PERANCANGAN APLIKASI PENGHITUNG KUAT ARUS, HAMBATAN, DAN TEGANGAN DALAM RANGKAIAN LISTRIK TERTUTUP DENGAN MENGGUNAKAN METODE HEURISTIK

Transkripsi

1 PERANCANGAN APLIKASI PENGHITUNG KUAT ARUS, HAMBATAN, DAN TEGANGAN DALAM RANGKAIAN LISTRIK TERTUTUP DENGAN MENGGUNAKAN METODE HEURISTIK Leo Bernardius Tarigan ( ) Mahasiswa STMIK Budidarma Medan Jln. Sisingamangaraja No.338 Simpang Limun Medan Website : http//stmik-budidarma.ac.id, Medan l.tarigan@rocketmail.com ABSTRAK Pada masa sekarang ini, semua perangkat lunak untuk aplikasi pengolahan data dan informasi membutuhkan kecepatan dan keakuratan serta perlu dilakukan pembaharuan suatu sistem yang lebih efisien dan efektif dalam menyampaikan suatu informasi. Berdasarkan pada perkembangan ilmu pengetahuan dan teknologi maka berbagai aplikasi banyak bermunculan di tengah tengah masyarakat salah satunya adalah aplikasi penghitungan kuat arus, hambatan, dan tegangan pada listrik tertutup secara komputerisasi. Secara umum diaplikasikan untuk mempermudah dalam penghitungan dalam masalah nilai kuat arus, hambatan, dan tegangan dalam rangkaian listrik tertutup dan penerapannya haruslah didukung dengan suatu teknologi informasi yang tepat dan berdaya guna serta relevan untuk penerapannya. Kata Kunci : Pembelajaran Listrik, Heuristik 1. PENDAHULUAN Era teknologi yang semakin maju dan ber kembang pesat, selalu di iringidengan suatu proses kemajuan serta dibutuhkan juga kinerja yang cepat, tepat danefisiensi untuk mendapatkan hasil yang ma ksimal. Selain itu dengan pemanfaatan suatu teknologi yang sudah dikembangkan, dihar apkan dapat meningkatkan perkembangan teknologi perangkat lunak aplikasi yang semakin beragam, terutama dari bentuk dan model aplikasi yang di gunakan secara terintegrasi pada komputer. Perangkat lunak aplikasi dapat juga di terapkan pada perancangan rangkaian listrik tertutup. Pada umumnya rangkaian listrik tertutup banyak terdapat rangkaian resistor, dan sudah pasti ada nilai dari resistor itu sendiri, ada tegangan serta kuat arus. Permasalahan yang terjadi kebanyakan saat sekarang ini, terletak pada masalah umum yaitu, masih menggunakan rumus atau juga dengan hitung manual dalam menentukan nilai hitung masingmasing dari semua komponen dalam rangkaian tersebut serta menentukan titik-titik penyelesaian akhir dari suatu rangkaian listrik tertutup. Dalam bentuk permasalahan demikian maka akan di buat suatu aplikasi penghitung nilai kuat arus, nilai hambatan dari resistor, serta nilai tegangan dalam rangkaian listrik tertutup. Maka disini penulis membuat suatu aplikasi penghitung nilai hambatan resistor dengan sistem komputerisasi dengan menggunakan metode heuristik untuk mencari titiktitik penyelesaian rangkaian listrik tertutup dan menghitung nilai kuat arus, tegangan dan nilai hambatan (resistor) dan membuat hasil gambar rangkaian tersebut dan mendapatkan nilai dari elemen dari rangkaian yang telah berhasil di peroleh dari penyelesaian. Berdasarkan latar belakang pemilihan judul yang berkaitan langsung pada rangkaian listrik tertutup, maka yang menjadi permasalahan yang akan di teliti dan di uraikan disini adalah : 1. Bagaimana mengetahui nilai kuat arus, tahanan, dan nilai tegangan pada setiap bagian elemen yang di rancang? 2. Bagaimana proses membuat program untuk me nghitung nilai besar kuat arus, hambatan peng ganti dan tegangan dalam rangkaian listrik tert utup dengan menggunakan bahasa pemrograman Visual Basic 6.0.? 3. Bagaimana merancang gambar rangkaian hambatan seri, hambatan paralel dan hambatan dalam bentuk delta dan penyelesaiannya? Tujuan penyusunan skripsi ini adalah sebagai berikut : 1. Menerapkan metode Heuristik untuk mendapatkan titik-titik penyelesaian dari hasil rangkaian setelah dari paralel, atau delta menjadi rangkaian seri serta mendapatkan nilai kuat arus pada setiap elemen, nilai hambatan pada elemen resistor, dan nilai tegangan pada rangkaian resistor serta bentuk rangkaian hambatan setelah di sederhanakan dalam rangkaian tersebut. 2. Merancang aplikasi gambar rangkaian listrik p ada perangkat lunak untk dapat diterapkan menghitung nilai kuat arus, hambatan 58

2 pengganti, dan tegangan dalam rangkaian resistor dengan komputerisasi. Manfaat dari penyusunan skripsi ini adalah sebagai berikut: 1. Memanfaatkan perancangan perangkat luna k untuk menghitung nilai kuat arus, nilai h ambatan pengganti pada rangkaian akhir, dan nilai tegangan pada elemen dalam rangkaian re sistor dalam bentuk sistem komputerisasi 2. Meletakkan peranan metode heuristik dalam penyelesaian akhir dari rancangan rangkaian dan membuat perancangan gambar rangkaian pada perangkat lunak penghitung nilai kuat arus, hambatan pengganti, dan tegangan pada rangkaian dalam bentuk sistem komputerisasi 2. LANDASAN TEORI Rangkaian listrik adalah suatu bentuk rangkaian yang disusun oleh beberapa komponen (elemen) listrik yang terhubung satu sama lain. Komponen (elemen) listrik tersebut dapat berupa resistor (sebagai hambatan), sumb er tegangan (catu daya), lampu, saklar, transistor, IC, dan komponen komponen listrik lainnya. Perilaku suatu rangkaian dapat diungkapkan sepenuhnya dalam besaran satu dimensi, yang berkaitan dengan kedudukannya sepanjang lintasan yang menyusun rangkaian. Pada sebuah rangkaian listrik, hal hal yang menjadi pusat perhatian adalah tegangan dan arus di berbagai titik sepanjang rangkaian. Pada rangkaian yang tegangan dan arusnya konstan (tidak berubah dengan waktu), arus dibatasi oleh hambatannya. Secara umum, rangkaian listrik terbagi atas 2 macam, yaitu 1. Rangkaian listrik terbuka. 2. Rangkaian listrik tertutup. Rangkaian Listrik Terbuka Rangkaian listrik terbuka merupakan suatu bentuk rangkaian listrik dimana arus tidak dapat mengalir dalam rangkaian karena ada bagian dalam rangkaian yang tidak terhubung atau dihubungkan dengan komponen pemutus arus seperti saklar. Komponen komponen listrik dalam rangkaian listrik terbuka tidak dialiri oleh arus walaupun rangkaian listrik tersebut dihubungkan ke sumber tegangan (catu daya). Untuk lebih jelasnya, perhatikan gambar 1. Sebuah bola lampu dihubungkan pada sumber tegangan dengan sebuah saklar. Ketika saklar dimatikan (diputuskan), bola lampu tersebut tidak akan menyala walaupun sumber tegangan aktif. Sedangkan ketika saklar dihidupkan, bola lampu tersebut akan menyala, karena arus dapat mengalir melalui saklar menuju ke bola lampu. Pada keadaan ini, rangkaian menjadi suatu rangkaian listrik tertutup. Contoh rangkaian listrik terbuka dapat dilihat pada gambar di bawah ini: 12 V Gambar 1: rangkaian listrik terbuka Rangkaian Listrik Tertutup Rangkaian listrik tertutup merupakan rangkaian listrik yang dapat dialiri oleh arus listrik. Titik titik di sepanjang rangkaian listrik tertutup terdapat tegangan dan arus. Besar kuat arus dan tegangan dari masing masing elemen berbeda beda, tergantung pada hambatan dari elemen tersebut. Rangkaian listrik tertutup dapat dilihat pada gambar 2 dibawah ini V Gambar 2: rangkaian listrik tertutup Secara umum, terdapat 4 macam cara untuk menghubungkan elemen elemen listrik satu sama lain dalam rangkaian listrik, yaitu: 1. Menghubungkannya dengan hubungan rangkai an seri.rangkaian bentuk pada gambar 2 pada umumnya sering disebut sebagai Rangkaian Seri. 2. Menghubungkannya dengan hubungan rangkai an paralel pada tiap komponen 3. Menghubungkannya dengan hubungan gabung an seri dan paralel. Rangakaian ini di sebut dengan rangkaian campuran. 4. Menghubungkannya dengan hubungan delta dengan mengunakan jembatan wheatstone Rangkaian Seri Pada rangkaian seri, arus yang mengalir melalui setiap komponen sama. Tegangan pada masingmasing hambatan (resistor) bergantung R 1 kepada harga resistor tersebut. Jumlah tegangan total dari hambatan (resistor) pada rangkaian sama dengan tegangan catu daya (sumbertegangan). rangkaian seri dapat dilihat pada gambar 3 di bawah ini, R Vs Gambar 3: rangkaian seri Tegangan pada resistor R 1, R 2 dan R 3 dalam rangkaian listrik tertutup pada gambar 2.3 adalah menggunakan hubungan ser i bergantung pada besarnya hambatan dari masing masing resistor. Jumlah tegangan dari semua 59

3 resistor sama dengan tegangan sumber (Vs), sehingga dapat dirumuskan seperti berikut, Vs = V 1 + V 2 + V 3.1 dimana : Vs = besar tegangan catu daya (sumber tegangan). V 1 = besar tegangan pada resistor V 2 = besar tegangan pada resistor V 3 = besar tegangan pada resistor Sedangkan besarnya kuat arus untuk setiap resistor adalah sama, maka dari itu dapat dirumuskan seperti berikut, I = I 1 = I 2 = I dimana : I = besarnya kuat arus yang mengalir dalam rangkaian. I 1 = besar kuat arus pada resistor I 2 = besar kuat arus pada resistor I 3 = besar kuat arus pada resistor Sedangkan besarnya hambatan total dalam rangkaian adalah sama dengan jumlah hambatan dari resistor yang terdapat dalam rangkaian. Rumus perhitungan untuk mencari hambatan total dalam rangkaian dapat dirumuskan seperti berikut, R t = R 1 + R 2 + R 3 dimana : rangkaian. 3 R t = besar hambatan total dalam R 1 = besar hambatan dari resistor R 2 = besar hambatan dari resistor R 3 = besar hambatan dari resistor Rangkaian Paralel Pada rangkaian paralel, arus yang mengalir melalui setiap komponen bergantung pada besarnya hambatan dari masing masing resistor. Jumlah total arus dari semua hambatan (resistor) pada rangkaian adalah sama dengan besar kuat arus yang mengalir pada rangkaian. Sedangkan tegangan pada semua hambatan (resistor) pada rangkaian adalah sama besar. Rangkaian paralel dapat dilihat pada gambar 4 di bawah ini, R 2 R 3 I 2 I 3 Vs Gambar 4: rangkaian paralel Besar kuat arus pada setiap resistor R 1, R 2 dan R 3 adalah tidak sama tetapi bergantung pada besarnya hambatan dari masing masing resistor dalam rangkaian ini adalah hubungan paralel. Jumlah total arus dari semua resistor sama dengan besar kuat arus yang mengalir dalam rangkaian resistor ini, sehingga dapat dirumuskan seperti berikut, I = I 1 + I 2 + I 3. 4 dimana : I = besar kuat arus yang mengalir dalam rangkaian. I 1 = besar kuat arus yang mengalir pada resistor I 2 = besar kuat arus yang mengalir pada resistor I 3 = besar kuat arus yang mengalir pada resistor Sedangkan besar tegangan untuk setiap resistor adalah sama besar dan sama dengan tegangan catu daya (sumber tegangan), sehingga dapat dirumuskan seperti berikut, Vs = V 1 = V 2 = V 3 5 dimana : Vs = besar tegangan catu daya (sumber tegangan). V 1 = besar tegangan pada resistor V 2 = besar tegangan pada resistor V 3 = besar tegangan pada resistor Jembatan Wheatstone Hambatan listrik atau resistor digunakan untuk mengatur besarnya arus listrik dalam suatu rangkaian. Jika hambatan listrik dilalui arus listrik akan terjadi perubahan energi listrik menjadi energi kalor, dan hal ini merupakan prinsip kerja suatu alat listrik, misalkan kompor listrik dan setrika listrik. Hambatan listrik dari suatu pengantar (konduktor) adalah perbandingan dari beda potensial antara I 1 ujung konduktor dengan arus listrik yang melaluinya. Oleh karena itu salah satu cara untuk mengukur besar hambatan listrik dari suatu alat I 60

4 konduktor adalah dengan mengukur beda potensial dari ujung-ujungnya dengan menggunakan alat pengukur voltmeter dan juga mengukur arus listrik yang melaluinya dengan alat pengukur amperemeter. Berikut ini adalah penerapan hukum Kirchoff untuk memperoleh suatu persamaan nilai R 3 = R 4. Untuk melihat cara penerapan hokum Kirchoff, Pertama-tama perhatikanlah dengan cermat pada rangkaian jembatan wheatstone. Jembatan Wheatstone adalah susunan komponen - komponen elektronika yang dibuat berupa resistor dan catu daya seperti tampak pada gambar 5 berikut: Gambar 5: Rangkaian Resistor Jembatan Wheatstone nilai R sama persamaan di loop I dan persamaan di loop II, yaitu sebagai berikut : Persamaan di loop II maka ke Persamaan di loop III I 4. R 1 - I 5. R 3 - I 3. R 5 = 0 I 2. R 2 + I 3. R 5 - I 1. R 4 = 0 Jika tidak ada arus yang mengalir ke R 5 (I 3 = 0), maka Persamaan loop II Persamaan loop III I 2. R 2 - I 1. R 4 = 0 I 4. R 1 - I 5. R 3 = 0 Bagi persamaan di loop II dengan persamaan di loop I, maka akan di peroleh bentuk berikut Landasan teori rangkaian telah diletakkan kira kira 150 tahun lalu oleh Gustav Kirchoff, seorang profesor universitas di Jerman, yang percobaan percobaan cermatnya telah menghasilkan hukum hukum yang disebut dengan Hukum Kirchoff. Suatu simpul adalah titik tempat dua atau lebih cabang bertemu, dan suatu loop adalah lintasan tertutup yang dibentuk dengan menghubungkan cabang cabang. Metode Heuristik. Heuristik adalah sebuah teknik yang mengembangkan efisiensi dalam proses pencarian, namum dengan kemungkinan mengorbankan kelengkapan ( completeness). Untuk dapat menerapkan heuristik tersebut dengan baik dalam suatu domain tertentu, di perlukan suatu fungsi heuristik. Fungsi heuristik ini digunakan untuk mengevaluasi keadaan-keadaan problema individual dan menentukan seberapa jauh hal tersebut dapat digunakan untuk mendapatkan solusi yang di inginkan. 3. ANALISA DAN PERANCANGAN 3.1. Analisa Perancangan Aplikasi penghitung nilai kuat arus, hambatan pengganti, dan nilai tegangan pada rangkaian listrik tertutup, terutama pada rangkaian resistor menggunakan Visual Basic 6.0. Dengan melihat latar belakang masalah dal am pembuatan aplikasi penghitung kuat arus,hamb atan pengganti, dan tegangan dalam rangkaian listrik tertutup serta terutama pada rangkaianresistor ini a dalah perancangan aplikasidengan menggunakan visual basic 6.0 dan penerapan metode heuristik dalam sistem perancangan yang ada sekarang ini meliputi : 1. Rangkaian perancangan aplikasi dengan menggunakan rangkaian seri, rangkaian paralel, dan rangkaian delta pada rangkaian listrik tertutup terutama pada rangkaian resistor. 2. Penghitungan nilai total dari semua elemen di dalam rangkaian listrik tertutup terutama dalam rangkaian resistor di manfaatkan penggunaan rumus untuk mengetahui jalannya program dalam penggunaan visual basic Pada saat I 3 = 0, maka I 2 = I 4 dan I 1 = I 5, sehingga bentuk ini akan menjadi rumus seperti yang terlihat sebagai berikut: Hukum Rangkaian Analisa Sistem Aplikasi perancangan penghitung kuat arus, hambatan penggati, dan tegangan menggunakan pemograman visual basic 6.0 yang dibuat oleh Microsoft. Dalam perancangan sistem yang di pakai dalam perangkat lunak ini di utamakan dengan metode heuristik untuk penyelesaian hubungan rangkaian listrik, terutama rangkaian resistor yang berupa seperti campuran dan jembatan wheatstone. 61

5 3.3. Analisa Metode Heuristik. Heuristik adalah sebuah teknik yang mengembangkan efisiensi dalam proses pencarian, namum dengan kemungkinan mengorbankan kelengkapan ( completeness). Untuk dapat menerapkan heuristic tersebut dengan baik dalam suatu domain tertentu, di perlukan suatu fungsi heuristik. Fungsi heuristik ini digunakan untuk mengevaluasi keadaan-keadaan problema individual dan menentukan seberapa jauh hal tersebut dapat digunakan untuk mendapatkan solusi yang di inginkan Analisa dan Logika Metode Dalam penerapan metode heuristic dalam perancangan aplikasi perangkat lunak mempunyai spesifikasi meliputi penyelesaian hambatan pengganti dalam jembatan wheatstone, langsung kepada penyederhanaan, nilai dari resistor dalam rangkaian delta akan di sederhanakan untuk mendapatkan nilai hambatan pengganti, dan menghasilkan nilai dari kuat arus setelah rangkaian di didapatkan dari hubungan rangkaian delta menjadi rangkaian seri atau pun paralel. Dalam perancangan ini system pengolah nilai dan gambar rangkaian dari semua elemen dalam rangkaian dengan metode heuristic yaitu mencari jalan terdekat atau solusi yang cocok untuk menyelesaikan rangkaian delta tersebut, serta akan memaksimalkan waktu bagi penyedeharhanaan dalam rangkaian seri, paralel maupun rangkaian delta. Dalam rangkaian jembatan wheatstone atau rangkaian resistor delta ada karakter-karakter khusus dan simbol-simbol dengan huruf alphabet untuk menyimbolkan hambatan pengganti sesuai dengan aplikasi yang yang di rancang oleh pengguna di dalam perangkat lunak ini. Proses penerapan aplikasi dari metode heuristik pada perancangan aplikasi dari perangkat lunak penghitungan besar kuat arus, hambatan dan tegangan elemen dalam rangkaian listrik tertutup seperti di jabarkan dalam rangkaian jembatan wheatstone atau rangkaian delta dalam perancangan rangkaian resistor. 4. ALGORITMA DAN HASIL 4.1. Algoritma Hill Climbing Hill climbing (mendaki bukit) merupakan salah satu variasi metode buat dan uji (generate and test) dimana umpan balik yang berasal dari prosedur uji digunakan untuk memutuskan arah gerak dalam ruang pencarian (search). Dalam prosedur buat dan uji yang murni, respon fungsi uji hanyalah ya atau tidak. Dalam prosedur Hill Climbing, fungsi uji dikombinasikan dengan fungsi heuristik yang menyediakan pengukuran kedekatan suatu keadaan yang diberikan dengan tujuan (goal). Prosedur Hill Climbing : 1. Buatlah solusi usulan pertama dengan cara yang sama seperti yang dilakukan dalam prosedur buat dan uji ( generate and test). Periksalah apakah solusi usulan itu merupakan sebuah solusi. Jika ya, berhentilah. Jika tidak, kita lanjutkan ke langkah berikutnya. 2. Dari solusi ini, terapkan sejumlah aturan yang dapat diterapkan untuk membuat sekumpulan solusi usulan yang baru. 3. Untuk setiap elemen kumpulan solusi tersebut, lakukanlah hal-hal berikut ini : 1.Kirimkanlah suatu elemen ke fungsi uji. Jika elemen ini merupakan sebuah solusi, maka dalam pengujian berhentilah. 2.Jika tidak, periksalah apakah elemen ini merupakan yang terdekat dengan solusi yang telah diuji sejauh ini. Jika tidak teruji, buanglah elemen tersebut. 4. Ambillah elemen terbaik yang ditemukan di atas dan pakailah sebagai solusi usulan berikutnya. Langkah ini bersesuaian dengan langkah dalam ruang problema dengan arah yang muncul sebagai yang tercepat dalam mencapai tujuan. 5. Kembalilah ke langkah 2. Masalah-masalah yang mungkin timbul pada prosedur Hill Climbing : a. Maksimum lokal adalah suatu keadaan yang lebih baik daripada semua tetangganya namun masih belum lebih baik dari suatu keadaan lain yang jauh letaknya darinya. b. Daratan (Plateau) adalah suatu daerah datar dari ruang pencarian ( search) dimana semua himpunan keadaan tetangganya memiliki nilai yang sama. c. Punggung (Ridge ) adalah suatu daerah ruang pencarian ( search) yang lebih tinggi daripada daerah sekitarnya, namun tidak dapat dibalikkan oleh langkah langkah tunggal ke arah manapun. Solusinya: a. Melakukan langkah balik (backtracking) ke simpul yang lebih awal dan mencoba bergerak ke arah yang lain. b. Melakukan lompatan besar ke suatu arah untuk mencoba bagian ruang pencarian yang baru. Proses yang dilakukan komputer sebenarnya hanya ada 3 proses: input, proses data dan output. Dengan demikian, ketika ada suatu masalah yang akan diselesaikan dengan suatu software, maka hal yang perlu diidentifikasi adalah input, proses data dan output. Alur proses seperti pada di bawah ini 62

6 Tugas Akhir, Jurusan Teknik Informatika, Universitas Islam Indonesia, [5] Ario Suryokusumo, Microsoft Visual Basic 6.0, PT. Elex Media Komputindo, [6] Djoko Pramono, Mudah menguasai Visual Basic 6, PT. Elex Media Komputindo, [7] Rahadian Hadi, Pemrograman Windows API dengan Microsoft Visual Basic, PT. Elex Media Komputindo, [8] Ralph J. Smith, Rangkaian, Piranti dan Sistem, Edisi Keempat, Jilid 1, Penerbit Erlangga, [9] Marthen Kanginan, Fisika SMU, Penerbit Erlangga, [10] /jembatan-wheatsone.html [11] [12] 19/jembatan-wheatstone/ Gambar 6: Flowchart proses penghitungan Algoritma Pengecekan Input Struktur Rangkaian Algoritma ini digunakan untuk melakukan proses pengecekan struktur rangkaian yang di-input. Jika terdapat kesalahan, maka algoritma ini akan menghentikan proses kerja dari perangkat lunak dan menampilkan pesan kesalahan. 5. KESIMPULAN Setelah selesai merancang perangkat lunak penghitungan besar tegangan, kuat arus dan hambatan elemen ini, penulis menarik kesimpulan sebagai berikut : 1. Perangkat lunak mampu melakukan perhitungan besar tegangan dan kuat arus untuk setiap elemen resistor (hambatan). 2. Jumlah resistor yang dapat di-input tidak terbatas jika dalam pengembangan berikutnya dalam skala yang lebih besar. 3. Bentuk rangkaian dapat dirancang sesuai dengan input struktur rangkaian. DAFTAR PUSTAKA [1] Goldberg, D.E., Genetic Algorithms in Search, Optimization & Machine Learning, NewYork: Addison-Wesley, 1989 [2] Kusumadewi, S., Artificial Intelligence (Teknik dan Aplikasinya), Yogyakarta: Graha Ilmu, 2003 [3] Insertion Mutation, Seminar Nasional Aplikasi Teknologi Informasi, hlm: 1 s/d 5,2005 [4] Efendi, R., Penerapan algoritma semut untuk pemecahan masalah spanning tree pada kasus pemasangan jaringan kabel telepon. 63