Silabi Pengertian Umum Energi Permasalahan di Bidang Energi Energi Baru dan Terbarukan (EBT) : Energi Biofuel Energi Biomassa Energi Panas Bumi Energi Air Energi Surya Energi Pasang Surut Energi Ombak Energi Angin Energi Osmosis Energi Magnet Energi Gravitasi Energi Radiasi Dasar Konversi Energi Rekayasa Energi Terbarukan

Energi Air Energi yang terkandung dalam air bisa dibedakan atas 2 jenis : Energi potensial Energi kimiawi Energi potensial : memanfaatkan fluida air dengan beberapa konfigurasi : Air jatuh secara gravitasional sehingga memiliki energi potensial  air terjun, ombak. Air mengalir di sungai dari suatu ketinggian. Air sebagai massa penghasil beda suhu. Energi kimiawi : mengekstrak struktur asli air (H2O) menjadi bahan bakar (hidrogen, H) dan oksigen.

Energi Potensial Air Energi potensial yang terkandung pada air terjun : E = m.g.h di mana: E = energi potensial (kg m2/s) m = massa (kg) g = percepatan gravitasi (m/s) h = tinggi relatif terhadap permukaan bumi (m) Debit air : Q = dm/dt di mana: Q = debit air (kg/s) dm = elemen massa air (kg) dt = elemen waktu (s)

Energi potensial : E = m.g.h (kg m2/s) Contoh soal konversi Energi potensial : E = m.g.h (kg m2/s) Debit air : Q = dm/dt (kg/s) Daya teoritis kasar : P = 9.81 Q.h (kW)

Pemanfaatan Energi Potensial Air Pemanfaatan Tinggi Terjun Jenis Terusan Air (water way) Jenis Bendungan/Dam Jenis Terusan dan Dam (hybrid) Pemanfaatan Aliran Air Jenis Aliran Sungai Langsung (run of river) Jenis Kolam Pengatur (regulatoring pond) Jenis Waduk (reservoir) Jenis Pompa (pump storage)

Jenis Terusan Air (water way) Mempunyai tempat ambil air (intake) di hulu sungai dg kemiringan (gradient) yang agak kecil dan mengalirkan air ke hilir melalui terusan air. Tenaga listrik dibangkit-kan dengan cara memanfaatkan tinggi terjun dan kemiringan sungai.

Jenis Bendungan/Dam Pembuatan bendungan dimaksudkan untuk menaikkan permukaan air di hulu sungai guna membangkitkan energi potensial yang lebih besar.

Jenis Aliran Sungai Langsung (run of river) Membangkitkan listrik dengan memanfaatkan aliran sungai itu sendiri secara alamiah.

Jenis Kolam Pengatur (regulatoring pond) Mengatur aliran sungai setiap hari atau setiap minggu dengan menggunakan kolam pengatur yang dibangun melintang sungai dan membangkitkan listrik sesuai dengan beban.

Jenis Waduk (reservoir) Di buat dengan cara membangun waduk yang melintang sungai, sehingga terbentuk seperti danau buatan, atau bisa dari danau asli sebagai penampung air hujan untuk cadangan untuk musim kemarau.

Jenis Pompa (Pumped Storage) Memanfaatkan tenaga listrik yang berlebihan ketika musim hujan atau pada saat pemakaian tenaga listrik berkurang saat tengah malam, sebgian turbin difungsi-kan sebagai pompa untuk memompa air hilir ke hulu, jadi pembangkit ini memanfaatkan kembali air yang dipakai saat beban puncak dan dipompa ke atas lagi saat beban puncak terlewati.

Bendung vs Bendungan Bendung : Bendungan : Berguna utk menaikkan elevasi muka air sungai shg bisa mencapai elevasi daerah layanan, atau utk tujuan tertentu (misal utk meningkatkan head dalam PLTA). Tidak membutuhkan tampungan (waduk). Biasanya dibangun pada DAS bagian tengah, di mana debit tersedia besar dan beda elevasi daerah layanan tidak terlalu tinggi dari elevasi muka air sungai (tidak lebih dari 5 meter). Bendungan : Berguna untuk menaikkan elevasi muka air, dan meningkat-kan debit tersedia pada musim kemarau. Membutuhkan tampungan (waduk). Biasanya dibangun pada DAS bagian hulu dimana debit tersedia relatif kecil dan beda elevasi daerah layanan cukup tinggi dari elevasi muka air sungai (bisa lebih dari 50 meter).

Bendung vs Bendungan

Komponen Bendungan : Tubuh bendungan : urugan tanah dan/atau batu, beton Waduk : merupakan tampungan alamiah yang berfungsi untuk menyimpan air sementara. Pelimpah banjir : sistem pembuangan (outlet) akibat kelebihan air di waduk. Intake : Bangunan pengambilan air dari waduk untuk melayani kebutuhan air yang dibebankan kepadanya. Sistem pengelak berupa bendungan pengelak (cofferdam) dan terowongan pengelak yang disediakan sebagai pengaman saatkegiatan konstruksi. Prasarana pendukung : inspection gallery, jalan akses, gardu pandang, rumah pembangkit dari PLTA, instalasi penjernihan air bersih, sarana rekreasi, dll.

Kincir dan Turbin Pemanfaatan energi air dalam skala kecil bisa berupa penerapan kincir air dan turbin. Jenis kincir air berdasarkan sistem aliran airnya : Overshot : air melalui atas kincir dan kincir berada di bawah aliran air. Air memutar kincir dan air jatuh ke permukaan lebih rendah. Breastshot : kincir diletakkan sejajar dengan aliran air sehingga air mengalir melalui tengah2 kincir. Undershot : posisi kincir air diletakkan agak ke atas dan sedikit menyentuh air. Aliran air yang menyentuh kincir di bagian bawah menggerakkan kincir. Pitch-back : posisi kincir sedikit di bawah posisi overshot, air akan memutar kincir berlawanan arah dengan jenis overshot.

Bhp = η σ Q h Besar Daya Kincir Air Di mana : η = efisiensi sistem (-)   σ     = berat air persatuan volume (N/m3)   Q    = debit air (m3/det) h     = ketinggian permukaan (m) Bhp   = daya yang diberikan aliran air melalui kincir (Watt)  Kincir pada umumnya digunakan untuk aras daya rendah (putaran juga rendah) sehingga cocok digunakan untuk PLTMH.

Turbin Turbin pada umumnya digunakan untuk pembangkitan listrik berdaya besar sehingga cocok untuk PLTA atau PLTU. Klasifikasi turbin air berdasarkan prinsip kerjanya : Turbin Aksi (Impuls) Turbin Reaksi Turbin juga bisa diklasifikasikan berdasarkan Head dan Debit, berdasarkan Arah Aliran, dan berdasarkan Kecepatan Spesifik. Beberapa jenis turbin : Turbin Kaplan, Turbin Pelton, Turbin Francis, Turbin Ossberger.

Turbin Kaplan

Turbin Pelton

Turbin Francis

Turbin Ossberger

Turbin Picohydro

Energi Kimiawi Air Air menutupi hampir 71% permukaan Bumi. Terdapat 1,4 triliun kilometer kubik (330 juta mil³) tersedia di Bumi. Unsur kimiawi air : H2O Hidrogen : gas yang amat mudah terbakar  potensial sebagai sumber energi. Oksigen : zat asam yang diperlukan dalam pembakaran. Permasalahan : bagaimana mengekstrasi hidrogen dan oksigen menjadi gas yang lepas. Dua metode yang umum : Elektrolisis Pemecahan ikatan dengan agitasi

Elektrolisis Molekul air bisa diuraikan menjadi unsur-unsur asalnya dengan mengalirinya arus listrik (elektrolisis). Pada katode, dua molekul air bereaksi dengan menangkap dua elektron, tereduksi menjadi gas H2 dan ion hidroksida (OH-). Sementara itu pada anode, dua molekul air lain terurai menjadi gas oksigen (O2), melepaskan 4 ion H+ serta mengalirkan elektron ke katode. Ion H+ dan OH- mengalami netralisasi sehingga terbentuk kembali beberapa molekul air. Gas hidrogen dan oksigen yang dihasilkan dari reaksi ini membentuk gelembung pada elektrode dan dapat dikumpulkan.

Contoh Electrolyser

Contoh Electrolyser

Metode Pemisahan Hidrogen : Reaktor Solar-Termal

Menggunakan cahaya matahari sebagai sumber energi untuk memecah air menjadi elemen-elemen hidrogen dan oksigen. Metodenya menggunakan sejumlah besar cermin akan memusatkan cahaya matahari ke satu titik di atas menara pusat sehingga suhu naik hingga 1.350 derajat C. Energi tersebut dikirim ke tabung reaktor yang mengandung oksida logam, yang jika dipanaskan akan melepaskan atom-atom oksigen. Hal itu akan menyebabkan unsur-unsur mencari atom-atom oksigen baru. Ketika uap yang dihasilkan dari air mendidih dalam tabung reaktor ditambahkan, molekul-molekul oksigen akan menempel pada oksida logam, membebaskan molekul-molekul hidrogen untuk berkumpul menjadi gas.

Resonator Ikatan molekul H2O bisa dipecah dengan efek agitasi. Efek agitasi bisa didapat dengan menggetarkan air secara elektromagnetik maupun secara akustik. Frekuensi resonansi untuk air adalah sekitar 42.7 kHz dan 2.4 MHz. Rangkaian resonator bisa dibuat dengan memperkuat sinyal 42.7 kHz hingga aras tertentu untuk memecah H2O menjadi gas H-H-O.

Resonator (Stanley Meyer)

Resonator

Resonator

Resonator

Resonator

Resonator