ELCO (Electrical Control) As Solution......(Rio Sebastian) 1

ELCO (ELECTRICAL CONTROL) AS A SOLUTION FOR INCREASING HOUSEHOLD ELECTRICITY

Rio Sebastian1,a, Darto1,b, Deska Natalia1,c, Puji Hariati Winingsih1,d, Handoyo Saputro1,f

Department of Physics Education, Faculty of Teacher Training and Education, Universitas

Sarjanawiyata Tamansiswa

Jalan Batikan UH.III/1043, Yogyakarta 55167, Indonesia

e-mail:

a riosebastian99@gmail.com

Abstract

Indonesia's important role in dealing with global markets continues to increase. Indonesia is the largest energy consumer in Southeast Asia with 36% of the region's energy needs [1]. Rapid economic growth drives an increase in electricity demand. Between 2000 - 2015 electricity demand in Indonesia increased by 150% [2]. Therefore, it is necessary to innovate electricity saving devices that can increase the efficiency of home electrical energy. The method used is experiment. Retrieval of data involving home electrical equipment. The data analysis technique used is descriptive statistics. Obtained an ELCO tool by utilizing the RLC circuit. Based on the results of expert validation 32.1% stated that it was very good, 64.3% stated it was good, and 3.6% said it was sufficient. This tool is able to produce output power 2-3 times greater than the input power. Keywords: Electric power, RLC circuit, electrical control

ELCO (ELECTRICAL CONTROL) SEBAGAI SOLUSI PENINGKAT DAYA LISTRIK RUMAH TANGGA

Abstrak

Peran penting Indonesia dalam menghadapi pasar global terus meningkat. Indonesia merupakan konsumen energi terbesar di Asia Tenggara yaitu 36 % dari kebutuhan energi kawasan [1]. Pertumbuhan ekonomi yang semakin pesat mendorong peningkatan kebutuhan akan listrik, Antara tahun 2000 – 2015 kebutuhan listrik di Indonesia meningkat 150 %[2]. Oleh karena itu, perlu adanya inovasi alat penghemat listrik yang dapat meningkatan efisiensi energi listrik rumah. Metode yang digunakan adalah eksperimen. Pengambilan data dengan melibatkan peralatan listrik rumah. Teknik analisis data yang digunakan menggunakan statistik deskriptif. Diperoleh hasil sebuah alat ELCO dengan memanfaatkan rangkaian RLC. Berdasarkan hasil validasi ahli 32,1 % menyatakan sangat baik, 64,3 % menyatakan baik, dan 3,6 % menyatakan cukup. Alat ini mampu menghasilkan daya output 2-3 kali lebih besar dari daya input. Kata Kunci: Daya listrik, rangkaian RLC, electrical Control

2 Jurnal Ilmiah Pendidikan Fisika-COMPTON

I. PENDAHULUAN Listrik merupakan salah satu

bentuk energi yang banyak dibutuhkan, hal ini dimungkinkan karena energi listrik mudah dalam penyaluran dan mudah diubah ke bentuk energi lain [3].

Perkembangan dan kemajuan teknologi di segala sektor meningkat dengan sangat cepat, kemajuan ini memiliki konsekuensi terhadap meningkatnya penggunaan akan energi listrik. Rencana Umum Penyediaan Tenaga Listrik (RUPTL) PT PLN (Persero) tahun 2010-2019 menyebutkan, kebutuhan listrik diperkirakan mencapai 55.000 MW [4]. Berdasarkan data kementerian Energi Sumber Daya dan Mineral (ESDM), konsumsi listrik Indonesia pada tahun 2017 mencapai 1.012 kilowatt hours (kWh)/kapita, naik 5,9 persen dari tahun sebelumnya[5]. Pada tahun 2018, pemerintah menargetkan konsumsi listrik masyarakat akan meningkat menjadi 1.129 kWh/kapita[6]. Di samping itu, pertumbuhan ekonomi Indonesia juga diperkirakan akan terus berlangsung sehingga mengakibatkan kebutuhan listrik meningkat mencapai 491 terawatt hours (TWh) di tahun 2030 [2]

Oleh sebab itu, untuk menanggulangi kurangnya listrik dalam kebutuhan sehari-hari. Salah satunya dengan menerapkan teori dan sistem kerja dari arus tukar atau alternating current (AC) yaitu dengan menggunakan sistem rangkaian R-L-C. Rangkaian R-L-C merupakan rangkaian baik yang hubungkan secara seri ataupun secara paralel [7]. Rangkaian ini terdiri dari resistor (R), induktor (L) dan kapasitor (C). Sistem kerja dari rangkaian ini yaitu mengendalikan daya (P) input untuk

menghasilkan daya (P) output hingga 2-3 kali lipat dari daya input. Banyak penelitian yang telah dilakukan dalam pengembangan rangkaian R-L-C baik dirangkai seri maupun paralel. Perangkat pengendali listrik yang dibuat dengan menggunakan rangkaian RLC untuk mengurangi aliran listrik sehingga distribusi listrik ke rumah-rumah lebih efisien dan mampu menghemat biaya listrik sebesar 60% [8]. Dalam pengembangan filter kombinasi rangkaian R-L-C seri paralel, mengubah gelombang tegangan yang dihasilkan oleh inverter frekuensi tinggi jenis jembatan penuh, sehingga rangkaian tersebut memiliki dua penguat tegangan terbesar [9].

Dalam penelitian Tofan Bimatara, perbandingan efisiensi tegangan antara rangkaian R-C (resistor, kapasitor) dan rangkaian R-L-C menarik kesimpulan bahwa rangkaian R-L-C memiliki efisiensi tegangan yang lebih baik daripada rangkaian R-C [10]. Rangkaian R-L-C memiliki impedansi yang sangat kecil jika nilai reaktansi induktif sama dengan nilai rektansi kapasitif, maka dari itu terjadinya resonansi yang dapat mengefisiensi rangkaian dan menguatkan tegangan. Kemampuan penguatan tegangan pada resonan R-L-C tersebut dapat menjadi salah satu pengganti transformator penaik tegangan [11]. Lukita Jati Nugraha menyatakan bahwa komponen R-L-C sangat mempengaruhi besarnya tegangan dan arus pada starting motor induksi satu fase dengan kesimpulan bahwa semakin besar nilai resistans dan induktans yang diseri dengan motor, maka tegangan dan arus motor saat start semakin turun dan sebaliknya. Jadi untuk menaikkan tegangan dan arus nilai

Volume 7, Nomor 1 Juni 2020 3

resistansi dan induktansi yang digunakan pada ELCO nilainya harus kecil [12].

Dalam penelitian ini, rangkaian R-L-C dikembangkan menjadi sebuah alat pengendali listrik ELCO yang mampu menghasilkan daya keluaran 2-3 lebih besar dari daya masuknya. Selain itu, dapat memecahkan permasalahan dalam kebutuhan listrik, hal ini karena pada rangkaian R-L-C dapat menaikkan tegangan dan arus, serta mengefisienkan biaya penggunaan listrik.

Dari uraian di atas, maka penelitian ini bertujuan untuk membuat rancang bangun ELCO (Electrical Control) dan menentukan daya output yang dihasilkan pada ELCO.

II. METODE PENELITIAN Alat dan Bahan

Alat dan bahan pada penelitian ini terdiri dari dua komponen yaitu komponen utama dan komponen pendukung, komponen utamanya terdiri resistor, induktor, kapasitor, dan sumber arus. Sedangkan komponen pendukungnya yaitu stabilisator, stopkontak, kabel, dan kotak ELCO. Selain itu, dalam pengujian alat ELCO digunakan sumber listrik rumah dan peralatan-peralatan rumah tangga. Peralatan rumah tangga yang digunakan diantaranya lampu, setrika, blender dan vacum cleaner, sedangkan sumber listrik rumah yang digunakan sebesar 450 watt Desain Alat

(a)

(b)

Gambar 1. a)Desain Rangkaian alat ELCO; b)Desain Box ELCO

Cara Kerja Alat

Merangkai komponen utama dan pendukung berdasarkan gambar 1. Dan dihasilkan alat ELCO yang akan digunakan untuk menentukan besarnya daya output pada alat listrik rumah tangga. Prosedur Pengambilan Data

Skema yang digunakan dalam pengambilan data :

Gambar 2. Alur pengambilan data alat ELCO

III. HASIL DAN PEMBAHASAN Rancang Bangun Alat Tahap I : Persiapan alat dan bahan. Alat dan bahan terdiri dari, tang, solder, gergaji besi, cutter, bor sekrup, dan gunting, kabel kawat tembaga, kabel serabut tembaga, tenol, paralon, resistor, kapasitor, akrilik, paralon, steker, stopkontak, semen putih , sekrup, amperemeter dan voltmeter seperti ditunjukkan pada gambar 3.

Gambar 3. Alat dan bahan yang

dibutuhkan dalam rancang bangun alat

4 Jurnal Ilmiah Pendidikan Fisika-COMPTON

Tahap II : Membuat Box dan Kumparan. Pada tahap ini diawali dengan pembuatan box dari bahan akrilik dengan ukuran (30 x 12 x 15) cm (Gambar 4.a). Selanjutnya dilakukan rancang bangun komponen induktor dilakukan dengan cara memotong paralon diameter 3 cm sepanjang 20 cm dan menggunakan kawat tembaga sepanjang 20 m. Kawat tembaga tersebut selanjutnya dibuat lilitan dalam paralon dan dicor dengan semen putih, sehingga terbentuk sebuah kumparan seperti terlihat pada gambar 4.b.

(a)

(b)

Gambar 4. a) Box ELCO; b) Kumparan

Tahap III : Hasil Rancang Bangun. Berdasarkan gambar 1.a maka komponen-komponen yang dihasilkan dari tahap I sampai II dirangkai dan hasilkan alat ELCO seperti ditunjukkan pada gambar 5.

Gambar 5. Rangkaian ELCO

Tabel 1. Fungsi masing-masing komponen

pada ELCO

No Komponen Fungsi

1 Resistor Sebagai pengatur tegangan dan arus listrik.

2 Kapasitor Menyimpan arus atau tegangan listrik, sebagai konduktor yang dapat melewatkan arus AC dan sebagai isolator untuk menghambat arus DC.

3 Induktor Sebagai pembangkit getaran serta melipatgandakan tegangan.

Rangkaian RLC yang terdapat

pada ELCO dapat menghasilkan output lebih besar dari input. Adapun prinsip kerjanya adalah kapasitor pada rangkaian digunakan untuk mengkompensasi efek induktansi rangkaian. Hal ini dikarenakan pada rangkaian RLC komponen yang mendisipasi (mengatur masuknya energi listrik) daya merupakan resistor. Sedangkan Induktor dan Kapasitor tidak mengkonsumsi daya sama sekali. Keduanya hanya menyimpan daya sesaat dalam bentuk medan magnet, dan akan dikembalikan lagi ke rangkaian tersebut.

Proses penyimpanan sampai pelepasan energi terjadi secara kontinu di dalam kapasitor dan induktor. Resistor sendiri digunakan sebagai pembatas arus listrik yang masuk dan untuk mencocokkan level tegangan. Karena semakin banyak arus yang mengalir di rangkaian, semakin besar daya yang hilang.

Volume 7, Nomor 1 Juni 2020 5

Dimana arus merupakan jumlah elektron yang mengalir persatuan waktu sehingga semakin banyak juga tumbukan dan gesekan yang mengakibatkan semakin banyak energi yang terbuang sehingga dipasangkan kapasitor untuk melawan efek induktansi sistem. Dengan adanya kapasitor efek induktansi bisa diminimumkan sehingga sistem kelistrikan jadi lebih efisien. Selain itu, dengan menggunakan kapasitor dapat mencegah terputusnya arus listrik secara tiba-tiba dan mencegah terjadinya pemutusan sumber arus listrik ketika sudah melebihi batas daya input. Hal ini karena kapasitor mampu menyerap energi dan mempertahankan tegangan [13].

Pada komponen induktor sendiri berperan dalam melipat gandakan daya yang masuk pada induktor, karena dalam induktor dapat membangkitkan sinyal getaran, sehingga tegangan dapat berlipat ganda[14]. Selain itu induktor dapat menyimpan energi listrik dalam bentuk medan magnet, maka dari itu pada induktor dibalut menggunakan semen putih agar arus listrik yang berupa medan magnet tersebut tidak mengalami kebocoran dan terisolasi, sehingga dihasilkan daya yang maksimal[15], seperti ditunjukkan pada tabel 2.

Tabel 2. Hasil Pengujian Alat ELCO

ke-

Pin (Watt)

Pterpakai (Watt)

Pout (Watt)

Kesimpulan

1 450 Lampu (20)

320 Listrik rumah tidak mati (shut down) maupun pengurangan arus Blender

(300)

ke-

Pin (Watt)

Pterpakai (Watt)

Pout (Watt)

Kesimpulan

2 450 Lampu (20)

520 Listrik rumah tidak mati (shut down) maupun pengurangan arus

Blender (300)

Setrika (200)

3 450 Lampu (20)

1520 Listrik rumah tidak mati tetapi mengalami pengurangan arus

Blender (300)

Setrika (200)

Vacum cleaner (1000)

Dengan acuan tabel 2, dapat diketahui bahwa alat selaras dengan persamaan resonansi listrik:

√ (1)

Dan dengan nilai frekuensi tersebut dapat menentukan nilai tegangan yang dihasilkan pada ELCO dengan persamaan tegangan:

(2)

Dalam persamaan tersebut, jika nilai frekuensi yang dihasilkan semakin besar, maka gelombang getaran yang dihasilkan alat akan semakin besar, dan nilai tegangan dan dayanya semakin besar juga , karena berlaku persamaan

(3)

Berdasarkan tabel 2 dapat diinterpretasikan menjadi gambar 6.

6 Jurnal Ilmiah Pendidikan Fisika-COMPTON

Gambar 6.Grafik hasil pengujian data alat ELCO

Pada gambar 6 terlihat,

kemampuan alat ELCO menghasilkan daya output lebih besar dari daya inputnya yaitu mencapai 3 kali lipat dari daya Inputnya. Sumber daya listrik yang digunakan untuk menguji alat ELCO adalah sebesar 450 Watt.

Pada tabel 2 juga terlihat bahwa pada percobaan pertama dan kedua menggunakan daya yang relatif kecil, dan listrik mengalir dengan keadaan stabil. Tetapi pada percobaan yang ketiga dengan menambah beban daya yang besar (1000 Watt) terjadi penurunan arus. Hal ini disebabkan karena pada percobaan belum menggunakan stabilisator. Penelitian ini selaras dengan penelitian yang dilakukan oleh Puji Hariati Winingsih yang dimana dengan rangkaian R-L-C dihasilkan daya output 2-3 kali lipat daya inputnya mengindikasikan alat ELCO mampu menghemat biaya listrik rumah [8]. Selain itu mengalami kesesuaian dalam penelitian Isnain yang menyatakan Rangkaian R-L-C memiliki impedansi yang sangat kecil jika nilai reaktansi induktif sama dengan nilai rektansi kapasitif, maka dari itu terjadinya resonansi yang dapat mengefisiensi rangkaian dan menguatkan tegangan. Kemampuan penguatan tegangan pada resonan R-L-C tersebut dapat

menjadi salah satu pengganti transformator penaik tegangan [11]. Penguatan tegangan dalam rangkaian R-L-C pada ELCO merupakan kenaikan juga pada daya yang dihasilkan pada ELCO, karena daya listrik berbanding lurus dengan perkalian antara arus dan tegangan.

IV. KESIMPULAN

Telah dihasilkan sebuah alat ELCO yang dapat menghasilkan daya output 2-3 lebih besar dari daya inputnya. ELCO dengan kumparan yang dilapisi semen putih dapat mencegah terjadinya kebocoran arus, maka dari itu ELCO dapat menghasilkan daya yang maksimal.

UCAPAN TERIMA KASIH Penelitian ini dilakukan di

Universitas Sarjanawiyata Tamansiswa dan Wismakertonegaran dan didanai oleh Kementerian Riset, Teknologi, dan Pendidikan Tinggi Oleh karena itu, penulis ingin mengucapkan terima kasih kepada semua pihak yang telah membantu dan memberikan saran dan kritik.

DAFTAR PUSTAKA [1] Y. Mahesa, “BAUSUKU

PAWITRA GAYUH: MODEL DIVERSIFIKASI PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA MAGNET SEBAGAI STRATEGI PEMERATAAN ENERGI BERSIH DAN TERJANGKAU,” Universitas Negeri Malang, 2018.

[2] IEA, “Energy Efficicency 2017 Indonesia.” 2017.

[3] Alfa Saleh, “Implementasi Metode Klasifikasi Naïve Bayes dalam Memprediksi Besarnya

Volume 7, Nomor 1 Juni 2020 7

Penggunaan Listrik Rumah Tangga,” Citec J., vol. 2, no. 3, pp. 207–217, 2015.

[4] A. Febriansyah Juwito, S. Pramonohadi, and T. Haryono, “Optimalisasi Energi Terbarukan pada Pembangkit Tenaga Listrik dalam Menghadapi Desa Mandiri Energi di Margajaya (Renewable Energy Optimization of Electrical Power Generation toward the Energy Self-Sufficient Village in Margajaya),” J. Semesta Tek., vol. 15, no. 1, pp. 22–34, 2012.

[5] R. N. Rizqullah, A. Qurthobi, F. T. Elektro, and U. Telkom, “Studi Efisiensi Purwarupa Pembangkit Listrik Tenaga Pikohidro Menggunakan Turbin Baling-Baling Study Of Picohydro Power Plant Prototype Efficiency Using Propeller Turbine,” vol. 6, no. 2, pp. 5404–5409, 2019.

[6] F. Aspriadi, M. Sulaiman, and W. Wilopo, “Perancangan Pemanfaatan Energi Pembangkit Listrik Tenaga Mikrohidro (PLTMh) Di Kawasan Perkebunan Teh PT. Pagilaran Kecamatan Blado Kabupaten Batang Provinsi Jawa Tengah,” 2018.

[7] I. Parinduri and S. Komputer, “Model Dan Simulasi Rangkaian RLC Menggunakan Output Simulink,” vol. 4307, no. February, pp. 42–47, 2018.

[8] P. Winingsih, H. Saputro, and P. Swastika, “Development of Home Electrical Power Control System Using RLC Circuits on

Electronic Skills Learning,” pp. 3–9, 2019.

[9] A. D. Hendrawan, A. Warsito, and M. (Universitas D. Facta, “Analisis Filter Seri-Paralel Dalam Rangkaian Inverter Frekuensi Tinggi Penaik Tegangan,” Issn, vol. 2, no. 4, pp. 1–7, 2013.

[10] T. Bimatara, Juningtyastuti, and M. (Universitas D. Facta, “Kinerja rangkaian r-c dan r-l-c dalam pembangkitan tegangan tinggi impuls,” pp. 2–8.

[11] T. M. Isnain and M. Facta, “Pasif Lc Beban Paralel,” Transient, vol. 4, pp. 147–154, 2015.

[12] L. Nugraha, T. Haryono, and F. D. Wijaya, “ARUS STARTING MOTOR INDUKSI SATU,” vol. 1, no. April, pp. 29–33, 2014.

[13] S. Sari, “Studi Tentang Penggunaan Induktor untuk Start Motor Induksi Daya Kecil dengan Kombinasi Kawat, Panjang Kawat dan Jumlah Lilitan,” Universitas Muhammadiyah Gresik, 2014.

[14] M. Nahidah, “Rancang Bangun Metal Detector pada Robot Pendeteksi Logam di Air Tawar Berbasis Mikrokontroler ATMEGA 16,” 2015.

[15] J. Heri, Yuningtyastuti, and A. Syakur, “Studi Arus Bocor Permukaan Bahan Isolasi Resin Epoksi Silane Dengan Variasi Pengisi Pasir Silika (Dengan Polutan Pantai),” Transmisi, vol. 14, no. 1, pp. 20–37, 2012.