Download - TA Lukmanul Hakim Cs
PEMBUATAN ALAT PENGHEMAT ENERGI LISTRIK
PADA LAMPU HIGH PRESSURE LAMP ( HPL )
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Akhir Studi
Dan Memperoleh Sebutan Ahli Madya
Program Studi Teknik Konversi Energi
Jurusan Teknik Mesin
Oleh :
Lukmanul Khakim 3.22.07.3.14
Mochamad Alrizal Gunawan 3.22.07.3.15
Muh. Yanuar 3.22.07.3.16
POLITEKNIK NEGERI SEMARANG
SEMARANG
2010
ii
PEMBUATAN ALAT PENGHEMAT ENERGI LISTRIK
PADA LAMPU HIGH PRESSURE LAMP ( HPL )
Oleh :
Lukmanul Khakim 3.22.07.3.14
Mochamad Alrizal Gunawan 3.22.07.3.15
Muh. Yanuar 3.22.07.3.16
Menyetujui
Dosen Pembimbing
1. Wiwik Purwati W, ST, M.Eng Pembimbing I (……………..)
NIP. 19631113.199003.2.002
2. Margana, ST, M.Eng Pembimbing II (……………..)
NIP. 19630922.198803.1.001
iii
PEMBUATAN ALAT PENGHEMAT ENERGI LISTRIK
PADA LAMPU HIGH PRESSURE LAMP ( HPL )
Oleh :
Lukmanul Khakim
Mochamad Alrizal Gunawan
Muh. Yanuar
Tugas akhir ini telah diuji dan disyahkan oleh penguji pada
Hari :
Tanggal :
1. Ketua Penguji Wiwik Purwati W, ST, M.Eng (…………….)
NIP. 19631113.199003.2.002
2. Sekretaris Penguji Yusuf Dewantoro H, ST, MT (.....................)
NIP. 19780502.200112.1.003
3. Penguji I Drs. Teguh HM (.....................)
NIP. 19561027.198503.1.001
4. Penguji II Dwiana H, ST, MT (.....................)
NIP. 19690814.199802.2.001
5. Penguji III Ir. Slamet Priyoatmojo, MT (.....................)
NIP. 19610919.198903.1.003
Semarang, September 2010
Mengetahui
Ketua Jurusan Teknik Mesin
Politeknik Negeri Semarang
Adhy Purnomo, ST
NIP. 19621004.198803.1.003
iv
PEDOMAN PENGGUNAAN TUGAS AKHIR
Tugas akhir ahli madya yang tidak dipublikasikan terdaftar dan tersedia di
perpustakaan Politeknik Negeri Semarang adalah terbuka untuk umum dengan
ketentuan bahwa hak cipta ada pada pengarang. Referensi kepustakaan
diperkenankan dicatat, tetapi pengutipan atau ringkasan hanya dapat dilakukan seizin
pengarang dan harus disertai dengan kebiasaan ilmiah untuk menyebutkan
sumbernya.
Memperbanyak atau menerbitkan sebagian atau seluruh tugas akhir haruslah
seizin pimpinan Politeknik Negeri Semarang.
Perpustakaan yang meminjam tugas akhir ini untuk keperluan anggotanya
diharapkan mengisi nama dan tanda tangan peminjam dan tanggal pinjam.
MOTTO DAN PERSEMBAHAN
“ Maka sesungguhnya bersama kesulitan ada kemudahan, sesungguhnya bersama
kesulitan ada kemudahan. Maka apabila engkau telah selesai (dari sesuatu urusan)
tetaplah bekerja keras (untuk urusan lain) dan hanya pada Tuhanmulah engkau
berharap “
(Qs. Al-Insyirah : 5-7)
“ Sesungguhnya dibalik kesulitan itu ada kemudahan”
“ Kejarlah Akhirat, Maka dunia akan mengikutimu “
“ Berusahalah kamu dengan sungguh-sungguh dan berdo’alah kamu setelah berusaha
dengan menyerahkan segalanya pada Allah SWT “
Tugas Akhir kupersembahkan kepada :
1. Ayah, Ibu dan segenap keluarga
tercinta
2. Teman-teman seperjuangan KE 3D
3. Teman-teman HMM Polines
4. Almamaterku tercinta
v
vi
PERNYATAAN
Dengan ini kami menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat
karya yang pernah diajukan untuk memperoleh sebutan keahlian disuatu perguruan
tinggi dan sepanjang pengetahuan kami juga tidak terdapat karya atau pendapat yang
pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu
dalam naskah/karya tugas akhir ini, dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Semarang, September 2010
Yang menyatakan :
Nama NIM
Lukmanul khakim 3.22.07.3.14 (………….)
Moch.Alrizal Gunawan 3.22.07.3.15 (………….)
Muh.yanuar 3.22.07.3.16 (………….)
ABSTRAK
Pemakaian energi listrik saat ini besar sekali bahkan permintaan energi listrik
mengalami kenaikan cukup tinggi begitu pula dengan tarif dasar listrik (TDL) juga
mengalami kenaikan. Untuk mengoptimalkan energi listrik diantaranya dengan
meningkatkan faktor daya atau disebut perbaikan faktor daya. Lampu high pressure
lamp (HPL) 250 Watt yang dijual dipasaran ternyata mempunyai daya nyata yang
lebih tinggi yakni 469,48 Watt. Kenaikan daya nyata tersebut disebabkan oleh ballast
high pressure lamp (HPL), karena dalam penyalaan lampu high pressure lamp
(HPL), ballast high pressure lamp (HPL) memerlukan daya yang besar. Pemasangan
kapasitor secara parallel (4 µF) dapat membuat daya nyata dari lampu high pressure
lamp (HPL) menjadi lebih kecil, yakni 326,7 Watt. Menurunnya daya nyata dari
469,48 Watt menjadi 326,7 Watt, Karena kapasitor menyebabkan arus yang mengalir
dari rangkaian menjadi kecil (2,2 amper menjadi 1,5 amper) sehingga faktor daya
menjadi lebih besar (0,97 menjadi 0,99). Hal ini jika dilakukan oleh setiap konsumen
tentunya akan menghemat energi yang cukup besar.
Kata kunci : Lampu high pressure lamp (HPL), Perbaikan Faktor Daya dan
Peghematan Energi
vii
viii
ABSTRACT
Usage of monstrous electrics energy in this time even natural electrics energy
of high increase enough so also with elementary tarif of electrics (Tarip Dasar
Listrik/TDL) also experience of increase. To be optimal of electrics energy, among
others by improving power factor or referred as repair of power factor. Lamp high
pressure lamp (HPL) 250 watt sold is marketing in the reality have high real energy
namely 469,48 watt. Increase of the real energy because of the high pressure lamp
(HPL) ballas, because in enkindling of high pressure lamp (HPL) lamp, ballast high
pressure lamp (HPL) needs big energy. Capasitor installation by parallel (4µF) can
make real energy from high pressure lamp (HPL) lamp become smaller, namely
326,7 Watt. Downhill of it real energy from 469,48 Watt become 326,7 watt, because
capasitor cause current emiting a stream of from network become smaller (2,0
amper become 1,2 amper), so that power factor become bigger (0,97 become 0,99).
This matter if done by every consumer it is of course will economize big enough
energy.
Keyword : Lamp high pressure lamp (HPL), Repair of Power Factor and Energy
Saving.
ix
PRAKATA
Alhamdulillah, hanya dengan rahmat dan hidayah Allah SWT, penulis dapat
menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “Pembuatan Alat Penghemat Energi
Listrik Pada Lampu High Pressure Lamp ( HPL )”.
Tugas Akhir ini disusun untuk melengkapi dan memenuhi persyaratan
kelulusan program diploma III Politeknik Negeri Semarang Jurusan Teknik Mesin
Program Studi Teknik Konversi Energi.
Pada penyusunan Tugas Akhir ini penulis banyak memperoleh bantuan dari
banyak pihak, sehingga dalam kesempatan ini, penulis menyampaikan banyak terima
kasih yang tulus kepada :
1. Bapak Dr. Totok Prasetyo, B.Eng, MT, selaku Direktur Politeknik Negeri
Semarang.
2. Bapak Adhy Purnomo, ST, selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin Politeknik
Negeri Semarang.
3. Bapak F.Gatot Sumarno, ST, MT, selaku Ketua Program Studi Teknik
Konversi Energi Politeknik Negeri Semarang.
4. Ibu Wiwik Purwati W, ST, M.Eng, selaku Dosen Pembimbing I yang telah
memberikan bimbingan serta pengarahan selama penulisan tugas akhir ini.
5. Bapak Margana ST, M.Eng, selaku Dosen Pembimbing II yang telah
memberikan bimbingan serta pengarahan selama penulisan tugas akhir ini.
6. Mas Adang dan mas Rudi selaku Toolkeeper Laboratorium Teknik Konversi
Energi, Politeknik Negeri Semarang yang telah membantu menyediakan
peralatan selama pembuatan tugas akhir.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Tugas akhir ini masih terdapat
banyak kekurangan dan kesalahan, kritik dan saran dari berbagai pihak akademis dan
umum penulis harapkan demi perkembangan didunia ilmu pengetehuan dan
teknologi.
x
Penulis mengharapkan semoga tugas akhir ini dapat bermanfaat bagi
pembaca yang berkepentingan.
Semarang, September 2010
Penulis
xi
DAFTAR NOTASI
S = Daya Semu (VA)
P = Daya Aktif (Watt)
Q = Daya Reaktif (VAR)
V = Tegangan Listrik (Volt)
I = Arus Listrik (Amper)
Cos φ = Faktor Daya
Xc = Reaktansi Kapasitif (Ohm)
C = Kapasitansi (Farad)
f = Frekuensi (Hz)
xii
DAFTAR ISI
Halaman
HALAMAN SAMPUL i
HALAMAN PENGESAHAN ii
HALAMAN PEDOMAN PENGGUNAAN TUGAS AKHIR iv
HALAMAN MOTTO DAN PERSEMBAHAN v
HALAMAN PERNYATAAN vi
ABSTRAK vii
ABSTRACT viii
PRAKATA ix
DAFTAR NOTASI xi
DAFTAR ISI xii
DAFTAR LAMPIRAN xv
DAFTAR GAMBAR xvi
DAFTAR TABEL xviii
BAB I PENDAHULUAN 1
1.1 Latar belakang masalah 1
1.2 Tujuan penulisan 2
1.3 Alasan pemilihan judul 2
1.4 Perumusan masalah 3.
1.5 Pembatasan masalah 3
1.6 Metodologi 3
1.7 Sistematika penulisan 5
xiii
BAB II PERTIMBANGAN DESAIN 6
2.1 Faktor Teknis Dan Non Teknis 6
2.1.1 Faktor Teknis 6
2.1.2 Faktor Non Teknis 7
2.2 Alternatif Rancangan 8
2.2.1 Rancangan Pertama 8
2.2.2 Rancangan Kedua 9
2.3 Pemilihan Rancangan 10
2.4 Penentuan Nilai Kapasitor 11
BAB III DASAR TEORI 14
3.1 Lampu High Pressure Lamp (HPL) 14
3.2 Tinjauan Pustaka 15
3.3 Kapasitor 16
3.3.1 Definisi Kapasitor 16
3.3.2 Rangkaian Kapasitor 18
3.4 Komponen-komponen Utama 18
3.5 Diagram Alir 23
3.6 Alat Ukur Faktor Daya ( Cos φ Meter ) 24
3.6.1 Konstruksi Cos φ Meter 24
3.6.2 Prinsip Kerja 24
3.7 Daya Listrik 25
3.8 Energi Listrik 28
3.9 Faktor Daya 30
xiv
BAB IV DATA HASIL PENGUJIAN 33
4.1 Prinsip Kerja Alat 33
4.2 Pengujian 34
4.2.1 Alat Yang Digunakan 34
4.2.2 Gambar Rangkaian Pengujian 36
4.2.3 Langkah Pengujian 36
4.3 Data Hasil Pengujian 37
BAB V ANALISA HASIL PENGUJIAN 39
5.1 Data-data 39
5.2 Perhitungan 40
5.2.1 Perhitungan Daya Semu 40
5.2.2 Perhitungan Daya Aktif (Nyata) 40
5.2.3 Perhitungan Daya Reaktif 41
5.2.4 Perhitungan Daya reaktif Kapasitif 41
5.2.5 Perhitungan Kapasitor 42
5.2.6 Perhitungan Arus 42
5.2.7 Perhitungan Cos φ 43
5.2.8 Perhitungan Pemakaian Energi Listrik 44
5.3 Grafik Pengujian 45
5.4 Analisa Data 47
BAB VI PENUTUP 49
6.1 Kesimpulan 49
DAFTAR PUSTAKA
xv
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Data Pengujian Dan Perhitungan Lampu HPL Merk Philips.
Lampiran 2. Tabel Tarif Dasar Listrik 2010
Lampiran 3. Gambar Rangkaian Pengujian
Lampiran 4 Konfigurasi ATmega 8535
Lampiran 5. Listing Program Mikrokontroler
Lampiran 6. Mikrokontroller ATmega 8535
Lampiran 7. Spesifikasi Lampu HPL Merk Philips
Lampiran 8. Lembar Bimbingan Pembimbing I
Lampiran 9. Lembar Bimbingan Pembimbing II
xvi
DAFTAR GAMBAR
Gambar Halaman
2.1 Alternatif Rancangan Pertama 8
2.2 Alternatif Rancangan Kedua 9
3.1 Macam-macam simbol kapasitor 16
3.2 Rangkaian Kapasitor Seri 18
3.3 Rangkaian Kapasitor Paralel 18
3.4 Komponen Mini Circuit Breaker (MCB) 19
3.5 Bentuk Dan Skema Komponen Relay 20
3.6 Bentuk Komponen Kapasitor Bank 21
3.7 Komponen Trafo Step Down 21
3.8 Bentuk Lampu Indikator 22
3.9 Mikrokontroller ATMEL AVR8535 22
3.10 Konstruksi Cos φ Meter Tipe Elektrodinamis 24
3.11 Segitiga Daya 25
3.12 Beban Terbelakang (Lagging), Beban Mendaului (leading) 27
3.13 Gelombang Antara Arus Dan Tegangan Pada Rangkaian beban
Resistif, Induktif, Kapasitif 30
4.1 Rangkaian Pengujian Perbaikan Faktor Daya 36
5.1 Grafik Hubungan Antara Energi Dengan Arus Tanpa
Menggunakan Kapasitor 45
xvii
5.2 Grafik Hubungan Antara Energi Dengan Arus
Menggunakan Kapasitor Paralel 2 µF 46
5.3 Grafik Hubungan Antara Energi Dengan Arus
Menggunakan Kapasitor Paralel 4 µF 46
xviii
DAFTAR TABEL
Tabel Halaman
4.1 Data pengujian beban tanpa menggunakan kapasitor 37
4.2 Data pengujian beban dengan menggunakan kapasitor paralel 2 µF 38
4.3 Data pengujian beban dengan menggunakan kapasitor paralel 4 µF 38
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kapasitas listrik terpasang saat ini padat sekali dan cadangan akan listrik
sangat terbatas. Hal ini menyebabkan pembangunan pembangkit listrik semakin sulit
bahkan terhenti total. Sedangkan permintaan kebutuhan listrik mengalami kenaikan
cukup tinggi begitu pula tarif dasar listrik (TDL) juga mengalami kenaikan terus.
Oleh karena itu penghematan energi listrik sangat mendesak sekali.
Kehidupan modern salah satu cirinya adalah pemakaian energi listrik yang
besar. Besarnya energi atau beban listrik yang dipakai ditentukan oleh resistansi (R),
induktansi (L) dan kapasitansi (C). Besarnya pemakaian energi listrik itu disebabkan
karena banyak dan beraneka ragam peralatan (beban) listrik yang digunakan.
Sedangkan beban listrik yang digunakan umunya bersifat induktif, beban induktif
membutuhkan daya reaktif. Daya reaktif itu merupakan daya tidak berguna sehingga
tidak dapat dirubah menjadi tenaga. Penyebab pemborosan energi listrik adalah
banyaknya peralatan yang bersifat induktif.
Konsumen listrik tidak hanya dibebani daya aktif (kW) tetapi juga daya
reaktif (kVAR). Konsumen listrik terutama kalangan industri banyak menggunakan
beban induktif. Pelanggan industri biasanya memperbesar nilai daya untuk
memenuhi kebutuhan daya pada industri tersebut. Beban induktif menyebabkan
faktor daya rendah. Dengan adanya faktor daya rendah, maka banyak daya (VA)
yang tidak bisa dimanfaatkan. Misalkan daya yang disuplai dari PLN dapat
menghidupkan 10 buah lampu high pressure lamp (HPL). Dengan adanya penurunan
faktor daya lebih rendah, maka daya nyata hanya bisa digunakan untuk
menghidupkan 5 buah lampu high pressure lamp (HPL). Dengan demikian produksi
pada industri itu akan menurun, untuk itu suplai daya dari PLN harus ditambah.
2
Sehingga suplai daya dari PLN ditambah. Dengan menambah suplai daya akan
mengakibatkan penambahan biaya.
Sebagian besar beban bersifat induktif. Beban induktif menyebabkan faktor
daya menjadi rendah. Untuk mengatasi faktor daya rendah dapat menggunakan
kapasitor. Penghematan energi lebih baik jangan ditunda-tunda lagi, karena akan
mengakibatkan pemborosan energi yang besar.
1.2 Tujuan
1. Tujuan akademi
Sebagai syarat studi Diploma III program studi Konversi Energi jurusan Teknik
Mesin Politeknik Negeri Semarang.
2. Tujuan teknis
a. Membuat alat percobaan penghematan energi khususnya untuk lampu high
pressure lamp (HPL).
b. Menganalisa hal-hal yang berkaitan dengan penghematan energi sesuai dengan
judul.
c. Berharap alat yang dibuat dapat bermanfaat di laboratorium Teknik Mesin
program studi Konversi Energi.
1.3 Alasan Pemilihan Judul
Dasar dari pemilihan judul “Pembuatan Alat Penghemat Energi Listrik Pada
Lampu High Pressure Lamp (HPL), sebagai berikut :
1. Energi saat ini sangat penting, oleh karena itu penghematan energi tidak
dapat ditunda lagi. Adanya kenaikkan tarif dasar listrik (TDL) saat ini yang
cukup tinggi.
3
2. Beban-beban induktif termasuk lampu High Pressure Lamp (HPL), membuat
faktor daya rendah akibatnya daya semu menjadi besar hal tersebut tidak baik
bagi sistem. Selain itu membuat konsumen listrik mengalami kerugian daya.
1.4 Perumusan Masalah
Supaya pembahasan jelas, penulis merumuskan masalah sebagai berikut :
1. Menentukan besarnya kapasitansi pada kapasitor untuk beban 250 watt.
2. Menentukan bentuk rangkaian untuk pengujian penghematan energi listrik.
3. Melakukan penghematan energi dengan cara memasang kapasitor secara
parallel.
1.5 Pembatasan Masalah
Supaya pembahasan tidak meluas, maka pembatasan masalah dibatasi sebagai
berikut :
1. Hanya membahas tentang kompensator beban induktif yang dikompensasi
dengan kapasitor.
2. Pemasangan kapasitor hanya dilakukan secara parallel dengan nilai yang
bervariasi.
3. Kapasitor yang digunakan adalah kapasitor jenis elco (AC).
1.6 Metodologi
Sumber-sumber data didapat dalam penyusunan yang dilakukan dengan cara
sebagai berikut :
1. Persiapan
a. Penyusunan proposal
b. Observasi/Studi Lapangan
Studi lapangan dilaksanakan untuk mengetahui harga dari masing-masing
parameter.
4
c. Membuat urutan langkah pengerjaan
Metode ini dilakukan untuk mengetahui cara praktikum yang baik
sehingga memudahkan dalam pembuatan rangkaian pada saat perakitan.
d. Mempersiapkan gambar kerja
Metode ini dilakukan supaya perakitan nantinya dapat berjalan dengan
lancar.
2. Pelaksanaan
a. Penyediaan alat dan komponen-komponen yang diperlukan.
b. Pengerjaan dilaksanakan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1) Pembuatan rangka dan tiang penyangga untuk lampu HPL dengan
cara mengelas dan mengebor.
2) Mengebor bagian-bagian yang telah ditentukan untuk memasang
parameter yang telah ditentukan.
3) Kemudian memasang terminal-terminal.
4) Untuk selanjutnya dilanjutkan ke penginstalan.
3. Penginstalan (perakitan)
Metode ini dilakukan apabila dalam pembuatan tata letak dari masing-masing
parameter dan terminal sudah selesai dengan cara menghubungkan terminal
satu dengan yang lainnya menggunakan kabel sesuai dengan rangkaian.
4. Pengujian
Metode ini dilakukan apabila dalam perakitan sudah selesai, sehingga perakit
dapat menguji alat tersebut sekaligus untuk mencari data yang diperlukan.
5. Perbaikan
Metode ini digunakan apabila terjadi kerusakan atau tidak bekerjanya suatu
alat.
6. Penyerahan hasil pengujian
Penyerahan hasil pengujian dilakukan setelah pengujian diuji oleh penguji
dan dinyatakan berhasil.
5
1.7 Sistematika Penulisan
Secara sistematika penyusun akan menjelaskan secara global tentang isi dari
laporan tugas akhir seperti dibawah ini :
Bab I Pendahuluan
Pada bab ini berisi tentang latar belakang masalah, tujuan, alasan
pemilihan judul, perumusan masalah, pembatasan masalah,
metodologi dan sistematika penulisan.
Bab II Pertimbangan Desain
Pada bab ini akan membahas tentang desain dari pembuatan Tugas
Akhir. Membahas pertimbangan desain dan pemilihan rancangan
yang digunakan dalam pembuatan Tugas Akhir.
Bab III Landasan Teori
Berisi tentang teori-teori yang mendasari permasalahan dan teori
pendukung dalam menganalisis.
Bab IV Pengujian Dan Pengambilan Data
Pada bab ini membahas tentang prinsip kerja alat, pengujian alat,
spesifikasi alat yang digunakan, gambar rangkaian dan langkah-
langkah pengujian secara prosedur pengambilan data. Pengambilan
secara langsung diambil dari pembacaan alat ukur.
Bab V Analisa
Pada bab ini menguraikan tentang analisa perhitungan dan analisa
data serta pandangan penulis dari hasil percobaan.
Bab VI Penutup
Pada bab ini berisi kesimpulan yang berhubungan dengan pembuatan
tugas akhir.
6
BAB II
PERTIMBANGAN DESAIN
Setiap perencanaan harus mempertimbangkan desain yang terbaik, diantara
pilihan desain yang ada. Karena setiap desain mempunyai kelebihan dan kekurangan.
Dengan mempertimbangkan desain yang ada, diharapkan produk yang dihasilkan
mempunyai kualitas yang baik, praktis dan efektif serta mudah dalam
penggunaannya. Untuk itu perlu langkah-langkah yang harus dijalani untuk membuat
suatu alat yang paling ideal.
Faktor-faktor yang sangat menunjang dalam pembuatan simulasi harus benar-
benar diperhatikan dari segala kemungkinan yang ada. Faktor-faktor yang perlu
diperhatikan dalam pembuatan alat penghemat energi listrik pada lampu high
pressure lamp (HPL) ada 2 yaitu, faktor teknis dan non teknis.
2.1 Faktor Teknis Dan Non Teknis
2.1.1 Faktor Teknis
a. Pengoperasian
Pembuatan alat penghemat energi listrik pada lampu high pressure lamp
(HPL), menggunakan alat ukur dan bahan yang didesain sesederhana dan
sebaik mungkin, supaya lebih mudah penggunaannya dalam
pengambilan data.
b. Kekuatan Bahan
Bahan yang digunakan dalam pembuatan alat penghemat energi listrik
pada lampu high pressure lamp (HPL), harus mampu dan tahan lama
untuk mendukung proses pengambilan data.
c. Alat Ukur Dan Komponen Elektronika
Alat ukur dan komponen elektronika yang digunakan adalah standart alat
ukur yang dikeluarkan oleh suatu perusahaan. Tingkat toleransi alat ukur
dan komponen elektronika yang dipilih dan diusahakan yang rendah agar
7
perhitungan yang dihasilkan lebih akurat. Dalam pemakaian atau
pemasangan alat ukur perlu memperhatikan lambang-lambang yang ada,
karena hal tersebut sangat mempengaruhi dalam pengambilan data.
2.1.2 Faktor Non Teknis
a. Murah
Mendesain rangkaian sesederhana mungkin diharapkan dapat
menghemat bahan baku dan biaya yang dipakai dalam pembuatan suatu
simulasi.
b. Mudah
Mudah yang dimaksud adalah mudah dalam penyediaan bahan,
pemasangan komponen dan perakitannya.
c. Aman
Alat yang dibuat haruslah aman, supaya tidak terjadi hal-hal yang tidak
diinginkan. Baik itu dari segi peralatan maupun pemakainya.
Hal-hal yang perlu diperhatikan dalam pengembangan lebih lanjut untuk
sebuah desain sampai kondisi tertentu, yaitu :
1. Hambatan yang akan muncul.
2. Bagaimana mengatasi hal-hal yang tak terduga.
3. Kemampuan alat untuk bekerja penuh.
4. Keakuratan alat untuk mendapatkan hasil yang baik.
8
2.2 Alternatif Rancangan
2.2.1 Rancangan Pertama
Gambar 2.1 Alternatif Rancangan 1
Komponen dan alat ukur yang dipergunakan pada alternatif rancangan pertama :
1. Dudukan lampu high pressure lamp (HPL) 250 Watt
2. Multiplek (panjang = 80 cm, lebar = 70 cm)
3. Cos φ meter (analog)
4. Voltmeter (analog)
5. Ampermeter (analog)
6. kWh
7. Box ILC
8. Besi penyangga (ukuran besi = 4 cm, 4 cm dan tinggi = 160 cm)
9. Roda penggerak
9
Keuntungan alternatif rancangan pertama :
1. Beban (lampu) terlindungi dari hujan dan panas, karena terdapat kap yang
terpasang pada lampu.
2. Operator dalam mengoperasikan alat lebih mudah, karena untuk mengubah
besaran dari kapasitor dilakukan dengan menekan tombol secara otomatis.
3. Pembacaan alat ukur lebih mudah, karena posisi alat ukur disesuaikan dengan
penglihatan operator dan diletakkan secara horizontal.
Kerugian alternatif rancangan pertama :
1. Biaya yang dikeluarkan lebih mahal dibandingkan dengan rancangan kedua.
2. Penempatan alat kurang efektif, karena menyebabkan banyak tempat yang
kosong.
2.2.2 Rancangan Kedua
Gambar 2.2 Alternatif Rancangan 2
10
Komponen dan alat ukur yang dipergunakan pada alternatif rancangan pertama :
1. Dudukan lampu high pressure lamp (HPL) 250 Watt
2. Multiplek (panjang = 80 cm, lebar = 70 cm)
3. Cos φ meter (analog)
4. Voltmeter (analog)
5. Ampermeter (analog)
6. kWh
7. Box ILC
8. Besi penyangga (ukuran besi = 4 cm, 4 cm dan tinggi = 160 cm)
9. Roda penggerak
Keuntungan alternatif rancangan kedua :
1. Biaya yang dikeluarkan lebih murah dibandingkan dengan rancangan
pertama.
2. Pemasangan beban (lampu) lebih mudah karena posisi lampu disesuaikan
dengan tinggi ideal dari operator.
3. Faktor keamanan lebih tinggi, karena operator tinggal menekan tombol untuk
mengubah posisi kapasitor.
4. Pembacaan alat ukur lebih mudah, karena posisi alat ukur disesuaikan dengan
penglihatan operator dan diletakkan secara horizontal.
Kerugian alternatif rancangan kedua :
1. Beban (lampu) tidak terlindung dari hujan ataupun panas.
2. Penunjukan alat ukur kurang akurat, karena menggunakan alat ukur analog.
2.3 Pemilihan Rancangan
Kedua alternatif desain diatas dipertimbangkan dan dipilih satu desain
berdasarkan kelebihan desain. Karena pertimbangan tersebut ada pada pilihan kedua,
maka desain yang dipilih adalah desain kedua dengan kelebihan sebagai berikut :
11
a. Biaya yang dikeluarkan lebih murah jika dibandingkan dengan rancangan
yang pertama.
b. Keuntungan yang dihasilkan desain kedua lebih besar jika dibandingkan
dengan rancangan yang pertama.
c. Desain lebih sederhana, pemasangan dan pengoperasiannya lebih mudah
jika dibandingkan dengan rancangan yang pertama.
d. Pembacaan alat ukur lebih mudah, karena semua alat ukur tersusun secara
horizontal.
e. Lebih aman dalam pengoperasiannya, karena dalam pemindahan
kapasitor tinggal menekan tombol.
f. Tidak banyak memakan tempat, sehingga papan yang digunakan untuk
panel lebih irit.
2.4 Penentuan Nilai Kapasitor
Penentuan nilai kapasitor adalah menentukan seberapa besar kapasitor
yang akan dipasang agar faktor daya lebih besar. Dalam pemasangan kapasitor,
faktor daya yang diinginkan adalah Cos φ = 1 (ideal). Dipilh kapasitor dengan
ukuran 2 µF dan 4 µF dengan pertimbangan secara teoritis dengan perhitungan
sebagai berikut :
Data yang diketahui :
P = 250 Watt (daya lampu HPL)
V = 220 V (tegangan sumber)
Cos φ = 0,97 (sebelum dipasang kapasitor)
f = 50 Hz
P = V . I . Cos φ
I = ϕCosV
P.
= 97,0220
250×
= 1,17 Ampere
12
S = V . I
= 220 . 1,17
= 257,4 VA
Q1 = V . I . Sin φ
= 220 . 1,17 . 0,243
= 62,548 VAR
Setelah dipasang kapasitor Cos φ = 0,99
P = V . I . Cos φ
I = ϕCosV .
P
= 99,0220
250×
= 1,14 Ampere
2θ = arc cos 0,99
= 8,10
tgθ = p
Q2
8,10 = 250
2Q
Q2 = P. tgθ
= 250.0,1424922826
= 35,623
Qc = Q1 – Q2
= 62,548 – 35,623
= 26,925
Xc = cQ
V 2
= 925,26
2202
= 1797,58 Ohm
13
Xc = cf ×××π2
1
C = Xcf ×××π2
1
= 58,17975014,32
1×××
= 1,77 µF ≈ 2 µF
Dengan perhitungan yang sama kompensasi yang dibutuhkan pada lampu HPL 250
Watt adalah 4 µF (Cos φ = 1).
14
BAB III
DASAR TEORI
3.1 Lampu high pressure lamp (HPL)
Lampu high pressure lamp (HPL) adalah jenis lampu merkuri fluoresen
bertekanan tinggi, dimana lampu jenis ini merupakan lampu tabung. High pressure
lamp (HPL) adalah nama produk dari lampu jenis merkuri fluoresen yang dikenal di
Eropa. Di Inggris dan Australia lampu merkuri fluoresen bertekanan tinggi dikenal
dengan nama MBF, di Amerika dikenal dengan nama HX dan DX, sedangkan di
Jepang lebih dikenal dengan nama HF.
Prinsip kerja lampu merkuri sama dengan prinsip kerja lampu tabung
fluoresen, dimana cahaya yang dihasilkan berdasarkan terjadinya lucutan electron
(electron discharge) di dalam tabung lampu. Konstruksi lampu merkuri berbeda
dengan konstruksi lampu fluoresen. Lampu merkuri terdiri dari dua tabung, yaitu
tabung dalam yang disebut Arc Tube dan tabung luar yang disebut bohlam (Bulb).
Tabung dalam diisi merkuri yang berguna untuk menghasilkan radiasi ultraviolet
dan gas argon yang berfungsi untuk keperluan starting. Sedangkan bohlam luar
berfungsi sebagai tabung dan menjaga kestabilan suhu disekitar tabung.
Lampu merkuri merupakan lampu tabung, sehingga pada lampu ini harus
dipergunakan ballast untuk membatasi arus listrik. Biasanya ballast lampu merkuri
berupa reactor autotrafo, tergantung dari karakteristiknya. Lampu merkuri bekerja
pada daya yang rendah. Pada dasarnya, jenis sinar yang dihasilkan oleh lampu
merkuri adalah dominan radiasi ultraviolet yang harus diubah menjadi cahaya
tampak (Visible Light) dengan cara melapisi dinding bagian dalam bohlam dengan
serbuk phosphor, sama halnya dengan lampu fluoresen.
Lampu merkuri membutuhkan 5 – 7 menit untuk dapat menyala normal, hal
ini disebabkan tekanan gas di dalam tabung membutuhkan waktu tertentu untuk
memungkinkan terjadinya pengionisasian merkuri untuk menghasilkan radiasi
15
ultraviolet. Apabila lampu dimatikan, kemudian dinyalakan kembali, akan
membutuhkan waktu lebih lama dari pada waktu yang dibutuhkan untuk penyalaan
normal, yaitu sekitar 5 – 10 menit. Hal ini disebabkan oleh adanya tekanan tinggi di
dalam tabung saat lampu dimatikan, sehingga tidak memungkinkan untuk starting
kembali. Apabila tekan gas sudah turun kembali dalam waktu tertentu, maka
starting mulai dapat berlangsung kembali.
Lampu high pressure lamp (HPL) atau lampu merkuri bertekanan tinggi
fluoresen mempunyai umur rata-rata 12.000 jam sampai 20.000 jam. Sedangkan
fluks cahaya yang dihasilkan berkisar antara 1.800 lumen sampai 54.200 lumen.
Karena colour renderingnya cukup baik, sehingga lampu ini baik digunakan untuk
penerangan jalan umum dan industri.
3.2 Tinjauan Pustaka
Manajemen sisi kebutuhan adalah rangkaian kegiatan institusi yang meliputi
perencanaan, pelaksanaan, dan pemantauan yang dilakukan oleh pengusaha untuk
mempengaruhi pola konsumsi pelanggan tenaga listrik yang menyangkut dan waktu
penggunaanya tanpa merugikan pengusaha atau konsumen. Dengan manajemen sisi
kebutuhan pengusaha dapat mengupaya pengurangan pertumbuhan beban puncak
sistem, menciptakan iklim yang kompetitif dalam meningkatkan efisiensi pemakaian
dan produktifitas, memberikan penghematan biaya konsumsi energi listrik, dan
melestarikan sumber daya alam serta mengurangi dampak lingkungan. Strategi
manajemen sisi kebutuhan terdiri dari peak cliping (pemangkasan beban puncak),
Valley Filling, load shifting, konservasi energi, startegi load growth, dan flexible
load shape. Peak Cliping adalah program untuk mengurangi beban pada saat Waktu
Beban Puncak (WBP). Valley Filling adalah program untuk menambah beban pada
saat luar waktu beban puncak (LWBP). Load shifting adalah penggeseran beban dari
beban puncak ke beban luar beban puncak. Konservasi energi adalah program untuk
menghemat pemakaian energi listrik. Load growth adalah program untuk menaikan
pemakaian energi listrik. Flexible load shape adalah program untuk memperbaiki
dan menjaga sistem dengan mengurangi pemadaman.
16
3.3 Kapasitor
3.3.1 Definisi kapasitor
Kapasitor adalah suatu alat yang dapat menyimpan energi atau muatan listrik
di dalam medan listrik, dengan cara mengumpulkan ketidakseimbangan internal dari
muatan listrik. Dalam rangkaian elektronika dilambangkan dengan huruf "C",
kapasitor ditemukan oleh Michael Faraday (1791-1867). Satuan kapasitor disebut
Farad (F). Satu Farad = 9 x 1011 cm2 yang artinya luas permukaan kepingan
tersebut.
(a) (b) (c) (d) (e)
Gambar 3.1 Macam-macam simbol kapasitor
Keterangan :
a. Kapasitor polar
Kapasitor polar adalah kapasitor yang kedua kutubnya mempunyai polaritas
positif dan negatif, biasanya kapasitor polar bahan dielektriknya terbuat dari
elektrolit dan biasanya kapasitor ini mempunyai nilai kapasitansi yang besar
dibandingkan dengan kapasitor yang menggunakan bahan dielektrik kertas
atau mika atau keramik.
b. Kapasitor elektrolit
Kapasitor elektrolit pada umumnya dibuat dengan nilai kapasitas yang lebih
besar dan memiliki kehandalan yang tinggi dan awet dalam pemakaiannya.
Kelebihan kapasitor elektrolit dibanding dengan kapasitor lainnya terletak
pada kemampuan menerima pengisian muatan listrik dan juga memiliki
polaritas. Pada umumnya dipergunakan pada rangkaian power supply atau
catu daya.
17
c. Kapasitor trimmer
Kapasitor trimmer yaitu komponen elektonika yang dipergunakan untuk
mengatur besarnya kapasitas pengaturannya sendiri dapat dilakukan dengan
cara memutar poros dengan menggunakan obeng. Bahan dielektriknya
terbuat dari mika atau plastik.
d. Kapasitor variable
Kapasitor variable merupakan jenis kapasitor yang lebih besar dibandingkan
dengan kapasitor tetap dan memiliki kapasitansi yang besar. Kapasitor
variable terdiri dari dua plat daun yang saling mengisi dimana yang satu
diam dan yang lainnya dapat digerakkan. Bahan dielektrik menggunakan
udara, dipergunakan pada rangkaian penerima radio fungsinya adalah
sebagai panala atau pemilih gelombang.
e. Kapasitor non polar
Kapasitor non polar adalah kapasitor yang pada kutubnya tidak mempunyai
polaritas artinya pada kutub-kutubnya dapat dipakai secara berbalik.
Biasanya kapasitor ini mempunyai nilai kapasitansi yang kecil dan bahan
dielektriknya terbuat dari keramik, mika dll.
Struktur sebuah kapasitor terbuat dari 2 buah plat metal yang dipisahkan oleh
suatu bahan dielektrik. Bahan-bahan dielektrik yang umum dikenal misalnya udara
vakum, keramik, gelas dan lain-lain. Jika kedua ujung plat metal diberi tegangan
listrik, maka muatan-muatan positif akan mengumpul pada salah satu kaki
(elektroda) metalnya dan pada saat yang sama muatan-muatan negatif terkumpul
pada ujung metal yang satu lagi. Muatan positif tidak dapat mengalir menuju ujung
kutub negatif dan sebaliknya muatan negatif tidak bisa menuju ke ujung kutub
positif, karena terpisah oleh bahan dielektrik yang non-konduktif. Muatan elektrik
ini tersimpan selama tidak ada konduksi pada ujung-ujung kakinya. Di alam bebas,
phenomena kapasitor ini terjadi pada saat terkumpulnya muatan-muatan positif dan
negatif di awan.
18
3.3.2 Rangkaian Kapasitor
Rangkaian kapasitor secara seri akan mengakibatkan nilai kapasitansi total
semakin kecil. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai secara seri.
C1 C2 C3
Gambar 3.2 Rangkaian Kapasitor Seri
Pada rangkaian kapasitor yang dirangkai secara seri berlaku rumus :
CTOTAL = C1 + C2 + C3 ( 3.1 )
Rangkaian kapasitor secara paralel akan mengakibatkan nilai kapasitansi
pengganti semakin besar. Di bawah ini contoh kapasitor yang dirangkai secara
paralel.
C1 C2 C3
Gambar 3.3 Rangkaian Kapasitor Paralel
Pada rangkaian kapasitor paralel berlaku rumus :
321
1111CCCCTOTAL
++= → CTOTAL = 313222
32.1
CCCCCCCCC
×+×+×××
( 3.2 )
3.4 Komponen – komponen Utama
Komponen-komponen utama dari ”Pembuatan Alat Penghemat Energi
Listrik Pada Lampu High Pressure Lamp (HPL) adalah :
19
1. Main Breaker
Gambar 3.4 Komponen Mini Circuit Breaker (MCB)
Main Breaker merupakan saklar (switch) berupa MCB yang digunakan untuk
menghidupkan atau mematikan peralatan Intelligent Lighting. Dengan kata lain,
komponen ini digunakan untuk menyambungkan peralatan Intelligent Lighting ke
sumber listrik PLN 220 Volt AC.
2. Relay
Relay adalah sebuah saklar elektronik yang dapat dikendalikan dari
rangkaian elektronik lainnya. Relay terdiri dari 3 bagian utama, yaitu:
1. Koil : Lilitan dari relay
2. Common : Bagian yang tersambung dengan NC (dalam keadaan normal)
3. Kontak : Terdiri dari NC dan NO
Relay dapat diklasifikasikan sebagai berikut :
1. Berdasarkan prinsip kerjanya :
Relay elektro-magnetis ( tarikan dan induksi).
Relay thermis.
Relay elektronis.
2. Berdasarkan besaran yang diukur :
Relay tegangan.
Relay arus.
Relay impedans.
Relay frekuensi.
20
3. Berdasarkan besaran dan arah :
Over : bekerja jika besaran/ ukuran telah melampaui ketentuan.
Under : bekerja jika besaran/ ukuran kurang dari ketentuan.
Directional : bekerja jika ditentukan oleh arah aliran tenaga listrik.
Relay seperti ditunjukkan pada gambar di bawah ini, diperlukan sebagai
pemutus atau penyambung sumber listrik ke lampu indikator merah dan hijau yang
dikendalikan oleh unit pengolah terpusat (Central Processor Unit), pada saat sumber
listrik terhubung ke beban lampu indikator hijau dan lampu indikator merah untuk
menandakan waktu penyambungan bank kapasitor ke saluran listrik lampu
penerangan sehingga diharapkan terjadi peningkatan efisiensi karena beban induktif
(reaktif) dari beban lampu.
Gambar 3.5 Bentuk dan skema komponen relay
3. Kapasitor Bank
Kapasitor bank adalah komponen atau peralatan listrik yang mempunyai sifat
kapasitif yang akan berfungsi sebagai penyeimbang sifat induktif. Jadi, kapasitor
bank ini dapat juga berupa sekumpulan beberapa kapasitor yang disambung secara
parallel untuk mendapatkan kapasitas kapasitif tertentu. Besaran yang sering dipakai
adalah kVAR (kiloVolt Ampere Reaktif) meskipun pada label terkandung atau
21
tercantum besaran kapasitansi yaitu farad atau mikrofarad. Kapasitor ini mempunyai
sifat listrik yang kapasitif (leading). Sehingga mempunyai sifat mengurangi atau
menghilangkan terhadap sifat induktif (lagging).
Gambar 3.6 Bentuk komponen kapasitor bank
4. Trafo Step-Down
Komponen Trafo Step-Down adalah sebuah transformator penurun tegangan
AC 220 Volt ke 12 Volt AC yang akan disearahkan dan digunakan untuk mencatu
rangkaian pada mikrokontroller dan komponen lain pada unit kendali.
Gambar 3.7 Komponen trafo step-down
5. Lampu Indikator
Komponen lampu indikator terdiri dari dua buah lampu ( hijau dan merah )
adalah sebuah lampu yang digunakan untuk menandakan kondisi apakah bank
kapasitor terhubung secara parallel atau tidak dengan saluran listrik yang
tersambung ke beban lampu.
22
Gambar 3.8 Bentuk lampu indikator
6. Mikrokontroller
Mikrokontroller adalah bagian yang bertugas memproses atau
mengendalikan seluruh komponen atau unit lain bekerja. Jadi unit ini
mengendalikan waktu awal penyambungan arus listrik ke beban tanpa terhubung ke
bank kapasitor selama waktu tertentu dan menghidupkan lampu indikator merah,
yang selanjutnya menghubungkan kapasitor ke saluran listrik serta menghidupkan
lampu indikator hijau melalui relay. Unit ini menggunakan sistem minimum
prosesor dari ATMEL AVR8535.
Gambar 3.9 Mikrokontroller ATMEL AVR8535.
23
3.5 Diagram Alir
Y
N
Y
NDly 3 menit
tanpa kapasitor
Pengoperasian switch manual
dengan dly tertentu
Start
Inisialisasi Automanual
Pengoperasian
Automa
Pengoperasian Manual
tis
Dly 3 menit
Kapasitor parallel 2 µF
Dly 3 menit
Kapasitor parallel 4 µF
End
24
3.6 Alat Ukur Faktor Daya ( Cos φ Meter )
3.6.1 Konstruksi Cos φ Meter
Cos φ meter adalah suatu alat untuk mengetahui nilai perbandingan antara
daya nyata dengan daya semu pada suatu pembebanan AC. Salah satu jenis cos φ
meter adalah tipe elektrodinamis. Alat ukur ini bekerja berdasarkan Hukum Lorenzt
dan mempunyai sifat sebagai berikut :
a. Dapat digunakan untuk arus AC maupun DC.
b. Untuk pembentukan medan magnet listrik pada kumparan tetap diperlukan
arus besar.
c. Mudah terpengaruh medan magnet luar.
Gambar 3.10 Konstruksi Cos φ meter tipe elektrodinamis
3.6.2 Prinsip Kerja
Power faktor jika dianggap sama dengan satu (cos φ = 1), yaitu I sefase
dengan V. kemudian I1 sefase dengan I sedangkan I2 lagging 90o terhadap I.
akibatnya akan timbul sebuah kopel yang bekerja pada C1 yang akan menggerakkan
dengan mengarahkan bidangnya tegak lurus terhadap sumbu magnit coil-coil F1dan
F2, yaitu bersamaan dengan posisi pointer pada p.f. Sedangkan pada C2 tidak ada
kopel.
25
Power faktor jika dianggap sama dengan nol (cos φ = 0), yaitu I lagging 90o
terhadap V. dalam hal ini I2 dibuat sefase dengan I sedangkan I1 berbeda fase 90o
dengan I . sebagai akibatnya, tidak ada kopel pada C1 tetapi akan timbul kopel pada
C2 sehingga bidangnya tegak lurus terhadap sumbu magnetis F1 dan F2.
3.7 Daya Listrik
Daya listrik dapat diklasifikasikan menjadi tiga yaitu:
Daya aktif ( P ) : Daya yang dapat dimanfaatkan secara langsung.
Daya reaktif ( Q ) : Daya yang tidak dapat digunakan secara langsung
atau tidak dapat dinikmati.
Daya semu ( S ) : Daya yang disediakan pemasok (PLN)
Hubungan ketiga macam daya tersebut dijelaskan sebagai berikut :
Gambar 3.11 Segitiga Daya
S = V . I ( 3.3 )
P = V . I cos φ
= S . cos φ ( 3.4 )
Q = V . I sin φ
= S . sin φ ( 3.5 )
26
Hubungan antara daya nyata ( P ), daya semu ( S ) dan daya reaktif ( Q )
ditulis :
S2 = P2 + Q2 ( 3.6 )
Keterangan :
S = Daya semu ( kVA )
P = Daya aktif / rata – rata ( kW )
Q = Daya reaktif ( kVAR )
V = Tegangan efektif ( Volt )
I = Arus efektif ( Ampere )
Cos φ = Faktor daya
φ = beda sudut fase antara tegangan dan arus ( derajat )
+φ = beban bersifat kapasitif ( derajat )
φ = beban bersifat resistif ( derajat )
-φ = beban bersifat induktif ( derajat )
Sin φ = Faktor reaktif
Daya reaktif kapasitif ( Qc ) : Daya reaktif yang disebabkan oleh kapasitor
dan dibutuhkan untuk memperbaiki faktor daya.
Qc = Q1 – Q2 ( 3.7 )
Qc = P (tan φ1 – tan φ2)
Keterangan :
V = Tegangan (Volt)
I = Arus (Amper)
φ = Sudut beda fasa antara arus dan tegangan ( 0 )
27
Dengan demikian, tegangan, arus dan sifat beban dapat digambarkan
diagram vector :
Gambar 3.12 a. Beban terbelakang (lagging); b. Beban mendahului (leading)
Rangkaian bolak balik (AC), arus dapat bersifat mendahului sefase atau
terlambat terhadap tegangan, tergantung bebannya. Beban bersifat kapasitif, maka
arus akan mendahului tegangan, sedangkan beban bersifat induktif, maka arus akan
terlambat terhadap tegangan dan jika beban berupa tahanan murni, arus akan sefase
dengan tegangan.
Daya yang diserap oleh suatu beban ditentukan oleh sifat beban. Ditinjau
dari sifatnya beban dapat dibedakan menjadi :
28
1. Beban resistif
Beban resistif adalah beban yang hanya menyerap daya aktif saja,
mempunyai nilai faktor daya beban resistif sebesar satu (Cos φ = 1).
Contoh : beban lampu pijar dan pemanas
2. Beban induktif
Beban induktif adalah beban yang menyerap daya aktif dan daya reaktif
(induktif). Nilai faktor daya beban induktif adalah 0 < Cos φ < 1.
Contoh : motor induksi, transformator, ballast pada lampu TL
3. Beban kapasitif
Beban kapasitif adalah beban yang menyerap daya aktif dan daya reaktif
(kapasitif).
Contoh : kapasitor, mesin – mesin sinkron
Suatu beban jika terdapat dua macam beban induktif dan kapasitif, hanya
beban yang dominan yang mempunyai sifat beban tersebut. jadi tidak ada satu
sistem beban yang bersifat induktif dan kapasitif. Jika beban kapasitif lebih besar
dari beban induktif maka sifat beban tersebut adalah kapasitif, begitu sebaliknya.
3.8 Energi Listrik
Energi listrik adalah daya yang terpakai pada peralatan listrik yang
digunakan oleh konsumen dalam waktu tertentu. Dalam suatu rangkaian listrik,
hubungan antara daya listrik ( P ), tegangan ( V ) dan arus ( I ) adalah :
P = V. I Watt ( 3.8 )
Atau secara simbol :
Watt = Volt x Ampere
29
Banyak peralatan - peralatan listrik yang mempunyai beban induktif,
sehingga arus dan tegangan tidak sefase. Maka persamaan untuk daya diperoleh:
P = V. I . Cos φ ( 3.9 )
Persamaan energi listrik adalah :
W = P . t
= V. I . t ( 3.10 )
= I . R . I . t
= I2 . R . t
Atau
Energi listrik ( joule ) = daya ( watt ) x waktu ( detik ) ( 3.11 )
Satuan joule merupakan unit satuan kecil pada energi listrik, sedangkan pada
instalasi penyedia energi listrik seperti Perusahaan Listrik Negara ( PLN )
menggunakan Kilowatt jam (kWh), dimana dapat diperhitungkan secara teoritis
seperti :
Daya dalam kW 1000
cos.. ϕIV= ( 3.12 )
Energi listrik dalam kWh dapat dihitung dengan persamaan :
Energi listrik ( kWh ) = daya ( kW ) x waktu ( jam ) ( 3.13 )
Jadi untuk menentukan besarnya biaya operasi ( operating cost ) dapat dihitung
dengan persamaan sebagai berikut :
Biaya ( rupiah ) = kVARh
Rp x Pemakaian kVARh ( 3.14 )
30
3.9 Faktor Daya
Daya yang dibutuhkan pada suatu beban biasanya dikenal dengan satuan
Watt. Daya tersebut merupakan daya dari beban yang bersifat resistif dimana
tegangan dan arus sefase, dalam kenyataanya suatu beban tidak hanya bersifat
resistif saja tapi juga bersifat induktif. Motor - motor listrik, lampu TL,
transformator merupakan contoh beban yang bersifat induktif yang bekerja dengan
menggunakan efek dari medan elektromagnetik dan arus yang mengalir bersifat
tertinggal (lagging) terhadap tegangan.
Gambar 3.13 Bentuk gelombang antara arus dan tegangan pada rangkaian :
a. Beban resistif, b. Beban induktif, c. Beban kapasitif
Faktor daya dapat didefinisikan sebagai perbandingan arus yang dibutuhkan
untuk daya nyata (kW) terhadap arus total yang disupplai (kVA) atau dengan kata
lain, bahwa faktor daya adalah perbandingan daya nyata (kW) dengan daya semu
(kVA).
31
Dinyatakan dalam persamaan :
Cos φ = )()(
kVASkWP (3.15)
Atau
Cos φ = dayasemudayanyata (3.16)
Faktor daya rendah pada umumnya terjadi pada beban induktif karena sifat
induktif yang semakin besar pada suatu beban menyebabkan nilai faktor daya
semakin rendah. Beban induktif yang besar menyebabkan nilai daya semu semakin
besar sehingga sudut yang terbentuk antara daya nyata (P) dengan daya semu (S)
semakin besar.
Harga faktor daya tergantung pada besarnya beda fase antara arus dan
tegangan. Jika arus dan tegangan sefase, daya sama dengan I x V atau dengan
perkataan lain faktor dayanya satu. Bila arus dan tegangan berbeda fase 900 seperti
dalam rangkaian induktif dan kapasitif murni, faktor dayanya nol sehingga daya
nyata juga nol. Dalam rangkaian yang mengandung tahanan dan reaktansi, harga
faktor daya berkisar antara satu dan nol, tergantung pada harga relatif dari tahanan
dan reaktansi rangkaian. Faktor daya dapat dinyatakan sebagai bilangan desimal
maupun dalam persen.
Arus yang mengalir dalam rangkaian AC dapat dianggap terdiri dari dua
komponen yang sefase dengan tegangan dan komponen yang beda fase 900 dengan
tegangan seperti yang ditunjukan oleh gambar 3.14.
Komponen yang sefase disebut komponen aktif karena harga ini jika
dikalikan dengan tegangan memberikan daya yang berguna atau daya nyata
rangkaian. Komponen yang tidak sefase komponen reaktif atau komponen tanpa
daya, karena tidak ikut andil dalam daya nyata rangkaian.
32
Apabila suatu rangkaian dipasang kapasitor maka arus yang mengalir pada
rangkaian akan menurun. Hal ini disebabkan karena sifat arus yang timbul dari
beban kapasitif adalah mendahului (leading) terhadap tegangan, pengurangan arus
pada rangkaian ini akan memperkecil sudut yang terjadi antara daya semu dan daya
nyata.
Dengan demikian semakin besar nilai faktor daya (Cos φ) maka daya semu
yang digunakan akan mendekati nilai daya nyata serta arus yang mengalir dalam
rangkaian semakin kecil.
Bila faktor daya suatu rangkaian bebanya rendah akan mengakibatkan
beberapa kerugian :
1. Denga jumlah beban yang sama akan membutuhkan daya terpasang PLN
(Daya semu – kVA) yang lebih tinggi.
2. Pemakain daya semu yang relatif lebih besar dari daya yang berguna
bagi rangkaian.
3. Terdapat rugi daya yang tinggi.
4. Pemakain nilai pengaman yang tinggi.
5. Dengan jumlah beban yang sama akan membutuhkan penampang kawat
yang lebih besar karena arus yang mengalir akan lebih besar.
33
BAB IV
DATA HASIL PENGUJIAN
4.1 Prinsip Kerja Alat
Pembuatan alat penghemat energi listrik pada lampu high pressure lamp
(HPL), menggunakan sumber tegangan AC 1 phasa. Prinsip kerja dari rangkaian
perbaikan faktor daya adalah :
a. Jika rangkaian pada gambar 4.1 mendapatkan masukan tegangan 1 phasa
(220 V / AC), maka arus akan mengalir dalam rangkaian perbaikan faktor
daya.
b. Adanya arus yang mengalir dalam rangkaian, maka alat ukur (Cos φ meter,
Amperemeter, Voltmeter) menunjukkan besaran sesuai dengan fungsinya.
c. Sebelum rangkaian menggunakan kapasitor, cos φ akan menunjukkan beban
induktif dari lampu high pressure lamp (HPL).
d. Kemudian kapasitor dipasang parallel dengan lampu high pressure lamp
(HPL) dengan tujuan memperbaiki faktor daya pada lampu high pressure
lamp (HPL).
e. Dipasangnya kapasitor parallel maka nilai cos φ akan naik. Dengan adanya
kenaikkan cos φ maka arus yang mengalir dalam rangkaian akan turun. Arus
turun dikarenakan daya dari beban dan tegangan besarnya tetap.
f. Untuk memperbaiki faktor daya pada lampu high pressure lamp (HPL), nilai
kapasitor yang dibutuhkan juga berbeda. Sehingga untuk mengubah nilai
kapasitor dilakukan dengan tombol automanual.
g. Dengan adanya tombol automanual keamanan operator lebih terjamin.
34
4.2 Pengujian
Pengujian ( pengambilan data ) dilakukan di Laboratorium Teknik Konversi
Energi, Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Semarang dengan tujuan untuk
mengetahui besarnya faktor daya sebelum dan sesudah pemasangan kapasitor untuk
mendapatkan daya energi listrik yang dihemat pada lampu high pressure lamp (HPL)
sehingga besarnya efisiensi pada penggunaan lampu dapat diketahui.
4.2.1 Alat yang digunakan
Untuk melakukan pengujian diperlukan peralatan sebagai berikut :
a. Spesifikasi lampu high pressure lamp (HPL) yang digunakan adalah :
• Data ballast ;
Daya ballast : 250 Watt
Merk / Buatan : Philips
Tegangan : 220 Volt
Arus : 1,15 A
Cos φ : 0,55
Frekuensi : 50 Hz
• Data Lampu ;
Daya lampu : 250 Watt
Merk : Philips
b. Spesifikasi Ampere meter yang digunakan adalah :
Merk / buatan : Heles
Model : CR - 65
Range : 30 A
Kelas ketelitian : 2,5
c. Spesifikasi Volt meter yang digunakan adalah :
Merk / buatan : Heles
Model : CR – 65
Range : 300 V
Kelas ketelitian : 2,5
35
d. Spesifikasi Cos φ meter yang digunakan adalah :
Merk / buatan : OTTO
Model : 96X96
Range tegangan : 220 V
Range arus : 5 A
Kelas ketelitian : 1,5
e. Spesefikasi komponen-komponen alat penghemat energi listrik :
IC Mikrokontroller
Tipe : ATMEGA8535
Pabrik Pembuat : ATMEL
Tegangan Kerja : 4.5-5.5 VDC
Frekuensi Kerja : 0-16 MHZ
Kemasan : 40 PIN DIP
IC Relay Driver
Tipe : ULN 2003
Pabrik Pembuat : ALLEGRO
Tegangan Output Max : 50 VDC MAX
Arus Output Max : 500 mA
Kemasan : 16 PIN DIP
IC Regulator
Tipe : LM 7805
Pabrik Pembuat : NATIONAL SEMIKONDUKTOR
Tegangan Input Max : 35 VDC
Tegangan Output : 5 VDC
Kemasan : TO-220
36
4.2.2 Gambar Rangkaian Pengujian
AC 220 Volt Input Output
AkWh
V
Cos φ
Alat penghemat
Gambar 4.1 Rangkaian pengujian perbaikan faktor daya
4.2.3 Langkah Pengujian
Prosedur yang dilakukan dalam proses pengujian “Pembuatan Alat
Penghemat Energi Listrik Pada Lampu High Pressure Lamp (HPL)” adalah sebagai
berikut :
1. Menyiapkan peralatan dan komponen-komponen yang akan digunakan.
2. Mengecek setiap komponen-komponen yang akan digunakan sesuai pada
gambar rangkaian 4.1.
3. Merangkai peralatan dan komponen-komponen sesuai pada gambar rangkaian
4.1.
4. Mengecek terlebih dahulu sambungan dan rangkaian agar arus listrik bisa
benar-benar mengalir.
5. Menghubungkan rangkaian ke power supply dan hidupkan sumber tegangan
(mengON-kan MCB/F1).
6. a. Pengujian dengan cara manual :
- Menekan tombol automanual (memilih cara pengujian secara manual)
- Menekan tombol SW1 untuk memilih pengujian tanpa kapasitor.
- Menekan tombol SW4 untuk memilih pengujian dengan menggunakan
kapasitor parallel 2 µF.
- Menekan tombol SW5 untuk memilih pengujian dengan menggunakan
kapasitor parallel 4 µF.
37
- Setelah langkah 1 – 6 (a) terpenuhi selanjutnya adalah membuat tabel data
pengujian.
- Mengambil data dengan cara mencatat pada setiap parameter yang
terpasang ke dalam tabel 4.1 pada setiap pengujian..
b. Pengujian dengan cara otomatis :
- Menekan tombol auto manual (memilih cara pengujian secara otomatis).
- Kemudian pengujian tanpa kapasitor, pengujian dengan menggunakan
kapasitor parallel 2 µF dan 4 µF akan berjalan secara otomatis.
- Setelah langkah 1 - 6 (b) terpenuhi selanjutnya adalah membuat tabel data
pengujian.
- Mengambil data dengan cara mencatat pada setiap parameter yang
terpasang pada setiap pengujian.
4.3 Data Hasil Pengujian
Tabel 4.1 Data pengujian beban tanpa menggunakan kapasitor.
No Waktu (Menit)
Tegangan Pada
Voltmeter (Volt)
Arus Pada Ampermeter
(Ampere)
Cos φ Energi (kWh)
Keterangan Lampu 1 Lampu 2
1. 3 220 2,2 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
2. 3 220 2,2 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
3. 3 220 2,1 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
4. 3 220 2,3 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
5. 3 220 2,0 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
6. 3 220 2,4 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
7. 3 220 2,4 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
8. 3 220 2,5 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
38
Tabel 4.2 Data pengujian beban dengan menggunakan kapasitor paralel 2 µF
No Waktu (Menit)
Tegangan Pada
Voltmeter (Volt)
Arus Pada Ampermeter
(Ampere)
Cos φ Energi (kWh)
Keterangan Lampu 1 Lampu 2
1. 3 220 1,5 0,99 Lag 0,08 Terang Mati
2. 3 220 1,7 0,99 Lag 0,08 Terang Terang
3. 3 220 1,6 0,99 Lag 0,08 Terang Terang
4. 3 220 1,8 0,99 Lag 0,08 Redup Mati
5. 3 220 2,0 0,99 Lag 0,08 Redup Terang
6. 3 220 1,9 0,99 Lag 0,08 Terang Redup
7. 3 220 1,9 0,99 Lag 0,08 Terang Redup
8. 3 220 1,8 0,99 Lag 0,08 Terang Redup
Tabel 4.3 Data pengujian beban dengan menggunakan kapasitor paralel 4 µF
No Waktu (Menit)
Tegangan Pada
Voltmeter (Volt)
Arus Pada Ampermeter
(Ampere)
Cos φ Energi (kWh)
Keterangan Lampu 1 Lampu 2
1. 3 220 2,1 0,99 Lag 0,08 Terang Terang
2. 3 220 2,0 0,99 Lag 0,08 Redup Terang
3. 3 220 1,9 1 0,08 Terang Terang
4. 3 220 1,7 1 0,08 Redup Terang
5. 3 220 1,6 1 0,08 Terang Redup
6. 3 220 1,5 1 0,08 Redup Terang
7. 3 220 1,4 1 0,08 Terang Redup
8. 3 220 1,3 1 0,08 Redup Terang
39
BAB V
ANALISA HASIL PENGUJIAN
Data hasil pengujian menunjukan bahwa lampu high pressure lamp (HPL)
bersifat induktif, arus tertinggal terhadap tegangan, karena faktor daya yang
dihasilkan bersifat tertinggal (lagging). Beban (lampu HPL) yang dirangkai dengan
kapasitor parallel menyebabkan penyalaan pada lampu high pressure lamp (HPL)
menjadi bervariasi, baik penyalaannya terang maupun redup.
5.1 Data-data :
Pengambilan data dilakukan saat pengujian perbaikan faktor daya dalam
rangka penghematan energi listrik pada lampu high pressure lamp (HPL).
Rangkaian pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 sebelum diberi kapasitor
atau sebelum diperbaiki faktor dayanya dengan nilai rata-rata pada tabel 4.1
halaman 37 adalah sebagai berikut :
Data pengujian lampu high pressure lamp (HPL) 250 Watt :
Cos φ = 0,97
I = 2,2 ampere
V = 220 volt
Rangkaian pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 setelah diberi kapasitor atau
sesudah diperbaiki faktor dayanya dengan nilai rata-rata pada tabel 4.3
halaman 38 adalah sebagai berikut :
Lampu high pressure lamp (HPL) 250 Watt dirangkai dengan kapasitor parallel
4 µF ;
Cos φ = 0,99
I = 1,5 ampere
V = 220 volt
40
5.2 Perhitungan
5.2.1 Perhitungan Daya Semu
Rangkaian pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 sebelum diberi kapasitor
atau sebelum diperbaiki faktor dayanya pada lampu high pressure lamp (HPL)
250 Watt dengan nilai rata-rata pada tabel 4.1 halaman 37, berdasarkan pada
persamaan 3.3 halaman 25 sebagai berikut :
S = V. I
= 220 . 2,2
= 484 VA
Rangkaian pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 setelah diberi kapasitor
parallel 4 µF atau sesudah diperbaiki faktor dayanya pada lampu high pressure
lamp (HPL) 250 Watt dengan nilai rata-rata pada tabel 4.3 halaman 38,
berdasarkan pada persamaan 3.3 halaman 25 sebagai berikut :
S = V. I
= 220 . 1,5
= 330 VA
5.2.2 Perhitungan Daya Aktif (Nyata)
Rangkaian pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 sebelum diberi kapasitor
atau sebelum diperbaiki faktor dayanya pada lampu high pressure lamp (HPL)
250 Watt dengan nilai rata-rata pada tabel 4.1 halaman 37, berdasarkan pada
persamaan 3.4 halaman 25 sebagai berikut :
P = V . I . Cos φ
= 220 . 2,2 . 0,97
= 469,48 Watt
Rangkaian pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 setelah diberi kapasitor
parallel 4 µF atau sesudah diperbaiki faktor dayanya pada lampu high pressure
lamp (HPL) 250 Watt dengan nilai rata-rata pada tabel 4.3 halaman 38,
berdasarkan pada persamaan 3.4 halaman 25 sebagai berikut :
P = V . I . Cos φ
= 220. 1,5 . 0,99
= 326,7 Watt
41
5.2.3 Perhitungan Daya Reaktif
Rangkaian pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 sebelum diberi kapasitor
atau sebelum diperbaiki faktor dayanya pada lampu high pressure lamp (HPL)
250 Watt dengan nilai rata-rata pada tabel 4.1 halaman 37, berdasarkan
persamaan 3.5 halaman 25 sebagai berikut :
Q1 = V . I . Sin φ
= 220 . 2,2 . 0,243
= 117,612 VAR
Rangkaian pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 setelah diberi kapasitor
paralel 4 µF atau sesudah diperbaiki faktor dayanya pada lampu high pressure
lamp (HPL) 250 Watt dengan nilai rata-rata pada tabel 4.3 halaman 38,
berdasarkan persamaan 3.5 halaman 25 sebagai berikut :
Q2 = V . I . Sin φ
= 220 . 1,5 . 0,141
= 46,53 VAR
5.2.4 Perhitungan Daya reaktif Kapasitif
Daya reaktif kapasitif didapat dari perhitungan daya reaktif sebelum rangkaian
pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 diberi kapasitor atau sebelum
diperbaiki faktor dayanya dikurangi dengan daya reaktif setelah rangkaian
pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 diberi kapasitor atau setelah diperbaiki
faktor dayanya, berdasarkan pada persamaan 3.7 halaman 26 :
Qc = Q1 – Q2
= 117,612 – 46,53
= 71,082 VAR
Hasil perhitungan daya reaktif lampu high pressure lamp (HPL) 250 Watt
dapat dilihat pada lampiran 1 tabel 1.
42
5.2.5 Perhitungan Kapasitor
Kapasitor yang dibutuhkan untuk daya reaktif kapasitif sebesar 71,082 VAR
adalah :
Qc = cX
v 2
Xc = 082,71
2202
Xc = 082,71
48400
Xc = 680,9 ohm
Xc = fcπ2
1
C = 9,680.50.14,3.2
1
= 4,6 µF
5.2.6 Perhitungan Arus
Rangkaian pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 sebelum diberi kapasitor
atau sebelum diperbaiki faktor dayanya pada lampu high pressure lamp (HPL)
250 Watt :
Ptotal = Pballast + Plampu HPL
Pballast = V . I . Cos φ
= 220 . 2,2 . 0,55
Pballast = 266,2 Watt
Ptotal = 266,2 + 250
Ptotal = 516,2 Watt
P = V . I . Cos φ
P = 220 . I . 0,97
I = 97,0.2202,516
= 2,4 A
43
Rangkaian pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 sesudah diberi kapasitor
atau setelah diperbaiki faktor dayanya pada lampu high pressure lamp (HPL)
250 Watt :
P = V . I . Cos φ
516,2 = 220 . I . 0,99
I = 99,0.2202,516
= 2,37 A
Hasil perhitungan daya reaktif lampu high pressure lamp (HPL) 250 Watt
dapat dilihat pada lampiran 1 tabel 1.
5.2.7 Perhitungan Cos φ
Rangkaian pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 sebelum diberi kapasitor
atau sebelum diperbaiki faktor dayanya pada lampu high pressure lamp (HPL)
250 Watt, berdasarkan pada persamaan 3.15 halaman 31 :
Cos φ = SP
Cos φ = 484
48,469
Cos φ = 0,97
Rangkaian pengujian pada gambar 4.1 halaman 36 setelah diberi kapasitor atau
sesudah diperbaiki faktor dayanya pada lampu high pressure lamp (HPL) 250
Watt :
Cos φ = SP
Cos φ = 330
7,326
Cos φ = 0,99
Hasil perhitungan daya reaktif lampu high pressure lamp (HPL) 250 Watt
dapat dilihat pada lampiran 1 tabel 1.
44
5.2.8 Perhitungan Pemakaian Energi Listrik
Perhitungan pemakaian energi pada lampu high pressure lamp (HPL) 250
Watt, sebelum dipasang kapasitor :
a. Daya nyata (P) = V . I . Cos φ
= 220 . 2,2 . 0,97
= 469,48 Watt
= 0,46948 kWatt
b. Besarnya energi listrik yang diperlukan dalam satu bulan ;
= 0,46948 kWatt × 12 jam × 30 hari
= 169,01 kWh
c. Besarnya biaya yang harus di bayar dalam satu bulan ;
= 169,01 kWh × Rp. 820,-
= Rp. 138.588,2,-
Perhitungan pemakaian energi pada lampu high pressure lamp (HPL) 250
Watt, setelah dipasang kapasitor :
a. Daya nyata (P) = V . I . Cos φ
= 220 . 1,5 . 0,99
= 326,7 Watt
= 0,3267 kWatt
b. Besarnya energi listrik yang diperlukan dalam satu bulan ;
= 0,3267 kWatt × 12 jam × 30 hari
= 117,612 kWh
c. Besarnya biaya yang harus di bayar dalam satu bulan ;
= 117,612 kWh × Rp. 820,-
= Rp. 96.441,84,-
45
Penghematan yang didapat dalam satu bulan :
a. Penghematan energi listrik sebesar :
= 169,01 kWh – 117,612 kWh
= 51,398 kWh / bulan
b. Penghematan biaya :
= Rp. 138.588,2 - Rp. 96.441,84
= Rp. 42.146,36 / bulan
c. Prosentase penghematan :
= 84,441.96.36,146.42
RpRp × 100 %
= 43,7%
5.3 Grafik Pengujian
Grafik 5.1 Hubungan antara energi dengan arus tanpa menggunakan kapasitor
46
Grafik 5.2 Hubungan antara energi dengan arus menggunakan kapasitor paralel 2µF
Grafik 5.3 Hubungan antara energi dengan arus menggunakan kapasitor paralel 4µF
47
5.4 Analisa Data
Berdasarkan data hasil pengujian dan data-data yang didapatkan dari
perhitungan dapat dianalisa bahwa :
1. Pengaruh penggunaan kapasitor paralel pada pemakaian energi listrik
dilihat dari hasil pengujian dan perhitungan kapasitor dengan rangkaian
paralel dapat menurunkan arus dan dapat menghemat energi listrik.
2. Daya 250 Watt pada name plate lampu high pressure lamp (HPL) adalah
daya dari lampu high pressure lamp (HPL). Data pengujian pada lampu
high pressure lamp (HPL) 250 Watt, ternyata daya aktif (Watt) mempunyai
daya yang lebih besar dari daya yang tertera pada lampu high pressure
lamp (HPL). Setiap pemakaian lampu high pressure lamp (HPL) pasti
menggunakan ballast high pressure lamp (HPL), sedangkan ballast high
pressure lamp (HPL) juga menyerap daya. Sehingga daya aktif (Watt) pada
lampu high pressure lamp (HPL) menjadi bertambah besar.
3. Faktor daya dari pengujian sebelum dipasang kapasitor memang sudah
baik, karena besar faktor dayanya kurang lebih 0,9. Tetapi ternyata arus
yang mengalir dalam rangkaian masih tinggi dan daya nyata pada lampu
high pressure lamp (HPL) 250 Watt besarnya mencapai 1,2 kalinya daya
yang tertera pada nameplate lampu HPL yakni 469,48 Watt. Berati pada
pengujian gambar rangkaian 4.1 masih terdapat pemborosan energi yang
sangat besar.
4. Pemasangan kapasitor parallel (2 dan 4 µF) pada lampu high pressure lamp
(HPL) 250 Watt ternyata dapat memperbaiki nilai faktor dayanya menjadi
lebih baik, yakni dari 0,97 naik menjadi 0,99. Naiknya nilai faktor daya
ternyata dapat mengurangi arus yang mengalir pada gambar rangkaian 4.1
menjadi lebih kecil. Kenaikan faktor daya dan menurunnya nilai arus yang
mengalir pada gambar rangkaian 4.1 ternyata menyebaban nilai daya aktif
(Watt) menjadi turun mendekati nilai daya yang tertera pada lampu high
pressure lamp (HPL). Dengan mengecilnya daya nyata mendekati nilai
daya yang tertera pada lampu high pressure lamp (HPL) berarti terjadi
penghematan energi.
48
5. Menurunnya daya nyata pada gambar rangkaian 4.1 setelah dipasang
kapasitor diikuti juga dengan menurunnya daya semu pada lampu high
pressure lamp (HPL). Dengan menurunnya daya semu menjadi kecil dan
menyamai daya nyata berati pada gambar rangkaian 4.1 sudah terjadi
penghematan energi.
6. Semakin besar daya lampu high pressure lamp (HPL), maka untuk
memperbaiki faktor dayanya memerlukan nilai kapasitor yang semakin
besar pula. Hal ini dikarenakan semakin besar daya lampu high pressure
lamp (HPL) daya semu yang ditimbulkan semakin besar sehingga
menyebabkan daya reaktif yang ditimbulkan juga semakin besar.
7. Pemakaian energi listrik dengan menggunakan lampu high pressure lamp
(HPL) 250 Watt selama 360 jam dalam satu bulan sebelum dipasang
kapasitor sebesar 169,01 kWh per bulan dengan biaya sebesar Rp
138.588,2,-. Sedangkan pemakaian energi listrik setelah menggunakan
kapasitor sebesar 117,612 kWh per bulan dengan biaya sebesar Rp
96.441,84 ,-. Jadi, besar penghematan biaya Rp 42.146,36 .- per bulan.
49
BAB VI
PENUTUP
6.1 Kesimpulan
Setelah melampaui tahap awal pembuatan dan perakitan hingga akhir
pengujian serta menganalisa hasil pengolahan data Pembuatan Alat Penghemat
Energi Listrik Pada Lampu High Pressure Lamp (HPL), maka dapat diambil
kesimpulan sebagai berikut :
1. Daya aktif (Watt) pada lampu High Pressure Lamp (HPL) 250 Watt
besarnya bisa mencapai 1,2 sampai 2 kalinya nilai minimal yang tertera
pada lampu High Pressure Lamp (HPL) meskipun nilai faktor daya dalam
klasifikasi baik yakni 469,48 Watt. Hal ini disebabkan karena ballast
lampu High Pressure Lamp (HPL) memerlukan daya yang besar untuk
penyalaan lampu High Pressure Lamp (HPL).
2. Penyalaan dari lampu High Pressure Lamp (HPL) baik terang maupun
redup dikarenakan arus yang mengalir terbagi ke masing-masing lampu
(beban) dan membutuhkan waktu yang berbeda untuk tiap lampu (lampu 1
memerlukan waktu lebih cepat dibanding lampu 2).
3. Lampu High Pressure Lamp (HPL) termasuk jenis lampu mercury,
sehingga pertama penyalaan lampu tersebut memerlukan waktu untuk
penyalaan lama.
4. Dengan dipasangnya kapasitor parallel sebesar 2 µF dan 4 µF, faktor daya
dari lampu High Pressure Lamp (HPL) 250 Watt akan naik dari 0,97
menjadi 0,99 dan arus akan turun 2,2 ampere menjadi 1,4 ampere.
50
5. Pemakaian energi listrik dengan menggunakan lampu High Pressure Lamp
(HPL) 250 Watt selama 360 jam dalam satu bulan sebelum dipasang
kapasitor sebesar 169,01 kWh per bulan dengan biaya sebesar Rp
138.588,2,-. Sedangkan pemakaian energi listrik setelah menggunakan
kapasitor sebesar 117,612 kWh per bulan dengan biaya sebesar Rp
96.441,84,-. Jadi, besar penghematan biaya Rp 42.146,36,- per bulan
dengan prosentase penghematan 43,7 %.
DAFTAR PUSTAKA
HM, Teguh. Drs. 2001. Teknik Listrik Bagian B. Politeknik Negeri Semarang.
Hutahuruk, T.S., Prof. Ir. M.Sc. 1996. Transmisi Daya Listrik. Erlangga, Jakarta.
Marrapung, Muslimin. Ir. 1980. Alat-alat Ukur Listrik Dan Pengukuran Listrik.
Armico, Bandung.
Nugroho, Agung. Ir. Manfaat Pemasangan Kapasitor Shunt Pada Penyulang Dalam
Upaya Penghematan Energi Di Sisi Pembangkit Listrik. Semarang.
Ramdhani, Mohamad. 2008. Rangkaian Listrik. Erlangga, Jakarta.
Stevenson, Jr. William D. 1993. Analisis Sistem Tenaga Listrik. Erlangga, Jakarta.
Lampiran 1
Data Hasil Pengujian Intelligent Light Control ( ILC )
Hari / Tanggal : Jumat, 3 September 2010
Tempat Pengujian : Lab. Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Semarang
Waktu : 09.00 – 14.00 WIB
Tabel 4.1 Data pengujian beban tanpa menggunakan kapasitor
No Waktu
(Menit)
Tegangan
Pada
Voltmeter
(Volt)
Arus Pada
Amperemeter
(Ampere)
Cos φ Energi
(kWh)
Keterangan
Lampu 1 Lampu 2
1. 3 220 2,2 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
2. 3 220 2,2 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
3. 3 220 2,1 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
4. 3 220 2,3 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
5. 3 220 2,0 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
6. 3 220 2,4 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
7. 3 220 2,4 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
8. 3 220 2,5 0,97 Lag 0,1 Terang Terang
Lampiran 1
Tabel 4.4 Data pengujian beban dengan menggunakan kapasitor paralel 2 µF
No Waktu
(Menit)
Tegangan
Pada
Voltmeter
(Volt)
Arus Pada
Amperemeter
(Ampere)
Cos φ Energi
(kWh)
Keterangan
Lampu 1 Lampu 2
1. 3 220 1,5 0,99 Lag 0,08 Terang Mati
2. 3 220 1,7 0,99 Lag 0,08 Terang Terang
3. 3 220 1,6 0,99 Lag 0,08 Terang Terang
4. 3 220 1,8 0,99 Lag 0,08 Redup Mati
5. 3 220 2,0 0,99 Lag 0,08 Redup Terang
6. 3 220 1,9 0,99 Lag 0,08 Terang Redup
7. 3 220 1,9 0,99 Lag 0,08 Terang Redup
8. 3 220 1,8 0,99 Lag 0,08 Terang Redup
\
Lampiran 1
Tabel 5.5 Data pengujian beban dengan menggunakan kapasitor paralel 4 µF
No Waktu (Menit)
Tegangan Pada
Volmeter (Volt)
Arus Pada Amperemeter
(Ampere)
Cos φ Energi (kWh)
Keterangan Lampu 1 Lampu 2
1. 3 220 2,1 0,99 Lag 0,08 Terang Terang
2. 3 220 2,0 0,99 Lag 0,08 Redup Terang
3. 3 220 1,9 1 0,08 Terang Terang
4. 3 220 1,7 1 0,08 Redup Terang
5. 3 220 1,6 1 0,08 Terang Redup
6. 3 220 1,5 1 0,08 Redup Terang
7. 3 220 1,4 1 0,08 Terang Redup
8. 3 220 1,3 1 0,08 Redup Terang
Semarang, September 2010
Pembimbing I Pembimbing II
Wiwik Purwati W, ST, M.Eng Margana, ST, M.Eng
NIP. 19631113.199003.2.002 NIP. 19630922.198803.1.001
Tabel 4.1 Data perhitungan pengujian tanpa kapasitor
No
Data Pengujian Data Perhitungan
Waktu (Menit)
Tegangan Pada
Voltmeter (Volt)
Arus Pada Ampermeter
(Ampere)
Cos φ Energi (kWh)
S (VA)
P (Watt)
Q (VAR)
Qc (VAR)
C (µF)
Penghematan Biaya /bulan
(Rp)
Prosentase Penghematan
(%)
1. 3 220 2,2 0,97 Lag 0,1 484 469,48 117,61 0 0 0 0
2. 3 220 2,2 0,97 Lag 0,1 484 469,48 117,61 0 0 0 0
3. 3 220 2,1 0,97 Lag 0,1 462 448,14 112,27 0 0 0 0
4. 3 220 2,3 0,97 Lag 0,1 506 490,82 122,96 0 0 0 0
5. 3 220 2,0 0,97 Lag 0,1 440 426,8 106,92 0 0 0 0
6. 3 220 2,4 0,97 Lag 0,1 528 512,16 128,30 0 0 0 0
7. 3 220 2,4 0,97 Lag 0,1 528 512,16 128,30 0 0 0 0
8. 3 220 2,5 0,97 Lag 0,1 550 533,5 133,65 0 0 0 0
Tabel 4.4 Data perhitungan pengujian dengan menggunakan kapasitor parallel 2 µF
No
Data Pengujian Data Perhitungan
Waktu (Menit)
Tegangan Pada
Voltmeter (Volt)
Arus Pada Ampermeter
(Ampere)
Cos φ Energi (kWh)
S (VA)
P (Watt)
Q (VAR)
Qc (VAR)
C (µF)
Penghematan Biaya /bulan
(Rp)
Prosentase Penghematan
(%)
1. 3 220 1,5 0,99 Lag 0,08 330 326,7 46,53 71,082 4,6 29.555,46 43,7
2. 3 220 1,7 0,99 Lag 0,08 374 370,26 52,73 64,882 4,2 20.538,54 26,8
3. 3 220 1,6 0,99 Lag 0,08 352 348,48 49,63 67,982 4,4 25.047 34,7
4. 3 220 1,8 0,99 Lag 0,08 396 392,04 55,84 61,772 4,1 16.030,08 19,7
5. 3 220 2,0 0,99 Lag 0,08 440 435,6 62,04 55,572 3,6 7.013,16 7,78
6. 3 220 1,9 0,99 Lag 0,08 418 413,82 58,94 58,672 3,8 11.521,62 13,4
7. 3 220 1,9 0,99 Lag 0,08 418 413,82 58,94 58,672 3,8 11.521,62 13,4
8. 3 220 1,8 0,99 Lag 0,08 396 392,04 55,84 61,772 4,1 16.030,08 19,7
Tabel 4.5 Data perhitungan pengujian dengan menggunakan kapasitor parallel 4 µF
No
Data Pengujian Data Perhitungan
Waktu (Menit)
Tegangan Pada
Voltmeter (Volt)
Arus Pada Ampermeter
(Ampere)
Cos φ Energi (kWh)
S (VA)
P (Watt)
Q (VAR)
Qc (VAR)
C (µF)
Penghematan Biaya /bulan
(Rp)
Prosentase Penghematan
(%)
1. 3 220 2,1 0,99 Lag 0,08 462 457,38 65,142 52,47 3,5 2.504,7 2,6
2. 3 220 2,0 0,99 Lag 0,08 440 435,6 62,04 55,57 3,7 7.013,16 7,7
3. 3 220 1,9 1 0,08 418 418 0 117,61 7,7 10.656,36 12,3
4. 3 220 1,7 1 0,08 374 374 0 117,61 7,7 19.764,36 25,5
5. 3 220 1,6 1 0,08 352 352 0 117,61 7,7 24.318,36 33,3
6. 3 220 1,5 1 0,08 330 330 0 117,61 7,7 28.872,36 42,2
7. 3 220 1,4 1 0,08 308 308 0 117,61 7,7 33.426,36 52,4
8. 3 220 1,3 1 0,08 286 286 0 117,61 7,7 37.980,36 64,1
Lampiran 2
Gambar Rangkaian Pengujian
Lampiran 4
Konfigurasi Pin ATmega 8535
menunjukkan susunan standart 40 pin DIP mikrokontroler AVR ATmega
8535. Berikut penjelasan umum susunan kaki ATmega 8535 :
PB0 = sebagai input untuk saklar pemilih auto manual
PB1 = Sebagai input untuk saklar pemilih tanpa kapasitor
PB2 = Sebagai input saklar pemilih kapasitor seri
PB3 = Sebagai input saklar pemilih kapasitor seri
PB4 = Sebagai input saklar pemilih kapasitor paralel
PB5 = Sebagai input saklar pemilih kapasitor paralel
PD1 = Sebagai output untuk menyalakan mematikan lampu merah
PD2 = Sebagai output untuk menyalakan mematikan lampu hijau
PD3 = Sebagai output untuk memilih relay tanpa kapasitor
PD4 = Sebagai output untuk memilih relay kapasitor seri
PD5 = Sebagai output untuk memilih relay kapasitor seri
PD6 = Sebagai output untuk memilih relay kapasitor paralel
PD7 = Sebagai output untuk memilih relay kapasitor paralel
PC0 = Sebagai output data control ke PIN RS LCD
PC2 = Sebagai output data control ke PIN LCD
PC4 = Sebagai output data 0 ke LCD
PC5 = Sebagai output data 1 ke LCD
PC6 = Sebagai output data 2 ke LCD
PC7 = Sebagai output data 3 ke LCD
Lampiran 5
Listing Program Intelligent Light Control
$regfile = "m8535.dat" $crystal = 12000000 'Deklarasi Konfigurasi LCD Config Lcdpin = Pin , Db4 = Portc.4 , Db5 = Portc.5 , Db6 = Portc.6 , Db7 = Portc.7 , E = Portc.2 , Rs = Portc.0 Config Lcd = 16 * 2 Swautoman Alias Pinb.0 Switch1 Alias Pinb.1 Switch2 Alias Pinb.2 Switch3 Alias Pinb.3 Switch4 Alias Pinb.4 Switch5 Alias Pinb.5 Rp12 Alias Portd.7 Rp4 Alias Portd.6 Rsnkap Alias Portd.5 Lhijau Alias Portd.2 Lmerah Alias Portd.1 'Konfigurasi Interupsi Timer1 Config Timer1 = Timer Enable Interrupts Disable Timer1 Timer1 = 15000 On Timer1 Inttmr1 'Deklarasi Variabel Dim Dly As Byte , Idx As Byte , Automanual As Byte
Cls Upperline Lcd " INTELLEGENT "
Lampiran 5
Listing Program Intelligent Light Control
Lowerline Lcd " LIGHT CONTROL " Rsnkap = 1 '------------------------------------------------------------------------------- Do Debounce Swautoman , 0 , Auto Awal: If Automanual = 0 Then Debounce Switch1 , 0 , Manual1 Two: Debounce Switch2 , 0 , Manual2 Three: Debounce Switch3 , 0 , Manual3 Four: Debounce Switch4 , 0 , Manual4 Five: Debounce Switch5 , 0 , Manual5 Six: End If Loop
Lampiran 5
Listing Program Intelligent Light Control
End '---------------------------- Auto: If Automanual = 0 Then Automanual = 1 Idx = 1 Dly = 50 Upperline Lcd "-Otomatis- " Rp2 = 0 Rp4 = 0 Rsnkap = 1 Lowerline Lcd "Tanpa Kapasitor " Enable Timer1 Else Disable Timer1 Automanual = 0 Upperline Lcd " -- Manual -- " Lowerline Lcd "-Silahkan Tekan- " End If
Goto Awal '------------------------- Manual1: Gosub Disp Lowerline Lcd "Tanpa Kapasitor "
Lampiran 5
Listing Program Intelligent Light Control
Rp2 = 0 Rp4 = 0 Rsnkap = 1
Goto Four '-------------------------------- Manual4: Gosub Disp Lowerline Lcd "Kap Paralel 2uF " Rp2 = 0 Rp4 = 1 Rsnkap = 1 Goto Five '------------------------------- Manual5: Gosub Disp Lowerline Lcd "KapParalel 4uF " Rp2 = 1 Rp4 = 0 Rsnkap = 1 Goto Six '-------------------------------- Disp: Upperline Lcd "-Tombol Manual- " Return '--------------------------------- Inttmr1:
Lampiran 5
Listing Program Intelligent Light Control
Disable Timer1 Timer1 = 15000 Decr Dly Locate 1 , 13 Lcd "=>" Locate 1 , 15 Lcd " " Locate 1 , 15 Lcd Dly If Dly <= 0 Then Incr Idx If Idx = 2 Then Rp2 = 0 Rp4 = 0 Rsnkap = 0 If Idx = 3 Then Rp2 = 0 Rp4 = 0 Rsnkap = 0
If Idx = 4 Then Rp2 = 0 Rp4 = 0 Rsnkap = 1 Lowerline Lcd "Kap Paralel 2 uF " Dly = 180 End If If Idx = 5 Then Rp2 = 0 Rp4 = 1 Rs2 = 0 Rs4 = 0 Rsnkap = 1
Lampiran 5
Listing Program Intelligent Light Control
Lowerline Lcd "KapParalel 4 uF " Dly = 180 End If If Idx = 6 Then Rp2 = 1 Rp4 = 0 Rsnkap = 1 Lowerline Lcd "Tanpa Kapasitor " Dly = 180 Idx = 1 End If End If Enable Timer1 Return '-------------------------------