DASAR KONVERSI ENERGI LISTRIK

Konversi energi

ListrikListrik

Mekanik

Trafo

Motor Generator

Motor Listrik

Pada motor listrik tenaga listrik diubah menjadi tenaga mekanik. Perubahan ini dilakukan dengan mengubah tenaga listrik menjadi magnet yang disebut sebagai elektro magnet.

Sebagaimana kita ketahui bahwa : kutub-kutub dari magnet yang senama akan tolak-menolak dan kutub-kutub tidak senama, tarik-menarik. Maka kita dapat memperoleh gerakan jika kita menempatkan sebuah magnet pada sebuah poros yang dapat berputar, dan magnet yang lain pada suatu kedudukan yang tetap.

GENERATOR LISTRIK

Sebuah alat yang memproduksi Energi Listrik dari sumber energi mekanik, biasanya dengan menggunakan induksi elektromagnetik. Proses ini dikenal sebagai pembangkit listrik.

Generator mendorong muatan listrik untuk bergerak melalui sebuah Sirkuit Listrik eksternal, tapi generator tidak menciptakan listrik yang sudah ada di dalam kabel lilitannya. Hal ini bisa dianalogikan dengan sebuah pompa air, yang menciptakan aliran air tapi tidak menciptakan air di dalamnya.

Sumber enegi mekanik bisa berupa resiprokat maupun turbinMesin Uap, air yang jatuh melakui sebuah turbin maupun kincir air, mesin pembakaran dalam, Turbin Angin, Engkol tangan, Energi Surya atau Matahari, udara yang dimampatkan, atau apa pun sumber energi mekanik yang lain.

TRANSFORMATOR

Transformator atau transformer atau trafo adalah komponen elektromagnet yang dapat mengubah taraf suatu tegangan AC ke taraf yang lain.

Transformator bekerja berdasarkan prinsip induksi elektromagnetik. Tegangan masukan bolak-balik yang membentangi primer menimbulkan fluks magnet yang idealnya semua bersambung dengan lilitan sekunder. Fluks bolak-balik ini menginduksikan GGL dalam lilitan sekunder. Jika efisiensi sempurna, semua daya pada lilitan primer akan dilimpahkan ke lilitan sekunder.

Hubungan Primer-Sekunder

Rumus untuk fluks magnet yang ditimbulkan lilitan primer

dan rumus untuk GGL induksi yang terjadi di lilitan sekunder

Karena kedua kumparan dihubungkan dengan fluks yang sama, maka :

dimana dengan menyusun ulang persamaan akan didapat

sedemikian hingga

Dengan kata lain, hubungan antara tegangan primer dengan tegangan sekunder ditentukan oleh perbandingan jumlah lilitan primer dengan lilitan sekunder.

kerugian tembaga. Kerugian dalam lilitan tembaga yang disebabkan oleh resistansi tembaga dan arus listrik yang mengalirinya.

Kerugian kopling. Kerugian yang terjadi karena kopling primer-sekunder tidak sempurna, sehingga tidak semua fluks magnet yang diinduksikan primer memotong lilitan sekunder. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan secara berlapis-lapis antara primer dan sekunder.

Kerugian kapasitas liar. Kerugian yang disebabkan oleh kapasitas liar yang terdapat pada lilitan-lilitan transformator. Kerugian ini sangat memengaruhi efisiensi transformator untuk frekuensi tinggi. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggulung lilitan primer dan sekunder secara semi-acak (bank winding)

Kerugian histeresis. Kerugian yang terjadi ketika arus primer AC berbalik arah. Disebabkan karena inti transformator tidak dapat mengubah arah fluks magnetnya dengan seketika. Kerugian ini dapat dikurangi dengan menggunakan material inti reluktansi rendah.

Perhitungan diatas hanya berlaku apabila kopling primer-sekunder sempurna dan tidak ada kerugian, tetapi dalam praktek terjadi beberapa kerugian yaitu:

Kerugian efek kulit. Sebagaimana konduktor lain yang dialiri arus bolak-balik, arus cenderung untuk mengalir pada permukaan konduktor. Hal ini memperbesar kerugian kapasitas dan juga menambah resistansi relatif lilitan. Kerugian ini dapat dikurang dengan menggunakan kawat Litz, yaitu kawat yang terdiri dari beberapa kawat kecil yang saling terisolasi. Untuk frekuensi radio digunakan kawat geronggong atau lembaran tipis tembaga sebagai ganti kawat biasa.

Kerugian arus eddy , Kerugian yang disebabkan oleh GGL masukan yang menimbulkan arus dalam inti magnet yang melawan perubahan fluks magnet yang membangkitkan GGL. Karena adanya fluks magnet yang berubah-ubah, terjadi olakan fluks magnet pada material inti. Kerugian ini berkurang kalau digunakan inti berlapis-lapis.

ENERGI LISTRIK

Daftar isi

Energi Listrik Perubahan Listrik Menjadi Kalor Daya Listrik Hemat Energi

Energi ListrikHukum kekekalan energi

Energi tidak dapat dibuat dan dimusnahkan, tetapi dapat dirubah bentuknya.

Bentuk Energi:- Matahari- Gerak- Panas- Kimia- Listrik- Nuklir, dll

Perubahan Bentuk Energi

Energi dapat dirubah bentuknya dari satu bentuk ke bentuk yang lain tanpa ada pengurangan jumlahnya.

Contoh:

Dari kimia ke panas => Lilin, Kompor gas

Dari Gerak ke bunyi => gitar, piano

Perubahan Energi Listrik

Energi listrik didapat dari merubah bentuk energi lainnya, seperti gerak, panas, kimia dan nuklir

PLTA, PLTU, PLTD adalah penghasil listrik dengan merubah energi gerak menjadi energi listrik. Alat yang digunakan di sini adalah generator.

Baterai, aki, dan elemen volta adalah penghasil listrik dari energi kimia

PLTS adalah penghasil listrik dari energi matahari dengan menggunakan sel surya

PLTA

PLTN

Penggunaan Energi ListrikEnergi listik dapat digunakan dengan cara

merubahnya menjadi energi lainnya, seperti gerak, cahaya, bunyi dan panas

Motor listrik, kipas angin adalah pemanfaatan energi listrik yang dirubah menjadi energi gerak

Lampu pijar dan neon adalah pemanfaatan energi listrik menjadi energi cahaya

Tape, CD adalah pemanfaatan energi listrik menjadi energi bunyi

Kompor dan setrika listrik adalah pemanfaatan energi listrik menjadi energi panas

Besarnya Energi Listrik

Pernahkah anda berfikir berapakah energi listrik yang digunakan anda selama semalam untuk penerangan anda, untuk mendengarkan musik, atau uantuk ber-internet?

Dapatkah anda menghitungnya?

Banyaknya energi listrik yang kita gunakan untuk alat-alat listrik yang kita gunakan adalah sebanding dengan tegangan dan kuat arus listrik pada alat listrik tersebut.

Sehingga banyaknya energi listrik yang digunakan dapat kita hitung dengan persamaan

W = V . I . TW = I² . R . t atau W = V² . t

RDimana W = energi

V = tegangan I = kuat arus t = waktu penggunaan

Contoh:Sebuah setrika listrik yang bertegangan 120 V

dilalui oleh arus 2 A. Tentukan energi kalor yang ditimbulkan setelah setrika dialiri arus listrik

selama 2 menit!

Diket: V = 120 V

I = 2 A

t = 2 menit

= 120 s

Dit. W = …

Jawab.

W = V . I . t

= 120 . 2 . 120

= 28 800 J

Latihan1.Sebuah ketel listrik dihubungkan ke stop

kontak listrik PLN bertegangan 220 V sehingga kuat arus listrik yang mengalir melalui elemen pemanasnya 25 A. Tentukan energi listrik yang digunakan ketel setelah 1 jam.

2. Sebuah lampu pijar dihubungkan ke baterai bertegangan 12 V sehingga kuat arus 2 A mengalir melaluinya. Jika energi listrik yang diserap lampu 7200 J, berapa lama lampu tersebut menyala?

3. Sebuah elemen pemanas setrika yang memiliki hambatan listrik 48 ohm dihubungkan ke sumber tegangan 240 V selama 2 sekon. Berapakah energi listrik yang diserap oleh setrika?

4. Energi listrik yang digunakan oleh ketel listrik yang memiliki hambatan 5 ohm dan dialiri arus listrik selama 2 menit adalah 9600 J. Berapa kuat arus listrik yang mengalir melalui ketel?

Perubahan listrik menjadi kalor

Elemen PemanasAlat-alat listrik seperti setrika, solder, kompor,

hair dryer, pembakar dan teko listrik memiliki prinsip kerja yang sama dalam mengubah energi listrik menjadi energi kalor, yaitu sama-sama menggunakan elemen pemanas.

Umumnya elemen pemanas terbuat dari kawat nikhrom yang dililitkan pada suatu isolator tahan panas seperti mika, kemudian ditutup dengan isolator tahan panas sehingga aman.

Kenapa digunakan kawat nikhrom?

Lampu PijarLampu pijar memiliki filamen

yang terbuat dari kawat tungsten yang memiliki titik lebur 3400 °C sehingga dapat menahan pijar berwarna putih.

Filamen lampu mudah terbakar di udara, sehingga di dalam bola lampu diisi dengan gas argon dan gas nitrogen.

Cahaya = 10 %Panas = 90 %

Lampu Neon

Lampu neon atau TL terdiri dari tabung kaca berisi uap raksa. Pada ujung-ujung tabung terdapat elektroda. Bagian dalam kaca tabung dilapisi bahan yang dapat berpendar ketika terkena sinar ultraviolet.

Elektroda

Uap raksa

Tabungkaca

Zat yangberpendar

Cahaya = 60 %Panas = 40 %

Konversi energi listrik menjadi energi kalor

Beberapa alat listrik merubah listrik menjadi kalor, seperti setrika, solder dan pemanas listrik.

Banyaknya kalor yang dihasilkan sama dengan banyaknya listrik yang digunakan sehingga banyaknya kalor yang dihasilkan atau listrik yang digunakan dapat kita hitung dengan persamaan:

W = Q atau V . I . t = m . C . ΔT

ContohSebuah bejana berisi 0,2 kg air dingin. Ketika

pemanas celup listrik dicelupkan dan dihubungkan ke listrik 12 V, kuat arus 4A mengalir melalui elemen pemanasnya. Jika pemanas listrik

dijalankan selama 210 sekon, tentukan kenaikan suhu air. Kalor jenis air 4200 J/kg K

Diket. M = 0,2 kg

C = 4200 J/kg K

V = 12 V

I = 4 A

t = 210 s

Dit. ΔT

Jawab. Q = W

m.C.ΔT = V.I.t

0,2 . 4200 . ΔT = 12 . 4 . 210

480 ΔT = 10 080

ΔT = 21 K

Latihan

1. Sebuah pemanas celup dicelupkan ke sebuah bejana yang berisi air 2 kg. Ketika elemen pemanas dihubungkan ke listrik 12 V, arus 5 A mengalir melaluinya. Jika pemanas celup dijalankan selama 2 menit hitung kenaikan suhu air.

Daya Listrik

Daya listrik adalah kemampuan suatu alat untuk mengubah energi listrik menjadi energi lain persatuan waktu

Daya listrik diberi persamaan:

atau P = V.I

P = W t

Ket. P = Daya (watt) W = energi (joule) V = tegangan ( volt) I = kuat arus ( Ampere) t = waktu (sekon)

ContohSebuah setrika listrik 200 W, 125 V

dipasang pada tegangan yang tepat selama 1 menit. Berapa banyak energi listrik yang

digunakannya?

Diket. P = 200 W

V = 125 V

t = 1 menit

= 60 s

Dit. W

Jawab.

W = P . t

= 200 . 60

= 12 000 J

Latihan1. Hitung daya listrik dari:

a. sebuah lampu pijar 12 V yang dialiri arus 1 A

b. setrika listrik yang memberikan energi 36 000 J selama 2 menit

2. Berapa kuat arus maksimum yang akan melalui penghambat-penghambat berikut:

a. 100 ohm, 1 W

b. 64 ohm, 4 W

c. 25 ohm, 0,1 W

Daya listrik pada alat-alat listrikPada setiap alat listrik selalu terdapat data

tegangan listrik dan dayanya, seperti lampu 220 V, 25 W, lampu 220 V, 40 W, lampu 220 V, 60 W. Lampu manakah yang paling terang?

Lampu 60 W akan menyala paling terang dan lampu 25 W menyala paling redup. Mengapa?

Data pada alat-alat listrik tersebut ( V dan P) berarti alat tersebut bila dihubungkan pada tegangan listrik sebesar V volt, Daya listrik yang diserap oleh alat listrik tersebut adalah P Watt

Pemasangan alat listrik

Jadi Jika sebuah lampu memiliki data 220, 25 W berarti lampu tersebut menyerap daya sebesar 25 W bila diberi tegangan 220 V.

Bagaimana bila tegangannya bukan 220 V?

Bila alat listrik diberi tegangan yang tidak sesuai, maka alat tersebut akan menyerap daya yang tidak sesuai dengan data yang ada. Contoh jika sebuah lampu 220 V, 60 W diberi tegangan 110 V maka lampu tersebut hanya menyerap daya listrik sebesar 15 W.

Hal ini di karenakan bila sebuah alat listrik memiliki data V, P, hambatan listriknya adalah R = V² / P

Bila tegangan berubah, hambatan pada alat listrik tidak berubah, yang ikut berubah adalah dayanya.

Jadi berapakah daya listrik sebuah lampu 220 V, 25 W jika diberi tegangan listrik 110 V atau 440 V?

Latihan

Pada sebuah lampu pijar tertulis 220 V, 100 W. Tentukan daya listrik yang diserap lampu jika dihubungkan dengan tegangan:

1. 240 V

2. 150 V

Ongkos Energi Listrik

Energi listrik yang kita pakai disuplai oleh PLN. Bagaimanakah PLN menghitung pemakaian energi listrik di rumah kita? Bagaimanakah cara menghitung ongkos energi listrik?

Energi listrik yang kita gunakan biasa diukur dengan alat sejenis joulmeter yakni kWh meter.

KWh meter mengukur energi listrik dalam per seribuan Joule setiap jamnya.

ConyohDalam sebuah rumah terdapat 4 lampu 20 W, 2 lampu 60 W dan sebuah TV 60 W. Setiap hari

dinyalakan selama 4 jam. Berapakah biaya yang harus dibayar selama 1 bulan jika harga 1 kWh =

Rp 75,-?

Daya total alat-alat listrik:

P = 4 . 20 + 2 . 60 + 1 . 60

= 80 + 120 + 60 = 260 W

t = 30 . 4 = 120 jamEnergi listrik:W = P . T

W = 260 . 120 1000 = 31,2 kWh

Biaya = 31,2 . Rp 75,-

= Rp 2.340,-

Latihan1. Dalam sebuah rumah terdapat 4 lampu 45 W, 2

lampu 60 W, dan 6 buah lampu 10 W yang menyala selama 5 jam setiap harinya. Jika tarif listrik per kWh Rp 100,- Berapa biaya listrik yang harus di bayar selama 1 bulan?

2. Dalam sebuah rumah terdapat 2 lampu 60 W yang mwnyala selama 8 jam/hari, 4 lampu 25 W yang menyala 10 jam/hari dan sebuah TV yang menyala selama 15 jam/hari. Bola harga listrik Rp 150,-/kWh berapakah biaya listrik yang harus dibayar tiap bulannya?

Hemat Energi

Mengapa kita harus hemat energi?

Bagaimanakah caranya hemat energi?

Sudahkah kita hemat energi?

Kita harus hemat energi karena sebagian besar listrik yang kita gunakan adalah hasil dari mengubah energi lain dengan alat generator dimana bahan bakar generator yang kita pakai berasal dari alam yang tidak dapat diperbaharui.

Bila kita hemat energi berarti kita ikut melestarikan alam dan menguntungkan PLN. Mengapa?

Kita dapat hemat energi listrik dengan cara:- Menggunakan alat-alat listrik dengan daya yang

sesuai- Menggunakan alat-alat listrik seperlunya- Tidak lupa mematikan alat-alat listrik yang tidak

kita gunakan- Memasang saklar otomatis pada alat-alat lisrik

yang sering kita lupa mematikannya.- dll