bab ii sumber cahaya buatan

7/23/2019 Bab II Sumber Cahaya Buatan

1/51

SUMBER CAHAYA BUATAN

BAB II

1Januari 2013


2/51

PENDAHULUAN

Sumber cahaya buatan yang pertama-tama dibuatmanusia adalah api, obor, dan lilin. Lilin pertama dibuat

oleh orang Mesir kuno dengan menggunakan batu

berlubang yang didisi dengan lemak dengan serat

tanaman sebagai sumbu, pada abad pertengahan lilindibuat dari lemak hewan, dan selanjutnya parafin.

Orang kuno di koloni Amerika menggunakan minyak ikan

dan minyak ikan hiu untuk lampu Betty. Orang Yunani

dan Romawi kuno membuat lampu dari perunggu ataukeramik /tanah liat dengan minyak zaitun atau minyak

tumbuhan sebagai bahan bakarnya.

2Januari 2013


3/51

Beberapa pengembangan dibuat namun belum

menghasilkan lampu atau cahaya yang efisiensampai tahun 1784 ketika seorang ahli kimia dari

Swiss bernama Argant menggunakan sumbu yang

berlubang guna meneruskan udara mencapai

api /sumber cahaya sehingga menghasilkan

cahaya yang terang.

Dengan ditemukannya minyak mentah, maka

minyak tanah /kerosene digunakan sebagaibahan bakar secara meluas untuk lampu jenis ini.

3Januari 2013


4/51

Pada periode tahun 1800an dimulai di London,

Inggris lampu gas dipopulerkan sebagai lampujalan. Lampu jenis ini tidak mempunyai sumbunamun karena terbuka ia menghasilkan flickers

Lampu listrik pertama adalah lampu busur carbon

(carbon-arc lamp) yang diperkenalkan oleh SirHumphrey davy pada tahun 1801, namun lampulistrik menjadi populer setelah lampu pijardikembangkan secara independen oleh Sir Joseph

di Inggris dan Thomas Edison di Amerika Serikatyang kemudian membuat paten penemuannyapada tahun 1879.

4Januari 2013


5/51

Selama bertahun-tahun telah terdapat

pengembangan dan peningkatan dalam

menghasilkan cahaya buatan.

Terdapat bermacam jenis cahaya buatan di

pasar yang dimulai dengan lampu Edisonkemudian diikuti dengan penemuan lampu

mercury pada tahun 1930an dan lampu

fluorescent pada World Fair tahun 1939.

5Januari 2013


6/51

Lampu tungsten halogen ditemukan pada tahun1950an, lampu metal halide dan lampu high pressure

sodium pada tahun 1960an.

Diperkenalkannya lampu tanpa elektrode(electrodeless) pada tahun 1990an menunjukkanbahwa industri ini sangat dinamis dan akan terus

berlanjut sampai abad yang akan datang. Sejauh ini lampu telah mengalami sebuah proses yang

terus menerus ditingkatkan, teknik dan bahan barutelah digunakan untuk menghasilkan cahaya.

Inovasi-inovasi baru dibuat dengan 2 (dua) tujuanutama yaitupeningkatan secara ekonomis dankesesuaian dengan lingkungan.

6Januari 2013


7/51

Sejarah /inovasi sumber cahaya buatan

1880 Thomas Edison patents a carbon filament vacuumincandescent lamp.

1910 The first gas discharge source,NEON, is invented.

1930s Mercury Vapor (MV), Low Pressure Sodium (LPS), and thefirst fluorescent sources are developed.

1960s High Pressure Sodium (HPS),

Metal Halide (MH) & color-corrected MV lamps introduced.

1970s Color-improved HPS and MH. High CRI fluorescent lamps.

Electronic fluorescent ballasts developed.

1980s CFL, T10 & T8 fluorescent lamp introduced.

LED & Electroluminescent exit signs.

Energy-efficient magnetic fluorescent ballasts.

1990s High-CRI HPS, Ceramic MH, Induction, Sulfur, T5 & T2, andreduced mercury fluorescent lamps, electronic HID ballastsintroduced. High output blue LED developed.

2000s Large scale market acceptance of CFLs;

proliferation of white LEDs and colored LEDs for general

illumination and signage;

1900

1950

2000

7Januari 2013


8/51

Terdapat 3 (tiga) kategori sumber cahaya

buatan yang masing-masing mempunyaikarakteristik sendiri-sendiri, yaitu:

Lampu Pijar (Incandescent)

Lampu TL /neon (Fluorescent) Lampu gas bertekanan tinggi (High Intencity

Discharge - HID), dan

Lampu pengembangan terakhir (LED, OLED,dll)

8Januari 2013


9/51

LAMPU PIJAR

(incandescent)

Definisi:

lampu pijar (dikenal sebagai lampu

filamen) mengeluarkan cahaya dengan

menggunakan prinsip incandescence , bila

filamen (kawat) tungsten dipanaskan

dengan mengalirkan listrik maka kawatakan menyala dan memancarkan cahaya

Type: terdapat 2 (dua) kelompok lampu

pijar (filamen), yaitu:

incandescent(pijar) and halogen.

Lampu pijar dengan filamen masih

merupakan sumber cahaya yang sangat

dikenal. Tersedia dalam berbagai bentuk,

ukuran, keluaran cahayanya, dan harga.

9Januari 2013


10/51


11/51

Contoh Bentuk Lampu Pijar

11Januari 2013


12/51

Konstruksi Lampu Pijar

Lampu Pijar Lampu Pijar PAR Halogen

12Januari 2013


13/51

LAMPU (Pijar) TUNGSTEN HALOGEN

Merupakan pengembangan dari keluarga

lampu pijar

Disebut juga Lampu Halogen atau

Halogen Quartz

Mempunyai konstruksi yang lebih

kompleks untuk memperpanjang waktuhidup, efikasi, dan temperatur warna

(cahaya lebih putih)

Sebagian besar Lampu Halogen

merupakan lampu di dalam lampu

sebuah kapsul halogen kecil

ditempatkan di dalam reflektor. Dapat beroperasi dalam 2 (dua) macam

tegangan listrik (voltage): tegangan

umum (120 @ 220 V) atau tegangan

rendah (12V).

13Januari 2013


14/51

Karakteristik Lampu Pijar

Lampu Pijar

o Hubungan antara umur hidup lampu, efikasi, temperatur warna,dan voltage sangat erat dan berkaitan satu sama lain.

o Bila terjadi perubahan pada salah satu karakteristik di atas, akanmempengaruhi yang lainnya.

Lampu Tungsten Halogeno Mengeluarkan radiasi UV lebih banyak dari pada lampu pijar

biasa karena temperatur filamennya yang lebih tinggi.

o Untuk kebutuhan umum direkomendasikan bahwa lumineruntuk lampu tungsten halogen mempunyai lensa atau kaca

penutup yang akan menyaring sebagian besar radiasi UV.o Pada aplikasi yang lebih sensitive terhadap radiasi UV diperlukan

penyaring /filter tambahan. Lampu ini juga sangat sensitiveterhadap temperatur.

14Januari 2013


15/51

Perbedaan Lampu Pijar dan

Lampu (pijar) Halogen

Permukaan lampu yang luas

untuk meminimalkan area

hitam pada bola lampu

(blackening bulb)

Umur hidup 750 1000 jamAtmospheric Pressure

Kompak, dan kapsul

bertekanan tinggi Berisi gas padat

Halogen Cycle

15Januari 2013


16/51

Contoh Lampu Halogen

Tegangan Normal /umum (120 @ 220 V)

Tegangan Rendah (low voltage, 12 50 V)

PAR 20, 30, 38 Halogen bentu A Double ended Bayonet base

Bi-pin MR 11, dan MR 16

AR 70,

AR 111

16Januari 2013


17/51

Kelebihan Lampu Tungsten Halogen

Efikasi lebih tinggi dari pada

lampu pijar (15 30 lm/w)

Efisiensi luminer tinggi

Berumur lebih panjang (2X

3X umur lampu pijar

standar)

Kontrol optik sangat baik

Warna cahaya lebih putih

Mudah diturun-naikkanoutputnya (dim)

Banyak variasi bentuk dan

ukurannya

17Januari 2013


18/51

Grafik Penurunan Lumen

18Januari 2013


19/51

Karakteristik Spektrum Lampu Pijar

Lampu pijar /filamen

mempunyai spektrum

menerus

Lampu pijar sebagai

sumber cahaya

hangat, renderasi

warna = 100 (%)

Kuat pada spektrum

panjang (merah/

jingga)

Lemah padaspektrum pendek

(biru)

19Januari 2013


20/51

LAMPU TL (FLUORESCENT)

Lampu fluoresensi merupakan sumber cahaya yangmenggunakan gas discharge bertekanan rendahdimana didalam tabungnya cahaya dihasilkan sebagianbesar oleh serbuk fluorescentyang diaktifkan olehenergi UV yang dibangkitkan secara dominan oleh

busur mercury (mercury arc).

Lampu ini biasanya berbentuk tabung panjang darikaca dengan sebuah elektroda yang ditempelkan dimasing-masing ujung, tabung berisi uap mercury

bertekanan rendah dengan sejumlah kecil gas statissebagai pemicu.

Dinding bagian dalam dari tabung kaca /bulb dilapisdengan serbuk fluorescent, biasa disebutphosphors.

20Januari 2013


21/51

Kelebihan dan Kekurangan Lampu TL

KELEBIHAN KEKURANGAN

Efikasi tinggi - Memerlukan balast

Umur hidup panjang - Sulit difokuskan,

Renderasi warna baik bukan sumber cahaya

Temperatur warna ber- titikvariasi - Biaya sistem (lampu &

Biaya per lumen rendah balast) lebih mahal dariBentukfixture (armatur) pada lampu pijar

lebih lebar - Fixture /armatur besar Tidak menyilaukan - Peka terhadap

perubahan temperatur

Dapat di-dim - Umur hidup dipengaruhioleh siklus switching

21Januari 2013


22/51

Konstruksi dan Operasi Lampu TL

22Januari 2013


23/51

Pengelompokan Lampu TL

Lineair Fluorescent:umumnya digunakan sebagai pencahayaangeneral

Compact Fluorescent:

secara umum digunakan sebagai penggantilampu pijar

Electrodeless Lamps:

pada perkembangan terakhir, digunakan sebagaipengganti beberapa lampu HID

23Januari 2013


24/51

Identifikasi Lampu TL

Contoh : 4-ft T8 lamp

ditulis sebagai: F32T8/735

F = Fluorescent

32 = jumlah watt pada lampu

T = bentuk tabung (Tubular)

8 = diameter bola lampu dalam hitungan perdelapan inci

7 = 700 series phosphor renderasi warna antara 70

and 79 35 = 3500K temperatur warna cahaya (Correlated

Color Temperature)

24Januari 2013


25/51

Umur Hidup Lampu TL

Type Lampu Umur Hidup (jam)

Compact fluorescent - CFL

(screw base)

6000

Compact fluorescent - CFL

(Pin base)

10.000

F40 CW/RS 20.000F96T12/HO 12.000

F32T8 RE 24.000

F96T8/HO 18.000

F28T5 20.000

Electrode-less Fluorescent 60.000+

25Januari 2013


26/51

Dampak Temperatur terhadap Lampu TL

26Januari 2013


27/51

Karakteristik Spektrum Lampu TL

Sebagian besar lampu TLkontemporer mempunyai

spektrum warna yang

tidak menerus

(discontinuous) .

Rasio spektrum yang

berbeda antara merah,

hijau, dan biru akan

menghasilkan variasi

temperatur warna

(3000K 4100K), dan

variasi renderasi warna

(70-86)

27Januari 2013


28/51

Lampu TL tanpa Elektrode

(Electrode-less Fluorescent Lamp)

Dikembangkan pada tahun 1990s Dirancang untuk menghilangkan satu

kesalahan pada lampu TL, yaitu katode.

Beroperasi dengan prinsip induksi.

Umur hidup antara 15.000 jam - 60.000

jam (swa-balast ).

Umur hidup didasarkan padapemeliharaan Lumen atau umur balast.

Biaya lebih tinggi dari pada lampu TL

standar.

Umumnya digunakan pada area dimana

biaya pemeliharaan lampu tinggi, seperti:

bangunan industri dengan langit-langit

tinggi, lampu jalan, rambu-rambu,

terowongan/ jembatan, dll

28Januari 2013


29/51

LAMPU HIGH INTENSITY DISCHARGE (HID)

Lampu high intensity discharge (HID)

adalah lampu yang dioperasikan oleh

gas bertekanan tinggi, masuk dalam

klasifikasi ini adalah lampu mercury,metal halide, dan high pressure sodium

29Januari 2013


30/51

Cara Kerja Lampu HID

Terdapat 3 (tiga) tahapan yang harus dilalui dalam

prinsip kerja lampu mercury (high discharge), yaituignition, run-up, dan stabilization.

Pada tahap ignition (pengapian), lampu bekerja padatekanan rendah (low pressure discharge) karenamerupakan akibat dari bekerjanya electrode yangdialirkan arus listrik, dan bubukfluorescentmengubahnya menjadi cahaya.

Tahap berikutnya adalah run-up, yaitu ketika ionisasigas statis tercapai dan menghasilkan cahaya namun

masih belum optimal sampai penguapan gas mercurydi dalam tabung (pertama) selesai. Proses inimemerlukan waktu yang disebut waktu run-up selamakira-kira 4 (empat) menit.

Selanjutnya merupakan tahap stabilisasi.30Januari 2013


31/51

Type Lampu HID

1. Mercury

merupakan lampu teknologilama, kini tidak digunakan untuk

pencahayaan general.

2. Metal Halide (MH)

Pilihan yang populer untuk

sumber cahaya putih

Dapat digunakan untuk interiordan exterior.

3. High Pressure Sodium (HPS)

Terutama digunakan untuk

lampu luar, ruang, lampu jalan,

dan lampu ruang publik. Higher

efficacy than MH4. Low Pressure Sodium (LPS)

Mempunyai efikasi tertinggi dari

semua lampu HID

Warna utama : kuning

31Januari 2013


32/51

LAMPU HID - Mercury

Menggunakan teknologi HID tertua.

Mempunyai efikasi terendah dari semua lampu HID

Tidak lebih baik dari Halogen

Mempunyai renderasi warna yang buruk sedang

Mempunyai temperatur warna cahaya tinggi

Pemeliharaan Lumen buruk

Perubahan warna sangat terlihat bila sudah mendekatifinal akan berubah menjadi hijau

Secara umum sudah out of date terkait laranganpenggunaan balast mercury

Dimungkinkan penggantian lampu, tapi tidak denganarmatur baru.

32Januari 2013


33/51

Porsi terbesar dari radiasi lampu mercury berada padaarea ultra violet, namun lapisan phosphor pada bagiandalam outer bulb merubah energi ultraviolet tersebutmenjadi cahaya.

PeralatanTambahan

Lampu mercury memerlukan ballastdalam operasinya,

ballast berfungsi untuk menstabilkan arus. Dimming

Lampu mercury bening hanya mengalami perubahanwarna yang kecil untuk perubahan lumen output dari

100% sampai dengan 25%. Warna biru kehijauan yangmerupakan karakteristik lampu mercury bening akanterlihat pada semua tingkatan dim.

33Januari 2013


34/51

LAMPU HID - Metal Halide

Merupakan versi peningkatandari lampu Mercury.

Terdapat penambahan elemen

pada tabung dalam guna

meningkatkan

Penampilan (e.g., sodium,scandium, along with argon gas).

Merupakan konstruksi terumit

dari lampu-lampu HID.

Semakin digemari karena

mempunyai beragam type, daya

(watt), warna, temperatur, dll.

34Januari 2013


35/51

Konstruksi lampu Metal Halide sama dengan

lampu mercuryhanya bedanya pada tabungdischarge (berisi gas-gas metal halide sebagai

tambahan gas mercurydan argon).

Bila lampu telah beroperasi pada temperatur

penuh, gas metal halide pada tabung akan

berevaporasi sebagian.

Dibandingkan dengan lampu mercury, efikasi

(lumen per watt) lampu metal halide sudah

meningkat dengan pesat

35Januari 2013


36/51

Beberapa lampu metal halide harus dioperasikandenganfixtures (housing) yang berfungsi sebagai

pelindung terhadap panasnya lampu. Peralatan Tambahan.

Untuk menjamin start dan operasi yang tepat,diperlukan sirkuit autotransformer ballast.

Dimming.Tampilan warna dan konsistensi warna berbedadari satu lampu terhadap lainnya, dan renderasiwarna dari lampu metal halide bening yang

berdaya rendah akan berubah pada 80 % lumenoutput.

Untuk lampu bening dengan daya yang lebihbesar perubahan menjadi biru kehijauan baru

akan terlihat pada 60 % lumen output. 36Januari 2013

K l bih d K k L MH


37/51

Kelebihan dan Kekurangan Lampu MH

KELEBIHAN KEKURANGAN

Keluaran cahaya tinggi (cahaya putih) Terkadang terjadi perubahan warna

sejalan dengan umur hidupnya

Efikasi tinggi Kemungkinan terjadi inkonsistensi

warna dari lampu satu ke lampu lainnya

Umur hidup panjang (6.000 20.000

jam)

Peka terhadap posisi penyalaan

Dapat fokus (point source) bila perlu

mengendalikan cahaya

Biaya lebih tinggi

Tersedia typepremium dengan

renderasi warna yang baik (80 95),

dan pemeliharaan lumen yang

meningkat.

Beberapa type lampu MH dan aplikasi

tertentu sebaiknya diganti (relamping)

dalam group

Rentang daya (watt) yang lebih panjang

(39 1500 Watts)

Keterbatasan untuk dimming system

Dapat di-dim (meskipun terbatas) Ketersediaan balast elektronik terbatas

37Januari 2013


38/51

Konstruksi Lampu MH

Arc tube : merupakan sumber

cahaya

Mount : menyalurkan arus

listrik ke tabung dalam

Stem : menyalurkan arus listrikke mount

Outer Jacket: menyaring sinar

UV ke luar

Base: menyalurkan arus listrik

dari socket ke kawat /stem

38Januari 2013


39/51

Bentuk-bentuk Tabung Luar (Outer-jacket)

39Januari 2013


40/51

LAMPU HID HPS

(High Pressure Sodium)

Paling efisien dari type lampu-

lampu HID

Tabung dalam berisi gas sodium

dan sedikit mercury ditambah gas

xenon Digunakan terutama untuk

aplikasi pencahayaan out door ,

keamanan, lampu muka

bangunan, bandara.

Tersedia dalam berbagai type:

Eco, non cycling, renderasi

warna tinggi, dan standby.

40Januari 2013


41/51

Cahaya dihasilkan oleh arus lisrik yang

melewati uap sodium. Lampu juga terdiri dari

2 (dua) tabung. Tabung discharge (inner arc

tube) yang merupakanpolycrystalline

alumina, tahan terhadap sodium temperatur

tinggi and mempunyai titik leleh tinggi.

Karena diameternya kecil, lampu high pressure

sodium ini tidak menggunakan starting

electrode seperti pada lampu mercury.

41Januari 2013


42/51

Begitu dinyalakan, lampu akan memanas sampaidicapai outputpenuh yang membutuhkan waktukira-kira 10 menit, perubahan warna terjadi

selama proses itu.

Peralatan Tambahan.

Lampu High Pressure Sodium sangat terpengaruh

oleh perubahan daya dan perubahan voltage,oleh karenanya terdapat beberapa lampu yangberbeda voltage untuk bermacam-macam daya.

Dimming.

Lampu High Pressure Sodium bila di dim sampaidengan 50 %, tampilan warnanya tidak akanbegitu berubah, namun bila sampai dibawah 50% warna yang keluar akan menjadi kuning tua.

42Januari 2013


43/51

Konstruksi Lampu HID - HPS

43Januari 2013


44/51

Karakteristik Lampu HID - HPS

Mempunyai efikasi tertinggi dari type lampu HID,sampai dengan 140 lm/w

Tabung dalam terbuat dari alumina (keramik)transparan yang berisi gas sodium, sedikit mercury, dan

gas xenon. Spektrum berada pada area kuning jingga.

Temperatur warna = 2100K.

Renderasi warna = 22

Luminous flux sampai dengan 140,000 lumens Tersedia type ECO dengan kadar mercury rendah,

desain bebas timah

44Januari 2013


45/51

LAMPU Light Emitting Diode (LED)

Dikenal sebagai Solid State Lighting

(SSL) Dapat memancarkan sinar UV, IR,

dan cahaya, tergantung dari typenya.

LEDs and luminaires dapat diperoleh

dari banyak produsen, bukan hanya

dari perusahaan lampu tradisional. Pasar lampu LED masih kecil namun

berkembang

Pengembangan produk baru lebih

kepada industri elektronik

dibandingkan industri perlampuan.

Siklus produksi singkat (12 18

bulan)

45Januari 2013


46/51

Merupakan lampu semi konduktor yangmenggunakan hubungan positf negative (p-nconjunction semi conductor lamp).

Radiasi yang dipancarkan berupa inra merah ataucahaya.

Sumber cahaya yang merupakan semi conductorinimempunyai rentang panjang gelombang yangpanjang, dari area gelombang pendek ke spectrumyang dapat terlihat mata sampai gelombang inframerah yang jauh.

Oleh karenanya cahaya yang dihasilkan dapatberaneka warna (multiple color).

46Januari 2013


47/51

Konstruksi dan Operasi LED

47Januari 2013


48/51

Kemasan Lampu LED

Chip LED dikemas dalam berbagaikonfigurasi

Simple twin lead (original method)

Flat package (SMD) with single LED

Flat package with multiple LED

chips

48Januari 2013

C h P tih d i LED


49/51

Cahaya Putih dari LED

Beberapa cara untuk menghasilkan cahaya putih:

1. Campur cahaya dari ketidak-sinambungan warna merah, hijau, dan LED

biru.

2. Gunakan LED biru guna membangkitkan lapisan fosfor yang multi

komponen

3. Gunakan LED ungu atau Ultraviolet untuk membangkitkan lapisan fosfor

yang multi komponen.

Metode termudah dalam hal biaya dan kemudahan adalah cara nomor 2.

Temperatur warna cahaya, renderasi warna, dan lumen cocok untuk cara

nomor 2 dan 3

Guna menyesuaikan temperatur warna cahaya, renderasi warna, danlumen secara dinamis, penting untuk melakukan pemutusan LED merah,

hijau, dan biru.

49Januari 2013


50/51

Sumber-sumber Cahaya Lain

Cold Cathode

Type khusus dari low pressure discharge yang menggunakan elektrode kuat Dapat merupakan murni gas discharge or lapisan fosfor dengan mercury

discharge

Penggunaan untuk tanda/rambu atau aplikasi dekoratif yang linear (dapatdilihat pada dekorasi foodcourt di shopping mall)

Electroluminescence Menggunakan fosfor yang dibangkitkan langsung oleh bidang listrik Penggunaan untuk panel instrumen, atau pencahayaan keypad pada telepon

seluler, rambu-rambu, atau efek dekoratif lain.

Organic Light Emitting Diode (OLED) LED type khusus yang menggunakan plastik sebagai lapisan pemancar cahaya.

Penggunaan untuk display telepon seluler, perangkat MP3, dan layar videokecil.

Cahaya AlamiDiintegrasikan ke dalam desain arsitektur dan pencahayaan bangunan dalamrangka penghematan energi

50Januari 2013


51/51

Sumber Cahaya Nuklir (Nuclear Light Source) Menggunakan nuklir tidak membutuhkan daya (listrik), dan secara

tipikal menghasilkan cahaya untuk digunakan padapanel instrument,

jam dinding, tanda /rambu keluar. Electron dari gas tritium, isotope dari gas hydrogen bereaksi dengan gas

phosphor yang hasilnya akan memancarkan cahaya dengankarakteristik warna sesuai dengan type gas phosphor yang digunakan

Laser Singkatan dari Light Amplification by Stimulated Emission of Radiation.

Lasermengubah energi listrik menjadi energi cahaya secara tidakefisien, namun menjadi sangat efisien untuk penggunaan pencahayaandengan skala sangat besar.

Laser terdiri dari 3 (tiga) bagian utama:

o Tabung laser, gas pengisi tabung yang akan memancarkan cahaya,

o Proyektor yang akan menggerakkan/mengontrol arus cahaya (beam),

o Komputer (hardware and software) yang akan menyimpan danmengontrol penampilan cahaya.

bab ii sumber cahaya buatan

Documents