KETERBATASAN SUMBER ENERGI FOSIL

KETERBATASAN SUMBER ENERGI FOSIL

Sudaryono – Widyaiswara PPPPTK BOE Malang

email : sudaryono_2000@yahoo.com

Abstrak

Pemakaian energi semakin lama semakin meningkat menyebabkan sumber energi fosil seperti minyak, batubara dan gas alam semakin menipis.  Cadangan minyak semakin menipis disebabkan pemakaian minyak sebagai bahan bakar transportasi dan pembangkit listrik semakin meningkat. Pemakaian minyak pada kendaraan dan pembangkit tenaga listrik dapat menimbulkan emisi gas buang akan mencemari lingkungan dan mengganggu kesehatan manusia serta menyebabkan menipisnya cadangan minyak. Perlu dikembangkan energi alternatif untuk mengatasi krisis energi dan mengurangi pemakaian minyak pada transportasi, rumah tangga dan industri. Pemanfaatan hidrogen sebagai bakan bakar fuel cell untuk membangkitkan energi listrik adalah salah satu solusi untuk mengurangi ketergantungan akan minyak dan mengurangi pencemaran lingkungan.

Kata Kunci: sumber energi fosil, konsumsi bahan bakar, sumber energi terbarui

1.1   Konsumsi Energi

Di alam dunia modern ini, ada dua tantangan yang sedang dihadapi yaitu penggunaan energi dan pertumbuhan populasi. Populasi dunia akan terus meningkat pada tahun-tahun berikutnya. Pada pertengahan tahun 2006 populasi dunia mencapai 6,5 milyar dan diperkirakan pada tahun 2050 populasi dunia menjadi 9 milyar. Penduduk Indonesia menurut data statistik tahun 2005 adalah 220 juta. Pertanyaannya adalah bagaimana dunia dapat menyediakan sumber energi yang memadai untuk 9 milyar manusia.  Dengan meningkatnya populasi dunia, pemakaian energi meningkat dengan tajam.  Kita mengenal sumber energi yaitu energi fosil seperti batubara, minyak, gas dan energi terbarukan seperti tenaga air, tenaga angin, sinar matahari.

Energi fosil digunakan untuk konversi energi. Hasil konversi tersebut dapat berupa energi mekanik, listrik dan panas.  Semua bahan bakar fosil yang dikonsumsi di dunia, kebanyakan digunakan untuk keperluan transportasi. Meski pun bahan bakar alternatif untuk transportasi telah ada sebelum era kendaraan berbahan bakar minyak, namun pemakaian bahan bakar fosil menonjol di sektor transportasi modern. Transportasi merupakan sarana yang sangat penting untuk meningkatkan pelayanan mobilitas penduduk dalam rangka menunjang keberhasilan pembangunan. Salah satu alat transportasi yang digunakan baik di kota maupun di desa adalah mobil. Mobil yang dipakai pada umumnya menggunakan motor berbahan bakar minyak (BBM). 

Hasil konversi energi yang lain adalah pembangkit tenaga listrik. Listrik adalah salah satu bentuk energi yang ditimbulkan akibat dari pergerakan elektron. Listrik menjadi daya hidup yang vital bagi kehidupan di dunia ini. Listrik di  industri terutama digunakan sebagai sumber tenaga penggerak mesin-mesin industri.  Di rumah tangga baik di kota maupun di desa, listrik digunakan sebagai energi untuk keperluan penerangan, kulkas, pompa air, seterika, pendingin ruangan (AC) dan alat-alat rumah tangga lainnya. Apa jadinya jika listrik di rumah kita mengalami pemadaman? Gelap, kesulitan air, panas yang semuanya itu tentu akan mengganggu kehidupan dan ketidaknyamanan kita.  Jadi listrik sudah menjadi bagian yang penting bagi kehidupan manusia. Untuk memproduksi listrik dipergunakan berbagai jenis energi yaitu minyak bakar, gas bumi, batubara, tenaga air dan tenaga panas bumi.  Macam-macam jenis pembangkit tenaga listrik adalah:

1.      Pusat Listrik Tenaga Disel (PLTD)

2.      Pusat Listrik Tenaga Gas (PLTG)

3.      Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU) minyak

4.      Pusat Listrik Tenaga Uap (PLTU) batubara

5.      Pusat Listrik Tenaga Gas Uap (PLTGU)

6.      Pusat Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTP)

7.      Pusat Listrik Tenaga Air (PLTA)

Jenis energi yang digunakan untuk pembangkit tenaga listrik adalah :

1.       minyak disel untuk PLTD dan PLTG,

2.       minyak bakar untuk PLTU minyak,

3.       gas bumi untuk PLTG dan PLTU batubara,

4.       tenaga air untuk PLTA,

5.       panas bumi untuk PLTP

Dari pembangkit listrik tersebut, paling banyak ketergantungan pada bahan bakar fosil terutama  minyak (BBM).

Jelaslah sekarang bahwa BBM merupakan energi yang paling banyak dibutuhkan baik untuk bahan bakar transportasi maupun sebagai bahan bakar pembangkit tenaga listrik.

1.2   Kondisi energi sekarang ini

Penggunaan energi di Indonesia meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan ekonomi dan pertambahan penduduk. Namun pemakaian energi per kapita masih rendah dibandingkan dengan negara ASEAN lainnya. Data dari dokumen HDI (Human Development Index) tahun 2005 menyebutkan bahwa konsumsi tenaga listrik/orang di Indonesia masih 463 kWh/cap. Angka ini masih di bawah negara tetangga kita Malaysia (3.234kWh/cap), Thailand (1.860 kWh/cap), Filipina (610 kWh/cap), dan Singapura (7.961 kWh/cap). Sumber daya energi fosil maupun energi terbarukan yang ada di Indonesia saat ini dapat ditunjukkan dalam tabel 1.1 dan tabel 1.2 berikut.  Sumber energi terbarukan, antara lain panas bumi, biomasa, energi surya dan energi angin relative cukup besar.

Keterangan tabel 1.1 dan tabel 1.2 :

TSCF =  Trillion Standard Cubic Feet

BOE  =  Barrels of Oil Equivalent

SBM  =  setara bahan bakar minyak

   GW   =  Giga watt  = 109 watt

Dari tabel 1.1 pada tahun 2005 terlihat cadangan minyak kita hanya sedikit dan hanya mampu bertahan  selama 23 tahun, gas akan habis dalam waktu 62 tahun dan batubara mampu bertahan selama 146 tahun.  

1.3   Dampak Pemakaian BBM Dan Solusinya

Minyak yang berasal dari fosil merupakan sumber energi yang tidak dapat diperbaharui dan tidak berkelanjutan.  Konsumsi BBM untuk mobil semakin lama semakin meningkat, sedangkan persediaan BBM lambat laun semakin menipis.  Inilah yang menjadi salah satu permasalahan mobil BBM. Permasalahan lain dari mobil BBM adalah emisi gas buang yang dihasilkannya akan mencemari lingkungan.  Mobil BBM yang digerakkan dengan motor bakar pembakaran dalam (internal combustion engine /ICE) menghasilkan emisi gas buang berpotensi menghasilkan polusi udara sebagaimana disampaikan oleh Environmental Protection Agency (EPA).  Gas buang yang dihasilkan oleh mobil dengan motor bakar terdiri dari 18% partikel padat, 27% merupakan campuran bahan mudah menguap (terdiri 28% Pb, 32% NO dan 62% CO) serta  CO2 sebanyak 25%.  Polusi udara berdampak pada lingkungan dan kesehatan manusia.

Kebutuhan energi listrik bertambah dari tahun ke tahun. Oleh karena itu  dibutuhkan pembangunan pembangkit tenaga listrik yang lebih banyak sehingga akan berakibat pada eploitasi sumber daya alam yang semakin meningkat. Hal ini akan berdampak pada menurunnya cadangan sumber daya alam yang ada. Sumber energi fosil adalah sumber energi tidak terbarukan seperti minyak, gas, batu bara semakin lama akan terus berkurang sesuai dengan pemakaian yang terus meningkat. Hal ini akan menimbulkan krisis energi dikemudian hari khususnya untuk generasi yang akan datang. Data cadangan energi terbukti di Indonesia menunjukkan bahwa energi minyak tinggal 23 th, gas 62 th, dan batu-bara 146 tahun, dengan asumsi cadangan terbukti tetap dan tidak ada peningkatan produksi seperti ditunjukkan pada tabel 1.1. Ini berarti bahwa setelah kurun waktu tersebut maka mau tidak mau Indonesia harus mengimpor sumber energi dari luar.

Limbah gas CO2 yang dihasilkan dari suatu pembangkit listrik fosil adalah Gas CO2 yang merupakan salah satu golongan gas rumah kaca.  Efek gas rumah kaca ini akan menyebabkan radiasi sinar inframerah dari bumi akan kembali ke permukaan bumi karena tertahan oleh gas rumah kaca. Hal ini lah yang menyebabkan terjadinya pemanasan global pada bumi.

Dari permasalahan BBM untuk transportasi tersebut perlu dikembangkan alat transportasi yang ramah lingkungan dan hemat BBM.  Oleh karena itu perlu dicarikan sumber energi alternatif yang dipakai untuk menggerakkan mobil dan penggerak mobil yang tidak menggunakan motor bakar.  Upaya manusia dalam rangka mengurangi ketergantungan pada BBMdan polusi lingkungan hidup ini adalah membuat mobil listrik.  Mobil listrik menggunakan motor listrik sebagai penggeraknya dan energi listrik sebagai sumber energinya.  Penggunaan mobil listrik akan mengembalikan kualitas udara dalam kota karena mobil listrik tidak mengeluarkan gas sisa pembakaran.  Pemakaian mobil listrik juga akan menghemat BBM karena mobil listrik tidak menggunakan BBM.  Selain dari itu suara yang ditimbulkan motor listrik lebih tenang sehingga cocok digunakan untuk daerah perkotaan.

Untuk mengurangi ketergantungan BBM pada pembangkit tenaga listrik,penggunaan sumber energi baru dan terbarukan yang sudah siap secara teknis maupun ekonomis serta ramah lingkungan, seperti :

1.  Panas Bumi

2.  Mini dan mikro hidro

3.  Nuklir

4.  Surya

5.  Angin/bayu

6.  Hidrogen (fuel cell).

7.  Energi arus & gelombang samudera

Pemadaman listrik bergilir di Indonesia sering kali terjadi akhir-akhir ini, sehingga masyarakat perlu melakukan penghematan listrik. Penghematan dilakukan bukan sekadar untuk mengurangi pengeluaran bulanan semata, tapi untuk mengatasi masalah kurangnya pasokan listrik di Indonesia, pasokan listrik yang belum bisa dinikmati seluruh rakyat Indonesia, dan adanya ancaman pemanasan global. Kegiatan pembelajaran publik tentang pentingnya penggunaan listrik secara efisien, seperti menghemat listrik dan penggunaan peralatan elektronik dengan daya (watt) kecil  dengan kualitas yang baik perlu terus dilakukan dengan sasaran berbagai kelompok, termasuk kelompok anak-anak dan anak muda.

1.4   Sumber Energi Terbarui

Keterbatasan sumber energi fosil dan meningkatnya pemakaian energi listrik memaksa kita untuk mengembangkan pembangkit listrik dengan sumber energi terbarukan.  Di Indonesia sampai dengan tahun 2005, kapasitas terpasang energi baru dan terbarukan hanya sekitar 3,0% dari potensi yang tersedia. Kapasitas terpasang dari PLTS (Pusat Listrik Tenaga Surya) sebesar 8 MW, dari PLTB (Pusat Listrik Tenaga Bayu/Angin) sebesar 0,5 MW, dari PLTMH (Pusat Listrik Tenaga Mikrohidro) sebesar 54 MW dan dari PLT terbarukan lainnya (biomassa) sebesar 302,5 MW. Berikut ini beberapa pembangkit listrik dengan sumber energi terbarukan.

1.4.1   Tenaga air

Tenaga air adalah energi yang diperoleh dari air yang mengalir. Pada dasarnya, air di seluruh permukaan bumi ini mengalir. Di alam sekitar kita, kita mengetahui bahwa air memiliki siklus. Air menguap, terkondensasi menjadi awan, lalu jatuh sebagai hujan setelah ia memiliki massa yang cukup. Air yang jatuh di dataran tinggi akan terakumulasi menjadi aliran sungai. Aliran sungai ini menuju ke laut.  Di laut juga terdapat gerakan air, yaitu gelombang pasang, ombak, dan arus laut. Gelombang pasang dipengaruhi oleh gravitasi bulan, sedangkan ombak disebabkan oleh angin yang berhembus di permukaan laut dan arus laut di sebabkan oleh perbedan kerapatan (massa jenis air), suhu dan tekanan, serta rotasi bumi.

Tenaga air yang memanfaatkan gerakan air biasanya didapat dari sungai yang dibendung. Pada bagian bawah dam tersebut terdapat lubang-lubang saluran air. Pada lubang-lubang tersebut terdapat turbin yang berfungsi mengubah energi kinetik dari gerakan air menjadi energi mekanik yang dapat menggerakan generator listrik. Pembangkit listrik tenaga air adalah PLTA dan PLTMH (Pusat Listrik Tenaga Mikrohidro).  Dari data tabel 1.2, daya listrik terpasang di Indonesia yang berasal dari PLTA sebesar 4,2 GW dan PLTMH sebesar 84 MW.  Pada tahun 2025 pemerintah RI merencanakan PLTMH dengan kapasitas 500 MW terpasang.Pembangkit listrik tenaga air tidak menghasilkan emisi gas rumah kaca. Air merupakan sumber energi terbarukan karena air secara terus menerus mengisi ulang melalui siklus hidrologi bumi. Semua sistem pembangkit listrik tenaga air membutuhkan sumber air mengalir tetap, seperti sungai atau anak sungai, tidak seperti tenaga matahari dan angin, tenaga ini dapat menghasilkan tenaga terus menerus selama 24 jam setiap harinya. Gambar 1.1 berikut ini adalah kincir air yang digerakkan oleh air yang menghasilkan tenaga mekanik untuk memutar generator. 

Sedangkan gambar 1.2 adalah pembanglit listrik tenaga mikrohidro di perkebunan teh Purbasari, Jawa Barat, Indonesia yang dibangun pada tahun 1926 dan saat ini masih beroperasi dengan baik. PLTMH tersebut menggunakan turbin francis dengan daya 70 kW.

 

1.4.2   Tenaga Surya

Energi surya adalah energi yang dikumpulkan langsung dari cahaya matahari. Tenaga surya dapat digunakan untuk menghasilkan listrik menggunakan sel surya. Sel surya atau sel photovoltaic, adalah sebuah alat semikonduktor yang terdiri dari sebuah dioda p-n junction, di mana, dalam hadirnya cahaya matahari mampu menciptakan energi listrik yang berguna. Pengubahan ini disebut efek photovoltaic.  

Sel surya memiliki banyak aplikasi. Mereka terutama cocok untuk digunakan bila tenaga listrik dari PLN tidak tersedia, seperti di wilayah terpencil, satelit pengorbit bumi, kalkulator genggam, pompa air, dll. Sel surya (dalam bentuk modul atau panel surya) dapat dipasang di atap gedung. Indonesia adalah negara yang terletak di garis katulistiwa, memiliki sumber daya surya setara 4,80 kWh/m2/hari dengan kapasitas yang terpasang pada tahun 2005 sebesar 0,008 GW.

Instalasi listrik tenaga surya sebagai pembangkit listrik terdiri dari beberapa komponen sebagai berikut:

·     Panel surya yaitu elemen yang menghasilkan energi listrik, dengan mengkonversikan tenaga matahari menjadi listrik. Sebuah sel surya menghasilkan kurang lebih tegangan 0,5 Volt. Untuk menghasilkan tegangan 12 Volt maka diperlukan 36 sel (untuk menghasilkan 17 Volt tegangan maksimun).

·  Sistem kendali pengisi batere yaitu peralatan yang digunakan untuk mengatur pengisian batere. Tegangan maksimun yang dihasilkan panel surya pada hari yang terik akan menghasilkan tegangan tinggi yang dapat merusak batere.

·  Inverter DC-AC yaitu adalah perangkat listrik yang mengkonversikan tegangan searah (DC-direct current) menjadi tegangan bolak balik (AC - alternating current).

·    Batere yaitu perangkat kimia untuk menyimpan tenaga listrik dari tenaga surya. Tanpa batere, energi surya hanya dapat digunakan pada saat ada sinar matahari saja.

Gambar 1.4 berikut adalah contoh instalasi listrik tenaga surya yang digunakan untuk memasok peralatan rumah tangga dengan tegangan AC.

1.4.3    Tenaga Bayu/Angin

Angin adalah salah satu bentuk energi yang tersedia di alam. Pembangkit Listrik Tenaga Bayu/Angin (PLTB) mengkonversikan energi angin menjadi energi listrik dengan menggunakan turbin angin atau kincir angin. Cara kerjanya cukup sederhana, energi angin yang memutar turbin angin, diteruskan untuk memutar rotor pada generator dibagian belakang turbin angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik.  

Tenaga angin digunakan dalam ladang angin skala besar untuk penghasilan listrik nasional dan juga dalam turbin individu kecil untuk menyediakan listrik di lokasi yang terisolir.  Energi angin ini merupakan energi yang sangat potensial karena dapat dimanfaatkan sebagai pengganti bahan bakar fosil,  ketersediaan di alam cukup banyak, dapat diperoleh secara gratis alam dan dalam pemanfaatannya secara langsung tidak menimbulkan pencemaran udara. Dengan kata lain pemanfaatannya ramah lingkungan. Indonesia adalah negara kepulauan yang mempunyai pantai yang panjang memiliki sumber daya angin setara 9,29 GW, kapasitas yang terpasang pada tahun 2005 sebesar 0,5 MW. Pada tahun 2025 pemerintah merencanakan PLTB dengan kapasitas 125 MW terpasang.  Gambar 1.6 adalah kincir angin di ladang yang dapat dimanfaatkan untuk memutar generator listrik.

Energi listrik ini biasanya akan disimpan ke dalam batere sebelum dapat dimanfaatkan. Secara sederhana sketsa kincir angin adalah sebagai berikut :

  

1.4.4    Teknologi Hidrogen / Fuel Cell 

Hidrogen adalah salah satu bahan bakar potensial untuk masa mendatang. Ketertarikan akan hidrogen meningkat akhir-akhir ini karena memiliki manfaat yang besar. Hidrogen mempunyai stuktur dasar energi yang tidak mengotori lingkungan. Bertambah ketertarikan pada persoalan pencemaran lingkungan dan pencarian sumber alternatif bahan bakar fosil, telah diperkenalkan banyak program energi hidrogen di dunia.  Hidrogen bersama dengan oksigen merupakan bahan bakar untuk sumber tenaga listrik fuel cell

Fuel cell seringkali dianggap sangat menarik dalam aplikasi modern karena efisiensi tinggi dan penggunaan bebas emisi, berlawanan dengan bahan bakar umum seperti methane atau gas alam yang menghasilkan karbon dioksida. Satu-satunya hasil produk dari bahan bakar yang beroperasi menggunakan hidrogen murni adalah uap air. Namun ada kekhawatiran dalam proses pembuatan hidrogen yang menggunakan banyak energi. Memproduksi hidrogen membutuhkan "carrier" hidrogen (Biasanya bahan bakar fosil, meskipun air dapat dijadikan alternatif), dan juga listrik, yang diproduksi oleh bahan bakar konvensional.

Pemerintah RI sekarang ini mengembangkan sektor energi hidrogen/fuel cell seperti yang tertuang dalam buku putih ”Penelitian, Pengembangan dan Penerapan Ilmu Pengetahuan dan Teknologi Bidang Sumber Energi Baru dan Terbarukan untuk Mendukung Keamanan Ketersediaan Energi Tahun 2025”. Perencanaannya meliputi jangka pendek, menengah dan panjang. Kegiatan litbang energi hidrogen/fuel cell sebagai berikut:

·            Jangka Pendek (2005-2010) :

Disain dan pengembangan stack Proton Exchange Fuel Cell (PEFC) dan unit portable PEFC kapasitas perunit 2–5 kW dengan kandungan lokal hingga 70%. Sasaran untuk pembangkit listrik mikro di rumah tangga, unit emergency, penggunaan khusus, dan telekomunikasi.

  • Jangka Menengah (2011-2015) :

Disain dan pengembangan sistem PEFC kapasitas hingga 50 kW, dengan kandungan lokal 70-90 % . Sasaran untuk pembangkit listrik mikro di rumah tangga, unit emergency, penggunaan khusus, telekomunikasi, dan untuk alat transportasi.

  • Jangka Panjang (2016-2025) :

Disain dan pengembangan system power generator PEFC dengan kapasitas  modular 50 kW untuk digunakan sebagai unit utilitas, di rumah sakit, maupun hotel. Sasaran kandungan lokal hingga 90 %.

Berikut ini adalah contoh instalasi dengan sumber tenaga dari fuel cell.

DAFTAR PUSTAKA      

1.  J. Larminie, Andrew Dicks, Fuel Cell Systems Explained Second Edition, John Wiley & Sons Ltd, England 2003.

2. Kementerian Negara Riset dan Teknologi Republik Indonesia,  “Buku Putih Penelitian, Pengembangan Dan Penerapan Ilmu Pengetahuan Dan Teknologi Energi Baru Dan Terbarukan Untuk Mendukung Keamanan Ketersediaan Energi Tahun 2005 – 2025”, Jakarta, 2006.

3. Martin Kaltschmitt, Wolfgang Streicher,Andreas Wiese,  Renewable Energy-Technology, Economics and Environment, Springer-Verlag Berlin Heidelberg 2007 .

4.    Nia Kurnianigsih, S.Si, Sejarah Penemuan "Fuel Cell", Teknologi Penghasil Energi Ramah Lingkungan, Pikiran Rakyat On Line, http://www.pikiran-rakyat.com/prprint.php?mib=beritadetail&id=34588

5.    Sharon Thomas and Marcia Zalbowitz, Fuel Cells – Green Power, Los Alamos National Laboratory in Los Alamos, New Mexico.

 

6.    http://id.wikipedia.org/wiki/Energi_terbarui (Last updated, 6 Oktober 2009)

MENGENAL THERMO-ELECTRIC (PELTIER)

MENGENAL THERMO-ELECTRIC (PELTIER)

Oleh : Nurhadi Budi Santosa, M.Pd.

Widyaiswara PPPPTK BOE Malang

 

Abstrak

Pendingin Thermo-Electric(TEC), juga sering disebut pendingin Peltier ataupompa panassolid-stateyang memanfaatkanefekPeltier.  Saat  TEC / Peltier dilewati arus maka alat ini akan memindahkan panas dari satusisi ke sisi lain, biasanya menghasilkan perbedaan panas sekitar 40°C - 70°C.

Prinsip pendinginan Thermo-Electric ini ditemukan pertama kali pada tahun 1834 oleh Jean Peltier, sehingga hasil penemuannya ini sering disebut “Pendingin Peltier”. Ketika dua konduktor dihubungkan kontak listrik, elektron akan mengalir dari satu konduktor yang mempunyai elektron kurang terikat ke konduktor yang mempunyai elektron yang lebih terikat.

Bahan semikonduktor Thermo-Electric yang paling sering digunakan saat ini adalah Bismuth Telluride (Bi2Te3). Thermo-Electric dibangun oleh dua buah semikonduktor yang berbeda, satu tipe N dan yang lainnya tipe P.

Sebuah Thermo-Electric akan menghasilkan perbedaan suhu maksimal 70oC antara sisi panas dan dinginnya. Apabila Thermo-Electric semakin panas maka akan semakin kurang efisiensinya. Thermo-Electric mempunyai efisiensi sekitar 10% - 15%, sementara efisiensi model konvensional antara 40% - 60%.

 

Kata kunci : Thermo-Electric, Peltier, Bismuth Telluride

 

 

Pendingin Thermo-Electric (TEC), juga sering disebut pendingin Peltier atau pompa panas solid-state yang memanfaatkan efek Peltier untuk memindahkan panas

Saat TEC / Peltier dilewati arus maka alat ini akan memindahkan panas dari satu sisi ke sisi lain, biasanya menghasilkan perbedaan panas sekitar 40°C- 70°C dalam perangkatyang high-end dapat digunakan untuk mentransfer panas dari satu tempat ke tempat yang lain.

 

Gambar 1. Bentuk Peltier (TEC)

 


Efek Peltier

 Prinsip pendinginan Thermo-Electric ini ditemukan pertama kali pada tahun 1834 oleh Jean Peltier, sehingga hasil penemuannya ini sering disebut “ Pendingin Peltier ” Apabila ada aliran arus listrik, maka akan disertai dengan panas hasil dari arus tersebut (pemanasan Joule). Jean Peltier mengamati hal ini, bahwa ketika arus listrik melewati pertemuan dua buah konduktor yang berbeda (thermocouple), akan ada efek pemanasan yang tidak bisa dijelaskan oleh pemanasan Joule saja. Bahkan tergantung pada arah arus, efeknya bisa berupa pemanasan atau pendinginan.

Jean Peltier sendiri tidak mau menghargai potensi penemuannya sendiri, karena hal ini dianggap tidak efisien sampai akhir abad ke 20.

 

Cara Kerja

            Ketika dua konduktor dihubungkan kontak listrik, elektron akan mengalir dari satu konduktor yang mempunyai elektron kurang terikat ke konduktor yang mempunyai elektron yang lebih terikat. Alasan yang mudah untuk hal ini adalah tingkat perbedaan Fermi antara dua konduktor.

            Perbedaan Fermi adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan bagian atas kumpulan tingkat energi elektron pada suhu nol absolut. Konsep ini berasal dari statistik Fermi-Dirac.

Konsep energi Fermi adalah konsep yang sangat penting untuk memahami sifat listrik dan termal pada benda padat. Kedua proses listrik dan termal biasanya melibatkan energi elektron.

            Ketika dua konduktor dengan tingkat Fermi yang berbeda digabungkan, elektron akan mengalir dari konduktor dengan tingkat yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah, hingga perubahan potensial elektrostatik membawa dua tingkat Fermi menjadi nilai yang sama.

            Arus yang melewati Junction baik arah maju maupun mundur akan menghasilkan perbedaan suhu. Jika suhu Junction panas  (heat sink) bpat isa dijaga tetap rendah dengan mengurangi atau menghilangkan panas yang dihasilkan, maka suhu bagian yang dingin dapat dipertahankan sesuai dengan yang diinginkan dan bisa beberapa puluh derajad dibawah titik nol.

 

Bahan Thermo-Electric

            Semikonduktor adalah bahan pilihan untuk Thermo-Electric yang umum dipakai. Bahan semikonduktor Thermo-Electric yang paling sering digunakan saat ini adalah Bismuth Telluride (Bi2Te3) yang telah diolah untuk menghasilkan blok atau elemen yang memiliki karakteristik individu berbeda yaitu N dan P. Bahan Thermo-Electric lainnya termasuk Timbal Telluride (PbTe), Silicon Germanium (SiGe) dan Bismuth-Antimony (SbBi) adalah paduan bahan yang dapat digunakan dalam situasi tertentu. Namun, Bismuth Telluride adalah bahan terbaik dalam hal pendinginan.

            Bismuth Telluride memiliki dua karakteristik yang patut dicatat. Karena struktur kristal, Bismuth Telluride sangat anisotropic. Perilaku anisotropic  perlawanan lebih besar daripada konduktivitas termalnya. Sehingga anisotropic ini dimanfaatkan untuk pendinginan yang optimal.      Karakteristik lain yang menarik dari Bismuth Telluride adalah kristal Bismuth Telluride (Bi2Te3) terdiri dari lapisan heksagonal atom yang sama.

 

Konstruksi

            Thermo-Electric dibangun oleh dua buah semikonduktor yang berbeda, satu tipe N dan yang lainnya tipe P. (mereka harus berbeda karena mereka harus memiliki kerapatan elektron yang berbeda dalam rangka untuk bekerja). Kedua semikonduktor diposisikan paralel secara termal dan ujungnya digabungkan dengan lempeng pendingin biasanya lempeng tembaga atau aluminium.

 

Gambar 2. Penampang Thermo-Electric

             Ujung penghantar dari dua bahan yang berbeda dihubungkan ke sumber tegangan, dengan demikian arus listrik akan mengalir melalui dua buah semikonduktor yang terhubung secara seri. (lihat gambar diatas). Aliran arus DC yang melewati dua semikonduktor tersebut menciptakan perbedaan suhu. Sebagai akibat perbedaan suhu ini, Peltier pendingin menyebabkan panas yang diserap dari sekitar pelat pendingin akan pindah ke pelat lain (heat sink).

Gambar 3. Proses pemindahan panas

             Dalam prakteknya banyak pasangan Thermo-Electric (pasangan) seperti dijelaskan diatas, yang terhubung paralel dan diapit dua buah pelat keramik dalam sebuah Thermo-Electric tunggal. Sedngkan besarnya perbedaan suhu panas dan dingin adalah sebanding dengan arus dan jumlah pasangan semikonduktor di unit.


Keuntungan

            Kulkas/Almari Es dan pendingin ruangan memanfaatkan kompresor, kondensor dan refrigeran cair untuk mendapatkan suhu yang rendah, dengan sumber tegangan AC. Sementara Thermo-Electric menggunakan tegangan DC, heat sink dan semikonduktor. Perbedaan mendasar ini memberikan pendingin Thermo-Electric mempunyai keunggulan dibanding kompresor. Keunggulan itu antara lain :

 

1. Tidak ada bagian yang bergerak. Sehingga sangat sedikit atau bahkan tidak memerlukan perawatan. Hal ini sangat ideal untuk penggunaan yang mungkin sensitif terhadap getaran mekanis pendinginan.

2. Tidak ad zat pendingin semisal CFC yang berpotensi membahayakan.

3. Mengurangi kebisingan semisal kipas pendingin sementara memberikan pendinginan yang lebih besar.

4. Cocok untuk aplikasi-aplikasi yang berukuran kecil semisal mikroelektronik.

5. Umur panjang, lebih dari 100.000 jam MTBF (Mean Time Between Failures).

6. Mudah dikontrol (dengan tegangan dan arus).

7. Respon dinamis cepat.

8. Dapat memberikan pendinginan di bawah suhu lingkungan.

9. Ukuran kecil dan ringan.

1.

1.    Kelemahan

1. Mempunyai keterbatasan untuk panas yang dihasilkan

2. Lempeng pendinginan dan pemanasan sebanding, semakin rendah sisi panas, maka sisi dingin juga semakin rendah juga.

3. Tidak efisien

Dayaguna

            Sebuah Thermo-Electric biasanya akan menghasilkan perbedaan suhu maksimal 70oC antara sisi panas dan dinginnya. Apabila Thermo-Electric semakin panas maka akan semakin kurang efisiensinya. Karena Thermo-Electric perlu untuk mengurangi atau menghilangkan panas yang ditimbulkan dari proses pendinginan maupun dari panas yang dihasilkan oleh daya listrik yang diumpankan. Jumlah panas yang ditimbulkan sebanding dengan arus dan waktu.

            Thermo-Electric mempunyai efisiensi 4 kali lebih rendah jika dibandingkan dengan yang konvensional. Thermo-Electric mempunyai efisiensi sekitar 10% - 15%, sementara efisiensi model konvensional antara 40% - 60%. Karena efisiensi yang rendah ini, pendingin Thermo-Electric umumnya hanya digunakan dalam aplikasi dimana diperlukan tidak ada bagian yang boleh bergetar, pemeliharaan rendah, ukuran kecil, dan orientasi ketidakpekaan.

 

Spesifikasi

            Banyak macam Thermo-Electric yang ada dipasaran, namun yang masuk dan ada di Indonesia tidak begitu banyak. Salah satu model yang ada dipasaran seperti gambar berikut :

 

 Gambar 4. Bentuk Thermo-Electric (TEC) yang ada di pasaran

 

Arti tulisan yang ada pada Thermo-Electric

Gambar 5. Arti tulisan pada Thermo-Electric

 

Setiap peralatan atau komponen tentunya punya datasheet atau spesifikasi. Tak terkecuali Thermo-Electric tersebut. Adapaun spesifikasinya seperti berikut :

 

  • Dimentions : 40 x 40 x 3.9mm
  • lmax - 7A
  • Umax - 15.4V
  • Qcmax - 62.2W
  • Tmax - 69C
  • 1.7 Ohm resistance
  • 127 thermocouples
  • Max Operating Temp: 180°C
  • Min Operating Temp: - 50°C

Ganbar 6. Ukuran Thermo-Electric

 

 

Gambar 7. Datasheet Thermo-Electric

 

Kesimpulan

Pendingin Termoelectric (TEC), juga sering disebut pendingin Peltier ataupompa panassolid-state yang memanfaatkan efek Peltier.  Saat  TEC / Peltier dilewati arus maka alat ini akan memindahkan panas dari satusisi ke sisi lain, biasanya menghasilkan perbedaan panas sekitar40°C - 70°C.

Bahan semikonduktor Thermo-Electric yang paling sering digunakan saat ini adalah Bismuth Telluride (Bi2Te3). Thermo-Electric dibangun oleh dua buah semikonduktor yang berbeda, satu tipe N dan yang lainnya tipe P.

Thermo-Electric mempunyai efisiensi 4 kali lebih rendah jika dibandingkan dengan yang konvensional. Thermo-Electric mempunyai efisiensi sekitar 10% - 15%, sementara efisiensi model konvensional antara 40% - 60%.

 

Referensi :

 

NN. Datasheet Peltierelement.http://www.psi-technics.com, diakses tanggal 29 Desember 2014.

 

NN. PELTIER: Energi Panas Dan Dingin Dalam Satu Komponen. http://tempoyaker.blogspot.com/2010/05/peltier-energi-panas-dan-dingin-dalam.html, diakses tanggal 23 Desember 2014.

 

NN.Thermoelectric Cooler - 40x40mm. https://www.sparkfun.com/products/10080, diakses tanggal 28 Desember 2014.

 

NN.Thermoelectric cooling. http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_cooling, diakses tanggal 26 Desember 2014.

 

NN.Understanding Thermoelectric Cooling. http://www.activecool.com/technotes/thermoelectric.html, diakses tanggal 24 Desember 2014.

 

Saftari.Bikin Panas Dingin. http://www.saft7.com/bikin-panas-dingin/, diakses tanggal 26 Desember 2014.

 

 

Pengembangan Sistem Kontrol Pemanas Dari Pola Tracking Satu Tingkat Menjadi Tiga Tingkat Berbasis PID

 Pengembangan Sistem Kontrol Pemanas Dari
Pola Tracking Satu Tingkat Menjadi Tiga
Tingkat
Berbasis PID

Supaat

Widyaiswara Madya PPPPTK BOE Malang

email: supaat2001@yahoo.com

 

ABSTRAK

 

Alat pemanas untuk proses heat treatment kebanyakan pola trackingnya satu tingkat sehingga perlu dikembangkan lagi menjadi tiga tingkat.  Untuk mendapatkan perpindahan panas yang homogen pada benda kerja maka dibuat pola tracking bertingkat lebih dari satu. Tujuan penelitian ini untuk mengembangkan sistem kontrol pemanas dari pola tracking satu tingkat menjadi tiga tingkat.  Sistem kontrol yang dikembangkan adalah dari sistem kontrol ON – OFF menjadi sitem kontrol PID.  Keuntungannya dengan kontrol PID dapat mengikuti setting point yang dikehendaki. Sedangkan kelemahan menggunakan sistem kontrol ON – OFF adalah pada saat elemen pemanas diinginkan OFF maka karakteristik elemen pemanas tidak bisa langsung OFF  masih naik sampai titik tertinggi dan setelah tercapai baru turun.  Apabila diinginkan kondisi ON karakteristik elemen pemanas tidak bisa langsung ON masih turun sampai titik terendah setelah tercapai baru naik, sehingga karakteristiknya naik turun tidak bisa stabil.  Metode eksperimen yang digunakan dalam  penelitian ini untuk mengukur data keluaran dari sensor temperatur dan dibandingkan dengan setting point.  Data tersebut dianalisis dengan mengggunakan uji beda sehingga diperoleh kesamaan antara setting point terhadap keluaran sensor temperatur.

 

 

Kata kunci: Heat treatment, pola tracking, setting point, kontrol ON–OFF, kontrol PID.

 

 

 

 

 

A.     Pendahuluan

Umumnya alat pemanas yang digunakan untuk proses heat treatment material masih menggunakan kontrol ON – OFF dengan pola tracking satu tingkat.  Rangkaian kontrol ON – OFF secara umum disebut rangkaian kontrol terbuka atau open loop control (Festo, 2008).  Standart Jerman Deutsch Industrial Normung (DIN) 19226 menyatakan rangkaian kontrol terbuka adalah sebuah proses langsung didalam sistem itu sendiri dimana variabel masukan bisa lebih dari satu.  Ciri khas dari rangkaian kontrol terbuka adalah urutan kerjanya terbuka,variabel keluaran tidak berpengaruh pada variabel masukan.

Sehingga dalam penelitian ini yang dikembangkan adalah dari rangkaian kontrol ON – OFF menjadi rangkaian kontrol kontiyu atau kontrol berumpan balik yang disebut kontrol Proporsional Integral Deferensial (PID) serta pengembangan pola tracking dari satu tingkat menjadi tiga tingkat (Boehler,1996: 5).  Pengembangan sistem berarti menyusun suatu sistem yang baru untuk menggantikan sistem yang lama secara keseluruhan atau memperbaiki sistem yang telah ada.  Sedangkan sistem adalah kombinasi dari beberapa komponen yang bekerja bersama sama dan melakukan suatu sasaran tertentu (Katsuhiko Ogata,1994:3). 

Perlunya pengembangan sistem ini karena adanya kelemahan kontrol ON - OFF dari alat pemanas itu sendiri, karena prinsip kerja rangkaian kontrol ON – OFF masih besar simpangannya artinya pada saat elemen pemanas diinginkan OFF karakteristik elemen pemanas tidak bisa langsung OFF masih naik sampai titik tertinggi dan setelah tercapai baru turun.  Begitu pula sebaliknya apabila diinginkan kondisi ON karakteristik elemen pemanas tidak bisa langsung ON masih turun sampai titik terendah setelah tercapai baru naik,  Sehingga karakteristiknya naik turun tidak bisa stabil (Agus Putranto et al. 2002:15).

Sedangkan keuntungan menggunakan kontrol PID berfungsi untuk menjaga kestabilan supaya nilai yang keluar untuk mengaktifkan plant tetap stabil.  Hal ini disebabkan karena output dari plant dikembalikan lagi untuk dibandingkan dengan nilai input sehingga menghasilkan  sinyal error.  Sinyal inilah yang masuk ke rangkaian kontrol untuk ditera, apakah nilai output terlalu tinggi atau terlalu rendah maka peran kontrol berumpan balik harus berfungsi dengan baik.

 

B.   Proses Pengukuran

Untuk mengidentifikasi sebuah plant yang dibuat maka digunakan metode eksperimental yaitu: Sumber masukan berupa arus listrik atau tegangan listrik diukur nilai besarannya.  Sedangkan output yang dihasilkan dari elemen tersebut berupa panas yang ditangkap oleh sensor dan dirubah dengan perantara ADC atau dengan menggunakan multimeter.  Proses pengambilan data input dan data output pada alat pemanas 1300 Watt ditunjukkan pada gambar 1 berikut ini.

 

Gambar 1

        Proses pengambilan data

 

Pembacaan dengan program visual basic dapat diketahui bahwa proses pemanasan dimulai dari suhu ruang 28.05 0C sampai mencapai kondisi maksimum alat pemanas sebesar  460.26 0C selama 36 menit.  Dan proses pendinginannya kembali ke suhu ruang sekitar 70 menit.  Hasil pengukurannya ditunjukkan pada gambar 2 dibawah ini.

 

Gambar 2

     Karakteristik pemanas 1300 W

 

Setelah mengetahui karakteristik simulai alat pemanas maka langkah berikutnya dapat menentukan nilai parameter plant melalui rumus Least Square dan nilai setting alat kontrol PID dengan rumus Ziegler Nichols.

 

2. Mencari nilai Kp, Ki dan KD dengan metode Ziegler-Nichols

Menghitung nilai Kp, Ki dan Kd berdasarkan karakteristik plant dapat dijelaskan langkah-langkah nya seperti gambar 3 berikut ini

 

 
 
 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

 

Gambar 3. Karakteristik Plant

 

 

Dengan menarik garis singgung pada kurva S dan sampling waktu diambil per 30 detik, maka diperoleh nilai:

Untuk mengetahui nilai Kp, Ti, dan Td menggunakan rumus Ziegler-Nichols seperti dijelaskan dibab 2 dan dipilih tipe kontrol PI maka hasilnya sebagai berikut:

 

a).  

 

 

b). 

 

c). 

 

d). 

 

 = 0

 

e). 

 

3. Mencari nilai parameter plant dengan  metode Least Square

Proses perhitungan dengan metode Least Square tetap masih mengacu pada hasil pembacaan nilai input dan output.  Dari hasil perhitungan diperoleh karakteristik plant yang ditunjukkan seperti gambar 4 dibawah ini

 

 Gambar 4

      Karakteristik hasil perhitungan LS 

a1 =  -1.8327

a2 = 0.8422

b1 = 0.0096

b2 = 0.0083

 

C.    Hasil perolehan data

Berdasarkan hasil pengukuran nilai input dan output dari sebuah plant dan dihitung menggunakan rumus pendekatan Ziegler Nichols maka dapat ditentukan nilai setting kontrol Kp, Ki dan Kd sebagai berikut:

KP  = 8.22

KI   = 0.027

KD  = 0

Disamping itu data yang diperoleh dari hasil pengukuran plant tersebut diatas kemudian dihitung dengan mengunakan metode Least Square (LS) dan dibandingkan dengan metode Recursive Least Square (RLS) maka diperoleh kesamaan nilai parameternya.  Karena nilai yang diambil pada saat stedy state bukan nilai pada saat transien, hasilnya:

a1  = -1.8327

a2  = 0.8422

b1  = 0.0096

b2  = 0.0083

Dari nilai setting kontrol dan nilai parameter diatas tinggal memasukkan kedalam blok sistem pemodelan kontrol PID bentuk diskrit.  Hasil karakteristik yang diperoleh hubungan antara setting point dan nilai aktual dengan kontrol PID ditunjukkan pada gambar 5 dibawah ini.

Gambar 5

Karakteristik nilai setting point dengan nilai aktual

 

Gambar 6

Karakteristik Kesalahan nilai setting point dengan nilai aktual

 

Pembahasan

Jumlah masing masing data sebesar      (n)       : 3601

Rata-rata nilai setting point sebesar         ()    : 268.820

Rata-rata nilai aktual sebesar                    ()    : 268.821

Rata-rata nilai kesalahan sebesar            ()      : 0.6089

Standar deviasi dari nilai setting point     (s1)      : 125.617

Standar deviasi dari nilai aktual                (s2)      : 124.496

Varian data dari nilai setting point            (S1)     : 15779.630

Varian data dari nilai aktual                       (S2)     : 15499.254

Korelasi dari kedua data (r): 1

Berdasarkan rumus mencari thitung =

 

 

 

 

Maka besarnya nilai thitung = 9.124.  Dan besarnya nilai ttabel= 1.960 dengan taraf signifikannya (α)= 0.05.  Sehingga diperoleh nilai thitung > nilai ttabel artinya: Terdapat perbedaan yang signifikan antara nilai setting point dengan nilai aktual.

Dari hasil analisis diperoleh hubungan antara nilai setting point dengan nilai aktual sangat kuat sekali, tetapi perbedaan kedua data tersebut masih besar faktor kesalahannya sehingga perlu menaikkan penguatan Ki supaya diperoleh hasil yang maksimal.

 

 

D.    Kesimpulan

 

1.    Hasil analisis data yang diperoleh dari uji beda tidak terdapat perbedaan yang signifikan antara nilai setting point dengan nilai aktual.

 

2.    Untuk menentukan nilai setting kontrol PID menggunakan rumus pendekatan Zigler Nichols.  Hasilnya kontrol PID dapat mengikuti pola tracking yang dikehendaki.

 

E.    Saran

 

1.    Untuk mempermudah pelayanan dan memasukkan nilai setting point maka perlu dibuatkan program visualisasi sehingga operator tinggal memasukkan nilai setting temperatur dan setting waktunya.

 

2.    Meskipun kontrol PID dapat mengikuti pola tracking dari nilai setting point yang ditetapkan tetapi nilai errornya masih besar.  Hasil analisis data dari model 1 ditemukan nilai rata rata error sebesar 0.6089.  Untuk memperkecil error maka nilai Ki nya diperbesar.

 

 


 

DAFTAR PUSTAKA

 

Adolf Wegener.1994.Analoge Regelungs technik, Muenchen: Jerman

Arief Ramadhan. 2006. 36 Jam belajar komputer Visual Basic 6.0, cetakan kedua, PT Gramedia: Jakarta.

Agus Putranto Et al. 2002. Application of Two Points Prediktive and Parameter Adaptive Algorithms to Control the Temperatur in the Single Chamber SMD Soldering Machine,PPPGT/VEDC Malang

Boehler.1996 Boehler S200 High Speed Steel (Schnellarbeitsstahl), Jerman.

Boehler.1996. Boehler S705 High Speed Steel, Jerman.

­Festo Didactic.2008.  Fundamentals of closed-loop control technology GmbH & Co. Jerman

Josef Kammerer. Hans Peter Lamparter. Michael Neidel. Johannes Piegsa. Wolfgang Oberthuer. Hans Jobst Siedler. Peter Zastrow.1992. Elektronik III Baugruppen der Mikro elektronik Lehrbuch, Muenchen: Jerman.

Klaus Boether. Hartwig Breckwoldt. Hans Jobst Sieder. Rainer Wieting.1990. Elektronik IVB Mess und Regelungstechnik, 2 Verbessere Auflage. Muenchen: Jerman

Katsuhiko Ogata.1994. Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan) Jilid 1, Edisi ke enam. Erlangga: Jakarta.

Katsuhiko Ogata. 1996. Teknik Kontrol Automatik (Sistem Pengaturan) Jilid 2, Edidi ke dua. Erlangga: Jakarta.

Miftahu Soleh. 2005. Pemodelan dan Simulasi, VEDC: Malang.

Riduwan dan Sunarto. 2007. Pengantar Statistika untuk Penelitian Pendidikan, Sosial, Ekonomi, Komunikasi, dan Bisnis. Alfabeta: Bandung.

Slamet Wahyudi. 2006. Statistik teknik sebuah pendekatan teori dan aplikatif, Fakultas Teknik Mesin UNBRAW Malang

Vladimir Bobal. Peter Chalupa. 2003. Self-Tunning Controllers Simulink Library, Tomas Bata University in Zlin: Czech Republic

W.Lawrence Neuman.(2004). Social Research Methods Qualitative and Quantitative Approaches. Needham Heights: United States of America.

 

TRANSFORMATOR

 3.5 TRANSFORMATOR

 

ABSTRAK

Sebelum berkembangnya technology swiching trafo biasa di manfaatkan untuk penurun tegangan, namun setelah berkembangnya teknologi ini transformator  yang biasa disebut trafo decade sekarang ini sedikit mulai ditinggalkan untuk pemanfaatan pada supplay tegangan DC rendah. Akan tetapi bukannya samasekali ditinggalkan, hanya bentuk dan fungsinya yang di rubah menjadi lebih kecil dan bias membengkitkan frekuensi yang dapat digunakan untuk mengkonversi tegangan. Sedang untuk daya besar trafo masih biasa dimanfaatkan untuk jaringan tenaga listrik yang besar trafo ini tidak dapat digantikan fungsinya dengan yang lain sebagai contoh untuk distribusi tenaga listrik dari pembangkit harus di tingkatkan menjadi skala tenaga yang besar supaya dapat sampai di tujuan yang jauh. Kemudian untuk distribusi local harus diturunkan kembali juga masih memerlukan trafo penurun tegangan. Trafo juga adalah salah-satu komponen elektro yang dibentuk dari bahan kawat tembaga dililit sehingga membentuk gulungan dengan berbagai bentuk sesuai dengan koker yang ditempatinya. Lazimnya trafo biasa dibuat dan dililitkan pada suatu koker dengan inti besi yang dinamakan kern. Saat diberi sumber tenaga listrik maka terdapat banyak parameter yang terdapat pada trafo ini yang saling mempengaruhi kinerja daripada fungsi trafo yaitu: μo= permeabilitas dari udara bebas, μr= permeabilitas relatif dari material inti, NP= jumlah lilitan primer, A = luas area coil dalam meter persegi, ℓ  = panjang kawat coil dalam metres.

 

Kata kunci: induksi , emf, fluksi.

 

 

3.5.1 Theory Umum

 

Aksi yang timbul dari Transformer kenyataannya bahwa fluks magnet yang dihasilkan oleh arus dalam satu hubungan coil dengan belitan dalam kumparan lain (s). Induktansi bersama yangada karenanya antara kumparan di didefinisikan dalam bagian 3.4.6.

Untuk IP arus gelombang sinusoidal di primer , emf yang dihasilkan ke sekunder

          Es = ± jωMIp   or  ωMIP

Sudut yang positif atau negatif Untuk memenuhi arti yang gulungan yang terhubung.

 

 

       
 
 
     

4

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 


Fig 3-19 Dot notation

 

Untuk menghindari kebingungan, notasi titik sering digunakan pada diagram seperti yang ditunjukkan pada Gambar.3-19. titik-titik ditempatkan di ujung simbol berliku untuk menunjukkan bahwa arus masuk pada saat-produk akhir fluks magnetik dalam inti ke arah yang sama.

Pprinsip dasar dari sirkuit digabungkan dianggap secara lebih mendalam pada bagian 4.7.5 yang berkaitan dengan hf, kopling rendah faktor transformer. Prinsip-prinsip ini berlaku untuk lebih umumnya diakui transformator, yaitu inti besi, frekuensi yang lebih rendah dan faktor kopling lebih tinggi (mendekati satu)

 

 Transformatorr dengan inti besi

 

Termasuk dengan besi atau paduan di jalur magnetik transformator, fluks meningkat pesat adalah karena induktansi primer

           

                                   

Where μo= permeabilitas dari udara bebas

                                                μr= permeabilitas relatif dari material inti

                                                NP= jumlah lilitan primer

                                                A = luas area coil dalam meter persegi.

     ℓ  = panjang kawat coil dalam metres

 

            dan seperti untuk inductansi Ls dari lilitan secunder.

Oleh karena inductansi berbanding lurus maka

 

             dimana M = mutual inductansi

 

Mutual induktansi dari transformator juga berbanding lurus dengan permeabilitas relatif bahan inti.

 

flux  

 

Dan nilai r.m.s. induksi tegangan sekunder,

Es = 4.44NΦmax f volt dimana f adalah frekuensi dari  arus IP dalam Hz.

 

Rasio tegangan

 

Karena mengingat transformator ideal, seperti di atas sebuah fluks Φmax menghasilkan tegangan proporsional seperti pada sekunder untuk putaran sekunder, kemudian karena fluks yang sama memotong gulungan primer, induksi tegangan primer adalah sebanding dengan

lilitan primer yaitu       

 

 

Dengan demikian tegangan sekunder yaitu waktu tegangan primary

 

            Rasio tegangan sama dengan rasio belitan.

 

Rasio Arus

Sekali lagi mempertimbangkan sebuah transformator yang ideal, ketika yang sekunder dihubungkan ke beban resistif (Rs) impedansi primer menjadi yang efektif terutama komponen resistif (ωM) 2 / Rs yang tidak memiliki sudut fase.

Karena daya output = input (dengan asumsi tidak ada kerugian)    

 VPIP=VSIS   dan karena   

 

             ya itu

 

Saat ini rasio arus berbanding terbalik dengan rasio belitan.

 

3.5.2 Matching Impedansi

Seperti di atas, untuk trafo ideal

           

 

Dimana RP and RS primer dan sekunder sebagai beban resistif

 

 

Rasio resistensi adalah sama dengan ( rasio belitan) 2 Dengan alasan yang sama dapat ditunjukkan bahwa jika Zp dan Zs adalah impedansi yang sesuai

               yaitu

 

rasio impedansi juga sama dengan (ratio belitan)2

 

Yang umum digunakan untuk transformator dalam sistem elektronik untuk menyesuaikan beban terhadap sumber untuk mendapatkan transfer daya maksimum (bagian 5.1.5). satu contoh adalah Penyesuai impedansi pengeras suara untuk power amplifier (meskipun daya transistor amplifier dirancang sedapat mungkin untuk menghindari hambatan dan biaya transformator output) misalnya tingkat keluaran memerlukan beban optimal dari 2000 ohm dan mengumpankan suatu loudspeaker impedansi 8 ohm. Transformator diperlukan dalam hal ini harus memiliki rasio lilitan

           

 

  

         

 

           

1

2

3

4

5

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

1.000

1.414

1.732

2.000

2.236

2.450

2.646

2.828

3.000

3.162

3.162

4.472

5.477

6.325

7.071

7.746

8.367

8.944

9.487

10.00

.7071

1.000

1.225

1.414

1.581

1.732

1.871

2.000

1.121

2.236

2.236

3.162

3.873

4.472

5.000

5.477

5.916

6.325

6.707

7.071

.5773

.8165

1.000

1.155

1.291

1.414

1.528

1.633

1.732

1.826

1.826

2.582

3.162

3.652

4.083

4.472

4.830

5.164

5.477

5.773

 

.5000

.7071

.8660

1.000

1.118

1.225

1.323

1.414

1.500

1.561

1.581

2.236

2.739

3.162

3.535

3.873

4.183

4.472

4.743

5.000

.4472

.6325

.7746

.8944

1.000

1.095

1.183

1.265

1.342

1.141

1.414

2.000

2.450

2.828

3.162

3.464

3.742

4.000

4.243

4.472

 

 

 

 


6

7

8

9

10

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10

.4083

.5774

.7071

.8165

.9129

1.000

1.080

1.155

1.225

1.291

1.291

1.826

2.236

2.582

2.887

3.162

3.416

3.652

3.873

4.083

.3780

.5345

.6547

.7559

.8452

.9258

1.000

1.69

1.134

1.195

1.195

1.690

2.070

2.390

2.673

2.928

3.162

3.380

3.586

3.780

.3535

.5000

.6124

.7071

.7906

.8660

.9354

1.000

1.061

1.118

1.118

1.581

1.936

2.236

2.500

2.739

2.958

3.162

3.354

3.535

.3333

.4714

.5774

.6667

.7454

.8165

.8819

.9428

1,000

1.054

1.054

1.491

1.826

2.108

2.357

2.582

2.789

2.981

3.162

3.333

.3162

.4472

.5477

.6325

.7071

.7746

.8367

.8944

.9487

1.000

1.00

1.414

1.732

2.000

2.236

2.450

2.646

2.828

3.000

3.162

 

 

 

 

1   -  10

10   -   100

100   -   1000

1000  -  10.000

10.000 – 100.000

 

A

B

A

B

A

B

A

B

A

B

    1  -  10

       10  -  100

  100 -  1000

     1000  -  10.000  100.000  -  100.000

NIL

 

X 10

 

X 100

 

NIL

 

X 10

 

NIL

 

X 10

÷ 10

 

NIL

 

X 10

÷ 10

 

NIL

 

X 10

 

÷ 10

 

NIL

 

 

 

÷ 10

 

NIL

 

÷ 100

 

  ÷ 10

 

  NIL

 

÷ 100

 

  ÷ 10

 

  NIL

 

 

÷ 100

 

  ÷ 10

 

 

     (NIL menunjukkan kolom yang akan digunakan tanpa koreksi)  

     Table 3.11 Nilai Raio lilitan T = N1 / N2 untuk rasio impedance  source / load

   

 
 

 


                                               

                                    

                                                                                                             

 

Tabel 3.11 membuat perhitungan ini dengan praktis cepat untuk berbagai rasio sumber dan nilai beban dimulai dengan bilangan bulat - jika nilai yang sebenarnya terletak antara nilai tabel, tabel masih berguna sebagai panduan atau sebagai koreksi perhitungan. Dalam contoh di atas, jawabannya diberikan persis dengan tabel yang digunakan sebagai berikut

  

  (1) mengambil angka pertama dari kedua sumber dan beban impedansi dan tabel memberikan dua rasio ditandai A dan B. dalam contoh terhadap nilai sumber 2 ohm dan nilai beban 8 ohm adalah rasio A, 0,5000 dan B, 1.581 .

 

(2) mengacu pada bagian bawah tabel menunjukkan bahwa untuk satu sumber di kisaran 1.000-10,000 ohm, dan beban dalam kisaran 1 - 10 ohm, angka B digunakan dan dikalikan dengan 10, memberikan jawaban dari 15.81

   

Namun, jika impedansi sumber kebetulan 2.400 ohm, maka jawaban yang benar harus terletak antara 15.81 dan 19.36 (masing-masing untuk sumber 2000 dan 3000 ohm), mungkin menempatkan nilai sekitar 17 gauss

 

 

Contoh:

 

Sebuah generator e.m.f. 20 V dan resistansi internal 600 ohm untuk dicocokkan/di sesuaikan dengan menggunakan transformator, berapa jumlah rasio belitan diperlukan dan berapa daya dalam beban bila tanpa transformator?

 

Dari Tabel 3.11 ternyata rasio yang dibutuhkan adalah 0,7746: 1.

 

Daya ke beban dengan transformator – rangkaian peyesuai adalah bahwa dari beban 600 (RL) ohm di seluruh terminal pembangkit. Biarkan I1 arus menjadi,

 

            Kemudian  amps

 

            Daya beban input =

 

Daya menuju beban tanpa transformator agar arus I2 menjadi

 

            Kemudian  amps

 

            Daya menuju beban

 

Jadi menunjukkan daya yang lebih besar dalam beban ketika disesuaikan dengan sumber.

 

 

Refferensi:

 

Bernad Babani (publishing)LTD Thegrampians, Stepherds Brush Road

London W6 7NF England

Memilih Part pada Skematik

 

Abstraksi

Beberapa perangkat lunak seperti Electronics WorkBench (EWB), Protel dan EAGLE adalah sebuah paket simulasi untuk menggambar rangkaian-rangkaian elektronika beserta rangkaian papan tercetaknya (PCB). Perangkat lunak ini membantu untuk mendisain dan membuat PCB tanpa memerlukan ukuran komponen real. Operasi perangkat lunak ini menggunakan cara mengklik dan memindahkan komponen dan garis penghubung, sehingga membuat editing rangkaian dan jalur PCB secara cepat dan mudah. Perubahan parameter dan komponen-komponen rangkaian dapat dilakukan langsung, yang mana membuat analisa “Apa….jika….” dapat langsung terjawab.
Tutorial ini mengenalkan secara cepat kelebihan-kelebihan dasar perangkat lunak EAGLE ini. Pertama tutorial, membimbing anda melalui langkah-langkah dasar pembuatan rangkaian bersama dengan pembuatan PCB. Akhirnya tutorial memberikan pemahaman secara mendetail tentang cara membuat rangkaian elektronika menggunakan EAGLE. Itu akan sangat membantu memahami elektronika jika anda menggunakan EAGLE dalam proses interaktiv yang bermanfaat. Pada saat pertama anda membuka EAGLE, tersedia sebuah jendela rangkaian kosong dengan toolbar rangkaian, menejemen file, tool editing dan tool grafik dan tool bar part komponen yang mana dari toolbar ini anda dapat memilih elemen-elemen rangkaian.

Manfaat pemahaman cara membuat rangkaian elektronika melalui artikel ini adalah dapat membuat Jendela Penambah Part, Penambahan Part (Add), Menampilkan Pengaturan Layar, Menghapus Part (Delete), Memindahkan Part (Move), Penambahan Terminal Tegangan dan Ground (Invoke), Memutar Part (Rotate), Menetapkan Nilai Part (Value), Menetapkan Nama Part (Name) dan Mengganti Nama dan Posisi Part (Smash) . EAGLE memberikan sedikit batasan pada parameter, jadi tidak terlalu berbeda dengan komponen-komponen real. Tata letak dan ukuran PCB beserta tembaga penghubungnya dapat cicetak sesuai dengan ukuran disain.

Kata kunci :  EAGLE, rangkaian papan tercetaknya (PCB), part.

 

Memilih Part pada Skematik

Untuk membuat pola mask board tercetak, skematik harus digambarkan. Part yang digunakan dengan skematik yang dipilih dari satu yang terdaftar di library. Data part yang diperlukan untuk menggambar pola sebagai simbol skematik, bentuk, susunan pin dari part tersebut, dan sebagainya, yang terkandung di library. Ketika part untuk akan digunakan tidak terdaftar di library, perlu untuk mencari part yang sama atau membuatnya. Dalam kasus ini, pekerjaan pemilihan part bermasalah. Semua part yang digunakan saat ini adalah memilih dari library standar

1.       Jendela Penambah Part

Untuk menambahkan part untuk skematik, klik "ADD" tombol yang diletakkan di sisi kiri di jendela skematik.

Dengan operasi ini, setelah jendela penambahan part ditampilkan

Nama yang ditampilkan dalam kolom Nama adalah isi yang terdaftar di library.

2.       Penambahan Part (Add)

Inverter (7404) akan ditempatkan pada skematik pertama. Klik tanda "+" pada 74xx dan muncul daftar part dan 74LS04N dipilih dari kelompok 74*04.

Part ini dipilih ketika menekan tombol "OK". Jangan menekan "Drop". Ketika menekan tombol "Drop", part ini dihapus dari daftar. Ketika telah salah menekan tombol "Drop", maka harus membuka "library" dari panel kontrol, dan klik part yang telah jatuh di sebelah kanan dan itu membuat "Use".

Ketika tombol OK ditekan, part ditampilkan pada skematik. Dalam kondisi ini, part bergerak sesuai gerakan mouse. Penekanan tombol kiri mouse ke posisi penempatan part. Posisi part nanti dapat diubah. Part ini dapat diletakkan secara terus menerus. Ketika menempatkan satu, menjadi mode untuk menempatkan part selanjutnya. Enam inverter disimpan di 74LS04. Kali ini, dua elemen yang digunakan. Namun, peletakan semua enam inverter pada skematik.

3.       Pembatalan Fungsi (Cancel)

Untuk membatalkan penambahan part, dilakukan dengan menekan tombol ESC atau menekan fungsi “Cancel” dalam jendela skematik. Bila tombol ESC ditekan, jendela penambahan part muncul kembali dan dapat memilih part yang lain secara langsung.

4.       Menampilkan Pengaturan Layar

Bila part yang ditampilkan pada skematik terlalu kecil, penekanan tombol “Fit”, memungkinkan untuk membuat sebuah rangkaian akan sesuai dengan jendela.

 

5.       Menghapus Part (Delete)

Part yang telah digambar pada skematik dapat dihapus dengan menekan tombol “Delete”. Setelah penekanan tombol ini, akan menghapus part apabila klik pada part yang akan dihapus.

6.       Memindahkan Part (Move)

Ketika memindahkan part yang telah diletakan pada skematik, gunakan tombol “Move”. Perpindahan dengan mouse dilakukan dengan menekan part setelah menekan tombol “Move”. Part terletak fix bila diklik sekali lagi setelah menggerakkan maus ke posisi yang diinginkan. Untuk menghentikan fungsi pemindahan, klik tombol “Cancel”.

 

7.       Penambahan Terminal Tegangan dan Ground (Invoke)

Inverter membutuhkan pengawatan untuk tegangan dan ground. Penambahan part dilakukan oleh tombol “Add”, itu memungkinkan untuk memilih elemen tetapi itu tidak dapat memilih terminal tegangan dan ground. Tombol “Invoke” digunakan untuk penambahan terminal tegangan dan ground. Ketika penekanan tombol “Invoke” dan mengklik sebuah elemen inverter pada skematik, keadaan dari piranti akan ditampilkan. Tabel ini, menampilkan elemen yang tidak digunakan pada piranti. Karena elemen-elemen D dan H sudah digunakan pada skematik, itu tidak mungkin dipilih. P adalah terminal tegangan dan ground. Bila menekan tombol “Ok”, terminal tegangan dan grounding muncul padaskematik dan itu digerakkan dengan mouse. Posisi terminal nanti dapat diubah. Saat ini, itu diletakkan pada IC1F. Itu tidak butuh untuk menumpang  terminal dan elemen ini. Untuk menghentikan fungsi penambahan dengan menekan tombol “Cancel”.