1
KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC-12706 UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK
SKRIPSI
Diajukan Oleh : BAGINDA HELBIN 100801046
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
Universitas Sumatera Utara
2
KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC-12706 UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK
SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
Diajukan Oleh : BAGINDA HELBIN 100801046
DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015
Universitas Sumatera Utara
i
PERSETUJUAN
Judul
Kategori Nama Nomor Induk Mahasiswa Program Studi Departemen Fakultas
: KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC-12706 UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADILISTRIK : SKRIPSI : BAGINDA HELBIN : 100801046 : SARJANA (S1) FISIKA : FISIKA : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) USU
Disetujui di : Medan, Februari 2016
Komisi Pembimbing : Pembimbing 2,
Drs. Kurnia Brahmana, M.Si NIP: 196009301986011001
Pembimbing 1,
Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc NIP: 196006031986011002
Disetujui oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua,
Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003
Universitas Sumatera Utara
ii
PERNYATAAN
KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC-12706 UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sebelumnya.
Medan, Februari 2016
BAGINDA H 100801046
Universitas Sumatera Utara
iii
UCAPAN TERIMA KASIH
Pertama-tama penulis mengucapkan puji dan syukur kepada Tuhan Yang MahaKuasa atas selesainya skripsi ini. Penulis menyadari bahwadalam penyusunan skripsi ini penulis mendapat banyak bimbingan, arahan, motivasi, semangat maupun saran dari berbagai pihak, sehingga setiap kesulitan yang dihadapi penulis dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini dengan ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1.
Orang tua penulis tercinta yang telah merawat dan mendidik penulis dan juga selalu memberikan doa dan dukungan dari segi moril maupun materil, serta memberikan perhatian dan kasih sayang kepada penulis.
2.
Bapak Dr. Marhaposan Situmorang., selaku Ketua Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara.
3.
Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc., selaku Dosen Pembimbing I dan Bapak Drs. Kurnia Brahmana, MS., selaku Dosen Pembimbing II yang tiada henti membimbing, dan memotivasi penulis dalam penulisan tugas akhir ini hingga akhirnya dapat selesai.
4.
Bapak Tuaraja Simbolon, S.Si, M.Si., selaku dosen wali yang selalu memberikan arahan dan nasihat-nasihatselama perkuliahan hingga akhirnya penulis dapat mencapai tahap penulisan tugas akhir.
5.
Kepada Dosen-dosen FISIKA USU yang tidak dapat disebutkan satu per satu namanya, yang telah mendidik penulis.
6.
Kepada Keluarga besar Sitorus dan Napitupulu, yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini.
7.
Adik-adik penulis, Bilian dan Aurora juga kepada sepupu penulis, Jernih, Naomi, Lady, dan Rahel yang telah memberikan semangat yang luar biasa kepada penulis.
8.
Teman-teman stambuk 2010 “Physics Inside” yang selama ini berjuang bersama-sama dalam perkuliahan di Departemen Fisika USU.
Universitas Sumatera Utara
iv
9.
Adik-adik “Physics Glory” terutama Kristin, Samuel, Kristian yang telah membantu selama penulisan tugas akhir ini dan memberikan dukungan kepada penulis.
10. Kepada teman-teman penulis yang namanya tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih buat dukungan yang diberikan dalam penulisan skripsi ini.
Hormat Penulis,
Baginda H
Universitas Sumatera Utara
v
KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC-12706 UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK
ABSTRAK
Telah dilakukan pengujian untuk menentukan karakteristik elemen Peltier TEC-12706 dalam penggunaannya sebagai termoelektrik generator dengan sistem kerja berdasarkan efek Seebeck. Dengan mempertahankan temperatur pada sisi dingin elemen Peltier dan memfariasikan temperatur pada sisi panas, dengan menggunakan termokopel untuk mengukur nilai temperatur pada kedua sisi dan dengan menggunakan sensor arus ACS-712 untuk mengukur nilai keluaran arus, dan sensor tegangan untuk melihat nilai tegangannya. Dengan demikian kita dapat melihat seberapa besar nilai daya maksimum yang mampu dihasilkan oleh elemen Peltier TEC-12706. Dalam perannya sebagai TEG (Termoelektrik Generator). Kata kunci : TEG (Termoelektrik Generator), Elemen Peltier, Karakteristik Elemen Peltier
Universitas Sumatera Utara
vi
KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK MEMANFAATKAN ELEMEN PELTIER TEC-12706
ABSTRACT
Research have been done for characterise Peltier element TEC - 12706 in its usage as a thermoelectric generator with a function system based on the Seebeck effect. By maintaining the temperature on the cool side of the Peltier element and temperature variation on the hot side, using a thermocouple to measure the temperature value on both sides and using the ACS - 712 current sensor to measure the value of output current and voltage sensors to see the value of the voltage. Thus we can see how much the value of the maximum power that can be produced by a Peltier element TEC - 12706. In his role as TEG ( Thermoelectric Generator ) .
Keywords : TEG (Termoelectric Generator), Peltier Element, Characterization Peltier Element
Universitas Sumatera Utara
vii
DAFTAR ISI
Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar isi Daftar tabel Daftar gambar Daftar lampiran
Halaman i ii iii v vi vii ix x xi
Bab 1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang 1.2 Rumusan Masalah 1.3 Tujuan 1.4 Batasan Masalah 1.5 Manfaat penelitian 1.6 Sistematika penulisan
1 3 3 3 3 3
Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Termoelektrik 2.2 Efek termoelektrik 2.2.1 Efek Seebeck 2.2.2 Efek Peltier 2.3 Modul termoelektrik 2.3.1 Pendingin termoelektrik 2.3.2 Termoelektrik Generator 2.4 Sensor 2.4.1 Sensor termal 2.4.2 Sensor arus 2.4.3 Sensor tegangan 2.5 MAX-6675 2.6 MAX-232 dan RS-232 2.7 Mikrokontrol 2.8 Heatsink
5 9 10 14 15 18 20 22 24 26 28 29 30 32 34
Bab 3. Perancangan alat 3.1 Diagram blok 3.2 Rangkaian alat 3.2.1 Rangkaian Sensor arus (ACS-712) 3.2.2 Rangkaian Sensor tegangan
39 40 40 41
Universitas Sumatera Utara
viii
3.2.3 Rangkaian MAX-232 3.2.4 Rangkaian MAX-6675 3.2.5 Rangkaian Mikrokontrol 3.3 Diagram alir penelitian
42 43 45 46
Bab 4. Hasil dan Pembahasan 4.1 Pengujian alat 4.2 Variasi pengujian 4.2.1 pengujian alat tanpa pemberian beban 4.2.2 pengujian alat dengan beban sebesar 10Ω
47 47 47 66
Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan 5.2 Saran
84 84
DAFTAR PUSTAKA
85
LAMPIRAN
86
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR TABEL
Nomor Tabel
Judul
Halaman
2.1
Interface RS-232
32
4.1
Data pengujian tanpa beban pengujian I
47
4.2
Data pengujian tanpa beban pengujian II
49
4.3
Data pengujian tanpa beban pengujian III
51
4.4
Data pengujian tanpa beban pengujian IV
53
4.5
Data pengujian tanpa beban pengujian V
55
4.6
Data pengujian tanpa beban pengujian VI
57
4.7
Data pengujian tanpa beban pengujian VII
59
4.8
Data pengujian tanpa beban pengujian VIII
61
4.9
Data rata-rata pengujian tanpa beban
63
4.10
Data pengukuran tegangan dan arus pengujian I
65
4.11
Data pengukuran tegangan dan arus pengujian II
67
4.12
Data pengukuran tegangan dan arus pengujian III
69
4.13
Data pengukuran tegangan dan arus pengujian IV
71
4.14
Data pengukuran tegangan dan arus pengujian V
73
4.15
Data pengukuran tegangan dan arus pengujian VI
75
4.16
Data pengukuran tegangan dan arus pengujian VII
77
4.17
Data pengukuran tegangan dan arus pengujian VIII
79
4.18
Data rata-rata pengukuran tegangan dan arus
81
Universitas Sumatera Utara
x
DAFTAR GAMBAR
Nomor Gambar 2.1 2.2 2.3 2.4 2.5 2.6 2.7 2.8 2.9 2.10 2.11 2.12 2.13 2.14 3.1 3.2 3.3 3.4 3.5 3.6 3.7 4.1 4.2 4.3 4.4 4.5 4.6 4.7 4.8 4.9 4.10 4.11 4.12 4.13 4.14 4.15 4.16 4.17 4.18
Judul
Halaman
Efek Seebeck Efek Peltier Efek Seebeck Efek Peltier Contoh modul termoelektrik Pendingin termoelektrik Termoelektrik generator Termokopel Sensor arus IC ACS-712 Diagram dari ACS-712 Sensor tegangan digital rangkaian pembagi tegangan sebagai sensor tegangan analog IC MAX-232 Heatsink Diagram blok kerja alat Rangkaian Sensor Arus Rangkaian Pembagi tegangan (sensor tegangan) Rangkaian MAX-232 Rangkaian Standar MAX-6675 Rangkaian ATMEGA-8535 Diagram Alir sistem kerja alat Grafik ΔT vs V pengujian I Grafik ΔT vs V pengujian II Grafik ΔT vs V pengujian III Grafik ΔT vs V pengujian IV Grafik ΔT vs V pengujian V Grafik ΔT vs V pengujian VI Grafik ΔT vs V pengujian VII Grafik ΔT vs V pengujian VIII Grafik ΔT vs V rata-rata Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian I Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian II Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian III Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian IV Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian V Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VI Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VII Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VIII Grafik data rata-rata pengukuran tegangan dan arus
6 7 11 15 16 19 21 26 27 27 28 29 31 37 39 41 42 43 44 45 46 49 51 53 55 57 59 61 63 65 67 69 71 73 75 77 79 81 83
Universitas Sumatera Utara
xi
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran 1 2 3 4 5
Judul
halaman
Pemasangan dan pengujian alat Program pada alat Program tampil pada visual basic Rangkaian utuh alat Data sheet tec-12706 sebagai thermoelectric generator
86 90 99 102 103
Universitas Sumatera Utara
