PEMANFAATAN MODUL TERMOELEKTRIK GENERATOR UNTUK MENGISI BATERAI PONSEL
oleh Daniel Adven Andriyanto NIM : 612008012
Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga
Juli 2015
PEMANFAATAN MODUL TERMOELEKTRIK GENERATOR UNTUK MENGISI BATERAI PONSEL
oleh Daniel Adven Andriyanto NIM : 612008012
Skripsi ini telah diterima dan disahkan Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik dalam Konsentrasi Teknik Elektronika Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga
Disahkan oleh :
Pembimbing I
Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc. Tgl : ...................................
Pembimbing II
Deddy Susilo, M.Eng. Tgl : ............................
PENYATAAN BEBAS PLAGIAT
Saya yang bertanda tangan dibawah ini : NAMA
: Daniel Adven Andriyanto
NIM
: 612008012
JUDUL SKRIPSI
: Pemanfaatan Modul Termoelektrik Generator Untuk Mengisi Baterai Ponsel
Menyatakan bahwa skripsi tersebut bebas plagiat. Apabila ternyata ditemukan unsur plagiat didalam skripsi saya, maka saya bersedia mendapatkan sanksi apapun sesuai aturan yang berlaku.
Salatiga,
Juli 2015
Daniel Adven Andriyanto
INTISARI Sistem yang direalisasikan adalah suatu sistem yang memanfaatkan panas yang terbuang dari kompor gas portable, yang digunakan untuk memanaskan nesting atau rantang masak. Dengan menggunakan modul termoelektrik generator, energi panas dapat dikonversi menjadi energi listrik dengan memanfaatkan perbedaan temperatur. Dengan dasar itu skripsi ini bertujuan untuk merancang sistem pengisian baterai ponsel, menggunakan modul termoelektrik generator tipe TEP 1-12656-0.8. Hasil pengujian menunjukkan bahwa modul termoelektrik generator bisa menghasilkan tegangan 1 volt DC untuk posisi diatas dan 2,3 volt DC untuk posisi disamping. Keluaran sistem menghasilkan tegangan 4 volt DC ketika posisi alat diatas dan 5 volt DC ketika alat disamping, dan bisa digunakan untuk mengisi baterai ponsel blackberry tipe gemini. Dimensi alat dengan panjang 10 cm, lebar 10 cm, tinggi 8 cm dan bobot 540 gram. Efisiensi yang dihasilkan dari perubahan energi panas menjadi energi listrik sebesar 1,19 % untuk posisi diatas dan 3,6 % untuk posisi disamping.
i
ABSTRACT The system is realized by utilizing of waste heat from a portable gas stove, which is used to heat the nesting. By using a thermoelectric generator module, heat can be converted into electrical energy by exploiting the temperature difference. With that basis this thesis aims to design mobile phone battery charging systems, using thermoelectric generator module type of TEP 1-12656-0.8. Result of testing showed that the thermoelectric generator can generate voltage of 1 volt DC to above position and 2.3 volts DC to side position. Output system generates voltage 4 volt DC when in above and 5 volt DC in side position, and can be used to charge the phone battery type blackberry Gemini. This tool dimensions with a length of 10 cm, width 10 cm, height 8 cm and weighs 540 grams. The efficiency resulting from charges of heat energy into electrical energy by 1.19% at above and 3.6% at besides nesting.
ii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkat dan anugerah yang telah diberikan-Nya pada penulis. Sehingga penulis dapat menyelesaikan perancangan serta penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana. Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terimakasih kepada berbagai pihak baik secara langsung maupun tidak telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini : 1. Tuhan Yesus Kristus atas kasih karunia dan penyertaan yang diberikan-Nya sehingga penulis bisa mengerjakan dan menyelesaikan skripsi dengan baik 2. Keluarga penulis bapak Djarmintoro, ibu Luntiah, mbak Ester dan saudarasaudara saya yang tidak bisa disebutkan satu persatu. Terimakasih atas semangat dan motivasinya secara langsung maupun tidak langsung, dukungan dari kalian selalu membuatku bersemangat mengerjakan skripsi ini. 3. Bapak Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc. dan Deddy Susilo, M.Eng selaku pembimbing I dan pembimbing II. Terimakasih atas arahan, bimbingan dan pengajarannya sehingga dapat menyelesaikan skripsi ini. 4. Seluruh staff dosen, karyawan dan laboran FTEK, Mbak Rista, Mbak Vera, Mbak Dita, Pak Budi, Pak Harto, Pak Bambang serta Mas hari. 5. Arlinda yang selalu ada dalam susah senang, selalu memberi semangat dan mendoakan dalam kondisi apapun. 6. Bang deka, face, hendro, dung, gendud, eko, cesar, anak-anak 2009, dan yang lainnya yang selalu ada menemani hari-hari di lab skripsi. 7. Teman-teman seangkatan 2008 yang tidak bisa disebutkan satu persatu. 8. Temen-temen RCSM yang selalu ada dalam kondisi susah, senang, sedih, dan bahagia. 9. Temen-temen futsal, sepak bola, dota, naik gunung, dan teman-teman lainnya.
iii
10. Dan berbagai pihak yang tidak bisa disebutkan satu persatu, terimakasih buat semuanya.
Sebagai kalimat penutup, penulis mengharapkan skripsi ini dapat member manfaat yang krusial bagi pihak yang membacanya. Karena kekurangan dan keterbatasan yang penulis miliki menjadikan skripsi ini jauh dari sempurna. Maka dari itu kritik dan saran yang membangun akan saya terima dengan besar hati
Salatiga, Juli 2015 Penulis
Daniel Adven Andriyanto
iv
DAFTAR ISI INTISARI
................................................................................................................
i
ABSTRACT ...............................................................................................................
ii
KATA PENGANTAR ..................................................................................................
iii
DAFTAR ISI ................................................................................................................
v
DAFTAR GAMBAR ......................................................................................................... vii DAFTAR TABEL ............................................................................................................... ix DAFTAR SINGKATAN ..................................................................................................... x BAB I
BAB II
BAB III
PENDAHULUAN .................................................................................
1
1.1. Tujuan ........................................................................................
1
1.2. Latar Belakang ...........................................................................
1
1.3. Spesifikasi Sistem .......................................................................
2
1.4. Sistematika Penulisan .................................................................
2
LANDASAN TEORI ............................................................................
4
2.1. Efek Termoelektrik .....................................................................
4
2.1.1. Efek Seebeck ...............................................................
4
2.1.2. Efek Peltier .................................................................
6
2.1.3. Efek Thomson .............................................................
7
2.2. Elemen Termoelektrik .................................................................
8
2.2.1. Figure of Merit .............................................................
9
2.2.2. Efisiensi, Perbedaan Temperatur dan Figure of Merit. .
11
2.3. Modul Termoelektrik ...............................................................
12
2.3.1. TEG ...........................................................................
12
2.3.2. TEC ..........................................................................
13
2.3.3. Efisiensi modul termoelektrik ...................................
14
2.4. Dc-dc Step Up Converter ...........................................................
15
2.4.1. Integrated Circuit (IC) MAX756 ...............................
15
2.5. Konektor USB ...........................................................................
16
PERANCANGAN SISTEM ..................................................................
17
3.1. Gambaran Alat ..........................................................................
17
3.2. Perancangan Mekanik ...............................................................
18
3.3. Termoelektrik Generator ............................................................
20
v
3.3.1. Termoelektrik Generator TEP 1-12656-0.8 ................
21
Perancangan Perangkat Keras ...................................................
24
3.4.1. Dc-dc Step Up Converter ............................................
24
3.4.2. USB Konektor ............................................................
26
PENGUJIAN DAN ANALISIS ............................................................
28
4.1. Pengujian Termoelektrik Generator ..........................................
28
4.2. Pengujian Dc-dc Step Up Converter ..........................................
33
4.3. Pengujian USB konektor ...........................................................
34
4.3. Pengujian Alat Keseluruhan .......................................................
36
KESIMPULAN DAN SARAN .............................................................
42
5.1. Kesimpulan ...............................................................................
42
5.2. Saran Pengembangan ................................................................
42
DAFTAR PUSTAKA .................................................................................................
44
LAMPIRAN ...............................................................................................................
45
3.4.
BAB IV
BAB V
vi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram untai seebeck A dan B adalah logam yang berbeda ...................
5
Gambar 2.2. Skema Efek Seebeck .................................................................................
6
Gambar 2.3. Skema Efek Peltier ....................................................................................
7
Gambar 2.4. Pergerakan ion pada logam .......................................................................
9
Gambar 2.5. Nilai Figure of Merit dari bahan semikonduktor yang berbeda-beda .....
11
Gambar 2.6. Efisiensi terhadap beda temperature dalam pengaruh ZT .........................
12
Gambar 2.7. Termoelektrik Generator ...........................................................................
13
Gambar 2.8. Termoelektrik Cooler ................................................................................
14
Gambar 2.9. Perbandingan efisiensi peltier dengan pembangkit daya yang lain ...........
15
Gambar 2.10. Konfigurasi pin IC MAX 756 .................................................................
15
Gambar 2.11. Konfigurasi USB female ..........................................................................
16
Gambar 3.1. Blok Diagram alat .....................................................................................
17
Gambar 3.2. Penampang awal .......................................................................................
18
Gambar 3.3. Peredam panas bubble laminated foil .......................................................
18
Gambar 3.4. Heat sink ....................................................................................................
19
Gambar 3.5. Kipas DC ...................................................................................................
19
Gambar 3.6. Antarmuka permukaan yang tidak rata .....................................................
20
Gambar 3.7. Termoelektrik generator TEP-1-12656-0.8 ...............................................
22
Gambar 3.8. Grafik keluaran tegangan dengan beban V dan Th (T panas) terhadap variasi Tc (T dingin) .................................................................................
22
Gambar 3.9. Grafik keluaran arus dengan beban V dan Th (T panas) terhadap variasi Tc (T dingin) ..................................................................................................
23
Gambar 3.10. Grafik keluaran daya dengan beban V dan Th (T panas) terhadap variasi Tc (T dingin) ...........................................................................................
23
Gambar 3.11. Skema modul dc-dc step up converter .....................................................
25
Gambar 3.12. Realisasi untai dc-dc step up converter ...................................................
25
Gambar 3.13. Skema konektor USB female ..................................................................
26
Gambar 3.14. Realisasi untai konektor USB .................................................................
26
Gambar 4.1. Kompor gas portable sebagai sumber panas .............................................
28
Gambar 4.2. Nesting yang digunakan untuk memasak sebagai konduktor panas ..........
28
vii
Gambar 4.3. Grafik percobaan awal tanpa menggunakan heat sink dalam waktu yang singkat dan keadaan nesting yang sudah panas ........................................
29
Gambar 4.4. Grafik percobaan awal menggunakan heat sink dalam waktu yang singkat dan keadaan nesting yang sudah panas .....................................................
30
Gambar 4.5. Grafik percobaan menggunakan heat sink dari awal memanaskan air perbedaan temperatur terhadap waktu ......................................................
31
Gambar 4.6. Grafik percobaan menggunakan heat sink dari awal memanaskan nesting, perbedaan tegangan terhadap perbedaan temperatur ................................
32
Gambar 4.7. Indikator dc-dc step up converter menyala, menandakan sudah bisa bekerja ...............................................................................................................
32
Gambar 4.8. Pengujian dc-dc step up converter masukan 0.7 Volt ...............................
33
Gambar 4.9. Pengujian dc-dc step up converter masukan dan keluaran ........................
33
Gambar 4.10. Rangkaian USB konektor ........................................................................
34
Gambar 4.11. Pengukuran tegangan pada data 1 dan data 2 USB konektor ..................
34
Gambar 4.12. Indikator ponsel menyala proses pengisian baterai ................................
35
Gambar 4.13. Grafik percobaan perbedaan temperatur terhadap waktu ........................
36
Gambar 4.14. Grafik percobaan perbedaan tegangan pada keluaran TEG terhadap beda temperatur ..................................................................................................
37
Gambar 4.15. Grafik percobaan perbedaan temperatur tegangan masukan dc-dc step up converter terhadap perbedaan temperatur .................................................
37
Gambar 4.16. Grafik percobaan perbedaan tegangan keluaran dc-dc step up converter terhadap perbedaan temperature ...............................................................
38
Gambar 4.17. Grafik percobaan perbedaan arus terhadap perbedaan temperatur ..........
38
Gambar 4.18. Grafik percobaan perbedaan tegangan terhadap perbedaan temperatur ..
39
Gambar 4.19. Grafik percobaan perbedaan tegangan terhadap perbedaan temperatur di samping ................................................................................................... ..
viii
41
DAFTAR TABEL
Tabel 2.1. Deskripsi pin IC MAX 756.............................................................................
16
Tabel 2.2. Deskripsi pin USB female ............................................................................
16
Tabel 3.1. Spesifikasi TEP 1-12656-0.8 ........................................................................
21
Tabel 4.1. Percobaan awal tanpa menggunakan heat sink dalam waktu yang singkat dan keadaan nesting yang sudah panas ...........................................................
29
Tabel 4.2. Percobaan awal menggunakan heat sink dalam waktu yang singkat dan keadaan nesting yang sudah panas ...........................................................
30
Tabel 4.3. Percobaan menggunakan heat sink dari awal memanaskan air .....................
31
Tabel 4.4. Percobaan keseluruhan alat ...........................................................................
36
Tabel 4.5. Percobaan keseluruhan alat ketika ditaruh samping ......................................
40
ix
DAFTAR SINGKATAN GPS
Global Positioning System
EMF
Electromotive Force
TEG
Thermoelectric Generator
TEC
Thermoelectric Cooler
IC
Integrated Circuit
USB
Universal Serial Bus
DC
Direct Current
x
