DASAR – DASAR TEKNIK PENERANGAN
III.2. PEMILIHAN SUMBER CAHAYA DAN ARMATURE
Pada saat sekarang ini banyak sekali jenis-jenis lampu yang digunakan pada rumah tinggal, gedung sekolah, kantor, pertokoan, pabrik-pabrik dan alat-alat transport. Adapun jenis-jenis lampu tersebut antara lain :
1. Lampu Pijar (4)
Cahaya lampu pijar dibangkitkan dengan mengalirkan arus listrik dalam suatu kawat halus. Dalam kawat ini energi listrik diubah menjadi panas dan cahaya. Arus listrik dalam kawat pijar adalah gerakan – gerakan elektron bebas. Karena gerakan elektron – elektron ini terjadi benturan – benturan dengan elektron – elektron yang terikat pada inti atom.
Elektron – elektron terikat bergerak dalam orbit – orbit tertentu mengitari inti atom. Kalau terjadi benturan dengan sebuah elektron bebas, sebuah elektron terikat dapat meloncat keluar orbitnya dan menempati orbit lain yang lebih besar dengan energi yang lebih besar. Kalau kemudian elektron ini meloncat kembali ke orbitnya semula, kelebihan energinya akan menjadi bebas dan dipancarkan sebagai cahaya atau panas, tergantung pada panjang gelombangnya.
Hubungan antara panjang gelombang dan energinya dapat dinyatakan dalam suatu grafik energi panjang gelombang seperti yang sudah dibahas dalam Gambar 3.1. memperlihatkan grafik energi panjang gelombang kawat wolfram untuk beberapa suhu yang dinyatakan dalam derajat kelvin. Kalau suhunya ditingkatkan, panjang gelombangnya akan bergeser. Maksimum
Gambar 3.1. Grafik energi panjang gelombang kawat wolfram pada beberapa suhu.
Pada gambar 3.1 diperlihatkan energi panjang gelombang kawat wolfram untuk beberapa suhu yang dinyatakan dalam derajat kelvin. Kalau suhunya ditingkatkan, panjang gelombangnya akan bergeser. Maksimum grafiknya akan bergeser kearah gelombang yang lebih pendek jadi ke arah ungu.
Untuk dapat mengeluarkan cahaya tampak sebanyak mungkin, suhu kawat pijarnya harus ditingkatkan setinggi mungkin. Tentu saja suhu ini tidak dapat melebihi titik lebur bahan kawat pijarnya. Sebagai kawat pijar umumnya digunakan kawat wolfram. Wolfram ini memiliki titik lebur yang tinggi, yaitu 3655o K. Jadi suhu kawat pijarnya harus berada dibawah suhu ini. Kalau suhu kawat pijar wolfram ditingkatkan sampai kira-kira 3300o K, akan diperoleh lampu dengan flux cahaya spesifik yang sangat tinggi, yaitu 50 lm/W. Akan tetapi pada suhu ini kawat pijarnya akan terlalu cepat menguap, sehingga memperpendek umur lampunya. Dalam praktek umur rata-rata lampu pijar ditentukan 1000 jam menyala.
Setelah dipakai sekian lama, flux cahaya lampu pijar akan menurun karena penguapan, luas penampang kawat pijarnya akan berkurang sehingga tahanan listriknya akan meningkat. Jadi arus listriknya akan berkurang. Selain itu bagian dalam bolanya akan menjadi hitam. Karena itu, dibanyak perusahaan semua lampu pijar yang digunakan sudah diganti setelah 700-800 jam nyala, tanpa menunggu putus kawat pijar dari lampu yang digunakan. Cahaya yang dipancarkan lampu pijar memiliki spektrum kontinu. Kuantitas cahaya dari masing-masing warna yang dipancarkan tergantung pada suhu kawat pijarnya. Kalau suhunya rendah, seperti lampu pijar pada zaman dahulu, warna-warna kuning dan merah akan lebih menonjol. Kalau suhunya ditingkatkan, warna-warna biru dan ungu akan majadi warna kawat pijarnya menjadi lebih putih.
Lampu-lampu pijar kebanyakan dilengkapi dengan sepotong kawat monel yang dipasang didalam lampu, seri dengan kawat-kawat penghubungnya. Kawat monel ini berfungsi sebagai pengaman lebur. Kalau terjadi gangguan hubungan singkat didalam lampu, kawat monel tersebut akan lebur, sehingga pengaman instalasinya tidak sampai rusak.
2. Lampu Tabung Gas (4)
Lampu-lampu tabung gas terdiri dari tabung berbagai bentuk yang diisi dengan gas dan uap logam. Kalau tabungnya dalam keadaan dingin, logamnya berada dalam bentuk titik-titik logam atau dalam bentuk padat.
argon. Gas-gas mulia memiliki sifat tidak diketahui melakukan reaksi kimia dengan unsur-unsur lain. Logam-logam yang digunakan ialah natrium dan air raksa. Kalau elektroda tabung dihubungkan pada tengangan yang cukup tinggi (tegangan penyala), elektron-elektron bebas yang terdapat dalam tabung akan bergerak dari elektroda yang satu ke elektroda yang lainnya. Karena pergerakan elektron-elektron ini akan terjadi benturan-benturan dengan elektron-elektron gas yang terikat. Kalau terbenturnya cukup keras, elektron-elektron terikat itu dapat terlempar ke luar orbitnya, lepas dari ikatan inti atom.
Atom-atom yang kehilangan elektron, dapat menangkap kembali elektronnya atau elektron bebas lain. Kalau sebuah elektron memasuki orbit kosong itu, kelebihan energinya akan menjadi bebas dan dipancarkan sebagai sinar elektromagnetik. Atom yang kehilangan elektron dan tidak dapat menangkap kembali elektronnya atau elektron lain, akan mendapat muatan positif, dan dinamakan ion. Proses pembentukan ion-ion ini diisebut ionisasi. Kalau tegangan pada elektroda-elektroda tabung tetap, jumlah elektron yang terlempar ke luar atom akan bertambah, jadi ionisasinya meningkat. Juga suhu gas di dalam tabung akan meningkat.
Karena meningkatnya jumlah elektron bebas, juga jumlah elektron yang bergerak dari elektroda yang satu ke elektroda yang lainnya akan meningkat. Ini berarti bahwa arus dalam tabung meningkat, jadi tahanan dalam tabung menurun. Kalau proses ini berlangsung terus, dalam waktu yang pendek akan terjadi hubungan singkat dalam tabung. Untuk membatasi arusnya, sebuah tahanan dihubungkan seri dengan tabung. Kalau sekarang arusnya meningkat, maka rugi tegangan pada tahanan itu akan ikut meningkat, sehingga tegangan pada
elektroda-elektroda tabung akan menurun. Dengan demikian arus dalam tabung dapat dibatasi.
Adapun jenis-jenis lampu tabung gas adalah : a. Lampu Natrium
Lampu ini terdiri dari tabung berbentuk U dengan dua elektroda. Masing-masing elektroda dilengkapi dengan sebuah emitter. Tabungnya diisi dengan sedikit natrium cair dan suatu gas bantu. Supaya pembagian natrium didalam tabung bisa tepat, dinding tabung diberi beberapa tonjolan. Kalau tabungnya menjadi dingin, natriumnya akan mengembun dalam tonjolan-tonjolan tersebut. Kalau lampunya sedang menyala, dalam tonjolan-tonjolan itu selalu masih akan ada sisa-sisa natrium cair. Suhu di tonjolan-tonjolan tersebut biasanya sedikit lebih rendah daripada suhu di bagian-bagian lain dari tabung. Karena dalam tabung selalu ada sedikit natrium cair, maka tekanan dalam tabung sama dengan tekanan uap jenuh dari natrium pada suhu kerja lampu, yaitu pada 270o. Pada suhu ini tekanan uap jenuhnya sama dengan 4.10-3 mm Hg. Untuk mempertahankan suhu kerja yang demikian tinggi, tabung bentuk U tersebut ditempatkan dalam sebuah tabung pelindung dari kaca. Tabung pelindung ini menyerap panas yang dipancarkan oleh sebuah tabung bentuk U. Sebagian dari panas ini kemudian dipancarkan kembali ke bentuk U, sehingga mengurangi panas yang hilang. Tabung-tabung itu kemudian ditempatkan dalam sebuah balon luar. Ruang antara tabung pelindung dan balon luar ini hampa udara, sehingga merupakan isolasi yang baik. Gas bantu yang digunakan terutama dari neon. Karena itu, pada waktu
cahaya yang sebenarnya. Lampu ini memiliki kaki lampu bayonet. Disamping jenis yang diuraikan di atas, ada juga lampu-lampu natrium dengan tekanan uap lebih tinggi. Suhu kerjanya 780 o C. Pada suhu ini, kaca akan termakan oleh natrium. Karena itu untuk tabung lampu jenis ini digunakan aluminiumoksida yang telah dipanaskan hingga padat. Bahan ini tahan terhadap suhu yang sangat tinggi. Faktor transmisinya kira-kira 90%. Ukuran lampu ini lebih kecil.
b. Lampu Tabung Flouresen
Tabung flouresen diisi dengan uap air raksa dan gas mulia argon. Juga dalam keadaan menyala, tekanan uap air raksa dalam tabung sangat rendah. Uap air raksa ini memancarkan sinar ultraungu dengan panjang gelombang 253,7 mµ. Sinar ini diserap oleh serbuk flouresen dan dibuah menjadi cahaya tampak. Dalam tabung selalu ada kelebihan air raksa cair. Karena itu tekanan uap air rakasa dalam tabung akan selalu sama dengan tekanan uap air raksa jenuh, yang akan ditentukan oleh suhu tabung di tempat yang paling dingin. Suhu ini disebut suhu kerja dan kira-kira sama dengan 40o C. Ukuran tabung harus sedemikian rupa, sehingga suhu 40o C ini dapat dipertahankan pada suhu keliling 25o C. Untuk tabung-tabung dengan daya besar, agak sulit untuk mempertahankan suhu kerja yang demikian rendah. Perubahan suhu keliling sangat mempengaruhi suhu kerja tabung, dan juga rendemennya, seperti dapat dilihat pada grafik dibawah. Kalau suhu kelilingnya rendah, redemennya akan sangat menurun. Dapat ditambahkan, kalau dalam suatu ruangan tertutup terdapat zat cair dan uapnya, maka tekanan uap dalam ruangan itu ialah tekanan uap jenuh zat cair tersebut. Tekanan uap jenuh suatu zat cair tergantung pada suhunya. Air misalnya akan mendidih pada
suhu 100o C dan tekanan 1 atm. Tetapi dalam sebuah ketel uap suhunya akan melebihi 100o C kalau tekanan uapnya akan melebihi 1 atm.
Gambar 3.2. Grafik pengaruh suhu keliling atas flux cahaya sebuah tabung flouresen TL di :
a.Udara diam
Gambar 3.3. Diagram dasar hubungan tabung TL dengan kumparan hambat dan starter :
Sm kumparan hambar A dwilogam
C kondensator B dwilogam
E elektroda tabung D balon
S starter
Starter untuk tabung fluoresen terdiri dari sebuah balon kaca kecil yang diisi dengan gas mulia. Didalam balon terdapat dua elektroda dwilogam A dan B. Jarak antara elektroda-elektroda A dan B dibuat sedemikian rupa, sehingga starternya akan menyala pada tegangan 100-220 V. Kalau rangkaian diatas dihubungkan pada tegangan jaring 220 V, starter S akan mendapat tegangan 220 V, sehingga menyala dan menjadi panas. Karena itu elektroda-elektroda dwilogam A dan B akan membengkok sehingga kedua elekroda terhubung. Dengan demikian suatu arus besar akan mengalir dari jaringan lewat kumparan hambat Sm, elektroda tabung E, starter S dan elektroda tabung yang lain kembali kejaringan. Arus ini akan membuat elektroda-elektroda tabung berpijar dan mengeluarkan elektro-elektron. Sementara itu tegangan pada starter telah hilang,
sehingga starternya padam dan menjadi dingin. Elektroda-elektroda dwilogam dalam starter akan lurus kembali dan memutuskan arus yang sedang mengalir. Karena pemutusan tiba-tiba ini, dalam kumparan hambat Sm akan dibangkitkan suatu gaya gerak listrik yang tinggi. Tegangan kejut ini seri dengan tegangan jaring. Kalau dibangkitkan pada saat yang menguntungkan, tegangan pada elektroda-elektroda E dari tabung akan cukup tinggi untuk menyalakan tabung, asalkan elektroda-elektrodanya sudah cukup panas. Kalau pada siklus pertama tabungnya belum menyala, urutan peristiwa seperti diuraikan di atas akan terulang, sampai tabungnya menyala. Setelah menyala, starternya akan paralel dengan tabung. Karena tengangan nyala pada tabung lebih rendah daripada tengangan penyala starter, maka starternya akan tetap padam. Paralel dengan tabung starter D terdapat sebuah kondensator kecil C. Kondensator ini mengurangi cetusan-cetusan pada elektroda-elektroda dwilogam, sehingga memperbaiki pemutusan dan arus dalam starter. Kondensator tersebut juga mengurangi timbulnya gangguan radio.
Daya tabung 4 W 6 W 8 W 20 W 25 W 40 W 65 W 125 W
Tegangan Tabung (V) 30 45 58 58 95 103 108 100
Arus Tabung (A) 0,15 0,155 0,165 0,39 0,30 0,44 0,7 1,5 Panjang Tabung (mm) 136 212 288 590 970 1199 1500 1500
3. Armatur(4)
Dalam sistem penerangan pemasangan armatur harus diperhatikan. Sebab armatur cukup mempengaruhi kualitas dari penerangan yang dibuat. Dengan pemasangan armatur yang tepat maka penerangan yang dihasilkan akan memuaskan.
Armatur-armatur lampu dapat dibagi menurut beberapa cara yaitu :
- Berdasarkan sifat penerangannya, atas armatur untuk penerangan langsung, sebagian besar langsung, difusi, sebagian besar tak langsung dan tak langsung.
- Berdasarkan konstruksinya, atas armatur biasa, kedap tetesan air, kedap air, kedap letupan debu dan kedap letupan gas.
- Berdasarkan penggunaannya, atas armatur untuk penerangan dalam, penerangan luar, penerangan industri, penerangan dekorasi, dan armatur yang ditanam di dinding atau langit-langit dan yang tidak ditanam.
- Berdasarkan bentuknya, atas armatur balon, pinggan, “rok”, gelang, armatur pancaran lebar dan pancaran terbatas, kemudian armatur kandil, palung dan armatur-armatur jenis lain untuk lampu-lampu bentuk tabung.
- Berdasarkan cara pemasangannya, atas armatur langit-langit, dinding, gantung, berdiri, armatur gantung memakai pipa dan armatur gantung memakai kabel.
Bentuk sumber cahaya dan armatur harus diperhatikan sehingga tidak menyilaukan mata. Bayang-bayang harus ada, sebab bayang-bayang ini
diperlukan untuk dapat melihat benda-benda sewajarnya. Akan tetapi bayang-bayang itu tidak boleh terlalu tajam. Selain itu konstruksi armatur harus demikian rupa sehingga ada cukup sirkulasi udara untuk menyingkirkan panas yang ditimbulkan oleh sumber cahaya. Karena itu harus ada cukup banyak lubang di bagian bawah dan bagian atas armatur. Suhu armatur sekali-kali tidak boleh menjadi tinggi hingga dapat menimbulkan kebakaran atau merusak isolasi.
Armatur penerangan harus terisolasi dari penggantung dan pengukuhnya yang terbuat dari logam, kecuali apabila pemindahan tegangan pada bagian ini praktis tidak akan menimbulkan bahaya Untuk tegangan ke bumi di atas 300 V armatur penerangan harus terisolasi dari penggantung dan pengukuhnya, kecuali bila perlengkapan tersebut dibumikan dengan baik. Untuk tegangan jaringan di atas 1000 V arus bolak-balik atau di atas 1500 V arus searah,kedua cara proteksi tersebut di atas harus dilaksanakan.
Untuk jenis penerangan yang berbeda maka digunakan jenis armatur yang berbeda pula. Berikut dibahas jenis armatur menurut jenis penerangannya.
a. Penerangan Langsung.
Efisiensi penerangan langsung sangat baik. Cahaya yang dipancarkan sumber cahaya seluruhnya diarahkan ke bidang yang harus diberi penerangan; langit-langit hampir tidak ikut berperan. Akan tetapi sistem penerangan ini menimbulkan bayang-bayang yang tajam. Hal itu dapat dikurangi dengan menggunakan sumber-sumber cahaya bentuk tabung (lampu TL). Jika digunakan penerangan langsung, harus diusahakan supaya cahayanya tidak
penerangan luar. Armatur-armatur yang digunakan untuk penerangan langsung ialah armatur pancaran lebar dan armatur pancaran terbatas.
Gambar 3.4. Armatur Pancaran Lebar
Armatur pancaran lebar digunakan untuk penerangan umum dalam bengkel-bengkel.
Gambar 3.5. Armatur Pancaran Terbatas
Armatur pancaran terbatas digunakan untuk penerangan setempat misalnya diatas mesin-mesin perkakas.
Gambar 3.6. Armatur Palung
Untuk penerangan industri dengan lampu bentuk tabung digunakan armatur palung.
Gambar 3.7. Armatur “rok”
Gambar 3.9. Armatur Dinding (tidak ditanam)
Armatur dinding (tidak ditanam) dipasang pada dinding atau langit-langit. Armatur ini cocok untuk lampu kaca kempa dan digunakan untuk penerangan etalase. Untuk keperluan ini dapat juga digunakan lampu-lampu cermin.
Gambar 3.10. Armatur Langit-langit (ditanam)
Armatur langit-langit ditanam dalam langit-langit dari sebuah ruangan. Arah cahayanya dapat diatur dan ditunjukkan ke suatu titik tertentu. Jadi aksen penerangan dapat diletakkan di tempat-tempat yang dikehendaki.
b. Penerangan Setengah Langsung
Efesiensi penerangan yang sebagian besar langsung ini tidak juga cukup baik. Dibandingkan dengan penerangan langsung, pembentukan bayang-bayang dan kilaunya agak kurang. Sejumlah kecil cahaya dipancarkan ke atas, karena itu kesan mengenai ukuran ruangannya menjadi lebih baik. Seolah-olah langit-langitnya lebih tinggi. Sestem penerangan ini digunakan di gedung-gedung ibadah, untuk tangga dalam rumah atau dalam gang.
Gambar 3.11. Armatur dengan pelindung dari kawat
Gambar diatas menunjukkan armatur dengan pelindung dari kawat yang terbuat dari baja dengan lapisan seng untuk ornamen, misalnya untuk ruangan-ruangan olahraga.
sekarang diarahkan ke dinding dan langit-langit. Pembentukan bayang-bayang dan kilaunya banyak berkurang. Penerangan difusi digunakan di ruangan-ruangan sekolah, di ruangan-ruangan-ruangan-ruangan kantor dan di tempat-tempat kerja.
Gambar 3.12. Armatur gantung pakai pipa
Armatur untuk penerangan difusi ialah armatur-armatur balon, misalnya armatur gantung pakai pipa. Armatur ini memiliki balon dari kaca opal tripleks. Kaca opal tripleks terdiri dari dua lapis kaca bening dengan satu lapis tipis kaca opal diantaranya.
d. Penerangan Setengah Tidak Langsung
Bayang-bayang dan kilau yang timbul pada sistem penerangan ini hanya sedikit. Sebagian besar dari cahaya sumber-sumber cahaya sekarang diarahkan
ke atas. Karena itu langit-langit dan dinding ruangan harus diberi warna terang. Penerangan sebagian besar tak langsung ini digunakan di rumah sakit, di ruangan baca, toko-toko dan di kamar tamu.
Gambar 3.13. Armatur dinding untuk penerangan setengah tidak langsung
Gambar 3.14. Armatur gantung bentuk gelang
hampir tidak ada lagi. Penerangan tidak langsung umumnya digunakan untuk ruangan membaca, menulis dan ruangan untuk melakukan pekerjaan-pekerjaan halus lainnya.
