Ir. H. Tjukup Marnoto, BE. MT. PhD. Konversi Energy (121292) Ir. H. Tjukup Marnoto, BE. MT. PhD. Jurusan Teknik Kimia, FTI UPN “Veteran” Yogyakarta

Pebahasan masalah energi dikelompokan : 1). sumber Energi; 2) Pebahasan masalah energi dikelompokan : 1). sumber Energi; 2). bentukEnergi; 3). sistem Energi, yaitu sistem untuk mengkonversi bentuk-bentuk energi sesuai dengan keperluan penyimpanan, distribusi dan penggunaan energi. Sumber energi Bentuk energi Sistem energi Energi Konvensional Energi nuklear Energi terbarukan Tenaga mekanik Tenaga listrik Tenaga kimia Tenaga panas (kalor) Tenaga photon Tenaga Potensial Kualitas energi /exergy Konversi energi Penyimpanan energi Distribusi energi Penggunaan tenaga Kesan lingkungan

Bentuk Energi Energi/tenaga adalah potensi atau kemampuan untuk melakukan suatu kerja. Setiap bentuk tenaga mempunyai kemampuan yang tersendiri untuk melakukan kerja. Bentuk tenaga Tenaga mekanik terkandung didalamnya tenaga kinetik dan tenaga potensial, Tenaga listrik, Tenaga kimia, Tenga panas atau kalor dan Tenaga photon.

Tenaga mekanik ialah tenaga yang terkait dengan gerak sesuatu benda, yaitu tenaga yang dimiliki oleh suatu jasad/benda yang disebabkan oleh pergerakannya disebut tenaga kinetik. Tenaga ini sesuai dengan kerja yang diperlukan untuk menghentikan jasad yang sedang bergerak. Jasad bermassa m yang bergerak dengan laju v dikatakan mempunyai tenaga : sesuatu objek yang bergerak dengan laju tertentu (contoh: air sungai, angin) mempunyai tenaga kinetik dan dengan itu mampu melakukan kerja mekanik.

Power listrik adalah hasil kali dari pada arus dan voltages. Tenaga listrik ialah tenaga yang terkait dengan gerak sesuatu muatan (elektron). Kecepatan gerakan muatan untuk melintasi sesuatu luasan per satuan waktu disebut arus (i). Potensial untuk menggerakan sesuatu muatan disebut voltages (V), dan besarnya voltages tergantung dari pada rintangan Ohm (R) yang dilalui arus. Power listrik adalah hasil kali dari pada arus dan voltages. (Amper) (Watt) (Volt) (Watt.Jam)

Tenaga kimia ialah tenaga yang diserap atau dibebaskan sewaktu terjadinya reaksi kimia. Azas tenaga kimia ialah tenaga ikatan molekul, ikatan hidrogen, ikatan logam, ikatan ion dan ikatan kovalen. Tenaga kimia lainnya yang mempunyai potensi melakukan kerja yaitu tenaga pelarutan. Contoh :Tenaga ikatan kimia dari bahan bakar dibebaskan di dalam proses pembakaran pada suhu bakar/ suhu pengapian. Pembakaran disebut reaksi redok (reduction-oxidation).

Tenaga panas/kalor ialah tenaga yang disebabkan oleh perubahan suhu suatu jasad atau benda alir. Tenaga ini juga dapat didefinisikan sebagai tenaga yang dipindahkan antara dua sistem kerana perbedaan suhu. Konsep kerja-tenaga kalor dituangkan di dalam hukum kedua termodinamik. Tenaga panas untuk proses yang dapat balik, dapat dinyatakan sebagai berikut: S = darjat keacakan atau entropi Q = Kalor dan T = Temperatur kB = Konstanta Boltzmann’s Ω = nomor mikrostat (nomor susunan molekul).

Tenaga photon atau tenaga radiasi dapat dijelaskan dengan teori kuantum Planck’s dari cahaya. Tenaga gelombang sinar yang sangat pendek tidak bisa dinyatakan dengan teori umum dari gelombang elektromagnet, karena photon merupakan unit tenaga yang sangat kecil yaitu partikel yang bermassa dan bermuatan (charge) kosong. E = Tenaga/Energi h = konstanta Planck’s dan v = frekuensi radiasi

Eλ,b = tenaga per satuan luas, per waktu, per unit panjang gelombang. Hukum radiasi Planck’s menyatakan tenaga dari radiasi jasad hitam dengan distribusi panjang gelombang Eλ,b = tenaga per satuan luas, per waktu, per unit panjang gelombang. h = konstante Planck’s, kB = pemalar Boltzmann’s, cO = laju cahaya di dalam ruang hampa, λ = panjang gelombang, dan T = suhu jasad hitam.

Panjang gelombang maksimum atau intensitas maksimum daripada radiasi jasad hitam, diperoleh jika Eλ,b adalah kosong. Hukum Wien’s menyatakan bahawa panjang gelombang maksimum berbading berbalik dengan suhu: Jumlah tenaga photon radiasi jasad hitam , didapat dari Integrasi Hk. Radiasi Plan’k : dengan σ ialah pemalar Stefan-Boltzmann

Tenaga potensial adalah kapasitas sesuatu jasad atau sistem jasad untuk melakukan kerja (mengeluarkan tenaga). Contoh : tenaga potensial yang dimiliki pegas, apabila pegas dimampatkan atau direnggangkan k = kostante pegas dan x = jarak pegas dimampatkan atau direnggangkan dari titik keseimbangannya Tenaga potensial yang terdapat pada objek bermasa (m) yang berada pada suatu ketinggian (h), dan percepatan gravitasi bumi (g), dapat ditulis sebagai berikut:

Tenaga potensial sel galvanik ialah tenaga elektrokimia yang dihasilkan oleh reaksi redoks didalam sel-sel elektroda. Tenaga Potensial dalam sel dirubah menjadi tenaga lisktrik dan menghasilkan daya elektromotiv (emf) dalam bentuk potensial sel elektroda (sel tegangan). Sel tegangan secara umum dinyatakan dengan persamaan Nernst: (Volt) = sel elektroda standad, R = konstante gas ideal, T = suhu, z = jumlah muatan (jumlah elektron), F = konstante Faraday, dan Q = perbandingan atau rasio aktivitas pereduksi dan pengoksidasi

Pada analisis termodinamik enjumlahan dari U dan p.V , Tenaga potensial termal dapat di tunjukan oleh persamaan-prsamaan termodinamik, dan dapat disebut sebagai potensial termodinamik Tenaga dalam (U) ialah tenaga mikroskopik yang berkenaan dengan struktur molekul dan tingkat aktivitas molekul dari jasad atau sistem jasad. Pada analisis termodinamik enjumlahan dari U dan p.V , H =U+p.V, yang disebut enthalpi (H). Sebagaimana persamaan Gibb’s yang menyatakan tenaga Gibb’s dengan enthalpi, suhu dan entropi (S) (J) (J)

dapat dinyatakan dengan satuan (unit) tenaga Kuantitas Energi dapat dinyatakan dengan satuan (unit) tenaga Kuantiti Keterangan S.I-unit Daya Asas daya Newton (N) Tenaga(energi) Asas tenaga/Energi N.m = Joule (J) Fluks tenaga Tenaga per unit luas J.m-2 Densitas tenaga Tenaga per unit volume J.m-3 Power/Kekuatan Tenaga per unit waktu J.det-1 = Watt Fluks Power Tenaga per unit waktu per unit luas W.m-2 Densitas kuasa Tenaga per unit waktu per unit volume W.m-3 Satuan tenaga Tenaga per unit massa W.kg-1 Tenaga molar Tenaga per unit mol W.mol-1

Kualitas Tenaga (exergy) Kaedah ilmiah untuk menentukan nilai/kadar tenaga yang nyata disebut kualitas tenaga (exergy). Kualitas tenaga didefinisikan sebagai kemungkinan kerja maksimum yang dihasilkan dari suatu sistem yang mengalami proses dapat balik dari kondisi awal yang spesifik ke kondisi sekeliling (Moran & Shapiro 1995). Kualitas tenaga tergantung pada kemampuan konversi tenaga, penyimpanan dan penghantaran (transportasi energy). Sehingga konsep kualitas tenaga melibatkan proses-proses konversi, pengangkutan dan penyimpanan tenaga hingga dapat digunakan. (semua ada padaSistem tenaga)