut (Ocean

Thermal Energy)

Cara lain untuk membangkitkan listrik dengan

ombak adalah dengan memanfaatkan perbedaan suhu di

laut. Jika kita berenang dan menyelam di laut kita akan

258

merasakan bahwa semakin kita menyelam suhu laut akan

semakin rendah (dingin).

Suhu yang lebih tinggi pada permukaan laut

disebabkan sinar matahari memanasi permukaan laut.

Tetapi, di bawah permukaan laut, suhu sangat dingin.

Itulah sebabnya penyelam menggunakan baju khusus

ketika mereka menyelam. Baju tersebut akan menjaga agar

suhu tubuh mereka tetap hangat.

Pembangkit listrik bisa dibangun dengan

memanfaatkan perbedaan suhu untuk menghasilkan

energi. Perbedaan suhu yang diperlukan sekurang-

kurangnya 380 fahrenheit antara suhu permukaan dan suhu

bawah laut untuk keperluan ini.Cara ini dinamakan Ocean

Thermal Energy Conversion atau OTEC. Cara ini telah

digunakan di Jepang dan Hawaii dalam beberapa proyek

percobaan. Untuk mengkonversi energi gelombang

terdapat 3 (tiga) sistem dasar yaitu sistem kanal yang

menyalurkan gelombang ke dalam reservoar atau kolam,

sistem pelampung yang menggerakan pompa hidrolik, dan

sistem osilasi kolom air yang memanfaatkan gelombang

untuk menekan udara di dalam sebuah wadah. Tenaga

mekanik yang dihasilkan dari sistem-sistem tersebut ada

yang akan mengaktifkan generator secara langsung atau

mentransfernya ke dalam fluida kerja, air atau udara, yang

selanjutnya akan menggerakan turbin atau generator.

Daya total dari gelombang pecah di garis pantai

dunia diperkirakan mencapai 2 hingga 3 juta megawatt.

259

Pada tempat-tempat tertentu yang kondisinya sangat

bagus, kerapatan energi gelombang dapat mencapai harga

rata-rata 65 megawatt per mil garis pantai. Ada 3 cara

untuk menangkap energi gelombang, yaitu dengan

pelampung, dimana alat ini akan membangkitkan listrik

dari hasil gerkana vertikal dan rotasional pelampung. Alat

ini dapat ditambatkan pada sebuah rakit yang

mengambang atau alat yang tertambat di dasar laut.

Selanjutnya kolom air yang berosilasi (Oscillating Water

Column). Alat ini membangkitkan listrik dari naik

turunnya air akibat gelombang dalam sebuah pipa silindris

yang berlubang. Naik turunnya kolom air ini akan

mengakibatkan keluar masuknya udara di lubang bagian

atas pipa dan menggerakkan turbin. Alat yang ketiga yaitu

wave Surge atau Focusing Devices). Peralatan ini biasa

juga disebut sebagai tapered channel atau kanal meruncing

atau sistem tapchan, dipasang pada sebuah struktur kanal

yang dibangun di pantai untuk mengkonsentrasikan

gelombang, membawanya ke dalam kolam penampung

yang ditinggikan. Air yang mengalir keluar dari kolam

penampung ini yang digunakan untuk membangkitkan

listrik dengan menggunakan teknologi standar

hydropower.

6.4 Kelebihan dan Kekurangan Energi

Gelombang Laut

260

Keuntungan penggunaan energi arus laut adalah

selain ramah lingkungan, energi ini juga mempunyai

intensitas energi kinetik yang besar dibandingkan dengan

energi terbarukan yang lain. Hal ini disebabkan densitas

air laut 830 kali lipat densitas udara sehingga dengan

kapasitas yang sama, turbin arus laut akan jauh lebih kecil

dibandingkan dengan turbin angin. Keuntungan lainnya

adalah tidak perlu perancangan struktur yang kekuatannya

berlebihan seperti turbin angin yang dirancang dengan

memperhitungkan adanya angin topan karena kondisi fisik

pada kedalaman tertentu cenderung tenang dan dapat

diperkirakan. Energi ombak adalah energi yang bisa

didapat setiap hari, tidak akan pernah habis dan tidak

menimbulkan polusi karena tidak ada limbahnya. Di

samping nilai ekonomis yang cukup menjanjikan ada hal-

hal lain yang dapat memberikan keuntungan di bidang

lingkungan hidup. Energi ini lebih ramah Iingkungan,

tidak menimbulkan polusi suara, emisi C02, maupun

polusi visual dan sekaligus mampu memberikan ruang

kepada kehidupan laut untuk membentuk koloni terumbu

karang di sepanjang jangkar yang ditanam di dasar laut.

Pada kasus-kasus seperti ini biasanya lebih

menguntungkan karena ikan dan binatang laut selalu lebih

banyak berkumpul.

Kekurangan dari energi arus laut adalah output-nya

mengikuti grafik sinusoidal sesuai dengan respons pasang

surut akibat gerakan interaksi Bumi-Bulan-Matahari. Pada

261

saat pasang purnama, kecepatan arus akan deras sekali,

saat pasang perbani, kecepatan arus akan berkurang kira-

kira setengah dari pasang purnama. Kekurangan lainnya

adalah biaya instalasi dan pemeliharaannya yang cukup

besar. Kendati begitu bila turbin arus laut dirancang

dengan kondisi pasang perbani, yakni saat di mana

kecepatan arus paling kecil, dan dirancang untuk bekerja

secara terus-menerus tanpa reparasi selama lima tahun,

maka kekurangan ini dapat diminimalkan dan keuntungan

ekonomisnya sangat besar. Hal yang terakhir ini

merupakan tantangan teknis tersendiri untuk para insinyur

dalam desain sistem turbin, sistem roda gigi, dan sistem

generator yang dapat bekerja secara terus-menerus selama

lebih kurang lima tahun.

7. Pesawat Pengkonversi Energi

Termal Samudra (OTEC)

Lautan yang meliputi dua per tiga permukaan

bumi, menerima energi panas yang berasal dari penyinaran

matahari. Lautan befungsi sebagai suatu penampungan

yang cukup besar dari energi surya yang mencapai bumi.

Kira-kira seperempat dari daya surya sebesar 1,7 x 1017

watt yang mencapai atmosfer diserap oleh lautan. Selain

itu, air laut juga menerima energi panas yang berasal dari

panas bumi, yaitu magma yang berasal dari bawah laut.

Pemanasan dari permukaan air di daerah tropikal

262

mengakibatkan permukaaan air laut memiliki suhu kira-

kira 27–30oC. Bilamana air permukaan yang hangat ini

dipakai dalam kombinasi dengan air yang lebih dingin (5-

7oC) pada kedalaman 500 - 600 meter, maka suatu sumber

energi panas yang relatif

besar akan tersedia.

Menurut rancangan-rancangan terkini energi listrik

akan dapat dibangkitkan dalam pusat-pusat listrik tenaga

panas laut (PLT-PL) dengan menggunakan siklus Rankine

rangkaian tertutup maupun terbuka. Selisih suhu sebesar

20oC akan tersedia selama 24 jam sehari dan sepanjang

tahun. Hal ini jauh lebih menguntungkan dibanding

dengan pemanfaatan sinar matahari di daratan, yang

tersedia hanya siang hari, itupun bilamana udara tidak

mendung atau cuaca tidak hujan. Bilamana selisih 20oC itu

dimanfaatkan dengan suatu efisiensi efektif sebesar

misalnya 1,2%, maka suatu arus air sebesar 5 meter kubik

per detik akan dapat menghasilkan daya elektrik bersih

dengan daya sebesar kira-kira 1 MW. Dapat dibayangkan

bahwa ukuranukuran yang besar sekali diperlukan untuk

dapat membantu suatu PLT-PL yang besar. Sebab

sejumlah arus air yang meliputi 500 meter kubik per detik

yang akan diperlukan untuk dapat membuat suatu PLT-PL

yang besar, misalnya 100 MW. Dengan demikian maka

taraf efisiensi yang perlu diusahakan untuk ditingkatkan.

Pada teknologi konversi energi panas laut atau

KEPL (Ocean Thermal Energy Conversion, OTEC), siklus

263

Rankine digunakan untuk menarik arus-arus energi termal

yang memiliki sekurang-kurangnya selisih suhu sebesar

20oC. Pada saat ini terdapat dua siklus daya alternatif

yang dikembangkan, yaitu siklus Claude terbuka dan

siklus tertutup.

Siklus terbuka dengan mendidihkan air laut yang

beroperasi pada tekanan rendah, menghasilkan uap air

panas yang melewati turbin penggerak/generator. Siklus

tertutup menggunakan panas permukaan laut untuk

menguapkan fluida pengerak dengan Amonia atau Freon.

Uap panas menggerakan turbin, kemudian turbin berkerja

menghidupkan generator untuk menghasilkan listrik.

Prosesnya, air laut yang hangat dipompa melewati

tempat pengubah dimana fluida pemanas tekanan rendah

diuapkan hingga menjalankan turbo-generator. Air dingin

dari dalam laut dipompa melewati pengubah kedua

mengubah uap menjadi cair kemudian dialiri kembali

dalam sistem. Dalam siklus Claude terbuka, air laut

digunakan sebagai medium kerja maupun sebagai sumber

energi. Air hangat yang berasal dari permukaan laut

diuapkan dalam suatu alat penguap (flash evaporator) dan

menghasilkan uap air dengan tekanan yang sangat rendah,

lk 0,02 hingga 0,03 bar dan suhu kira-kira 20oC. Uap itu

memutar sebuah turbin uap yang merupakan penggerak

mula bagi generator yang menghasilkan energi listrik.

Karena tekanan uap rendah sekali maka ukuran-ukuran

turbin menjadi sangat besar. Setelah melewati turbin, uap

264

yang sudah dimanfaatkan dialirkan ke sebuah kondensor

yang menghasilkan air tawar. Kondensor didinginkan oleh

air laut yang berasal dari lapisan bawah permukaan laut.

Dengan demikian, metode dengan siklus Claude ini

menghasilkan energi listrik maupun air tawar. Masalah

dengan metode ini adalah bahwa ukuran-ukuran turbin

menjadi sangat besar oleh karena tekanan uap yang begitu

rendah. Sebagai contoh, sebuah modul sebesar 10 MW

yang terdiri atas penguap, turbin dan kondensor, akan

memerlukan ukuran garis tengah dan panjang 100 meter.

Dalam kaitan ini maka metode kedua, yaitu dengan

siklus tertutup, merupakan pilihan yang pada saat ini lebih

disukai dan digunakan banyak proyek percobaan. Seperti

yang terlihat pada gambar 2, air permukaan yang hangat

dipompa ke sebuah penukar panas atau evaporator, dimana

energi panas dilepaskan kepada suatu medium kerja,

misalnya amonia. Amonia cair itu akan berubah menjadi

gas dengan tekanan kira-kira 8,7 bar dan suhu lk 21oC.

Turbin berputar menggerakkan generator listrik yang

menghasilkan energi listrik. Gas amonia akan

meninggalkan turbin pada tekanan kira-kira 5,1 bar dan

suku lk 11oC dan kemudian di bawa ke kondensor.

Pendinginan pada kondensor mengakibatkan gas amonia

itu kembali menjadi bentuk benda cair. Perbedaan suhu

dalam rangkaian perputaran amonia adalah 10oC sehingga

rendemen Carnot akan menjadi :

265

Rendemen ini merupakan efisiensi termodinamika

yang baik sekali, namun di dalam praktek rendemen yang

sebenarnya akan terjadi lebih rendah, yaitu ekitar 2-2,5 %.

Pada rancangan-rancangan terkini suatu arus air sebesar 3-

5 m3/s baik pada sisi air hangat maupun pada sisi air

dingin, diperlukan untuk menghasilkan daya sebesar 1

MW pada generator. Selain amonia (NH3), juga Fron-R-

22 (CHClF2) dan Propan (C3H6) memiliki titik didih yang

sangat rendah, yaitu antara -30oC sampai -50oC pada

tekanan atmosfer dan +30oC pada tekanan antara 10 dan

12,5 Kg/cm2. Gas-gas inilah yang berpotensi untuk

dimanfaatkan sebagai medium kerja pada konversi energi

panas laut.

8. Energi Pasang Surut

Pasang surut dikatakan sebagai naik turunnya

muka laut secara berkala akibat adanya gaya tarik benda-

benda angkasa terutama matahari dan bulan terhadap

massa air di bumi. Pasang surut laut juga merupakan suatu

fenomena pergerakan naik turunnya permukaan air laut

secara berkala yang diakibatkan oleh kombinasi gaya

gravitasi dan gaya tarik menarik dari benda-benda

astronomi terutama oleh matahari, bumi dan bulan.

266

Pengaruh benda angkasa lainnya dapat diabaikan karena

jaraknya lebih jauh atau ukurannya lebih kecil.

Pasang surut laut adalah hasil dari gaya tarik

gravitasi dan efek sentrifugal. Efek sentrifugal adalah

dorongan ke arah luar pusat rotasi. Gravitasi bervariasi

secara langsung dengan massa tetapi berbanding terbalik

terhadap jarak. Meskipun kuran bulan lebih kecil dari

matahari, gaya tarik gravitasi bulan dua kali lebih besar

daripada gaya tarik matahari dalam membangkitkan

pasang surutlaut karena jarak bulan lebih dekat daripada

jarak matahari ke bumi. Gaya tarik gravitasi menarik

airlaut ke arah bulan dan matahari dan menghasilkan dua

tonjolan (bulge) pasang surut gravitasional dilaut. Lintang

dari tonjolan pasang surut ditentukan oleh deklinasi, sudut

antara sumbu rotasi bumi dan bidang orbital bulan dan

matahari. Dari penjelasan diatas dapat disimpulkan bahwa

energi pasang surut air laut adalah energi yang dihasilkan

akibat terjadinya fenomena pasang surut air laut.

Energi pasang surut (Tidal Energy) merupakan

energi yang terbarukan. Prinsip kerja nya sama dengan

pembangkit listrik tenaga air,dimana air dimanfaatkan

untuk memutar turbin dan mengahasilkan energi

listrik.Energi diperoleh dari pemanfaatan variasi

permukaan laut terutama disebabkan oleh efek gravitasi

bulan, dikombinasikan dengan rotasi bumi dengan

menangkap energi yang terkandung dalam perpindahan

massa air akibat pasang surut. Pasang surut enggerakkan

267

air dalam jumlah besar setiap harinya, dan

pemanfaatannya dapat menghasilkan energi dalam jumlah

yang cukup besar. Dalam sehari bisa terjadi hingga dua

kali siklus pasang surut. Oleh karena waktu siklus bisa

diperkirakan (kurang lebih setiap 12,5 jam sekali), suplai

listriknya pun relatif lebih dapat diandalkan daripada

pembangkit listrik bertenaga ombak.

268

DAFTAR RUJUKAN

Akhadi, Mukhlis. 1997. Pengantar Teknologi Nuklir. Jakarta: Rineka Cipta.

Anonim. 2009. http://7ask.blogspot.com/2009/11/kavitasi-pada-roda-jalan-runner-sudu.html, (Online), diakes 7 Maret 2015.

_______. 2011. http://penjagahati-zone.blogspot.com/2011/05/prinsip-kerja-mesin-uap.html, (Online), diakes 7 Maret 2015.

______. 2012. http://taufiqurrokhman.com/2012/01/29/konversi-energi/, (Online), diakes 11 Maret 2015.

______. 2012. https://rizknareeedh.wordpress.com/2012/07/01/reaktor-nuklir-dan-prinsip-kerja-bom-nuklir/), (Online), diakes 11 Maret 2015.

______2015. http://majalahenergi.com/forum/energi-baru-dan-terbarukan/ energi-surya/air-conditioner-dengan-tenaga-surya-terobosan-baru pendinginan-hemat-energi, (Online), diakes 5 Maret 2015.

______. 2015. http://fmipa.uny.ac.id/berita/mahasiswa-fmipa-uny-buat-pendingin-udara-murah-dan-portable.html, (Online), diakes 5 Maret 2015.

______. 2015. www.hunter-science.com, (Online), diakes 23 Maret 2015.

______. 2015. http://artikel-teknologi.com/siklus-rankine-2-efisiensi-termal, (Online), diakes 20 Maret 2015.

269

http://artikel-teknologi.com/siklus-rankine-2-efisiensi-termal

http://artikel-teknologi.com/siklus-rankine-2-efisiensi-termal

http://www.hunter-science.com/

http://majalahenergi.com/forum/energi-baru-dan-terbarukan/%20energi-surya/air-conditioner-dengan-tenaga-surya-terobosan-baru%20pendinginan-hemat-energi



https://rizknareeedh.wordpress.com/2012/07/01/reaktor-nuklir-dan-prinsip-kerja-bom-nuklir/

https://rizknareeedh.wordpress.com/2012/07/01/reaktor-nuklir-dan-prinsip-kerja-bom-nuklir/

http://taufiqurrokhman.com/2012/01/29/konversi-energi/

http://taufiqurrokhman.com/2012/01/29/konversi-energi/





______. 2015. http://www.g-excess.com/pengertian-energi-nuklir-dan-fisi-nuklir.html, (Online), diakes 21 Maret 2015.

______. 2015. http://www.g-excess.com/pengertian-energi-nuklir-dan-fisi-nuklir.html, (Online), diakes 21 Maret 2015.

Arismunandar, Wiranto. 1995. Teknologi Rekayas Surya. Jakarta: Pradnya Paramita.

Arsad, Agus Muhamad dan Hartono, Firman. 2009. Pembuatan Kode Desain dan Analisis Turbin Angin Sumbu Vertikan Darrieus Tipe-H. Jurnal Teknologi Dirgantara. 7(2): 93-100.

Arya Wardhana, Wisnu. 2007. Teknologi Nuklir. Yogyakarta: Andi.

Basyirun dkk. 2008. Buku Ajat Mesin Konversi Energi. Semarang: UNES

Berenschot, H dan Arends, BPM. 1997. Motor Bensin. Jakarta: Erlangga.

Culp, Archie W. 1996. Prinsip-Prinsip Konversi Energi. Jakarta: Erlangga.

Daryanto, Y. 2007. Kajian Potensi Angin untuk Pembangkit Listrik Tenaga Bayu. Yogyakarta: BALAI PPTAGG-UPT –LAGG.

De Coste, Josh. 2005. Vertical Axis Wind Turbine. Departement of Mechanical Engineering Dalhousie University.

Dewi, Marizka Lustia. 2010. Analissi Kinerja Turbin Angin Poros Vertikal dengan Modifikasi Rotor Savonius untuk Optimasi Kinerja Turbin. Skripsi tidak diterbitkan. Surakarta: UNS

270

http://www.g-excess.com/pengertian-energi-nuklir-dan-fisi-nuklir.html




Djokosetyadjo, M.J. 1993. Ketel Uap. Jakarta: Pradnya Paramita.

Eviline, Siska Maria . 2015. www.solaraero.org, (Online), diakes 12 Maret 2015.

Harahap, Zulkifli. 1994. Pompa dan Blower Sentrifugal. Jakarta: Erlangga.

Ji-Feng dkk. 2012. A Novel Design of Composite Water Turbine Using CFD. Journal of Hydrodynamics. 24(1): 11-16.

Khunthongjan, Palupum dan Janyalertadun Adun. 2011. A Study of Angle Effect on Ducted Water Current Turbine Perfomance Using CFD. Journal of Science and Technology. 34(1): 61-67.

Larasakti, Andi Ade dkk. 2012. Pembuatan dan Pengujian Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro Turbin Banki Daya 200 Watt. Jurnal Mekanikal. 3(10): 245-253.

Muhammad, Andi Haris dkk. 2009. Studi Ekperimental Perancangan Turbin Air Terapung Tipe Helical Blades. Jurnal Penelitian Engineering. 12(2): 165-168.

Muin, Syamsir A. 1988. Pesawat- Pesawat Konversi Energi I (Ketel Uap). Jakarta: Rajawali Pers.

______________. 1993. Pesawat- Pesawat Konversi Energi II (Turbin Uap). Jakarta: Rajawali Pers.

Napitupulu, Farel H dan Mauritz, Fritz. 22013 Uji Eksperimental dan Analisis Pengaruh Variasi Kecepatan dan Jumlah Sudu terhadap Daya dan Putaran Turbin Angin Vertikal Axis Savonius

271

dengan Menggunakan Sudu Pengarah. Jurnal Dinamis. 2(12): 49-59.

Nuantong, Weerapon dan Taechajedcadarungsri, Sirivit. 2009. Flow Simulations on Blades of Hydro Turbine. International Journal of Renewable Energi. 4(2): 61-66.

Paryatmo, Wibowo. 2007. Turbin Air. Jakarta: Graha Ilmu

Pudjana, Astu dan Nursuhud, Djati. 2006. Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: Andi Offset

_____________. 2008. Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: Andi Offset

Reksoatmodjo, Tedjo Narsoyo. 2005.Vertical Axis Differential Drag Windmill. Jurnal Teknik Mesin. 7(1): 65-70.

Rizkiani, Kamiran, dan Subchan. 2012. Analisis dan Simulasi Konversi Energi Angin Menjadi Energi Listrik Menggunakan Metode Feedback Linearization Control. Jurnal Sains dan Seni ITS. 1 (1): 12-17.

Rosa, Yazmendra dan Sukma, Rino. 2008. Randcang Bangun Alat Konversi Energi Suya Menjadi Energi Mekanik. Jurnal Teknik Mesin. 5 (2): 54-65.

Ruhyat, Nanang. 2011. Modul 7 Energi dan Perubahannya. Jakarta: UMB.

Ruprecht dkk. 2010. Inovative Design Environments for Hydro Turbine Components. Stuttgart: Institute for Fluid Mechanics and Hydraulic Machinery (IHS).

272

Sangal, Aurabh dkk. 2013. Review of Optimal Selection of Turbines for Hydroelectric Projects. International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering. 3(3): 424-430.

Shlyakhin, P. 1990. Turbin Uap. Jakarta: Erlangga.

Sriyono, Dakso. 1996. Turbin, Pompa, dan Kompresor. Jakarta: Erlangga.

Sularso dan Tahara, Haruo. 1983. Pompa dan Kompresor (Pemilihan, Pemakaian, dan Pemeliharaan). Jakarta: Pradnya Paramita.

Surbakty, BM. 1985. Mesin dan Turbin Uap. Jakarta: IKIP Jakarta.

Suyanto, Wardan. 1989. Teori Motor Bensin. Jakarta: Depdikbud

Syahrul. 2008. Prospek Pemanfaatan Energi Angin Sebagai Energi Alternatif di Daerah Pedesaan. Media Elektrik. 3(2): 140-144.

Trommelmans, J. 1993. Mesin Disel. Jakarta: Rosda Jaya Putra.

Warsito, dkk. 2011. Realisasi dan Analisis Sumber Energi Baru Terbarukan Nanohidro dari Aliran Air Berdebit Kecil. Jurnal Material dan Energi Indonesia.1(1):15-21.

Vieira, Filipe dan Ramos, Helena M. 2009. Optimization of Operational Planning for Wind/ Hydro Hybrid Water Suplay Systems. Journal Renewable Energi. 34(1): 928-936.

Zong-dong, Qian dkk. 2007. Numerical Simulation and Analysis of Pressure Pulsation in Francis

273

Hydraulic Turbine with Air Admission. Journal of Hydrodynamics. 19(4): 467-472.

274

MESIN KONVERSI ENERGI

Documents