Energi dan Daya untuk Beban Resistif, Induktif dan Kapasitif

M a k a l a h S e m i n a r T u g a s A k h i r 2 0 0 2 M a k a l a h S e m i n a r T u g a s A k h i r 2 0 0 2 “ S ist e m Info r masi Pe makaian Ene r g i List r ik p ad a Kamar Ko st B e r basis M ikr o ko nt r o lle r M 6 8 H C 1 I” H al : “ S ist e m Info r masi Pe makaian Ene r g i List r ik p ad a Kamar Ko st B e r basis M ikr o ko nt r o lle r M 6 8 H C 1 I” H al : 1 Sistem Informasi Pemakaian Energi Listrik pada Kamar Kost Berbasis Mikrokontroller M68HC11 P r e s e n t e d b y : S a i f u l B a h r i P r e s e n t e d b y : S a i f u l B a h r i – – L2 F 0 9 6 6 2 1 e L2 F 0 9 6 6 2 1 e -- m a i l : m a i l : s a i f u l b _ 9 6 h o t m a i l . c o m s a i f u l b _ 9 6 h o t m a i l . c o m Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Diponegoro Semarang Abstraks : Pemakaian energi listrik yang berlebih dalam rumah kost seperti komputer, setrika, TV, rice cooker dan heater kadang kala membawa permasalahan antara pemilik rumah kost dan penyewa rumah kost. Permasalahannya yaitu biaya tagihan PLN yang membumbung tinggi setiap bulannya. Agar pemakaian energi listrik dapat dipantau pemakainnya, maka dibutuhkan suatu peralatan yang dapat memonitor banyaknya energi listrik yang terpakai. Peralatan ini dapat digunakan untuk memonitor dua atau lebih kamar, sehingga pemakaian energi listrik dari masing -masing kamar dapat dipantau setiap bulannya. Sehingga pemakai dan pemilik rumah tidak dirugikan oleh salah satu pihak. Prinsip kerja alat ini adalah dengan mendeteksi banyaknya arus dan tegangan yang diserap oleh beban. Selanjutnya data yang diperoleh akan diolah oleh mikrokontroller dan kemudian hasilnya akan ditampilkan dalam sebuah display. Hasil yang akan ditampilkan di LCD berupa banyaknya energi yang terpakai kWH, lamanya waktu pemakaian dan biaya pemakaian energi listrik. Sistem pemonitor ini menggunakan mikrokontroller M68HC11 buatan Motorola . I. PENDAHULUAN

2.1 Latar Belakang

Penggunaan energi listrik yang berlebih dalam persewaan kamar kadang kala menimbulkan permasalahan. Permasalahan yang timbul yaitu terkadang penyewa kamar merasa dirugikan karena merasa tidak memakai energi listrik yang berlebih dibebani dengan biaya yang tinggi per bulannya atau pada waktu ditinggal pulang ke rumah. Pemilik rumahkost merasa dirugikan disebabkan biaya tagihan listriknya membengkak, hal ini dapat disebabkan beberapa pemakai kamar menggunakan peralatan elektronik yang menyerap daya listrik yang besar misal heater, rice cooker, komputer, TV, setrika, lampu dan lain-lainnya. Untuk mengantisipasi hal itu, maka dibutuhkan suatu alat yang dapat memonitor banyaknya energi listrik yang di pakai selama kurun waktu tertentu. Alat ini dapat memonitor pemakaian energi listrik beberapa kamar, sehingga pemakaian energi listrik untuk masing-masing kamar dapat dimonitor sekaligus. Alat ini akan menampilkan banyaknya energi yang terpakai dan banyaknya biaya pemakaian selama waktu tertentu. Dengan menggunakan alat ini diharapkan dari masing-masing pihak baik pemilik rumah kost maupun penyewa kamar kost tidak ada yang dirugikan dan pemakaian energi listrik dapat teramati. 2.2 Tujuan Tujuan yang hendak dicapai dalam perancangan tugas akhir ini adalah membuat suatu model sistem yang dapat memonitor pemakaian energi listrik beberapa kamar sehingga dapat diketahui banyaknya energi dan biaya pemakaian dalam kurun waktu tertentu. 2.3 Pembatasan Masalah Karena kompleksnya permasalahan yang terdapat dalam sistem ini, maka perlu adanya batasan-batasan untuk menyederhanakan permasalahan ini, yaitu : a. Sistem yang dirancang menggunakan tegangan satu fasa b. Sistem pemrosesnya menggunakan mikrokontroller M68HC11 c. Arus maksimal yang bisa digunakan adalah 2,7 Ampere d. Sinyal pada beban harus berbentuk sinus periodik e. Sistem ini menggunakan dua kamar sebagai beban yang akan dimonitor. f. Sistem pemonitor ini digunakan untuk membandingkan konsumsi arus yang diserap. g. Penentuan harga per-kWH tidak berdasarkan penentuan penggolongan harga dari PLN.

II. DASAR TEORI

Tinjau jaringan satu pintu pada gambar 1. Hubungan energi dan daya untuk satu pintu ini, yang akan kita tulis berikutnya, berlaku bagi elemen yang linier atau tak linier, aktif atau pasif. Energi yang diserap oleh jaringan dari waktu t 1 sampai t 2 adalah ∫∫ == 2 1 t t J Jaule dt t i t v w 2-1 Jaringan p i v + - Gambar 1 Jaringan satu pintu dengan arah catuan w dan i untuk menentukan p positif

2.1 Energi dan Daya untuk Beban Resistif, Induktif dan Kapasitif

Untuk tahanan, v = iR dan untuk energi yang diserap kita peroleh ∫ ∫ = = 2 1 2 1 t t t t 2 2 R dt R t v tdt i R W 2-2 v i v i p w t t t Gambar 2 Variasi v, i, p dan w bagi tahanan murni dengan rangsangan sinusoida “ S ist e m Info r masi Pe makaian Ene r g i List r ik p ad a Kamar Ko st B e r basis M ikr o ko nt r o lle r M 6 8 H C 1 I” H al : “ S ist e m Info r masi Pe makaian Ene r g i List r ik p ad a Kamar Ko st B e r basis M ikr o ko nt r o lle r M 6 8 H C 1 I” H al : 2 Untuk arus sinusoida, t ù sin I i m = dan dengan t 1 = 0 persamaan 2-2 kita peroleh J Joule 2 t 2 sin t 2 RI dt t 2 cos 1 RI dt t sin RI W 2 m t 2 m t 2 2 m R 2 2 ω ω ω ω ω ω ω ω −− == −− == == ∫∫ ∫∫ 2-3 Energi yang memasuki induktor untuk disimpan didapat dengan mensubstitusikan dt di L v = ke dalam persamaan 2-1, dihasilkan J Joule i i L 2 1 dt Li idt dt di L W 2 1 2 2 t t t t L 2 1 2 1 −− == == == ∫∫ ∫∫ 2-4 dimana i 1 dan i 2 arus pada t 1 dan t 2 . Bila kita buat i 1 = 0 , dan bila i 2 = I m sin ω t, maka t 2 cos 1 LI 4 1 t sin LI 2 1 W 2 m 2 2 m L ω ω ω ω −− == == 2-5 p w t t v i v i t Gambar 3. Variasi v, i, p dan w untuk induktor dengan rangsangan sinusoida Akhirnya, energi yang memasuki kapasitor untuk disimpan, didapat dengan mensubstitusi dt Cdv i = ke dalam persamaan 2.1 sehingga p w t t v i v i t Gambar 4 Variasi v, i, p dan w untuk kapasitor dengan rangsangan sinusoida J Joule v v C 2 1 Cvdv vdt dt dv C W 2 1 2 2 v v t t C 2 1 2 1 −− == == == ∫∫ ∫∫ 2-6 dimana v 1 dan v 2 adalah tegangan pada t 1 dan t 2 . Kembali dibuat v 1 = 0 pada saat t 1 = 0 dan v 2 = v m sin ω t , sehingga J Joule t 2 cos 1 CV 4 1 t sin CV 2 1 w 2 m 2 2 m C ω ω ω ω −− == == 2-7 Jaringan satu pintu pada gambar 1 bisa berisi sembarang banyaknya elemen dari masing-masing ketiga jenis tersebut. Karena energi adalah besaran skalar dan energi adalah kekal, maka energi yang diberikan pada satu pintu, w i , harus sama dengan yang disimpan ditambah dengan yang didisipasikan dalam jaringan. Bila terdapat n elemen dalam satu pintu, maka n 2 1 t w .... w w w ++ ++ ++ == 2-8

2.2 Tinjauan Energi dan Daya untuk Beban Kompleks