• Home
  • About Me
  • Photo
  • Video
  • E-Book

Selasa, 15 April 2014

Sejarah Perkembangan Sumber Cahaya 5

LAMPU MERKURI

         Prinsip kerja lampu merkuri sama dengan prinsip kerja lampu fluoresen, yaitu cahaya yang dipancarkan berdasarkan terjadinya loncatan elektron (peluahan muatan) di dalam tabung. Sedangkan konstruksinya berbeda dengan lampu fluoresen. Lampu merkuri terdiri dari dua tabung, yaitu tabung dalam dari gelas kuarsa dan bohlam luar.
         Tabung dalam berisi uap merkuri dan sedikit gas argon. Dua elektroda utama dibelokkan pada kedua ujung tabung, dan sebuah elektroda pengasut dipasang pada posisi berdekatan dengan salah satu elektroda utama. Saat sumber listrik dihubungkan, arus listrik yang mengaliri tidak akan cukup untuk mencapai terjadinya loncatan muatan di antara kedua elektroda utama. Namun, ionisasi terjadi diantara salah satu elektroda utama (E1) dengan elektroda pengasut (Ep) melalui gas argon. Ionisasi gas argon ini akan menyebar didalam tabung dalam menuju elektroda utama yang lain (E2).
          Panas akan timbul akibat pelepasan elektron yang terjadi dalam gas argon, dan cukup untuk menguapkan merkuri. Hal ini menyebabkan tekanan gas dalam tabung meningkat tinggi. Arus mula bekerja sekitar 1,5 hingga 1,7 arus normal. Lampu akan menyala dalam waktu 5 sampai 7 menit. Cahaya awal berwarna kemerahan dan setelah kerja normal berwarna putih. Jika sumber listrik diputuskan, maka lampu tidak dapat dinyalakan kembali sampai tekanan di dalam tabung berkurang. Untuk dapat menghidupkan kembali lampu merkuri ini, perlu waktu sekitar 5 menit atau lebih. 
          Bohlam luar dari gelas yang di sisi dalamnya dilapisi dengan bubuk fluoresen berfungsi sebagai rumah lampu dan untuk menstabilkan suhu di sekitar tabung. Oleh karena lampu merkuri ini adalah bagian dari lampu tabung, maka untuk mengoperasikannya harus menggunakan ballast sebagai pembatas arus. Biasanya balast ini berupa reaktor atau transformator, bergantung dari karakteristik lampunya. Lampu merkuri bekerja
pada faktor daya yang rendah, sehingga untuk meningkatkannya diperlukan kapasitor kompensasi yang dipasang secara paralel.
          Ada berbagai macam jenis lampu merkuri yang ada di pasaran. Hanya saja masing-masing produsen lampu merkuri memberikan nama-nama yang berbeda, sehingga menyulitkan konsumen untuk mengenal setiap jenis lampu merkuri ini.
          Tabel berikut menujukkan berbagai jenis lampu merkuri yang diproduksi oleh pabrik yang berbeda.

Tabel 1 Jenis Lampu Merkuri
Jenis Lampu Merjuri     Australia dan Inggris    Jepang     Amerika      Eropah
Fluoresen                           MBF                               HF              H/DX            HPL-N
Reflektor                             MBF-R                           HFR            HR                HPLR
Blended                              MBFT                            HFM           HSB              ML

Tabel 2.Karakteristik Lampu Merkuri Tekanan Tinggi
Daya Lampu (Watt)                   Fluks Cahaya Lampu (Lumen)
50                                                   1.800
80                                                   3.350
125                                                 5.550
250                                                 12.000
400                                                 21.500
750                                                 38.000
1.000                                              54.000

Tabel 3 Data Lampu Merkuri Tekanan Tinggi
Efikasi                             : 38 sampai 56 lumen/watt
Usia Pemakaian               : 7.500 jam
Posisi Penyalaan              : dapat dioperasikan pada segala posisi
Kualitas Pantulan Warna  : cukup baik.

          Rangkaian dasar untuk mengendalikan lampu merkuri tekanan tinggi sebagai berikut .

Gambar 1. Rangkaian dasar lampu merkuri tekanan tinggi

Keterangan : L : Lampu merkuri
                       B : Ballast
                       C : Kapasitor kompensasi

1. Lampu Merkuri Fluoresent
          Lampu ini termasuk lampu merkuri tekanan rendah. Di dalam tabung berisi merkuri dan gas argon, sedangkan di bagian dalam dilapisi serbuk fluoresen (fosfor). Fungsi serbuk fluoresen adalah untuk merubah radiasi ultra violet menjadi cahaya tampak. Gambar rangkaiannya sama persis seperti lampu tabung fluoresent, yang membedakan adalah isi gas dari tabungnya. Lampu merkuri fluoresen ini mempunyai diamater tabung rata-rata 38 mm, sedangkan panjangnya bergantung dari dayanya. Berikut ini adalah tabel data lampu merkuri fluoresen.

Gambar 2. Lampu merkuri fluorensent (HPL-N)

Tabel 4. Daya Lampu Merkuri Fluoresent
Daya Lampu (Watt)            Daya Total (Watt)              Fluks Cahaya (Lumen)
50                                             61                                         1.800
80                                             93                                         3.300
125                                           140                                       5.800
250                                           268                                       12.500
400                                           426                                       21.250
700                                           737                                       38.250
1.000                                        1.044                                    54.200

          Besarnya daya yang tertera pada lampu tidak sama dengan daya total rangkaian, disebabkan karena adanya daya yang hilang (menjadi energi panas) pada balast. Lampu merkuri fluoresen yang mempunyai efikasi 45 sampai 60 lumen/watt biasanya digunakan untuk penerangan jalan dan industri.

2. Lampu Merkuri Reflektor
          Lampu merkuri reflektor dirancang hanya untuk penerangan ke bawah bohlam langsung menjadi reflektornya, dengan cahaya yang diarahkan ke bawah. Perbedaan lampu merkuri reflektor dengan merkuri fluoresen hanya dalam bentuk konstruksi bohlamnya saja, sedangkan rangkaian dan penggunaan ballastnya sama. Lampu ini mempunyai rentang usia antara 12.000 sampai 16.000 jam menyala. Biasanya digunakan pada penerangan di kawasan industri dengan ketinggian 10 sampai 20 m.

Gambar 3. Lampu merkuri reflektor (HPL-R)

3. Lampu Merkuri Blended
          Lampu ini merupakan kombinasi lampu pijar dengan lampu merkuri fluoresen, sehingga disebut lampu merkuri blended. Filamen tungsten dihubungkan seri dengan salah satu elektroda utama yang berfungsi untuk membatasi arus saat lampu bekerja. Dengan demikian lampu merkuri blended ini tidak memerlukan balast lagi di luar filamen tungsten. Di samping sebagai pembatas arus, juga berfungsi untuk menghasilkan cahaya dominan infra merah. Sedangkan yang dihasilkan lampu merkuri fluouresen cahayanya dominan ultra violet.
        Filamen ini akan menyerap sebagian panas yang dihasilkan lampu, sehingga berakibat mengurangi efikasi lampu dan rentang usia pemakaian. Oleh karena itu efikasinya hanya antara 12 sampai 25 lumen/watt, sedangkan rentang usianya 4.000 sampai dengan 6.000 jam menyala.
          Penggunaan lampu merkuri blended ini merupakan alternatif pengganti lampu pijar untuk penerangan industri dan komersil dengan efikasi dan rentang usia pemakaian yang lebih tinggi, sehingga biaya pemasangan awal yang lebih rendah.

Gambar 4. Lampu merkuri blended (ML) bohlam bening

Gambar 5. Lampu merkuri blended (ML) bohlam buram

Gambar 6. Lampu merkuri blended UV300L


Tabel 5. Daya Lampu Merkuri Blended
Daya Lampu (Watt)        Daya Total (Watt)        Fluks Cahaya (Lumen)
160                                      160                                  2.450
250                                      250                                  5.000
450                                      450                                  1.250
750                                      750                                  21.500

          Besarnya daya yang tertera pada lampu sama dengan daya total rangkaian karena tidak adanya ballast yang dipasang di luar.

4. Lampu Merkuri Halide (Metal Halide Lamp)
          Pada prinsipnya karakterisitk elektris lampu merkuri halide sama dengan lampu merkuri fluoresent, tetapi untuk penyalaan awal (saat pengasutan) memerlukan tegangan yang lebih tinggi. Penambahan tegangan pengasutan ini diperoleh dari transformator rangkaian pengasut yang menghasilkan transien. Isi gas pada tabung seperti pada lampu merkuri fluoresent, tetapi ada penambahan logam iodides (thalium, sodium, scandium, thorium, dan lain-lain), sehingga menghasilkan CRI (Colour Rendering Index) lampu yang sangat baik.
          Di samping itu, efikasinya lebih tinggi dari lampu merkuri fluoresen yaitu 80 sampai 90 lumen/watt. Oleh karena CRI-nya sangat baik, lampu ini biasa digunakan untuk penerangan komersial, penerangan ruang pameran, penerangan lapangan bola, dan sebagainya.

Gambar 7. Lampu metal halide BT 56

Gambar 8. Lampu metal halide HQI-BT 400

Gambar 9. Lampu metal halide HPI-T 2000

Gambar 10. Lampu metal halide E27

Gambar 11. Lampu metal halide CDMR 30

Gambar 12. Lampu metal halide CDMR 111

Minggu, 13 April 2014

Sejarah Perkembangan Sumber Cahaya 4

LAMPU TABUNG

         Menjelang akhir abad ke-19, George Claude, seorang ilmuwan Perancis malakukan percobaan-percobaan dengan membuat busur antara dua elektroda dalam sebuah pembuluh pipa vakum dengan diisi gas neon. Bila pada kedua elektroda dipasang tegangan yang tinggi, maka terjadi suatu cahaya merah yang dalam. Oleh karena di dalam tabung diisi dengan gas neon, maka lampu tabung ini sering disebut juga lampu neon. Pengisian pada tabung dengan jenis gas-gas yang lain dapat menghasilkan beraneka warna-warni cahaya, sehingga lampu ini banyak digunakan untuk keperluan hiasan dan iklan (reklame).

Gambar 1. Neon sign warna

          Perkembangan jenis lampu tabung ini terjadi sekitar tahun 1950-an, yaitu dibuatnya lampu-lampu pelepas gas merkuri dan sodium. Berbeda dengan jenis lampu pijar, lampu tabung tidak menghasilkan cahaya dari filamen pijar, tetapi melalui proses eksilasi gas atau uap logam yang terkandung di dalam tabung gelas. Warna dari cahaya yang dipancarkan bergantung pada jenis gas atau uap logam yang terkandung di dalam tabung. Beberapa contohnya sebagai berikut.

Bahan yang Terkandung dalam Tabung                             Warna Cahaya
Gas Neon                                                                               Oranye, putih, kemerahan
Gas Argon                                                                              Hijau/biru
Gas Hidrogen                                                                          Merah muda/pink
Gas Kalium                                                                             Kuning gading
Uap Logam Merkuri                                                               Hijau, ungu, merah
Uap Logam Sodium                                                                Kuning, oranye

1. Lampu TL (Fluorensent)
          Konstruksi lampu fluoresen terdiri dari tabung gelas berwarna putih susu, karena dinding bagian dalam tabung dilapisi serbuk pasphor. Bentuk tabungnya melingkar ada yang memanjang dan melingkar. Jenis lampu ini di dalam tabung gelas mengandung gas yang menguap bila dipanasi.

Gambar 2. Bentuk fisik Lampu TL (fluorensent)



Gambar 3. Konstruksi lampu TL (fluorensent)

          Cara kerja lampu TL (fluorensent) dapat dijelaskan sebagai berikut (perhatikan gambar 4 berikut ini).

Gambar 4. Skema rangkaian lampu TL (fluorensent)

          Tegangan sumber yang normal tidak akan cukup untuk mengawali pelepasan muatan elektron di antara elektroda tanpa bantuan balast dan ”starter”. Bila sumber listrik disambung, maka ada beda tegangan antara kontak-kontak bermetal dalam "starter". Oleh karena di dalam ”tabung” bola terdapat gas argon, maka terjadi loncatan elektron di antara kontak-kontak bermetal dalam "starter" timbul bunga api, sehingga bimetal panas dan kontak-kontaknya terhubung.
         Dengan terhubungnya kontak-kontakbimetal dalam "starter" tersebut, maka tidak ada loncatan elektron pada gas argon (starter padam), sehingga suhu di dalam tabung bola dingin kembali dan kontak-kontak bimetal lepas. Pada saat inilah terjadi tegangan induksi yang tinggi dari balast dan tabung panjang mengeluarkan cahaya. Keadaan ini bisa terjadi berulang-ulang. Terjadinya tegangan induksi yang tinggi membuat tegangan antara kedua elektroda di dalam tabung panjang menjadi tinggi. Hal ini akan meningkatkan gerakan elektron bebas dalam tabung dan menabrak elektron gas yang lentur. Kapasitor di antara kontak-kontak bimetal dalam "starter" berfungsi sebagai filter, sedangkan kapasitor yang tersambung pada jala-jala lsumber listrik berfungsi untuk memperbaiki faktor daya.
          Kelebihan lampu fluoresen antara lain:
+ Mempunyai efikasi lebih tinggi daripada lampu pijar, sehingga lebih ekonomis
+ Cahaya yang dipancarkan lebih terang daripada lampu pijar pada daya yang sama
+ Durasi pemakaian lebih lama 8.000–20.000 jam
          Sedangkan kekurangannya antara lain:
- Mempunyai CRI (Color Rendering Index) yang rendah
- Efek cahaya dihasilkan terhadap objek terlihat tidak seperti warna aslinya.

2. Lampu Hemat Energi (Energi Saving)
          Kini terdapat lampu neon jenis terbaru yang mempunyai komponen listrik yang terdiri dari balast, starter dan kapasitor kompensasi yang terpadu dalam satu kesatuan. Lampu teknologi baru ini disebut sebagai ”Compact Fluorescence” dan beberapa produsen lampu menyebutnya sebagai lampu SL dan PL.
          Pada dasarnya lampu hemat energi merupakan lampu fluoresen dalam bentuk mini, yang dirancang strukturnya seperti lampu pijar. Lampu ini dibuat dalam berbagai macam bentuk dan ukuran, sehingga dapat dipasang pada suatu fitting lampu pijar. Gambar berikut ini menunjukkan tempat jenis lampu hemat energi dari suatu produk yang sering kita jumpai di kehidupan sehari-hari, yaitu model 2U, model 3U, model bulat telur dan model spiral/twist.

Gambar 5 Jenis-jenis lampu hemat energi

          Keunggulan lampu hemat energi adalah:
+ Penggunaan daya listrik lebih efisien dibanding lampu pijar (sebagai contoh sebuah lampu hemat energi 8 watt akan memberikan daya keluaran yang sama dengan lampu pijar berdaya 40 watt).
+ Mempunyai rentang usia pemakaian yang lebih panjang, yaitu sekitar 8 kali usia pemakaian lampu pijar.
          Kekurangan lampu hemat energi antara lain:
- Untuk menyala dengan cahaya normal, memerlukan waktu beberapa menit.
- Lampu ini tidak dapat diatur redup-terangnya dengan sakelar pengatur (dimmer).
- Harganya relatif lebih mahal.

Gambar 6  Jenis-jenis ukuran daya lampu hemat energi

3. Lampu Reklame
          Lampu reklame dirancang untuk membuat daya tarik orang. Bentuknya bisa bermacammacam, besar/kecil, berbentuk huruf atau gambar, dan cahayanya berwarna-warni. Tabung kaca dibentuk melalui proses pemanasan pada suhu tertentu di tungku pemanas, sehingga bisa sesuai dengan bentuk yang dikehendaki.
          Setiap bentuk tabung, masing-masing ujungnya dipasang sebuah elektroda dan diinjeksikan suatu jenis gas tertentu untuk menghasilkan efek warna cahaya yang dikehendaki. Gas neon akan memberikan efek warna merah, gas argon memberikan cahaya warna hijau atau biru, dan gas hidrogen memberikan efek warna cahaya merah muda.
          Ukuran diameter tabung ada beberapa macam dan masing-masing ukuran tabung memiliki kemampuan untuk dialiri arus listrik. Beberapa ukuran tabung yang sering digunakan antara lain seperti tabel berikut ini.

Diameter Tabung (mm)       10      15        20       30
Arus Listrik (Amp)                25      35       60       150

Gambar 7. Contoh lampu reklame

          Untuk menyalakan lampu reklame, beberapa bentuk tabung yang telah diisi gas, masingmasing elektrodanya disambung seri, kemudian ujung satunya dan ujung lainnya disambungkan ke belitan sekunder trafo tegangan menengah. Untuk menentukan tegangan trafo dan menghitung dayanya digunakan rumus:
US = UT + UE 
Keterangan:
US = Tegangan sekunder trafo (V)
UT = Tegangan tabung
UE = Tegangan elektroda
dan
P = US ⋅ IS ⋅ cos p
Keterangan:
P = Daya trafo (W)
U = Tegangan sekunder trafo (V)
I = Arus sekunder trafo (A)
cos p = Faktor daya trafo

          Untuk gas neon tiap pasang elektrodanya, tegangan VE = 300 V, dan setiap tabung yang berdiameter 15 mm tegangan VT = 400 V/m. Pemasangan lampu reklame diatur pada PUIL 2000 bagian 8.26.

Contoh:
          Sebuah lampu reklame bertuliskan “HOTEL” yang tiap hurufnya terpisah antara satu dengan lainnya.(sepeti terlihat pada gambar 7). Tabung kaca yang digunakan diameternya 15 mm dan panjang totalnya 9 m. Jika faktor daya trafo = 0,8, hitunglah tegangan belitan sekunder trafo dan daya keluarannya!
          Karena kata “HOTEL” terdiri dari 5 huruf, maka diperlukan elektroda sejumlah 5 pasang dan panjang tabung 9 m. Dengan demikian persamaan tegangannya sebagai berikut.
US = UT + UE = (9 m × 400 V/m) + (5 × 300 V) = 3.600 V + 1,500 V = 5.100 V
Jadi lampu ini dapat disuplai dengan trafo tap tengah 5.100V, sehingga tegangannya terhadap titik pentanahan 2.250V dan sesuai dengan PUIL 2000 bagian 8.26.ayat 3.2a, yaitu tegangan sekunder trafo yang ujungnya dibumikan tidak boleh melebihi 7.500V.
Daya = US x IS x cos p =  5.100 x 35 ⋅ 10–3 x 0,8 = 1428 W
Dan sesuai dengan PUIL 2000 bagian 8.26.ayat 3.2b yaitu daya trafo maksimum 4.500 VA.