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

1

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= FA ……….(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. 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.

2

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)input (daya input )

……. (2)

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.

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.

3

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= QcV 2 .w

……………(4)

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

Berikut merupakan skema rangkaian yang digunakan dalam praktikum sistem

pencahayaan.

4

~

A

V

L1

L2

L3

C

BE

BK

TL

CFL

LED

HLG

mcb

AC

Gambar skema rangkaian sistem pencahayaan(Sumber : Data Primer)

B. Titik Pengukuran

Skema simulasi titk pengukuran tingkat pencahayaan pada bidang kerja (1m2). 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

Gambar skema titik pengukuran(Sumber : Data Primer)

5

62cm

Luxmeter

Lampu TLD

Bidang kerja

II.4.Alat dan Bahan Yang Digunakan

Berikut merupakan alat dan bahan yang digunakan.

Tabel 1. Alat dan Bahan

No Alat dan Bahan Gambar Alat dan Bahan Gambar1 Lux meter Lampu CFL

2 Kapasitor 8mF Lampu LED

3 Volt meter Lampu Halogen

4 Ampere meter Lampu TL

5 Ballast Konvensional

Ballast Elektrik

6

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 Jenis Lampu Spesifikasi Lampu

1 CFL Essential 18W 220-240V 50-60Hz I=130mA

CoolDaylight 1100lm 61 lm/W

2 Halogen Osram Concentra Germany 240V 60W

R63 350 q538

3 LED 10.5W Temperatur Warna 6500K 90mA

220-240Vac 50/60 Hz

4 TL Philips Lifemax Tubelight TL-D 58W/54-765

2. Pengukuran

Berikut merupakan data hasil pengukuran praktikum sistem pencahayaan :

Tabel 3 Data Pengukuran

No Jenis Lampu Tegangan(V) Arus(A) Lux terukur

(lumen/m2)

Keterangan

1 TL 58W +BK 222 0.37 975 Terjadi lonjakan

arus dari nol – 0,6

– 0,37 (stabil) dan

mengalami delay 2

detik

2 TL 58W+BE 219 0,23 1005 Lampu terang,

tidak ada flick

3 TL 58W+BK+C 222 0,33 947 Mengalami delay

selama 4 detik 7

sebelum nyala

stabil dan

terdengar suara

dengung

4 TL 58W+BE+C 219 0,65 1075 Terjadi kenaikan

arus dari biasanya

5 LED 222 0,1 770 Lampu terang

6 Halogen 219 0,25 1105 Lampu terang

berwana

kekuningan

7 CFL 222 0,13 2800 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.

Gambar Skema Kondisi Pengukuran(Sumber : Data Primer)

8

Cahaya alami

Jendela

Orang

B. Data olahan

Berikut merupakan data hasil olahan data primer :

Tabel 4. Hasil Olahan Data.

No Jenis Lampu Daya terukur (watt)

Lux terukur Efikasi (Lum/watt/m2)

Daya Terpasang

(watt)

Cos phi

1 TL 58W +BK 82.14 975 11.86 58 0.72 TL 58W+BE 50,37 1005 19.95 58 ≈0.853 TL 58W+BK+C 66.6 947 14.2 58 0.874 TL 58W+BE+C 142.35 1075 7.55 58 0.45 LED 22.2 770 34.6 10.5 0.476 Halogen 54.75 1105 20.18 60 ≈0.857 CFL 28.86 280 9.7 18 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 9

rangkaian penyearah - inverter (power electronic) yang mampu menyalakan dan mematikan

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/m2.

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.

10

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

11

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/m2 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 +

12

ballast elektronik unggul dari segala aspek mulai dari tingkat pencahayaan, daya , efikasi,

dan faktor daya dibandingkan lampu TL + BK atau lampu TL + BK +kapasitor.

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

13

Berdasarkan hasil praktikum konservasi sistem pencahayaan didapatkan kesimpulan

sebagai berikut.

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 Sebelum Konservasi Setelah Konservasi 1 Setelah Konservasi 2

1 Lampu TL 58W + BK

Efikasi = 11,86 lum/w/m2

Lampu TL 58W+ BK+C

8mF

Efikasi = 14,2 lum/w/m2

Lampu TL 58W+BE

Efikasi = 19,95 lum/w/m2

2 Lampu CFL 18W

Efikasi = 9,7 lum/w/m2

Diganti dengan LED

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

14

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

https://gulangguling.com/2015/08/03/lampu-led-lebih-hemat-perbandingan-ukuran-watt-lampu-

led-dan-neon/ diunduh pada tanggal 26-03-2016, 07:00

15