Transformasi energi atau konversi energi adalah proses perubahan energi dari satu bentuk energi ke bentuk energi yang berbeda. Prinsip transformasi energi dimanfaatkan oleh manusia ke dalam sistem yang mampu menghasilkan usaha. Setiap proses transformasi energi pasti mengalami kerugian. Setiap kerugian dalam transformasi energi dipengaruhi oleh lingkungan dan sifat alami energi yang cenderung menyebar. Kegiatan konversi energi yang terencana harus memiliki beberapa prinsip umum dengan validitas yang terbukti sehingga dapat digunakan oleh pemakai akhir energi. Prinsip utama dalam transformasi energi adalah penghematan kerugian energi dan peningkatan efisiensi energi yang diatur melalui manajemen energi. Konversi energi dilakukan dengan memperhatikan manajemen energi tanpa memandang keragaman teknologi pemakaian energi di pengguna akhir. Proses transformasi energi dapat dilakukan dengan menggunakan mesin konversi energi. Pengubahan energinya meliputi energi mekanis, energi listrik, energi kimia, energi nuklir dan energi termal.
Konsep dasar
Energi
Dalam konsep teknologi dan fisika, energi diartikan sebagai kemampuan melakukan usaha. Sifat energi di dalam alam adalah kekal. Sesuai dengan hukum termodinamika pertama bahwa energi tidak dapat diciptakan maupun dimusnahkan. Sifat alami dari energi adalah berubah-ubah dari satu bentuk ke bentuk yang lainnya. Selain mampu berubah-ubah, energi juga dapat berpindah-pindah. Meskpun memiliki sifat berubah-ubah dan berpindah-pindah, jumlah keseluruhan energi adalah tetap. Manusia memanfaatkan perubahan energi yang berguna untuk kebutuhan hidupnya.
Termodinamika
Kajian fisika tentang perubahan energi panas menjadi bentuk energi lain secara khusus masuk dalam bidang ilmu termodinamika. Konsep konversi energi secara khusus mengacu pada hukum pertama termodinamika dan hukum termodinamika kedua. Pengukuran energi di dalam termodinamika hanya dinyatakan dengan besaran maksroskopis dan tidak dengan besaran mikroskopis. Konsep mengenai sistem termodinamika menjadi pemikiran terawal dalam memahami proses konversi energi. Prinsip sistem termodinamika ini digabungkan bersama dengan prinsip kesetimbangan energi. Kedua prinsip ini dimanfaatkan untuk mengetahui tingkatan unjuk kerja yang dihasilkan selama proses konversi energi.
Hukum kenol termodinamika
Hukum kenol termodinamika menyatakan bahwa kesetimbangan akan terbentuk ketika terdapat tiga sistem dengan dua sistem di antaranya setimbang dengan sistem ketiga. Hukum ini dilandasi oleh konsep perpindahan panas yang terjadi dari suatu sistem menuju ke sistem yang lainnya. Perbedaan suhu antar sistem menjadi penyebab terjadinya perpindahan panas secara umum. Sifat perpindahan panas dari suatu sistem ke sistem lain adalah pemuaian secara kelistrikan. Hukum kenol termodinamika tetaop berlaku meskipun suatu sistem tidak saling berhubungan secara langsung.
Hukum pertama termodinamika
Hukum pertama termodinamika menyatakan bahwa berlangsungnya suatu proses termal akan membuat jumlah entropi bernilai konstan atau bertambah di dalam suatu sistem yang terisolasi. Hukum pertama termodinamika sejalan dengan prinsip kenaikan entropi. Hukum pertama termodinamika berlaku pula dalam kasus hukum kekekalan energi. Nilai perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika yang terisolasi selalu sama dengan jumlah keseluruhan energi kalor yang memasuki suatu sistem. Usaha yang diberikan kepada sistem juga sama dengan nilai perubahan energi.
Hukum kedua termodinamika
Hukum kedua termodinamika dilandasi oleh adanya entropi. Pernyataan resmi yang menjadi penjelasan bagi hukum kedua termodinamika tidak dapat diberikan dengan tepat. Setiap pernyataan hukum kedua termodinamika oleh ilmuwan dapat diterima selama sesuai dengan hasil percobaan. Clausius merupakan salah satu ilmuwan yang memberikan pernyataan mengenai hukum kedua termodinamika yang dapat diterima. Clausius menyatakan bahwa jenis sistem apapun tidak mungkin dapat bekerja sedemikian rupa tetapi hanya menghasilkan perpindahan energi sebagai panas dari sistem. Pernyataan Clausius dapat diterapkan pada perpindahan panas dengan temperatur yang lebih rendah pada suatu sistem ke sistem lain dengan temperatur yang lebih tinggi. Landasan pernyataan ini adalah prinsip kenaikan entropi.
Konversi energi terbarukan
Konversi energi laut
Energi listrik dapat dihasilkan melalui energi yang terkandung dalam laut yang meliputi gerakan gelombang, daya pasang surut dan panas laut. Ketinggian air dari cekungan laut ke puncak permukaan laut dapat menghasilkan energi gelombang. Sementara energi kinetik diperoleh dari gerakan air. Gerak osilasi dari permukaan air dapat menghasilkan energi pasang surut. Osilasi laut ini terjadi secara berkala serta dapat diketahui kapan terjadinya. Energi listrik juga dapat dihasilkan dari pengubahan energi panas yang tersimpan di dalam lautan.
Konversi energi angin
Energi angin merupakan sumber energi yang tak terbatas sehingga termasuk energi terbarukan. Kelebihan dari energi angin adalah dapat digunakan berulang kali sebagai pembangkit energi tanpa menimbulkan pencemaran udara atau pencemaran lingkungan. Konversi energi angin dikelola dengan sistem konversi energi yang mengubah energi angin menjadi energi mekanik. Peralatan yang digunakan adalah turbin angin.
Proses konversi dimulai dengan pengubahan energi potensial angin menjadi energi mekanik. Bentuk pengubahan energi ini menghasilkan torsi pada putaran turbin angin. Energi ini kemudian disalurkan ke generator listrik atau ke pompa mekanis. Peralatan pengubah energi angin menjadi energi listrik disebut turbin angin, sementara yang mengubahnya menjadi energi mekanik disebut kincir angin. Jenis pembangkit listrik yang mengubah energi angin menjadi energi listrik ialah pembangkit listrik tenaga bayu.
Konversi energi listrik
Konversi energi listrik berkaitan dengan proses konversi energi dari energi listrik menjadi energi lainnya. Proses konversi energi listrik dilakukan oleh peralatan yang memanfaatkan arus listrik agar dapat bekerja. Konversi energi listrik menjadi bentuk energi lain hanya terjadi melalui penghantar listrik. Energi listrik umumnya diubah menjadi cahaya atau energi gerak. Hasil konversi energi listrik dimanfaatkan oleh rumah tangga, industri maupun pabrik.
Konversi energi elektromekanik
Konversi energi elektromekanik merupakan pengubahan energi mekanik menjadi energi listrik dan sebaliknya. Perubahan energi pada energi elektromekanik dapat berlangsung dari suatu jaringan listrik menuju ke jaringan listrik yang berbeda. Proses konversi energi elektromekanik menggunakan generator listrik dan motor listrik yang bekerja dalam suatu sistem tenaga listrik. Peralatan pengubah energinya bekerja berdasarkan prinsip elektromagnetik dengan memanfaatkan keberadaan medan magnet. Fungis medan magnet ada dua, yaitu penyimpanan energi dan menghubungkan proses konversi energi.
Mesin konversi energi
Mesin konversi energi adalah mesin atau alat yang digunakan untuk mengubah suatu bentuk energi ke bentuk energi yang lainnya. Bentuk energi yang umumnya diubah oleh mesin koversi energi meliputi energi mekanis, energi listrik, energi kimia, energi nuklir dan energi termal. Mesin konversi energi terbagi menjadi dua jenis, yaitu mesin konversi energi konvensional dan mesin konversi energi non-konvensional. Tiap mesin konversi energi menghasilkan perubahan energi dengan batasan-batasan perubahan tertentu.
Pengelolaan
Manajemen energi
Manajemen energi berkaitan dengan konversi energi. Prinsip umum manajemen energi dan konversi energi adalah sama, yaitu harus bersifat umum dan memiliki tingkat keabsahan yang telah terbukti. Manajemen energi tidak dipengaruhi oleh tingkat keragaman pengguna akhir energi baik dari segi standar teknis, ekonomi, dan lingkungan. Konversi energi di dalam kajian manajemen energi berarti bahwa setiap proses perubahan energi harus mengalami kerugian energi sesedikit mungkin. Manajemen energi dalam hal ini berperan dalam meningkatkan efisiensi energi akibat adanya kegiatan konversi energi. Manajemen energi yang efektif tercapai melalui tahap pengumpulan informasi dan penyampaian informasi. Tahap pengumpulan informasi meliputi analisis data sejarah energi, audit energi, akuntansi, analisis teknik serta pembuatan proposal investasi dengan studi kelayakan sebagai acuannya. Sementara tahap penyampaian informasi meliputi pelatihan dan pemberian informasi kepada personel yang bekerja di bidang energi.
Program manajemen energi disesuaikan dengan kemampuan anggaran perusahaan dalam pembiayaan energi. Indeks kinerja utama pada energi-energi yang penting diidentifikasi untuk keperluan penghematan energi. Pekerjaan manajemen energi ini dapat dilakukan oleh konsultan internal maupun konsultan eksternal.
Pengaliran energi
Pengaliran energi merupakan bagian dari manajemen energi. Energi disalurkan dari batas wilayah menuju ke pengguna akhir. Pengaliran energi dilakukan dengan beberapa bentuk sesuai dengan jenis energi dan kebutuhan pemakai. Beberapa jenis energi berperan sebagai bahan bakar atau produk siap pakai yang dibeli. Sebagian besar energi lainnya ditransformasi menjadi energi lain di lokasi penyaluran sebelum disalurkan lagi menuju ke pengguna energi. Beberapa di antaranya ialah energi listrik pada gardu listrik dengan transformator, pabrik boiler, pembangkit listrik dengan kogenerasi dan trigenerasi. Ada juga energi yang langsung digunakan oleh pengguna energi setelah dikonversi, antara lain energi surya dan energi angin.
Pada beberapa fasilitas dan pabrik, pengubahan energi disesuaikan dengan kebutuhan pengguna akhir. Transformasi lebih lanjut dalam fasilitas dan pabrik harus dilakukan untuk memperoleh berbagai bentuk energi turunan yang cocok untuk pengguna akhir. Jelas, memeriksa efisiensi semua instalasi transformasi dan menjaganya setinggi mungkin adalah prioritas utama. Aliran energi dalam berbagai bentuk didistribusikan di sekitar lokasi untuk memproses dan memfasilitasi pengguna akhir. Sistem distribusi bertanggung jawab atas kehilangan, yang harus dikurangi dengan perencanaan yang benar dan isolasi termal.
Pengguna akhir energi di sekitar wilayah melakukan operasi berbeda yang mengarah pada produk atau layanan akhir. Ini membentuk output dari situs, bersama dengan limbah (yang mungkin atau mungkin tidak mengandung energi dalam beberapa bentuk) dan energi yang terbuang. Limbah dan energi yang terbuang meliputi air, bahan padat dan cairan (mudah terbakar atau tidak), dan gas.
Penyimpanan energi
Setiap energi yang diubah ke bentuk energi lain membutuhkan penyimpanan energi sebelum digunakan oleh konsumen energi. Dalam manajemen energi, penyimpanan energi merupakan cara mengurangi biaya energi serta memperlancar rantai pasok energi kepada konsumen. Produsen energi harus mengadakan eksploitasi peluang pembelian energi dalam tingkat rendah dan mengetahui profil permintaan energi. Penyimpanan energi umumnya menggunakan pendekatan hidro, mekanika, listrik, dan termal.
Reka baru
Konsumsi energi dunia mengalami kecenderungan peningkatan seiring dengan bertambahnya jumlah manusia di dunia. Kecenderungan ini juga disebabkan oleh meningkatnya kebutuhan manusia akan barang dan kenyamanan. Manusia mulai menciptakan berbagai teknologi dan penemuan bentuk konversi energi inovatif. Sumber energi diperoleh dari Bumi dan luar angkasa. Sumber energi tersebut merupakan pengganti bahan bakar fosil, nuklir dan sumber energi terbarukan yang ada di Bumi. Pemenuhan kebutuhan konsumsi energi juga cenderung terbentuk melalui penghematan energi yang dilakukan oleh industri, bangunan, dan transportasi. Penghematan ini menjadi salah satu faktor politik dunia.
Referensi
Catatan kaki
- Widjonarko, dkk. 2020, hlm. 114.
- ^ Saleh dan Bahariawan 2018, hlm. 115.
- Widjonarko, dkk. 2020, hlm. 18.
- Ismail dan Rahman 2020, hlm. 6.
- ^ Sutikno, dkk. 2019, hlm. 1.
- ^ Ismail dan Rahman 2020, hlm. 2.
- Surya, Yohanes (2009). Suhu dan Termodinamika. Tangerang: PT. Kandel. hlm. 3. ISBN 978-979-1391-26-9.
- Soekardi 2015, hlm. 35.
- Syah 2018, hlm. 50.
- Asraf dan Kurniawan 2021, hlm. 176.
- Soekardi 2015, hlm. 8.
- Asraf dan Kurniawan 2021, hlm. 177.
- Sutikno, dkk. 2019, hlm. 35.
- Ismail dan Rahman 2020, hlm. 21.
- Ismail dan Rahman 2020, hlm. 21-22.
- Saleh dan Bahariawan 2018, hlm. 116.
- Saleh dan Bahariawan 2018, hlm. 117.
- Y. A., Agus (2016). Seluk-Beluk Mesin Konversi Energi. Sleman: Javalitera. hlm. 20. ISBN 978-602-98190-7-6.
- Ismail dan Rahman 2020, hlm. 7.
- Sutikno, dkk. 2019, hlm. 2.
- Sutikno, dkk. 2019, hlm. 2-3.
- Sutikno, dkk. 2019, hlm. 3.
- Sutikno, dkk. 2019, hlm. 40-41.
- Sutikno, dkk. 2019, hlm. 25.
Daftar pustaka
- Asraf, A., dan Kurniawan, B. (2021). Darojah, Lia Inarotut, ed. Fisika Dasar untuk Sains dan Teknik: Jilid 2 Mekanika Fluida dan Termodinamika. Jakarta: Bumi Aksara. ISBN 978-602-444-955-1.
- Ismail dan Rahman, R. A. (2020). Energi Angin: Turbin Angin (PDF). Ponorogo: Uwais Inspirasi Indonesia. ISBN 978-623-227-451-8.
- Saleh, A. S., dan Bahariawan, A. (2018). Buku Ajar Energi dan Elektrifikasi Pertanian. Sleman: Deepublish. ISBN 978-602-475-036-7.
- Soekardi, Chandrasa (2015). Bendatu, Monica, ed. Termodinamika Dasar: Mesin Konversi Energi. Yogyakarta: ANDI. ISBN 978-979-29-2389-6.
- Sutikno, dkk. (2019). Konversi Energi: Manejemen, Prinsip, dan Aplikasi (PDF). Yogyakarta: UAD Press. ISBN 978-602-0737-31-7.
- Syah, Dahrul (2018). Pengantar Teknologi Pangan. Bogor: IPB Press. ISBN 978-602-440-433-8.
- Widjonarko, dkk. (2020). Teknologi Penyimpanan Energi dan Perkembangannya (PDF). Jember: UPT Penerbitan Universitas Jember. ISBN 978-623-7973-58-4.