Sejarah Perkembangan Sumber Cahaya 7

LAMPU DOME LED

          Lampu LED adalah jenis lampu listrik terkini yang dikembangkan dari teknologi LED. Teknologi LED sendiri sebenarnya teknologi yang sudah dikenal cukup lama oleh masyarakat, khususnya masyarakat yang hobi elektronika, karena LED merupakan salah satu bahan semikonduktor seperti halnya komponen deoda, transistor dsb yang digunakan untuk membuat rangkaian elektronika. Dalam hal ini LED adalah deoda yang dapat mengeluarkan cahaya sesuai dengan kepanjangan dari singkatan LED (Light Emition Deodes). Konstruksi dan simbol LED dalam rangkaian elektronika ditunjukkan seperti pada gambar 1 berikut ini.

 

Gambar 1. Konstruksi dan simbol LED 

          Saat ini LED tidak hanya digunakan untuk komponen rangkaian elektronika, tetapi sudah berkembang untuk lampu penerangan listrik baik untuk penerangan ruangan/kabin kendaraan (mobil), penerangan ruangan rumah/gedung, penerangan jalan raya maupun untuk lampu hias dan reklame pada pusat-pusat hiburan dan pertokoan. Lampu LED adalah lampu masa kini dan masa depan yang SUPER HEMAT dan RAMAH LINGKUNGAN , dan juga TAHAN sampai dengan 10 Tahun ( >50.000jam) .

          Secara teori, teknologi LED banyak memberikan manfaat apabila dibandingkan dengan menggunakan teknologi lampu pijar, antara lain seperti ditampilkan pada tabel 1di bawah ini.

Tabel 1. Karakteristik Lampu LED VS Lampu Pijar

Karakteristik                                          Lampu LED                                        Lampu Pijar

Umur pakai rata-rata                              100.000 jam                                         2.000 jam

Pengaruh seringnya on/off terhadap

umur pakai                                               Tidak berpengaruh                              Berpengaruh
Suhu kerja                                                 Rendah                                                Tinggi
Kebutuhan daya listrik                              Kecil                                                    Besar


          Namun pada kenyataannya, teori atau pernyataan yang menyatakan bahwa umur pakai lampu LED yang hingga 50 kali lipat dari umur pakai lampu pijar, lampu SL, lampu halogen dan sejenisnya tidaklah sepenuhnya benar, karena proses produksi (kualitas produksi) hingga material yang digunakan untuk membuat LED tersebut sangat mempengaruhi umur pakai LED itu sendiri.. LED yang cepat mati umumnya termasuk kategori produk abal-abal atau KW10, karena material/komponen yang digunakan tidak dapat dipertanggungjawabkan kualitasnya.

          Untuk bahasan kali ini kita akan membahas tentang penggunaan teknologi LED untuk penerangan kabin/interior ruangan kendaraan/mobil yang biasa dikenal dengan dome light. Sedangkan tentang penggunaan teknologi LED untuk penerangan ruangan rumah/gedung, penerangan jalan raya dan lampu hias/reklame masing-masing akan kita bahas pada pertmuan-pertemuan berikutnya. 
          Bentuk dan jenis lampu dome led yang ada di pasaran banyak macamnya, mulai dari bentuk lampu yang sederhana hingga yang lebar untuk dapat menghasilkan cahaya yang lebih terang dan merata (lihat gambar 2). Seperti yang disebutkan di atas, dome led tetap punya kemungkinan mati/putus, namun tidak seperti lampu pijar, jika putus maka sama sekali tidak akan ada cahaya dan sama sekali tidak bisa diperbaiki.

Gambar 2. Macam-macam bentuk lampu dome led

           Lampu dome led umumnya menggunakan rangkaian Seri-Paralel dengan resistor penurun tegangan. Rangkaian seri membuat sederetan LED akan mati jika salah satu dalam rangkaian tersebut ada yang putus/terbakar, namun jika salah satu LED yang putus/terbakar tadi telah diganti maka sederetan lampu LED tersebut akan menyala kembali. Rangkaian Seri-Paralel Dome led menggunakan resistor untuk menurunkan tegangan. Kualitas penyolderan komponen LED tentunya akan mempengaruhi kecerahan dan umur pakai lampu Dome led. 

          Gambar-gambar di bawah ini memperlihatkan perbandingan cahaya yang dihasilkan oleh lampu pijar dibandingkan dengan LED yang digunakan pada kabin mobil (dome light). Lampu pijar mempunyai ciri khas dengan cahaya yang sedikit kekuningN dan lembut, sementara LED menghasilkan cahaya putih terang dengan sedikit kebiruan. Cahaya penerangan LED membuat interior mobil seperti disinari oleh lampu neon (putih).

Gambar 3. Perbandingan cahaya lampu pijar dengan lampu LED

Gambar 4. Cahaya interior mobil menggunakan lampu pijar

Gambar 5. Cahya interior mobil menggunakan lampu LED

Sejarah Perkembangan Sumber Cahaya 6

LAMPU SODIUM

          Lampu sodium atau sering juga disebut lampu natrium merupakan lampu. tabung yang gelas lampunya berbentuk U dan tahan terhadap cairan sodium (seperti terlihat pada gambar 1). Berdasarkan tekanan kerja pada tabung, lampu sodium dibedakan menjadi dua macam, yaitu lampu sodium tekanan rendah atau low pressure sodium (LPS) yang biasanya disebut dengan lampu sodium SOX dan lampu sodium tekanan tinggi atau high pressure sodium (HPS) yang biasa disebut dengan lampu sodium SON. Masing-masing lampu tersebut akan dibahas pada uraian berikut ini.

Gambar 1. Lampu sodium

1. Lampu Sodium Tekanan Rendah (LPS)

        Tabung busur apinya berbentuk huruf U yang terbuat dari gelas khusus yang tahan terhadap bahan kimia sodium. Tabung U ini berada didalam tabung gelas luar bening (seperti ditunjukan pada gambar 2). Ada dua jenis lampu sodium tekanan rendah, yaitu SOX yang mempunyai sebuah pegangan lampu dan SLI/H yang mempunyai pegangan lampu dengan pin ganda pada masing-masing ujungnya.

         Karena dalam suhu ruangan tabung busur api mempunyai tekanan rendah, maka loncatan muatan pada uap sodium tidak dapat dilakukan. Oleh karena itu pada tabung busur api ditambahkan gas neon untuk pengasutan. Pengasutan dilakukan dengan menggunakan tegangan tinggi (kira-kira dua kali tegangan antar elektroda) melalui transformator. Tegangan ini akan mengakibatkan loncatan muatan di dalam gas neon yang akan memanaskan sodium. Penguapan sodium perlu waktu 6 sampai 11 menit, sehingga lampu menyala dengan terang. Perubahan warnanya dari merah menjadi kuning terang. Jalur busur api lampu sodium tekanan rendah lebih panjang daripada jalur busur api lampu merkuri.

          Lampu ini memancarkan cahaya berwarna kuning terang, dan mempunyai kualitas pantulan warna yang kurang baik. Panjang gelombang cahaya lampu ini mendekati panjang gelombang cahaya di mana manusia mempunyai sensitifitas maksimum, sehingga diperoleh efikasi yang tinggi (untuk saat ini paling tinggi dibandingkan dengan jenis lampu lainnya). Penggunaan lampu ini harus dipasang secara mendatar/horizontal, kondensasi sodium terjadi secara merata sepanjang tabung U. Untuk penerangan jalan raya lampu ini cocok jika digunakan, karena efisiensinya tinggi.

Gambar 2. Lampu LPS tipe SOX

          Keuntungan lampu sodium tekanan rendah antara lain :

+ mempunyai efikasi yang tinggi;

+ lebih efisien jika dibanding lampu merkuri;

+ durasi pemakaiannya cukup lama + 40.000–60.000 jam.

          Sedangkan kekurangannya antara lain :

- untuk menyala perlu waktu 6 sampai 11 menit;

- pemasangan lampu tidak bebas (harus mendatar/horizontal);

- kualitas pantulan warnanya kurang baik, karena warna cahaya yang dihasilkan merupakan warna monokromatik dari kuning;

- memerlukan balast untuk menstabilkan tegangan.

Tabel 1. Karakteristik Lampu Sodium Tekanan Rendah (LPS)

Jenis Lampu                  Daya Lampu (watt)                   Fluks Cahaya Lampu (lumen)

     SOX                                     35                                                  4.300

                                                  55                                                  7.500

                                                  90                                                 12.500

   SLI / H                                  135                                                 21.500

                                                140                                                 20.000

                                                200                                                 25.000

                                                200 Ho                                           27.500

Tabel 2. Data Lampu Sodium Tekanan Rendah (LPS)

Efikasi                             : 61 sampai 160 lumen/watt

Usia Pemakaian SOX      : 6.000 jam

Posisi Penyalaan SLI/H   : 4.000 jam

Posisi Penyalaan             : lampu dioperasikan secara mendatar atau dapat membentuk sudut

                                             20° terhadap posisi mendatar

Kualitas Pantulan warna : sangat jelek

          Rangkaian dasar untuk mengendalikan lampu sodium tekanan rendah sebagai berikut :

Gambar 3. Rangkaian dasar lampu LPS

2. Lampu Sodium Tekanan Tinggi (HPS)

          Tabung gelas lampu sodium ini berbentuk huruf U, dilengkapi dengan dua elektroda yang masing-masing mempunyai emiter. Di dalam tabung diisi dengan cairan natrium ditambah dengan gas neon dan 1% argon sebagai gas bantu. Lampu sodium yang mempunyai gas tekanan rendah bekerja pada suhu 270°C dengan tekanan uap jenuhnya ± 1/3 atau untuk mempertahankan suhu kerja tersebut, maka tabung berbentuk U ditempatkan dalam sebuah tabung pelindung dari kaca lampu udara yang berfungsi sebagai isolasi panas.

          Tabung busur api lampu sodium tekanan tinggi berisi sodium dan sejumlah kecil gas argon atau xenon untuk membantu proses pengasutan. Tabung ini terletak di dalam bohlam gas yang sangat keras dan mampu menahan proses reaksi kimia dari sodium yang bertekanan tinggi. 

          Gambar 4 dan 5 di bawah ini menujukkan lampu sodium tekanan tinggi tipe SON dan SON - T. Bila lampu disambung ke sumber listrik, maka penyulut elektronik 2.000 V atau lebih akan mengakibatkan loncatan muatan dalam gas asut. Ionisasi ini akan menjadikan pemanasan sodium. Setelah 5 sampai 7 menit sodium panas ini akan menguap dan lampu menyala dengan terang. Jika tekanan sodium semakin meningkat, cahaya yang dipancarkan akan putih keemasan. Efikasi lampu ini cukup baik, demikian juga kualitas pantulan warnanya, serta usia pemakaian yang panjang. Oleh karena itu, lampu ini banyak digunakan untuk penerangan di kawasan pabrik, lampu penerangan di area parkir, dermaga, mercu suar di lapangan terbang, dan lain-lain.

Gambar 4. Lampu HPS tipe SON 400 Watt

Gambar 5. Lampu HPS tipe SON-T 1000 Watt

Tabel 3. Karakteristik Lampu Sodium Tekanan Tinggi (HPS)

Jenis Lampu             Daya Lampu (watt)                  Fluks Cahaya Lampu (lumen)

    SON                                 250                                           19.500

                                             400                                            36.000

   SON-T                              250                                            21.000

                                             400                                            38.000

Tabel 4. Data Lampu Sodium Tekanan Tinggi (HPS)

Efikasi                             : 100 sampai 120 lumen/watt

Usia Pemakaian SON     : 4.000 jam

Usia Pemakaian SON/T : 6.000 jam

Posisi Penyalaan             : Bebas

Kualitas Pantulan Warna : cukup

          Rangkaian dasar untuk mengendalikan lampu sodium tekanan tinggi sebagai berikut :

Gambar 6. Rangkaian dasar lampu HPS

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