Energi Listrik

Simon Patabang, ST., MT.

Jurusan Teknik Elektro

Universitas Atma Jaya Makassar

Pengertian Energi

• Energi adalah kemampuan untuk melakukanusaha/kerja.

• Energi listrik adalah energi yang diperlukan untukmemindahkan muatan dari titik yang berpotensialtinggi ke titik yang berpotensial rendah.tinggi ke titik yang berpotensial rendah.

• Besar energi untuk memindahkan muatan tersebutsama dengan perkalian antara muatan denganbeda potensial antara ke dua titik.

W = q V

Dalam rangkaian listrik, besarnya energi listrik dirumuskansebagai :

W = V I t

dimana :W = energi listrik (J)V = beda potensial(V)I = kuat arus (A)t = waktu (s)

• Dalam satuan SI energi dinyatakan dalam joule (J). Satuanenergi lainnya adalah kalori (kal).

• Hubungan antara kalori dan joule, yaitu:

1 kalori = 4,18 joule

1 joule = 0,24 kalori

Bentuk-Bentuk Energi

• Energi yang paling besar adalah energi matahari.

• Energi matahari dapat diubah menjadi energi panas.

• Energi panas dari sinar matahari dapat menghasilkan

energi-energi yang lain sehingga bermanfaat bagi

manusia dan mahkluk hidup lainnya seperti energi kimia,manusia dan mahkluk hidup lainnya seperti energi kimia,

energi listrik, energi bunyi, dan energi gerak.

1. Energi Cahaya

• Energi cahaya adalah energi yang dihasilkan olehgelombang elektro magnetic.

• Matahari merupakan salah satu sumber energi cahayayang paling besar.

• Energi cahaya dapat juga diperoleh dari benda-bendaEnergi cahaya dapat juga diperoleh dari benda-bendayang dapat memancarkan cahaya, misalnya api danlampu.

• Energi cahaya biasanya disertai bentuk energi lain sepertienergi kalor (panas).

• Energi cahaya matahari dapat diubah menjadi energilistrik dengan menggunakan sel surya.

2. Energi Panas

• Sumber utama energi panas berasal dari sinar matahari.

• Sumber lain energi panas adalah hasil perubahan dari

energi lain, seperti energi listrik, energi gerak, dan energienergi lain, seperti energi listrik, energi gerak, dan energi

kimia.

• Energi Panas sinar matahari sangat bermanfaat bagi

makhluk hidup untuk berkembang biak dan hidup, dan

juga untuk membantu kegiatan manusia.

3. Energi Listrik

• Energi listrik adalah energi yang berasal dari arus listrik.

• Arus listrik adalah energi yang dipindahkan dalam bentuk

aliran muatan listrik melalui kawat logam konduktor.

Energi listrik merupakan hasil perubahan dari energi lain.• Energi listrik merupakan hasil perubahan dari energi lain.

Misalnya energi matahari, energi gerak, energi uap,

energi potensial air, energi kimia gas alam.

• Energi listrik dapat diubah menjadi energi gerak, energi

cahaya, energi bunyi, energi panas, dll.

4. Energi Kimia

• Energi kimia adalah energi yang tersimpan dalampersenyawaan kimia. Energi kimia berasal dari energimatahari.

• Energi cahaya matahari sangat diperlukan untuk prosesfotosintesis pada tumbuhan sehingga mengandungenergi kimia.

Tumbuhan dimakan oleh manusia dan hewan sehingga di• Tumbuhan dimakan oleh manusia dan hewan sehingga didalam tubuh mereka terdapat energi kimia yangbermanfaat bagi tubuh manusia dan hewan.

• Energi kimia pada tumbuhan dan hewan yang matimilyaran tahun lalu yang menghasilkan minyak bumi.Energi kimia pada minyak bumi bermanfaat untuk bahanbakar kendaraan, alat-alat pabrik, ataupun kegiatanmemasak.

5. Energi Gelombang

• Energi gelombang adalah jenis energi yang bisa diperoleh

dengan memanfaatkan gelombang laut.

Penggunaan energi gelombang selain memasok listrik, • Penggunaan energi gelombang selain memasok listrik,

juga mampu mendorong pertumbuhan kehidupan laut.

6. Energi Nuklir

• Energi nuklir adalah energi yang dihasilkan oleh bahan-bahan radioaktif.

• Energi ini dihasilkan dari inti atom yang membelah atau duainti atom yang bergabung. Penggabungan atau pembelahaninti atom akan melepaskan energi yang sangat besarinti atom akan melepaskan energi yang sangat besarsebagai hasil perubahan di dalam inti atom.

• Energi yang ditimbulkan dalam reaksi nuklir sangat besar,oleh karena itu energi nuklir dapat digunakan sebagaipembangkit listrik.

7. Energi Bunyi

• Energi bunyi adalah energi yang ditimbulkan oleh benda

yang mengeluarkan bunyi.

• Bunyi dihasilkan dari getaran. Bunyi kuat dihasilkan dari

getaran yang kuat.getaran yang kuat.

• Contoh bunyi yang kuat adalah halilintar, petasan dan

bom. Bunyi yang kuat menghasilkan energi yang besar.

8. Enegi Potensial

• Energi potensial merupakan suatu energi tersimpan yang dimilikioleh suatu benda karena posisi (kedudukan) terhadap suatuacuan.

• Sebagai contoh yaitu batu yang kita angkat pada ketinggiantertentu memiliki energi potensial apabila batu kita lepasmaka batu tersebut akan melakukan kerja yaitu bergerak kebawah atau jatuh. Jika batu tersebut mengenai tanah yangmaka batu tersebut akan melakukan kerja yaitu bergerak kebawah atau jatuh. Jika batu tersebut mengenai tanah yanglembek, maka batu yang jatuh tadi akan menyebabkanterjadinya lubang pada tanah.

• Artinya bahwa energi potensial suatu benda dipengaruhi olehmassa benda, percepatan dari gaya gravitasi bumi, danketinggian dari suatu benda yang bersangkutan.

Ep = mgh

9. Energi Kinetik

• Energi kinetik merupakan suatu energi yang dimiliki olehsuatu benda yang dipengeruhi oleh gerakan aktif darisuatu benda yang bersangkutan.

• Besarnya suatu energi kinetik dipengaruhi oleh massasuatu benda dan kecepatan dari suatu benda yangbersangkutan.bersangkutan.

• Semakin besar massa dari benda yang bersangkutan,maka energi kinetiknya juga akan semakin besar, begitupula semakin cepat laju/kecepatan dari suatu benda,energi kinetik yang dihasilkan juga akan semakin besar.

Ek = ½ mv²

Perubahan Bentuk Energi

• Hukum kekekalan energi menyatakan : “Energi tidak

dapat diciptakan dan tidak dapat dimusnahkan,

tetapi energi dapat diubah bentuknya dari bentuk

yang satu menjadi bentuk energi yang lain.”

• Pada umumnya, manfaat energi akan terlihat setelah

berubah bentuk menjadi energi yang lain.

Contoh :

a. Energi listrik menjadi energi kalor

contoh: setrika listrik, kompor listrik, dan magic com.

b. Energi listrik menjadi energi cahaya

contoh: lampu neon (TL) dan lampu pijar.

c. Energi kimia menjadi energi listrikc. Energi kimia menjadi energi listrik

contoh: aki dan batu baterai.

d. Energi listrik menjadi energi gerak

contoh: kipas angin dan motor listrik.

e. Energi gerak menjadi energi kalor

contoh: dua telapak tangan yang digesek-gesekan.

Energi Alternatif

• Energi alternatif adalah energi yang dapat diperbaharui

untuk menggantikan energi yang tidak dapat

diperbaharui dan mudah didapat.

• Contoh sumber energi alternatif adalah sebagai berikut :

Air, matahari, biogas, nuklir,biomassa, panas bumi

(geothermal)

1. Air

• Air sungai dapat dibendung dan memanfaatkan gerakanair bagian bawah dam dimana terdapat lubang-lubangsaluran air.

• Pada lubang-lubang tersebut terdapat turbin yangberfungsi mengubah energi kinetik dari gerakan airmenjadi energi mekanik yang dapat menggerakangenerator listrik.

2. Matahari

• Cahaya atau sinar matahari dapat dikonversi menjadilistrik dengan menggunakan teknologi sel surya ataufotovoltaik.

• Potensi energi surya di Indonesia sangat besar yaknisekitar 4,8 KWh/m2 atau setara dengan 112.000 GWp,sekitar 4,8 KWh/m2 atau setara dengan 112.000 GWp,namun yang sudah dimanfaatkan baru sekitar 10 MWp.

• Saat ini pemerintah telah mengeluarkan roadmappemanfaatan energi surya yang menargetkan kapasitasPLTS terpasang hingga tahun 2025 adalah sebesar 0.87GW atau sekitar 50 MWp/tahun.

3. Angin

• Pembangkit Listrik Tenaga Angin 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 di bagian belakang turbin

angin, sehingga akan menghasilkan energi listrik.

4. Biogas

• Gas methan terbentuk karena proses fermentasi secara

anaerobik (tanpa udara) oleh bakteri methan atau

disebut juga bakteri anaerobik dan bakteri biogas yang

mengurangi sampah-sampah yang banyak mengandung

bahan organik sehingga terbentuk gas methan (CH4)bahan organik sehingga terbentuk gas methan (CH4)

yang apabila dibakar dapat menghasilkan energi panas.

• Biogas dapat dihasilkan dari kotoran hewan yang diolah

secara kimiawi.

5. Biomassa

• Pemanfaatan limbah sampah tidak hanya dapatdilakukan dengan cara mendaur-ulang sampahtersebut menjadi barang kerajinan ataupunbarang jadi lainnya.barang jadi lainnya.

• Melainkan dapat pula dengan memanfaatkannyauntuk membuat bahan bakar dan juga sebagaisumber pembangkit listrik dengan memanfaatkanenergi biomassa itu sendiri.

6. Nuklir

• Energi nuklir sebagai salah sumber energi,

membutuhkan tingkat keselamatan yang tinggi.

Dari pengalaman pemanfaatan energi nuklir, upaya• Dari pengalaman pemanfaatan energi nuklir, upaya

peningkatan standar keselamatan operasional

Pembangkit Listrik Tenaga Nuklir akan tetap menjadi

prioritas utama guna menjaga keselamatan

lingkungan dan manusia.

Manfaat energi listrik

• Manfaat energi listrik bagi kehidupan manusia sehari-hari sangatlah banyak sehingga kehidupan manusiasudah sangat bergantung pada energi listrik.

• Ketika terjadi pemadaman listrik, maka banyak sekalikerugian yang dialami. Pengusaha dan masyarakatKetika terjadi pemadaman listrik, maka banyak sekalikerugian yang dialami. Pengusaha dan masyarakatbanyak mengalami kendala karena pemadamantersebut.

• Manfaat utama energi listrik bagi manusia adalahsebagai penerangan dan untuk menghidupkanberbagai peralatan elektronik tangga dan kantor.

Daya Listrik Arus Searah

Rumus Dasar para rangkaian arus searah :

Daya Listrik Arus Bolak-Balik

Daya listrik arus bolak balik (AC) terdiri dari 3 jenis daya

listrik yaitu :

1. Daya Semu (S) satuan VA

2. Daya Aktif (P) satuan Watt

3. Daya Reaktif. (Q) satuan VAr

• Daya Aktif adalah daya yang digunakan untukmenggerakkan alat listrik agar dapat bekerja. Daya inilahyang dikonversikan menjadi energi tenaga (mekanik),cahaya atau panas. Satuan daya aktif adalah Watt.

• Daya Reaktif adalah daya yang digunakan untukmenggerakkan alat listrik yang menggunakan kumparanatau lilitan sehingga terjadi pembangkitan fluks magnetikatau medan magnet. Satuannya adalah VAR.atau lilitan sehingga terjadi pembangkitan fluks magnetikatau medan magnet. Satuannya adalah VAR.

Misalnya motor listrik, pompa air, trafo, ballast lampu yangkonvensional dan peralatan listrik lain yang menggunakanproses induksi listrik lilitan untuk operasinya.

• Daya Nyata dengan satuan VA adalah total daya daripenjumlahan daya aktif dan reaktif dalam segitiga daya.

Segitiga Daya

Hubungan antara ketiga jenis daya ini digambarkan dalam

segitiga daya.

Daya Listrik 1 Phase

Rumus daya listrik 1 phaseThe image cannot be displayed. Your computer may not have enough memory to open the image, or the image may have been corrupted. Restart your computer, and then open the file again. If the red x still appears, you may have to delete the image and then insert it again.

Daya Listrik 3 Phase

Daya listrik 3 phase

Faktor Daya

• Cos ϕ adalah perbandingan antara daya aktif

(P) dan daya nyata (S) dan dikenal dengan

faktor daya listrik (PF : Power Factor).

• Nilai Cos ϕ yang digunakan PLN adalah• Nilai Cos ϕ yang digunakan PLN adalah

sebesar 0.8.

Daya Terpasang

• Daya nyata digunakan untuk perhitungan besarnya daya

listrik terpasang dari PLN di rumah pelanggan.

• Hal ini karena PLN hanya memasang MCB sebagai

pembatas daya listrik pada kWh-meter.

• Misalnya pada suatu rumah dipasang MCB 6A dengan• Misalnya pada suatu rumah dipasang MCB 6A dengan

tegangan 220V maka daya terpasang pelanggan tersebut

adalah 6A x 220V = 1320VA atau dibulatkan 1300VA.

• Daya listrik terpasang PLN yang lainnya (yang paling

umum) adalah 450VA, 900VA, 2200VA, 3500VA,

4400VA

• Daya aktif (P) digunakan untuk mengetahui

berapa daya listrik yang bisa digunakan untuk

peralatan listrik oleh konsumen.

• Bila daya terpasang maka daya aktif dapat

dihitung.

Misalnya : dengan Cos ϕ sebesar 0.8 dan daya

terpasang 1300VA, maka daya aktifnya (P)

sebesar 6A x 220V x 0.8 = 1056 Watt.

Apa artinya 1300VA dan 1056Watt?

• Setiap peralatan listrik di rumah sebenarnya hanyamencantumkan nilai daya listrik dalam Watt. yangmerupakan daya aktif. contohnya mesin jetpump150Watt, lampu TL 20Watt, dan lain-lain.

• Bila semua peralatan listrik tersebut dipakai, makatotal maksimum daya yang mampu disediakan hanya1056Watt (bila rumah tersebut berlangganan listrik1300VA).

Daya Reaktif

• Daya reaktif selalu ada dalam penggunaan daya listrik.

• Misalnya daya nyata 1300 VA dan daya aktif 1056 Watt,maka terdapat daya reaktif (Q).

Perhitungan secara trigometri, dengan faktor daya sebesar0,8 akan menghasilkan nilai0,8 akan menghasilkan nilai

Q = P. sin ϕ VAR

Q = 792 VAR.

Daya reaktif ini digunakan untuk pembangkitan medanmagnet pada peralatan listrik yang bersifat induksi sepertimesin air, kipas angin, ballast lampu, AC dll.

• Bagi pelanggan perumahan, PLN hanya menghitungpenggunaan daya aktif (watt). Karena itu alatpengukurnya disebut kWh-meter (kiloWatt Hourmeter).

Besarnya daya reaktif tidak dihitung karena faktordaya untuk listrik perumahan masih ditoleransidaya untuk listrik perumahan masih ditoleransidalam angka 0.8.

• Bagi pelanggan industry, PLN menghitung besarnyapemakaian daya reaktif dimana terpasang alat ukurkVARh-meter (Kilo-VAR hour meter).

Menghitung Kebutuhan Daya

• Misalkan kita mempunyai peralatan listrik dengan totaldaya 1200Watt, maka besarnya daya listrik PLN tidakakan cukup dengan 1300VA (rating MCB 6A).

• Dengan faktor daya 0.8 maka akan didapat daya nyatasebesar 1200/0.8 = 1500VA. Sehingga daya listrik PLNsebesar 1200/0.8 = 1500VA. Sehingga daya listrik PLNyang terdekat adalah 2200VA (sesuai dengan rating MCB-nya yaitu 10A).

• Dari angka 2200VA maka selanjutnya kita bisamenentukan besarnya kapasitas instalasi listrik, terutamakabel listrik, minimal adalah 10A.

• Jadi satuan Watt lebih digunakan untuk menghitung

besarnya penggunaan daya listrik pada peralatan dan

satuan VA digunakan untuk menghitung kapasitas

terpasang instalasi listrik, mulai dari MCB dan

penghantarnya.penghantarnya.

Sekian