11.BATERAI

 BATE RAI  

~~~~~~~

Sejarah Baterai

       Baterai telah ada mungkin lebih lama dari kita semua. Pada tahun 1938, arkeolog Wilhelm Konig menemukan beberapa pot tanah liat yang aneh saat menggali di Khujut Rabu, sekarang bernama Baghdad, Irak. Sebuah wadah yang memiliki panjang sekitar 5 inci (12,7 cm), berisi sebuah batang besi terbungkus tembaga berasal dari sekitar tahun 200 SM. Pengujian menunjukkan bahwa bejana tersebut dulu pernah diisi dengan zat asam seperti cuka atau anggur, yang membuat Konig percaya bahwa bejana ini merupakan sebuah baterai kuno. Sejak penemuan tersebut, para ilmuan telah menghasilkan replika pot yang sebenarnya mampu menghasilkan muatan listrik. “Baterai Baghdad” tersebut mungkin telah digunakan untuk ritual agama, tujuan pengobatan , atau bahkan elektroplating. 

         Pada tahun 1799, fisikawan Italia Alessandro Volta menciptakan baterai pertama dengan susunan lapisan seng, karton atau kain, dan perak yang direndam di air garam. Pengaturan ini yang biasa disebut dengan tumpukan volta, tetapi ini bukanlah perangkat pertama untuk menciptakan listrik. Hal yang pertama adalah memancarkan listrik yang stabil dan arus yang tahan lama. Namun, ada beberapa kelemahan dari penemuan Mr.Volta ini dimana ketinggian lapisan bisa ditumpuk terbatas karena berat tumpukan akan membuat air garam keluar dari karton atau kain. Selain itu, cakram logam juga cenderung cepat korosi sehingga memperpendek umur baterai. Meskipun masih terdapat kekurangan, namun satuan gaya gerak listrik yang digunakan hingga saat ini tetaplah menggunakan kata “Volt”. Hal ini untuk menghormati prestasi Mr.Volta.

           
       Terobosan berikutnya dalam teknologi baterai datang pada tahun 1836 ketika kimiawan Inggris, John Frederick Daniell menemukan sel Daniell. Pada awal baterai ini, piring tembaga ditempatkan di bagian bawah wadah kaca dan larutan sulfat tembaga dituangkan di atas piring mengisi setengah wadah kaca. Kemudian pelat seng digantung di dalam sebuah wadah lalu larutan sulfat seng ditambahkan. Karena tembaga sulfat lebih padat daripada seng sulfat maka larutan seng melayang di atas larutan tembaga dan dikelilingi oleh lempengan seng. Kabel yang terhubung ke plat seng mewakili terminal negatif, sedangkan yang terhubung pada pelat tembaga adalah terminal positif. Tentu saja, pengaturan ini tidak akan berfungsi dengan baik dalam senter, tetapi untuk aplikasi stasioner ini bekerja dengan baik. Bahkan, sel Daniell adalah cara yang umum digunakan untuk memberi listrik pada bel pintu dan telepon sebelum generasi listrik disempurnakan.

           Pada tahun 1898, Colombia Dry Cell menjadi yang pertama baterai komersial yang tersedia dijual di Amerika Serikat. Produsen, Perusahaan Karbon Nasional, kemudian menjadi Perusahaan Baterai Eveready, yang memproduksi merek Energizer.

A. Prinsip Kerja Baterai

          Umumnya kebanyakan orang mengetahui bahwa bahan kimia pembuat baterai adalah karbon dan seng. Namun sebenarnya masih ada cukup banyak bahan kimia yang melengkapi pembuatan baterai tersebut, baik itu baterai sekali pakai maupun baterai yang bisa diisi ulang kembali. Prinsip kerja baterai tersebut pada dasarnya mengubah energi kimia menjadi energi listrik.

                Hal ini dikenal sebagai reaksi elektrokimia yang ditemukan oleh fisikawan Italia yaitu Count Alessandro Volta. Mr.Volta pertama kali menemukan proses ini pada tahun 1799 ketika ia menciptakan baterai sederhana dari pelat logam dengan kardus atau kertas yang direndam dengan air garam.Sejak saat itu, berdasarkan desain asli dari Mr.Volta hingga sekarang riset dari para ilmuwan pada baterai belum berhenti untuk melakukan inovasi pada sistem baterai ini. 
             Hari ini, baterai ada di sekitar kita. Baterai memberikan energi untuk jam tangan kita selama berbulan-bulan hingga waktu tertentu. Baterai juga membuat jam alarm dan ponsel kita tetap bekerja, bahkan jika listrik mati sekalipun sekarang orang-orang masih tetap bisa menjalankan alat cukur listrik, bor listrik, mp3 player, dan lainnya. Jika Anda membaca artikel ini dari laptop atau smartphone, Anda bahkan mungkin menggunakan baterai sekarang. Namun, karena daya perangkat portabel sangat minim dan lazim digunakan, itu sangat terasa biasa saja. Artikel ini akan memberikan penghargaan yang lebih besar untuk baterai dengan mengeksplorasi sejarah, bagian dasar, reaksi dan proses yang membuat baterai bisa bekerja menyimpan energi listrik.

Baterai memiliki dua jenis prinsip kerja umum berdasarkan kebutuhan :

1. Baterai Kering (Dry Cell).

Baterai pada dasarnya merubah energi kimia menjadi energi listrik. Bagian-bagian baterai terdiri dari :

A.   Lapisan zink (Zn) yang berfungsi sebagai anoda atau kutub negatif, dimana lapisan ini dilapisi oleh selubung baja.

B.  Karbon yang berfungsi sebagai katoda atau kutub positif. Karbon diletakkan ditengah sel dan terhubung pada tonjolan logam di bagian luar atas baterai.

C.   Ruang antara batang karbon dan lapisan zink diisi pasta amonium klorida (NH4Cl) dan zink klorida (ZnCl2).

     Proses pada saat penggunaan baterai adalah sebagai berikut :

 1) Pada saat penggunaan baterai maka atom zink (Zn) akan teroksidasi atau melepaskan elektron membentuk ion zink (Zn2+).

 2) Elektron yang dibebaskan oleh atom zink (Zn) akan mengalir melalui sirkuit listrik bagian luar sehingga menghasilkan listrik.

  3) Elektron ini selanjutnya kembali ke batang karbon.

 4) Arus listrik akan terus mengalir sampai zink (Zn) habis terpakai.

5)    Keadaan ini berarti baterai sudah tidak dapat digunakan kembali atau dikatakan habis, karena baterai tidak dapat diisi kembali.

2. Baterai Basah (Accumulator). 

             Dalam memahami prinsip kerja baterai sebaiknya di mulai dengan memahami apa saja yang merupakan komponen aktif yang harus ada pada baterai sehingga baterai dapat menghasilkan energi listrik. Untuk menghasilkan energi listrik baterai memerlukan 3 komponen aktif, yaitu :

1. Plat Positif
Bahan aktif pada plat positif adalah lead dioxide (timbal dioksida) simbol kimia PbO2 berwarna kecoklatan.

2. Plat Negatif
Bahan aktif pada plat negatif adalah lead acid (timbal) simbol kimia Pb berwarna abu-abu.

3. Elektrolit

Bahan aktif elektrolit adalah acuu zuur campuran antara 36% asam sulfat dan 64% air, simbol kimia H2SO4. Biasa dipasarkan dengan label dan tutup botol warna merah.

            Bagaimana baterai dapat menghasilkan energi listrik? Komponen aktif di atas adalah komponen yang berfungsi menyimpan energi kimia. Ketika terjadi perubahan struktur atau perubahan molekul pada baterai menjadi bentuk lainnya maka energi listrik pun terbentuk.
              Perhatikan hukum kekekalan energi berikut : "Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain tapi tidak bisa diciptakan ataupun dimusnahkan (konversi energi)".

ENERGI KIMIA → ENERGI LISTRIK
(kondisi pada saat baterai digunakan)
Reaksi kimia : Pb + PbO2 + 2H2SO4 → 2PbSO4 + 2H2O

ENERGI LISTRIK → ENERGI KIMIA
(kondisi pada saat pengisian baterai)
Reaksi kimia : 2PbSO4 + 2H2O → Pb + PbO2 + 2H2SO4

             Jika pada saat digunakan baterai menghasilkan arus listrik maka pada saat pengisian baterai memerlukan energi listrik agar dapat mengembalikan komposisi kimia baterai ke kondisi awal pada saat kondisi baterai penuh.

     Baterai adalah suatu proses kimia listrik, dimana pada saat pengisian/cas/charge energi listrik diubah menjadi kimia dan saat pengeluaran/discharge energi kimia diubah menjadi energi listrik.Baterai (dalam hal ini adalah aki; aki mobil/motor) terdiri dari sel-sel dimana tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V, artinya aki mobil dan aki motor yang memiliki tegangan 12 V terdiri dari 6 sel yang dipasang secara seri (12 V = 6 x 2 V) sedangkan aki yang memiliki tegangan 6 V memiliki 3 sel yang dipasang secara seri (6 V = 3 x 2 V).

                Antara satu sel dengan sel lainnya dipisahkan oleh dinding penyekat yang terdapat dalam bak baterai, artinya tiap ruang pada sel tidak berhubungan karena itu cairan elektrolit pada tiap sel juga tidak berhubungan (dinding pemisah antar sel tidak boleh ada yang bocor/merembes).
               Di dalam satu sel terdapat susunan pelat pelat yaitu beberapa pelat untuk kutub positif (antar pelat dipisahkan oleh kayu, ebonit atau plastik, tergantung teknologi yang digunakan) dan beberapa pelat untuk kutub negatif. Bahan aktif dari plat positif terbuat dari oksida timah coklat (PbO2) sedangkan bahan aktif dari plat negatif ialah timah (Pb) berpori (seperti bunga karang).

Pelat-pelat tersebut terendam oleh cairan elektrolit yaitu asam sulfat (H2SO4).

Saat baterai mengeluarkan arus

1. Oksigen (O) pada pelat positif terlepas karena bereaksi/bersenyawa/bergabung dengan hidrogen (H) pada cairan elektrolit yang secara perlahan-lahan keduanya bergabung/berubah menjadi air (H20).

2.  Asam (SO4) pada cairan elektrolit bergabung dengan timah (Pb) di pelat positif  maupun pelat negatif sehigga menempel dikedua pelat tersebut.

Reaksi ini akan berlangsung terus sampai isi (tenaga baterai) habis alias dalam keadaan discharge.

          Pada saat baterai dalam keadaan discharge maka hampir semua asam melekat pada pelat-pelat dalam sel sehingga cairan eletrolit konsentrasinya sangat rendah dan hampir melulu hanya terdiri dari air (H2O), akibatnya berat jenis cairan menurun menjadi sekitar 1,1 kg/dm3 dan ini mendekati berat jenis air yang 1 kg/dm3. 
          Sedangkan baterai yang masih berkapasitas penuh berat jenisnya sekitar 1,285 kg/dm3. Nah, dengan perbedaan berat jenis inilah kapasitas isi baterai bisa diketahui apakah masih penuh atau sudah berkurang yaitu dengan menggunakan alat hidrometer. Hidrometer ini merupakan salah satu alat yang wajib ada di bengkel aki (bengkel yang menyediakan jasa setrum/cas aki). 
         Selain itu pada saat baterai dalam keadaan discharge maka 85% cairan elektrolit terdiri dari air (H2O) dimana air ini bisa membeku, bak baterai pecah dan pelat-pelat menjadi rusak.

Saat baterai menerima arus
              Baterai yang menerima arus adalah baterai yang sedang disetrum/dicas alias sedang diisi dengan cara dialirkan listrik DC, dimana kutup positif battery dihubungkan dengan arus listrik positif dan kutub negatif dihubungkan dengan arus listrik negatif. Tegangan yang dialiri biasanya sama dengan tegangan total yang dimiliki baterai, artinya baterai 12 V dialiri tegangan 12 V DC, baterai 6 V dialiri tegangan 6 V DC, dan dua baterai 12 V yang dihubungkan secara seri dialiri tegangan 24 V DC (baterai yang duhubungkan seri total tegangannya adalah jumlah dari masing-maing tegangan baterai: Voltase1 + Voltase2 = Voltasetotal).  
              Hal ini bisa ditemukan di bengkel aki dimana ada beberapa baterai yang dihubungkan secara seri dan semuanya disetrum sekaligus. Berapa kuat arus (ampere) yang harus dialiri bergantung juga dari kapasitas yang dimiliki baterai tersebut (penjelasan tentang ini bisa ditemukan di bagian bawah).

Konsekuensinya, proses penerimaan arus ini berlawanan dengan proses pengeluaran arus, yaitu :

1. Oksigen (O) dalam air (H2O) terlepas karena bereaksi/bersenyawa/bergabung dengan timah (Pb) pada pelat positif dan secara perlahan-lahan kembali menjadi oksida timah colat (PbO2).

2.  Asam (SO4) yang menempel pada kedua pelat (pelat positif maupun negatif) terlepas dan bergabung dengan hidrogen (H) pada air (H2O) di dalam cairan elektrolit dan kembali terbentuk menjadi asam sulfat (H2SO4) sebagai cairan elektrolit. Akibatnya berat jenis cairan elektrolit bertambah menjadi sekitar 1,285 (pada baterai yang terisi penuh).

Cairan elektrolit
                Pelat-pelat baterai harus selalu terendam cairan elektrolit, sebaiknya tinggi cairan elektrolit 4 - 10 mm diatas bagian tertinggi dari pelat. Bila sebagian pelat tidak terendam cairan elektrolit maka bagian pada pelat yang tidak terendam tersebut akan langsung berhubungan dengan udara akibatnya bagian tersebut akan rusak dan tak dapat dipergunakan dalam suatu reaksi kimia yang diharapkan, contoh, sulfat tidak bisa lagi menempel pada bagian dari pelat yang rusak, sebab itu bisa ditemukan konsentrasi sulfat yang sangat tinggi dari ruang sel yang sebagian pelatnya sudah rusak akibat sulfat yang sudah tidak bisa lagi bereaksi dengan bagian yang rusak dari pelat. 
          Oleh karena itu kita harus memeriksa tinggi cairan elektrolit dalam baterai kendaraan bermotor setidaknya 1 bulan sekali (kalau perlu tiap 2 minggu sekali agar lebih aman) karena senyawa dari cairan elektrolit bisa menguap terutama akibat panas yang terjadi pada proses pengisian (charging), misalnya pengisian yang diberikan oleh alternator.
           Bagaimana jika cairan terlalu tinggi? Ini juga tidak baik karena cairan elektrolit bisa tumpah melalui lubang-lubang sel (misalnya pada saat terjadi pengisian) dan dapat merusak benda-benda yang ada disekitar baterai akibat korosi, misalnya sepatu kabel, penyangga/dudukan baterai, dan bodi kendaraan akan terkorosi, selain itu proses pendinginan dari panasnya cairan elektrolit baterai oleh udara yang ada dalam sel tidak efisien akibat kurangnya udara yang terdapat di dalam sel, dan juga asam sulfat akan berkurang karena tumpah keluar; bila asam sulfat berkurang dari volume yang seharusnya maka kapasitas baterai tidak akan maksimal karena proses kimia yang terjadi tidak dalam keadaan optimal sehingga tenaga/kapasitas yang bisa diberikan akan berkurang, yang sebelumnya bisa menyuplai -katakanlah- 7 ampere dalam satu jam menjadi kurang dari 7 ampere dalam satu jam, yang sebelumnya bisa memberikan pasokan tenaga sampai -katakanlah- 1 jam kini kurang dari 1 jam isi/tenaga baterai sudah habis.

Penyulfatan          

Baterai digunakan ataupun tidak, akan mengeluarkan isinya (maksudnya tenaga baterai keluar/berkurang bukan cairan elektrolit). Bila sedang tidak digunakan maka pengeluaran tersebut terjadi secara perlahan yang biasa disebut pengeluaran isi sendiri (self discharge). Cepat atau lambatnya pengeluaran dipengaruhi oleh beberapa faktor diantaranya adalah suhu elektrolit. Sebuah baterai tak terpakai yang berisi penuh akan habis isinya dalam jangka waktu 3 bulan jika elektrolit memiliki suhu 40 derajat Celcius, sedangkan makin dingin suhunya maka makin lambat isi berkurang, contoh, elektrolit yang bersuhu 20 derajat Celcius isinya hanya akan hilang setengah bagian (50%) dalam 3 bulan, dan yang bersuhu 15 derajat Celcius isinya hanya akan berkurang sebesar 7-8% dalam 3 bulan.
         Baterai yang sedang mengeluarkan isinya sendiri secara perlahan akan menyulfat. Maksud penyulfatan adalah sulfat timah (PbSO4) yang terbentuk selama pengeluaran membuat bahan aktif menjadi keras dan mati.
           Penyulfatan kadang-kadang bisa dihilangkan dengan pengisian lambat (slow charge) sehingga bagian-bagian dari timah sulfat (PbSO4) mencapai harga yang normal. Penyulfatan yang sudah terlalu banyak pada satu baterai tidak mungkin dihilangkan, baterai ini harus diganti. Penggantian cairan elektrolit (biasa dikenal dengan pengurasan) tidak akan membantu atau tidak akan banyak membantu karena yang sudah rusak disini adalah pelat-pelatnya, kalaupun berhasil memiliki kapasitas setelah dikuras, dalam waktu yang sangat singkat (tergantung pada tingkat kerusakan pelat-pelatnya) baterai akan lemah (drop) kembali.

Mengatasi penyulfatan

1.    Baterai yang tak terpakai disimpan pada ruangan yang bersuhu rendah (suhu yang lebih dingin).

2.    Baterai yang tak terpakai diisi dengan arus pengisian yang sangat rendah yaitu dengan pengisian perawatan (maintenance charge) sampai penuh, ATAU, baterai diisi secara teratur tiap bulan.

            Pada nomor 2, metode yang paling baik adalah dengan pengisian perawatan (maintenance charge), artinya Anda harus memiliki alat pengisi (charger) (lebih baik lagi kalau kuat arus dari alat tersebut bisa Anda atur kuat lemahnya) yang secara otomatis menghentikan proses pengisian jika baterai sudah terisi penuh dan kembali menghidupkan proses pengisian jika isi baterai mulai berkurang (memiliki fitur deteksi). Jika tidak ada fitur otomatisasi maka terpaksa yang Anda lakukan adalah mengisi baterai secara penuh menggunakan pengisian lambat (slow charge) tiap bulan. Terpaksa disini disebabkan karena baterai yang sudah terisi penuh tidak akan bertambah lagi isinya walaupun tetap terus diisi, selain itu baterai yang terisi penuh akan kian bertambah panas bila terus diisi/disetrum (overcharging) sehingga beresiko merusaknya, ditambah lagi dengan terjadinya penguapan gas, dan terutama bahaya kemungkinan meledak yang pada akhirnya merusak baterai secara total (sama sekali tidak bisa dipergunakan) dan bahkan berbahaya bagi orang yang ada disekelilingnya jika cairan asam dari baterai muncrat dan mengenai orang tersebut! Ingat, cairan asam bisa mengorosi/merusak plat besi, apalagi daging manusia! Termasuk juga cairan accu zur (cairan yang disikan pada baterai baru yaitu saat pertama kali diisi) cukup korosif! Jadi berhati-hatilah jika berhubungan dengan cairan accu zur terlebih lagi cairan yang telah ada dalam baterai!

Baterai Capacity
          Kapasitas baterai adalah jumlah ampere jam (Ah = kuat arus/Ampere x waktu/hour), artinya baterai dapat memberikan/menyuplai sejumlah isinya secara rata-rata sebelum tiap selnya menyentuh tegangan/voltase turun (drop voltage) yaitu sebesar 1,75 V (ingat, tiap sel memiliki tegangan sebesar 2 V; jika dipakai maka tegangan akan terus turun dan kapasitas efektif dikatakan sudah terpakai semuanya bila tegangan sel telah menyentuh 1,75 V). Misal, baterai 12 V 75 Ah. Baterai ini bisa memberikan kuat arus sebesar 75 Ampere dalam satu jam artinya memberikan daya rata-rata sebesar 900 Watt (Watt = V x I = Voltase x Ampere = 12 V x 75 A). Secara hitungan kasar dapat menyuplai alat berdaya 900 Watt selama satu jam atau alat berdaya 90 Watt selama 10 jam, walaupun pada kenyataannya tidak seperti itu (dijelaskan di bawah ini). Kembali ke kapasitas baterai, pada kendaraan bermotor kapasitas ini bisa dianalogikan sebagai volume maksimal tangki bahan bakar namun yang membuat berbeda adalah kapasitas pada baterai bisa berubah-ubah dari nilai patokannya, jadi mirip tangki bahan bakar mobil yang bahannya terbuat dari karet. 

           Sebagai ilustrasi saya beri contoh balon karet, isinya bisa besar jika terus dimasukkan udara atau bisa juga kecil jika udara yang ditiup sedikit saja. Nah, kapasitas baterai juga tidak tetap, mirip contoh balon karet tadi, dimana ada tiga faktor yang menentukan besar kecilnya kapasitas baterai yaitu :

Jumlah bahan aktif
               Makin besar ukuran pelat yang bersentuhan dengan cairan elektrolit maka makin besar kapasitasnya; makin banyak pelat yang bersentuhan dengan cairan elektrolit maka makin besar kapasitasnya. Jadi untuk mendapatkan kapasitas yang besar luas pelat dan banyaknya pelat haruslah ditingkatkan, dengan catatan bahwa pelat haruslah terendam oleh cairan elektrolit. Dari sini Anda kembali bisa menyadari betapa pentingnya bagi pelat-pelat agar terendam oleh cairan elektrolit karena bagian dari pelat yang tidak terendam sama sekali tidak akan berfungsi bagi peningkatan kapasitas!


Temperatur
              Makin rendah temperatur (makin dingin) maka makin kecil kapasitas baterai saat digunakan karena reaksi kimia pada suhu yang rendah makin lambat tidak peduli apakah arus yang digunakan tinggi atapun rendah. Kapasitas baterai biasanya diukur pada suhu tertentu, biasanya 25 derajat Celcius.

Waktu dan arus pengeluaran
          Pengeluaran lambat (berupa pengeluaran arus yang rendah) mengakibatkan waktu pengeluaran juga diperpanjang alias kapasitas lebih tinggi. Kapasitas yang dinyatakan untuk baterai yang umum pemakaiannya pada pengeluaran tertentu, biasanya 20 jam. 

Contoh: 
Baterai 12 V 75 Ah bisa dipakai selama 20 jam jika kuat arus rata-rata yang digunakan dalam 1 jam adalah 3,75 Ampere (75 Ah / 20 h), sedangkan bila digunakan sebesar 5 Ampere maka waktu pemakaian bukannya 15 jam (75 Ah / 5 A) tapi lebih kecil yaitu 14 jam, sedangkan pada penggunaan Ampere yang jauh lebih besar, yaitu 7,5 Ampere maka waktu pemakaian bukan 10 jam (75 A / 7,5 A) tapi hanya 7 jam!Hal ini bisa menjadi jawaban bagi mereka yang menggunakan UPS, misal 500 VA atau 500 Watt.hour, yang mana baterai UPS hanya bertahan lebih kurang 5 - 15 menit untuk komputer yang memerlukan daya 250 Watt, padahal kalau berdasarkan hitungan kasar seharusnya bisa bertahan selama 2 jam (500 Watt.hour / 250 Watt). 

Saya beri satu contoh nyata, sebuah aki kering 12 V dan 18 Ah mencantumkan nilai spesifikasi sebagai berikut :
20 hr @ 0,9 A = 18 A5 hr @ 3,06 A = 15,3 A1 hr @ 10,8 A = 10,8 A1/2 hr @ 18 A = 9 A. 

Jika dilihat dari spesifikasi maka aki ini memiliki kapasitas efektif sebesar 18 Ah namun suplai dari aki sebenarnya hanya bisa dilakukan selama :

-       20 jam jika kuat arus yang dipakai hanya sebesar 0,9 A untuk tiap jam artinya hanya memakai daya sebesar 10,8 Watt/jam (12 V x 0,9 A) --> Kapasitas = 18 Ah (0,9 A x 20 hour).

-       5 jam jika kuat arus yang dipakai 3,06 A atau berdaya 36,72 Watt/jam (12 V x 3,06 A) --> Kapasitas = 15,3 Ah (3,06 A x 5 hour).

-       1 jam jika kuat arus yang dipakai 10,8 A atau berdaya 129,6 Watt/jam (12 V x 10,8 A) --> Kapasitas = 10,8 Ah (10,8 A x 1 hour).

-       1/2 jam jika kuat arus yang dipakai sama dengan kapasitas efektifnya yang 18 Ah atau berdaya 216 Watt/jam (12 V x 18 A) --> Kapasitas = 9 Ah (18 A x 0,5 hour)

         Dari sini Anda sudah bisa menyimpulkan bahwa makin rendah arus yang dikeluarkan/dipergunakan maka baterai mampu menyuplai dalam waktu yang lebih panjang artinya kapasitas baterai bisa sama persis dengan kapasitas efektif sebesar 18 Ah bila menggunakan kuat arus seperduapuluh dari kapasitas efektifnya (1/20 x 18 A) dan sebaliknya semakin besar pemakaian arus makin kecil pula kapasitas baterai yang bahkan bisa cuma mencapai 9 Ah. 

          Saya pribadi tidak tahu persis apa rumus yang bisa menghitung hubungan flukutasi arus dengan kapasitas yang dihasilkannya tapi secara kasar -berdasarkan data diatas- pemakain arus sebesar 60% dari kapasitas efektifnya akan bertahan selama 1 jam. 

Jadi untuk mendapatkan kapasitas baterai yang bisa menyalakan peralatan berdaya 300 Watt selama satu jam digunakan perhitungan berikut :
- Dapatkan ukuran Ampere, yaitu 25 A (Ampere (I) = Daya / Voltase = P / V = 300 / 12 = 25).
- Kapasitas efektif dari baterai yang dicari adalah 41,67 Ah (Ampere / 60% = 25 x 100 / 60).

Pengisian baterai/Cas aki/Accu charging
Pengisian arus dialirkan berlawanan dengan waktu pengeluaran isi yang berarti juga bahwa beban aktif dan elektrolit diubah supaya energi kimia bateari mencapai maksimum.

Ada tiga metode pengisian bateari :

1. Pengisian perawatan (maintenance charging) digunakan untuk mengimbangi kehilangan isi (self discharge), dilakukan dengan arus rendah sebesar 1/1000 dari kapasitas baterai. Ini biasa dilakukan pada baterai tak terpakai untuk melawan proses penyulfatan. Bila baterai memiliki kapasitas 45 Ah maka besarnya arus pengisian perawatan adalah 45 mA (miliAmpere).

2. Pengisian lambat (slow charging) adalah suatu pengisian yang lebih normal. Arus pengisian harus sebesar 1/10 dari kapasitas baterai. Bila baterai memiliki kapasitas 45 Ah maka besarnya arus pengisian lambat adalah 4,5 A. Waktu pengisian ini bergantung pada kapasitas baterai, keadaan baterai pada permulaan pengisian, dan besarnya arus pengisian. Pengisian harus sampai gasnya mulai menguap dan berat jenis elektrolit tidak bertambah walaupun pengisian terus dilakukan sampai 2 - 3 jam kemudian.

3.  Pengisian cepat (fast charging) dilakukan pada arus yang besar yaitu mencapai 60 - 100 A pada waktu yang singkat kira-kira 1 jam dimana baterai akan terisi sebesar tiga per empatnya. Fungsi pengisian cepat adalah memberikan baterai suatu pengisian yang memungkinkannya dapat menstarter motor yang selajutnya generator memberikan pengisian ke baterai.

Hal-hal lain tentang baterai
              Baterai yang terawat dengan baik dapat berfungsi sampai beberapa tahun, sebaliknya jika tak terawat, baterai bisa diganti kurang dari satu tahun! Pemegang baterai yang longgar bisa menyebabkan baterai tak tahan lama, kabel starter yang rusak dapat mengakibatkan hubungan singkat sehingga baterai cepat rusak, dan baterai yang kotor dapat menyebabkan arus hilang terutama pada kondisi cuaca yang lembab.
               Gas-gas yang menguap pada waktu pengisian baterai dapat meledak sehingga menggunakan api pada ruangan dimana baterai diisi terlarang keras! Selain itu ruangan baterai harus dilengkapi dengan ventilasi yang baik untuk mencegah timbulnya karat karena adanya gas asam sulfur. Campuran timah pada baterai selalu beracun karena itu diperlukan kebersihan dan kehati-hatian ekstra.
Memeriksa kondisi batere tidak bisa hanya dengan mengukur tinggi tegangan/voltase yang dihasilkan tapi juga harus dengan memberikan beban pada baterai tersebut.
         Bila mengunakan baterai lebih dari satu dimana kondisinya secara keseluruhan sudah lemah maka seluruh baterai harus diganti jadi tidak bisa hanya sekedar mengganti baterai yang sudah lemah saja! Karena jika sebagian diganti dan sebagian lain masih menggunakan baterai yang lama maka peralatan listrik akan menggunakan karakteristik dari baterai terlemah yaitu baterai lama yang masih dipakai dan berakibat penggantian baterai yang lebih cepat; dalam jangka panjang biayanya justru lebih tinggi daripada mengganti seluruh baterai sedari awal.
                 Selain itu alat pengisi baterai (charger) akan melihat keseluruhan baterai sebagai satu kesatuan baterai sehingga baterai lama ada kemungkinan bisa mengalami overcharging dan baterai baru mengalami undercharging yang pada akhirnya mengakibatkan kerusakan baterai secara total terlebih lagi hasil dari baterai gabungan tersebut menyebabkan peralatan listrik tidak bekerja/berjalan secara memadai.
           Aki kering maupun basah memiliki prinsip kerja yang sama termasuk pengisian arusnya. Jadi substitusi dimungkinkan terjadi namun perlu diperhatikan karakteristik dari peralatan yang menggunakannya dan sistem yang ada.

Referensi: howstuffworks.com

http://www.insinyoer.com/prinsip-kerja-baterai/2/
http://code-m2.blogspot.com/2015/03/prinsip-kerja-baterai-aki.html
https://elektrojiwaku.blogspot.com/2011/03/teori-batere.html
http://fisikamanargamakmur-sunardi.blogspot.com/2012/02/cara-kerja-baterai-aki-basah.html
http://www.mikirbae.com/2016/05/teks-eksplanasi-energi-listrik-dan.html

Maaf Masih Berantakan.....Bersambung

To Be Continue.......

10.RANGKAIAN LISTRIK TENAGA

 RANGKAIAN  LISTRIK TENAGA  

(RANGKAIAN DASAR PENGENDALI)

~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~~

            Pada kesempatan kali ini membahas pada konsep perencanaan rangkaian dasar pengendali. Aplikasi yang diambil merupakan aplikasi dasar yang mudah dipahami serta dapat dilaksanakan. Komponen yang utama yang digunakan kontaktor magnit.

            Rangkaian dasar pengendali (PRPD) merupakan suatu teknik pengontrolan yang digunakan untuk mengatur suatu operasi yang saling terkait, terhubung atau terencana. Kontrol ini memiliki tiga kategori. Adapun kategori itu adalah sebagai berikut:

a) Sistim melaksanakan urutan berikutnya jika kondisi yang ditentukan sebelumnya terpenuhi (conditional control).

b)   Sistim melaksanakan urutan berikutnya jika telah mencapai waktu yang telah ditentukan (time schedule control).

c)   Sistim dimana waktu pelaksanaan atau interval waktu tidak penting, hanya urutan operasi yang telah ditetapkan yang dipentingkan (executive control).

Rangkaian Kontrol biasanya terdiri dari:

a)  Bagian yang menerima informasi untuk proses / plant sebelum diberikan pada kontroller.

b)   Kontroller Sekuensial.

c)   Bagian yang mengolah informasi dari keluaran kontroller.

             Bagian yang menerima informasi untuk proses/plant sebelum diberikan ke kontroller seperti saklar, sensor atau transduser. Adapun komponen – komponen pokok pada sistim pengendalian adalah :

1.    Saklar / Switch

Saklar merupakan bagian terpenting dalam pengendalian, saklar memiliki spesifikasi dan penggunaan yang berbeda – beda berdasarkan penggunaanya. Adapun saklar yang akan dijelaskan pada buku ini adalah yang umum digunakan pada lapangan maupun kebutuhan praktek sekolah.

1.1     Push Button Switch

Push Button Switch merupakan suatu saklar yang berfungsi ganda pada satu unitnya. Pertama Push Button ON dan yang kedua Push Button OFF. Pada push button on apabila ditekan maka akan mengalirkan arus listrik yang melaluinya. Sedangkan pada Push Button OFF apabila ditekan maka akan memutuskan arus listrik yang melaluinya. Karena dua fungsi dalam satu unit perpindahan dari ON dan OFF pergerakan saklar tersebut didalam konstruksinya terdapat sebuah pegas atau spring pemindah.

                                                        

Pada jenis Push Button Switch memiliki diameter yang bervariasi disesuaikan dengan kebutuhan pada kotak panel yang akan digunakan. Sebagai contoh kita perhatikan pada gambar konstruksi dan spesifikasi dibawah ini.

1.2     Selector Switch

Selector switch berfungsi sebagai saklar putar yang mengkondisikan keadaan ON dan keadaan OFF. Berdasarkan kondisi putaran selector switch dibagi menjadi dua. Pertama selector switch 2 posisi dan selector switch 3 posisi.

Selector switch 2 posisi mengkondisikan dari keadaan OFF ke ON dengan cara memutar saklar tersebut. Selector switch 3 posisi mengkondisikan keadaan OFF pada posisi tengah sedangkan untuk meng-ON-kan dengan cara memutar ke KIRI atau KEKANAN.

 Pada jenis Selector Switch memiliki diameter yang bervariasi disesuaikan dengan kebutuhan pada kotak panel yang akan digunakan. Sebagai contoh kita perhatikan pada gambar konstruksi dan spesifikasi dibawah ini.

 1.3     Emergency Switch

             Emergency Switch berfungsi sebagai saklar pemutus arus listrik yang terpusat. Pada konstruksinya hampir sama dengan Push Button dengan perbedaan pada kepala tombol yang lebih besar dan berbentuk seperti jamur. Emergency switch ini memiliki pegas didalamnya sehingga pada saat ditekan maka akan kembali keposisi semula.

            Pada jenis Emergency Switch memiliki diameter yang bervariasi disesuaikan dengan kebutuhan pada kotak panel yang akan digunakan. Sebagai contoh kita perhatikan pada gambar konstruksi dan spesifikasi dibawah ini.

1.4     Emergency Reset

               Pada Emergency Reset berfungsi sama dengan Emergency Switch adalah sebagai saklar pemutus arus listrik yang terpusat. Hanya saja perbedaanya apabila emergency reset ditekan maka konstruksi mekaniknya akan tertahan atau mengunci untuk kembali ke posisi semula. Untuk mengembalikan ke posisi semula dengan cara memutar searah jarum jam atau sesuai arah panah yang tergambar pada parmukaan tombol emergency reset.

                Pada jenis Emergency Switch memiliki diameter yang bervariasi disesuaikan dengan kebutuhan pada kotak panel yang akan digunakan. Sebagai contoh kita perhatikan pada gambar konstruksi dan spesifikasi dibawah ini.

2.    Pilot Lamp

Pilot lamp berfungsi sebagai lampu indicator yang bekerja sesuai kebutuhan. Lampu pilot memiliki warna – warna pada bagian tutup luar atau CAP, warna – warna ini memiliki arti tersendiri yang biasa digunakan pada industri. Adapun arti dari warna – warna tersebut adalah untuk warna Hijau mengindikasikan rangkaian sedang bekerja atau kondisi ON, warna merah mengindikasikan rangkaian tidak bekerja atau kondisi OFF, warna kuning mengindikasikan rangkaian sedang mengalami gangguan, dan lain sebagainya. 

Lampu ini memiliki tegangan yang dapat dipilih berdasarkan jenis type lampu tersebut. Bebrapa jenis lampu dengan tegangan AC ada yang menggunakan tranformator kecil didalamnya ada yang langsung tanpa transformator. Apabila ada transformator komponen ini memungkinkan untuk menurunkan tegangan sebelum memasuki lampu. Untuk jenis – jenis tertentu dimungkinkan penggunaan tegangan DC. Jenis lampu yang digunakan adalah lampu pijar dan adapula jenis LED (Light Emiting Dioda).

  Pada jenis Pilot Lamp memiliki diameter yang bervariasi disesuaikan dengan kebutuhan pada kotak panel yang akan digunakan. Sebagai contoh kita perhatikan pada gambar konstruksi dan spesifikasi dibawah ini.

3.    Magnetic Contactor (MC)

 Kontaktor merupakan elemen dasar dari rangkaian pengendali. Gambar 1 memperlihatkan symbol umum dari magnetic contactor. Seperti terlihat pada gambar, jika arus listrik mengalir pada koil elektromagnetis K1, maka besi kontak akan akan tertarik dari NC ke NO dan sebaliknya.

Kontaktor memiliki spesifikasi yang berbeda untuk tegangan kerja pada koilnya. Sebagai contoh pada pembuatan Buku ini digunakan jenis MC dengan tegangan pada koil 220/380 Vac, untuk kontak utama maupun auxulary NO(Normally Open) dan NC(Normally Close) digunakan tegangan 220 Vac. Untuk menghindari kesalahan penggunaan Terminal  biasanya MC juga dilengkapi dengan Keterangan Kontak pada Body MC tersebut.

Diatas merupakan suatu mekanisme kontaktor yang dapat dilihat bagian per bagian menurut susunanya.

   

4.    MCB (Miniature Circuit Breaker)

               Miniature Circuit Breaker (MCB) dapat berfungsi sebagai pengaman tunggal atau sebagai pengaman ganda. MCB yang berfungsi sebagai pengaman tunggal, didalamnya hanya terdapat relay hubung singkat (Short Circuit Relay) yang bertindak sebagai pemutus rangkaian apabila terjadi hubung singkat, lihat konstruksi MCB tunggal satu kutub (satu fasa) pada gambar dibawah. MCB dibawah ini menggunakan jenis Merlin Gerin.

5.    Thermal Overload (TOR)

Pada thermal overload yang dibahas pada buku ini menggunakan merk MITSUBISHI dengan type TH – N20 9 A. Alat ini berfungsi sebagai pengaman motor listrik jika terjadi panas berlebih maka terminal – terminal penghubung akan membengkok sehingga aliran arus listrik akan terputus. Pemasangan alat ini biasanya dihubungkan langsung pada terminal kontaktor bagian kontak utamanya.

------------------------------

RANGKAIAN ON
------------------------------

2.1 Pengertian Rangkaian ON

          Rangkaian ON merupakan rangkaian yang bekerja jika saklar ditekan maka indicator kerja (Lampu Pilot) akan menyala. 

           Rangkaian ini terdiri atas komponen MCB, Push button, Kontaktor, dan lampu pilot. Perakitan dilaksanakan dengan safety prioritas pada MCB. Selanjutnya untuk membuat perencanaan gambar pelaksanaan dimulai dari gambar wiring single line nya. Urutkan dan berikan notasi angka untuk mempermudah dalam pelaksanaan membuat gambar pelaksanaan kerja. Susunan dimulai dari angka 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10, dan seterusnya.

2.2 Analisa Kerja Rangkaian ON

          Kondisi awal MCB OFF status seluruh rangkaian tidak bekerja karena belum dialiri arus listrik. MCB di ON-kan atau status 1. Maka aliran listrik masuk dan standby di notasi 2-3 dan 7. Pada saat PB ON 1 ditekan, aliran listrik mengalir ke koil kontaktor K-1 (notasi 3 menuju 4-5). Anak kontak / Auxulary Contact K1.1 (notasi 7 menuju 8-9) berstatus ON sehingga lampu indikator L-1 ON. Pada saat PB ON-1 dilepas maka aliran listrik terputus dan kembali ke status OFF, aliran listrik stand by di notasi 2-3 dan 7. Untuk lebih mudah pemahaman maka dibuat time chart (diagram pewaktu) sebagai penjelasan secara menyeluruh.

------------------------------

RANGKAIAN OFF
------------------------------

3.1 Pengertian Rangkaian OFF

          Rangkaian OFF merupakan rangkaian yang bekerja jika saklar ditekan maka indicator kerja (Lampu Pilot) akan mati, kondisi awal lampu sudah menyala. 

           Rangkaian ini terdiri atas komponen MCB, Push button, Kontaktor, dan lampu pilot. Perakitan dilaksanakan dengan safety prioritas pada MCB. Selanjutnya untuk membuat perencanaan gambar pelaksanaan dimulai dari gambar wiring single line nya. Urutkan dan berikan notasi angka untuk mempermudah dalam pelaksanaan membuat gambar pelaksanaan kerja. Susunan dimulai dari angka 1-2-3-4-5-6-7-8-9-10, dan seterusnya.

2.2 Analisa Kerja Rangkaian OFF

       Kondisi awal MCB OFF status seluruh rangkaian tidak bekerja karena belum dialiri arus listrik. MCB di ON-kan atau status 1. Maka aliran listrik masuk dan standby di notasi 2-3 dan 7. Pada kontak NC (notasi 7-8) aliran listrik dilanjutkan menuju lampu indikator L1 (notasi 8-9), dan lampu tersebut berstatus ON. Pada saat PB ON 1 ditekan, aliran listrik mengalir ke koil kontaktor K-1 (notasi 3 menuju 4-5). Anak kontak / Auxulary Contact K1.1 (notasi 7 menuju 8-9) berstatus OFF sehingga lampu indikator L-1 OFF. Pada saat PB ON-1 dilepas maka aliran listrik terputus di koil dan kontaktor kembali ke status OFF, kemudian lampu indikator kembali menyala status ON, aliran listrik stand by di notasi 2-3 dan aliran listrik 7-8-9 menyalakan L-1. Untuk lebih mudah pemahaman maka dibuat time chart (diagram pewaktu) sebagai penjelasan secara menyeluruh.

Referensi :
1. Automatic Main Failure Using Programmable Logic Controller, Institut Teknologi Sepuluh Nopember. By Robiansyah tahun 2003.
2. Rangkaian Dasar Pengendali. Universitas Negeri Surabaya. By Robiansyah tahun 2005.
3. Instalasi Tenaga Listrik. Balai Latihan Kerja Profesi dan Instruktur. By Robiansyah tahun 2000.