bab ii landasan teori

 BAB II
LANDASAN TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Pemanfaatan energi angin sebagai energi alternatif bukan merupakan hal
yang baru dilakukan. Belanda contohnya sudah sejak dulu telah menggunakan
angin sebagai sistem utama pengairan irigasi. Di Indonesia sendiri energi
energi
ini pun sudah banyak dilirik sebagai sumber energi alternatif untuk
angin
menghasilkan energi listrik skala kecil. Sudah banyak penelitian yang dilakukan
dengan menggunakan turbin angin jenis vertikal maupun horizontal. Perancangan
sistem konversi energi ini pun telah dilakukan pada penelitian-penelitian
terdahulu maupun tugas akhir (tahun 2009) yang menghasilkan dimensi turbin
angin poros vertikal yang cocok digunakan sesuai dengan data kecepatan angin
yang telah diukur . Hasilnya didapat dimensi turbin angin dengan diameter 0.5
dan tinggi 1 meter. Dari dimensi turbin tersebut mampu menghasilkan daya
sebesat 0.0673 Watt.
2.2 Tinjauan umum angin
2.2.1 Pengertian angin dan tekanan udara
Angin adalah massa udara yang bergerak yang disebabkan dari perbedaan
tekanan sehingga angin selalu bertiup dari tempat bertekanan tinggi ke tempat
bertekanan rendah . Angin bergerak secara horisontal dan vertikal dengan
pergerakan dinamis dan kecepatan yang fluktuatif dimana perputaran bumi
berpengaruh terhadap angin yang disebut pengaruh coriolis (corriolis effect). Hal
ini tidak terlepas karena udara itu sendiri adalah fluida yang kompresibel.
Tekanan udara normal ditunjukan pada tekanan kolom udara setinggi lapisan
atmosfer bumi pada garis lintang 45o dan temperatur 0o C . Besarnyatekanan udara
dinyatakan dalam satuan atmosfer (atm). tekanan udara diukur berdasarkan gaya
pada permukaan dengan luasan tertentu...................................................................
II-1
II-2
Besarnya 1 atm adalah setara dengan tekanan yang diberikan kolom air
raksa setinggi 760 mm sehingga 1 atm = 760 mm Hg = 14,7 Psi = 1,013 mbar dan
alat ukur untuk mengetahui tekanan angin adalah barometer. Ketinggian suatu
tempat
sangat mempengaruhi tekanan udara dimana pada umumnya setiap naik
100 meter maka tekanan udara berkurang.
Perbedaan tekanan udara pun berdasarkan garis edar matahari yang
menyebabkan fluktuasi temperatur musiman, bentangan laut dimana semakin
banyak uap air yang ditambahkan ke udara maka tekanan semakin besar dan yang
adalah ketinggian tempat itu sendiri. Unsur-unsur tersebut mempengaruhi
terahir
pusat
tekanan udara sendiri yang bersifat temporer dimana:
a) Pusat tekanan rendah disebut siklon,depresi atau low
b) Pusat tekanan tinggi disebut anti siklon atau high
c) Pusat tekanan rendah yang memanjang disebut palung atau rough
d) Pusat tekanan tinggi yang memanjang disebut ridge (punggung
bukit/mountain
2.2.2 Jenis angin (umum & yang ada di indonesia)
Angin yang mengikuti sirkulasi udara disebut prevailing wind dimana
prevailing wind pada daerah tropis disebut trade wind pada daerah beriklim
sedang disebut westerlies wind dan pada daerah kutub disebut polar wind. Di
indonesia sendiri terdapat ragam jenis angin yang sering dijumpai ,seperti:
a) Angin darat : angin yang berhembus dari darat menuju laut dan terjadi
pada malam hari
b) Angin laut : angin yang berhembus dari laut menuju darat dan terjadi pada
siang hari
c) Angin gunung : angin yang berhembus dari gunung menuju lembah dan
terjadi pada malam hari
d) Angin lembah : angin yang berhembus dari lembah menuju gunung dan
terjadi pada siang hari
II-3
2.2.3 Pengaruh geografis dan relief terhadap kondisi angin
Wilayah Indonesia berada di antara 6o LU – 11o LS dan merupakan daerah
tropis dengan dua musim yakni musim kemarau dan penghujan yang bergantian
setiap
enam bulan sekali.Musim kemarau berlangsung antara bulan April sampai
Oktober.
Adapun musim penghujan berlangsung antara bulan Oktober sampai
April. Terjadinya perubahan musim ini disebabkan oleh terjadinya peredaran
semu matahari setiap tahun.
Perubahan letak terbitnya matahari berpengaruh terhadap intensitas cahaya
matahari
pada wilayah yang berkaitan langsung dengan tempat lintasan peredaran
semu
matahari tersebut. Salah satu akibat dari peredaran semu tahunan matahari
adalah terjadinya perubahan gerakan angin yang dikenal dengan nama angin
muson. Angin muson adalah angin yang bertiup setiap 6 bulan sekali dan selalu
berganti arah. Di Indonesia terdapat dua angin muson, yaitu:
a.
Angin muson barat
Bertiup setiap bulan Oktober sampai Maret, saat kedudukan semu
matahari di belahan bumi selatan. Hal ini menyebabkan tekanan udara maksimum
di Asia dan tekanan udara minimum di Australia, maka bertiuplah angin dari Asia
ke Australia (tekanan tinggi ke rendah). Karena angin melalui Samudra Hindia,
maka angin tersebut mengandung uap air yang banyak, sehingga pada bulan
Oktober sampai Maret di Indonesia terjadi musim penghujan.
b.
Angin muson timur
Bertiup mulai bulan April sampai September, di mana kedudukan semu
matahari di belahan bumi utara. Akibatnya tekanan udara di Asia rendah dan
tekanan udara di Australia tinggi, sehingga angin bertiup dari Australia ke Asia.
Angin tersebut melewati gurun yang luas di Australia, sehingga bersifat kering.
Oleh karena itu Indonesia saat itu mengalami musim kemarau.
2.3 Turbin angin
Turbin angin adalah kincir angin yang digunakan untuk membangkitkan
tenaga listrik. Turbin angin ini pada awalnya dibuat untuk mengakomodasi
kebutuhan para petani dalam melakukan penggilingan padi, keperluan irigasi, dll.
II-4
Turbin angin terdahulu banyak dibangun di Denmark, Belanda, dan negara-negara
Eropa lainnya dan lebih dikenal dengan Windmill.
Kini turbin angin lebih banyak digunakan untuk mengakomodasi
kebutuhan
listrik masyarakat, dengan menggunakan prinsip konversi energi dan
menggunakan
sumber daya alam yang dapat diperbaharui yaitu angin. Walaupun
sampai saat ini pembangunan turbin angin masih belum dapat menyaingi
pembangkit listrik konvensonal (Contoh: PLTD, PLTU, dll), turbin angin masih
lebih dikembangkan oleh para ilmuwan karena dalam waktu dekat manusia akan
dihadapkan
dengan masalah kekurangan sumber daya alam tak terbaharui
(Contoh
: batubara, minyak bumi) sebagai bahan dasar untuk membangkitkan
listrik.
Pada awal sejarahnya jenis turbin angin yang pertama dibuat yaitu jenis
sumbu vertikal oleh bangsa persia seiring perkembangan jaman maka jenis sumbu
horisontal pun ditemukan. Berikut penjelasan mengenai kedua jenis utama turbin
angin :
2.3.1 TASV (turbin angin sumbu vertikal )
Gambar 2.1 Jenis TASV
Turbin angin sumbu vertikal (TASV) memiliki poros / sumbu rotor utama
yang disusun tegak lurus (tampak pada gambar 2.1) . Kelebihan utama susunan ini
adalah turbin tidak harus diarahkan ke angin agar menjadi efektif. Kelebihan ini
sangat berguna di tempat-tempat yang arah anginnya sangat bervariasi. VAWT
mampu mendayagunakan angin dari berbagai arah.
Dengan sumbu yang vertikal, generator serta gearbox bisa ditempatkan di
dekat tanah, jadi menara tidak perlu menyokongnya dan lebih mudah diakses
untuk keperluan perawatan. Tapi ini menyebabkan sejumlah desain menghasilkan
II-5
tenaga putaran yang berdenyut. Drag adalah gaya yang menahan pergerakan
sebuah benda padat melalui fluida (zat cair atau gas) bisa saja tercipta saat kincir
berputar.
Karena sulit dipasang di atas menara, turbin sumbu tegak sering dipasang
lebih
dekat ke dasar tempat ia diletakkan, seperti tanah atau puncak atap sebuah
bangunan. Kecepatan angin lebih pelan pada ketinggian yang rendah, sehingga
yang tersedia adalah energi angin yang sedikit. Aliran udara di dekat tanah dan
obyek yang lain mampu menciptakan aliran yang bergolak, yang bisa
menyebabkan
berbagai permasalahan yang berkaitan dengan getaran, diantaranya
kebisingan
dan bearing wear yang akan meningkatkan biaya pemeliharaan atau
mempersingkat umur turbin angin. Jika tinggi puncak atap yang dipasangi menara
turbin kira-kira 50% dari tinggi bangunan, ini merupakan titik optimal bagi energi
angin yang maksimal dan turbulensi angin yang minimal.
2.3.1.1 Kelebihan TASV
a)
Tidak membutuhkan struktur menara yang besar.
b)
Karena bilah-bilah rotornya vertikal, tidak dibutuhkan mekanisme yaw.
c)
Sebuah TASV bisa diletakkan lebih dekat ke tanah, membuat
pemeliharaan bagian-bagiannya yang bergerak jadi lebih mudah.
d)
TASV memiliki sudut airfoil (bentuk bilah sebuah baling-baling yang
terlihat secara melintang) yang lebih tinggi, memberikan keaerodinamisan
yang tinggi sembari mengurangi drag pada tekanan yang rendah dan
tinggi.
e)
Desain TASV berbilah lurus dengan potongan melintang berbentuk kotak
atau empat persegi panjang memiliki wilayah tiupan yang lebih besar
untuk diameter tertentu daripada wilayah tiupan berbentuk lingkarannya
TASH.
f)
TASV biasanya memiliki tip speed ratio (perbandingan antara kecepatan
putaran dari ujung sebuah bilah dengan laju sebenarnya angin) yang lebih
rendah sehingga lebih kecil kemungkinannya rusak di saat angin
berhembus sangat kencang.
g)
TASV bisa didirikan pada lokasi-lokasi dimana struktur yang lebih tinggi
dilarang dibangun.
II-6
h)
berbagai lokasi yang menyalurkan angin serta meningkatkan laju angin
(seperti gunung atau bukit yang puncaknya datar dan puncak bukit),
i)
TASV tidak harus diubah posisinya jika arah angin berubah.
j)
Kincir pada TASV mudah dilihat dan dihindari burung.
2.3.1.2 Kekurangan TASV
a)
TASV yang ditempatkan di dekat tanah bisa mengambil keuntungan dari
Kebanyakan TASV memproduksi energi hanya 50% dari efisiensi TASH
karena drag tambahan yang dimilikinya saat kincir berputar.
b)
TASV tidak mengambil keuntungan dari angin yang melaju lebih kencang
di elevasi yang lebih tinggi.
c)
Kebanyakan
TASV
mempunyai
torsi
awal
yang
rendah,
dan
membutuhkan energi untuk mulai berputar.
d)
Sebuah TASV yang menggunakan kabel untuk menyanggahnya memberi
tekanan pada bantalan dasar karena semua berat rotor dibebankan pada
bantalan. Kabel yang dikaitkan ke puncak bantalan meningkatkan daya
dorong ke bawah saat angin bertiup.
Turbin angin savonius adalah salah satu jenis dari VAWT yang memiliki
beberapa varian berdasarkan bentuk bilahnya sendiri, seperti ditunjukan pada
gambar 2.2 dibawah ini.
Gambar 2.2 Tipe rotor savonius
2.3.2 Energi kinetik angin
Energi kinetik angin berasal dari energi pada masa udara yang bergerak
yang dipengaruhi pula oleh luas sapuan rotor dan besarnya kecepatan angin yang
menabrak blade turbin angin. Secara matematis rumus perhitungan energi kinetik
II-7
angin sama dengan rumus fisika klasik mengenai energi kinetik adalah sebagai
berikut :
.................................................................................................(2.1)
Dimana
m = massa udara yang diasumsikan sebagai blok udara yang memiliki
penampang dan kecepatan tertentu sehingga
luasan
.....................................................................................................(2.2)
Sehingga dari persamaan diatas dapat disimpulkan
P= Energi persatuan waktu
.............................................................................................(2.3)
⍴= massa jenis udara (kg/m3)
A= luas sapuan turbin (m2)
V= kecepatan angin (m/s)
2.3.2 Koefisien energi
Ketika aliran udara melewati vane penghalang, aliran tersebut akan
membentuk garis aliran (streamline). Hal ini tejadi akibat kesetimbangan debet
aliran massa (asas kontinuitas), yang mengakibatkan terjadinya gaya hambat
(drag) pada permukaan vane yang sejajar permukaan dan gaya angkat (lift) tegak
lurus permukaan. Persamaan kecepatan pola aliran (streamwise) pada bilah
dengan luas penampang berbeda yang dipengaruhi oleh faktor induksi aksial dan
kecepatan datang angin.
Suatu aliran udara yang bergerak melewati sebuah vane tidak dapat
memberikan semua energinya ke vane, karena sebagian energi kinetik udara
disimpan untuk melepaskan aliran udara dari vane setelah berinteraksi. Oleh
karena itu sebuah rotor turbin tidah akan menyerap 100% energi angin.
Untuk mengekspresikan energi output P dari sebuah turbin, sebuah
besaran tanpa satuan koefisien Cp diikutsertakan. Maka persamaan energi
outputnya menjadi :
P = x Cp x ⍴ x A x u3 ......................................................................................(2.4)
Dimana :
P
= energi output (watt)
II-8
= koefisien energi
Cp
⍴
= massa jenis udara
A
= Luas rotor (m3)
U = kecepatan angin (m/s)
Sedangkan rumusan untuk mencari kecepatan angular turbin digunakan
persamaan Tip Speed Ratio :
.............................../......................................(2.5)
Sehingga:
.......................................................................................................(2.6)
Gaya pada turbin:
................................................................................(2.7)
⍴
Dimana:
v2 = kecepatan angin sebelum menabrak bilah
v1 = kecepatan angin setelah menabrak bilah (diasumsikan = 0 m/s)
T= F x l ..............................................................................................(2.8)
Dimana :
l= jarak tumbukan optimal pada bilah terhadap pusat bilah
2.3.3 Tip speed ratio
Tip speed ratio (TSR) untuk turbin angin adalah rasio kecepatan pada
ujung bilah turbin terhadap kecepatan angin sesungguhnya. Jika kecepatan pada
ujung bilah sama dengan kecepatan angin sesungguhnya maka rasionya adalah 1.
Angka TSR ada kaitannya dengan efisiensi turbin angin itu sendiri dimana
variasinya bergantung pada jenis bilah yang digunakan. Semakin tinggi angka
TSR maka semakin tinggi pula tingkat kebisingan yang dihasilkan sehingga
diperlukan bilah yang lebih kuat agar dapat menahan gaya sentrifugal yang
dihasilkan putaran turbin. Secara matematis cara menghitung TSR adalah sebagai
berikut:
.............................................................(2.9)
II-9
Berikut adalah grafik yang menunjukan tentang hubungan antara Cp
terhadap TSR yang digambarkan pada gambar 2.3, berdasarkan jenis turbin angin:
Gambar 2.3 Grafik TSR-Cp
2.4 Elemen mesin
2.4.1 Poros turbin
Poros merupakan salah satu bagian elemen mesin yang fungsinya untuk
menumpu, meneruskan putaran dan daya.
Macam-macam poros :
1.
Spindel.
Poros transmisi yang relatif pendek, dimana beban utamanya adalah
beban puntir.Contoh: Poros mesin bor.
2.
Gandar.
Poros (berputar/tidak berputar) untuk menumpu bagian mesin dan hanya
mendapat beban lentur. Contoh: Poros pada kereta gandeng.
3.
Poros.
Poros transmisi yang menerima beban kombinasi, beban puntir dan lentur
secara bersamaan.
Berdasarkan pembebanannya poros dibagi tiga jenis,yaitu:
1.
Poros dengan beban puntir
2.
Poros dengan beban lentur
3.
Poros dengan beban puntir dan lentur
II-10
Poros yang akan digunakan kali ini adalah poros dengan beban lentur.
Ilustrasi digambarkan pada gambar 2.4 . karena kegunaanya hanya diperuntukan
sebagai penumpu turbin dengan perhitungan teoritisnya sebagai berikut:
Gambar 2.4 Poros dengan beban lentur
1.
Beban Lentur
M
: N.mm / kg.mm
2.
Tegangan geser yang diijinkan
τa
(N/mm2)
Tegangan geser dihitung atas dasar kelelahan puntir.
Kelelahan puntir
= 40 % . kelelahan tarik
Kelelahan tarik
= 45 % . kekuatan tarik (σu)
τa
= 40 % . 45 % . σu
τa
= 1 / 5,6 . σu
Untuk bahan SF
τa
= 1 / 6 . σu
Untuk bahan SC
Faktor ini dinyatakan dengan Sf 1
 Alur pasak

konsentrasi 
 poros ber tan gga   tegangan   Sf 2  1,3  3




u
....................................................(2.10)
a 
( N / mm 2 )
Sf1 . Sf 2
3.
Faktor koreksi momen puntir (Kt)
Kt  1
 Beban dikenakan sec ara halus
Kt  1  1,5  Beban dikenakan sedikit keju tan
Kt  1,5  3  Beban dikenakan dengan keju tan
II-11
4.
5.
Faktor koreksi momen lentur (Km)
Km  1,5
 Tumbukan halus
Km  1  2
 Tumbukan ringan
Km  2  3
 Tumbukan berat
Diameter Poros
M 

I
R
Dimana
(ds, do, di )
...............................................................................(2.11)
: M = Momen lentur yang terjadi
σ = Tegangan lentur yang terjadi.
R = Jari-jari (d/2)
I
I

64
d4

=

do
64
4
Momen inersia .................................................
 di 4

...................................................(2.12)
d /2.M


M

 .d 4 
4

d /2
64
 / 64 . d
32
 d3 
.M
 .
10,2

 d 
.M
 

.......................................................................................................(2.13)
  a
Poros Pejal
10,2

ds  
. Kt . Km . M 
a

1/ 3
..............................................( 2.14)
Poros Berongga
M


4
4
do / 2
 / 64 . do  di


M . do / 2
 / 64 . do 4  di 4  

di 4 



 / 64 . do 4 . 1  4  
do
 / 64 . do 3 .1  k 4  
do3 
M / 2 .
 / 64 . 1  k 4

M . do / 2

di
k
do
M
2 .  ....................................................(2.15)

1/ 3
II-12
do3 
 10,2

do  
.M
4
 . 1  k

6
32 . M
 .  . 1 k 4




1/ 3
  a
 10,2

do  
.
Kt
.
Km
.
M

4
 a . 1  k



1/ 3
.........................................(2.16)
Hasil perencanaan
Ds =
Do =
2.4.2 Bantalan
Bearing adalah elemen mesin yang menumpu poros sehingga putaran
dapat berlangsung dengan smoot dan aman.Bearing harus cukup kokoh untuk
memastikan poros serta elemen mesin lainya bekerja dengan baik. Jika bearing
tidak berfungsi dengan baik maka prestasi seluruh system akan menurun atau tak
dapat bekerja secara semestinya.
Klasifikasi Bearing berdasarkan atas arah beban terhadap poros .
1. Radial bearing / bantalan radial
Arah beban yang ditumpu bearing adalah tegak lurus sumbu poros.
2. Thrust bearing / bantalan aksial
Arah beban yang ditumpu bearing adalah sejajar sumbu poros.
3. Kombinasi a & b
Bearing ini dapat menumpu beban yang arahnya sejajar dan tegak
lurus sumbu poros.
2.4.3 Roda gigi
Roda gigi merupakan transmisi berbentuk roda yang memiliki profil alur
atau bergerigi pada sekelilingnya. Roda gigi digunakan untuk mentransmisikan
daya pada jarak dekat sehingga pemindahan daya dilakukan dengan tepat. Jika
dibanding jenis transmisi lain, roda gigi memiki kelebihan dimana bidang kontak
permukaan luas dan kemungkinan slip tidak ada. Secara umum roda gigi dibagi 3
II-13
tipe yaitu roda gigi lurus,roda gigi helix dan roda gigi cacing (gambar 2.5).pada
gambar 2.7 dan 2.8 ilustrasi kaitan antara profil roda gigi involut dengan panjang
lintasan kontak. Berikut varian bentuk dari roda gigi tersebut :
Gambar 2.5 Bentuk roda gigi
Gambar 2.6 Kaitan antara profil roda gigi involut
Gambar 2.7 Panjang lintasan kontak
II-14
Gambar 2.8 nama-nama bagian roda gigi dan ukuranya :
Gambar 2.8 Bagian roda gigi
Perhitungan roda gigi

Modul :
m

d
z
...................................................................................(2.17)
Jarak bagi lingkar :
t
 .d
...................................................................................(2.18)
z
t   .m

Tinggi kaki
dimana :

ck : 0.25 x m (kelonggaran puncak)
Tebal gigi
Tebal gigi 
= m + ck....................................................................(2.19)
.m
2 ...................................................................................(2.20)
II-15
Gambar 2.9 gaya pada roda gigi
Gambar 2.10 Profil gigi
PERHITUNGAN RODA GIGI
1. Daya yang akan ditransmisikan
Putaran poros motor penggerak
P
n1
: Kw/Hp
: rpm
Putaran poros mesin yg digerakan
n2
: rpm
Perbandingan putaran
i
:
Diameter pinion
d1
: mm
Diameter wheel
d2
: mm
Jarak antar sumbu poros
C
: mm
2. Faktor koreksi
fc
:
3. Daya rencana
Pd
: P. fc
II-16
4. Diameter sementara lingkar jarak bagi
d1 
2.C
1  i .....................(2.21)
d2 
2.C.i
1  i ....................(2.22)
5. Pemilihan modul
 Pd 
n   mod ul
 max 
6. Jumlah gigi
Z1 
d1
m ........................(2.23)
Z2 
d2
m .......................(2.24)
7. Diameter lingkar jarak bagi
d1 = m. Z1.....................(2.25)
d2 = m. Z2....................(2.26)
8. Kelonggaran puncak
Ck = 0.25 . m..............(2.27)
9. Diameter kepala
dk1 = (Z1 + 2). M.........(2.28)
dk2 = (Z2 + 2). M.........(2.29)
Diameter kaki
df1 = (Z1 – 2). m – 2 . Ck......(2.30)
df2 = (Z2 – 2). m – 2 . Ck........|(2.31)
Tinggi gigi
10. Faktor bentuk gigi
H = 2.m + Ck .............(2.32)
Z1  .......  Y1 
Z2  .......  Y2 
11. Kecepatan keliling gear
V
 .d .n
60 ....................(2.33)
II-17
102 . Pd
V
.............(2.34)
12. Gaya tangensial
Ft 
13. Faktor dinamis
fv = (tabel fv)
14. Bahan gear
(kg/mm2)
Teg.lentur ijin σa (kg/mm2)
Kekuatan tarik σu / σB
Kekerasan HB
Faktor teg.kontak KH
(kg/mm2)
15. Beban lentur yg diijinkan persatuan lebar
Fb   a .m.Y . fv (kg/mm)...(2.35)
Fb1   a1.m.Y1. fv .................(2.36)
Fb2   a 2 .m.Y2 . fv ................(2.37)
Beban permukaan yg diijinkan persatuan lebar
FH  f v .KH .d1
2.Z 2
Z1  Z 2
(kg/mm)..........................................................................................................(2.38)
b
17. Pengecekan
b
 6  10
m
................(2.40)
18. Hasil perhitungan.
Ft
F min
16. Lebar gigi
Dk1 =
Z1=
Dk2 =
Z2=
(mm)........(2.39)
II-18
2.5 Kontruksi Rangka
Rangka adalah suatu kontruksi yang menopang turbin angin sehingga
dapat ditempatkan sebagaimana mestinya. Jenis yang paling umum digunakan ada
2 yaitu
kontruksi menara dan kontruksi tiang (pipa),kedua jenis ini digunakan
berdasarkan
kebutuhan termasuk variasi yang diinginkannya.
2.6 Generator
Generator merupakan sumber utama energi listrik yang dipakai sekarang
ini dan merupakan converter terbesar di dunia. Pada prinsipnya tegangan yang
dihasilkan
generator bersifat bolak-balik, sedangkan generator yang menghasilkan
tegangan searah karena telah mengalami proses penyearahan. Generator adalah
suatu mesin yang menggunakan magnet untuk mengubah energi mekanis menjadi
energi listrik. Prinsip generator secara sederhana dapat dikatakan bahwa tegangan
diinduksikan pada konduktor apabila konduktor tersebut bergerak pada medan
magnet sehingga memotong garis-garis gaya2. Hukum tangan kanan Fleming
(gambar 2.11) berlaku pada generator dimana menyebutkan bahwa terdapat
hubungan antara penghantar bergerak, arah medan magnet dan arah resultan dari
aliran arus yang terinduksi. Apabila ibu jari menunjukkan arah gerakan
penghantar, telunjuk menunjukkan arah fluks, jari tengah menunjukkan arah
aliran elektron yang terinduksi.
Gambar 2.11 Kaidah tangan kanan fleming
Hukum ini juga berlaku apabila magnet sebagai pengganti penghantar
yang digerakkan. Jumlah tegangan yang diinduksikan pada penghantar saat
penghantar bergerak pada medan magnet tergantung pada :
1. Kekuatan medan magnet, makin kuat medan magnet makin besar
tegangan yang diinduksikan.
II-19
2. Kecepatan penghantar dalam memotong fluks, makin cepat maka
semakin besar tegangan yang diinduksikan.
3. Sudut perpotongan, pada sudut 90 derajat tegangan induksi maksimum
dan tegangan kurang bila kurang dari 90 derajat.
4. Panjang penghantar pada medan magnet.
2.7 Transmisi elektrik
2.7.1 Rangkaian Regulator
Berfungsi membatasi tegangan yang bersumber dari generator. Tegangan
yang fluktuatif menyebabkan perlunya pembatasan tegangan yang akan dipasok
ke baterai, hal ini diperlukan untuk menjaga agar tegangan yang dipasok ke
baterai sesuai kebutuhan sehingga dapat menjaga agar umur baterai terjaga dan
aman untuk rangkaiaan lainnya.
2.7.2 Rangkaian Automatic Battery Charger
Merupakan rangkaian yang berfungsi mengalirkan tegangan dan arus yang
dipasok dari regulator menuju bateri selama baterai mengalami penurunan
tegangan akibat pasokan arus ke beban oleh baterai. Selama baterai dinilai
mengalami penurunan tegangan dan arus, rangkaian ini akan terus mengalirkan
arus dan tegangan yang berasal dari generator yang sebelumnya telah diregulasi
oleh regulator. Ketika baterai telah dalam kondisi penuh, maka rangkaian ini akan
memutuskan aliran sehingga proses pengisian ke baterai terhenti.
2.7.3 Accumulator
Accumulator atau sering disebut accu (=aki) adalah salah satu komponen
utama dalam kendaraan bermotor, baik mobil atau motor, semua memerlukan aki
untuk dapat menghidupkan mesin kendaraan (mencatu arus pada dinamo stater
kendaraan). Aki mampu mengubah tenaga kimia menjadi energi listrik. Dikenal
dua jenis elemen yang merupakan sumber arus searah (DC) dari proses kimiaiwi,
yaitu elemen primer dan elemen sekunder. Elemen primer terdiri dari elemen
basah dan elemen kering. Reaksi kimia pada elemen primer menyebabkan
elektron mengalir dari elektroda negatif (katoda) ke elektroda positif (anoda) tidak
dapat dibalik arahnya.
II-20
Maka jika muatannya habis, maka elemen primer tidak dapat dimuati
kembali dan memerlukan penggantian bahan pereaksi (elemen kering). Sehingga
dilihat dari sisi ekonomis elemen primer dapat dikatakan cukup boros, contoh
elemen
primer adalah batu baterai (dry cells). Elemen sekunder dalam
pemakaiannya
harus diberi muatan terlebih dahulu sebelum digunakan, yaitu
dengan cara mengalirkan arus listrik (secara umum dikenal dengan istilah ’dicharge’). Akan tetapi, tidak seperti elemen primer, elemen sekunder dapat dimuati
kembali berulang kali. Elemen sekunder ini lebih dikenal dengan aki. Dalam
sebuah
aki berlangsung proses elektrokimia yang reversibel (bolak-balik) dengan
efisiensi
yang tinggi. Yang dimaksud dengan proses elektrokimia reversibel yaitu
di dalam aki saat dipakai berlangsung proses pengubahan kimia menjadi tenaga
listrik (discharging). Sedangkan saat diisi atau dimuati, terjadi proses tenaga
listrik menjadi tenaga kimia (charging).
2.8 Sistem pencahayaan
Cahaya hanya merupakan satu bagian berbagai jenis gelombang
elektromagnetis yang terbang ke angkasa. Gelombang tersebut memiliki panjang
dan frekuensi tertentu, yang nilainya dapat dibedakan dari energi cahaya lainnya
dalam spektrum elektromagnetisnya.
Cahaya dipancarkan dari suatu benda dengan fenomena sebagai berikut:
a) Pijar
padat dan cair memancarkan radiasi yang dapat dilihat bila
dipanaskan sampai suhu 1000K. Intensitas meningkat dan penampakan
menjadi semakin putih jika suhu naik.
b) Muatan Listrik: Jika arus listrik dilewatkan melalui gas maka atom dan
molekul
memancarkan
radiasi
dimana
spektrumnya
merupakan
karakteristik dari elemen yang ada.
c) Electro luminescence: Cahaya dihasilkan jika arus listrik dilewatkan
melalui padatan tertentu seperti semikonduktor atau bahan yang
mengandung fosfor.
d) Photoluminescence: Radiasi pada salah satu panjang gelombang diserap,
biasanya oleh suatu padatan, dan dipancarkan kembali pada berbagai
panjang gelombang. Bila radiasi yang dipancarkan kembali tersebut
II-21
merupakan fenomena yang dapat terlihat maka radiasi tersebut disebut
fluorescence atau phosphorescence.
Grafik cahaya nampak (gambar 2.12), menyatakan gelombang yang
sempit
diantara cahaya
ultraviolet (UV) dan energi inframerah (panas).
Gelombang cahaya tersebut mampu merangsang retina mata, yang menghasilkan
sensasi penglihatan yang disebut
pandangan. Oleh karena itu, penglihatan
memerlukan mata yang berfungsi dan cahaya yang nampak.
Gambar 2.12 Grafik Radiasi Tampak
Pada jaman dahulu manusia menghasilkan cahaya dengan cara
menyalakan api padahal energi yang dominan muncul dari api adalah panas
(kalor). Namun setelah berkembangnya teknologi maka sistem pencahayaan mulai
menggunakan alat berupa lampu. Lampu yang kita sering lihat sekarang ini adalah
lampu yang sudah menggunakan energi listrik sebagai sumber energi utamanya
dimana memiliki beberapa jenis berdasarkan perkembangannya. Jenis-jenis lampu
itu sendiri adalah sebaga berikut :
1. Lampu pijar (GLS)
2. Lampu tungsten-halogen
3. Lampu neon
4. Lampu sodium
5. Lampu uap merkuri
6. Lampu kombinasi
7. Lampu metal halida
8. Lampu LED
II-22
2.8.1 Lampu LED
Lampu
LED merupakan lampu terbaru yang merupakan sumber cahaya yang efisien
energinya.Ketika
lampu LED memancarkan cahaya nampak pada gelombang spektrum yang
sangat sempit,
mereka dapat memproduksi “cahaya putih”. Hal ini sesuai dengan kesatuan
susunan merah-biru-hijau atau lampu LED biru berlapis fospor. Lampu LED bertahan dari
40.000 hingga 100.000 jam tergantung pada warna. Lampu LED digunakan untuk banyak
penerapan pencahayaan seperti tanda keluar, sinyal lalu lintas, cahaya dibawah lemari, dan
berbagai
penerapan dekoratif.
Walaupun
masih dalam masa perkembangan, teknologi lampu LED sangat cepat
mengalami kemajuan dan menjanjikan untuk masa depan. Pada cahaya sinyal lalu lintas,
pasar yang kuat untuk LED, sinyal lalu lintas warna merah menggunakan lampu 10W yang
setara dengan 196 LEDs, menggantikan lampu pijar yang menggunakan 150W. Berbagai
perkiraan potensi penghematan energi berkisar dari 82% hingga 93%. Produk pengganti
LED, diproduksi dalam berbagai bentuk termasuk batang ringan, panel dan sekrup dalam
lampu LED, biasanya memiliki kekuatan 2-5W masing-masing, memberikan penghematan
yang cukup berarti dibanding lampu pijar dengan bonus keuntungan masa pakai yang lebih
lama, yang pada gilirannya mengurangi perawatan.
2.8.2 Komponen Pencahayaan
2.8.2.1 Luminer/ Reflektor
Elemen yang paling penting dalam perlengkapan cahaya, selain dari lampu, adalah
reflector. Reflektor berdampak pada banyaknya cahaya lampu mencapai area yang diterangi
dan juga pola distribusi cahayanya. Reflektor biasanya menyebar (dilapisi cat atau bubuk
putih sebagai penutup) atau specular (dilapis atau seperti kaca). Tingkat pemantulan bahan
reflektor dan bentuk reflektor berpengaruh langsung terhadap efektifitas dan efisiensi fitting.
Reflektor konvensional yang menyebar memiliki tingkat pemantulan 70-80% apabila baru.
Bahan yang lebih baru dengan daya pemantulan yang lebih tinggi atau semi-difusi memiliki
daya pemantulan sebesar 85%. Pendifusi/Diffuser konvensional menyerap cahaya lebih
banyak dan menyebarkannya daripada memantulkannya ke area yang dikehendaki. Lama
kelamaan nilai daya pantul dapat berkurang disebabkan penumpukan debu dan kotoran dan
perubahan warna menjadi kuning disebabkan oleh sinar UV.
Reflektor specular lebih efektif dimana pemantul ini memaksimalkan optik dan daya
pantul specular sehingga membiarkan pengontrolan cahaya yang lebih seksama dan jalan
II-23
pintas yang lebih tajam. Dalam kondisi baru, lampu ini memiliki nilai pantul sekitar 85-96%.
Nilai tersebut
tidak berkurang seperti pada reflektor konvensional yang berkurang karena
usia. Bahan yang umum digunakan adalah alumunium yang diberi perlakuan anoda (nilai
pantul 85-90%) dan lapisan perak yang dilaminasikan ke bahan logam (nilai pantul 91-95%).
Menambah (atau melapisi) alumunium dilakukan untuk mencapai nilai pantul lebih kurang
88-96%. Lampu
harus tetap bersih agar efektif, reflektor optik kaca tidak boleh digunakan
dalam
peralatan yang terbuka di industri dimana peralatan tersebut mungkin akan terkena
debu. Gambar 2.13 merupakan contoh dari optik kaca.
Gambar 2.13 Optik kaca luminer