Kelas X_SMK_Teknik-Otomasi-Industri_Agus

Agus Putranto dkkTEKNIK OTOMASIINDUSTRI SMK JILID 1 Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah Departemen Pendidikan Nasional

Hak Cipta pada Departemen Pendidikan NasionalDilindungi Undang-undangTEKNIK OTOMASIINDUSTRIUntuk SMKJILID 1 : Agus Putranto Abdul MuktiPenulis Djoko Sugiono Syaiful KarimPerancang Kulit Arie Eric RawungUkuran Buku Sodikin Susa’at Sugiono : TIM : 18,2 x 25,7 cmPUT PUTRANTO, Agust Teknik Otomasi Industri untuk SMK Jilid 1 /oleh Agus Putranto, Abdul Mukti, Djoko Sugiono, Syaiful Karim, Arie Eric Rawung, Sodikin Susa’at, Sugiono ---- Jakarta : Direktorat Pembinaan Sekolah Menengah Kejuruan, Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan Menengah, Departemen Pendidikan Nasional, 2008. xii, 312 hlm Daftar Pustaka : LAMPIRAN A. Glosarium : LAMPIRAN B. ISBN : 978-979-060-089-8 ISBN : 978-979-060-090-4Diterbitkan olehDirektorat Pembinaan Sekolah Menengah KejuruanDirektorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasar dan MenengahDepartemen Pendidikan NasionalTahun 2008

iiiKATA SAMBUTANPuji syukur kami panjatkan kehadirat Allah SWT, berkat rahmat dankarunia Nya, Pemerintah, dalam hal ini, Direktorat Pembinaan SekolahMenengah Kejuruan Direktorat Jenderal Manajemen Pendidikan Dasardan Menengah Departemen Pendidikan Nasional, pada tahun 2008, telahmelaksanakan penulisan pembelian hak cipta buku teks pelajaran ini daripenulis untuk disebarluaskan kepada masyarakat melalui website bagisiswa SMK.Buku teks pelajaran ini telah melalui proses penilaian oleh Badan StandarNasional Pendidikan sebagai buku teks pelajaran untuk SMK yangmemenuhi syarat kelayakan untuk digunakan dalam proses pembelajaranmelalui Peraturan Menteri Pendidikan Nasional Nomor 12 tahun 2008.Kami menyampaikan penghargaan yang setinggi-tingginya kepadaseluruh penulis yang telah berkenan mengalihkan hak cipta karyanyakepada Departemen Pendidikan Nasional untuk digunakan secara luasoleh para pendidik dan peserta didik SMK di seluruh Indonesia.Buku teks pelajaran yang telah dialihkan hak ciptanya kepadaDepartemen Pendidikan Nasional tersebut, dapat diunduh (download),digandakan, dicetak, dialihmediakan, atau difotokopi oleh masyarakat.Namun untuk penggandaan yang bersifat komersial harga penjualannyaharus memenuhi ketentuan yang ditetapkan oleh Pemerintah. Denganditayangkannya soft copy ini akan lebih memudahkan bagi masyarakatuntuk mengaksesnya sehingga peserta didik dan pendidik di seluruhIndonesia maupun sekolah Indonesia yang berada di luar negeri dapatmemanfaatkan sumber belajar ini.Kami berharap, semua pihak dapat mendukung kebijakan ini.Selanjutnya, kepada para peserta didik kami ucapkan selamat belajardan semoga dapat memanfaatkan buku ini sebaik-baiknya. Kamimenyadari bahwa buku ini masih perlu ditingkatkan mutunya. Olehkarena itu, saran dan kritik sangat kami harapkan.Jakarta,Direktur Pembinaan SMK

iv

v KATA PENGANTAR Puji syukur kehadirat Alloh, dengan tersusunnya buku TeknikOtomasi Industri ini semoga dapat menambah khasanah referensikhususnya di bidang tekologi industri yang akhir-akhir ini mulaiberkembang di Indonesia. Isi buku ini sengaja disajikan secara praktis dan lengkap sehinggadapat membantu para siswa Sekolah Menengah Kejuruan (SMK),mahasiswa, guru serta para praktisi industri. Teknik Otomasi Industriyang selama ini dideskripsikan secara variatif dan adaptif terhadapperkembangan serta kebutuhan berbagai kalangan praktisi industri.Penekanan dan cakupan bidang yang dibahas dalam buku ini sangatmembantu dan berperan sebagai sumbangsih pemikiran dalammendukung pemecahan permasalahan yang selalu muncul didalamdisain, pengendalian / pemgontrolan suatu sistem. Oleh karena itu, buku ini disusun secara integratif antar disiplinilmu yaitu teknik elektronika analog, elektronika daya,teknik digital,pemrograman dan elektronika daya yang saling mendukung sehinggaskill yang diperlukan terkait satu dengan lainnya. Secara tuntas, kualitasmaupun manajemen proses control standar yang berlaku di tingkatinternasional termasuk didalam wilayah pembahasan. Tim penulis mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihakyang telah membantu materi naskah serta dorongan semangat dalampenyelesaian buku ini. Kami sangat berharap dan terbuka untukmasukan serta kritik konstruktif dari para pembaca sehingga dimasadatang buku ini lebih sempurna dan implementatif. Tim Penulis

vi

vii DAFTAR ISIKATA SAMBUTAN iiiKATA PENGANTAR vDAFTAR ISI viiBAB I PENDAHULUAN 11.1 PENGANTAR OTOMASI 41.2 SISTIM OTOMASI1.3 ARSITEKTUR SISTEM 51.4 INDUSTRI PEMAKAI 81.5 SISTEM KONTROL INDUSTRI 8BAB II PENGETAHUAN DASAR OTOMASI INDUSTRI 11 112.1 PENGETAHUAN LISTRIK DAN ELEKTRONIKA 11 112.1.1 BESARAN DAN SATUAN 12 132.1.1.1. SISTIM SATUAN 13 132.1.1.2. SATUAN – SATUAN 14 162.1.1.3. AWALAN SATUAN 16 162.1.1.4. DAFTAR AWALAN SATUAN 17 182.1.1.5. SATUAN DASAR : 18 202.1.1.6. SATUAN TAMBAHAN 20 212.1.1.7. SATUAN TURUNAN 21 222.1.1.8. SATUAN-SATUAN DALAM TEKNIK LISTRIK 22 232.1.2. STRUKTUR BAHAN 24 262.1.2.1. ATOM DAN MUATAN LISTRIK Q 26 262.1.2.2. MUATAN ELEKTRON 27 272.1.2.3. PENGHANTAR ARUS DALAM LOGAM 27 282.1.2.4. PENGHANTAR ARUS DALAM ZAT CAIR 28 282.1.2.5. PERISTIWA ATOM:2.1.2.6. PEMBENTUKAN ION DALAM LARUTAN ENCER2.1.2.7. PENGHANTAR ARUS DALAM GAS2.1.2.8. IONISASI2.1.2.9. PELEPASAN GAS2.1.3. SUMBER LISTRIK2.1.3.1. TEGANGAN LISTRIK2.1.3.2. ARUS LISTRIK2.1.3.3. KESEIMBANGAN MUATAN LISTRIK2.1.4. PEMBANGKIT TEGANGAN2.1.4.1. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN INDUKSI2.1.4.2. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN TENAGA KIMIA2.1.4.3. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN TENAGA PANAS2.1.4.4. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN TENAGA CAHAYA2.1.4.5. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN PIEZO ELEKTRIK2.1.5. RANGKAIAN LISTRIK2.1.5.1. TENAGA LISTRIK2.1.5.2. LISTRIK DALAM RANGKAIAN TERTUTUP

viii2.1.5.3. USAHA ARUS LISTRIK 302.1.6. 312.1.6.1. ELEKTROLISA 312.1.6.2. PERISTIWA KIMIA LISTRIK 312.1.6.3. PELAPISAN BAHAN 322.1.6.4. 342.1.6.5. USAHA LISTRIK DALAM PROSES ELEKTROLISA 342.1.6.6. DAYA MEKANIK DALAM PROSES ELEKTROLISA 362.1.6.7. KONVERSI DAYA MEKANIK 362.1.6.8. 362.1.6.9. PROSES PENYEPUHAN LOGAM 382.1.6.10. TUJUAN PENYEPUHAN 382.1.6.11. CARA MENDAPATKAN LOGAM MURNI 402.1.7. 412.1.7.1. DAYA LARUTAN 412.1.7.2. URUTAN TEGANGAN KIMIA LISTRIK 442.1.7.3. POLARISASI ELEKTROLISA 442.1.7.4. 452.1.7.5. ELEMEN GALVANIS 462.1.7.6. PASANGAN GALVANIS 462.1.8. SISTIM ELEKTROKIMIA 472.1.8.1. 47 PERBANDINGAN SIFAT2.1.8.2. PENGISIAN DAN PENGOSONGAN LISTRIK 482.1.8.3. DAYA GUNA AKKUMULATOR 492.1.8.4. 512.1.8.5. KOROSI 522.1.8.6. TAHANAN LISTRIK ( R ) 542.1.8.7. TAHANAN DAN NILAI HANTAR 562.1.8.8. 572.1.8.9. TAHAN JENIS ρ 582.1.9. KODE WARNA TAHANAN 592.1.9.1. TAHANAN STANDARD IEC 592.1.9.2. JENIS TAHANAN 632.1.9.3. 662.1.9.4. TAHANAN FUNGSI SUHU DAN FUNGSI CAHAYA 682.1.9.5. PERUBAHAN TAHANAN 692.1.9.6. FAKTOR PERUBAHAN TAHANAN 692.1.9.7. 702.1.9.8. TOLERANSI TAHANAN 732.1.9.9. PEMBAGI ARUS DAN TEGANGAN 742.1.9.10. HUKUM OHM 752.1.10. 782.1.10.1. HUKUM KIRCHOFF 792.1.10.2. HUKUM KIRCHOF II 802.1.10.3. ANALISA PERCABANGAN ARUS 812.1.10.4. 822.1.10.5. ANALISA ARUS LOOP 832.1.10.6. HUBUNGAN SERI 832.1.10.7. PEMBAGIAN TEGANGAN 852.1.10.8. 86 RUGI TEGANGAN DALAM PENGHANTAR PEMBEBANAN SUMBER HUBUNGAN JAJAR. PENGUKURAN RANGKAIAN HUBUNGAN JEMBATAN HUBUNGAN CAMPURAN HUBUNGAN JEMBATAN ARUS SEARAH JEMBATAN BERSETIMBANG PEMBAGI TEGANGAN BERBEBAN HUBUNGAN CAMPURAN BERBEBAN HUBUNGAN DENGAN POTENSIOMETER PARAREL SUMBER BERBEBAN

2.1.10.9. RANGKAIAN SUMBER CAMPURAN ix2.1.10.10. DAYA LISTRIK2.1.11.11. DAYA GUNA(EFISIENSI) 862.1.11. PANAS LISTRIK 882.1.11.1. TEMPERATUR 902.1.11.2. PENGUKURAN TEMPERATUR 912.1.11.3. SKALA TERMOMETER 912.1.11.4. KWALITAS DAN KAPASITAS PANAS 922.1.11.5. KONVERSI BESARAN DAN SATUAN USAHA 922.1.11.6. KONVERSI BESARAN DAN SATUAN DAYA 932.1.11.7. DAYA GUNA EFISIENSI 972.1.11.8. PERPINDAHAN PANAS 97 992.2 KOMPONEN LISTRIK DAN ELEKTRONIKA 1002.2.1. KONDENSATOR 104 1052.2.1.1. KUAT MEDAN LISTRIK 106 1072.2.1.2. DIELEKTRIKUM 111 1142.2.1.3. PERMITIFITAS LISTRIK 115 1172.2.1.4. PENGARUH ELEKTROSTATIK 118 1182.2.1.5. KAPASITAS KONDENSATOR / KAPASITOR 119 1192.2.1.6. ENERGI TERSIMPAN PADA KONDENSATOR 120 1202.2.1.7. SIFAT HUBUNGAN KONDENSATOR 121 1212.2.1.8. RANGKAIAN PARAREL : 124 1262.2.1.9. RANGKAIAN SERI ( DERET ) 141 1412.2.2 KEMAGNETAN 142 1442.2.2.1. KEKUATAN MAGNET 146 1562.2.2.2. TEORI WEBER. 156 1582.2.2.3. TEORI AMPERE. 159 1622.2.2.4. SIFAT MEDAN MAGNET 164 1652.2.2.5. RANGKAIAN MAGNET 167 1672.2.2.6. BESARAN MAGNET 170 1782.2.2.7. FLUKSI MAGNET 1832.2.3 DIODA2.2.3.1. DASAR PEMBENTUKAN DIODA2.2.3.2. DIODA ZENNER2.2.3.3. SIFAT DASAR ZENNER2.2.3.4. KARAKTERISTIK ZENNER2.2.4. DIODA VARACTOR2.2.4.1. BIAS BALIK, KAPASITANSI PERSAMBUNGAN2.2.4.2. BIAS MAJU , KAPASITANSI PENYIMPANAN2.2.5. DIODA SCHOTTKY2.2.6. DIODA TUNNEL2.2.7 TRANSISTOR2.2.7.1. PROSES PEMBUATAN2.2.7.2. PENGARUH TEMPERATUR2.2.7.3. KURVA KARAKTERISTIK2.2.7.4. PENENTUAN RUGI2.2.7.5. HUBUNGAN DASAR TRANSISTOR2.2.8 TRANSISTOR EFEK MEDAN ( FET )

x2.2.8.1. PARAMETER JFET 1912.2.8.2. ANALISA RANGKAIAN FET 1962.2.8.3. KONFIGURASI-KONFIGURASI RANGKAIAN JFET 1992.2.8.4. FET SEBAGAI PENGUAT 2012.2.8.5. FET SEBAGAI SAKLAR DAN MULTIVIBRATOR 2012.2.8.6. BIAS MOSFET 2032.2.8.7. D-MOSFET 2042.2.8.8. E MOSFET 2072.2.9. UNI JUNCTION TRANSISTOR 2252.2.9.1. SIFAT DASAR UJT 2262.2.9.2. PRINSIP KERJA UJT SEBAGAI OSCILATOR 2302.2.10. DIODA AC 2312.2.11 OPERASIONAL AMPLIFIER 2352.2.11.1 PENGENALAN OP-AMP 2352.2.11.2 PENGUAT BEDA DAN KASKADE 2502.2.11.3 INTERPRETASI DATA DAN KARAKTERISTIK OPAMP 2892.2.11.4 RANGKAIAN APLIKASI OPAMP 288BAB III DASAR TEKNIK DIGITAL 313 3133.1 ALJABAR BOOLEAN3.2 OPERASI LOGIKA DASAR AND, OR DAN NOT 3153.3 OPERASI LOGIKA KOMBINASI NAND, NOR DAN 317 318 EXCLUSIVE OR 3183.4 MULTIPLEKSER 3233.5 DEKODER 3253.6 FLIP -FLOP 3313.7 MEMORY3.8 REGISTER GESER 3353.9 COUNTER 335 339BAB IV DASAR ELEKTRONIKA DAYA 3484.1 SEJARAH ELEKTRONIKA DAYA 3594.2 PENGERTIAN DAN PRINSIP KERJA 3604.3 KOMPONEN ELEKTRONIKA DAYA 3724.4. CONTOH RANGKAIAN ELEKTRONIKA DAYA 384 414BAB V PENGUKURAN, PENGENDALI (KONTROL) DANPENGATURAN 439 4535.1 DEFENISI5.2 SENSOR5.3 PERANCANGAN KONTROLER5.4 KONTROLER LOGIKA FUZZY5.5 AKTUATORBAB VI SISTIM MIKROKOMPUTER6.1 ARITMATIKA KOMPUTER6.2 MODE OPERASI KOMPUTER

xiBAB VII MIKROPROSESOR Z-80 4757.1 MIKROPROSESSOR Z-80 563 564BAB VIII MIKROKONTROLER 573 5778.1 MIKROKONTROLLER 68HC11F1 581 5838.2 MODE OPERASI DAN DESKRIPSI SINYAL 587 5918.3 MEMORY, KONTROL DAN REGISTER STATUS 593 5968.4 PORT INPUT/OUTPUT 597 6008.5 CHIP SELECTS 613 6258.6 RESET, INTERRUPTS DAN LOW POWER MODES 6508.7 PROGRAMMABLE TIMER 659 7178.8 EEPROM 7198.9 SERIAL COMMUNICATION INTERFACE (SCI) 734 7738.10 SERIAL PERIPHERAL INTERFACE (SPI) 7798.11 ANALOG TO DIGITAL CONVERTER8.12 INFORMASI PEMROGRAMAN8.13 MODUL MIKROKONTROLLER VEDCLEMPS8.14 SOFTWARE VEDCLEMPSWIN8.15 PERMODELAN FUZZYBAB IX KONTROL BERBASIS KOMPUTER9.1 MENGENAL INTEGRATED DEVELOPMENT ENVIRONMENT (IDE) VISUAL BASIC 69.2 PERALATAN INPUT OUTPUT9.3 MENGAKSES PORT SERIAL9.4 IMPLEMENTASI PEMROGRAMAN UNTUK APLIKASI KONTROL MELALUI PORT SERIAL9.5 MENGAKSES PORT PARALEL9.6 IMPLEMENTASI PEMROGRAMAN UNTUK APLIKASI KONTROL MELALUI PORT PARALEL LPTLAMPIRAN A. DAFTAR PUSTAKALAMPIRAN B. GLOSARIUM

xii

1BAB I. PENDAHULUAN1.1 Pengantar Otomasi Otomasi (bahasa Greek berarti belajar sendiri), robotisasi atauotomasi industri atau kontrol numerik merupakan pemanfaatan sistemkontrol seperti halnya komputer yang digunakan untuk mengendalikanmesin-mesin industri dan kontrol proses untuk menggantikan operatortenaga manusia. Industrialisasi itu sendiri merupakan tahapan dalampelaksanaan mekanisasi, dimana konsep mekanisasi tetap mesin-mesinindustri dilakukan manusia sebagai operator dengan menempatkanmesin sebagai pembantunya sesuai dengan permintaan kerja secarafisik, yang jelas terjadi penurunan besar-besaran kebutuhan manusiasebagai sensor begitu juga berkaitan dengan mental kerja. Otomasi mampu meningkatkan aturan main dalam era ekonomiglobal dan meningkatkan pengalaman kerja sehari-hari, misal seoranginsinyur dapat mengembangkan penggabungan berbagai ragam devaissecara otomatisbdan dengan bantuan model matematika dan peralatanpengorganisasi untuk membangun sistem yang sangat komplekssehingga mempercepat pengembangan aplikasi dan kegiatan manusia.Walaupun demikian masih banyak pekerjaan yang harus ditangani olehmanusia, bahkan dengan berkembangnya teknologi otomasi memberikanbanyak peluang kerja bagi manusia, yang cocok dengan pemanfaat matamanusia untuk pekerjaan presisi dan akurasi, pemanfaatan telingamanusia, bahkan kebutuhan mutlak tenaga manusia untukmengidentifikasi dan mencium wewangian yang tidak mungkin dilakukanoleh mesin otomatis. Pengenalan patern manusia, pengenalan bahasadan kemampuan produksi memang seyogyanya dilakukan oleh insinyurdi bidang otomasi. Seorang spesialis harware komputer, pengguna programmablelogic controllers (PLCs), sering menerapkan sistem sinkronisasi aliraninput dari sensor dan disesuaikan dengan keadaan aliran output untukmenentukan kondisi aktuator. Hal ini berfungsi untuk keperluan aksikontrol secara presisi, yang memang menjadi keharusan terkait dengankontrol hampir di semua proses industri. Pengalaman nyata yang sangatmenakutkan dunia adalah saat datangnya Y2K bug dimana komputerdiprediksi akan mengalami kekacauan, akan tetapi hal itu berjalan terusbahkan banyak temuan baru di bidang komputer sebagai alat kontrolotomaasi industri.

2 Human-machine interfaces (HMI) atau computer human interfaces(CHI), yang lebih dikenal dengan man-machine interfaces, biasanyadigunakan untuk berkomunikasi dengan PLC dan komputer lainnya,seperti entering dan monitoring temperatur atau tekanan untuk kontrolotomatis atau untuk kebutuhan respon terhadap kondisi emergensi.Orang yang bertugas dalam pelayanan monitor dan kontrol interfacetersebut sering disebut dengan operator stasiun. Bentuk lainpemanfaatan komputer dalam bidang otomasi adalah pada perlatan tesotomatis, dimana otomatis kontrol komputer yang digunakan padaperalatan tes diprogram untuk mensimulasikan pekerjaan manusiasebagai penguji dalam tes manual biasanya dalam bentuk aplikasi. Gambar 1.1. Otomasi Kontrol Industri Hal ini sering merupakan bentuk penyelesaian melaluipenggunaan peralatan tes otomatis untuk menentukan urutan secarakhusus (biasanya ditulis dalam program komputer), dan sekaliguslangsung mengendalikan peralatan tes untuk menyelesaikan tugas tes.Sebagai bentuk akhir otomasi adalah dalam bentuk otomasi software,yaitu pemanfaatan komputer sebagai pencatat makro kegiatan harianpekerja (mouse dan keyboard) sebagai makro pemutaraan balik padawaktu yang akan datang.

3 Gambar 1.2. Penggunaan robot dalam otomasi proses (pembuatan mobil) Dalam operasional otomasi industri tidak jarang ditemuikegagalan, kerusakan atau gangguan yang harus diantisipasi dalambentuk perawatan dan pemeliharaan disamping layanan prima dalaminstalasi dan setup awal penerapan otomasi industri. Dilihat secarahardware dan software sistem otomas i banyak berhubungan dengankomponen elektronik, program komputer, pengukuran, sensor, aktuatordan sistem pengaturan, oleh karena itu seorang pekerja yangmemberikan layanan dan penjaminan kualitas terhadap operasionalsistem industri harus memiliki kompetensi di bidang tersebut di atasdilandasi teori dasar dan sikap yang profesional.

41.2 Sistem Otomasi Kemajuan dibidang teknologi terutama pada bidang Elektronikadan teknologi ICT sangat pesat dan ini sangat mempengaruhi kemajuanpada proses produksi di industri, ada tuntutan bagi industri yaitu bekerjacepat, optimnal, jumlah produksi banyak dan ketelitian serta akurasiproduk sebagai tuntutan kualitas harus dipenuhi. Untuk memnuhi tuntutantersebut tidak mungkin dipenuhi apabila masih mengandalkankemampuan manual dan menggantungkan produksi dari kerja sumberdaya manusia yang memiliki keterbatasan ketahanan bekerja dalamwaktu yang lama, kerja malam hari, ketelitian dan kesamaan karakteristikhasil produk. Oleh karena itu sistem otomasi elektronika saat iniberkembang sangat pesat baik dari sisi teknologi, konfigurasi, maupunkapasitas dan kemampuannya. Sistem ini sangat universal dan fleksibelsehingga dapat dimanfaatkan oleh industri kecil sampai dengan industribesar di segala bidang dengan cakupan pemakaiannya sangat luas danberagam. Sistem Otomasi Industri dapat diartikan sebagai sistem denganmekanisme kerja dikendalikan oleh peralatan elektronik ( electronichardware ) berdasarkan urutan-urutan perintah dalam bentuk programperangkat lunak (electronic software ) yang disimpan di dalam unitmemori kontroler elektronik. Dalam membangun sistem otomasi industriantara hardware, software harus menjadi satu kesatuan dan merupakansekuensial (urutan) pekerjaan atau sering disebut dengan tahapan, yangmeliputi pekerjaan tahap pembangunan yaitu suatu industri dipersiapkansejak awal yang meliputi perencanaan, persiapan, perakitan , instalasi,pemrograman, inspeksi, komisioning. Selanjutnya pekerjaan tahapoperasional dimana sistem otomasi industri sudah siap dioperasikan,sehingga perlu pemeliharaan dan jika terjadi kerusakan perlu dilakukanperbaikan. Oleh karena sistem otomasi industri perkembanganberdasarkan tuntutan kebutuhan sangat tinggi maka sisem otomasi harussenantiasa dikembangkan, sehingga diperlukan pekerjaan tahappengembangan meliputi perencanaan, persiapan, perakitan, instalasi,pemrograman, inspeksi, komisioning.Otomasi: dapat didefmisikansebagai teknologi yang berlandaskan pada aplikasi sistem mekanik,elektronik dan komputer. Sering aplikasi otomasi industri dibuat dalambentuk robot industri, dan robot merupakan komponen utama dalamteknologi otomasi berfungsi sebagai pelaksana pekerjaan yang biasanyadikerjakan oleh buruh, pekerja manusia. Oleh karena robot merupakanmesin yang dibuat dalam pabrik maka ia memiliki kemampuan dan dayatahan bekerja secara terus-menerus tanpa mengenal lelah. Penempatanrobot dalam aplikasi otomasi industri hingga saat ini selalu berkembang,dalam aplikasinya robot industri dibuat mulai dari yang sederhana sepertibelt konveyer, mesin pengisi minuman, mesin las otomatis sampaiaplikasi robot modern untuk pembuatan mobil, pesawat terbang danpusat tenaga nuklir. Dengan demikian robot dapat diciptakan untuk

5menggantikan posisi-posisi pekerja baik dalam bagian produksi denganprogram keahlian rendah maupun sebagai pengganti teknisi profesionaldengan program keahlian lebih komplek.Ditinjau dari aplikasinya otomasi dapat dibedakan berdasarkan obyekyang harus diselesaikan, yaitu: 1. Tipe tetap yaitu mesin otomatis dibuat khusus untuk menyelesaikan pekerjaan produksi tertentu saja, dan tidak drancang untuk meyelesaikam produk lainnya. Pada umumnya mesin otomasi jenis ini digunakan untuk produksi dalam jumlah banyak dan dibutuhkan waktu produksi yang cepat akan tetapi sangat ekonomis biaya produksinya dengan efisiensi yang cukup tinggi. 2. Tipe semi tetap: mesin dibuat untuk memproduksi atau menangani satu macam produk atau tugas, namun dalam beberapa parameter (ukuran, bentuk dan bagian produk) dapat diatur secara terbatas. Investasi awal termasuk cukup tinggi, karena mesin masih bersifat khusus. Robot yang mandiri termasuk dalam kategori ini. 3. Tipe fleksibel, mesin dibuat agar dapat digunakan untuk banyak ragam produknya, sistem otomasi lebih bersifat menyeluruh, bagianbagian produk dapat diproduksi pada waktu yang bersamaan. Yang termasuk dalam kategori ini misalnya FMS (Flexible Automation System) dan CIM (Computer Integrated Manufacturing). Robot adalah salah satu pendukung dalam kelompok otomasi ini. Sistem otomasi tidak bisa lepas dengan sistem pengaturanataupun sistem pengendalian, dan dalam sistem pengaturan tujuanutamanya adalah mengatur dan mengendalikan nilai output tertentu darisebuah peralatan sehingga mencapai nilai yang dikehendaki. Peralatanyang dikendalikan disebut dengan Plan, peralatan yang mengatur ataumengendalikan disebut dengan kontroler dan nilai yang ingin dicapaidisebut dengan input atau setting point. Besaran yang dikendalikan padasistem pengaturan diantaranya suhu (temperatur), kecepatan, arus dantegangan listrik, tekanan dst.1.3 Arsitektur Sistem Arsitektur sistem otomasi elektronika yang dimaksud adalah DDC(Direct Digital Control) dan DCS (Distributed Control System ) yangdiperlihatkan pada gambar 1-3 dan 1-4. Sistem akan semakin kompleksdengan semakin besarnya jumlah variabel proses dan jumlah input /

6output ( I/O ) yang digunakan dalam melayani kebutuhan produksi dalamindustri. MONITOR KEYBOARD PROCESS CONTROLLER :- Microcontroller- Microcomputer- PLCSERIAL / PARALEL INTERFACE I/O BUSI/O INTERFACE I/O INTERFACE PROCESS / PLANT Gambar 1-3: Sistem Otomasi Direct Digital Control ( DDC ) [1][1] Karl J. Astrom : Computer Controlled Systems, 2nd Ed., Prentice-Hall,NJ, 1990.Unit yang ada pada DDC merupakan unit peralatan elektronik meliputi : • Peralatan Kontrol Proses (analog dan diskrit) • Peralatan Input dan Output (sensor, aktuator) • Peralatan Instrumentasi • Peralatan Komunikasi DataDisamping itu pada DDC juga dilengkapi dengan unit perangkat lunak : • Operating System Software • Communication Protocol • DDC Application Software

MAIN CONTROL ROOM PROCESS ENGINEERS 7 WORKSTATION PROCESS CONTROL LABMIS OS OS LOCAL AREA NETWORK PROCESS PROCESS LOCAL OPERATOR CONTROLLER CONTROLLER STATION PROCESS BUS PROCESS BUS I/O I/O I/O I/O I/O I/OINTERFACE INTERFACE INTERFACE INTERFACE INTERFACE INTERFACE PROCESS Gambar 1-4 : Distributed Control System ( DCS ) [2][2] Karl J. Astrom : Computer Controlled System s, 2nd Ed., Prentice-Hall,NJ, 1990 ].DCS dilengkapi dengan unit Sistem DCS, yaitu,Unit Peralatan Elektronik : • Peralatan Kontrol Proses • Peralatan Input dan Output • Peralatan Akuisisi Data • Peralatan Instrumentasi • Peralatan InterkoneksiUnit Peralatan Jaringan Komputer (LAN): • Client & Server Computer • Peralatan Interkoneksi ( NIC, Konektor, Saluran Transmisi, HUB, Modem )Unit Perangkat Lunak : • Operating System Software ( Computer & LAN ) • Communication Protocol • DCS Application Software • Database & Information System

81.4 Industri PemakaiPengelompokan industri yang menggunakan sistem DDC dan DCSdiperlihatkan pada tabel 1 -1, berikut ini:Tabel 1 -1 : Kelompok Industri PemakaiSISTEM OTOMASI DCS SISTEM OTOMASI DDCIndustri Logam Dasar Industri ObatIndustri Konstruksi Logam Industri Pengolahan MakananIndustri Minyak dan Gas Industri Pengolahan MinumanIndustri Kimia Industri KosmetikIndustri Peralatan Elektronika Industri Pengolahan KayuIndustri Peralatan Listrik Industri Taman HiburanIndustri Otomotif Gedung BertingkatIndustri Peralatan dan MesinProduksiIndustri PipaIndustri Pesawat TerbangIndustri Kapal LautIndustri TelekomunikasiIndustri Pengolahan Biji PlastikIndustri Gelas dan KeramikIndustri PlastikIndustri Kertas1.5 Sistem Kontrol Otomasi Industri Unsur penghubung pengukuran dan elemen kendali paling akhir(output) adalah pengontrol, sebelum adanya penggunaan komputer,pengontrol pada umumnya berupa pengontrol single-loop PID. Hal inimenyebabkan banyaknya produksi pengontrol berupa pengontrol PIDdan hanya bisa melaksanakan fungsi kontrol PID, saat kini sebuahpengontrol dapat melakukan banyak hal bagaimanapun permasalahanyang harus diselesaikan, perkembangan terakhir 80 sampai 90%pengontrol PID masih banyak digunakan. Sekarang sudah banyak sistemyang menggunakan diskrit yang dalam implementasinya menggunkankomputer, melalui bahasa pemrograman dapat dibangun sistem kontrolFuzzy logic, Neural Network, Knowledge base dll. Sudah tentu bahwasangat sukar untuk katakan pengontrol analog lebih baik daripadapengontrol digital, yang jelas kedua pengontrol dapat bekerja sesuaidengan fungsinya untuk mencapai pekerjaan yang diberikan. Pengontrol

9analog didasarkan pada perubahan yang diakibatkan oleh komponenelektrik/mekanik dan menyebabkan perubahan pada proses yaitu darielemen kendali yang paling akhir. Pada elemen kendali akhir inilahmerupakan bagian yang bergerak terus menerus tidak ada batasan waktuselalu memberikarikan tanggapan pada proses, sehingga ada sedikitperubahan selalu pasti ada perubahan pada proses. Berikut beberapacontoh gambar industri yang telah menggunakan sistem kontrol dalammelaksanakan proses produksinya.Gambar 1 -5 Sistem kontrol menggunakan PLC berikut panel kontrolotomasiGambar 1-6 Operator konsol Gambar 1-7 Ruang Kontrol OtomasiGambar 1-8 Sistem Master Kontro (ABB)l

10

11BAB II KOMPONEN ELEKTRONIKA2.1. PENGETAHUAN LISTRIK DAN ELEKTRONIKA2.1.1. BESARAN DAN SATUAN2.1.1.1. SISTIM SATUAN SISTEM SATUAN INTERNASIONALSATUAN DASAR SATUAN TAMBAHAN SATUAN TURUNAN− Panjang m − Sudut ruang Sr − Luas m2− Massa kg m3− Waktu s − Luas m2 − Isi− Arus listrik A m− Suhu K − Isi m3− Kuat cahaya cd − Kecepatan m −Kecepatan s− Jumlah unsur mol s m− Sudut bidang Datar rad m −Percepatan s2 −Percepatan s22.1.1.2. SATUAN - SATUAN: -siemens -Coulomb -tesla-amper -watt -farad -henry-volt -joule -weber -hertz-ohm2.1.1.3. AWALAN SATUAN :exa 10 18 penta 1015 dezi 10 -1 centi 10 -2tera 10 12 giga 10 9 milli 10 - 3 mikro 10 - 6mega 10 6 kilo 10 3 nano 10 - 9 piko 10 - 12hekto 10 2 deka 10 1 femto 10 -15 atto 10 - 18

122.1.1.4. DAFTAR AWALAN SATUANTabel 2.1 Awalan SatuanKELIPATAN AWALAN LAMBANG mega M kilo k=1 _ _ milli m mikro µ nano n piko p1 kA = 1 kilo ampere = 1000 A = 10 3 A 1A = 10 -3 A1 mA = 1 milli ampere = 1000 = 10 -6 A1 µA = 1 mikro ampere = = 10 6 V1 MV = 1 megavolt = 1A = 10 3 V1 kV = 1 kilovolt = = 10 -3 V 10000001 mV = 1 millivolt = = 10 -3 V 1000000 V = 10 6 Ω1 µV = 1 mikrovolt = 1000 V = 10 3 Ω1 MΩ = 1 mega ohm = = 10 -3 Ω1kΩ = 1 kilo ohm = 1V Pernyataan 1 mΩ = 1milli ohm = 1000Contoh : Tanda 1V Besaran 1000000 1 000 000 Ω 1000 Ω 1Ω 1000 SatuanKuat Arus Listrik I ampere ATegangan Listrik U volt VDaya ( tenaga ) P watt WTahanan Listrik R ohm Ω

132.1.1.5. SATUAN DASAR :Tabel 2.2 Satuan DasarBesaran Tanda Satuan PernyataanDasar mPanjang l meter kgMassa m kilogram sWaktu t detik AArus Listrik I ampere KSuhu T kelvin cdKuat cahaya Iv candela molJumlah unsur N mol2.1.1.6. SATUAN TAMBAHANTabel 2.3 Satuan TambahanBesaran Tanda Satuan PernyataanSudut Bidang datar α , β , χ, radian radSudut Ruang ω, Ω steradian Sr2.1.1.7. SATUAN TURUNANTabel 2.4 Satuan TurunanBesaran Tanda Satuan PernyataanTurunanLuas A meter persegi m2 meter kubik m3Isi ( Volume ) VKecepatan v meter perdetik ms -1 atau mPercepatan a s meter perdetik ms -2 atau m kwadrat s2

142.1.1.8. SATUAN-SATUAN DALAM TEKNIK LISTRIKTabel 2.5 Satuan dan Besaran ListrikSatuan / Besaran Satuan Dasar Turunanamper ( A ) Satuan dari 1A =1 kg.m 2 kuat arus listrik ( I ) . V.s3volt ( V ) Satuan dari tegangan listrik ( U ) 1 V = 1 kg. m2 V= w s3. A A 1Ω=1 kg. m2ohm ( Ω ) Satuan dari tahanan listrik ( R ) s3. A 2 Ω= V 1 S = 1 s3. A2 A kg m 2siemen ( S ) Satuan dari daya hantar ( G )S= 1 = A 1W=1 kg m2 s3 ΩV 1 J = 1 kg m2watt ( W ) Satuan dari daya listrik ( P ) J s2W=VxA= 1 C = 1 As sjoule ( J ) Satuan dari usaha listrik ( W )1 J = 1 Nm = 1 Ws = 1 VAsCoulomb ( C ) Satuan kapasitasilistrik ( C )C = As

15Satuan / Besaran Satuan Dasar Turunanfarad ( F ) Satuan dari kapasitasi listrik ( C 1F = 1 s4 A2) kg m2F =C = As V Vweber ( WB ) Satuan dari fluks 1 Wb = 1 kg m2magnet ( Q ), Wb = vs s2 ATesla ( T ) Satuan dari kerapatan fluks 1 T = 1 kgmagnet ( B ) s2 AT = Vs = Wb m2 A m2 mampere per meter ( A/m ) Satuan kuat 1 H = 1 kg m2medan magnit ( H ) A s2 A2 m 1henry ( H ) Satuan dari induktansi ( L ) 1 Hz = 1H = Vs = Wb = Ωs s AAhertz ( Hz ) Satuan dari frekuensi ( f ) HzContoh soal : U = I . R (A x Ω) 1. Rumus Jawab : U = I . R ( A .Ω) U = A . kg.m2 s 3. A 22. Rumus U= kg.m 2 P= s3.A I 2 . R ( A2 . Ω ) Pindahkan kedalam satuan dasar . Jawab : P = I2 . R P = A2 . kg.m2 = kg m2 s3 s 3. A 2

162.1.2. STRUKTUR BAHAN2.1.2.1. ATOM DAN MUATAN LISTRIK Q Bagian suatu atom Lintasan 2 dA Lintasan 1 dK Elektron Inti (Ptoton dan netron Gambar 2.1 Bagian Suatu AtomTabel 2.6 Proton dan elektron adalah muatan listrikKeterangan φ dalam mm Massa dalam g Jenis muatan listrikAtom lengkap d A 10−12Inti atom d K 10−12Proton 10−12 1,7 . 10−24 PositifNeutron 10−12 1,7 . 10−24 NetralElektron 10−12 9,1 . 10−28 Negatif2.1.2.2. MUATAN ELEKTRON Atom terdiri dari dua bagian yaitu bagian dalam berupa inti bermuatanpositif dan pada bagian luar adalah elektron yang bermuatan negatif, danmengitari inti. Sedangkan inti terdiri dari proton dan neutron. Satu atomada yang mempunyai jumlah proton sama dengan elektron, maka padabagian luar bekerja listrik yang netral.Muatan elektron yang sama jenis saling tolak menolak, muatan yangberlawanan saling tarik menarik. Gambar 2.2 Tarik – Menarik Antar Muatan Elektron

17Satuan dari muatan listrik : 1 coulomb ( IC ) atau1 amper sekon ( 1 As ) C = 1 As 1 As ∧ 6,24 . 1018 elektron.2.1.2.3. PENGHANTAR ARUS DALAM LOGAMAtom-atom di dalam logam tersusun menurut suatu ikatan geometrisyang sempurna ( kisi logam ) Kisi logam Kejadian elektron bebas di dalam logam Gambar 2.3 Pergerakan Elektron Bebas dalam LogamElektron bebas dan muatan positif suatu penghantarMuatan ( ion ) positif yang tidak bergerakGambar 2.4 Elektron Bebas dan Muatan Positif dalam Suatu PenghantarPada penghantar yang baik, perak atau tembaga, jumlah elektron bebassama dengan jumlah atom.Contoh :Kawat tembaga : panjang = 1 m, luas penampang = 1 mm2 berisikira-kira 85 . 1021 atom. mempunyai elektron bebas. Benda lainseperti kayu, porselen dsb, memiliki elektron bebas sedikit.Bahan inibukan penghantar listrik, melainkan penyekat listrik.Logam mempunyai elektron-elektron bebas, mereka di dalam penghantarbergerak bebas.Elektron bebas ini berlaku sebagai penghantar listrik.

182.1.2.4. PENGHANTAR ARUS DALAM ZAT CAIRPada zat cair tiap-tiap atom atau molekul dapat bergerak bebasPercobaan : Garam Gambar 2.5 Percobaan Penghantar Arus dalam Zat CairKetentuan : Air destilasi ( air suling ) adalah bukan penghantar, Dia tidak mengalirkan arus. Dengan menambahkan garam dapur, air destilasi menjadi penghantar dan mengalirkan arus.2.1.2.5. PERISTIWA ATOM:Molekul garam akan terurai dari air “Elektron - bersama” suatu molekulNa ϕ tinggal pada atom ϕ ;Oleh karena itu terjadi :1 Atom NA dengankekurangan 1 elektron ( Ion Na positif ) 1 Atom CL dengan kelebihan 1elektron ( ion Χ negatif )Sifat kelistrikan atom yang tidak sama dinamakan ION ( berpindah )Diadidalam zat cair bertindak sebagai penghantar listrik.Garam dapur : Natrium + Chlor Natriumchlorida

19Na 11 +  C1 17 + 11 −  17 −Gambar 2.6 NaCI ( molekul garam dapur )Ikatan kimia melalui kerjasama elektron ( elektron valensi )Na 11+  C1 17+  10− 18− Gambar 2.7 Ikatan kimia elektron ( elektron valensi ) NaClPenghantaran arus dalam zat cair dinamakan elektrolit

20Tabel 2.7 Perbedaan Cairan Elektrolit dan Non-ElektrolitElektrolit Bukan Elektrolit -Larutan asam − air murni( destilasi ) -larutan alkali ( Basa ) − Hidrokarbon -larutan garam − alkoholContoh : -Asam belerang Contoh --Minyak isolasi -Natron basa --Aseton -Air sumurElektrolit adalah bahan, dalam Bukan elektrolit adalah bahan,bentuk larutan penghantarkan arus larutan encernya tidaklistrik, tetapi dalam bentuk padat menghantarkan arus listrik.bukan penghantar (ini berbeda Bukan elektrolit didalam airdengan logam, yang mana juga atau media yang lain sebagaisebagai penghantar padat ) molekul tersendiri, bermuatanElektrolit didalam air ter belah netral.menjadi ion positif dan negatif (diisolasi )2.1.2.6. PEMBENTUKAN ION DALAM LARUTAN ENCERPada asam ion hidrogen positif ion sisa asam negatifContoh : HCI H+ + CI −H2SO4 2H+ + SO4 − −Pada basa : ion sisa basa positifI ion hidroksida negatif + OH −Contoh : NaOH Na+ + 2OH −Ca ( OH ) 2 Ca++Pada garam : ion sisa basa positif ion sisa basa negatifContoh : Na ϕ Na + + Cl −So4 − −Cu So4 Cu ++ +2.1.2.7. PENGHANTAR ARUS DALAM GAS Gas pada suhu normal dan kuat medan listrik kecil adalah bukanpenghantar, oleh karena gas bermuatan netral.

21Untuk mendapatkan sifat hantar listrik, atom gas harus dionisirbersamaan dengan itu ( terutama )terbentuk ion positif. Ionisasi gasdinamakan plasma.2.1.2.8. IONISASIIonisasi memerlukan TENAGA dalam bentuk Panas Elektron Cahaya Gelombang pendek, (contoh : Sinar kosmik yang terang, radioaktif) Cahaya Gelombang Medan listrik Pendek Ion Tenaga tumbukPada gas sebagai penghantar listrik adalah ion dan elektron.Peristiwa terjadinya penghantaran arus dalam gas dinyatakan sebagaipelepasan gas.2.1.2.9. PELEPASAN GASMacam -macam pelepasan gas :Pelepasan korona Contoh :( Terjadi pada medan Saat terjadi petir timbul pelepasanlistrik tinggi ) muatan diikuti pancaran sinar pada benda logam yang runcing ( Penangkap petir )Pelepasan tidak dengan Contoh :sendirinya Tanda kebakaran otomatis,( Gas hanya akan enghantarkan, selama diberi tenaga )Pelepasan dengan Contoh : Lampu pelepasan gassendirinya(Gastetap menghambattanpa penam bahantenaga lebih lanjut dariluar )Pelepasan busur Contoh : Tungku busur, las busur, lampu( Busur cahaya ) busur.

222.1.3. SUMBER LISTRIK2.1.3.1. TEGANGAN LISTRIK Penyebab gerakan pada elektron bebas dan ion Untuk menimbulkantenaga listrik, muatan positif dan negatif pada semua bahan dipisahkansatu sama lain. Muatan yang terpisah ini berusaha menyeimbangkandiri.Kecenderungan untuk seimbang antara muatan yang berbedadinamakan tegangan listrik. Gambar 2.8 Tegangan Listrik Dari Sumber Listrik BateraiTegangan listrik yang berhubungan dengan tekanan elekton bebasmerupakan penyebab bergeraknya elektron tersebut.Tegangan listrik itu terjadi :a.Antara bagian yang kelebihan dan kekurangan elektron.b.Antara bagian yang kelebihan elektron banyak dan sedikit.c.Antara bagian yang kekurangan elektron banyak dan sedikit.Tabel 2.8 Pembangkitan tegangan Contoh Keterangan Gambar (percobaan ) Induksi -Generator dalam kerja tenaga -Mesin penerangan mobil -Dinamo sepedaPembangkitan - Baterai ( elemen galvanis,tegangan akumulator ).secara kimia Korosi elektronikaPembangkitan Elemen panastitik ( Thermo elemen )sambungan dualogam yangberbeda

23Sinar yang Foto cell Sinar filemmengenaifoto elemenPengaruh Pemisahan atau Muatan statik pada bahan( Muatan elektro gesekan plastikstatis ) bahan isolasiTekanan pada Mengukur tekanan,kristal Piringan hitam kristal Mikrofon kristalOtot dan saraf Gerakan otot karena Elektro kardiogram tegangan listrik, Pemanggil ikan ( getaran ) pembang kitan tegangan listrik.2.1.3.2. ARUS LISTRIK Listrik sebagai energi dapat dibangkitkan dari energi yang lain .Energi mekanik, energi kimia dan energi panas dapat membangkitkanenergi listrik dapat mengalir melalui bahan penghantar, tetapi tidaksemua bahan dapat mengalirkan listrik . Bahan yang memiliki elektron-elektron bebas didalamnya, seperti logam, dapat mengalirkan listrik tetapikayu yang tidak memiliki elektron-elektron bebas tidak dapat mengalirkan.Karena listrik merupakan bentuk energi yang amat luas penggunaannya,maka perlu sekali dipahami sifat-sifatnya .Penghantar yang menghubungkan kutub-kutub sebuah sumber listrikterletak didalam medan listrik . Karena medan listrik inilah elektron-elektron bebas di dalam penghantar bergerak dan terjadilah aliran listrik .Aliran listrik yang berasal dari elemen mempunyai arah yang tetap,yaitu dari kutub berpotensial tinggi ke kutub berpotensial rendah, sedangyang berasal dari dinamo arahnya dapat tetap atau tidak . Aliran listrikyang arahnya tetap disebut aliran listrik searah ( DC = direct current )dan yang tetap sering disebut aliran listrik bolak-balik ( AC = alternatifcurrent ). Ada dua macam jenis arus a. Arus searah b. Arus bolak-balikYang dimaksud dengan arus searah bilamana elektron yang bergerakmaju secara teratur. Arus bolak balik ini suatu masa elektron yangbergerak maju secara tidak teratur dimana saling terjadi penggantianarah aliran maju atau mundur, selama elektron bergerak maju teganganakan nauik X Volt dan akan berada dalam posisi positif, dalam keadaan

24diam, tegangan akan menunjukkan 0 Volt dan apabila elektron bergerakmundur tegangan akan turun dan akan berada dalam posisi negatif lihatgambar grafik tegangan.Biasanya penggunaan arus searah untuk peralatan elektronika .Contohnya : Radio , TV , Komputer , mesin hitung dsb.Lain halnya dengan arus bolak balik terutama digunakan dirumah rumah,pabrik pabrik, untuk menjalankan alat - alat rumah tangga dan lainsebagainya. 10v Gerakkan air secara teratur 5v 2 . B . 6 v 0v Gambar 2.9 Grafik tegangan2.1.3.3. KESEIMBANGAN MUATAN LISTRIKKeseimbangan muatan listrik dinamakan Arus Listrik( misalnya di dalam logam : Aliran Elektron )I = Q ( AS) = A Satuan : 1 Ampere tS ( 1A ) : A = 1As 1sPerbandingan aliran elektron dengan bola peluru :SB = Lintasan sebuah bola Gambar 2.10 Lintasan Sebuah BolaV Impuls = SR = besar V Bola = SR = kecil t tImpuls benturan elketron bebas ≈ 300.000 km/s

25Kecepatan sesungguhnya elektron bebas ≈ 0,4 mm/sRapat Arus S S = I [ A ] A mm2Contoh :A Kawat = 1,5 mm2SK = 0,3A = 0,2 A 1,5mm2 mm2Hampir tidak menimbulkan pemanasan pada penghantar Sf = 0,3A = 500 A 0,0006mm2 mm2Muatan yang tertentu pada kawat tembaga yang diisolasi menurut PUILTabel 2.9 Muat Arus, Luas Penampang dan Kerapatan ArusIA SI A S ( mm2 ) ( A / mm2 )( A) (mm2 ) ( A / mm2 ) ( A )61 6 60 16 3,75 3,210 1,5 6,67 80 25 2,86 2,515 2,5 6 100 35 2,14 2,1120 4 5 125 5025 6 4,17 150 7040 10 4 200 95Kerapatan arus yang diijinkan pada penghantar disesuaikan menurutbahan penghantar dan menurut kemungkinann pendinginannya.

262.1.4. PEMBANGKIT TEGANGAN2.1.4.1. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN INDUKSI Apabila lilitan kawat digerakan didalam medan magnit ( medanmagnit ialah ruang yang berada di antara kutub utara dan kutub selatanmagnit ), atau batang magnit digerakan di dalam lilitan kawat, makatimbul tegangan listrik induksi atau imbas; berikut dibawah ini. Gambar 2.11 Pembangkit Tegangan dengan InduksiMagnit batang digerakkan bolak-balik di dalam kumparan (lilitan kawat).Di dalam kumparan itu diinduksikan tegangan ( ggl ) bolak-balik. Cara inidigunakan di dalam generator untuk membangkitkan tegangan(membangkitkan ggl).2.1.4.2. PEMBANGKIT TEGAN GAN DENGAN TENAGA KIMIA Dua logam yang berlainan, misalnya tembaga dan seng,kita rendam di dalam suatu larutan asam belerang di dalam air. Kedualogam itu yang satu bersifat positif dan yang lain bersifat negatif, jadiantara keduanya terdapat beda potensial. Dapat disebut juga, bahwa didalam alat ini, yang disebut sel volta, terdapat ggl. Lihat gambarGambar 2.12 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga KimiaBatang tembaga dan batang seng direndam di dalam larutan asambelerang. Antara kedua logam itu terjadi beda tegangan listrik.

272.1.4.3. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN TENAGA PANAS Apabila kedua ujung dua potong kawat logam yang berlainanmisalnya tembaga dan besi, kita ikatkan satu sama lain dan kita panasi,maka terjadi penekanan elektron ke bagian kawat tembaga yang dingin.Jadi di ikatan yang panas itu terjadi penarikan elektron dari besi ketembaga. Sehingga terjadi beda tegangan antara ujung besi dan ujungtembaga yang bebas.Gambar 2.13 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Panas2.1.4.4. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN TENAGA CAHAYA Beberapa bahan, seperti sodium ( na ), selenium( Se ), potassium( K ), apabila kena cahaya akan melepaskan sedikit elektron. Sifat inidimanfaatkan orang untuk membuat sel-foto( photo cell) sebagaipembangkit tegangan listrik .Pembangkit tenaga listrik yang dipakaidisatelit Telstar, menggunakan cara ini. sel itu disebut sel matahari (solarcell), karena menerima cahaya matahari dan mengubahnya menjaditenaga listrik.2.1.4.5. PEMBANGKIT TEGANGAN DENGAN PIEZO ELEKTRIK Beberapa kristal dapat membangkitkan arus listrik jika diberitekanan mekanis. Atomnya tersusun begitu rupa hingga bila mendapattekanan pada permukaannya, terjadi pergerakkan elektron yang arahnyalebih mudah ke satu arah daripada arah yang lain. Hal ini menyebabkanterjadinya muatan positif pada satu permukaan dan muatan negatif padapermukaan lain (lihat gambar di bawah.). Ditekan Gejala listrik piezo. kristal ditekan enimbulkan Elektrod gerakan elektron, menjadi- a kan satu elektroda positifKristal Piezo dan yang lain negatif, yang dapat membangkitkan arusElektrodaGambar 2.13 Pembangkit Tegangan dengan Tenaga Panas

282.1.5. RANGKAIAN LISTRIK2.1.5.1. TENAGA LISTRIK• Listrik adalah suatu bentuk tenaga, seperti tenaga panas, cahaya, mekanik dan kimia.• Pembangkit : misalnya generator ( tenaga mekanik ) baterai ( tenaga kimia ) solar sel ( tenaga cahaya )• Pemakai : misalnya Kompor ( panas ) Lampu ( cahaya ) Motor ( tenaga mekanik )• Keuntungan : Baik dalam hal transportasi tidak ada yang terbuang dapat diubah kedalam bentuk tenaga yang lain.• Kerugian: Tidak ekonomis dalam penyimpanannya Tidak terlihat gerakannya. Pembangkitannya berakibat tidak menyenangkan bagi lingkungan2.1.5.2. LISTRIK DALAM RANGKAIAN TERTUTUP Gambar 2.15 Rangkaian Listrik TertutupArus listrik mengalir hanya dalam rangkaian tertutupPenghantar, semi penghantar dan bukan penghantarPercobaan 1 : Garam Gambar 2.16 Rangkaian Listrik Melalui Semi PenghantarPenghantar : elektrolit, Logam, arang

29 Gambar 2.17 Rangkaian Listrik Melalui Penghantar Semi penghantar: germanium, silizium, selenium Bukan penghantar: porselen, gelas, udara ( bahan solasi )Daya hantar jenis bahan isolasi, semi penghantar dan logam dimanadaya hantar jenis :γ ( baca gamma )γ= 1 dengan satuan m ρ Ω mm2Tabel 2.10 Simbol Normalisasi Internasional IEC (International Elektrotechnical Comission)Keterangan Gambar SimbolPenghantarPersilanganhantaranPercabanganhantaranBateraiLampu pijarSaklar

302.1.5.3. USAHA ARUS LISTRIKTabel 2.10 Percobaan Usaha Arus Listrik Penunjukan G a m b a r Peristiwa C on to hPerubahan Pemanas,sekring,ko mpor, solder tungkumenjadi pelebur, pelepa -san bimetal bencanapanas Terus kebakaran( Heat effect) menerusPerubahan Terus Magnet listrikmenjadi menerus Motor listrikmagnet Instrumen ukurPerubahan Lampu tabung gas Arus Lampu gas, neonmenjadi dalam ( TL)cahaya gas Lampu uap sodium, melalui Lampu mercury panas Lampu pijar Lampu pijar Perubahan Arus di Elektrolisa untuk menjadi dalam memperoleh proses kimia Zat Cair bahan logam dan bahan logam dan Akibat pada Penghantar peng Arus bahan kimia manusia dan Aman terputus melewati Galvanisir binatang benda hidup Kecelakaan listrik, Pengobatan listrik, Pagar listrikOrang mengenal listrik hanya dari Akibat yang timbul

312.1.6. ELEKTROLISA2.1.6.1. PERISTIWA KIMIA LISTRIK Arus searah mengalir melalaui suatu elektrolit, maka kita dapatmengamati perubahan bahan yang terjadi pada elektroda elektroda.Sedangkan elektrolit diuraikan secara kimia ( elekrolisa ).Pada elektrolisaion-ion positip ( kation ) ditarik oleh elektroda negatip ( katoda ), ion-ionnegatip( anion ) berjalan menuju elektroda positip ( anoda ).Penggunaan elektrolisa di atas yaitu pada proses :−Galvanisasi ( melapisi suatu logam lain yang berbentuk elektrolit ) Contoh : Melapisi dengan tembaga, melapisi dengan nickel.−Menghasilkan logam yang lebih bersih. Contoh : Tembaga elektrolit / tembaga katoda, seng elektrolit, aluminium elektrolit ( electrolysis in the dry way ).−Oksidasi anoda aluminium ( Pembentukan lapisan oksida pada aluminium dengan bantuan arus listrik di dalam suatu elektrolit )−Penguraian air ( Menghasilkan oksigen dan hidrogen )2.1.6.2. PELAPISAN BAHANPenentuan Jumlah Bahan Yang Terpisah(Lapisan Endapan )Jumlah bahan logam yang terpisah dan menempel pada elektrodanegatip besar.sebanding dengan arus dan waktu.m = I.t.c ( Hukum Faraday Ι )m = Jumlah bahan yang terpisah dalam = mg . gI = arus dalam = mA . AT = Waktu dalam = det ( jam )C = Ekivalen kimia listrik dalam = mg / A det, g / A jamTabel 2.11 Ekivalen Kimia listrik.c Logam Perak Seng Tembaga Nikel Kromc ( mg / A det ) 1,118 0,399 0,329 0,304 0,18c ( g / A jam ) 4,02 1,22 1,185 1,094 0,648

32 I Contoh : Katoda AnodPada pembuatan tembaga elektrolit, arus yang biasanya mengalir dalamsel elektrolitis ditentukan sebesar 8 kA.Berapa banyak tembaga yang disisihkan selama 24 jam ?.Penyelesaian : m = I.t.c m = 8000A. 24 jam. 1,185 g / A jam m = 227500 g = 227,5 kg2.1.6.3. USAHA LISTRIK DALAM PROSES ELEKTROLISA Sebuah setrika listrik dihubungkan dengan sumber tegangan listrik.Elemen pemanas akan membara karena dialiri arus listrik (muatan listrik)dari sumber tegangan menuju ke elemen pemanas. Untuk memindahkanmuatan listrik diperlukan usaha listrik sebesar : w=U.Qw = usaha listrik ............................ Wdt (joule)U = tegangan listrik ......................... Volt (V)Q = jumlah muatan listrik ................ Coulomb (C) Q = Ι. tw = U .Ι. TΙ = kuat arus listrik ....................... Amper (A)t = waktu ........................ Detik (dt)P=U.Ι w= P . tP = daya listrik ........... Watt (w)U=Ι.R

33R = hambatan listrik ..... Ohm (Ω) Sehingga :w = Ι . R .Ι . T w = Ι2 . R . TSatuan usaha listrik yang lain :1 kWh = 1000 Wh = 1000 . 3600 Wdt = 3,6 . 106 jKonversi usaha listrik terhadap usaha panas dan usaha mekanik :1 Wdt = 1 joule = 0,24 kal = 0,102 kgm1 Wh = 3600 j = 864 kal = 267,2 kgm1 kWh = 3,6 . 106 j = 864 . 103 kal = 367200 kgm Untuk menghitung biaya energi yang harus dibayar yaitu mengalikanusaha listrik terpakai dengan tarip listrik. B=w.TB = biayaW = usaha listrik ............. kWhT = tarip ...................... Rp .... / kWhContoh :Sebuah motor listrik mengambil daya 500 watt, digunakan untukmemindahkan benda seberat 100 kg selama 20 jam. Jika tarip listrik Rp.150,- / kWh. Hitung : a. Usaha listrik terpakai b. Usaha mekanis c. Biaya yang harus dibayar Jawab : a. w = p . t = 500 . 20 = 10000 Wh w = 10 kWh b. 1 kWh = 367200 kgm w= 10 kWh = 10 . 367200 = 3672 . 103 kgm w = 3677 . 103 kgm c. B = w . t = 10 . Rp. 150,- B = Rp.150,-

342.1.6.4. DAYA MEKANIK DALAM PROSES ELEKTROLISA Untuk memindahkan suatu benda dari tempat satu ke tempat lainnyamemerlukan suatu usaha mekanik. Besarnya usaha mekanik tergantungpada berat/massa benda dan jarak pemindahan. W=m.sW= usaha mekanik .................... kgm.M= massa ................... kg.S= jarak ................. m. Usaha mekanik tiap satuan waktu disebut daya mekanik. Artinyasemakin besar dayanya, untuk usaha yang sama, dapat dilakukan lebihcepat. w P= tp = daya mekanik ...................... kgm/detik.W = usaha mekanik ..................... kgm.T = waktu ..................... detik.Satuan usaha mekanik yang lain :1 tenaga kuda = 1 Horse power = 1 Hp = 75 kgm/det.Pada pembuatan tembaga elektrolit, arus yang biasanya mengalir dalamsel elektrolitis ditentukan sebesar 8 kA.Berapa banyaknya tembaga yang disisihkan selama 24 jam ?. Penyelesaian : m = I . t . c m = 8000A. 24 jam. 1,185 g / A jam m = 227500 g = 227,5 kg2.1.6.5. KONVERSI DAYA MEKANIK Yang dimaksudkan adalah konversi daya mekanik menjadi daya lainyang sering digunakan dalam teknik kelistrikan.1 Hp = 746 W.75 kgm/det = 746 W.75 kgm = 746 W det.75 kgm = 746 joule.1 joule = 75 kgm = 0,102 kgm. 746 1 joule = 0,24 kalori.

350,24 kalori = 0,102 kgm.1 kgm = 0,24 kalori = 2,3 kalori. 0,102Jadi 1 kgm = 9,81 joule = 2,34 kalori. dan 1 kgm/det = 9,81/det = 2,34 kal/det.Contoh : Pada plat nama motor tertulis 0,5 Hp. Motor tersebut digunakan untukmemindahkan benda seberat 100 kg sejauh 15 meter. Hitung waktu yangdiperlukan ! Jawab :W = m . s p = W=m.s tt t = m . s = 100 . 15 = 40 p 0,5 Hp t = 40 detik.Elektrolisa Berpindahnya ion-ion positip ( kation ) ke katoda sertaberpindahnya ion-ion negatip ( anion ) ke anoda.Gambar 2.18 Proses perjalanan arus yang melalui Cu SO4 (Cupri Sulfat)Melalui penambahan keasaman, alkali atau garam maka air akan menjadipenghantar listrik dan menguraikan larutan.Cairan penghantar listrik disebut elektrolit. Kandungan pokok darielektrolit adalah ion - ion.

362.1.6.6. PROSES PENYEPUHAN LOGAM Dengan elektrolisa, menggunakan suatu logam : 1. Tembaga 2. Nikel 3. Krom 4. Perak 5. Emas Dan larutan logam itu sebagai elektrolitnya, yaitu kita dapat melapisi logam dengan logam itu. Misalnya : 1. Cincin, gelang disepuh dengan emas atau perak. 2. Bingkai sepeda disepuh dengan krom. 3. Piala disepuh dengan perak dan benda-benda logam lain yang disepuh.2.1.6.7. TUJUAN PENYEPUHAN Agar logam tidak mudah berkarat dan menambah keindahan. Untuk lebih jelasnya lihat gambar 2.19, menyepuh dengan tembaga. Gambar 2.19 Penyepuhan TembagaGalvano PlastikBenda yang bukan logam dapat dilapisi dengan cara elektrolisa.Contoh :Pembuatan matres ( matrijs ) untuk percetakan piringan hitam dari bendaitu dibuat cetakan gips. Lalau diberi grafit supaya dapat menghantarkanarus. Dengan cara elektrolisa benda cetakan itu disepuh dengantembaga setelah benda cetakan disepuh baru dibuat matres yangsesungguhnya.2.1.6.8. CARA MENDAPATKAN LOGAM MURNI Dalam Elektrolisa dengan larutan trusi ( sulfat tembaga), untukmendapatkan tembag elektrolisa yang murni sebagai anodanya adalahtembaga kasar ( yang akan dimurnikan ) dan sebagai katoda nya adalahsepotong tembaga murni tipis.

37Dengan mengalirnya arus ion-ion tembaga menuju ke katoda, makakotoran-kotoran yang tidak dapat hancur akan mengendap didasar.Dengan cara endapan kita dapat menghasilkan logam-logam mulia. IAnoda Katoda Gambar 2.20 Prinsip Kerja Elemen GalvanisKetentuan : Kita celupkan dua logam yang berbeda didalam suatuelektrolit maka antara kedua logam terdapat tegangan listrik..Proses :a) Suatu logam larut/terurai elektrolit. Proses ini tergantung pada tingkat kekuatan elektrolitnya, artinya ion-ion logam positif menuju ke dalam larutan, akhirnya tinggalah logam yang bermuatan negatif. Gambar 2.21 Penguraian Elektrolitb) Pada elektrolit-elektrolit lemah, maka logam terlapisi dengan ion-ion logam bermuatan positif yang berasal dari elektrolit.