Resonance in world energy

RESONANSI

Resonansi merupakan peristiwa ikut bergetarnya sebuah benda disebabkan getaran dari benda lain yang mempunyai frekuensi yang sama atau mempunyai frekuensi dengan nilai yang merupakan kelipatan bilangan bulat dari frekuensi benda tersebut. Contoh yang paling mudah untuk dilihat adalah apabila kita memukul beduk pada satu sisi, maka pasti sisi yang lainnya pun akan turut bergetar sehingga menciptakan bunyi yang lebih keras.

Penerapan Resonansi dalam Kehidupan

Fenomena Resonansi sangat berguna pada kehidupan kita setiap harinya. Contoh umum bagaimana resonansi diaplikasikan dalam kehidupan sehari-hari adalah penerapan resonansi bunyi. Beragam alat musik diproduksi berdasarkan fenomena resonansi. Sejumlah alat musik biasanya dirancang memiliki lubang udara yang ikut bergetar ketika alat musik tersebut dimainkan sehingga suaranya terdengar lebih keras. Beberapa alat musik tersebut diantaranya: suling,bedug, kendang,ketipung, gitar dsb.

Adanya gejala Resonansi benar-benar bermanfaat dalam bidang musik. Sebuah Dawai tak bisa membuat bunyi yang keras bila tak dilengkapi dengan suatu kotak resonansi. Pada sebuah gitar ada sebuah kotak sebagai kolom udara dimana udara di dalamnya turut bergetar jika senar gitar dipetik. Udara dalam kotak gitar itu bergerak menggunakan frekuensi dengan besaran yang sama dengan yang dihasilkan oleh senar gitar. Udara dalam tabung gamelan pun akan bergetar apabila lempeng logam dari gamelan itu dipukul. Bila alat musik gamelan itu tak memiliki tabung atau kotak kolom udara di bawah lempeng logam, Anda tak akan bisa mendengar kerasnya bunyi gamelan itu.

Sebenarnya pengertian resonansi tidak terbatas pada getaran yang mengakibatkan suara saja. Namun karena pengaplikasiannya paling sering terjadi terutama untuk keperluan di bidang musik, maka resonansi pun identik dengan resonansi bunyi. Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena pengaruh getaran benda lain. Syarat terjadinya resonansi adalah frekuensi alami kedua sumber bunyi harus sama atau kelipantannya.

Sebagai contoh. Seutas dawai bergetar sehingga menghasilkan bunyi dengan frekuensi fo di dekat lubang sebuah pipa organa terbuka yang memiliki frekuensi alamiahfi maka resonansi terjadi jika fo = fi. Percobaan mengenai resonansi yang umum dilakukan adalah dengan menggunakan dua garpu tala. Dua garputala tersebut mempunyai frekuensi sama. Jika garputala A digetarkan, maka garputala B akan ikut bergetar karena adanya resonansi.

 Percobaan lainnya untuk membuktikan terjadinya resonansi adalah dengan mencelupkan tabung yang kedua ujungnya terbuka ke dalam air secara vertikal. Rumus resonansi pada tabung air adalah:

L = (2n-1) . λ / 4

Keterangan:

• L = panjang kolom udara pada tabung air (cm)
• n = 1, 2, 3, ….
• n = 1 jika terjadi resonansi pertama
• n = 2 jika terjadi resonansi kedua
• λ = panjang gelombang

rumus dari resonansi

l = panjang kolom udara di atas permukaan air dalam tabung (m)

n = resonansi ke-n (n = 1, 2, 3, …)

λ = panjang gelombang (m)  ;  λ = V (cepat rambat suara di udara) x F(frekwensi)

contoh soal :

Sebuah sumber bunyi beresonansi pertama kali pada saat tinggi kolom udara 100 cm. Jika pada frekuensi sumber bunyi 350 Hz, maka hitunglah:

1. Panjang gelombangnya?
2. Panjang kolom ketiga ketika terjadi resonansi?

Penyelesaian:
Diketahui:

l = 50 cm => 0,5 m

f = 250 Hz

jawab :

a. Menghitung panjang gelombang.

0.5 = {[2(1) - 1] / 4} x λ 0.5 / 0.25 = λ λ =  2 m

b. Penjang Kolom Ke-3

l₃ = {[2(3) - 1] / 4} x 2 l₃ = 5/2 l₃ = 2.5 m

Resonansi dalam Fisika – Jika bandul kamu ayunkan, bandul akan bergetar dengan frekuensi alamiahnya. Bandul yang panjang talinya sama akan bergetar dengan frekuensi alamiah yang sama. Itulah sebabnya, ketika bandul A kamu getarkan, bandul yang panjang talinya sama akan ikut bergetar. Peristiwa seperti itu disebut resonansi.

Resonansi adalah peristiwa ikut bergetarnya suatu benda karena getaran benda lain. Syarat terjadinya resonansi adalah frekuensi yang sama dengan sumber getarnya. Apakah pada gelombang bunyi juga terjadi resonansi?

Beberapa bandul yang digantungkan pada seutas benang dengan panjang tali yang berbeda-beda.

Pada saat kamu menggetarkan garputala tanpa kotak, kamu akan mendengar suara lemah sekali. Akan tetapi, jika garputala tersebut kamu tekankan pada kotaknya, kamu akan mendengar garputala bersuara lebih keras. Hal itu membuktikan bahwa getaran garputala akan lebih keras jika udara di dalam kotak ikut bergetar. Pantulan yang terjadi di dalam kotak akan memperbesar suara garputala. Prinsip resonansi ini dijadikan dasar mengapa alat musik selalu dilengkapi dengan kotak.

Resonansi terjadi pada garputala yang diletakkan berhadapan..jpg

Resonansi dapat terjadi pada beberapa garputala yang berfrekuensi sama jika salah satunya digetarkan. Resonansi terjadi pula pada dua buah gitar dengan menggetarkan salah satu senar sehingga senar yang sama pada gitar yang lain akan ikut bergetar.

Resonansi oleh garputala

 dua buah garpu tala yang mempunyai frekuensi sama diletakkan pada kotak yang diberi kotak udara. Jika garpu tala A kemudian digetarkan dengan cara dipukul dengan alat pemukul dan dibiarkan bergetar beberapa saat kemudian dipegang hingga berhenti bergetar, ternyata garpu tala B yang didekatnya terlihat masih bergetar.

Hal tersebut bisa terjadi karena getaran yang dihasilkan oleh garpu tala A merambat di udara dan menggetarkan garpu tala B. Peristiwa itu disebut resonansi. Tetapi sekitainya frekuensi garpu tala B tidak sama dengan frekuensi garpu tala A, maka garpu tala B tidak akan bergetar. Jadi, dapat disimpulkan resonansi adalah ikut bergetarnya suatu sumber bunyi akibat sumber bunyi yang lain.

Syarat terjadinya resonansi adalah frekuensi sumber-sumber bunyi tersebut sama. Akibat resonansi yaitu dapat memperkuat bunyi aslinya.  

Pada saat terdengar bunyi yang keras dari bunyi aslinya tersebut dikatakan dalam kolom udara terjadi peristiwa resonansi.

• Pada saat terjadi perkerasan pertama dikatakan terjadi resonansi I.
• Pada saat terjadi perkerasan kedua dikatakan terjadi resonansi II.
• Pada saat terjadi perkerasan ketiga dikatakan terjadi resonansi III dan seterusnya
• Resonansi I syaratnya jika L = 1/4 λ
• Resonansi IIsyaratnya jika L = 3/4 λ
• Resonansi III syaratnya jika L =5/4 λ

Keterangan:

L adalah panjang kolom udara di atas permukaan air. λ adalah panjang gelombang bunyi yang terbentuk.

Dengan percobaan resonansi pada kolom udara tersebut dapat ditentukan kecepatan bunyi di udara pada saat itu dengan menggunakan persamaan :

V = λ . f

Dimana :

v adalah kecepatan bunyi (dalam m/detik)

λ adalah panjang gelombang (dalam meter)

f adalah frekuensi sumber bunyi (dalam Hz)

Jika getaran yang didengar lebih kuat, ini menunjukkan adanya resonansi dari udara di dalam tabung. Dengan demikian adanya resonansi bunyi, mengakibatkan bunyi asli menjadi lebih keras. Pada alat-alat seperti gitar, biola, kentongan, beduk, dan lain-lain diberi kotak yang berisi udara. Hal ini dimaksudkan karena udara mudah beresonansi maka bunyi yang dihasilkan oleh alat-alat tersebut menjadi lebih keras.

Resonansi Selaput Tipis

Bagian yang sangat penting pada telinga kita dalah gendang pendengaran. Bagaimana jika gendang pendengaran kita rusak? Selaput gendang sangat mudah beresonansi. Jika ada bunyi dari luar yang masuk lewat lubang telinga maka selaput gendang pendengaran akan bergetar. Dengan adanya getaran ini, terjadilah resonansi.

Akibat resonansi, kita dapat mendengar bunyi-bunyi di sekitar kita. Dari uraian di atas, dapat disimpulkan bahwa syarat terjadinya resonansi adalah :

1. frekuensinya sama;
2. ada selaput tipis;
3. ada ruang udara yang panjangnya sama dengan bilangan ganjil 1/4 kali panjang gelombang.

Resonansi Dapat Memperkuat Bunyi Asli

Bunyi yang dihasilkan garpu tala sebenarnya tidak terlalu keras. Namun, ketika terjadi resonansi dengan kolom udara, suara garpu tala menjadi cukup nyaring terdengar. Di sekitar selaput suara manusia terdapat udara. Ketika selaput suara bergetar, udara ini akan ikut bergetar. Getaran udara ini akan mengakibatkan suara manusia terdengar nyaring.

Kerugian Akibat Resonansi

Tidak selamanya resonansi menguntungkan. Bunyi ledakan bom yang sangat keras dapat menimbulkan getaran yang dapat meruntuhkan gedung-gedung. Getaran kereta api yang lewat menyebabkan bagianbagian rumah yang ada di pinggir rel ikut bergetar. Jika hal ini terjadi terus-menerus dan dalam waktu yang lama maka rumah akan cepat rusak karena proses resonansi. Peristiwa bergetarnya kaca jendela rumah di atas merupakan contoh dari peristiwa resonansi bunyi . 

Contoh lain adalah pada tabung atau gelas yang diisi air yang dipukul dengan menggunakan sendok atau garputala. Tabung yang memiliki ketinggian air yang sama akan ikut bergetar.

 

Keuntungan dan Kerugian Resonansi

Resonansi bisa sangat menguntungkan namun juga bisa sangat merugikan bagi kita. Dengan adanya resonansi yang terkendali kita bisa merasakan merdu dan nyaringnya bunyi dari berbagai alat musik. Misalnya pada gamelan, beberapa instrumen gamelan terbuat dari kayu atau logam yang lubang yang di bagian bawahnya terbuka. Jika alat tersebut dipukul udara di dalamnya akan ikut bergetar sehingga bunyinya terdengar lebih nyaring dan merdu. Alat musik lain yang memanfaatkan peristiwa resonansi antara lain harmonika, seruling, gitar, pianikan dan alat-alat musik lainnya.

Selain memberikan suara yang nyaring, resonansi juga bisa merugikan bagi manusia jika tidak terkendali. Resonansi dari bunyi yang sangat keras seperti dari halilintar, ledakan bom, dan dentuman supersonik lainnya bisa menyebabkan kaca di rumah, bangunan, dan kaca kendaraan

.  Apa kegunaan atau aplikasi dari rangkaian resonansi ?

Secara umum, rangkaian resonansi menyediakan dua keuntungan besar pada alat pengubah daya. Keuntungan pertama berkaitan dengan permasalahan kualitas komponen frekuensi keluaran. Rangkaian resonansi dapat dipakai sebagai sarana penyaring alami dari komponen frekuensi keluaran yang diinginkan. Tambahan lagi, fungsi penyaring tersebut tetap terjaga walaupun frekuensi keluaran yang tidak diinginkan tersebut rendah ataupun sangat dekat dengan frekuensi keluaran yang diinginkan. Keuntungan kedua yang diperoleh adalah berhubungan dengan aksi penyakelaran (switching action). Setiap piranti penyakelar daya, dalam pengoperasian transisinya, akan selalu menghasilkan sejumlah rugi penyakelaran (switching loss) dalam bentuk panas misalnya.

Besarnya rugi penyakelaran bergantung pada level kapasitas daya yang dikeluarkan pada saat penyakelaran. Sebagai contoh, piranti penyakelar yang berusaha untuk mengalirkan arus besar pada saat penyambungan (just turned on), setelah sebelumnya menahan atau memblokir tegangan tinggi akan menghasilkan rugi penyakelaran yang juga tinggi. Dengan kata lain, rugi pada saat penyakelaran Ploss = V@turn-off * I@turn-on, menjadi besar karena tegangan V@turn-off tinggi dan arus I@turn-on juga tinggi. Fenomena ini yang dikenal dengan nama Penyakelaran Berdaya Tinggi (High-Power Switching).

Rangkaian resonansi inilah yang kemudian digunakan untuk mengatasi fenomena merugikan tersebut. Apabila dirancang dengan benar, maka rangkaian resonansi dapat dimanfaatkan untuk operasi transisi penyakelaran pada saat piranti penyakelar bertegangan rendah atau berarus rendah atau malah kedua-duanya. Maka dari itu, aksi penyakelaran dengan metoda resonansi ini sering disebut dibanyak tulisan sebagai metoda penyakelaran lembut (Soft Switching). Dengan operasi penyakelaran resonansi yang sedemikian rupa, maka rugi penyakelaranpun akan dapat ditekan seminimal mungkin sehingga penyediaan alat pengubah daya yang jsuh lebih efisien dapat terwujud

Apa pengaruh factor kualitas pada rangkaian resonansi ?
Pada resonansi nilai R sangat menentukan arus dan tegangan. R=100ΩΩVVCC==--j53Vj53Vii
– Bila R=10k 10kΩΩVVCC= = --j0.53 Vj0.53 Vii
– Bila R=1 1ΩΩVVCC= = --j5300 Vj5300 Vii
Nilai resistansi R disini adalah nilai R total dalam hubungan seri dengan L dan C.
Faktor kualitas rangkaian (resonansi resonansi) ) didefinisikan sebagai perbandingan energi maksimum tersimpan dibandingkan daya terdisipasi per siklus.
faktor kualitas ini akan menentukan sifat selektifitas rangkaian tuning yang akan di turunkan kemudian. Sedangkan selektifitas di definisikan sebagai kemampuan untuk memisahkan suatu frekuensi dari kelompok frekuensi yang lain dalam satu band frekuensi.

Resonansi secara singkat dapat dikatakan dengan suatu molekul yang strukturnya sama tetapi konfigurasi elektronnya berbeda. Masing-masing struktur resonan dapat melambangkan struktur Lewis, dengan hanya satu ikatan kovalen antara masing-masing pasangan atom. Beberapa struktur Lewis digunakan bersama-sama untuk menjelaskan struktur molekul. Namun struktur tersebut tidak tetap, melainkan ada sebuah osilasi antara ikatan rangkap dengan elektron, saling berbolak-balik. Maka dari itu disebut dengan resonansi. Struktur yang sebenarnya mungkin saja adalah peralihan dari dua struktur resonan. Bentuk peralihan (intermediet) dari struktut resonan disebut dengan hibrida resonan.

Kebanyakan struktur kimia dapat digambarkan dengan mudah menggunakan struktur Lewis maupun Kekule, akan tetapi masalah menarik akan muncul berhubungan dengan penggambaran struktur. resonansi. Mari kita lihat struktur nitrometana. Denganmenggambarkan struktur Lewis dari nitrometana, kita membutuhkan ikatan rangkap pada satu oksigen dan ikatan tunggal pada oksigen yang lainnya. Tetapi pada atom oksigen yang manakah akan kita tempatkan ikatan rangkap atau tunggal tersebut? Oksigen yangbawahkah, atau yang atas?

Nitrometana memiliki dua atom oksigen yang berbeda apabila kita menggambarkannya dengan struktur Lewis, padahal hasil eksperimen membuktikan bahwa kedua oksigen tersebut adalah ekuivalen. Kedua ikatan nitrogen-oksigen memiliki panjang ikatan yang sama, yaitu 122 pm, padahal panjang ikatan tunggal antara nitrogen-oksigen adalah 130 pm dan nitrogen-oksigen rangkap dua adalah 116 pm. Dengan kata lain, kedua struktur Lewis di atas adalah benar secara individual, tetapi struktur yang lebih tepat adalah intermediet dari keduanya. Bentuk intermediet tersebut dinamakanhibrida resonan. Masalah yang kemudian muncul adalah bahwa struktur Lewis dan struktur garis-ikatan tidak dapat menggambarkan dengan tepat bentuk dari hibrida resonan. Kedua bentuk struktur Lewis secara individual disebut bentuk resonan, dan lambang dari resonansi adalah tanda panah dengan mata panah di kedua ujungnya ( ). Perbedaan bentuk resonan haya terdapat pada letak ikatan π dan pasangan elektron bebasnya. Atom atom itu sendiri tidak mengalami perubahan posisi.

Sifat Umum Resonansi

Molekul atau ion yang dapat beresonansi mempunyai sifat-sifat berikut:

1. Dapat dituliskan dalam beberapa struktur Lewis yang disebut dengan struktur resonan. Tetapi tidak satupun struktur tersebut melambangkan bentuk asli molekul yang bersangkutan.
2. Di antara struktur yang saling beresonansi bukanlah isomer. Perbedaan antar struktur hanyalah pada posisi elektron, bukan posisi inti.
3. Masing-masing struktur Lewis harus mempunyai jumlah elektron valensi dan elektron tak berpasangan. yang sama.
4. Ikatan yang mempunyai orde ikatan yang berbeda pada masing-masing struktur tidak mempunyai panjang ikatan yang khas.
5. Struktur yang sebenarnya mempunyai energi yang lebih rendah dibandingkan energi masing-masing struktur resonan.

Aturan Struktur Resonansi

Aturan-Aturan Resonansi

Ada beberapa petunjuk penting untuk menuliskan struktur resonansi (biasa disebut struktur kanonik) dan untuk prakiraan secara kualitatif tentang pentingnya.

i. Struktur resonansi adalah perubahan bolak-balik oleh satu atau sederet

pergeseran elektron.

Biasanya satu senyawa dapat dituliskan dengan satu struktur yang baik untuknya, dan beberapa struktur yang lain diturunkan dari struktur pertama tersebut untuk keperluan konsistensi dengan semua sifat-sifatnya yang teramati. Sebagai ilustrasi, kovalensi unsur-unsur di dalam vinil klorida, rumus molekul dan prinsip-prinsip kimia organik klasik mengarah pada struktur 10a sebagai rumus struktur yang baik untuk senyawa tersebut. Akan tetapi bila dikaitkan dengan hasil penghitungan panjang ikatan C-Cl, ikatan tersebut jauh lebih pendek daripada ikatan C-Cl dalam alkil klorida sederhana (1,78 Å), momen dipole-nya lebih kecil (1,44 D) daripada etil klorida (2,05 D), dan lebih inert terhadap nukleofil; maka bentuk struktur 10b dipandang memberi kontribusi yang penting kepada struktur hibrida resonansi vinil klorida. Struktur 10b diturunkan dari struktur 10a melalui dua pergeseran elektron yang melibatkan pasangan elektron bebas dan elektron π.

Stabilisasi Resonansi

Bila suatu struktur merupakan hibrida resonansi dari dua atau lebih struktur resonansi maka energi struktur yang nyata adalah lebih rendah dari setiap struktur resonansi tunggal. Struktur nyata dikatakan distabilkan resonansi. Semakin banyak kemungkinan membentuk struktur resonansi, maka semakin stabil struktur nyata senyawa tersebut.

Stabilasi resonansi adalah paling penting bila dua atau lebih struktur resonansi untuk suatu senyawa adalah ekivalen dalam energy. Suatu struktur resonansi berenergi tinggi dan kecil sumbangannya penambahan stabilisasinya kecil.

Alasan dari perbedaan energy antara struktur resonansi hipotetik dan struktur yang nyata dari suatu senyawa tak seluruhnya dimengerti. Tentu sebagian dari alasannya adalah bahwa electron yang terdelokalisasi ditarik ke lebih dari satu inti. Secara umum adalah benar bahwa system dengan delokalisasi electron atau muatan electron adalah berenergi lebih rendah dan kestabilannya lebih besar daripada system dengan electron atau muatan electron terlokalisasi.

Alasan utama bahwa asam karboksilat bersifat asam adalah bahwa ion karboksilat distabilkan oleh delokalisasi muatan negative setelah pemindahan proton. Ikatan C-X dalam molekul organik, jika mengadakan pemutusan ikatan secara heterolitik, bila atom X mempunyai elektronegatifitas yang lebih besar dari atom karbon; maka pasangan elektron akan terbawa ke daerah X, sehingga terjadi ion positif dan ion negatif.

pada hakekatnya gelombang menjalar adalah suatu penjalaran gangguan, energi atas atau momentum Perambatan gelombang ada yang memerlukan medium, seperti gelombang tali melalui tali dan ada pula yang tidak memerlukan medium, seperti gelombang listrik magnet dapat merambat dalam vakum. Perambatan gelombang dalam medium tidak diikuti oleh perambatan media, tapi partikel-partikel mediumnya akan bergetar. Perumusan matematika suatu gelombang dapat diturunkan dengan peninjauan penjalaran suatu pulsa. Dilihat dari ketentuan pengulangan bentuk, gelombang dibagi atas gelombang periodik dan gelombang non periodik.

Jika dua buah gelombang merambat dalam satu medium, hasilnya adalah jumlah dari simpangan kedua gelombang tersebut. Hasil dari supersosisi ini menimbulkan berbagai fenomena yang menarik, seperti adanya pelayangan, interferensi, difraksi, dan resonansi. Misalkan superposisi dari suatu gelombang datang dengan gelombang pantulnya bisa menghasilkan gelombang yang dikenal sebagai gelombang stasioner atau gelombang berdiri.

Jika gelombang datang secara terus menerus maka akan terjadi resonansi. Resonansi pada umumnya terjadi jika gelombang mempunyai frekuensi yang sama dengan atau mendekati frekuensi alamiah, sehingga terjadi amplitudo yang maksimal. Peristiwa resonansi ini banyak dimanfaatkan dalam kehidupan, misalkan saja resonansi gelombang suara pada alat-alat musik. 
Gelombang suara merupakan gelombang mekanik yang dapat dipandang sebagai gelombang simpangan maupun sebagai gelombang tekanan.

Jika gelombang suara merambat dalam suatu tabung berisi udara, maka antara gelombang datang dan gelombang yang dipantulkan oleh dasar tabung akan terjadi superposisi, sehingga dapat timbul resonansi gelombang berdiri jika panjang tabung udara merupakan kelipatan dari  (  = panjang gelombang). 
Jika gelombang suara dipandang sebagai gelombang simpangan, pada ujung tabung yang tertutup akan terjadi simpul, tetapi jika ujungnya terbuka akan terjadi perut (lihat Gb, Ia dan Ib)

Untuk tabung yang salah satu ujungnya tertutup, hubungan antara panjang tabung L dan panjang gelombang  adalah: 
 
Dan untuk tabung yang kedua ujungnya terbuka, maka : 

Karena ukuran garis tabung kecil jika dibandingkan dengan panjang gelombang, perut gelombang simpangan tidak tepat terjadi pada ujung terbuka didekatnya (lihat Gb-2), pada suatu jarak e= ± 0,6 R diluar tabung (R = jari-jari tabung)

Jadi persamaan (1a) dan (1b) menjadi 

 
Karena  (V=kecepatan ,merambat suara dan N = frekuensi ), maka 

 
Dengan membuat grafik L sebagi fungsi dari V maka: 
a. Dengan N diketahui, V dan e dapat dihitung. 
b. Sebaliknya bila V telah diketahui, N dapat dihitung ( setelah dikoreksi dengan e).

Metode Resonansi pada Elektronik 

Pengubah Daya Dengan Metoda Resonansi
				Pendahuluan Sering kali kita mendengar bahwa dalam sepuluh tahun terakhir telah terjadi apa yang disebut sebagai revolusi dibidang teknologi Elektronika Daya. Kemajuan-kemajuan yang telah dicapai dibidang tersebut telah menghasilkan metoda penyediaan sumber daya DC dan AC yang tidak hanya menjadi semakin kecil ukurannya, namun juga memiliki kelebihan dalam efisiensi daya, disamping juga tentunya lebih ringan, lebih murah dan lebih terpercaya dalam pengoperasiannya. Seperti juga telah kita ketahui, bahwa alat-alat pengubah daya sangat luas sekali pemakaiannya, mulai dari aplikasi peralatan elektronika, komputer, telekomunikasi, transportasi, kendaraan, militer, sampai pada aplikasi ruang angkasa. Pengubah DC-DC, misalnya, hampir selalu digunakan dalam penyediaan daya untuk menjalankan semua rangkaian-rangkaian elektronika yang menyertai piranti aktif. Namun demikian, kemajuan yang dialami dibidang elektronika daya masih terus menerus diharapkan untuk dapat menjawab tantangan yang datang dari tingkat kompleksitas sistim elektronika modern yang semakin tinggi. Sebagai bagian dari jawaban terhadap tantangan tersebut, dalam tulisan ini, akan dibahas metoda resonansi yang digunakan pada alat pengubah daya dengan penyakelaran untuk menghasilkan sistim pengubahan daya yang jauh lebih efisien dari metoda konvensional.Secara umum, rangkaian resonansi menyediakan dua keuntungan besar pada alat pengubah daya. Keuntungan pertama berkaitan dengan permasalahan kualitas komponen frekuensi keluaran. Rangkaian resonansi dapat dipakai sebagai sarana penyaring alami dari komponen frekuensi keluaran yang diinginkan. Tambahan lagi, fungsi penyaring tersebut tetap terjaga walaupun frekuensi keluaran yang tidak diinginkan tersebut rendah ataupun sangat dekat dengan frekuensi keluaran yang diinginkan. Keuntungan kedua yang diperoleh adalah berhubungan dengan aksi penyakelaran (switching action). Setiap piranti penyakelar daya, dalam pengoperasian transisinya, akan selalu menghasilkan sejumlah rugi penyakelaran (switching loss) dalam bentuk panas misalnya. Besarnya rugi penyakelaran bergantung pada level kapasitas daya yang dikeluarkan pada saat penyakelaran. Sebagai contoh, piranti penyakelar yang berusaha untuk mengalirkan arus besar pada saat penyambungan (just turned on), setelah sebelumnya menahan atau memblokir tegangan tinggi akan menghasilkan rugi penyakelaran yang juga tinggi. Dengan kata lain, rugi pada saat penyakelaran Ploss= V@turn-off * I@turn-on, menjadi besar karena tegangan V@turn-off tinggi dan arus I@turn-on juga tinggi. Fenomena ini yang dikenal dengan nama Penyakelaran Berdaya Tinggi (High-Power Switching). Rangkaian resonansi inilah yang kemudian digunakan untuk mengatasi fenomena merugikan tersebut. Apabila dirancang dengan benar, maka rangkaian resonansi dapat dimanfaatkan untuk operasi transisi penyakelaran pada saat piranti penyakelar bertegangan rendah atau berarus rendah atau malah kedua-duanya. Maka dari itu, aksi penyakelaran dengan metoda resonansi ini sering disebut dibanyak tulisan sebagai metoda penyakelaran lembut (Soft Switching). Dengan operasi penyakelaran resonansi yang sedemikian rupa, maka rugi penyakelaranpun akan dapat ditekan seminimal mungkin sehingga penyediaan alat pengubah daya yang jsuh lebih efisien dapat terwujud. Konsep Metoda Resonansi Seperti telah disebutkan, rugi penyakelaran terjadi pada saat transisi penyakelaran berlangsung karena hadirnya tegangan pada dan arus yang melalui piranti penyakelar. Oleh karena itu jika kita dapat menihilkan tegangan atau pun arus pada saat transisi tersebut maka, rugi penyakelaran pun akan dapat dihilangkan. Pada rangkaian seri LC, kita dapat membuat rangkaiannya ber-resonansi sehingga tegangan dan arus pun secara otomatis atau alami akan menyebrangi nol dengan tanpa bantuan piranti penyakelar. Demikian pula dengan rangkaian paralel LC, dapat dirancang supaya tegangan dan arus dapat menyebrangi nol. Kedua rangkaian ini lah yang menjadi kunci dari metoda resonansi pada sistim pengubahan daya.

PENERAPAN KONSEP RESONANSI UNTUK MEMPERBAIKI FAKTOR DAYA

 

Pada saat ini tidak dapat dipungkiri lagi bahwa alat-alat elektronika sudah mengalami perkembangan yang sangat pesat dan telah menjadi kebutuhan primer yang tidak dapat dipisahkan dari kehidupan masyarakat. Di setiap rumah telah terpasang lampu-lampu sebagai penerangan utama dan juga kipas angin atau AC sebagi pendingin ruangan. Namun perlu kita ketahui bahwa alat-alat elektronika tersebut merupakan contoh dari sekian banyak alat-alat elektronika rumah tangga yang bersifat induktif sehingga akan menimbulkan beda phase antara tegangan  dan arus yang mengalir.

Dalam arus AC, daya kerja atau daya maksimal yang dipakai adalah daya yang terjadi ketika arus dan tegangan sephase. Sedangkan untuk memperoleh arus dan tegangan yang sephase ini, harga impedansi (Z) harus sama dengan beban resistor (R) murni. Dalam kasus ini berarti bahwa harus ada beban kapasitif yang dapat menetralkan beban induktif dalam instalasi listrik rumah tangga agar memperoleh beban resistif sehingga dapat memaksimalkan daya kerja dan mengurangi kerugian energi listrik.

B.      Rumusan masalah:

1.      Bagaimana cara untuk memperoleh impedansi (Z) sama dengan beban resistor (R) murni?

2.      Bagaimana penerapan penambahan beban kapasitif pada instalasi listrik rumah tangga?

C.      Tujuan penelitian:

1.      Mengetahui konsep resonansi dan penerapanya.

2.      Mengetahui penerapan penambahan beban kapasitif pada instalasi listrik rumah tangga.

PEMBAHASAN

A.     Pengertian resonansi

Resonansi merupakan suatu kondisi rangkaian arus bolak-balik yang dapat diterangkan dalam merancang rangkaian yang dapat digunakan untuk mendapatkan sinyal pada frekwensi tertentu. Reaktansi induktif meningkat terhadap kenaikan frekwensi, tetapi reaktansi kapasitif akan berkurang pada kenaikan frekwensi. Dengan menggabungkan kedua komponen tersebut pada rangkaian arus bolak-balik, maka akan ada suatu frekwensi dimana reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif menjadi sama (XL=XC ), sehingga Ketika rangkaian AC dalam keadaan resonansi maka reaktansi akan sama dengan ‘0’ (Nol), (X = XL - XC = 0) dan Z=R saja.

B.      Faktor daya dan pengaruhnya

Seperti kita tahu, pada listrik, daya bisa diperoleh dari perkalian antara tegangan dan arus yang mengalir. Pada kasus sistem AC dimana tegangan dan arus berbentuk sinusoidal, perkalian antara keduanya akan menghasilkan daya tampak (apparent power), satuan volt-ampere (VA)) yang memiliki dua buah bagian. Bagian pertama adalah daya yang termanfaatkan oleh konsumen, bisa menjadi gerakan pada motor, bisa menjadi panas pada elemen pemanas, dsb;daya yang termanfaatkan ini sering disebut sebagai daya aktif (real power) memiliki satuan watt (W) yang mengalir dari sisi sumber ke sisi beban bernilai rata-rata tidak nol. Bagian kedua adalah daya yang tidak termanfaatkan oleh konsumen, namun hanya ada di jaringan, daya ini sering disebut dengan daya reaktif (reactive power) memiliki satuan volt-ampere-reactive (VAR) bernilai rata-rata nol. Untuk pembahasan ini, arah aliran daya reaktif tidak didiskusikan saat ini. Beban bersifat resistif hanya mengonsumsi daya aktif; beban bersifat induktif hanya mengonsumsi daya reaktif; dan beban bersifat kapasitif hanya memberikan daya reaktif.

Daya tampak yang diberikan oleh sumber tidak semuanya bisa dimanfaatkan oleh konsumen sebagai daya aktif, dengan kata lain terdapat porsi daya reaktif yang merupakan bagian yang tidak memberikan manfaat langsung bagi konsumen. Rasio besarnya daya aktif yang bisa kita manfaatkan terhadap daya tampak yang dihasilkan sumber inilah yang disebut sebagai faktor daya. Faktor daya bisa dikatakan sebagai besaran yang menunjukkan seberapa efisien jaringan yang kita miliki dalam menyalurkan daya yang bisa kita manfaatkan. Faktor daya dibatasi dari 0 hingga 1, semakin tinggi faktor daya (mendekati 1) artinya semakin banyak daya tampak yang diberikan sumber bisa kita manfaatkan, sebaliknya semakin rendah faktor daya (mendekati 0) maka semakin sedikit daya yang bisa kita manfaatkan dari sejumlah daya tampak yang sama. Di sisi lain, faktor daya juga menunjukkan “besar pemanfaatan” dari peralatan listrik di jaringan terhadap investasi yang dibayarkan. Seperti kita tahu, semua peralatan listrik memiliki kapasitas maksimum penyaluran arus, apabila faktor daya rendah artinya walaupun arus yang mengalir di jaringan sudah maksimum namun kenyataan hanya porsi kecil saja yang menjadi sesuatu yang bermanfaat bagi pemilik jaringan.

Baik penyedia layanan maupun konsumen berupaya untuk membuat jaringannya memiliki faktor daya yang bagus (mendekati 1). Bagi penyedia layanan, jaringan dengan faktor daya yang jelek mengakibatkan dia harus menghasilkan daya yang lebih besar untuk memenuhi daya aktif yang diminta oleh para konsumen. Apabila konsumen didominasi oleh konsumen jenis residensial maka mereka hanya membayar sejumlah daya aktif yang terpakai saja, artinya penyedia layanan harus menanggung sendiri biaya yang hanya menjadi daya reaktif tanpa mendapatkan kompensasi uang dari konsumen. Sebaliknya bagi konsumen skala besar atau industri, faktor daya yang baik menjadi keharusan karena beberapa penyedia layanan kadang membebankan pemakaian daya aktif dan daya reaktif (atau memberikan denda faktor daya) tentu saja konsumen tidak akan mau membayar mahal untuk daya yang “tidak termanfaatkan” bagi mereka.

C.      Merperbaiki faktor daya dengan kapasitor

Salah satu cara untuk memperbaiki faktor daya adalah dengan memasang kompensasi kapasitif menggunakan kapasitor pada jaringan tersebut. Kapasitor adalah komponen listrik yang justru menghasilkan daya reaktif pada jaringan dimana dia tersambung. Pada jaringan yang bersifat induktif dengan segitiga daya seperti ditunjukkan pada Gambar 3, apabila kapasitor dipasang maka daya reaktif yang harus disediakan oleh sumber akan berkurang sebesar (yang merupakan daya reaktif berasal dari kapasitor). Karena daya aktif tidak berubah sedangkan daya reaktif berkurang, maka dari sudut pandang sumber, segitiga daya yang baru diperoleh; ditunjukkan pada Gambar 4 garis oranye. Terlihat bahwa sudut  mengecil akibat pemasangan kapasitor tersebut sehingga faktor daya jaringan akan naik.

Gambar 4. Perbaikan faktor daya

D.     Untuk menghitung besarnya nilai kapasitor menggunakan rumus :

C = Qc/-V2ω

Dimana :

Qc = Daya reaktif kapasitor (Var)

V = Tegangan (Volt)

ω = 2πf

Contoh: Satu buah TL dengan daya = 15 W, tegangan = 220 V, Faktor daya = 0,35 Maka :

P = V.I.Cos θ

I = P/V.Cos θ = 15/220x0,35 = 15/77 = 0,1948 A » 194,8 mA

Konsumsi yang dibutuhkan secara teori apabila Cos θ nya 0,9 adalah :

I = P/V.Cos θ = 15/220x0,9 = 0,0757 A » 75,7 mA

Berapa % penghematan : 194,8 – 75,7 = 119,05 » ±61%

Cara mencari nilai kapasitor :

Cos θ1 = 0,35 » θ1 = Cos-1 x 0,35 = 69,50

Cos θ2 = 0,9 » θ2 = Cos-1 x 0,9 = 25,840

Daya Nyata P1 = 15W

Daya Semu S1 = V.I = 42,856 VA

S1 = P/Cos θ = 15/0,35 = 42,857 VA

Daya Reaktif Q1 = S.Sin θ

= 42,857.Sin69,5

= 40,143 VAR

P2 = P1 = 15 W

S2 = V.I = 220x75,75Ma = 16,665VA

Q2 = S.Sin θ

= 16,665.Sin 25,84

= 7.26 VAR

Daya reaktif yang harus dihilangkan :

ΔQ = Q2 – Q1

= 7,26 – 40,143 = - 32,883 VAR

Jadi kapasitor yang digunakan untuk mendapatkan sudut (Phi) = 1 adalah :

C = Qc/-V2ω = - 32,882/2202x314 = 32,882/15197600 = 2,2 μF

Jadi untuk penghematan dengan beban diatas setelah dilakukan perhitungan kapasitor yang harus dipasang sebesar = 2,2 μF

KESIMPULAN

Faktor daya yang bersifat induktif pada instalasi listrik rumah tangga dapat diperbaiki dengan pemasangan kapasitor. Kapasitor dapat menimbulkan daya reaktif yang bersifat kapasitif, sehingga daya reaktif totalnya akan semakin kecil dan yang tersisa hanyalah daya reaktif atau daya yang benar-benar termanfaatkan.

Pada saat ini tidak dapat dipungkiri lagi bahwa alat-alat elektronika sudah mengalami perkembangan yang sangat pesat dan telah menjadi kebutuhan primer yang tidak dapat dipisahkan dari kehidupan masyarakat. Di setiap rumah telah terpasang lampu-lampu sebagai penerangan utama dan juga kipas angin atau AC sebagi pendingin ruangan. Namun perlu kita ketahui bahwa alat-alat elektronika tersebut merupakan contoh dari sekian banyak alat-alat elektronika rumah tangga yang bersifat induktif sehingga akan menimbulkan beda phase antara tegangan  dan arus yang mengalir.

Dalam arus AC, daya kerja atau daya maksimal yang dipakai adalah daya yang terjadi ketika arus dan tegangan sephase. Sedangkan untuk memperoleh arus dan tegangan yang sephase ini, harga impedansi (Z) harus sama dengan beban resistor (R) murni. Dalam kasus ini berarti bahwa harus ada beban kapasitif yang dapat menetralkan beban induktif dalam instalasi listrik rumah tangga agar memperoleh beban resistif sehingga dapat memaksimalkan daya kerja dan mengurangi kerugian energi listrik.

B.      Rumusan masalah:

1.      Bagaimana cara untuk memperoleh impedansi (Z) sama dengan beban resistor (R) murni?

2.      Bagaimana penerapan penambahan beban kapasitif pada instalasi listrik rumah tangga?

C.      Tujuan penelitian:

1.      Mengetahui konsep resonansi dan penerapanya.

2.      Mengetahui penerapan penambahan beban kapasitif pada instalasi listrik rumah tangga.

PEMBAHASAN

A.     Pengertian resonansi

Resonansi merupakan suatu kondisi rangkaian arus bolak-balik yang dapat diterangkan dalam merancang rangkaian yang dapat digunakan untuk mendapatkan sinyal pada frekwensi tertentu. Reaktansi induktif meningkat terhadap kenaikan frekwensi, tetapi reaktansi kapasitif akan berkurang pada kenaikan frekwensi. Dengan menggabungkan kedua komponen tersebut pada rangkaian arus bolak-balik, maka akan ada suatu frekwensi dimana reaktansi induktif dan reaktansi kapasitif menjadi sama (XL=XC ), sehingga Ketika rangkaian AC dalam keadaan resonansi maka reaktansi akan sama dengan ‘0’ (Nol), (X = XL - XC = 0) dan Z=R saja.

B.      Faktor daya dan pengaruhnya

Seperti kita tahu, pada listrik, daya bisa diperoleh dari perkalian antara tegangan dan arus yang mengalir. Pada kasus sistem AC dimana tegangan dan arus berbentuk sinusoidal, perkalian antara keduanya akan menghasilkan daya tampak (apparent power), satuan volt-ampere (VA)) yang memiliki dua buah bagian. Bagian pertama adalah daya yang termanfaatkan oleh konsumen, bisa menjadi gerakan pada motor, bisa menjadi panas pada elemen pemanas, dsb;daya yang termanfaatkan ini sering disebut sebagai daya aktif (real power) memiliki satuan watt (W) yang mengalir dari sisi sumber ke sisi beban bernilai rata-rata tidak nol. Bagian kedua adalah daya yang tidak termanfaatkan oleh konsumen, namun hanya ada di jaringan, daya ini sering disebut dengan daya reaktif (reactive power) memiliki satuan volt-ampere-reactive (VAR) bernilai rata-rata nol. Untuk pembahasan ini, arah aliran daya reaktif tidak didiskusikan saat ini. Beban bersifat resistif hanya mengonsumsi daya aktif; beban bersifat induktif hanya mengonsumsi daya reaktif; dan beban bersifat kapasitif hanya memberikan daya reaktif.

Daya tampak yang diberikan oleh sumber tidak semuanya bisa dimanfaatkan oleh konsumen sebagai daya aktif, dengan kata lain terdapat porsi daya reaktif yang merupakan bagian yang tidak memberikan manfaat langsung bagi konsumen. Rasio besarnya daya aktif yang bisa kita manfaatkan terhadap daya tampak yang dihasilkan sumber inilah yang disebut sebagai faktor daya. Faktor daya bisa dikatakan sebagai besaran yang menunjukkan seberapa efisien jaringan yang kita miliki dalam menyalurkan daya yang bisa kita manfaatkan. Faktor daya dibatasi dari 0 hingga 1, semakin tinggi faktor daya (mendekati 1) artinya semakin banyak daya tampak yang diberikan sumber bisa kita manfaatkan, sebaliknya semakin rendah faktor daya (mendekati 0) maka semakin sedikit daya yang bisa kita manfaatkan dari sejumlah daya tampak yang sama. Di sisi lain, faktor daya juga menunjukkan “besar pemanfaatan” dari peralatan listrik di jaringan terhadap investasi yang dibayarkan. Seperti kita tahu, semua peralatan listrik memiliki kapasitas maksimum penyaluran arus, apabila faktor daya rendah artinya walaupun arus yang mengalir di jaringan sudah maksimum namun kenyataan hanya porsi kecil saja yang menjadi sesuatu yang bermanfaat bagi pemilik jaringan.

Baik penyedia layanan maupun konsumen berupaya untuk membuat jaringannya memiliki faktor daya yang bagus (mendekati 1). Bagi penyedia layanan, jaringan dengan faktor daya yang jelek mengakibatkan dia harus menghasilkan daya yang lebih besar untuk memenuhi daya aktif yang diminta oleh para konsumen. Apabila konsumen didominasi oleh konsumen jenis residensial maka mereka hanya membayar sejumlah daya aktif yang terpakai saja, artinya penyedia layanan harus menanggung sendiri biaya yang hanya menjadi daya reaktif tanpa mendapatkan kompensasi uang dari konsumen. Sebaliknya bagi konsumen skala besar atau industri, faktor daya yang baik menjadi keharusan karena beberapa penyedia layanan kadang membebankan pemakaian daya aktif dan daya reaktif (atau memberikan denda faktor daya) tentu saja konsumen tidak akan mau membayar mahal untuk daya yang “tidak termanfaatkan” bagi mereka.

C.      Merperbaiki faktor daya dengan kapasitor

Salah satu cara untuk memperbaiki faktor daya adalah dengan memasang kompensasi kapasitif menggunakan kapasitor pada jaringan tersebut. Kapasitor adalah komponen listrik yang justru menghasilkan daya reaktif pada jaringan dimana dia tersambung. Pada jaringan yang bersifat induktif dengan segitiga daya seperti ditunjukkan pada Gambar 3, apabila kapasitor dipasang maka daya reaktif yang harus disediakan oleh sumber akan berkurang sebesar (yang merupakan daya reaktif berasal dari kapasitor). Karena daya aktif tidak berubah sedangkan daya reaktif berkurang, maka dari sudut pandang sumber, segitiga daya yang baru diperoleh; ditunjukkan pada Gambar 4 garis oranye. Terlihat bahwa sudut  mengecil akibat pemasangan kapasitor tersebut sehingga faktor daya jaringan akan naik.

Gambar 4. Perbaikan faktor daya

D.     Untuk menghitung besarnya nilai kapasitor menggunakan rumus :

C = Qc/-V2ω

Dimana :

Qc = Daya reaktif kapasitor (Var)

V = Tegangan (Volt)

ω = 2πf

Contoh: Satu buah TL dengan daya = 15 W, tegangan = 220 V, Faktor daya = 0,35 Maka :

P = V.I.Cos θ

I = P/V.Cos θ = 15/220x0,35 = 15/77 = 0,1948 A » 194,8 mA

Konsumsi yang dibutuhkan secara teori apabila Cos θ nya 0,9 adalah :

I = P/V.Cos θ = 15/220x0,9 = 0,0757 A » 75,7 mA

Berapa % penghematan : 194,8 – 75,7 = 119,05 » ±61%

Cara mencari nilai kapasitor :

Cos θ1 = 0,35 » θ1 = Cos-1 x 0,35 = 69,50

Cos θ2 = 0,9 » θ2 = Cos-1 x 0,9 = 25,840

Daya Nyata P1 = 15W

Daya Semu S1 = V.I = 42,856 VA

S1 = P/Cos θ = 15/0,35 = 42,857 VA

Daya Reaktif Q1 = S.Sin θ

= 42,857.Sin69,5

= 40,143 VAR

P2 = P1 = 15 W

S2 = V.I = 220x75,75Ma = 16,665VA

Q2 = S.Sin θ

= 16,665.Sin 25,84

= 7.26 VAR

Daya reaktif yang harus dihilangkan :

ΔQ = Q2 – Q1

= 7,26 – 40,143 = - 32,883 VAR

Jadi kapasitor yang digunakan untuk mendapatkan sudut (Phi) = 1 adalah :

C = Qc/-V2ω = - 32,882/2202x314 = 32,882/15197600 = 2,2 μF

Jadi untuk penghematan dengan beban diatas setelah dilakukan perhitungan kapasitor yang harus dipasang sebesar = 2,2 μF

KESIMPULAN

Faktor daya yang bersifat induktif pada instalasi listrik rumah tangga dapat diperbaiki dengan pemasangan kapasitor. Kapasitor dapat menimbulkan daya reaktif yang bersifat kapasitif, sehingga daya reaktif totalnya akan semakin kecil dan yang tersisa hanyalah daya reaktif atau daya yang benar-benar termanfaatkan.