Kuis Simulasi UAS Pengantar Rekayasa dan Desain I (KU1101)

Nama                  : Andhiki Supono

NIM                     : 16513266

Fakultas/Sekolah : STEI 2013

1)       Apakah rekayasa itu? Apakah desain? Apa persamaan di antara keduanya?

• Rekayasa adalah rancangan dan analisis kreatif yang memanfaatkan energi, material, gerak, informasi dan teknologi untuk melayani kebutuhan manusia dengan cara yang inovatif.

• Sedangkan Desain hanya merupakan rancangan, yang digunakan untuk membuat sesuatu hal, tanpa memanfaatkan hal-hal tersebut diatas.

• Persamaannya adalah keduanya sama-sama merupakan rancangan yang fungsinya adalah untuk membuat sesuatu menjadi lebih berguna dibanding sebelumnya.

• Perbedaannya adalah desain tidak membutuhkan analisis kreatif  yang inovatif dan tidak memanfaatkan hal-hal tersebut di atas.

2)       Apa saja peran terpenting rekayasa dan desain dalam masyarakat?

• Rekayasa dan desain memiliki peran yang sangat penting bagi kehidupan manusia. Yang paling utama adalah untuk menyelesaikan masalah yang ada di masyarakat secara sistematis dengan analisis rancangan yang kreatif, inovatif dan memanfaatkan iptek serta seni sehingga mengahsilkan solusi yang tepat guna, efektif, ekonomis dan efisien.

3)       Insinyur adalah sebuah profesi, apa maksudnya?

• Profesi adalah pekerjaan yang membutuhkan suatu keahlian khusus tertentu. Seperti halnya guru/dosen dan dokter, keduanya disebut profesi karena untuk menjadi seperti itu membutuhkan pelatihan/proses pembelajaran tertentu sehingga orang yang bersangkutan memiliki keahlian khusus yang tidak dimiliki oleh profesi lain. Hal yang sama pun berlaku untuk insinyur. Untuk menjadi seorang insinyur, seseorang harus mengikuti pelatihan dan proses pembelajaran tertentu sesuai dengan bidang keahliannya (insinyur elektro, sipil, lingkungan,dll), kemudian ia harus bisa memanfaatkan pengetahuan yang ia miliki dan hal-hal di sekitarnya untuk menyelesaikan masalah tertentu di masyarakat dengan cara yang inovatif dan kreatif. Sehingga dengan demikian tidak semua orang dapat menjadi insinyur, dan oleh karena itu sangatlah layak jika insinyur disebut sebagai profesi.

4)       Mengapa kode etik menjadi hal yang utama dalam profesi insinyur?

• Karena dengan adanya kode etik tersebut para insinyur akan memiliki landasan tertentu dalam menyelesaikan setiap masalah yang ada, sehingga produk yang dihasilkan akan memenuhi standar tertentu dan tidak akan membahayakan/merugikan baik dirinya maupun orang lain. Intinya, adanya kode etik insinyur ini akan membuat para insinyur tahu tindakan terbaik apa yang harus mereka ambil ketika dihapakan pada beberapa pilihan solusi.

5)       Sebutkan secara garis besar langkah-langkah umum bagaimana seorang insinyur memecahkan masalah!

• Need    : Pertama kita harus mengetahui suatu permasalahan secara mendalam. Kemudian rumuskan hal yang ingin dicapai.

• Know    : Setelah itu catat apa saja yang diketahui dari permasalahan tersebut.

• How     : Kemudian cari cara untuk memecahkan masalah tersebut.

• Solve    : Lalu jalankan cara tersebut dengan data-data yang telah diperoleh sebelumnya.

• Check   : Melakukan peninjauan ulang dari solusi yang telah dibuat, apakah terdapat kendala atau hal-hal lain, bila hasil sudah memuaskan berarti permasalahan telah terselesaikan.

6)       Mengapa pengetahuan mengenai energy memegang peranan begitu penting dalam rekayasa?

• Sebab setiap aktivitas di dunia ini membutuhkan energy untuk pemrosesannya, tanpa energy tidak akan ada aktivitas yang berjalan. Apalagi dengan ditambahnya permasalahan energy yang semakin menipis dan penggunaannya yang harus seekonomis, seefektif dan seefisien mungkin. Oleh karena itu, pengetahuan tentang energy memiliki peranan penting dalam rekayasa (ingat, tujuan dari rekayasa adalah untuk memenuhi kebutuhan hidup manusia).

7)       Lihat gambar, jelaskan apa maksudnya dalam kaitan dengan konsep rekayasa dan desain!

• Berdasarkan gambar, proses rekayasa dan desain yang terdapat di dalamnya adalah bertujuan untuk mengubah nilai yang ada di sumber menjadi nilai yang berbeda di penerima (‘berbeda’ dalam arti lebih berguna/bermanfaat). Dengan rekayasa dan desain, kita dapat menambah nilai dan pelayanan, yang dilakukan baik oleh maupun tanpa mesin dengan melalui langkah-langkah tertentu sehingga membuat nilai-nilai yang ada pada sumber berubah menjadi lebih baik di akhir proses rekayasa dan desain.

8)       Tugas rancangan bebas. Rancanglah solusi untuk menimbang berat bumi layaknya seorang insinyur dengan ide yang inovatif dengan disertai asumsi dasar dan sketsa!

• Sebelum saya menjawabnya, mungkin di sini akan dijelaskan terlebih dahulu definisi dari “berat bumi” sebab berat bumi di sini bisa diartikan sebagai gaya berat bumi (dalam Newton) atau dapat diartikan juga sebagai massa bumi (dalam kg). Saya akan menjawab kedua hal tersebut.

• Misal yang dimaksud pada soal adalah gaya berat bumi.

Gaya berat dalam fisika didefinisikan sebagai massa sebuah benda dikalikan dengan percepatan gravitasi dimana benda tersebut berada. Benda-benda yang ada di bumi, menggunakan percepatan gravitasi bumi karena arah gaya beratnya selalu mengarah ke pusat bumi. Sedangkan bumi sendiri tidak diketahui kemana arah gaya beratnya. Andaikan arah gaya berat bumi diketahui, kita tidak mengetahui percepatan gravitasi bumi itu relatif terhadap apa. Pada umumnya, gaya berat yang sering ditanyakan dalam fisika adalah gaya berat benda relatif terhadap bumi. Dengan kata lain, jika gaya berat bumi relatif terhadap bumi, maka besarnya sudah pasti adalah 0 Newton, hal itu disebabkan karena bumi relatif diam terhadap dirinya sendiri.

• Misal yang dimaksud pada soal adalah massa bumi.

Newton menunjukkan bahwa sebuah benda yang berbentuk bola, mempunyai gaya tarik menarik yang dimiliki oleh kedua benda. Kita dapat membuat anggapan bahwa massa dari benda-benda tersebut terkonsentrasi pada titik tengah bola. Berikut adalah rumusnya:

F = ( G x M₁ x M₂ ) / R²  ……………………..( pers. 1 )

F : Gaya tarik menarik kedua buah benda (N)
G : konstanta, besarnya : 6,67 x 10^-11 (m³/s²kg)
M₁ : Massa benda pertama (kg)
M₂ : Massa benda kedua (kg)
R : Jarak pemisah kedua benda (meter)

 
Salah satu contoh gaya gravitasi yang sering kita temui adalah gaya tarik menarik bumi dengan bulan atau bumi dengan benda2 lain di permukaannya, yang biasanya jatuh ke bumi. Rumusnya :

Gaya Gravitasi / Gaya Berat :

W = m x g    ……………………………… ( pers. 2 )

W : Berat benda (N)
m : massa benda (kg)
g : percepatan gravitasi ( 9,8 m/s²)

Massa bumi akan kita cari, sebut saja massa bumi adalah M₁. Sedangkan M₂ dianggap sebagai sebuah benda berbentuk bulat (bola) dengan massa 1 kg. Kita dapat menghitung Gaya-nya dengan menjatuhkan benda 1 kg tersebut pada ketinggian tertentu (tingginya dapat diabaikan). Karena kita mengetahui percepatan graviasi di bumi adalah g=9,8 m/s² maka dengan persamaan 2 akan didapatkan kalau Gaya diantara keduanya (benda bulat dengan bumi) adalah 9,8 Newton.Jari-jari bumi adalah 6.400.000 meter. Karena F=W, maka berdasarkan persamaan 1 dan 2 kita dapat menghitung besar massa bumi, sehingga didapat bahwa massa bumi (M₁) adalah sebesar :   6.000.000.000.000.000.000.000.000 (6 x 10²⁴ ) kilogram.

Sumber: 
Kosky, Philip, at all. 2009. Exploring Engineering 2^nd Edition. Academic Press. Canada. 
http://tanyakenapa.net/iptek/berapakah-berat-bumi.html 
http://id.wikipedia.org/wiki/Bumi 
Slide-slide perkuliahan mata kuliah PRD ITB 2013.

PRD Tugas 3: Latihan Konversi Satuan

Andhiki Supono 16513266

Soal dari slide:

1. Tekanan bejana, P = 350 psi = 24,6074353 kgf/cm² = 2,41316505 MPa ≈2,4132 MPa
2. Bahan bejana, σ_allowable = σ_boleh = 15000 psi = 15 ksi = 10,5460437 kgf/mm2 = 103,421359 MPa ≈ 103,4214 MPa
3. Spesifikasi bahan, St.37, Su = 37 kgf/mm² = 52,6263702 ksi ≈ 52,6264 ksi
4. Berat jenis baja, γ = 7,8 kgf/dm³ = 0,281792878 lbf/in³ ≈ 0,2818 lbf/in³
5. Modulus elastis baja, E = 200 GPa = 29 007 547,5 psi ≈
6. Nilai kalor (HHV: higher heating value) LNG 10000 kcal/m³ = 11,6222222 kWh/m³ = 0,00112370329 MM Btu/ft³ ≈ 0,001124 MM Btu/ft³

Soal dari Buku Exploring Engineering
 

• If a US gallon has a volume of 0.134 ft³ and a human mouth has a volume of 0.900 inch³, then how many mouthfuls of water are required to fill a 5.00 US gallon can?

• Answer:

5 US gallon = 5 x 0,134 = 0,67 ft³
0,67 ft³  = 1157.76 inch³
1157.76 in³ / 0.900 inch³  = 1286,4 mouthfuls ≈ 1,29 x 10³ mouthfuls

PRD tugas 2: Future Engineering

Dari video yang telah saya tonton saat mata kuliah PRD kemarin, berikut ini adalah ulasannya:

• Realisasi: 

Ada sebagian dari apa yang disampaikan oleh para Profesor tersebut mungkin dapat dilakukan. Tapi tentunya akan ada sedikit perbedaan dari apa yang mereka imajinasikan tersebut. Sebab menurut saya (dengan daya pikir dan teknologi saat ini), hal itu mungkin masih sulit untuk dicapai. Namun, masih ada harapan untuk terjadi, tentunya dengan usaha yang sangat keras dan kerjasama dari semua pihak terkait. Tapi sekali lagi saya tegaskan, tidak semua yang mereka katakan itu realistis, ada beberapa yang mungkin, dan ada beberapa juga yang mustahil.

• Isu Etika

Dari apa yang mereka sampaikan, kemungkinan akan ada masalah etika yang terjadi. Salah satu contohnya adalah privasi. Sedangkan contoh yang lain yang melanggar etika adalah dari harapan mereka untuk mengatur bentuk/bagian tubuh bayi yang akan lahir sesuai keinginan calon ayah dan ibunya, yang menurut saya, (bila memang nantinya dapat terjadi, tapi sejujurnya untuk yang ini saya tidak yakin, tapi ya, asumsikan seandainya terjadi) hal itu melanggar hukum agama, dan HAM.

• Manfaat

Untuk beberapa poin-poin tertentu, tentunya ada juga banyak hal yang bermanfaat, seperti komunikasi jarak jauh dengan menggunakan hologram, robot yang bertugas merapikan rumah, dan lain sebagainya. Yang pasti akan mempermudah pekerjaan manusia.

• Dampak negatif

Bila terlalu berlebihan, nantinya manusia akan malas melakukan sesuatu, karena akan selalu mengandalkan robot. Tidak akan ada privasi lagi. Untuk beberapa kasus, akan melanggar hukum agama/Hukum Tuhan Yang Maha Esa dan HAM.

• Komentar Umum

Baik atau buruknya cyberworld tergantung kepada pemakaianya. Tujuannya apa, bagaimana prosesnya (melanggar hak orang lain atau tidak), dsb. Sebenarnya, kalo kita bisa memanfaatkan cyberwold dengan baik, bijak dan efisien, tentunya akan lebih banyak dampak positifnya, bahkan mungkin dampak negatifnya bisa ditiadakan (bila semua orang paham akan tujuan dibuatnya cyberworld). Seperti yang kita tahu tujuan dibuatnya cyberworld adalah untuk suatu tujuan yang baik, yaitu memudahkan berbagai urusan manusia. Intinya, menurut saya, cyberworld bisa membuat dunia menjadi lebih baik, jika penggunanya bisa bersikap bijaksana dan efisien serta tujuan digunaankannya adalah untuk hal yang positif, baik dan benar. Pada akhirnya, semua kembali kepada kita selaku manusia. Kita sendirilah yang menentukan dan memutuskan.

PRD Tugas 1: Make Solar Energy Economical

Tugas PRD: Proses Engineering yang Bisa Menjawab Tantangan/Masalah Engineering

Make Solar Energy Economical

Matahari adalah sumber energy terbesar di alam semesta. Sudah dipastikan bahwa tidak ada sumber energy lain yang dapat menandinginya, termasuk sumber energy yang dihasilkan dari teknologi manusia. Hanya sebagian kecil dari daya keluaran matahari yang sampai ke Bumi dan bisa digunakan oleh makhluk hidup. Meskipun hanya sebagian kecil, tetapi ia telah menyediakan 10.000 kali energy lebih banyak dan lebih baik dibandingkan semua energi komersial yang digunakan manusia di bumi saat ini. Jika kita bisa mengoptimalkan penggunaan energy matahari, tentu bumi ini akan terasa lebih baik. Mengingat polusi akan berkurang dan kebutuhan energy terpenuhi.

Energi matahari sangatlah penting bagi bumi dan tentunya alam semesta. Kontribusi matahari untuk kebutuhan energi makhluk hidup, khususnya manusia, sangat substansial. Pembangkit listrik tenaga surya sudah berkembang layaknya industri bernilai miliaran dolar. Tetapi pengggunaan energi surya dari jumlah total energi dunia masih agak kecil, yakni di bawah 1 persen dari total konsumsi energi dunia. Sedangkan  pengggunaan energy dari minyak, gas alam, dan batu bara sudah mencapai lebih dari 85%. Padahal sumber energy tersebut didapat dari sumber daya alam yang tidak dapat diperbaharui, bahkan banyak di antaranya yang sering menimbulkan polusi. Contohnya adalah batu bara yang penggunaannya memperburuk masalah polusi udara dan air, serta memberikan kontribusi lebih substansial daripada bahan bakar fosil lainnya pada penumpukan karbon dioksida di atmosfer. Namun, selain kekurangannya tersebut, sel bahan bakar pun memiliki kelebihan lainnya, seperti bisa didistribusikan secara luas dan menghindari kerentanan pembangkit listrik terpusat

Untuk jangka panjang kita membutuhkan sumber energi yang “renewable, sustainable and economical”, dan tenaga surya merupakan alternatif menarik yang menjawab permasalahan kita saat ini. Ketersediaannya jauh melebihi kebutuhan energi masa depan yang dibayangkan. Tenaga surya bersih lingkungan, tidak menimbulkan polusi dan tentunya gratis. Gratis di sini dalam arti pengiriman energy dari sumbernya (matahari) ditransmisikan ke bumi secara cuma-cuma. Namun demikian, memanfaatkan kekuatan matahari bukanlah tanpa tantangan, tentunya memerlukan inovasi engineering di beberapa aspek. Tantangannya diantaranya adalah bagaimana cara untuk menangkap energi matahari secasra efisien , mengubahnya menjadi bentuk yang berguna, dan menyimpannya untuk digunakan ketika matahari sedang tidak tampak.

Beberapa hal yang membuat energy surya lebih ekonomis adalah tergantung pada faktor kemurnian bahan pembuat sel surya, serta ketahanan, kegunaan, efisiensi dan tentunya biaya dari bahan tersebut.

Sebenarnya sudah banyak teknologi untuk mengatasi masalah efisiensi energy matahari. Salah satu yang paling populer adalah produksi langsung arus listrik dari sinar matahari yang ditangkap dengan menggunakan “solar photovoltaic cells”. Tapi sel surya saat ini, paling sering dibuat dari silikon, dan biasanya bisa mengkonversi sinar matahari menjadi listrik dengan efisiensi hanya 10-20 persen, meskipun beberapa uji sel melakukan sedikit lebih baik. Mempertimbangkan biaya produksi yang ada, biaya untuk membuatnya kira-kira 3 sampai 6 kali lebih tinggi dari harga saat ini, atau 18-30 sen per kilowatt hour. Untuk membuat solar ekonomi kompetitif, insinyur harus mencari cara untuk meningkatkan efisiensi sel dan menurunkan biaya produksi.

Prospek untuk meningkatkan efisiensi sel surya sangat memungkinkan. Sel standar saat ini secara teoritis memiliki efisiensi maksimum sekitar 31 persen karena sifat elektronik dari bahan silikon. Tetapi dengan ”new material” yang diatur dengan cara baru dan ditambah beberapa sel multilayer, maka batas efisiensi tersebut dapat dilewati. Bahkan sel eksperimental telah melampaui efisiensi 40 persen .

Ide lain untuk meningkatkan efisiensi melibatkan perkembangan nanoteknologi, rekayasa struktur pada ukuran yang sebanding dengan atom dan molekul, diukur dalam nanometer. Percobaan terbaru telah melaporkan kemajuan menarik dalam penggunaan nanocrystals terbuat dari unsur-unsur utama dan selenium . Dalam sel standar, dampak dari partikel cahaya (foton) yang melepaskan elektron, selain membawa muatan listrik , juga menghasilkan beberapa kelebihan panas yang berguna. “Lead-selenium nanocrystals” meningkatkan kesempatan melepaskan elektron kedua daripada panas dan juga meningkatkan arus keluaran listrik . Percobaan lain menunjukkan fenomena ini dapat terjadi pada silikon juga. Secara teoritis pendekatan nanokristal bisa mencapai efisiensi 60 persen atau lebih tinggi, meskipun dalam praktiknya kemungkinan tercapainya kecil.

Cara lain yang dapat digunakan untuk meningkatkan efisiensi dari panel surya adalah dengan membuat tenaga surya “micro solar thermal”, yang secara teoritis bisa menghasilkan listrik dengan 8 kali efisiensi panel surya saat ini. Solar termal biasanya membutuhkan cermin array besar yang memanaskan elemen untuk menjalankan turbin uap. Karena ini adalah proses termal,  maka panel surya tetap dapat bekerja meskipun hari mendung atau ketika matahari tidak tampak. Panel ini dapat dibuat dari bahan yang sangat murah.

Untuk permasalahan biaya, sebuah penelitian baru-baru ini telah menemukan cara untuk mencetak sel surya pada apa saja dengan menggunakan suhu rendah dan uap. Salah satu contohnya adalah pada kertas. Hasil percobaan pada sel kertas menunjukkan bahwa sel kertas cetak sangat tahan lama dan dapat dilipat serta membuka lebih dari 1.000 kali tanpa kehilangan kinerja. Untuk membuatnya pun tidak membutuhkan biaya yang mahal.

Meskipun sel surya maju menjadi penghasil listrik yang murah dan efisien, penghalang utama meluasnya penggunaan energi matahari adalah kebutuhan untuk penyimpanan. Cuaca mendung dan gelap pada malam hari mengganggu ketersediaan “solar energy”. Pada waktu dan lokasi di mana sinar matahari berlimpah, energi harus ditangkap dan disimpan agar dapat digunakan di lain waktu dan tempat. Seperti yang kita tahu, tempat yang paling berlimpah cahaya matahari adalah daerah iklim tropis, khususnya gurun. Bila kita dapat menyimpan energy matahari dari daerah tersebut untuk keperluan di lain waktu dan tempat, tentunya kebutuhan energy dunia akan tercukupi dan tidak menimbulkan polusi. Walaupun banyak teknologi yang menawarkan kesempatan penyimpanan massal, namun dalam praktiknya hal ini masih agak sulit dilakukan, dikarenakan permasalahan biaya dan teknis. Teknologi tersebut diantaranya adalah pemompaan air (untuk pemulihan listrik tenaga air ) atau bank baterai besar. Tapi mereka menghadapi masalah serius ketika ditingkatkan untuk “power-grid proportions”. “New materials “ dapat meningkatkan efektivitas kapasitor, superkonduktor magnet, atau flyweels , yang semuanya dapat memberikan daya penyimpanan yang mudah dalam berbagai aplikasi.

Alternatif lain untuk permasalahan ini adalah dengan Molekul nano templated.
Sebuah penelitian baru-baru ini berhasil menciptakan sebuah molekul baru yang disebut azobenzene. Anzobenze menggunakan nanotube karbon untuk struktur molekulnya sehingga mereka dapat "mengunci" energi panas matahari tanpa batas. Molekul-molekul ini memiliki kemampuan luar biasa untuk mengubah energi matahari & menyimpannya pada kepadatan energi yang sebanding dengan baterai lithium ion .

Solusi lain yang mungkin untuk masalah penyimpanan ini adalah meniru penangkapan biologis sinar matahari oleh fotosintesis pada tumbuhan. Dimana energy matahari disimpan dalam molekul ikatan kimia yang dapat digunakan sebagai makanan. Cara tanaman menggunakan sinar matahari untuk menghasilkan makanan bisa diduplikasi oleh orang-orang untuk memproduksi bahan bakar. Misalnya, sinar matahari dapat membangkitkan daya listrik elektrolisis air, menghasilkan hidrogen sebagai bahan bakar. Hidrogen kemudian bisa dijadikan sel bahan bakar listrik , yang menghasilkan hampir tidak ada polusi, seperti kombinasi hidrogen dengan oksigen untuk menghasilkan air lagi. Tapi pemisahan air secara efisien akan memerlukan kemajuan dalam efisiensi reaksi kimia, mungkin melalui rekayasa katalis baru. Katalis alami dan enzim dapat menghasilkan hidrogen dari air, dengan efisiensi yang jauh lebih tinggi daripada katalis industri saat ini. Mengembangkan katalis yang cocok dengan yang ditemukan dalam sel-sel hidup secara dramatis akan meningkatkan kemampuan penyimpanan produksi sel bahan bakar solar sehingga energy matahari nantinya akan lebih ekonomis.

Referensi:

·      http://www.mnn.com/green-tech/research-innovations/blogs/5-breakthroughs-that-will-make-solar-power-cheaper-than-coal#

·         http://www.engineeringchallenges.org/cms/8996/9082.aspx