Teknologi Penerapan Sains

 

A. Water Treatment

Water Treatment  adalah sebuah system yang difungsikan untuk mengolah air dari kualitas air baku (influent) yang kurang bagus agar mendapatkan kualitas air pengolahan (effluent) standart yang di inginkan/ditentukan atau siap untuk di konsumsi.(Rondy Teknik).

Masalah limbah,terutama limbah cair dewasa ini telah menjadi persoalan tersendiri seiring dengan meningkatnya kebutuhan hidup manusia.Peningkatan produksi limbah baik yang berasal dari sektor pertambangan, pertanian maupun perkotaan (rumah tangga) harus dikelola ekstra hati-hati sehingga tidak menimbulkan dampak lingkungan.

Hukum  Bernoulli menyatakan ”bahwa tekanan dari fluida yang bergerak seperti udara berkurang ketika fluida tersebut bergerak lebih cepat”. Dalam bentuk sudah disederhanakan, secara umum tredapat dua bentuk persamaan Bernoulli yaitu persamaan untuk aliran yang tak termampatkan (incompressible flow), dan persamaan untuk fluida termampatkan (compressible flow).

a). Aliran tak termampatkan

Aliran tak termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan tidak berubahnya  besaran kerapatan massa (densitas) dari fluida di sepanjang aliran tersebut. Contoh fluida tak termampatkan adalah air, berbagai jenis minyak, emulsi, dll. Bentuk persamaan Bernoulli untuk aliran tak termampatkan adalah sebagai berikut:

P + rgh  + rv² = konstan

Dimana : P = Tekanan Fluida

r= Densitas (massa)  fluida

g  =Percepatan gravitasi bumi

h = ketinggian relatif terhadap suatu referensi

v=kecepatan fluida

Persamaan di atas berlaku untuk aliran tak termampatkan dengan asumsi-asumsi sebagai berikut:

1.   Aliran bersifat tunak (steady state)

2.   Tidak terdapat gesekan (inviscid)

Dalam bentuk lain, persamaan Bernoulli dapat dituliskan:

P₁ + rgh₁  + rv²₁ =P₂ + rgh₂  + rv²

b). Aliran termampatkan

Aliran termampatkan adalah aliran fluida yang dicirikan dengan berubahnya besaran kerapatan massa dari fluida disepanjang aliran fluida tersebut. Contoh fluida termampatkan adalah udara, gas alam, dll. Persamaan Bernoulli untuk aliran termampatkan yaitu:

  + F + w = konstan

          Dimana: F = energi potensial gravitasi persatuan massa;

                                    Jika gravitasi konstan maka,

F  = gh 

w = entalphi fluida per satuan massa

B.  Destilasi Air Laut

Destilasi merupakan proses pemisahan yang berdasarkan perbedaan titik didih dari komponen-komponen yang akan dipisahkan. Destilasi sering digunakan dalam proses isolasi komponen, pemekatan larutan, dan juga pemurnian komponen cair. Proses distilasi di dahului dengan penguapan senyawa cair dengan pemanasan, dilanjutkan dengan pengembunan uap yang terbentuk dan ditampung dalam wadah yang terpisah untuk mendapatkan distilat.

Dasar proses destilasi adalah kesetimbangan senyawa volatil antara fasa cair dan fasa uap. Bila zat  nonvolatil dilarutkan kedalam suatu zat cair, maka tekanan uap zat cair tersebut akan turun. Pada larutan  yang mengandung dua komponen volatil yang dapat bercampur sempurna, maka tekanan uap masing-masing komponen akan turun. Hukum Raoult menyatakan bahwa tekanan uap masing-masing komponen berbanding langsung  dengan  fraksi  molnya (Yasin ,H,2009).

Metode flash evaporation merupakan salah satu metode penguapan air laut secara cepat dalam tabung evaporasi melalui proses throttling. Flashing terjadi ketika  kondisi cairan sekeliling berubah secara tiba-tiba menjadi lebih rendah dari pada kondisi jenuhnya akibat perubahan tekanan dan temperatur. Metode flashing ini akan menghasilkan uap jauh lebih banyak dari pada proses penguapan sederhana lainnya. Penomena flasing ini mengakibatkan turbulensi  pada aliran  fluida sehingga terbentuk laju perpindahan  massa yang tinggi  yang  kemudian  mengalami  pendinginan  cairan  (Johana, 2004).

Proses penguapan memerlukan suatu sumber panas yang cukup untuk mengubah fase cair air laut  menjadi uap jenuh didalam suatu medium. Sumber panas tersebut dapat diperoleh dari panas  matahari melalui suatu kolektor  atau  melalui  pembakaran  bahan  bakar.  (Humoeditomo, 2009).

C.  Solar Cooker

Kompor tenaga surya (solar cooker) adalah perangkat masak yang menggunakan sinar matahari sebagai sumber energi. Berhubung kompor jenis ini tidak menggunakan bahan bakar konvensional dan biaya operasinya rendah, organisasi kemanusiaan mempromosikan penggunaannya ke seluruh dunia untuk mengurangi penggundulan hutan dan penggurunan, yang disebabkan oleh penggunaan kayu sebagai bahan bakar untuk memasak. Kompor surya dapat digunakan di luar rumah, terutama dalam situasi ketika konsumsi bahan bakar minimal atau resiko kebakaran menjadi pertimbangan penting. Ada berbagai jenis kompor surya. Semuanya menggunakan panas dari dan cahaya matahari untuk memasak makanan.

Beberapa prinsip dasar kompor surya (solar cooker) adalah sebagai berikut: Pemusatan cahaya matahari. Beberapa perangkat, biasanya berupa cermin atau sejenis bahan metal/logam yang memantulkan cahaya, digunakan untuk memusatkan cahaya dan panas matahari ke arah area memasak yang kecil, membuat energi lebih terkonsentrasi dan lebih berpotensi menghasilkan panas yang cukup untuk memasak. Mengubah cahaya menjadi panas. Bagian dalam kompor surya dan panci, dari bahan apapun asal yang berwarna hitam, dapat meningkatkan efektivitas pengubahan cahaya menjadi panas. Panci berwarna hitam dapat menyerap hampir semua cahaya matahari dan mengubahnya menjadi panas, secara mendasar meningkatkan efektivitas kerja kompor surya.

Upaya mengisolasi udara di dalam box karena udara di luarnya akan menjadi penting. Penggunaan bahan yang keras dan bening seperti kantong plastik atau tutup panci berbahan kaca memungkinkan cahaya untuk masuk ke dalam panci. Setelah cahaya terserap dan berubah jadi panas, kantong plastik atau tutup berbahan gelas akan memerangkap panas di dalamnya seperti efek rumah kaca. Hal ini memungkinkan wadah untuk mencapai temperatur yang sama ketika hari dingin dan berangin seperti halnya ketika hari cerah dan panas. Strategi memanaskan suatu barang dengan menggunakan tenaga matahari menjadi kurang efektif jika hanya menggunakan salah satu prinsip tersebut di atas.   

Pada umumnya solar cooker menggunakan sedikitnya dua cara atau bahkan ketiga prinsip dasar solar cooker untuk menghasilkan temperatur yang cukup untuk memasak. Terlepas dari kebutuhan akan adanya cahaya matahari dan kebutuhan untuk menempatkan solar cooker pada posisi yang tepat sebelum menggunakannya, kompor ini tidak berbeda jauh dengan kompor konvensional. Namun demikian, salah satu kerugiannya adalah karena kompor surya umumnya mematangkan makanan pada saat hari panas, ketika orang-orang cenderung enggan memakan makanan yang panas. Bagaimanapun, penggunaan panci tebal yang lambat menghantarkan panas (seperti panci dari besi tuang/cor) dapat mengurangi kecepatan hilangnya panas dan dengan menggabungkannya dengan penggunaan pengisolasi panas, kompor dapat tetap menghangatkan makanan sampai malam hari.

Penutup kompor biasanya dapat dibuka untuk menempatkan panci ke dalamnya. Kotak kompor umumnya mempunyai satu atau lebih pemantul cahaya dari bahan kertas alumunium atau bahan reflektif lainnya untuk memantulkan lebih banyak cahaya ke bagian dalam kotak. Panci pemasak dan bagian dalam bawah kompor sebaiknya berwarna gelap atau hitam. Dinding bagian dalam kompor harus dapat memantulkan cahaya untuk mengurangi hilangnya panas dan mengarahkan pantulan cahaya ke arah panci dan dasar kompor yang berwarna gelap yang bersentuhan langsung dengan panci.

D.  Kincir Angin

Kincir angin merupakan sumber energi alternatif yang ramah lingkungan. Kincir angin adalah teknologi energi yang paling cepat perkembangannya di dunia. Hampir tiga perempat kapasitas instalasi energi angin berada di Eropa. Energi ini telah memenuhi kebutuhan listrik 35 juta rumah tangga Eropa. 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 : batu bara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk  membangkitkan  listrik.

Perhitungan daya yang dapat dihasilkan oleh sebuah turbin angin dengan diameter kipas  r  adalah :

E.    

dimana :

P = kerapatan angin pada waktu tertentu  

V = kecepatan angin pada waktu tertentu.

Umumnya daya efektif yang dapat diperoleh 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.

_F.        E_{m =} E_k  +  E_p

Keterangan:

Em : Energi Mekanik (J)

Ek : Energi Kinetik (J)

Ep : Energi Potensial (J)

E.  Solar Panel

Sel surya atau juga sering disebut fotovoltaik adalah divais yang mampu mengkonversi langsung cahaya matahari menjadi listrik. Sel surya bisa disebut sebagai pemeran utama untuk memaksimalkan potensi sangat besar energi cahaya matahari yang sampai ke bumi, walaupun selain dipergunakan untuk menghasilkan listrik, energi dari matahari juga bisa dimaksimalkan energi panasnya melalui sistem solar thermal.

Sel surya dapat dianalogikan sebagai divais dengan dua terminal atau sambungan, dimana saat kondisi gelap 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.

II.2. TEKNOLOGI TEPAT GUNA

Teknologi tepat guna adalah  teknologi yang digunakan sesuai situasi dan kondisi suatu daerah (tepat guna). Pada daerah Campus 2 Universitas Cokroaminoto Palopo (UNCP), teknologi yang tepat untuk dibangun pada daerah tersebut yaitu Kincir Angin, karna adanya faktor lingkungan yang mendukung seperti laut dan empang yang berdekatan dengan kampus Universitas Cokroaminito Palopo ini, sehingga setiap harinya memiliki udara angin yang termasuk lebih banyak di banding daerah lainnya.

II.3. BAHAN / ALAT  YANG DITELITI

A.  Water Treatment

Gambar IV.2

Bagian-Bagian Destilasi Water Treatment

1.   Bak Control

Mengontrol sisa-sisa makanan dari restaurant

2.    Westafel

Tempat pembuangan limbah cair

3.    Pipa

Mengalirkan limbah

4.    Kolam Zikzak

Memperpanjang alur aliran limbah

5.    Pasir

Mengendapkan bahan pencemar atau bahan kimia hasil pembuangan restaurant

6.    Arang

Mengendapkan bahan pencemar atau bahan kimia hasil pembuangan restaurant

7.    Kerikil

Mengendapkan bahan pencemar atau bahan kimia hasil pembuangan restaurant

8.    Eceng Gondok

Menyaring zat-zat kimia

9.    Air

Untuk kehidupan organisme dalam air

B.  Destilasi Air Laut

Gambar IV.2

Bagian-Bagian Destilasi Air Laut

1.   Drum

Menyimpan panas

2.   Thermometer

Untuk mengetahui kondisi panas dalam piramida

3.   Talang

Mengalirkan air hasil uapan

4.   Bak

-          Menampung air laut

-          Menampung air tawar

5.   Kaca

Menangkap sinar matahari diubah menjadi energy panas

C.  Solar Cooker

Gambar IV.3                                               Bagian-Bagian Solar Cooker

1.   Oven

Kotak atau box yang akan di gunakan untuk menaruh panici didalamnya (tempat memasak)

2.   Panci Hitam

Tempat untuk memasak makanan mentah menjadi masakan yang siap dimakan.

3.   Kaca

Menangkap sinar matahari diubah menjadi energy panas

4.   Cermin

Menantulkan sinar matahari kedalam oven atau boz

D.  Kincir Angin

Gambar IV.4

Gambar IV.5

Bagian-Bagian Kincir Angin

1. Blades

Kebanyakan turbin baik dua atau tiga pisau. Angin bertiup di atas menyebabkan pisau pisau untuk mengangkat dan berputar.

2. Rotor

Pisau dan terhubung bersama-sama disebut rotor

3. Pitch

Blades yang berbalik, atau nada, dari angin untuk mengontrol kecepatan rotor dan menjaga rotor berputar dalam angin yang terlalu tinggi atau terlalu rendah untuk menghasilkan listrik.

4. Brake

Digunakan untuk menjaga putaran pada poros setelah gearbox agar bekerja pada titik aman saat terdapat 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 diatasi maka putaran ini dapat merusak generator. Dampak dari kerusakan akibat putaran berlebih diantaranya overheat, rotor breakdown, kawat pada generator putus karena tidak dapat menahan arus yang cukup besar.

5. Low-Speed Shaft

Mengubah poros rotor kecepatan rendah sekitar 30-60 rotasi per menit.

6. Gear Box

Gears menghubungkan poros kecepatan tinggi di poros kecepatan rendah dan meningkatkan kecepatan sekitar 30-60 rotasi per menit (rpm), sekitar 1000-1800 rpm, kecepatan rotasi yang diperlukan oleh sebagian besar generator untuk menghasilkan listrik. gearbox adalah bagian mahal (dan berat) dari turbin angin dan insinyur generator mengeksplorasi direct-drive yang beroperasi pada kecepatan rotasi yang lebih rendah dan tidak perlu kotak gigi.

7. Generator

Berfungsi mengkonversi energi putar menjadi energi listrik. Ada berbagai jenis generator yang dapat digunakan dalam sistem turbin angin, antara lain generator serempak (synchronous generator), generator tak-serempak (unsynchronous generator), rotor sangkar maupun rotor belitan ataupun generator magnet permanen.

Penggunaan generator serempak memudahkan kita untuk mengatur tegangan dan frekuensi keluaran generator dengan cara mengatur-atur arus medan dari generator. Sayangnya penggunaan generator serempak jarang diaplikasikan karena biayanya yang mahal, membutuhkan arus penguat dan membutuhkan sistem kontrol yang rumit.

Generator tak-serempak sering digunakan untuk sistem turbin angin dan sistem mikrohidro, baik untuk sistem fixed-speed maupun sistem variable speed.

8. Controller

Pengontrol mesin mulai dengan kecepatan angin sekitar 8-16 mil per jam (mph) dan menutup mesin turbin sekitar 55 mph. tidak beroperasi pada kecepatan angin sekitar 55 mph di atas, karena dapat rusak karena angin yang kencang.

9. Anemometer

Mengukur kecepatan angin dan mengirimkan data kecepatan angin ke pengontrol.

10. Wind Vane

Tindakan arah angin dan berkomunikasi dengan yaw drive untuk menggerakkan turbin dengan koneksi yang benar dengan angin.

11. Nacelle

Nacelle berada di atas menara dan berisi gear box, poros kecepatan rendah dan tinggi, generator, kontrol dan rem.

12. High-Speed Shaft

Drive generator. Poros yang berhubungan langsung dengan rotor generator.

13. Yaw Drive

Yaw drive yang digunakan untuk menjaga rotor menghadap ke arah angin sebagai perubahan arah angin.

14. Yaw Motor

Kekuatan dari drive yaw.

15. Tower

Menara yang terbuat dari baja tabung, beton atau kisi baja. Karena kecepatan angin meningkat dengan tinggi, menara tinggi memungkinkan turbin untuk menangkap lebih banyak energi dan menghasilkan listrik lebih banyak. Tower PLTB dapat dibedakan menjadi 3 jenis seperti gambar dibawah ini. Setiap jenis tower memiliki karakteristik masing-masing dalam hal biaya, perawatan, efisiensinya, ataupun dari segi kesusahan dalam pembuatannya.

E.  Solar Panel

Gambar IV.6

Gambar IV.7

Komponen-Komponen PLTS

1.   Sol ar Panel / Panel Surya :  

Alat untuk mengkonversi energi cahaya matahari menjadi energi listrik. Sebuah sel surya dapat menghasilkan tegangan kurang lebih 0.5 volt. Jadi sebuah panel surya / solar cell 12 Volt terdiri dari kurang lebih 36 sel.

2.   Charge Controller :

Alat untuk mengatur arus dan tegangan yang akan masuk ke baterai. Tegangan dan arus yang masuk ke baterai harus sesuai dengan yang diinginkan. Bila lebih besar atau lebih kecil dari range yang ditentukan, maka baterai atau peralatan yang lain akan mengalami kerusakan. Selain itu, charge controller juga berfungsi sebagai penjaga agar daya keluaran yang dihasilkan tetap optimal. Sehingga dapat tercapai Maximum Power Point Tracking (MPPT). 

Charge controller secara umum melindungi dari gangguan-gangguan seperti diterangkan berikut :

3.   LVD (Low voltage disconnect)

 apabila tegangan dalam battery rendah, ~11.2 V, maka    untuk sementara beban tidak dapat dinyalakan. Apabila tegangan battery sudah melewati 12V, setelah di charge oleh modul surya, maka beban akan otomatis dapat dinyalakan lagi (reconnect).

4.   HVD (High Voltage disconnect)

Memutus listrik dari modul surya jika battery/accu sudah penuh. Listrik dari modul surya akan dimasukkan kembali ke battery jika voltage battery kembali turun.

5.   Short circuit protection

Menggunakan electronic fuse (sekering) sehingga tidak memerlukan fuse pengganti. Berfungsi untuk melindungi sistem PLTS apabila terjadi arus hubung singkat baik di modul surya maupun pada beban. Apabila terjadi short circuit maka jalur ke beban akan dimatikan sementara, dalam beberapa detik akan otomatis menyambung kembali.

6.   Reverse Polarity

Melindungi dari kesalahan pemasangan kutub (+) atau (-).

7.   Reverse Current

Melindungi agar listrik dari baterai atau aki tidak mengalir ke modul surya pada malam hari.

8.   PV Voltage Spike

Melindungi tegangan tinggi dari modul pada saat baterai tidak disambungkan ke controller.

9.   Lightning Protection,

 Melindungi terhadap sambaran petir (s/d 20,000 volt).

10.  Inverter

Alat elektronika daya yang dapat mengkonversi tegangan searah (DC – direct current) menjadi tegangan bolak-balik (AC – alternating current). 

11.  Baterai

Perangkat kimia untuk menyimpan tenaga listrik dari tenaga surya. Tanpa baterai, energi surya hanya dapat digunakan pada saat ada sinar matahari.