TUGAS TERSTRUKTUR MEKANISASI PERTANIAN URUTAN KUALITAS ENERGI YANG TERTINGGI SAMPAI TERENDAH

Smangat

TUGAS TERSTRUKTUR

MEKANISASI PERTANIAN

URUTAN KUALITAS ENERGI YANG TERTINGGI

SAMPAI TERENDAH

 

Oleh:

 Nama            : Kustam

      NIM              : A1L111053

               Kelas            : Agroteknologi P

KEMENTERIAN PENDIDIKAN NASIONAL

UNIVERSITAS JENDERAL SOEDIRMAN

FAKULTAS PERTANIAN

PURWOKERTO

2013

1.      Energi Listrik

Energi listrik merupakan salah satu kebutuhan hidup manusia yang mengalami peningkatan tajam, hal tersebut dikarenakan sebagain besar energy yang dibutuhkan oleh manusia khususnya masyarakat modern disuplay dalam bentuk energi listrik [1]. Proses distribusi listrik merupakan salah satu rangkaian penting dalam melayani kebutuhan energi listrik, dimulai dari pembangkit listrik sampai dengan end user yaitu konsumen sebagai pengguna listrik. Kualitas energi listrik yang diterima konsumen sangat dipengaruhi oleh sistem pendistribusian, oleh karena itu diperlukan sistem distribusi energi listrik dengan kehandalan yang tinggi. Kehandalan dalam sistem distribusi listrik adalah suatu ukuran ketersediaan / tingkat pelayanan penyediaan tenaga listrik dari sistem ke pemakai / pelanggan [2]. Tolak ukur kehandalan dari sistem distribusi listrik adalah seberapa sering sistem distribusi listrik mengalami pemadaman, berapa lama pemadaman terjadi dan berapa cepat waktu yang dibutuhkan untuk memulihkan kondisi dari pemadaman yang terjadi. Sistem yang mempunyai kehandalan tinggi akan mampu memberikan energi listrik setiap saat dibutuhkan, sedangkan sistem dikatakan  mempunyai keandalan rendah bila tingkat ketersediaan energi listrik rendah.

Kehandalan yang tinggi pada sistem distribusi energi listrik di dasarkan pada indikasi titik beban dan indikasi performansi sistem, yang terdiri dari Frequency of failures (_), average duration of a failure (r), average annual outage time (U) [6]. Didasarkan pada indikasi tersebut, maka untuk mencapai kehandalan tinggi pada sistem distribusi energi listrik terdapat beberapa atribut (Multy Atribut) yang dapat dijadikan pertimbangan diantaranya indikasi titik beban, SAIFI, dan SAIDI. Selanjutnya pada Multy Atribut tersebut diberikan pelatihan (learning) dengan menggunakan metode LVQ (Learning Vector Quantization) agar secara otomatis dapat melakukan klasifikasi terhadap vector input yang diberikan. Keunggulan dari metode LVQ adalah  kemampuan metode tersebut untuk memberikan pelatihan terhadap lapisan – lapisan kompetitif sehingga secara otomatis dapat mengklasifikasikan vector input yang diberikan.

Lampu senter yang kita gunakan dapat menyala karena ada energi listrik yang mengalir pada lampu. Energi listrik terjadi karena adanya muatan listrik yang bergerak. Muatan listrik yang bergerak akan menimbulkan arus listrik. Energi listrik banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Misalnya sebagai penerangan. Energi listrik juga dapat digunakan untuk menggerakkan mesin-mesin. Energi listrik yang biasa kita gunakan dalam rumah tangga berasal dari pembangkit listrik. Pembangkit listrik tersebut menggunakan berbagai sumber energi, seperti air terjun, reaktor nuklir, angin, atau matahari. Energi listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik sangat besar. Untuk menghasilkan sumber energi listrik yang lebih kecil, kita dapat menggunakan aki, baterai, dan generator.

Tujuan penggunaan simulasi multi atribut di dalam proses distribusi listrik adalah untuk membantu memvisualisasikan proses pendistribusian listrik dalam memenuhi kualitas energi listrik yang diterima oleh konsumen, sehingga mempermudah dalam mempelajari permasalahan yang dihadapi oleh distribusi listrik.

2.      Energi Elektromagnetik

Energi Elektromagnetik adalah suatu bentuk energi yang berkaitan dengan radiasi elektromagnetik yang merupakan bentuk energi murni yang tidak berkaitan dengan massa dan dirumuskan sebagai :

E          = hv

=

Keterangan:

E = energi (Joule)

h = konstanta Plank (6,626 . 10-34 joule detik)

v = frekuensi (Hertz)

λ = panjang gelombang (meter)

Berdasarkan panjang gelombang, radiasi elektromagnetik dibagi menjadi radiasi gamma, sinar-X, dan Termal. Gelombang elektromagnetik adalah gelombang yang dapat merambat tanpa memerlukan medium dan merupakan gelombang transversal. Namun gelombang elektromagnetik merupakan gelombang medan, bukan gelombang mekanik (materi). Pada gelombang elektromagnetik, medan listrik E selalu tegak lurus arah medan magnetik B dan keduanya tegak lurus arah rambat gelombang. Gangguan gelombang elektromagnetik terjadi karena medan listik dan medan magnet, oleh karena itu gelombang elektromagnetik dapat merambat dalam ruang vakum.

Medan listrik dan medan magnet pada gelombang elektromagnetik

Gelombang elektromagnetik berasal dari matahari dan angkasa; peralatan elektronik, pemancar radio/TV, satelit, monitor TV, komputer, kilat, bahan radioaktif, alat Rontgen, bara api dan blok mesin yang panas. Secara umum dapat dikatakan gelombang elektromagnetik muncul dari partikel bermuatan yang dipercepat (bergetar, perputar, diperlambat dan dipercepat).

Energi elektromagnetik merambat dalam gelombang dengan beberapa karakter yang bisa diukur, yaitu: panjang gelombang/wavelength, frekuensi, amplitude/amplitude dan kecepatan. Amplitudo adalah tinggi gelombang, sedangkan panjang gelombang adalah jarak antara dua puncak. Frekuensi adalah jumlah gelombang yang melalui suatu titik dalam satu satuan waktu. Frekuensi tergantung dari kecepatan merambatnya gelombang. Karena kecepatan energi elektromagnetik adalah konstan (kecepatan cahaya), panjang gelombang dan frekuensi berbanding terbalik. Semakin panjang suatu gelombang, semakin rendah frekuensinya, dan semakin pendek suatu gelombang semakin tinggi frekuensinya.

Energi elektromagnetik dipancarkan, atau dilepaskan, oleh semua masa di alam semesta pada level yang berbeda-beda. Semakin tinggi level energi dalam suatu sumber energi, semakin rendah panjang gelombang dari energi yang dihasilkan, dan semakin tinggi frekuensinya. Perbedaan karakteristik energi gelombang digunakan untuk mengelompokkan energi elektromagnetik.

3.      Energi Mekanik

Energi mekanik adalah energi yang dimiliki suatu benda karena sifat geraknya. Energi mekanik terdiri dari energi potensial dan energi kinetik. Energi potensial adalah energi yang dimiliki benda karena posisinya (kedudukan) terhadap suatu acuan. Sebagai contoh sebuah batu yang kita angkat pada ketinggian tertentu memiliki energi potensial, jika batu kita lepas maka batu akan melakukan kerja yaitu bergerak ke bawah atau jatuh. Jika jatuhnya batu mengenai tanah lembek maka akan terjadi lubang, batu yang kita angkat lebih tinggi maka energi potensial yang dimiliki batu lebih besar pula sebagai akibat lubang yang terjadi lebih dalam. Jika massa batu lebih besar energi yang dimiliki juga lebih besar, batu yang memiliki energi potensial ini karena gaya gravitasi bumi, energi ini disebut energi potensial bumi.

Energi potensial bumi tergantung pada massa benda, gravitasi bumi dan ketinggian benda. Sehingga dapat dirumuskan:

E_p = m.g.h

Keterangan:
E_p = Energi Potensial gravitasi (joule)
M = Massa benda (kg)
G = Percepatan gravitasi (N/kg) atau (m/s²)
H = Ketinggian benda (m)

Selain energi potensial  gravitasi terdapat juga energi potensial elastis. Energi ini dimiliki benda yang memiliki sifat elastis, misalnya karet, busur panah dan pegas.

Contoh Soal:

Buah durian tergantung pada tangkai pohonnya setinggi 8 meter, jika massa durian 2 kg dan percepatan gravitasi 10 N/kg, berapa energi potensial yang dimiliki durian tersebut ?

Penyelesaian :

Diketahui :
    h = 8 meter
    m = 2 kg
    g = 10 N/kg
Ditanyakan : Ep = ……… ?

Jawab :
    E_p = m.g.h
    E_p = 2 kg. 10 N/kg. 8 m
    E_p = 160 Nm
    E_p = 160 J
Jadi energi potensial yang dimiliki oleh buah durian adalah 160 joule.

Energi Kinetik

Energi kinetik adalah energi yang dimiliki benda karena geraknya. Makin besar kecepatan benda bergerak makin besar energi kinetiknya dan semakin besar massa benda yang bergerak makin besar pula energi kinetik yang dimilikinya. Secara matematis dapat dirumuskan:

E_k = ½ m.v²

Keterangan :

E_k = Energi potensial (joule)

m = Massa benda (kg)

v  = Kecepatan benda (m/s)

Contoh Soal:

Sebuah mobil yang massanya 1000 kg bergerak dengan kecepatan 15 m/s. Berapa energi kinetik yang dimiliki mobil tersebut ?

Penyelesaian :

Diketahui :
m = 1000 kg
v = 15 m/s
Ditanyakan : Ek = ……… ?

Jawab :
E_k = ½ m.v²
E_k = ½ 1000 kg.(15 m/s)²
E_k = ½ 1000 kg.225 m²/s²
E_k = 112500 kg m²/s²

Jadi energi kinetik yang dimiliki oleh mobil tersebut adalah 112500 joule.

4.      Energi Nuklir

Nuklir (a.k.a Energi Nuklir) adalah energi yang dihasilkan dengan mengendalikan reaksi nuklir. “Energi nuklir merupakan salah satu sumber energi di alam ini yang diketahui manusia bagaimana mengubahnya menjadi energi panas dan listrik. Sejauh ini, energi nuklir adalah sumber energi yang yang paling padat dari semua sumber energi di alam ini yang bias dikembangkan manusia. Artinya, kita dapat mengekstrak lebih banyak panas dan listrik dari jumlah yang diberikan dibandingkan sumber lainnnya dengan jumlah yang setara.

Di dalam inti atom nuklir terdapat tiga buah interaksi fundamental yang berperan penting, yaitu gaya nuklir kuat, gaya elektromagnetik dan gaya nuklir ringan pada jangka panjang. Energi nuklir dihasilkan di dalam inti atom melalui dua jenis reaksi, reaksi fisi dan reaksi fusi (Hari,2009).

Reaksi fusi nuklir hanya terjadi pada temperatur yang sangat tinggi, hingga mencapai temperatur matahari dengan tekanan berjuta kali tekanan atmosfer. Pada kondisi tersebut, materi berada pada keadaan plasma dimana materi berupa ion yang bergerak sangat cepat. Pada fase plasma inilah reaksi fusi nuklir berlangsung. Temperatur plasma dapat mencapai seratus juta derajat celcius, sehingga tidak mungkin menggunakan suatu reaktor yang bersentuhan langsung dengan plasma. Pada kenyataannya, reaksi fusi nuklir dilakukan di dalam kontainer yang berupa medan magnet. Hal ini dapat dilakukan karena plasma merupakan partikel bermuatan sehingga dapat berinteraksi dengan medan magnet. Metode lain yang digunakan adalah Inertial Confinement dimana suatu bahan bakar fusi nuklir diinisiasi oleh laser berenergi tinggi secara bertahap. Bahan bakar fusi nuklir ini dimasukkan ke dalam reaktor lalu ditembak dengan laser berenergi tinggi sehingga reaksi berlangsung seketika. Hingga saat ini, reaksi fusi nuklir belum dianggap menguntungkan karena besarnya energi yang dibutuhkan untuk menginisiasi reaksi nuklir. Jika proses tersebut dapat dibuat efisien, maka reaktor fusi nuklir memiliki beberapa keuntungan (Hari, 2009):

·         Ketersediaan

Bahan bakar yang digunakan adalah Deutrium yang tersedia dalam jumlah besar di lautan.

·         Resiko kebocoran reaksi sangat kecil

Resiko kebocoran reaksi yang sangat kecil karena ketika medan magnet yang digunakan tidak berfungsi, plasma yang bersentuhan dengan dinding reaktor akan turun temperaturnya, sehingga saat itu juga reaksi berhenti. Selain itu, pada desain Inertial Confinement, jumlah bahan bakar fusi yang digunakan sangat kecil pada setiap siklusnya.

·         Bahan baku maupun produk reaksi tidak bersifat radioaktif

Reaksi nuklir lain yang sudah dapat dimanfaatkan sebagai sumber energi listrik adalah reaksi fisi. Reaksi fisi dapat berlangsung secara terus menerus yang biasa disebut reaksi rantai. Dalam reaksi rantai, neutron yang telah terhambur pada reaksi fisi sebelumnya dapat mengakibatkan terjadinya reaksi fisi lain. Energi yang dihasilkan dari reaksi ini dapat dikonversi menjadi energi listrik pada sebuah Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir.

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, kita dapat menyalakan bohlam paling sedikit selama 180 tahun.” (whatisnuclear.com)

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 sangat berbahaya bagi manusia.

Contoh reaksi fusi nuklir adalah reaksi yang terjadi di hampir semua inti bintang di alam semesta. Senjata bom hidrogen juga memanfaatkan prinsip reaksi fusi tak terkendali.

Contoh reaksi fisi adalah ledakan senjata nuklir dan pembangkit listrik tenaga nuklir. Unsur yang sering digunakan dalam reaksi fisi nuklir adalah Plutonium dan Uranium (terutama Plutonium-239, Uranium-235), sedangkan dalam reaksi fusi nuklir adalah Lithium dan Hidrogen (terutama Lithium-6, Deuterium, Tritium).

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 atau kKal. Bila dalam reaksi kimia energinya terserap maka disebut dengan reaksi endodermis. Sumber energi yang penting bagi manusia adalah reaksi kimia eksotermis yang pada umumnya disebut reaksi pembakaran. Salah satu contoh aplikasi energi kimia dalam kehidupan manusia yaitu fuel cell.

• FUEL CELL

Saat ini fuel cell dianggap sebagai salah satu sumber energi alternatif yang sangat bersih, ramah  lingkungan, aman, dan mempunyai resiko yang sangat kecil. Di beberapa negara maju, fuel cell sudah digunakan sebagai sumber energi gerak kendaraan bermotor. Sistem fuel cell ini merupakan pembangkit energi listrik berbahan bakar hidrogen dan tidak tertutup kemungkinan suatu saat akan menjadi bahan bakar atau sumber energI yang paling berkembang. Sistem tersebut mengubah secara langsung energi kimia menjadi energi listrik. Secara teknis, fuel cell terdiri dari dua lempeng elektroda (katoda dan anoda) yang mengapit elektrolit. Oksigen dilewatkan pada salah satu sisi elektroda, sedangkan hidrogen dilewatkan pada sisi elektroda lainnya sehingga nantinya akan menghasilkan listrik, air, dan panas. Cara kerjanya, hidrogen disalurkan melalui katalisator anoda. Oksigen (yang diperoleh dari udara) memasuki katalisator katoda. Didorong oleh katalisator, atom hidrogen membelah menjadi proton dan elektron yang mengambil jalur terpisah di dalam katoda. Proton melintas melalui elektrolit. Elektron-elektron menciptakan aliran yang terpisah. Elektron ini dapat dimanfaatkan terlebih dahulu sebelum kembali ke katoda untuk bergabung dengan hidrogen dan oksigen, dan membentuk molekul air.

Fuel cell ini bekerja secara kimia, bukan pembakaran seperti mesin konvensional. Maka dari itu, emisinya sangat rendah dan patut untuk diutamakan pemanfaatannya yang sangat baik bagi lingkungan. Penggunaan fuel cell saat ini lebih diutamakan sebagai alat pembangkit listrik dan mesin penggerak kendaraan. Di Indonesia, penerapan system fuel cell ini bisa dijadikan jalan keluar untuk mengatasi krisis pasokan energi listrik nasional dan juga menghemat cadangan bumi kita. Gas hydrogen yang merupakan bahan bakar fuel cell ini juga sangat melimpah di Indonesia. Sehingga dalam pemanfaatan mesin ini, hydrogen yang dibutuhkan bisa diperoleh secara cuma-cuma. Gas hydrogen itu sangat melimpah karena bisa didapat dari sinar matahari, sampah organic, dan angin.

Energi kimia adalah energi yang tersimpan dalam persenyawaan kimia. Makanan banyak mengandung energi kimia yang sangat bermanfaat bagi tubuh manusia. Energi kimia pun terkandung dalam bahan minyak bumi yang sangat bermanfaat untuk bahan bakar. Baik energi kimia dalam makanan maupun energi kimia dalam minyak bumi berasal dari energi matahari.
Energi cahaya matahari sangat diperlukan untuk proses fotosintesis pada tumbuhan sehingga mengandung energi kimia. Tumbuhan dimakan oleh manusia dan hewan sehingga mereka akan memiliki energi tersebut. Tumbuhan dan hewan yang mati milyaran tahun yang lalu menghasilkan minyak bumi. Energi kimia dalam minyak bumi sangat bermanfaat untuk menggerakkan kendaraan, alat-alat pabrik, ataupun kegiatan memasak.

6.      Energi Kalor (panas/ termal)

Energi panas juga sering disebut sebagai kalor, pemberian padas kepada suatu benda dapat menyebabkan kenaikan suhu benda itu ataupun bahkan terkadang dapat menyebabkan perubahan bentuk, perubahan ukuran, atau perubahan volume benda itu. Ada tiga istilah yang penggunaannya sering kacau, yaitu panas, kalor, dan suhu. Panas adalah salah satu bentuk energi. Energi panas yang berpindah disebut kalor, sementara suhu adalah derajat panas suatu benda.   

Kalor merupakan salah satu bentuk energi yang dapat mengakibatkan perubahan suhu maupun perubahan wujud zat. Energi kalor biasanya merupakan hasil sampingan dari perubahan bentuk energi lainnya. Energi kalor dapat diperoleh dari energi kimia, misalnya pembakaran bahan bakar. Energi kalor juga dapat dihasilkan dari energi kinetik benda-benda yang bergesekan. Sebagai contoh, ketika kamu menggosok-gosokkan telapak tanganmu maka kamu akan merasakan panas pada telapak tanganmu. Energi termal merupakan bentuk energi dasar dimana semua energi dapat dikonversikan secara penuh menjadi energi panas. Energi yang tersimpan dapat berupa kalor” laten’ atau kalor “sensibel’ yang berupa entalpi. Pernahkah anda berfikir apa yang menyebabkan air dalam panci diletakkan diatas kompor bisa mendidih? Tentu hal tersebut bisa terjadi karena adanya perubahan kalor (panas) dari kompor (api) menuju panci kemudian diteruskan ke air. Sebagaimana yang kita ketahui bahwa suhu didih air adalah 100 derajat celcius, maka air baru akan mendidih setelah suhunya mencapai 100°C. Ada beberapa cara bagi kalor (panas) untuk berpindah yakni ada 3 cara. Cara tersebut yakni: Konduksi, radiasi dan Konveksi.

1.       Konduksi
Konduksi perpindahan energi panas (kalor) tidak di ikuti dengan zat perantaranya. Misalnya saja anda menaruh batang besi membara ke batang besi lain yang dingin. Anda tidak akan melihat besi membara itu bergerak namun tiba-tiba besi yang semula dingin akan menjadi panas. Atau dengan contoh yang lebih simpel, yakni satu logam panjang yang dipanaskan. Satu ujung logam panjang yang di beri nama A dipanaskan maka beberapa saat kemudian ujung yang lain (kita sebut ujung B) juga akan ikut panas.Pemanfaatan Konduksi dalam kehidupan sehari-hari sendiri bisa dengan mudah kita temukan, misalnya saja saat memasak air maka kalor berpindah dari api (kompor) menuju panci dan membuat air mendidih.

2.      Radiasi

Merupakan proses terjadinya perpindahan panas (kalor) tanpa menggunakan zat perantara.

Perpindahan kalor secara radiasi tidak membutuhkan zat perantara, contohnya anda bisa melihat bagaimana matahari memancarkan panas ke bumi dan api yang memancarkan hangat ke tubuh anda. Kalor dapat di radiasikan melalui bentuk gelombang cahaya, gelombang radio dan gelombang elektromagnetik. Radiasi juga dapat dikatakan sebagai perpindahan kalor melalui media atau ruang yang akhirnya diserap oleh benda lain. Contoh radiasi dalam kehidupan sehari-hari dapat anda lihat saat anda menyalakan api unggun, anda berada di dekat api unggun tersebut dan anda akan merasakan hangat. Satu lagi, pernahkah anda memegang candi prambanan di siang hari? Menurut anda apa yang membuat candi tersebut hangat saat siang hari? Ya karena mendapat radiasi panas dari matahari.

3.      Konveksi
Merupakan perpindahan kalor (panas) yang disertai dengan berpindahnya zat perantara. Konveksi sebenarnya mirip dengan Induksi, hanya saja jika Induksi adalah perpindahan kalor tanpa disertai zat perantara sedangkan konveksi merupakan perpindahan kalor yang di ikuti zat perantara. Contoh konveksi dalam kehidupan sehari-hari dapat anda lihat pada proses pemasakan air, apakah anda tau apa yang terjadi saat air dimasak? Saat air dimasak maka air bagian bawah akan lebih dulu panas, saat air bawah panas maka akan bergerak ke atas (dikarenakan terjadinya perubahan masa jenis air) sedangkan air yang diatas akan bergerak kebawah begitu seterusnya sehingga keseluruhan air memiliki suhu yang sama. Selain itu contoh konveksi yang lain juga dapat anda temui pada ventilasi ruangan dan cerobong asap.