1 / 36

PENYIMPANAN ENERGI

PERTEMUAN - 15. PENYIMPANAN ENERGI. MATERI AJAR. Pendahuluan Penyimpanan energi mekanik Penyimpanan energi listrik Penyimpanan energi kimia Penyimpanan energi nuklir Penyimpanan energi thermis (thermal). Pendahuluan.

varden
Download Presentation

PENYIMPANAN ENERGI

An Image/Link below is provided (as is) to download presentation Download Policy: Content on the Website is provided to you AS IS for your information and personal use and may not be sold / licensed / shared on other websites without getting consent from its author. Content is provided to you AS IS for your information and personal use only. Download presentation by click this link. While downloading, if for some reason you are not able to download a presentation, the publisher may have deleted the file from their server. During download, if you can't get a presentation, the file might be deleted by the publisher.

E N D

Presentation Transcript

  1. PERTEMUAN - 15 PENYIMPANAN ENERGI

  2. MATERI AJAR Pendahuluan Penyimpananenergimekanik Penyimpananenergilistrik Penyimpananenergikimia Penyimpananenerginuklir Penyimpananenergithermis (thermal)

  3. Pendahuluan • Keenamklasifikasienergiutamadapatdisimpandalambeberapabentukdiantaraklasifikasienergiumum, kecualienergielektromagnetik yang merupakanbentukenergitrnasisimurni. • Energimekanisdapatdisimpandalambentukenergikinetisatauenergipotensial. • Energilistrikdapatdisimpansebagaienergimedaninduksiatausebagaienergimedanelektrostatik. • Energikimiadanenerginuklir, duadarikeenamklasifikasienergiutama, dalamkenyataannyamerupakanbentukmurnidarisimpananenergi. • Energipanasdapatdisimpansebagaipanasleatendan/ataupanas sensible.

  4. Beberapahalharusdipertimbangkanpadawaktumemilih, merencanakandanmengoperasikansetiapsistempenyimpananenergi. • Pertama, berapakahefisiensi total sistem? Initermasukprosespengisian, kerugianpenyimpanandanprosespengambilankembali. • Kedua,berapakahkerapatan, penyimpananenergidalamkilojoulepermeterkubikatau Btu per feet kubik, dan/ataupenyimpananenergispesifikdalamkilojoule per kilo gram atau Btu per pound-massa. • Ketiga,berapakahhargamaksimum yang diijinkanuntukpembuatandankecepatanpengeluarannya? • Keempat,apakahsistempenyimpananenergitersebutekonomisatautidak? Initemasukbiaya modal danbiayaoperasi. • Kelima,bagaimanapengaruhnyaterhadaplingkungansehubungandenganpemakaian unit penyimpananini? • Akhirnya, berapa kali system inibisadipakaiulangdantahanberapa lama?Penyimpananenergispesifikdalamkilojoule per kilo gram untukbeberapamacam material dansistemditunjukandalamTabel 10.1.

  5. Tabel 10.1 Penyimpanan energy spesifikuntukbermacam material dansistem (semuahargadalam kJ/kg

  6. PenyimpananEnergiMekanis • 1. PenyimpananEnergiKinetis • Energikinetisialahenergimekanis yang berkaitandengangerakansuatumassarelatifterhadap yang lain. Energikinetisjugadapatdisimpandalamsuaturoda yang berputar, bisadisebutrodagila (flywheel). Energikinetispadasuatulingkaranrodadenganmassam kilogram, yang berputardengankecepatansudutrad/detikpada radius R m, ialah • = 2 mR2n2 • Penyimpananenergipotensial • Satujenisumumpenyimpananenergipotensialmeliputisistemdimanaenergidisimpandalambentukenergireganganelastis (elastic strain energy), misalnyapegas, batang torsi dansebagainya. Energi yang disimpandidalampegasadalahsamadengan , dimanaKialahkonstantapegas. Jikapegastersebutsuatupegas “linear”, konstantapegasmemangmerupakankonstantadanenergipotensial yang disimpan, dalam joule, ialah

  7. PenyimpananEnergiListrik • Penyimpanan Medan Elektostatikadan Medan Induktif • Penyimpananenergilistrikdalambentukenergilistrikdapatdilakukandidalamkapasitor, dimanaenergiberbentukmedanelektrostatika , ataudidalammedanmagnit yang dibentukolehaliranelektronmelaluiinduktorbesarsepertielektromagnit. Kapasitorbisadiunakansebagaialatpenyimpanpadarangkaianlistrik dc dansejumlahbesarkapasitorjugadipakaiuntukmenyimpandayauntukmemperbaikiketinggalan (lagging) faktordayadarisuatu system ac. Jugadigunakanjikadikehendakialirantiba-tibaarus dc dalamjumlahbesar, misalnyapadabeberapaeksperimenfusi. Energilistrik yang disimpandalamkapasitoradalahsebesar • Batere • Batereelektrokimiabisadigunakanuntukmenyimpanenergilistrik, meskipunpadakenyataannyaenergidisimpandalambentukenergikimia. Batereterbagiatasduaketegoriyaitu, batere primerdanbateresekunder. Batere primer tidakbisadiisi-ulangdanakibatnya, hanyabateresekunder yang bisadigunakanuntukmenyimpanenergilistriksecaraberulang. Unjuk-kerjakebanyakanselsekundersangattergantungdarijumlahpengisiandanpengeluaranenergidaribatere.

  8. PenyimpananEnergi Kimia Energikimiasebenarnyamerupakanenergi yang tersimpandanmerupakanbentuk yang kompakdarienergitersimpansepertidapatdilihatdariTabel 9.1. Selainbatere, bentukenergikimiatersimpan yang bisadiharapkanterutamahalnyaproduksielemenataumolekul hydrogen. Banyakorangpercayasesudahbahanbakarminyakhabis, umatmanusiaakanmemakai hydrogen atauelektrik-hidrogen. Hidrogenmerupakanbahanbakar yang sangatbaikkarenahasilpembakaranutamanyaberbentuk air dan hydrogen dapatdiambillagidari air denganmenggunakansumberenergi lain. • Cara lainuntukmemproduksi hydrogen adalahmereaksikanuap air dengan naphtha, minyakberatataubahkankokas, batubara, danbatubaramuda.

  9. PenyimpananenergiNuklir • Energinuklir, sepertijugaenergikimia, hanyaterdapatdalambentukenergi yang tersimpan. Energinuklirmempunyaihargaenergispesifiktersimpan yang terbesardibandingkandenganbentukenergitersimpan yang lain. • Satu kilogram uranium -235 mempunyaienergispesifikteoretissebesar 7 x 1010 kJ/kg dalamprosesfisidan 0,6 ke H-3 yang bereaksidengan 0,4 H-2 menimbulkanenergitersimpanspesifikteoritis 3 x 1011 kJ/kg dalamreaksifusi. Radioisotopjugamerupakansumberenerginuklirtersimpan, tetapimempunyaiharga yang jauhlebihrendah, sepertiditunjukandalamTabel 10.1. Energinuklirtersimpandapatdiproduksidenganmembangkitkan radio isotope seperti polonium-210 atau kobalt-60 dariisotopstabil, bismuth-209 dan kobalt-59 dalam reactor nukliratauakseleratorpartikel. Pembuatanisotop yang bisaberfisi, uranium-233 dan plutonium-239 jugadibuatdalam reactor nuklirdariisotopkaya, thorium-232 dan uranium-239. Jikaisotop-isotopdibangkitkandalamreaktorpembiak (breeder), suatukelebihanbahanbakarakanterbentukkarenareaktorinimemproduksibahanbakarlebihbanyakdaripada yang dibutuhkan. Sistempenyimpananenerginuklir yang lain ialahsuatusistem yang sebetulnyamenyimpanenergipanas, suatubomtermonuklir (fusi) diledakkandidalamendapangaram yang besardidalamtanah. Energipanas yang dihasilkandigunakanuntukmemproduksiuaptekanantinggi yang digunakanuntukmenjalankansistemturbin-generator konvensional. Suatuorganisasiswasta, bekerjasamadengan Los Alamos Scientific Laboratory di New Mexico sedangmengembangkansistemini. Proyek PACER inimencobamengambilmanfaatdaripenelitian geothermal danpenelitian yang dilakukanpemerintahdalampercobaanalatnuklirbawahtanah.

  10. PenyimpananEnergiPanas Sistempenyimpananenergipanastdd : • penyimpananpanas sensible, • penyimpananpanaslaten • penyimpananpanas quasi-laten. Dalamsistempenyimpananpanas sensible, secarasederhanapanasdisimpandengancaramenaikkan temperature suhubendapadatataucair. Jikapanasspesifikbendatersebutkonstan, makapanas yang disimpandalambendatersebutjumlahnyaberbandinglangsungdengankenaikantemperaturnya. Penyimpananenergipanassebagaipanaslatenterjadidalamprosesisotermaldanterjadikarenaketika material mengalamiperubahanfasa, biasanyadarikeadaanpadatkecair. Perubahanfasasepertiitudiikutidenganpenyerapan (pengisian) ataupelepasan (pengeluaran) energipanasrelatifberjumlahbesar. Sistempenyimpananpanaslatenmempunyaikerapatanpenyimpananenergi rata-rata lebihbesar disbanding dengansistempenyimpananenergipanas sensible. • Sistempenyimpananenergipanas quasi-latenberoperasidengancara yang samadantidakbisadibedakandengansistempenyimpananpanaslaten. Dalamsisteminienergipanasdiubahmenjadimenjadienergikimiadalamreaksidapat-balikendotermispadatemperaturkonsatan. Untukmembalikproses, konstantakeseimbangandiubahdenganmengubahkonsentrasiatautekananpereaksidan/ataudenganmengubahtemperatur. Dalamhalterakhirini, sistembereaksisebagaisuatusistempenyimpananenergipanas sensible denganpanasspesifikyangtinggi.

  11. as Tabel 10.5 Material-material untukPenyimpanan Energy Panas

  12. KlasifikasikanSistempenyimpananenergipanas Sistempenyimpananenergipanasbiasadiklasifikasikansebagaisystem temperaturrendahdantemperaturtinggi. Sistemoperasirendahberoperasidibawah 150°C (300°C) danbiasanyamerupakanpenyimpananpanassensibeldalam air, batudanterakbesiataupenyimpananpanaslatendalames, garamglauber (Na2 SO4 · 10H2 O), lilinparafin, disodium hidrogenphosphatdodecahidrat (Na2 HPO4 · 12 H2 O) danasamlemak. Beberapa material panaslatenmengalamipenurunanmutusetelahdipakaidikalanganmasyarakatluas.

  13. ProsesEnergipadaMesin DC • Motor ArusSearah (MOTOR DC) • Generator ArusSearah (generator DC) • Poses EnergipadaMesin AC • Motor Arusbolak-balik (Motor AC) • Generator Arusbolak-balik (generator AC)

  14. ProsesEnergipadaMesin DC Mesinarussearahataumesin DC (Direct Current) merupakansalahsatujenismesinlistrik, yang digunakanuntukmengkonversienergilistrikarussearahmenjadienergimekanik, atausebaliknya . Mesinarussearahterdiridariduamacamyakni : Motor arussearah (motor DC) Generator arussearah (generator DC). Motor DCdapatmengkoversienergilistrikarussearahmenjadi energy mekanik, Generator DC sebaliknyayaknimengkonversi energy mekanikmenjadianergilistrikarussearah.

  15. KonstruksiMesin DC Berdasarkankonstruksinya, adatigakomponenpentingdarimesinlistrik, yakni: Stator, merupakanbagianmesin yang statisataubagian yang diam Rotor merupakanbagianmesin yang bergerak/ berputar Air gap, merupakancelahantara stator dan rotor yang berfungsiuntukmencegaterjadifriksiantara stator dengan rotor, sertamempermudah rotor untukberputarpadaporosnya

  16. Gambar 10.1 • Stator dan rotor mesinarussearah

  17. Prinsipkerjadari motor DC : • Adanyagaris-garisgayamedan magnet (fluks) antarakutub yang beradadi stator • Penghantar yang dialiriarusditempatkanpadajangkar yang beradadalammedanmangnet • Padapenghantartimbulgaya yang menghasilkan torsi

  18. Berdasarkanhukumoersted • Jikasebuahkawatpenghantardialiriarus, akandihasilkanmedan magnet disekelilingkawatpenghantar. Maka, padakeduakomponentersebutdihasilkanmedan magnet (B). • Medan magnet pada stator (Bs) merupakanmedan magnet utama,dimananantinyaakanmendominasidalampenentuanarahperputaran rotor. Sedangkanmedan magnet pada rotor (Br) seringkalidisebutsebagaimedan magnet jangkar, karenadalamprakteknya rotor seringkalidisebutdengankumparanjangkar (armature winding) . • Medan magnet merupakanbesaran vector (besaran yang memilikisatuandanarah). Bilaadaduamedan magnet berdekatan (Bs dan Br),makaakandihasilkanmedan magnet resultan yang merupakanhasilinteraksiantara Bs denganBr. • Karena rotor dialiriarussearahdanterdapatmedan magnet resultan, makatimbulahgaya Lorentz (F). Kemudian, pada rotor dihasilkan torsi (T) yang merupakanhasil kali vector antaralengangaya (direpresentasikandenganjari-jari rotor) dengangaya yang timbulpada rotor. • Padaakhirnya, torsi yang bekerjapada rotor inilah yang membuat rotor dapatberputar. Dalamhalini, perankomutatordan brush diperlukan, yakniuntukmenjagaarahputaran rotor supayatetapsatuarah, baikclocmaupuncounter clockwise.

  19. Fungsi Motor DC : • Motor arussearahberfungsimengubah energy listrikmenjadienergimekanik yang berupakecepatanporos yang digunakanuntukmemutarperalatan-peralatanproduksidipabrikmaupunindustri. • Suatuperangkat motor arussearahdapatberfungsisebagai generator danpadasaat yang lain dapatberfungsisebagai motor, sehinggakontruksinyasama. • Gambar 10.3 menunjukkanterjadinyarotasi motor arussearahseabgaiinteraksiantaramedan magnet yang dihasilkanolehkutub stator danmedan magnet yang dihasilkanoleharus yang mengalirpadapenghantarjangkar. ( a ) ( b ) ( c ) • Medan yang dihasilkanolehkutub • Medan sebagaihasilarus yang mengalirpadapenghantar • Interaksikeduamedanmenghasilkangaya

  20. Generator ArusSearah (generator DC) • BerdasarkanHukumImbasdari FARADAY yakniapabilalilitanpenghantarataukonduktordiputarmemotonggaris-garisgayamedanmagnit yang diam, ataulilitanpenghantardiamdipotongolehgaris-garisgayamedan magnet yang berputarmakapadapenghantartersebutakantimbul EMF (elektroMotoris Force) atau GGL (gayaGerakListrik) atauTeganganInduksi. • EMF yang dibangkitkanpadapenghantarjangkaradalahteganganbolak-balikseperti yang ditunjukkanpadaGambar 10.5. Dimanateganganbolak-baliktersebutkemudiandisearahkanolehkomutatorsepertiGambar 10.6. Tegangansearahtersebutolehsikatdikumpulkankemudiandiberikanke terminal generator untrukdi transfer kebeban.

  21. Gambar 10.5 • Gambar 10.6 Gambar 10.6 EMF ( GGL) atautegangaarussearah yang dibangkitkanolehsatulilitanpenghantarjangkar. • Segmenkomutatordansikat , • Teganganinduksibolak-balik yang telahdisearahkanolehkomutator. Gambar 10.5 EMF ( GGL) atauteganganinduksibolak- balik yang dibangkitkanolehsatulilitanpenghantarjangkar.

  22. Konstruksi Generator DC

  23. Mesinarusbolak-balik (Mesin AC) • Mesinarusbolak-balik (Mesin AC ) terdiridariduamacamyakni ; • Generator serempakatau generator sinkron (generator AC = alternator) banyakdigunakapadapembangkittenagalistrik. • 2. Motor serempak (motor sinkron) dapatdigunakanuntukmemutar/ menggerakkanmesin-mesinproduksidipabrikatauindustri yang menghendakiputarannyatetap. Biasanyaharganyamahaldandipesankhusus. Kronstruksidarimesinserempakbaiksebagai generator maupunsebagai motor adalahsama. Perbedaannyaadalahpadaprinsipkerjanya.

  24. Prisipkerja generator AC • Generator AC bekerjaberdasarkaninduksimedanelektromagnetis. • Setelah rotordiputarolehpenggerakmula (primemover) , dengandemikiankutub-kutub yang adapada rotor akanberputar. • Jikakumparankutubdiberiarussearahmakapadapermukaankutubakantimbulmedan magnet (Garis-garisgayafluks) yang berputar, kecepatannyasamadenganputarankutub. • Garis-garisgayafluks yang berputartersebutakanmendorongkumparanjangkar yang adadi stator sehinggapadakumparanjangkartersebuttimbul EMF atau GGL atautegangan

  25. Fungsi Generator arusbolak-balik (AC) • Generator AC berfungsimengubahtenagamekanismenjaditenagalistrikarusbolak-balik. • Generator ArusBolak-balikseringdisebutjugasebagai alternator, generator AC (alternating current ), atau generator sinkron. • Generator sinkronadalah generator yang memilikijumlahputaranrotornyasamadenganjumlahputaranmedan magnet pada stator. • Kecepatansinkroninidihasilkandarikecepatanputar rotor dengankutub-kutub magnet yang berputardengankecepatan yang samadenganmedanputarpada stator. • Generator tidakdapatdijalankansendirikarenakutub-kutub rotor tidakdapattiba-tibamengikutikecepatanmedanputarpadawaktusakelarterhubungdenganjala-jala (teganganlistrik). • Generator arusbolak-balikdibagimenjadiduajenis, yaitu: • Generator arusbolak-balik 1 fasa • Generator arusbolak-balik 3 fas

  26. Gambar 10.8 Rangakain generator sinkron

  27. Motor Serempak (motor sinkron) • Prinsipkerja motor serempak; • Kmotorsinkronbekerjakarenainteraksiduamedanmenyebabkan torsi yang memutar rotor. • Apabilakumparanjangkar yang adadi stator diberisumbertegangantigafasedarijala-jalamakapadakumparantimbulmedanputarsepertipada motor induksi • Kumparanmedan yang adadirotordiberiarussearah, makapadapermukaankutubtimbulmedan magnet yang arahnyadarikutubutarakeselatan. • Interaksiantaramedarputarpadakumparanjangkar yang adadi stator sertamedan magnet antarakutubutaradanselatan yang adadi rotor, menyebabkangaya yang berpasangandanakanmembengkitkan torsi, torsi tersebutakanmemutar rotor dengankecepatan yang sama /sinkrondenganperputaranmedanputarnya. • Gambar 10.9 menunjukkankonstruksimesinserempak.

  28. Konstruksi Motor serempak (motor sinkron) Konstruksibaiksebagigeneratorataumotroradalahsama,perbedaannyaadalahpadaprinsipkerjanya. • Stator adalahbagiandarimesin yang diamdanberbentuksilinder • Rotor adalahbagian yang berputarberbentusilinderjuga • Celahutamaadalahruangantara stator dan rotor. ( a ) ( b ) ( c ) Gambar 10.9 menunjukkankonstruksimesinserempak • menunjukkankonstruksimesinserempak. • kerangkainti stator mesinserempak • bentukalur (slot) jangkarpada stator mesinserempak

  29. Transformator • Transformatorbanyakdigunakanpadasistemtenagalistrikmaupunrangkaianelkertonik. Dalamsistemtenagalistrik, trafodigunakanuntukmemindahkan energy listrikdarisaturangkaianlistrikkerangkaianlistrikberikutnyatanpamerubahfrekuensi. Transformatorberfungsiuntukmenaikkandanmenurunkanteganganatuarus • Jenistrafo : • Transformatorpenaiktegangan( trafo step-up) ataubiasadisebuttrafodaya yang terdapatataudipasanganpadaGarduIndukpembangkit (GI-Step-up) yang berfungsiuntukmenaikkantegangandaripembangkitketegangantransmisi. • Transformatorpenuruntegangan(step-down) yang berfungsimenurunkanteganagntransmisimenjaditegangandistribusi. BiasanyatrfoinidipasangpadaGarduIndukpusatbeban (GI-Step-down). • Transformatorinstrumentatautrafoukurdigunakanuntukmenurunkantegangandanarus agar dapatmasukke meter-meter pengukuran. Transfo instrument adaduamacamyaknitrafoarusdantrafotegangan.

  30. KonstruksiTransformator • Konstruksitransformatorpadaumumnyaterdiridari : • Intitrfo , yang terbuatdarilembaran-lembaranbesi plat besilunakataubaja silicon yang diklemjadisatu. • Belitan , yang dibuatdaritembagadengancaramembelitkanpadaintitrafo yang dipasangsecarakonsentrisatau spiral • Sistempendingin, untuktrafo-trafodengankapasitasdaya yang besar • Bushing, berfungsiuntukmenghubungkanrangkaiandaridalamtrafodenganrangkaianluarnya. • Berdasarkanjenisintitrafidibagi 2 macam : • Jenisinti (core type) , dimanabelitannyamengelilingiintiseperti yang ditunjukkanpada • Jeniscangkang (shell type), dimanaintimengelilingibelitannya

  31. Gambar 10.10 • Transformatorjenisinti ( core type) • Gambar 10.11 • Transformatorjeniscangkang ( shell type)

  32. Prinsipkerjatransformator • Sisibelitan X1 dan X2adalahsisiteganganrendah, H1dan H2adalahsisitegangantinggi. Bilasalahsatusisibaiksisitegangantinggimaupunsisiteganganrendahbiladihubungkankesumberteganganbolakbalik , makasisitersebutdinakansisi primer, sedangsisi yang lain yang dihubungkandenganbebandisebutsisiskunder. • Jikasisibelitan X1 dan X2 dihubungkandengansumber AC sebesar V1 = Vp , makafluksbolak-balikakandibangkitkanpadaintisebesarΦmmatausebesarΦmw

  33. FlukssebesarΦmm = Φmwakanmelingkardanmenghubungkanbelitankawat primer denganbelitanskunderdanmenghasilkanteganganinduksi ( EMF=GGL) baikpadabelitan primer sebesar E1 = Epmaupunpadabelitanskundersebesar E2 = Es yang mengikutipersamaanberikut : • Fluksmaksimumdalambesaran Maxwell danfluksmaksimumdalambesaranweber, hubungannyaakanmengukutipersamaanberikut : • 5. Untuktrafo ideal berlakupersamaanberikut :

  34. TERIMAKASIH

More Related