LAPORAN PRAKTIKUM KONSERVASI ENERGI SISTEM PENERANGAN
Disusun sebagai salah satu tugas mata konservasi energi pada semester VI
Diusulkan Oleh : Rechan Afranzia Nugraha 131711021
POLITEKNIK NEGERI BANDUNG BANDUNG 2016 BAB I. PENDAHULUAN I.1. Latar Belakang
Kebutuhan akan tenaga listrik terus bertambah dari tahun ke tahun. Namun, ketersediaan bahan bakar fosil sebagai bahan bakar utama pembangkit listrik terus berkurang. Jika dilihat dari penggunaan listrik pada sektor bangunan, penggunaan energi listrik yang dominan salah satunya terdapat pada sistem pencahayaan, sehingga perlu dilakukan penghematan dalam pemanfaatannya. Berbagai cara dapat dilakukan dalam penghematan energi, pemerintah melalui PP No. 30 Tahun 2007 merumuskan upaya untuk menghadapi krisis energi di Indonesia melalui konservasi energi. Secara garis besar konservasi energi adalah upaya sistematis, terencana, dan terpadu untuk meningkatkan efisiensi pemanfaatannya. Salah satu langkah dalam konservasi energi adalah audit energi(pengukuran). Analisis data hasil audit energi akan menghasilkan seberapa besar peluang penghematan energi dengan langkah-langkah yang sesuai dengan kondisi eksisting. Dalam pelaksaan konservasi energi, dapat diaplikasikan pada praktikum konservasi energi salah satunya sistem pencahayaan. Dengan cara pengukuran langsung (audit) tingkat pencahayaan setiap lampu yaitu CFL, LED, Halogen dan TL dengan ballast kovensional dan elektrik, menganalisa hasil audit , menentukan langkah konservasi terbaik berdasarkan eksisting. I.2. Tujuan Berikut tujuan dari praktikum konservasi energi sistem penerangan :
Mahasiswa dapat mengidentifikasi konservasi energi yang dilakukan pada sistem
penerangan Mahasiswa dapat mengetahui penghematan setelah dilakukan konservasi energi pada sistem penerangan
I.3. Rumusan Masalah Berdasarkan latar belakang yang telah dijelaskan, maka dapat dirumuskan permasalahan yaitu menentukan langkah konservasi terbaik dalam rangka hemat energi pada setiap lampu. Dengan cara mengetahui daya terukur, tingkat pencahayaan, daya pencahayaan (efikasi), luas
2
bidang kerja, dan spesifikasi lampu yaitu CFL,LED,Halogen dan TL dengan ballast konvensional dan eletrik. BAB II. TINJAUAN PUSTAKA II.1. Tingkat Pencahayaan (Iluminasi) Tingkat Pencahayaan merupakan besarnya cahaya yang dibutuhkan untuk menerangi suatu ruangan. Tingkat pencahayaan digunakan untuk menentukan kualitas pencahayaan pada setiap ruangan sesuai dengan fungsinya. Lambang iluminasi adalah E dengan satuan lux (lux) sesuai persamaan berikut. E=
F A ……….(1)
Keterangan : E : Intensitas penerangan (lux) F : Fluks cahaya (luman) A : Luas bidang kerja (m2) Tingkat pencahayaan ini juga dapat dilakukan dengan cara pengukuran langsung menggunakan alat ukur luxmeter, sehingga dapat langsung diketahui nilai tingkat pencahayaan pada suatu bidang kerja tertentu. Berikut merupakan prosedur pengukuran pada sistem pencahayaan dengan menggunakan luxmeter. Dalam mengoperasikan atau menjalankan lux meter perlu diperhatikan alat sensornya, karena sensornyalah yang kan mengukur kekuatan penerangan suatu cahaya. Oleh karena itu sensor harus ditempatkan tegak lurus pada daerah yang akan diukur tingkat kekuatan cahayanya (iluminasi) secara tepat agar hasil yang ditampilkan pun akuarat. Adapun prosedur penggunaan alat ini adalah sebagai berikut : 1. Nyalakan luxmeter. 2. Pilih kisaran range yang akan diukur ( 2.000 lux, 20.000 lux atau 50.000 lux) pada tombol Range.
3
4
3. Arahkan sensor cahaya tegak lurus terhadap bidang kerja dengan menggunakan tangan pada permukaan daerah yang akan diukur kuat penerangannya. 4.
Lihat hasil pengukuran pada layar panel.
II.2. Efikasi Adalah rentang angka perbandingan antara fluks cahaya (lumen) dengan daya listrik suatu sumber cahaya (watt), dalam satuan lumen/watt. Efikasi juga disebut fluks cahaya spesifik, biasanya nilai efikasi ini didapat pada katalog dari suatu produk lampu. Nilai efikasi ini berbanding lurus dengan efisiensi lampu, sesuai persamaan berikut. eff =
energi terpakai (cahaya) ……. (2) input ( daya input)
Untuk mengetahui daya pencahayaan (efikasi) didapatkan dari nilai tingkat pencahayaan dari luxmeter dibagi dengan daya terukur yang ditunjukan oleh voltmeter dan amperemeter. II.3.Faktor Daya (Cos Phi) Faktor daya atau sering disebut cos θ adalah perbandingan daya sesungguhnya dengan daya semu. Semakin rendah nilai faktor daya akan mengakibatkan daya reaktif nya makin besar, sebaliknya jika nilai faktor daya semakin besar maka daya reaktif menuju 0 nol. Persamaan faktor daya dan faktor reaktif :
Keterangan : Cos phi = faktor daya P = Daya aktif (Watt) S = Daya semu (VA)
Pada umumnya suatu pabrik mempunyai faktor daya listrik yang rendah, hal ini disebabkan karena banyak menggunakan peralatan-peralatan seperti mesin-mesin, mesin las, lampu TL, transformewr dan lain -lain. 4
Untuk memperbaiki besarnya faktor daya listrik ini dapat dilakukan dengan memasang kapasitor daya secara paralel terhadap beban listrik tersebut. Hal ini dikarenakan pada faktor daya listrik yang rendah, peralatan listrik banyak menarik daya reaktif induktif sehingga perlu dikompensir dengan daya reaktif kapasitif agar faktor daya listrik dari peralatan tersebut menjadi lebih besar. Besarnya rating kapasitor daya dapat ditentukan setelah didapat data-data dari peralatan listrik, kemudian dilakukan perhitungan untuk mendapatkan rating kapasitor daya tersebut. Rating kapasitor daya dapat dihitung dengan menggunakan persamaan : C=
Qc … … … … …( 4) 2 V .w Keterangan : C = kapasitor (F) Qc = Daya reaktif kapasitor (VAR) V = Tegangan (V) w = 2 phi f
BAB III. METODE Berikut merupakan metode yang digunakan, antara lain : II.1. Prosedut Kerja 1. Periksa rangkaian yang sudah tersedia pada meja kerja 2. Catat spesifikasi dari lampu-lampu pada meja kerja 3. Rangkai secara tertutup sesuai skema rangkaian. Jika ingin menggunakan ballast konvensional,elektrik,tambah kapasitor,dan menggunkan jenis lampu yang lain. 4. Nyalakan MCB 5. Catat parameter yang dibutuhkan : - Tegangan (V) - Arus (A) - Intensitas cahaya dengan menggunakan luxmeter (Lux) - Tinggi lampu terhadap bidang kerja (cm) - Luas bidang kerja (m2) 6. Matikan MCB II.2. Skema Rangkaian dan Titik Pengukuran A. Skema Rangkaian 5
6
Berikut merupakan skema rangkaian yang digunakan dalam praktikum sistem pencahayaan. BK TL BE mcb C A
CFL L1 LED
L2 AC
~
V HLG
L3
Gambar skema rangkaian sistem pencahayaan (Sumber : Data Primer)
B. Titik Pengukuran Skema simulasi titk pengukuran tingkat pencahayaan pada bidang kerja (1m 2). Skema titik pengukuran dibawah digunakan untuk jenis lampu yang lain seperti : CFL,Halogen,LED. Namun,sebagai referensi kelompok kami menggunakan tiga titik pengukuran yaitu: di ujung kanan,di ujung kiri, dan di tengah yang tegak lurus dengan lampu.
Lampu Philips TLD 58W/54-765 Cool Daylight Lampu
62c m
Luxmet er
Bidang kerja
Gambar skema titik pengukuran (Sumber : Data Primer)
6
II.4.Alat dan Bahan Yang Digunakan Berikut merupakan alat dan bahan yang digunakan. Tabel 1. Alat dan Bahan
1
Lux meter
Lampu CFL
2
Kapasitor 8mF
Lampu LED
3
Volt meter
Lampu Halogen
4
Ampere meter
Lampu TL
5
Ballast Konvensional
Ballast Elektrik
7
BAB IV. Kompilasi Data dan Analisa Berikut merupakan data yang didapatkan mencangkup data primer hasil pengukuran dan data olahan beserta analisisnya. A. Data Primer 1. Spesifikasi Lampu Berikut merupakan spesifikasi lampu yang digunakan ketika praktikum sistem pencahayaan : Tabel 2 Spesifikasi Lampu
No 1
Jenis Lampu CFL
Spesifikasi Lampu Essential 18W 220-240V 50-60Hz I=130mA
2
Halogen
CoolDaylight 1100lm 61 lm/W Osram Concentra Germany 240V 60W
LED
R63 350 q538 10.5W Temperatur Warna 6500K 90mA
TL
220-240Vac 50/60 Hz Philips Lifemax Tubelight TL-D 58W/54-765
3 4 2. Pengukuran
Berikut merupakan data hasil pengukuran praktikum sistem pencahayaan : Tabel 3 Data Pengukuran
No 1
Jenis Lampu TL 58W +BK
Tegangan(V) 222
Arus(A)
Lux terukur
Keterangan
0.37
(lumen/m2) 975
Terjadi lonjakan arus dari nol – 0,6 – 0,37 (stabil) dan mengalami delay 2
2 3
TL 58W+BE TL 58W+BK+C
219 222
0,23 0,33
1005
detik Lampu terang,
947
tidak ada flick Mengalami delay selama 4 detik sebelum nyala stabil dan terdengar suara dengung 8
4
TL 58W+BE+C
219
0,65
1075
Terjadi kenaikan
5 6
LED Halogen
222 219
0,1 0,25
770 1105
arus dari biasanya Lampu terang Lampu terang berwana
7
CFL
222
0,13
2800
kekuningan Lampu terang
Kondisi ketika pengukuran : -
Pengukuran dilakukan sekitar pukul 8.30 di lab Tegangan Tinggi Pada saat pengukuran sistem pencahayaan pada bidang kerja, cahaya alami langsung terhalangi seperti yang ditunjukan simulasi berikut.
Cahaya alami
Oran g Jendela
Gambar Skema Kondisi Pengukuran (Sumber : Data Primer)
9
B. Data olahan Berikut merupakan data hasil olahan data primer : Tabel 4. Hasil Olahan Data.
N o
Jenis Lampu
1 2 3 4 5 6 7
TL 58W +BK TL 58W+BE TL 58W+BK+C TL 58W+BE+C LED Halogen CFL
Daya terukur (watt) 82.14 50,37 66.6 142.35 22.2 54.75 28.86
Lux terukur
Efikasi (Lum/watt/m2)
975 1005 947 1075 770 1105 280
11.86 19.95 14.2 7.55 34.6 20.18 9.7
Daya Terpasang (watt) 58 58 58 58 10.5 60 18
Cos phi 0.7 ≈0.85 0.87 0.4 0.47 ≈0.85 0.62
C. Analisis 1. Analisis Antara Lampu TL 58W Lampu TL dengan daya terpasang yang sama yaitu 58 W .Namun, dengan menggunakan ballast yang berbeda dan dengan penambahan kapasitor. Didapatkan hasil daya terukur, lux terukur, efikasi, dan cos phi pada table IV.3.
TL 58W + Ballast Konvensional (Kumparan)
Daya terukur yang paling tinggi adalah saat menggunakan ballast konvensional yaitu 82.14W dengan tingkat pencahayaan 975 lux. Sehingga daya pencahayaan yang dihasilkan kecil yaitu 11.86 lum/w/m2 dan nilai cos phi nya yaitu 0,7 ,hal ini disebabkan oleh induktor yang menyebabkan adanya daya listrik yang terbuang. Rangkaian yang ada komponen induktor akan mengakibatkan arus tertinggal (lagging) terhadap tegangan yang menimbulkan sudut fasa (cos phi), nilai cos phi ini lah yang akan mengakibatkan seberapa besar energi terbuang. Hal ini dibuktikan saat lampu TL 58W + ballast konvensional energi terbuang berupa terjadinyanya lonjakan arus sebesar 0,6 A sebelum stabil ke 0,37A dengan flick (kedip) 2 detik.
TL 58W + Ballast Elektrik Saat lampu TL dihubungkan dengan ballast elektronik arus starting menjadi lebih
stabil karena BE ini termasuk ballast hemat energi karena komponennya terdiri dari sistem rangkaian penyearah - inverter (power electronic) yang mampu menyalakan dan mematikan 10
pada frekuensi tinggi. Daya yang dihasilkan oleh lampu TL +ballast elektrik ini menjadi lebih kecil yaitu 50,37W dengan daya pencahayaan yang tinggi yaitu 19.95 lum/watt/m 2. Namun ada yang janggal yaitu daya terpasang lampu TL 58W sedangkan daya terukurnya 50,37W, ketika daya terukur (semu) lebih kecil dari daya nyata maka nilai cos phi nya akan ≈1.
TL 58W + Ballast Konvensional + Kapasitor Dengan penambahan kapasitor pada ballast konvensional ini berfungsi untuk
memperbaiki nilai cos phi, dimana akibat rangkaian yang ada komponen induktor yang mengakibatkan arus tertinggal (lagging) terhadap tegangan sehingga muncul sudut beda fasa (cos phi). Hal ini dibuktikan dengan saat lampu TL 58W+BK nilai cos phi 0,7 sedangkan saat memakai kapasitor nilai cos phi ≈ 0,85. Berikut merupakan persamaan menentukan nilai kapasitor.
11
Hal ini dibuktikan dengan name plate nilai kapasitor yang digunakan adalah 8 mF. Namun kekurangan kondisi ini adalah lampu TL masih mengalami flick(kedip) selama 4 detik dan terdengar suara dengung yang merupakan indikasi dari energi terbuang. Ballast konvensional + kapasitor menjadi lebih efektif hal ini ditunjukan dengan naiknya nilai efikasi setelah dipasang kapasitor yang semula 11.86 lum/watt/m2 menjadi 14.2 lum/watt/m2.
TL 58W + Ballast Elektrik + Kapasitor Dengan penambahan kapasitor pada ballast elektrik ini tidak bermanfaat seperti
ballast konvensional + kapasitor. Karena semakin banyaknya penggunaan ballast elektronik untuk meningkatkan efisiensi lampu, maka bentuk gelombang tegangan dan arus berubah menjadi nonsinusoidal. Seberapa jauh suatu gelombang menyimpang dari bentuk sinusoidal dinyatakan dengan besarnya kandungan harmonisa. Arus harmonisa adalah arus listrik yang frekuensinya kelipatan bulat dari frekuensi dasarnya (PT. PLN menggunakan frekuensi dasar 50 Hz). Artinya, arus harmonisa mempunyai frekuensi yang lebih tinggi dibanding frekuensi dasar 50 Hz. Berlawanan dengan trafo atau induktor, kapasitor mempunyai impedansi atau hambatan yang rendah pada frekuensi yang tinggi. Karena arus listrik cenderung mengalir melalui melalui lintasan yang hambatannya rendah maka arus harmonisa cenderung mengalir melalui kapasitor. Akibatnya, kapasitor bisa mengalami arus lebih karena adanya harmonisa. Hal ini dibuktikan dengan nilai arus yang tinggi yaitu 0,65A saat ballast elektronik + kapasitor, salah satu solusi dari permasalahan ini adalah dengan memasang induktor yang dipasang seri untuk mencegah mengalirnya arus harmonisa melalui kapasitor. Namun biaya pemasangan kapasitor menjadi lebih mahal. 2. Analisis Antara Lampu CFL dengan LED Berikut merupakan analisis antara lampu CFL (compact flourscent) dan LED (light emited diode) berdasarkan aspek hemat energinya.
Lampu CFL, merupakan teknologi lampu pengembangan dari lampu Incandescent Light Bulbs (ILB), pada masanya lampu ini merupakan lampu hemat energi karena 12
dengan memiliki daya yang relatif kecil dengan warna cahayanya yang putih dan tingkat pencahayaan yang baik. Namun lampu CFL memiliki kekurangan diantaranya. - Memliki efek buruk pada lingkungan,hal ini disebabkan lampu CFL mengandung merkuri, logam beracun,dan harus didaur ulang secara benar ketika terbakar -
habis. Color Temperature / suhu warna = makin tinggi nilainya makin putih warna cahayanya dan sebaliknya makin kecil nilainya makin kuning warna cahayanya.
Jika berdasarkan hasil praktikum lampu CFL18W memiliki tingkat pencahayaan yang tinggi yaitu 2800 lux namun daya semunya pun tinggi yaitu 28,86W sehingga efikasi yang dihasilkan lebih rendah yaitu 9,7 lum/w/m 2 dibandingkan dengan LED, dimana efikasi ≈ eff , sehingga bisa dikatakan lampu LED lebih hemat energi.
Lampu LED memiliki kelebihan yang tidak dimiliki oleh lampu CFL, yakni ketahahannya hingga puluhan tahun serta efisiensi nya yang jauh lebih baik. Hal ini dibuktikan dengan hasil praktikum dimana dengan daya hanya 10.5W mampu menghasilkan tingkat pencahayaan yang baik yaitu 770 lux dengan daya semu yang rendah dibandingkan dengan lampu CFL yaitu 22.2W : 28.68W, sehingga nilai efikasinya pun lebih tinggi dibandingkan CFL yaitu berkisar 34W. Dengan lifetime yang lama yaitu 5000 jam dan effisiensi yang lebih baik dari lampu CFL, maka lampu LED menjadi solusi lampu hemat energi pada masa ini.
3. Analisis General Dari Segi Pemanfaatannya Berikut merupakan analisis general dilihat dari segi pemanfaatan setiap lampu.
Lampu TL 58W Langkah terbaik dari pemanfaatan lampu TL 58W sesuai hasil praktikum adalah
dengan menggunakan ballast elektronik, penggunaan lampu TL kebanyakan digunakan pada ruangan gedung yang luas(industri,gedung komersil,pemerintahan) karena faktor kenyamanan dari tingkat pencahayaannya. Hal ini dapat terlihat saat lampu TL 58W + ballast elektronik unggul dari segala aspek mulai dari tingkat pencahayaan, daya , efikasi, dan faktor daya dibandingkan lampu TL + BK atau lampu TL + BK +kapasitor. 13
Lampu CFL Lampu CFL masih banyak digunakan pada sektor rumah tangga, karena masyarakat
beranggapan harga lampu CFL lebih murah dibandingkan lampu yang lainnya untuk menghasilkan tingkat pencahayaan yang baik. Jika dilihat dari aspek yang lainnya lampu CFL memiliki tingkat pencahayaan yang baik, namun membutuhkan daya yang besar.
Lampu LED Pemanfaatan lampu hemat energi jenis lampu LED masih kurang di sektor rumah
tangga karena harganya yang 2x lipat dibandingkan lampu CFL, namun jika masyarakat mengerti tentang karakteristik lampu LED seperti lifetime yang lama, effisiensi yang baik, dan tingkat pencahayaan yang baik pula. Maka harga tersebut sebanding dengan keunggulan dari lampu LED.
Lampu Halogen Lampu halogen banyak digunakan di panggung (Stage Lighting) ataupun studio untuk
lampu sorot. Hal ini didasarkan pada sifat-sifat yang dimiliki oleh lampu halogen yang dimana pengaturan cahayanya (dimmer) lebih mudah dilakukan dan ON/OFF dapat secara langsung, disesuaikan dengan kebutuhan sistem penerangan panggung / studio yang diinginkan. Lampu halogen juga digunakan untuk penerangan yang memerlukan fisik lampu yang lebih kecil tetapi dengan fluks cahaya yang tinggi (landasan pacu kapal terbang). Dengan alasan yang sama lampu halogen juga banyak digunakan sebagai lampu proyektor dalam “overhead projector”, lampu depan mobil, dll. Hal ini dibuktikan dengan hasil praktikum dimana fluks cahaya lampu halogen 60W berkisar 1105 lum/watt dengan daya terukur 54.75W, hal ini menyebabkan efikasinya menjadi lebih tinggi yaitu 20.18 lum/w/m2, bahkan lebih tinggi dibandingkan lampu CFL dan lamu TL.
BAB V. KESIMPULAN Berdasarkan hasil praktikum konservasi sistem pencahayaan didapatkan kesimpulan sebagai berikut.
14
1. Terdapat beberapa konservasi yang dilakukan pada praktikum sistem pencahayaan diantaranya. - Low cost : membersihkan lampu, hal tersebut tidak dilakukan saat praktikum sistem pencahayaan. Namun bisa dijadikan opsi untuk meningkatkan efisiensi dari -
lampu. Medium cost : mengganti ballast konvensional dengan ballast elektrik. Hal tersebut menjadi solusi lampu hemat energi yang diterapkan pada lampu TL58W, dimana dari aspek pencahayaan,efikasi, daya, dan cos phi. Lampu TL 58W +
-
ballast elektrik lebih baik dari lampu TL lainnya. High cost : dengan mengganti lampu, seperti lampu CFL diganti dengan lampu LED yang lebih hemat energi, atau lampu TL yang diganti dengan lampu LED
tabung. 2. Penghematan setelah dilakukan konservasi yaitu sebagai berikut. No 1
2
Sebelum Konservasi Lampu TL 58W + BK
Setelah Konservasi 1 Lampu TL 58W+ BK+C
Setelah Konservasi 2 Lampu TL 58W+BE
Efikasi = 11,86 lum/w/m2
8mF
Efikasi = 19,95 lum/w/m2
Lampu CFL 18W
Efikasi = 14,2 lum/w/m2 Diganti dengan LED
Efikasi = 9,7 lum/w/m2
10.5W Efikasi = 34,6 lum/w/m2 DAFTAR PUSTAKA
Understanding power quality, B. Gridwood, Energy Mad Ltd. Understanding power and power quality measurement, – , http://www.transcat.com. Understanding power factor, – , http://www.princetongreen.org http://electricsourcestation.blogspot.co.id/2009/04/klasifikasi-jenis-dan-model-lampu-serta.html/ diunduh pada tanggal 25-03-2016, 10:00 https://konversi.wordpress.com/2009/11/18/kapasitor-bermanfaat-sekaligus-berbahaya/ diunduh pada tanggal 25-03-2016, 12:00
15
https://gulangguling.com/2015/08/03/lampu-led-lebih-hemat-perbandingan-ukuran-watt-lampuled-dan-neon/ diunduh pada tanggal 26-03-2016, 07:00
16
