Hukum Pergeseran Wien

Gambar 1

Spektrum radiasi benda hitam pada awalnya dipelajari oleh Rayleigh dan Jeans menggunakan pendekatan fisika klasik. Mereka meninjau radiasi dalam rongga bertemperatur T yang dindingnya merupakan pemantul sempurna sebagai sederetan gelombang elektromagnetik. Akan tetapi, pada suhu 2.000 K bentuk grafik hasil eksperimen berbeda dengan bentuk grafik yang dikemukakan Rayleigh dan Jeans, seperti ditunjukkan pada gambar 1

Gambar 2

Rayleigh dan Jeans meramalkan bahwa benda hitam ideal pada kesetimbangan termal akan memancarkan radiasi dengan daya tak terhingga. Akan tetapi, ramalan Rayleigh dan Jeans tidak terbukti secara eksperimental. Ramalan ini dikenal sebagai bencana ultraungu.Ilmuwan  lain yang mempelajari spektrum radiasi benda hitam adalah Wilhelm Wien. Wien mempelajari hubungan antara suhu dan panjang gelombang pada intensitas maksimum. Perhatikan gambar 2 di samping! Puncak-puncak kurva pada grafik 2 menunjukkan intensitas radiasi pada tiap-tiap suhu. Dari gambar 2 tampak bahwa puncak kurva bergeser ke arah panjang gelombang yang pendek jika suhu semakin tinggi. Panjang gelombang pada intensitas maksimum ini disebut sebagai panjang gelombang maks. Wien merumuskan hubungan antara suhu dan panjang gelombang maks sebagai berikut.

Perpindahan Kalor Secara Konduksi , Konveksi Dan Radiasi

Kalor atau panas dari suatu benda dapat berbeda-beda. Nah, ketika terjadi kontak antara dua benda atau lebih yang memiliki perbedaan kalor, maka akan terjadi aliran kalor atau perpindahan kalor. Kalor berpindah dari benda yang memiliki temperatur lebih tinggi ke benda dengan temperatur lebih rendah hingga tercapai keseimbangan termal atau kesamaan temperatur. Secara sederhana, kondisi ini dapat dipahami sebagai suatu perpindahan kalor yang terjadi pada benda-benda yang dengan suhu yang berbeda agar suhunya menjadi sama.

Proses perpindahan panas antar benda satu dengan lainnya tidak selalu sama. Ada tiga mekanisme atau cara perpindahan kalor yakni secara konduksi, konveksi dan radiasi.

1. Konduksi

Konduksi terjadi ketika terjadi pertukaran energi kinetik antar molekul (atom), dimana partikel dengan energi lebih rendah dapat meningkat dengan menumbuk partikel dengan energi yang lebih tinggi. Secara sederhana, perpindahan kalor secara konduksi dapat dipahami sebagai suatu perpindahan kalor yang terjadi dengan perantara benda padat. Jadi, benda-benda yang berkontak dan saling memindahkan kalor ini adalah benda padat melalui tumbukan-tumbukan partikelnya.

Contoh Konduksi:

1.      ketika kita membakar besi, maka besi akan panas, tetapi partikel-partikel pada besi tidak ikut berpindah atau tetap pada tempatnya.

2.      Ketika kita mencelupkan sendok ke dalam air panas, maka sendok ujung sendok yang tidak tercelup juga akan panas, meskipun tidak terjadi perpindahan partikel di dalam sendok tersebut.

3.      Ketika tangan kita memegang gelas yang panas, tangan kita pun akan merasakan panasnya, meskipun tidak terjadi perpindahan partikel dari gelas ke tangan kita.

2. Konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi terjadi ketika kalor berpindah dengan cara gerakan partikelnya yang telah dipanaskan. Konveksi dapat terjadi karena dua macam yakni konveksi alami (natural convection) dan konveksi paksa (forced convection). Konveksi alami terjadi ketika gerakan perpindahan kalornya disebabkan oleh perbedaan kerapatan sehingga terjadi perpindahan partikel. Sedangkan konveksi paksa terjadi ketika perpindahan partikel dilakukan secara paksa misal didorong dengan pompa atau kipas.

Contoh koveksi

1.      Ketika kita memanaskan air, maka kita akan melihat air itu seperti diaduk. Inilah proses ketika partikel-partikel air yang ada di bawah yang telah panas berpindah ke atas. Sehingga terjadilah perpindahan kalor yang diikuti oleh perpindahan partikel air yang dipanaskan.

2.      Terjadinya angin darat dan air laut, karena partikel-partikel udara yang panas berpindah.

3.      Adanya sirkulasi udara dari luar rumah ke dalam rumah karena partikel-partikel udara panas dari luar ruangan masuk ke dalam rumah.

3. Radiasi

Proses perpindahan kalor secara radiasi terjadi ketika kalor disampaikan tanpa melalui perantara. Prosesnya secara kimia dapat dijabarkan dengan energi termal yang diubah menjadi energi radiasi. Dalam hal ini energi termuat dalam gelombang elektromagnetik. Ketika gelombang elektromagnetik tersebut berinteraksi dengan materi energi radiasi maka akan berubah menjadi energi termal. Artinya, proses perpindahan kalor secara radiasi terjadi langsung tanpa adanya perpindahan partikel-partikel zat.

Contoh:

1.      Panas dari sinar matahari yang melewati luar angkasa hampa udara tetap dapat sampai ke bumi tanpa perpindahan partikel apapun.

2.      Ketika mendekatkan tangan kita ke api, maka akan terasa panas meskipun tidak ada partikel api yang berpindah ke tangan kita.

Sistem Pembangkit Listrik Tenaga Batu Bara (Coal Fired Steam Power Plant) (K2512037)

Salah satu sumber energi dari alam yang dimanfaatkan sebagai sistem pembangkit adalah batu bara. Pemanfaatan batu bara sebagai sistem pembangkit dapat dilihat pada sistem pembangkit listrik tenaga uap dengan bahan bakar berupa batu bara, sistem pembangkit ini masih banyak digunakan pada industri-industri konvensional maupun modern terkait produksi besi dan baja.

Pada sistem pembangkit listrik tenaga uap batu bara terjadi 3 konversi energi yaitu:

1. Energi kimia menjadi energi panas, hal ini dapat dilihat pada saat unsur-unsur kimia yang terkandung pada batu bara dibakar sehingga menghasilkan panas dan uap air serta tekanan yang tinggi pada boiler.
2. Energi panas menjadi energi mekanik, setelah dihasilkan uap air dengan tekanan yang tinggi sehingga menghasilkan tenaga untuk memutar (menggerakkan) turbin.
3. Energi mekanik menjadi energi listrik, akibat adanya gerakan putar pada turbin yang diteruskan ke generator maka dihasilkan energi listrik.

Sistem pembangkit listrik tenaga uap batu bara memiliki komponen-komponen utama sebagai berikut:

1. Boiler (Furnace)

Boiler memiliki fungsi sebagai tempat mengubah air menjadi uap air (steam) yang akan digunakan untuk memutar turbin.

2. Turbin

Turbin berfungsi untuk mengkonversi energi panas dari uap air menjadi energi mekanik, poros pada turbin dihubungkan dengan poros pada generator sehingga ketika turbin berputar maka generator pun ikut berputar.

3. Generator

Generator berfungsi untuk menghasilkan energi listrik dari energi mekanik yang ditimbulkan dari putaran turbin.

4. Condensor

Condensor memiliki fungsi merubah uap air yang digunakan untuk memutar turbin menjadi air yang akan dialirkan kembali ke boiler

5. Transformer

Transformer berfungsi untuk meneruskan listrik yang dihasilkan oleh generator ke suatu rangkaian listrik.

Cara kerja dari system pembangkit listrik tenaga uap batu bara adalah sebagai berikut:

Batu bara dari tempat penampungan diangkut menggunakan conveyor dan dihaluskan dengan mesin penghalus hingga menjadi serbuk untuk selanjutnya akan disemprotkan masuk ke boiler sebagai bahan pembakar dalam bentuk semburan api, dalam waktu yang bersamaan air dialirkan melalui pipa-pipa yang terdapat pada dinding boiler, akibat suhu yang pembakar yang tinggi mengakibatkan air berubah bentuk menjadi uap air (steam), kemudian uap air (steam) yang memiliki suhu dan tekanan yang tinggi dialirkan melalui sebuah pipa yang terhubung dengan turbin sehingga mengakibatkan turbin berputar sekaligus memutar generator dan dihasilkan energi listrik. Energi listrik yang dihasilkan oleh generator akan diteruskan ke dalam transformator dan digunakan pada suatu rangkaian listrik.

Uap air yang keluar dari turbin akan dirubah bentuknya menjadi air oleh kondensor dan dialirkan kembali ke dalam pipa-pipa yang terdapat pada dinding boiler untuk diproses kembali menjadi uap air yang akan digunakan untuk memutar turbin, demikian proses yang berlangsung terus-menerus dan berulang-ulang pada sistem pembangkit listrik tenaga uap batu bara .

Pembangkit Tenaga Biomassal

2. Siklus Pada Pembangkit Tenaga Biomassa

Pembangkit listrik tenaga biomassa di sini tetap masih menggunakan air. Air yang digunakan dalam siklus ini disebut air demin, yakni air yang mempunyai kadar conductivity (Kemampuan untuk menghantarkan listrik) sebesar 0.2 us (mikro siemen). Sebagai perbandingan air mineral yang kita minum sehari-hari mempunyai kadar conductivity Sekitar 100 – 200 us. Untuk mendapatkan air demin ini, setiap sistem biasanya dilengkapi dengan Desalination Plant dan Demineralization Plant yang berfungsi untuk memproduksi air demin ini. Tapi disini tidak dibahas tentang Desalination Plant maupun Demineralization Plant. Jika kita melihat proses memasak air, maka secara sederhana itulah bagaimana siklus pada pembangkit tenaga biomassa ini. Air dimasak hingga menguap dan uap ini lah yang digunakan untuk memutar turbin dan generator yang nantinya akan menghasilkan energi listrik.

1. Pertama-tama air demin ini berada di sebuah tempat bernama Hotwell.
2. Dari Hotwell, air mengalir menuju Condensate Pump untuk kemudian dipompakan menuju dearator.

Lokasi hotwell dan condensate pump terletak di lantai paling dasar dari pembangkit atau biasa disebut Ground Floor. Sedangkan letak dearator yang akan dituju oleh si air ini berada di lantai atas (tetapi bukan yang paling atas).

3. Di dearator air akan mengalami proses pelepasan ion-ion mineral yang masih tersisa di air dan tidak diperlukan seperti Oksigen dan lainnya.

Agar proses pelepasan ini berlangsung sempurna, suhu air harus memenuhi suhu yang disyaratkan. Oleh karena itulah selama perjalanan menuju Dearator, air mengalamai beberapa proses pemanasan oleh peralatan yang disebut LP (Low Pressure) Heater.

4. Dari dearator, air turun kembali ke Ground Floor.
5. Sesampainya di Ground Floor, air langsung dipompakan oleh Boiler Feed Pump / BFP (Pompa air pengisi) menuju Boiler atau tempat “memasak” air.

Bisa dibayangkan Boiler ini seperti panci, tetapi panci berukuran raksasa. Air yang dipompakan ini adalah air yang bertekanan tinggi, karena itu syarat agar uap yang dihasilkan juga bertekanan tinggi. Karena itulah pada sistem ini dearator dibuat berada di lantai atas dan BFP berada di lantai dasar. Karena dengan meluncurnya air dari ketinggian membuat air menjadi bertekanan tinggi. Sebelum masuk boiler air mengalami beberapa proses pemanasan di HP (High Pressure) Heater.

6. Setelah itu barulah air masuk boiler yang letaknya berada di lantai atas.

Di Boiler inilah terjadi proses memasak air agar menjadi uap. Untuk memasak air diperlukan api. Dan untuk membuat api diperlukan udara panas dan bahan bakar. Bahan bakar di sini tentu saja menggunakan biomassa yang berasal dari bahan-bahan alami seperti kayu, limbah pertanian, perkebunan, hutan, komponen organik dari industri dan rumah tangga serta kotoran hewan dan manusia.Sedangkan udara di produksi oleh Force Draft Fan (FD Fan). FD Fan mengambil udara luar untuk membantu proses pembakaran di boiler. Dalam perjalananya menuju boiler, udara tersebut dinaikkan suhunya oleh air heater (pemanas udara) agar proses pembakaran bisa terjadi di boiler.

7. Setelah terjadi pembakaran, air mulai berubah wujud menjadi uap.

Namun uap hasil pembakaran ini belum layak untuk memutar turbin, karena masih berupa uap jenuh atau uap yang masih mengandung kadar air. Kadar air ini berbahaya bagi turbin, karena dengan putaran hingga 3000 rpm, setitik air sanggup untuk membuat sudut-sudut turbin menjadi terkikis.

8. Untuk menghilangkan kadar air itu, uap jenuh tersebut di keringkan di super heater sehingga uap yang dihasilkan menjadi uap kering.
9. Uap kering ini yang digunakan untuk memutar turbin.
10. Turbin berputar, otomastis generator akan berputar, karena berada pada satu poros.
11. Generator inilah yang menghasilkan energi listrik. Pada generator terdapat medan magnet raksasa. Perputaran generator menghasilkan beda potensial pada magnet tersebut. Beda potensial inilah cikal bakal energi listrik. Energi listrik itu dikirimkan ke trafo untuk dirubah tegangannya dan kemudian disalurkan melalui saluran transmisi PLN.
12. Uap kering yang digunakan untuk memutar turbin akan turun kembali ke lantai dasar. Uap tersebut mengalami proses kondensasi didalam kondensor sehingga pada akhirnya berubah wujud kembali menjadi air dan masuk kedalam hotwell.