2 research outputs found
Studi Besar Sudut Busur Sembur Nosel Terhadap Karakteristik Turbin Air Arus Lintang
Tujuan dari studi eksperimen ini adalah untuk mengetahui perbedaan
karakteristik dari tiga pasang turbin air arus lintang yang didesain dengan sudut busur
sembur yang berbeda (75o, 90o dan 120o) dimana masing-masing pusat jari-jari
kelengkungan atap nosel terletak pada sumbu poros roda turbin. Uji karakteristik
terhadap tiga buah turbin model tersebut (pada variasi putaran dan kapasitas aliran)
dilakukan di Labolatorium Mesin Mesin Fluida Jurusan Teknik Mesin, Fakultas
Teknik – Universitas Brawijaya.
BAB I berisi uraian singkat mengenai konsumsi/kebutuhan energi listrik,
pembangkitan energi listrik dan sumber energi yang tersedia di dunia. Bab ini juga
menyajikan konsumsi/kebutuhan energi listrik, pembangkitan energi listrik dan
sumber energi yang tersedia di Indonesia. Potensi energi air yang tersedia dan yang
telah dimanfaatkan di Indonesia disampaikan dalam rangka menggambarkan bahwa di
Indonesia masih terdapat banyak potensi tenaga air yang belum dimanfaatkan untuk
pembangkit tenaga listrik dalam rangka penyediaan energi listrik.Tujuan dan lingkup
studi disajikan dalam bab ini.
BAB II menyajikan literature review , dalam bab ini disajikan eksperimen
yang telah dilakukan oleh para peneliti dalam rangka mempelajari dan memperbaiki
kinerja turbin air arus lintang. Teori dasar konversi energi dan pertimbangan
perancangan turbin arus lintang disampaikan secara detail dalam rangka mendasari
penentuan demensi model uji. Selanjutnya dalam bab ini disajikan formula untuk
menghitung diameter dan lebar roda turbin, jari jari sudu, jari jari atap dan tinggi nosel
yang disertai pertimbangan ketersediaan potensi hidro, ketersediaan material dan
kemampuan bengkel pembuat turbin. Dalam hal ini faktor faktor tersebut dapat
mempengaruhi penentuan ukuran turbin arus lintang.BAB III menetapkan kerangka konsep dan hipotesis. Variabel bebas pada
penelitian ini adalah dimensi turbin model, kapasitas aliran dan putaran operasi turbin
model. Dalam penelitian ini digunakan 3 buah turbin model yang memiliki diameter,
jumlah sudu, sudut masuk pancaran air dan kelengkungan atap nosel yang sama. Jarijari
kelengkungan atap nosel merupakan fungsi dari sudut busur sembur dan berpusat
pada sumbu roda turbin. Selanjutnya ketiga model tersebut didesain dengan sudut
busur sembur dan lebar roda turbin yang berbeda. Variabel terikat yang ingin diketahui
adalah, karakteristik kinerja dan pola aliran air selama memberikan aksi/ melewati
roda turbine. Kinerja turbin air yang dimaksud adalah meliputi daya bangkitan dan
efisiensi turbin. Sedangkan variabel terikat yang penting juga untuk diketahui adalah
perbandingan kecepatan, kecepatan spesifik, putaran liar, perbandingan head,
perbandingan kapasitas aliran dan perbandingan putaran.
Hipotesis pada penelitian ini adalah bahwa : a) perubahan parameter operasi turbin
(head, kapasitas aliran dan putaran turbin) akan berpengaruh terhadap karakteristik
kinerja turbin air arus lintang, b) perbedaan besar sudut busur sembur nosel
berpengaruh terhadap karakteristik kinerja turbin air arus lintang, dan c) perbedaan
besar sudut busur sembur nosel berpengaruh terhadap pola aliran air yang beraksi
pada turbin air arus lintang.
BAB IV berisi penjelasan berkenaan dengan metode, lokasi, variabel, dan
analisis data penelitian. Metode penelitian yang dilakukan adalah penelitian
eksperimen dengan menggunakan 3 model turbin uji yang dilaksanakan di
labolatorium mesin-mesin fluida jurusan mesin fakultas teknik universitas brawijaya.
Variabel bebas dalam penelitian ini adalah sudut busur sembur nosel, kapasitas aliran
alir dan putaran poros turbin model. Variabel terkontrol yang dipilih adalah diameter
roda turbin, jari-jari kelengkungan atap nosel, jari-jari kelengkungan sudu dan luas
penampang nosel. Variabel terikat yang dipilih adalah daya bangkitan, efisiensi,
perbandingan kecepatan serta putaran liar. Analisis data dilakukan dengan
menggunakan formula yang disajikan pada sub bab 2.5 dan hasil penelitian disajikan
dalam bentuk grafik pada BAB V.BAB V memuat hasil penelitian dan pembahasan. Hasil penelitian disajikan
dalam bentuk grafik yang menunjukan kinerja masing masing model. Perbandingan
kinerja dari ketiga turbin model dan visualisasi aliran aliran air melewati roda turbin
yang terjadi pada saat uji kinerja dilakukan. Pembahasan yang diberikan merupakan
interpretasi hasil penelitian yang akan berguna untuk memberikan pertimbangan
kepada operator turbin dalam mengoperasikan turbin air arus lintang dan atau
memberikan pertimbangan kepada desainer dalam menentukan ukuran utama turbin
air arus lintang.
BAB VI memberikan kesimpulan dan saran. Dalam kesimpulan disampaikan
hal hal yang, penting berdasarkan hasil penelitian, mengenai kinerja turbin air arus
lintang berkenaan dengan daerah atau titik pengoperasian turbin air arus lintang dalam
rangka pemanfaatan energi hidro secara efektif dan efisien. Dalam saran disampaikan
pertimbangan penentuan parameter desain dan studi lebih lanjut berkenaan dengan
usaha untuk memperbaiki efisiensi turbin air arus lintang
Pemanfaatan Anode Bivo4 Dan Katode Nio Dari Photoelectrochemical Diuji Dengan Sistem Elektrolisis Air Untuk Memproduksi Gas Hidrogen
Energi fosil mendominasi energi bahan bakar di Indonesia, terutama dalam
bidang transportasi. Penggunaan bahan bakar fosil semakin lama semakin
meningkat, sedangkan persediaannya semakin lama semakin menipis. Oleh karena
itu, pemanfaatan energi baru terbarukan perlu mendapat perhatian sebagai energi
alternatif pengganti bahan bakar fosil. Salah satu jenis energi alternatif ini adalah
gas hidrogen. Photoelectrochemical adalah salah satu cara untuk mendapatkan gas
H2 dengan memecahkan molekul air H2O menjadi gas H2 dan O2.
Photoelectrochemical menggunakan elektrode, berupa anode dan katode untuk
menghasilkan gas H2 dan O2. Anode dan katode yang digunakan yaitu anode BiVO4
dan katode NiO. Permasalahan pertama adalah bagaimana struktur mikro dan sifat
listrik BiVO4 pada photoelectrochemical sebagai penghasil hidrogen, kedua
adalah struktur mikro dan sifat listrik komposisi bahan BiVO4 dan NiO pada
photoelectrochemical sebagai penghasil hidrogen, ketiga adalah bagaimana
kinerja photoelectrochemical anode BiVO4 dan katode NiO pada elektrolisis
air untuk memproduksi gas hidrogen H2, serta keempat adalah bagaimana perubahan
energi yang terjadi pada saat ada dan tidak adanya molekul NiO terhadap molekul
H2O dan pengaruhnya terhadap proses pemecahan molekul H2O pada NiO sebagai
katode.
Penelitian ini dilakukan melalui tahapan pengujian anode BiVO4, komposisi
bahan BiVO4 dan NiO, penerapan kinerja photoelectrochemical anode BiVO4 dan
katode NiO pada elektrolisis air dan simulasi pemecahan molekul H2O menjadi H2
dan O2 oleh NiO. Pengujian meliputi uji struktur mikro meliputi XRD, SEM, FTIR,
dan sifat listrik. Di samping itu, anode BiVO4 dan katode NiO yang diaplikasikan
pada elektrolisis air adalah untuk mengetahui kinerja photoelectrochemical anode
BiVO4 dan katode NiO tersebut serta efisiensinya. Kinerja photoelectrochemical
anode BiVO4 dan katode NiO pada elektrolisis dalam penelitian ini terbagi menjadi
variabel bebas, variabel terikat dan variabel kontrol. Variabel bebas adalah
tegangan listrik DC dalam satuan V (Volt). Variabel terikat terdiri dari konsentrasi
gas H2 dan O2 yang didapatkan dalam satuan ppm (part permillion). Variabel
kontrol adalah waktu. Variabel waktu dijaga konstan nilainya selama proses
elektrolisis berlangsung. Selain itu, terdapat tahapan simulasi yang bertujuan untuk
mengetahui perubahan energi kinetik dan potensial yang berpengaruh terhadap
perubahan energi untuk pemecahan molekul air H2O menjadi gas hidrogen (H2).
iii
Pada simulasi, penggambaran model molekul H2O tanpa keberadaan NiO dan
dengan keberadaan NiO serta propertinya menggunakan software Hyperchem
Professional. Hasil data kemudian diolah dan diplot menggunakan Origin 8.5 dan
dianalisa perubahan energinya. Analisa energi molekular hasil dari Hyperchem Pro
ini, digunakan untuk mengungkap fenomena atau gejala pemecahan molekular H2O
menjadi H2 (gas hidrogen). Analisis fenomena energi molekular, meliputi energi
kinetik dan energi potensial.
Hasil pengujian anode BiVO4 menunjukkan bahwa X-ray Diffraction sampel
BiVO4 menunjukkan adanya intensitas puncak tinggi yang artinya adalah kerapatan
elektron di dalam unit sel sangat tinggi dan dengan demikian kualitas strukturnya
sangat baik. Hasil pengujian bahan katode NiO pada BiVO4 menunjukkan tidak ada
perubahan pada struktur monoklinik BiVO4, namun penambahan ini menurunkan
intensitas puncak semua sampel. Jari-jari ion Ni lebih kecil daripada Bi, sehingga
ion Ni dapat tersubstitusi ke dalam Bi untuk semua variasi persentase berat NiO.
Hasil ini didukung oleh penelitian Regmi et al.2017 bahwa unsur logam dapat
tersubstitusi ionik ke dalam BiVO4 karena perbedaan jari-jari ionik dengan BiVO4.
Pada analisa FTIR, ikatan getaran terdapat pada puncak spektrum 1800 cm-1 dan
2000 cm-1 untuk mode simetris V-O pada BiVO4 monoklinik untuk sampel A, B, C
dan D, sedangkan puncak pada spektrum 435 cm-1 dapat terlihat adanya ikatan
untuk Bi-O. Analisa SEM menghasilkan bahwa morfologi partikel memiliki
struktur berukuran kecil dengan ukuran partikel rata-rata sekitar 0,3 μm pada
BiVO4. Sifat listrik semakin meningkat dengan mengkomposisikan BiVO4 dengan
NiO. Anode BiVO4 dan katode NiO yang telah dipreparasi adalah bahan elektrode
dan sesuai dengan sifat listrik/konduktansi yang menjadi syarat dari elektrode
photoelectrochemical. Hasil kinerja photoelectrochemical anode BiVO4 dan
katode NiO pada elektrolisis air untuk memproduksi gas hidrogen H2
menunjukkan bahwa semakin besar arus pada elektrode BiVO4 dan NiO, maka
semakin besar pula konsentrasi gas Hidrogen H2 yang dihasilkan. Semakin besar
tegangan pada anode BiVO4 dan katode NiO, semakin besar pula konsentrasi gas
Hidrogen H2 yang dihasilkan. Hasil eksperimental yang sudah dilakukan dalam
penelitian ini dalam waktu 30 detik sudah bisa menghasilkan 0.3 ppm gas H2 yang
setara dengan 0,3 mg/L. Perbandingan hasil dengan penelitian sebelumnya
menunjukkan bahwa tegangan berbanding lurus dengan kandungan hidrogen H2.
Akan tetapi, pada penelitian saat ini yang menggunakan katode NiO mengalami
peningkatan kadar H2 yang lebih signifikan dibandingkan dengan penelitian
sebelumnya yang menggunakan katode Pt. Hasil simulasi perubahan energi dengan
adanya keberadaan molekul NiO pada H2O menunjukkan bahwa, energi kinetik
sebagai fungsi waktu pada molekul H2O dengan adanya molekul NiO terdapat
perubahan energi kinetik yang signifikan. Pergerakan molekul menjadi lebih cepat
dan cenderung bertubrukan sehingga memungkinkan molekul bertukar energi
karena energi kinetik molekul berbanding lurus dengan gerak molekul. Energi
kinetik yang dihasilkan dari dinamika gerak molekul H2O dengan NiO lebih besar
daripada tanpa keberadaan NiO. Selain dari itu, gaya antar atom menjadi lebih besar
sehingga kemungkinan besar mendukung putusnya ikatan molekul H2O menjadi
lebih tinggi. Energi kinetik H2O maksimum sebagai fungsi waktu dengan adanya
NiO menghasilkan sekitar 6,5 kkal/mol dalam waktu 0,1 ps. Sedangkan, energi
kinetik H2O maksimum tanpa NiO menghasilkan sekitar 4,0 kkal/mol dalam waktu
0,2 ps. Energi kinetik H2O maksimum terhadap fungsi temperatur dengan NiO
iv
menghasilkan sekitar 7,5 kkal/mol dan energi kinetik H2O maksimum tanpa NiO
menghasilkan sekitar 4,7 kkal/mol yang dicapai pada temperatur sekitar 500 K.
Energi potensial H2O terhadap fungsi waktu dengan NiO menghasilkan sekitar 3,0
kkal/mol dalam waktu 0,1 ps. Sedangkan, energi potensial H2O maksimum tanpa
NiO menghasilkan sekitar 2,3 kkal/mol dalam waktu 0,2 ps. Energi potensial H2O
terhadap fungsi temperatur dengan NiO menghasilkan sekitar 3,0 kkal/mol pada
temperatur sekitar 150 K, sedangkan tanpa NiO menghasilkan sekitar 2,5 kkal/mol
pada temperatur sekitar 300 K. Peningkatan energi kinetik dan energi potensial
yang dihasilkan dari gerak molekul tersebut mengimplikasikan bahwa putusnya
ikatan molekul H2O menjadi lebih signifikan yang mengarah pada pemecahan
molekul H2O menjadi gas H2. Energi ikatan atom hidrogen pada H2O berada pada
20 kJ/mol sehingga dalam kisaran energi tersebut, H2 dapat terbentuk