TEKNOLOGI PEMANFAATAN BATUBARAMAGNETO HIDRO DINAMIK (MHD)

Disusun Oleh:NOVA RACHMADONA (061140411509)NYAYU AISYAH (061140411509)KELAS 5 EGA

PROGRAM STUDI TEKNIK ENERGIJURUSAN TEKNIK KIMIAPOLITEKNIK NEGERI SRIWIJAYA2014BAB IPENDAHULUAN

Semakin tinggi tingkat perkembangan industri suatu negara, semakin besar pula tingkat kebutuhan tenaga listrik untuk memenuhi kebutuhan energinya. Sehingga kecenderungan pemakaian listrik dimasa yang akan datang akan terus meningkat, bukan saja karena jumlah penduduk, industri, perdagangan dan jasa yang terus meningkat, tetapi juga karena adanya kemudahan dalam mengkonversikan energi listrik ke bentuk energi listrik lain.Melihat perkembangan pembangkit di dunia beberapa tahun terakhir ini, terasa semakin banyak keprihatinan akibat belum terpecahkannya masalah-masalah utama pembangkitan. Masalah-masalah utama pembangkitan tersebut diantaranya masalah lingkungan berupa penggunaan bahan bakar fosil yang terkandung di bumi sampai pada pembuangan limbah hasil pembakaran ke udara, masalah efisiensi pembangkit dan lain-lain.Kenaikan kebutuhan energi listrik dunia di masa depan perlu diantisipasi karena makin terbatasnya sumber daya alam yang dapat dijadikan sumber daya energi listrik. Oleh karena itu harus dicari sebuah pembangkit generasi baru yang sesuai dengan kondisi masa depan. Ada dua kriteria yang dapat dipilih atau dibangun bersama pada saat yang bersamaan, yaitu :a. Pembangkit energi baru yang tidak memanfaatkan sumber bahan bakar fosil atau lainnya yang terbatas ketersediaanya serta sudah makin menipis. Tetapi menggunakan sumber daya baru yang dianggap tidak akan ada habisnya atau yang mempunyai cadangan yang sangat besar seperti energi surya, angin, ombak dan lain-lain. b. Pembangkit energi baru yang tetap memanfaatkan bahan bakar fosil dan bahan bakar lainnya yang terbatas ketersediaanya seperti kebanyakan pembangkit daya sekarang ini. Tetapi dengan efisiensi yang setinggi mungkin sehingga cadangan bahan bakar fosil yang terbatas dapat dimanfaatkan dengan semaksimal mungkin.Pembangkit energi Magneto Hidro Dinamika (MHD) muncul sebagai salah satu pilihan untuk memecahkan masalah energi dunia masa depan. Prinsipnya ditemukan oleh Michael Faraday pada tahun 1832 ketika ditemukan induksi elektro magnetik. Perkembangan yang diperlihatkan oleh MHD menjanjikan keuntungan yang besar, sehingga banyak Negara sampai saat ini masih dengan gigih melakukan penelitian, pengembangan serta percobaan penggunaan pembangkit MHD sebagai salah satu pembangkit energi listrik yang dapat berfungsi komersial dan dapat diandalkan dimasa depan. Terutama di Amerika Serikat dan Rusia (disamping Negara-negara Jepang, Belanda, dan lain-lain), setelah mengalami masa surut yang cukup berat sampai tahun 1966 dalam masalah efisiensi pembangkitan yang sangat kecil, pada akhir dasawarsa ini mulai menunjukan keberhasilannya. Negara-negara lainnya masih jauh tertinggal di bidang teknologi MHD ini dibandingkan Amerika Serikat. Sistem MHD mempunyai kemampuan untuk dapat dikombinasikan dengan pembangkit daya listrik lainnya, seperti dengan PLTU dengan memanfaatkan kalor buangan generator MHD, di mana pembangkit MHD bertindak sebagai siklus hulu dan PLTU sebagai siklus hilir ini akan menghasilkan tenaga listrik yang lebih besar. Dua perusahaan raksasa Amerika Serikat yaitu Westinghouse dan General Electric Company telah berhasil membuat revolusi MHD dengan keberhasilannya merancang pembangkit kombinasi sistem MHD dan PLTU dengan efisiensi total sampai dengan 50% dibandingkan dengan PLTU konvensional yang hanya 40% saja. Diharapkan dalam waktu yang tidak terlalu lama lagi efisiensi total dari pembangkit listrik MHD akan mampu mencapai 60%.

BAB IIPEMBAHASANSISTEM MAGNETO HIDRO DINAMIKA

2.1 Uraian UmumSesuai dengan hukum induksi Faraday, bahwa bila sebuah penghantar bergerak dan memotong garis gaya dalam medan magnet, maka didalam penghantar itu akan diinduksikan suatu gaya gerak listrik (GGL). Apabila rangkaian itu berupa rangkaian tertutup, maka akan mengalir arus induksi yang disebabkan oleh GGL tersebut. Prinsip pembangkitan dengan menggunakan teknologi MHD, tidak berbeda jauh dengan prinsip pembangkitan konvensional. Pada generator konvensional penghantar yang digunakan berupa penghantar benda padat (logam). Sedangkan pada generator MHD menggunakan penghantar benda cair atau benda gas, dengan syarat kedua benda tersebut merupakan penghantar (gambar 2.1).

Gambar 2.1 (a) Skema generator konvensional (b) Skema generator MHDBahan bakar dimasukan kedalam ruang pembakaran kemudian disuntikan gas dengan proses penekanan. Untuk meningkatkan daya hantar gas tersebut, dimasukan benih-benih yang berbentuk pertikel-pertikel kecil dari logam (seed). Benih-benih yang sering digunakan adalah Cesium atau Potasium. Karena pembakaran mengakibatkan gas mengembang secara pesat. Suatu perbedaan tekanan didalam ruang pembakaran, mengakibatkan gas memasuki kanal dengan kecepatan tinggi dan memotong medan magnet. Gas yang telah bersifat penghantar tersebut akan di induksikan suatu gaya gerak listrik. Maka elektroda-elektroda itu akan menghasilkan gaya gerak listrik (GGL), apabila elektroda-elektroda ini dihubungkan dengan beban berupa rangkaian tertutup, maka akan menghasilkan arus listrik.2.2 Jenis Siklus Pembangkitan MHDMagneto Hidro Dinamika adalah Sistem yang bekerja berdasarkan interaksi antara medan magnet dengan aliran fluida, di mana fluidanya bisa berupa benda gas (plasma) atau benda cair (logam cair). Untuk fluida kerja yang menggunakan logam cair, sistem ini disebut Magneto Hidro Dinamika Logam Cair (Liquid Metal Magneto Hydro Dynamic, LMMHD). Secara praktis, generator MHD berarti pembangkit tenaga listrik dengan melewatkan fluida yang mempunyai hantaran listrik pada medan magnet.Dikenal dua macam siklus generator MHD yang penting, yaitu : 1) Siklus terbuka2) Siklus tertutup2.2.1. Generator MHD Siklus TerbukaPada generator MHD siklus terbuka bahan bakar fosil seperti gas alam, minyak bumi atau batu bara dibakar didalam ruang pembakaran dengan dicampur udara panas yang bertekanan (diperkaya dengan oksigen). Untuk menaikkan konduktivitas fluida, ditambahkan pula benih-benih logam (seed), biasanya berupa partikel-partikel kecil dari logam Potasium atau Cesium seperti dapat dilihat pada gambar 2.2.

Gambar 2.2. Skema generator MHD siklus terbukaHasil pembakaran di dalam ruang pembakaran mengakibatkan temperatur yang tinggi, yaitu 2773 oK. Akibat temperatur yang tinggi, fluida akan mengembang secara pesat dan terjadi perbedaan tekanan, sehingga fluida tersebut meninggalkan ruang pembakaran dengan kecepatan tinggi menuju kanal MHD yang bermedan magnet, sambil membangkitkan arus listrik. Pada sistem siklus terbuka, fluida kerjanya setelah melewati kanal dibuang keudara bebas. Tetapi karena fluida tersebut masih mengandung partikel-partikel logam yang berharga, maka partikel-partikel logam tersebut dipisahkan dari gas buang dan digunakan kembali oleh pembibitan ulang. Sebelum fluida dibuang ke udara, maka harus mengalami fase pembersihan dari berbagai bahan kimia, agar pengotoran itu tidak turut terbuang melalui cerobong dan menggangu lingkungan.Pencemaran bahan kimia dari suatu pusat listrik, umumnya terdiri atas senyawa gas NO dan SO2. Oleh karena pembangkit MHD bekerja pada suhu yang tinggi, maka gas NO ini akan mengkatalisasi gas SO2, Sehingga berubah menjadi senyawa SO3 yang relatif lebih mudah untuk diuraikan. Zat-zat keluaran tersebut aman terhadap lingkungan karena zat-zat keluaran yang ditimbulkan oleh pembangkit MHD siklus terbuka relatif lebih kecil dibandingkan dengan pembangkit konvensional lainnya.

2.2.2. Generator MHD Siklus TertutupGenerator MHD siklus tertutup terbagi menjadi dua, ditinjau dari fluida kerja yang digunakannya, yaitu yang menggunakan benda gas (plasma) dan yang menggunakan benda cair (logam cair). Generator MHD siklus tertutup mempunyai tingkat efisiensi yang tinggi, seperti diperlihatkan pada gambar 2.3 dibawah ini, sebuah blok diagram sistem pembangkit listrik MHD siklus tertutup.

Gambar 2.3. Blok Diagram Sistem Pembangkit Listrik MHD Siklus Tertutup2.2.2.1. Generator MHD PlasmaJenis generator MHD siklus tertutup plasma dapat menggunakan fluida kerja berupa gas mulia (neon, argon, helium) ditambah dengan logam alkali yang mudah meng-ion seperti potasium atau cessium. Susunan ini dapat dilihat pada gambar 2.4.

Gambar 2.4. Skema generator MHD siklus tertutupFluida dipanaskan sampai temperatur 1773 oK, akibat temperatur yang tinggi ini, fluida akan mengembang secara pesat dan terjadi perbedaan tekanan, akhirnya dengan sendirinya fluida mengalir memasuki kanal MHD. Di dalam kanal yang bermedan magnet akan terjadi interaksi terhadap fluida, dimana pada dua sisi kanal ini dipasang sepasang elektroda (positif dan negatif). Sesuai dengan hukum Faraday, maka pada sepasang elektroda itu akan timbul gaya gerak listrik (ggl). Bila elektroda ini dihubungkan pada suatu rangkaian tertutup maka akan menghasilkan arus listrik. Setelah meninggalkan kanal, gas diberi kesempatan untuk berkondensasi dan menjadi dingin, kemudian dipompa kembali ke ruang pemanasan untuk mengulangi proses yang sama. Keuntungan siklus tertutup adalah bahwa temperatur kerjanya lebih rendah dibandingkan dengan siklus terbuka. Suhu ini sangat penting karena tidak banyak material yang dapat memenuhi suhu tinggi untuk dipakai pada proses generator MHD.2.2.2.2. Generator MHD Dengan Logam CairSistem MHD yang menggunakan cairan logam, sering disebut MHD logam cair (Liquid Metal Magneto Hidro Dinamics, LMMHD), Pembangkit MHD logam cair prinsipnya berdasarkan pemisahan dari dua fungsi fluida kerja, dimana gas atau uap digunakan sebagai fluida termodinamika pada konversi energi panas menjadi energi kinetik dan logam cair digunakan sebagai konduktor listrik pada konversi energi kinetik menjadi energi listrik.Pembangkit MHD logam cair mempunyai ciri-ciri sebagai berikut : 1) Memindahkan panas ke cairan dan mengkonversikan bagian cairan menjadi uap, kemudian uap tersebut dikembalikan ke kondensor 2) Mengkonversikan energi panas dari uap menjadi energi kinetik pada cairan3) Mengkonversikan dari cairan menjadi energi listrik

Gambar 2.5 Skema MHD Siklus Tertutup dengan Menggunakan Logam Cair

2.3 Perbandingan Antara Sistem Siklus Terbuka dan Sistem Siklus TertutupPerbandingan yang erat antara kedua sistem tertera di bawah ini:Sistem Siklus TerbukaSistem Siklus Tertutup

(1) Di sini fluida kerja setelah pembangkit energi listrik dibuang ke atmosfir melalui stack.(1)Di sini fluida kerja setelah pembangkit energi listrik didaur ulang ke sumber panas dan dengan demikian dapat digunakan lagi dan lagi.

(2)Penyelenggaraan MHD generator dilakukan secara langsung pada produk pembakaran [seperti batubara, minyak, gas alam (gas panas sehingga terbentuk unggulan dengan jumlah kecil dari logam alkali terionisasi seperti cesium atau kalium)] dalam sebuah sistem siklus terbuka.(2)Dalam helium siklus tertutup sistem atau argon (dengan pembenihan cesium) digunakan sebagai fluida kerja.

(3) Kebutuhan Suhu di sini sangat tinggi, yaitu sekitar 2300 C sampai dengan 2700 C.(3)Kebutuhan suhu relatif sedikit, yakni sekitar 530 C.

(4)Siklus MHD sistem terbuka melibatkan risiko teknologi kompleks yang relatif tinggi, terutama karena suhu tinggi yang diperlukan.(4)Siklus MHD sistem tertutup melibatkan risiko teknologi sederhana yang relatif rendah, terutama karena suhu kerja relatif rendah.

(5) Sesuai dengan penelitian terbaru dan pekerjaan pembangunan, efisiensi tampak relatif lebih tinggi.(5) Sampai saat ini ada perkembangan yang signifikan telah terjadi dalam sistem ini, dan efisiensi yang tampaknya relatif kurang.

(6) Lebih mahal dibandingkan dengan siklus MHD sistem tertutup.(6) Cukup mahal.

2.4 Keunggulan Sistem MHDGenerasi MHD menawarkan beberapa keunggulan dibandingkan dengan metode lainuntuk pembangkit listrik, diantaranya adalah sebagai berikut:1. Proses MHD mempunyai potensi untuk meningkatkan efisiensi pengkonversian energi sampai 50-60%.2. Proses MHD dapat mereduksi keperluan air pendingin dan polusi di atmosfer.3. Proses pembangkitan MHD dapat dipakai untuk semua jenis sumber panas seperti minyak, batu bara, nuklir, gas, matahari, termonuklir, dll.4. Pembangkitan MHD memberikan fleksibilitas operasi pada mode yang berbeda seperti beban puncak, beban utama, atau beban semi-puncak.5. Penelitian mengindikasikan bahwa MHD power generation membutuhkan biaya yang lebih rendah dibandingkan dengan pembangkitan daya konventional.6. Efisiensi penggunaan bahan bakar yang lebih tinggi yang berarti lebih baik. Mengurangi konsumsi bahan bakar akan menawarkan manfaat ekonomi dan sosial tambahan. 7. Sistem Siklus Tertutup menghasilkan tenaga bebas polusi.2.5 Kekurangan Sistem MHDMeskipun memiliki sejumlah keuntungan, ternyata Sistem MHD memiliki kelemahan sendiri yang melarang komersialisasi tersebut. Kelemahan MHD System terdaftar di bawah ini:1. Sistem MHD menperoleh dampak dari arus balik (arus pendek) elektron melalui cairan di sekitar ujung medan magnet. Kerugian ini dapat dikurangi dengan: a. Meningkatkan rasio aspek (L / d) dari generator.b. Dengan mengijinkan kutub medan magnet untuk memperpanjang bagian luar akhir elektroda. c. Dengan menggunakan baling-baling berisolasi dalam saluran fluida dan pada inlet dan outlet .2. Akan ada kerugian gesekan tinggi dan kerugian transfer panas. Kerugian gesekan mungkin setinggi 12% input.3. Sistem MHD beroperasi pada suhu yang sangat tinggi untuk mendapatkan tinggi listrik konduktivitas. Tetapi elektroda harus relatif pada temperatur rendah dan karenanya gas di sekitar elektroda lebih dingin. Hal ini meningkatkan resistivitas gas dekat elektroda dan maka akan ada tegangan turun sangat besar di film gas. Dengan menambahkan bahan benih, resistivitasnya akan dapat dikurangi. 4. Sistem MHD membutuhkan magnet yang sangat besar dan ini membutuhkan biaya besar.Batubara, bila digunakan sebagai bahan bakar, menimbulkan masalah abu cair yang mungkin terjadi arus pendek pada elektroda.Oleh karena itu, minyak atau gas alam dianggap lebih banyak digunakan sebagai bahan bakar untuk sistem ini.Pembatasan penggunaan bahan bakar membuat operasi lebih mahal

BAB IIIKESIMPULAN

Dengan menjamurnya industri-industri belakangan ini, maka kebutuhan listrik juga semakin meningkat. Maka dalam situasi seperti ini, pastilah kebutuhan energi sudah jadi hal yang mutlak diperlukan untuk menjalankan industri-industri tersebut. Ini berarti kapasitas daya tambahan yang diperlukan terutama dalam tahun-tahun ke depan sangatlah tinggi, maka daripada itu, untuk menjawab tantangan tersebut kita harus menggunakan energi yang dapat terbarukan yang efisien dan seminimal mungkin tidak merusak lingkungan sekitar kita. Maka jawaban dari semua itu adalah energi non konvensional.Solusi energi tersebut adalah dengan menggunakan pembangkit energi listrik dengan teknologi MHD (Magneto Hidro Dinamika). Teknologi ini mempunyai tingkat efisiensi yang tinggi, dapat menghasilkan daya yang besar, dan cukup ramah lingkungan, yang diharapkan nantinya teknologi ini dapat menggantikan teknologi-teknologi konvensional yang sudah ada pada saat ini. Selain itu, kemajuan yang signifikan yang telah dibuat dalam pengembangan semua komponen kritis dalam sistem teknologi MHD dapat menjanjikan keuntungan ekonomi yang tinggi. Maka dari hal itu, kiranya tidak akan lama lagi jika teknologi MHD ini akan mengubah dirinya dari non-konvensional ke sumber energi konvensional.

DAFTAR PUSTAKA

http://www.dropyourenergibill.com/archives/1820 diunduh pada tanggal 30 Nopember 2011.http://www.mpoweruk.com/mhd_generator.htm diunduh pada tanggal 30 Nopember 2011.http://Magnetohydrodynamic (MHD) Tanoto Information Centre_files/ diunduh pada tanggal 1 Desember 2011.http://apa itu magnetohydrodynamic - Forum Sains Indonesia_files/ diunduh pada tanggal 1 Desember 2011.PC_MHD.pdf diunduh pada tanggal 1 Desember 2011.surendro, hagni.2007. Energi alternatif.pdf diunduh pada tanggal 1 Desember 2011.

2