PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

PLAGIAT PLAGIATMERUPAKAN MERUPAKANTINDAKAN TINDAKANTIDAK TIDAKTERPUJI TERPUJI

GENERATOR TERMOELEKTRIK YANG TERSUSUN DARI RANGKAIAN SERI DELAPAN ELEMEN TERMOELEKTRIK UNTUK CHARGER HANDPHONE

TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

Disusun oleh: Sihol Mardongan Simanungkalit NIM : 085214043

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2013

i


THERMOELECTRIC GENERATOR COMPOSED OF CIRCUIT SERIES OF EIGHT ELEMENTS THERMOELECTRIC FOR HANDPHONE CHARGING

FINAL PROJECT PRESENTED AS PARTIAL FULFILLEMENT OF REQUIREMENT TO OBTAIN THE SARJANA TEKNIK DEGREE IN MECHANICAL ENGINEERING

By: Sihol Mardongan Simanungkalit NIM : 085214043

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA 2013

ii


iii


iv


v


vi


INTISARI Tugas akhir ini dibuat untuk mengatasi masalah dalam pengisian baterai handphone ketika masyarakat yang berada didaerah terpencil yang belum teraliri listrik Alternating Current (AC) PLN. Didaerah perkotaan dan desa-desa yang sudah maju energi listrik sangat mudah didapatkan, tetapi di daerah-daerah terpencil yang belum terdapat jaringan listrik tidak mudah didapatkan atau bahkan tidak tersedia. Tujuan yang ingin dicapai dalam tugas akhir ini untuk menjajaki kemungkinan penggunaan thermoelektrik sebagai pembangkit energi listrik untuk membantu pengisian baterai handphone dengan memanfaatkan sumber panas api pada sisi panas dan penggunaan air pada sisi d ingin. Alat ini terdiri dari modul thermoelektrik TEC-12706 sebanyak 8 buah tersusun seri yang dapat mengkonversikan energi panas dan dingin menjadi pembangkit energi listrik DC. Thermoelektrik ini berbahan bismuth telluride dan berukuran 4cm x 4cm. Alat ini menggunakan plat alumunium sebagai medium perambatan panas yang bersentuhan ke sisi panas termoelektrik. Sisi dingin menggunakan bak penampung berbahan alumunium yang dialiri air. Perbedaan temperatur pada kedua sisi termoelektrik mengakibatkan munculnya energi listrik. Hasil yang dicapai dari penelitian ini adalah generator thermoelektrik dengan rangkaian seri dapat digunakan untuk pengisian baterai handphone (charger). Selisih suhu antara sisi panas dan sisi dingin dari thermoelektrik generator saat keadaan steadi adalah : (a) 25,4 ᴼC untuk debit 1,5 liter/menit (b) 22 ᴼC untuk 1,9 liter/menit (c) untuk debit 0,8 liter/menit tidak dicapai keadaan steadi, suhu cenderung meningkat dan mencapai ΔT = 66,8ᴼC setelah 34 menit. Pada tegangan kerja sekitar 5 volt, nilai arus listrik yang dihasilkan termoelektrik generator saat keadaan stedi adalah : (a) 152,1 mA untuk debit 0,8 liter/menit (b) 135 mA untuk debit 1,5 liter/menit (c) 108,2 mA untuk debit 1,9 liter/menit.

vii


MOTT0 Berpikir logis akan membawa kamu dari A ke B. Imajinasi akan membawa kamu kemanapun “Albert Einstein”

Bekerjalah bagaikan tak butuh uang. Mancintailah bagaikan tak pernah tersakiti. Menarilah bagaikan tak seorangpun sedang menonton “Mark Twain”

Jalan orang bodoh lurus dalam anggapannya sendiri, tetapi siapa mendengarkan nasihat, ia bijak “Amsal 12:15”

viii


KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur hanya kepada Tuhan Yang Maha Esa dengan izinnya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir

ini. Penulis

menyadari selama proses penyusunan Tugas Akhir ini ada banyak hambatan dan kesulitan yang dihadapi, namun semua itu dapat dilalui berkat bantuan semangat dan motivasi dari berbagai pihak. Untuk itu, dalam kesempatan ini kami ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada : 1. Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga Tugas Akhir ini berjalan dengan lancar. 2. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 3. Ir. Petrus Kanisius Purwadi M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin, Dosen Pembimbing Akademik sekaligus Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak memberi motivasi selama kuliah dan proses penyelesaian Tugas Akhir ini. 4. Seluruh Dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 5. Keluargaku bapak dan ibuku atas cinta, kasih sayang kalian yang tak penah henti-hentinya mendoakan dan memberi semangat. 6. Abang dan kakakku serta semua keponakanku atas semua doa-doa kalian. 7. Florentina Eki Supra Bawati atas cinta, doa dan semangat yang tak putus.

ix


8. Sahabat sahabat terbaik (ady, item, buser, ryan, samy) atas semangat dan kebersamaan. 9. Keluarga besar Persaudaraan Beladiri Prisai Sakti Mataram (PSM) Dema ngan atas dukungan dan doa. 10. Seluruh Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. Penulis menyadari bahwa masih banyak hal yang perlu diperbaiki dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan masukan dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya. Sekian dan Terimakasih. Yogyakarta, 12 Agustus 2013

Penulis

x


DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL .......................................................................................

i

HALAMAN JUDUL (INGGRIS). ...................................................................

ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING. .............................................

iii

HALAMAN PENGESAHAN ..........................................................................

iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA..........................................................

v

PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI. ...........................................

vi

INTISARI. ........................................................................................................

vii

MOTTO............................................................................................................

viii

KATA PENGANTAR .....................................................................................

ix

DAFTAR ISI ....................................................................................................

x

DAFTAR TABEL. ...........................................................................................

xi

DAFTAR GAMBAR. ......................................................................................

xii

BAB I. PENDAHULUAN ..............................................................................

1

1.1 Latar Belakang .....................................................................................

1

1.2 Tujuan...................................................................................................

2

1.3 Perumusan Masalah .............................................................................

3

1.4 Pembatasan Masalah ...........................................................................

3

1.5 Manfaat.................................................................................................

4

BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA................................

5

2.1 Dasar Teori ..........................................................................................

5

2.1.1 Perpindahan Kalor Konduksi ......................................................

6

xi


2.1.2 Perpindahan Kalor Konveksi.......................................................

8

2.1.3 Thermoelektrik ............................................................................

9

2.1.3.1 Efek Seebeck. ....................................................................

11

2.1.3.2 Efek Peltier. .......................................................................

12

2.1.3.3 Efek Thomson ...................................................................

13

2.1.3.4 Thermoelektrik Generator (TEG)......................................

14

2.1.3.5 Arus dan Tegangan............................................................

15

2.1.3.6 IC 7805. .............................................................................

17

2.2 TINJAUAN PUSTAKA ......................................................................

18

BAB III. PERANCANGAN ALAT, PROSES PEMBUATAN ALAT DAN METODE PENELITIAN ...................................................................

20

3.1 Perancangan Alat.................................................................................

20

3.1.1. Penjelasan Cara Kerja Charger Handphone. ........................

21

3.1.2. Skema Pengujian Alat ..........................................................

22

3.1.3. Penjelasan Cara Kerja ..........................................................

22

3.2 Proses Pembuatan alat ........................................................................

23

3.2.1 Bahan Rancangan, Bahan Penelitian, dan Alat-alat yang digunakan. ............................................................................

23

3.2.2. Sarana dan Alat-alat yang digunakan. .................................

24

3.2.3

Langkah- langkah Pengerjaan...............................................

24

3.2.3.1 Persiapan. .......................................................................

24

3.2.3.2 Pengerjaan......................................................................

25

3.3 Metodologi Penelitian .........................................................................

26

xii


3.3.1 Skematis Pengujian.................................................................

26

3.3.2 Variasi Penelitian. ...................................................................

26

3.3. 3 Peralatan. ...............................................................................

26

3.3.4 Cara Memperoleh Data. .........................................................

27

3.3.5 Cara Mengolah dan Menganalisa Data. .................................

27

BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ...............................

28

4.1 Hasil Pengambilan Data Penelitian. ....................................................

28

4.1.1 Data Penelitian Variasi I. ........................................................

28

4.1.2 Data Penelitian Variasi II........................................................

31

4.1.3 Data Penelitian Variasi III. .....................................................

34

4.2 Pembahasan. ........................................................................................

38

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN...........................................................

41

5.1 Kesimpulan..........................................................................................

41

5.2 Saran ....................................................................................................

41

DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................

42

LAMPIRAN

43

..............................................................................................

xiii


DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Hasil Variasi Debit Air I .........................................................

28

Tabel 4.2 Data Hasil Variasi Debit Air II. .......................................................

32

Tabel 4.3 Data Hasil Variasi Debit Air III. ......................................................

35

xiv


DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Skema Rangkaian Peltier..............................................................

3

Gambar 2.1 Perpindahan Kalor secara Konduksi. ...........................................

7

Gambar 2.2 Perpindahan Kalor secara Konveksi. ............................................

9

Gambar 2.3 Termoelektrik ...............................................................................

11

Gambar 2.4 Skema Termoelektrik Generator ..................................................

14

Gambar 2.5 IC 7805 ........................................................................................

18

Gambar 3.1 Rancangan Charger HP ................................................................

20

Gambar 3.2 Detil Pembangkit Listrik Termoelektrik. .....................................

20

Gambar 3.3 Skema pengujian Alat. .................................................................

22

Gambar 3.4 Bak penampung Air .....................................................................

25

Gambar 3.5 Rangka. .........................................................................................

26

Gambar 4.1 Hubungan antara Selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit ..............................................................................

30

Gambar 4.2 Hubungan antara Tegangan dan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit .....................................................................................................

30

Gambar 4.3 Hubungan antara Arus dan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit..

31

Gambar 4.4 Hubungan antara selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 1,5 liter/menit ..............................................................................

33

Gambar 4.5 Hubungan antara Tegangan dan Waktu pada debit air 1,5 liter/menit ……………………………………………………………….....

33

Gambar 4.6 Hubungan antara Arus dan Waktu pada debit air 1,5 liter/menit..

34

xv


Gambar 4.7 Hubungan antara selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 1,9 liter/menit ..............................................................................

36

Gambar 4.8 Hubungan antara Tegangan dan Waktu pada debit air 1,9 liter/menit .....................................................................................................

36

Gambar 4.9 Hubungan antara Arus dan Waktu pada debit air 1,9 liter/menit.. 37 Gambar 4.10 Hubungan antara ΔT dan Waktu dengan variasi berbagai debit air................................................................................................

38

Gambar 4.11 Hubungan antara Tegangan (V) dan Waktu de ngan berbagai debit air...............................................................................................

39

Gambar 4.12 Hubungan antara Arus (mA) dan Waktu dengan variasi berbagai debit air.......................................................................................

xvi

40


BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Sistem komunikasi saat ini berkembang sangat pesat. Salah satu alat yang sangat populer digunakan oleh masyarakat adalah telepon genggam yang sering disebut handphone. Jumlah penggunaan handphone pada tahun 2013 mencapai 125.000.000 dengan tingkat prosentase sebesar 53% pertahunnya, yang berarti penggunaan handphone meningkat sebanyak 53.000.000 setiap tahunnya (Tribunnews.com, 2013). Handphone merupakan alat komunikasi yang saat ini paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Keberadaan handphone seakan tidak bisa digantikan dengan alat komunikasi lainnya karena sifatnya yang praktis dan dapat dibawa kemana- mana. Penggunaan handphone secara terus- menerus tentu mengurangi sumber daya pada baterai yang digunakan, sehingga perlu dilakukan charging baterai handphone. Charging baterai handphone biasanya menggunakan adaptor yang dihasilkan dari sumber daya Alternating Current (AC) PLN yang ada di rumahrumah. Pengguna handphone belum tentu berada di rumah atau di tempat yang menyediakan sumber daya AC serta terjadinya pemadaman listik di rumah. Demikian juga terjadi saat pengguna berada di daerah terpencil atau di pegunungan yang tidak tersedia sumber listrik. Krisis energi yang terjadi saat ini menjadi masalah besar bagi manusia pada umumnya. Energi tak terbarukan yang semakin habis cadangannya,

5


6

sementara kebutuhan manusia akan energi tak terbarukan cukup tinggi. Oleh karena itu, dibutuhkan sebuah teknologi untuk mengatasi krisis energi. Semakin majunya ilmu pengetahuan dan teknologi masa kini, membuat manusia mulai berfikir untuk menciptakan suatu piranti yang dapat mengatasi krisis energi tersebut dengan mengembangkan alat-alat untuk mengatasi krisis energi dengan teknologi tepat guna. Media yang menarik untuk mengatasi penyediaan sumber daya listrik adalah termoelektrik. Teknologi termoelektrik merupakan sumber alternatif dalam menjawab kebutuhan energi tersebut. Termoelektrik adalah salah satu piranti yang dapat mengkonversi panas menjadi energi listrik atau sebaliknya energi listrik menjadi panas. Pada prinsipnya termoelektrik dalam mengkonversi panas menjadi energi listrik dengan menggunakan efek Seebeck. Saat ini termoelektrik banyak digunakan sebagai alat untuk pendinginan atau pemanas yang jarang digunakan sebagai pembangkit listrik. Krisis energi tersebutlah yang mendasari dilakukannya penelitian ini, sehingga diharapkan dapat membantu masyarakat dalam mengatasi krisis energi yang terjadi saat ini dengan menggunakan termoelektrik sebagai pembangkit listrik untuk charger handphone. 1.2. Tujuan Tujuan tugas akhir ini adalah : 1. Merancang dan membuat peralatan generator termoelektrik untuk charger handphone mempergunakan 8 termoelektrik dengan rangkaian seri. 2. Mengetahui pengaruh debit aliran air terhadap selisih suhu antara sisi panas dan suhu sisi dingin dari peralatan termoelektrik generator.


7

3. Mengetahui pengaruh debit aliran air terhadap arus listrik yang dihasilkan. 1.3. Perumusan Masalah Direncanakan merancang charger handphone dengan menggunakan 8 peltier. Susunan peltier adalah seri seperti yang tertera pada Gambar 1.1 Sumber panas berasal dari api berbahan bakar spiritus, sisi dingin bersentuhan dengan bak penampung berisi air.

Keterangan :

= = peltier Gambar 1.1. Skema rangkaian peltier

1.4. Pembatasan Masalah Pembatasan masalah pada penelitian ini meliputi : 1. Merancang dan membangun alat generator dengan menggunakan elemen termoelektrik. Alumunium heatsink sebagai media penghantar panas pada sisi panas dan bak alumunium berisi air sebagai pendingin pada sisi dingin 2. Penggunaan api sebagai sumber panas (diasumsikan panasnya konstan) 3. Penggunaan Amperemeter dan voltmeter digital sebagai pengukur dan tegangan yang dihasilkan alat generator termoelektrik.


8

4. Elemen peltier yang digunakan sebanyak 8 buah yang dirangkai seri. Kondisi 8 elemen peltier sama. 1.5. Manfaat 1. Membantu pemecahan masalah pada masyarakat di daerah terpencil yang belum terjangkau aliran listrik. 2. Memberikan kemudahan bagi masyarakat ketika komunikasi mereka terputus karena baterai habis, dapat menggunakan alat ini tanpa harus menggunakan aliran listrik dari PLN. 3. Membuat model pembangkit tenaga listrik dengan termoelektrik 4. Dapat digunakan sebagai referensi bagi peneliti berikutnya untuk menyempurnakan rancangan ini sehingga didapat rancangan yang memiliki nilai guna dan efisien yang tinggi.


BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 DASAR TEORI Kalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya. Kalor berasal dari kata calonc, ditemukan oleh ahli kimia Prancis bernama Antonie Laurent Lavoiser (1743-1794). Kalor juga merupakan energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit. Kalor memiliki satuan kalori (kal) dan kilo kalori (kkal). Dari hasil percobaan yang sering dilakukan, besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda (zat) bergantung pada massa zat, jenis zat, dan perubahan suhu. Teori kalor dasar yaitu : 1. Kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepas 2. Kalor dapat terjadi akibat adanya suatu gesekan 3. Kalor adalah suatu bentuk energi 4. Kesetaraan antara satuan kalor dan satuan energi disebut kalor mekanik Perpindahan panas (kalor) adalah perpindahan energi karena adanya perbedaan

temperatur. Apabila dua benda yang berbeda temperatur saling

bersinggungan, maka panas akan mengalir dari benda yang memiliki te mperatur

9


10

tinggi ke benda yang memiliki temperatur yang lebih rendah. Mekanisme perpindahan panas yang terjadi dapat berupa konduksi, konveksi, dan radiasi.

2.1.1 Perpindahan Kalor Konduksi Perpindahan kalor konduksi adalah proses dimana kalor mengalir dari daerah yang bertemperatur lebih tinggi ke daerah yang bertemperatur lebih rendah di dalam suatu medium (padat, cair, atau gas). Dalam aliran kalor konduksi, perpindahan energi terjadi karena hubungan mo lekul secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar. Berlangsungnya konduksi panas melalui zat dapat diketahui oleh perubahan temperatur yang terjadi. Konduksi thermal pada logam- logam padat terjadi akibat gerakan elektron yang terikat dan konduksi thermal mempunyai hubungan dengan konduktivitas listrik. Ditinjau dari sudut teori molekuler, yakni benda atau zat terdiri dari molekul, pemberian panas pada zat menyebabkan molekul itu bergetar. Getaran ini makin bertambah jika panas ditambah, sehingga tenaga panas berubah menjadi tenaga getaran. Molekul yang bergetar ini tetap pada tempatnya tetapi getaran yang lebih hebat ini akan menyebabkan getaran yang lebih kecil dari molekul di sampingnya, bertambah getarannya, dan demikian seterusnya sehingga akhirnya getaran molekul pada bagian lain benda itu akan naik dan kita lihat bahwa panas berpindah ke tempat lain. Jadi pada konduksi panas, tenaga panas dipindahkan dari satu partikel zat ke partikel disampingnya berturut –turut sampai mencapai bagian lain zat yang bertemperatur lebih rendah.


11

Pemanasan pada logam berarti pengaktifan gerakan molekul, sedangkan pendinginan berarti pengurangan gerakan molekul. Contoh perpindahan kalor secara konduksi antara lain: perpindahan kalor pada logam cerek pe masak air atau batang logam pada dinding tungku. Laju perpindahan kalor secara konduks i sebanding dengan gradien suhu.

q

A

T1

T2

ΔX Gambar 2.1 Perpindahan Kalor Secara Konduksi Dinyatakan dengan rumus : -q = k A (dt / dx) ........................................................................................... (2.1.a) q = k A (∆T / ∆X) ......................................................................................... (2.1.b) q = k A (T1 -T2 ) ∆X........................................................................................ (2.1.c) Pada persamaan (2.1) : q

= laju aliran kalor konduksi (W)

T1

= suhu dinding kiri (o C)

T2

= suhu dinding kanan (o C)

∆X

= tebal plat (m)

A

= luas permukaan plat yang tegak arah perpindahan kalor

(m2 )


12

Tanda (-) digunakan untuk memenuhi hukum II Thermodinamika yaitu “Kalor mengalir ke tempat yang lebih rendah dalam skala temperatur” (Holman,1986).

2.1.2 Perpindahan Kalor Konveksi Konveksi ialah proses perpindahan panas langsung melalui perpindahan massanya. Proses perpindahan kalor secara konveksi merupakan satu fenomena permukaan. Proses konveksi hanya terjadi di permukaan bahan. Jadi dalam proses ini struktur bagian dalam bahan kurang penting. Keadaan permukaan dan keadaan sekelilingnya serta kedudukan permukaan itu adalah yang utama. Lazimnya, keadaan keseirnbangan termodinamik di dalam bahan akibat proses konduksi, suhu permukaan bahan akan berbeda dari suhu sekelilingnya. Dalam hal ini dikatakan suhu permukaan adalah T1 dan suhu udara sekeliling adalah T2 dengan Tl>T2. Kini terdapat keadaan suhu tidak seimbang diantara bahan dengan sekelilingnya. Perpindahan kalor dengan jalan a liran dalam industri kimia merupakan cara pengangkutan kalor yang paling banyak dipakai. Oleh karena itu konveksi hanya dapat terjadi melalui zat yang mengalir, maka bentuk pengangkutan kalor ini hanya terdapat pada zat cair dan gas. Perpindahan kalor secara konveksi dinyatakan dengan rumus: q= h A ( Ts -T∞ )...............................................................................................(2.2) Pada persamaan (2.2) : q = energi kalor (W) h = koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m2 K)


13

A = luas permukaan (m) Ts = suhu permukaan (T) T∞ = suhu fluida Perbedaan perpindahan kalor secara konveksi dengan perpindahan kalor secara konduksi adalah melalui media yang bergerak seperti fluida.

aliran

Arus bebas u

T q

u

Tw dinding

Gambar 2.2

Perpindahan Kalor Secara Konveksi ( sumber: Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor)

Suhu plat ialah Tw dan suhu fluida T∞. Kecepatan aliran adalah seperti tergambar, yaitu nol pada muka plat sebagai akibat aksi kental viskos. Oleh karena kecepatan lapisan fluida pada dinding adalah nol, maka disini kalor hanya dapat berpindah dengan cara konduksi saja. 2.1.3 Termoelektrik Teknologi

termoelektrik

mengkonversi energi panas

adalah

teknologi

menjadi listrik

yang

secara

bekerja

dengan

langsung (generator

termoelektrik), atau sebaliknya, dari listrik menghasilkan dingin (pendingin termoelektrik). Termoelektrik terbuat dari solid state material (material zat padat)


14

yang dapat mengkonversi energi dari perbedaan temperatur ke beda potensia l (efek Seebeck), atau sebaliknya (efek Peltier). Pada skala atom, perbedaan temperatur menyebabkan muatan pembawa berdifusi dari permukaan panas menuju ke permukaan dingin. Efek termoelektrik dapat dibagi berdasarkan tiga kelompok, yakni: efek Seebeck, efek Peltier, dan efek Thomson. Pada dasarnya prinsip kerja alat ini sama seperti mesin panas. Pada mesin diesel maupun mesin bensin, energi yang ada pada bahan bakar dirubah menjadi tekanan uap yang mampu menggerakkan piston. Prinsip yang sama terjadi pada piranti temoelektrik yang mampu merubah perbedaan temperatur menjadi beda potensial, yang dapat menghantarkan arus listrik. Hubungan yang sama juga terdapat pada mesin pendingin, dimana beda potensial dapat menyebabkan perbedaan temperatur pada kedua sisi piranti termoelektrik. Untuk menghasilkan listrik, material termoelektrik cukup diletakkan sedemikian rupa dalam rangkaian yang menghubungkan sumber panas dan dingin. Dari rangkaian itu akan dihasilkan sejumlah listrik sesuai dengan jenis bahan yang dipakai. Prinsip kerja dari termoelektrik adalah dengan berdasarkan Efek Seebeck yaitu jika 2 buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujungnya, kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain.


15

Gambar 2.3 Termoelektrik 2.1.3.1. Efek Seebeck

Jika dua buah

logam yang berbeda disambungkan

salah

satu

ujungnya,kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain. Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh Seebeck sehingga disebut efek Seebeck atau umumnya dikenal dengan nama prinsip termokopel. Tegangan yang dihasilka n ini sebanding dengan perbedaan temperatur diantara dua junction. Semakin besar perbedaan temperatur, semakin besar tegangan diantara junction. Dari fenomena ini, kita dapat menentukan koefisien Seeback, yaitu: Koefisien Seebeck disimbolkan dengan huruf S (ada pula yang menyimbolkannya dengan α). Metal memiliki koefisien Seebeck yang kecil, hal ini disebabkan metal konduktor

memiliki

pita

konduksi

setengah

penuh,

berbeda

dengan

semikonduktor yang memiliki pita konduksi kosong, dan lagi semikonduktor


16

dapat kita doping (dadah) agar sifat listriknya meningkat. Tanda positif atau negatif dari koefisien Seebeck dipengaruhi oleh muatan pembawanya. Jika perbedaan temperatur disimbolkan oleh ∆𝑇 dan beda potensial yang dihasilkan adalah ∆𝑉, maka koefisien Seebeck dituliskan, ∆𝑉

S = ∆𝑇 .................................................................................................................(2.3) Koefisien Seebeck merupakan parameter yang sangat penting untuk mengetahui efisiensi dari bahan termoelektrik. 2.1.3.2. Efek Peltier Efek Peltier diambil dari nama Jean-Charles Peltier, seorang fisikawan Perancis yang menemukan efek kalorik dan arus listrik pada sambungan dua material logam yang berbeda pada tahun 1834. Koefisien ini menggambarkan seberapa banyak panas yang dialirkan tiap muatan listrik. Walaupun arus listrik terus diberikan pada rangkaian, perbedaan temperatur akan menemukan nilai yang konstan. Hal yang menarik adalah efek yang diberikan pada saat transfer panas bergantung dari polaritas arus yang diberikan, membalikkan arah arus listrik dapat merubah arah transfer panas ke bagian yang lain. Pendingin Peltier juga dapat disebut Thermoelectric Cooler (TEC). Ketika arus listrik diberikan pada rangkaian, panas dipindahkan dari TC (sisi dingin) dan diserap pada TH (sisi panas). Panas Peltier yang diserap pada TH setiap waktu adalah, 𝑄 =ΠAB I = ( ΠB –ΠA )I.......................................................................................(2.4)


17

dimana Π adalah koefisien Peltier ΠAB dari piranti yang digunakan serta Π A dan ΠB adalah koefisien dari setiap material. Silikon tipe-p memiliki koefisien Peltier positif dan silikon tipe-n memiliki koefisien Peltier negatif. 2.1.3.3. Efek Thomson Efek Thomson telah diprediksi dan diamati oleh William Thomson (Lord Kelvin) pada tahun 1851. Efek ini menggambarkan pemanasan atau pendinginan dari konduktor berarus listrik dengan perbedaan temperatur. Setiap konduktor berarus listrik (kecuali superkonduktor) jika memiliki perbedaan temperatur antara dua titik, akan menyerap atau memancarkan panas, tergantung pada material. Dalam logam seperti seng dan tembaga, jika dia lebih bersuhu panas pada potensial yang lebih tinggi dan bersuhu dingin pada ujung potensial yang lebih rendah, ketika arus bergerak dari ujung panas ke ujung dingin, arus bergerak dari potensial rendah ke potensial tinggi, sehingga ada emisi panas. Hal ini disebut efek Thomson positif. Dalam logam seperti kobalt, nikel, dan besi, yang memiliki ujung dingin pada potensial yang lebih tinggi dan ujung panas pada potensial yang lebih rendah, ketika arus bergerak dari ujung panas ke ujung dingin, arus bergerak dari

potensial

rendah

ke

potensial

tinggi,

ada

penyerapan

panas.

Efek Seebeck merupakan perpaduan dari efek Peltier dan efek Thomson. Pada tahun 1854 Thomson menemukan dua hubungan baru, sekarang bisa kita sebut dengan hubungan Thomson atau hubungan Kelvin, antara koefisien yang saling berhubungan. Jika T merupakan temperatur mutlak maka, Π =S . T..............................................................................................................(2.5)


18

persamaan inilah yang telah diprediksi oleh efek Thomson. Mereka berhubungan dengan koefisien Thomson μ dengan hubungan, 𝑑𝑆

𝜇 = 𝑇 𝑑𝑇 ..............................................................................................................(2.6) 2.1.3.4. Thermoelectric Gene rator ( TEG ) Pembangkit termoelektrik (TEG) adalah suatu pembangkit listrik yang didasarkan pada efek Seebeck,yang pertama kali ditemukan pada tahun 1821 oleh Thomas Johan Seebeck, ia menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian. Diantara kedua logam tersebut diletakkan jarum kompas. Ketika sisi logam tersebut dipanaskan jarum tersebut ternyata bergerak. Hal ini terjadi oleh karena aliran listrik yang terjadi pada logam menimbulkan medan magnet, medan magnet inilah yang menggerakkan jarum kompas tersebut. Fenomena tersebut kemudian di kenal sebagai effect Seebeck.

Gambar 2.4 Skema Termoelektrik Generator


19

Skema termoelektrik generator terdiri dari susunan elemen tipe-n ( material dengan kelebihan electron) dan tipe–p (material dengan kekurangan electron) panas masuk

pada satu sisi dan dibuang pada sisi yang lainnya,

menghasilkan suatu tegangan yang melewati sambungan termoelektrik. Besarnya tegangan yang dihasilkan sebanding dengan gradien temperature. Daya yang dihasilkan oleh TEG sangat bergantung pada perbedaan temperatur yang didapatkan, semuanya ini juga berhubungan dengan efisiensi dari termoelektrik itu sendiri. Jika perbedaan temperaturnya semakin besar maka daya keluarannya juga ikut besar hingga titik maksimum efisiensi peltier tersebut. Jadi kemungkinan walau perbedaan temperaturnya sangat besar tetapi daya yang dihasilkan lebih kecil. Nilai efisiensi modul termoelektrik dapat ditingkatkan dengan cara memberi penggunaan heatsink, fan, atau bak air diatas sisi dingin modul untuk menjaga perbedaan temperatur dengan sisi panasnya. 2.1.3.5. Arus dan Tegangan Arus listrik merupakan banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya. Arus listrik dapat terjadi karena adanya aliran electron dimana tiap electron mempunyai muatan yang besarnya sama. Jika kita mempunyai benda bermuatan negatif berarti benda tersebut mempunyai kelebihan elektron dan sebaliknya jika kita memiliki benda bermuatan positif berarti benda tersebut kekurangan elektron. Derajat termuatinya benda tersebut diukur dengan jumlah kelebihan elektron yang ada. Muatan sebuah elektron sering dinyatakan dengan simbol q atau e, dinyatakan dengan satuan coulomb.


20

Pada dasarnya dalam kawat penghantar terdapat aliran elektron dalam jumlah yang sangat besar, jika jumlah elektron yang bergerak ke kanan dan ke kiri sama besar maka seolah-olah tidak terjadi apa-apa. Akan tetapi jika ujung sebelah kanan kawat menarik elektro sedangkan ujung sebelah kiri melepaskannya maka akan terjadi aliran elektron ke kanan (tetapi dalam hal ini disepakati bahwa arah arus bergerak berlawanan, yakni ke kiri). Aliran elektron ini yang selanjutnya disebut aliran listrik. Arus listrik dapat dibedakan menjadi 2, yaitu : 

Arus searah (Direct Current / DC), yaitu arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan waktu.



Arus bolak-balik (Alternating Current / AC), yaitu arus yang mempunyai nilai berubah terhadap satuan waktu dengan karakteristik akan selalu berulang untuk periode waktu tertentu

Simbol arus adalah I (berasal dari bahasa Perancis : intensite). Sedangkan satuan arus adalah Ampere. Persamaan matematik untuk arus adalah : I = Q/T..............................................................................................................(2.7) Pada persamaan (2.7) : I = Arus listri dalam Ampere Q = Muatan Listrik dalam Coulomb T = Waktu dalam detik Tegangan adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial


21

sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi. Terdapat dua cara memandang beda potensial, yaitu : 1. Tegangan turun/voltage drop Jika dipandang dari potensial lebih tinggi ke potensial lebih rendah. 2. Tegangan naik/voltage rise Jika dipandang dari potensial lebih rendah ke potensial lebih tinggi. Simbol tegangan adalah V (voltage). Sedangkan Satuan Internasional untuk tegangan adalah Volt. Persamaan matematik untuk tegangan adalah: V= I .R................................................................................................................(2.8) Pada persamaan (2.8) : V = Tegangan dalam Volt (V) R = Resistansi dalam Ohm (Ω) I = Arus dalam Ampere (A) 2.1.3.6. IC 7805 IC 7805 adalah regulator tegangan sirkuit terpadu. IC 7805 merupakan bagian dari seri 78xx regulator tegangan linier IC tetap. Sumber tegangan di sirkuit mungkin memiliki fluktuasi dan tidak akan memberikan output tegangan tetap. Para regulator tegangan IC mempertahankan tegangan keluaran pada nilai konstan. Nilai xx di 78xx menunjukkan tegangan output tetap, 7805 dirancang untuk menyediakan output 5 V diatur power supply. Kapasitor nilai yang sesuai


22

dapat dihubungkan pada pin input dan output tergantung pada tingkat tegangan masing- masing.

Gambar 2.5 IC 7805

2.2 TINJAUAN PUSTAKA Dalam perkembangan teknologi saat ini banyak sekali alat digunakan untuk menunjang aktifitas kita termasuk dalam berkomunikasi jarak jauh, salah satunya telepon genggam yang disebut handphone. Penggunaan handphone secara terus menerus tentu mengurangi sumber daya pada baterai yang digunakannya. Untuk

itu perlu dilakukan charging baterai handphone yang biasanya

menggunakan adaptor yang menggunakan sumber daya ac dari PLN yang ada di rumah-rumah. Salah satu alat yang dapat membantu proses charging tersebut dengan memanfaatkan suatu elemen peltier sebagai pembangkit energi listriknya. Penelitian tentang penggunaan termoelektrik generator telah dilakukan beberapa peneliti. Ardian Roekettino (2008) melakukan penelitian tentang termoelektrik generator dengan mempergunakan dua belas modul termoelektrik yang diaplikasikan untuk

kendaraan hibrid. Pengujian dilakukan untuk


23

mempelajari karakteristik alat secara realita melihat kelebihan dan kekurangan alat. Samuel Hendrata (2005) melakukan penelitian tentang termoelektrik sebagai salah satu cara alternatif pembangkit listrik dari energi panas. Penggunaan peralatan ini ditujukan terutama untuk daerah terpencil yang belum terdapat aliran listrik. Dalam penelitian ini sumber panas yang dipergunakan diambil dari energi surya dan proses pendinginan termoelektrik generator dilakukan dengan mempergunkan heatsink. Lia Muliani dkk. (2003) merancang dan meneliti refrigerator mini menggunakan tenaga surya. Perancangan unit pendingin yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan sistem thermoelektrik yang

mema nfaatkan efek

peltier. Sumber arus berasal dari sel surya, yang kemudian digunakan untuk mencharge baterai. Baterai inilah yang kemudian dihubungkan langsung dengan unit pendingin.


BAB III PERANCANGAN ALAT, PROSES PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN 3.1 Perancangan Alat Peralatan yang dipergunakan dalam penelitian mempunyai skematik susunan seperti tersaji pada Gambar 3.1 dan Gambar 3.2.

Gambar 3.1 Rancangan Charger HP

Gambar 3.2 Detil pembangkit listrik termoelektrik 20


3.1.1

21

Cara Kerja Charger HP Cara kerja charger hp ini sama dengan charger hp yang lain, hanya saja

sumber energinya tidak berasal dari sumber daya Alternating Current (AC) PLN, tetapi dari hasil efek termoelektrik yang telah dirangkai. Pada sisi panas termoelektrik digunakan sumber api dan di sisi dingin termoelektrik di digunakan air sebagai sumber pendinginnya. Untuk menyerap panas api menggunakan plat atau heatsink yang digunakan adalah heatsink alumunium. Material ini dipilih dengan pertimbangan memiliki karakteristik penghantar yang baik dengan konduktivitas termal sebesar 202 W/m o c atau 237 W/m K. Masih banyak bahan yang memiliki nilai konduktor thermal bahan ya ng lebih tinggi dari aluminium

seperti emas dan perak. Akan tetapi dari segi

ekonomi, alumunium lebih murah dan terjangkau dibandingkan emas dan perak. Mekanisme perpindahan panas yang terjadi pada termoelektrik generator ini yaitu perpindahan panas konduksi dan perpindahan panas konveksi. Proses perpindahan panas konveksi terjadi dari panas api ke plat alumunium, dari plat alumunium ke sisi panas termoelektrik dan sisi dingin termoelektrik ke bak air terjadi perpindahan panas konduksi dan perpindahan panas konveksi terjadi dari bak ke air yang mengalir.


3.1.2

22

Skema Pengujian Alat

Skema pengujian alat dalam penelitian tersaji pada gambar 3.3 .

Gambar 3.3 Skema pengujian Alat 3.1.3

Penjelasan Cara Kerja Untuk mengalirkan air ke alat diperlukan adanya pompa air. Pompa air

digunakan karena aliran didalam bak penampung mengalir secara terus- menerus, yang dimana aliran air sudah dijelaskan di atas dan untuk mendapatkan debit air yang besar pada outputnya. Spiritus digunakan sebagai bahan bakar untuk sumber panas pada sisi panas termoektrik. Kran air berfungsi sebagai pengatur besar kecilnya debit air dan untuk mengukur besar debit air yang keluar menggunakan gelas ukur. Termokopel berfungsi untuk mengukur suhu air yang masuk,disini pengukuran suhu dilakukan sekali saja karena suhu input dianggap konstan.


23

Multimeter berfungsi untuk mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan termolektrik generator.

3.2 Proses Pembuatan Alat 3.2.1 Bahan Rancangan, Bahan Penelitian dan Alat-alat yang digunakan 1. Bahan Rancangan a) Heatsink alumunium sebagai penghantar panas dari ke sisi panas sisi peltier. b) Bak penampung air alumunium sebagai penghantar dingin ke sisi dingin peltier. c) Kabel portable sebagai penghantar arus dan tegangan dari alat ke HP. 2. Bahan Penelitian : a) Air sebagai fluida yang akan mendinginkan sisi dingin peltier. b) Spiritus sebagai bahan bakar yang digunakan sebagai sumber panas pada sisi panas peltier. 3. Alat – alat yang digunakan : a) Kompor spritus b) Pompa air, sebagai pemompa air dari bak penampungan ke bak penampung alat. c) Thermokopel, sebagai alat pengukur suhu fluida air yang masuk. d) Ember sebagai bak penampungan air yang keluar dari alat rancangan. e) Pipa paralon, sebagai penyambung dari selang bak penampung ke pompa f) Kran sebagai pengatur debit air


24

g) Selang air, sebagai penyambung dari pompa air ke bak penampung air yang terdapat pada alat.

3.2.2 Sarana dan Alat-alat yang Digunakan Sarana dan alat-alat yang digunakan dalam proses pembuatan alat ini adalah: a) Mesin las b) Mesin bor c) Alat penekuk plat. d) Palu e) Gergaji besi f) Tang g) Obeng (- , +) h) Penggaris i) Tang ripet j) Solder bakar

3.2.3 Langkah-langkah Pengerjaan 3.2.3.1 Persiapan Sebelum memulai pembuatan alat, terlebih dahulu harus melakukan beberapa persiapan yaitu : 1. Menyiapkan gambar rancangan alat Dalam merancang dan mendesain

ini dapat dilakukan dengan

menggambar instalasi tersebut dengan menggunakan sketsa gambar tangan kemudian atau dengan software-software yang mendukung lainnya.


25

2. Menyiapkan Alat-alat dan bahan. Membeli segala alat dan bahan-bahan yang dibutuhkan untuk digunakan membuat alat ini. 3.2.3.2 Pengerjaan Dalam pelaksanaan pengerjaan, banyak hal- hal yang dikerjakan, yaitu : 1. Membuat bak penampung air Plat aluminium dibuat seperti kotak penampung air seperti tersaji pada Gambar 3.4.

Gambar 3.4 Bak penampung air


26

2. Pembuatan rangka dudukan plat aluminium dan bak penampung untuk membuat rangka dilakukan dengan menggunakan las listrik tersaji pada Gambar 3.5.

Gambar 3.5 Rangka 3.3 Metodologi Penelitian 3.3.1 Skematis Pengujian Skematis pengujian alat ini telah tergambar dan dijelaskan pada poin 3.3 dan 3.1.3 3.3.2 Variasi Penelitian Penelitian yang dilakukan berupa pengaturan terhadap berbagai debit air yang berbeda. 3.3.3 Peralatan a. Thermokopel b. Stopwatch


27

c. Gelas ukur 3.3.4 Cara Memperoleh Data Suhu air input mula- mula diukur sebelum mengalir ke dalam bak penampung. Debit air yang mengalir ke dalam bak penampung divariasikan dengan panas api yang konstan. Perbedaan temperatur antara sisi panas (Th) dan dingin (Tc) akan menghasilkan arus dan tegangan tertentu yang dicatat pula sebagai data penelitian. 3.3.5 Cara Mengolah dan Menganalisa Data Dari hasil data-data yang telah diperoleh, maka data tersebut dapat diolah. Data–data kemudian disajikan dalam bentuk grafik untuk memudahkan analisis. Pembuatan grafik dilakukan dengan bantuan Microsoft Office Excel. 3.3.6 Cara Menyimpulkan Dari grafik hasil penelitian yang telah dibuat, maka dapat diperoleh informasi yang dapat dipergunakan untuk mendapatkan kesimpulan.


BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Pengambilan Data Penelitian 4.1.1 Data Penelitian Variasi 1 Penelitian

termoelektrik

sebagai

generator

dilaksanakan

dengan

keterangan sebagai berikut : Tanggal Tempat pengambilan data

: 15 Mei 2013 : Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma

Jam

: 13.00 WIB

Lama pengambilan data

: 34 menit

Debit air yang mengalir

: 0,8 liter/menit

Suhu lingkungan

: 29,40 C

Hasil pengambilan data disajikan pada Tabel 4.1dan Gambar 4.1 sampai dengan Gambar 4.3.

28


Tabel 4.1 Data Hasil Variasi Debit Air I Waktu (menit) 0

Th (ºC) 29,4

Tc (ºC) 29,4

ΔT (ºC) 0

V (Tegangan) 0

Arus (mA) 0

2

45,7

30,4

15,3

2,7

19

4

49,1

30,6

18,5

3,3

50,1

6

53,2

31,2

22

3,3

66,3

8

62,7

33,5

29,2

4,89

121,7

10

69,7

33,5

36,2

4,89

136,3

12

73,1

33,7

39,4

4,89

147,5

14

76,7

33,7

43

4,9

152,1

16

76,3

34,1

42,2

4,9

172

18

76,5

34,4

42,1

4,9

180,3

20

78,8

34,7

44,1

4,9

193,5

22

80,3

34,7

45,6

4,9

195,3

24

84,5

35,3

49,2

4,9

195,8

26

87,4

35,7

51,7

4,9

197,9

28

88,6

36,2

52,4

4,9

199,1

30

94

36,4

57,6

4,9

200,2

32

96,3

36,8

59,5

4,9

200,8

34

104,6

37,8

66,8

4,9

202,2

29


30

120 100

Suhu (ᴼC)

80 60 40 20 0 0

5

10

15

20

25

30

35

Waktu (menit)

Th

Tc

Th-Tc

Gambar 4.1 Hubungan antara selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit

6

Tegangan (V)

5 4 3

2 1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

Waktu (menit)

Gambar 4.2 Hubungan antara Tegangan dan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit


31

250

Arus (mA)

200

150

100

50

0 0

5

10

15

20

25

30

35

Waktu (menit)

Gambar 4.3 Hubungan antara Arus dan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit

4.1.2 Data Penelitian Variasi II Penelitian thermoelektrik

sebagai generator dilaksanakan dengan


: 25 mei 2013 : Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma

Jam

: 13.00 WIB


: 38 menit

Debit air yang mengalir

: 1,5 liter/menit

Suhu lingkungan

: 28,10 C

Hasil Pengambilan data disajikan pada Tabel 4.2 dan Gambar 4.4 sampai dengan Gambar 4.6.


Tabel 4.2 Data Hasil Variasi Dedit Air II

Waktu (menit) 0

Th

Tc

∆T

(ºC)

(ºC)

(ºC)

28,1

28,1

2

42,3

4

0

Tegangan (V) 0

Arus (mA) 0

30,1

12,2

2,83

27,2

45,8

31,1

14,7

3,42

47,2

6 8

48,9 49,4

30,7 31,2

18,2 18,2

3,84 3,92

69,4 72,9

10

50,9

31,6

19,3

4,38

86,7

12

51,4

31,7

19,7

4,4

91,5

14

52

31,7

20,3

4,54

93,3

16

52,9

32,1

20,8

4,68

103,1

18

53,2

31,6

21,6

4,58

111,7

20

55,5

32,2

23,3

4,77

112,5

22

57,6

31,6

26

4,88

129,8

24 26

57,2 57,2

31,8 31,9

25,4 25,3

4,89 4,89

135 137

28 30

56,9 57,7

32,3 32,4

24,6 25,3

4,89 4,89

128,4 144,7

32

58,2

31,8

26,4

4,89

152,1

34

57,5

31,8

25,7

4,89

158,7

36 38

58,1 58,1

31,9 31,9

26,2 26,2

4,89 4,89

160,3 160,7

32


33

70 60

Suhu (ᴼC)

50 40

30 20 10 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

Waktu (menit) Th

Tc

Th-Tc

Gambar 4.4 Hubungan antara selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 1,5 liter/menit 6

Tegangan (V)

5 4

3 2 1 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

Waktu (menit)



34

180 160 140

Arus (mA)

120 100 80 60 40 20 0 0

5

10

15

20

25

30

35

40

Waktu (menit)

Gambar 4.6 Hubungan antara Arus dan Waktu pada debit air 1,5 liter/menit

4.1.3 Data penelitian Variasi III Penelitian

termoelektrik

sebagai

generator

dilaksanakan

dengan


: 8 Juni 2013 : Laboratorium konversi Energi Universitas Sanata Dharma

Jam

: 15.00 WIB


: 38 menit

Debit Air

: 1,9 liter/menit

Suhu lingkungan

: 27.80 C

Hasil Pengambilan data dapat dilihat pada Tabel 4.3, Gambar 4.7 dan Gambar 4.9


Tabel 4.3 Data Hasil Variasi Dedit Air III Waktu (menit)

Th

Tc

∆T

(ºC)

(ºC)

(ºC)

Tegangan (V)

Arus (mA)

0 2 4 6 8 10

27,8 32,6 39 41,7 44,7 46,6

27,8 27,7 28,4 30,1 31,1 31,5

0 4,9 10,6 11,6 13,6 15,1

0 0,39 0,53 2,7 3,1 3,62

0 0,005 0,051 21 39 65,6

12 14 16 18 20 22 24 26

48,2 50,3 51,4 49,2 50,1 50,7 49,7 50,1

32,6 32,7 33,2 35,6 34,5 33,6 32,1 33,5

15,6 17,6 18,2 13,6 15,6 17,1 17,6 16,6

3,96 4,35 4,38 4,68 4,09 4,44 3,9 4

79,7 96,3 99,8 108,2 70,8 94 81,8 81,7

28 30 32

51,4 51,8 52,1

32,5 32,3 32,8

18,9 19,5 19,3

4,54 4,52 4,67

101,9 105,7 104,3

34 36 38 40 42 44 46 48

54 54,1 52,7 55,8 55,5 56,1 55,8 55,3

33,2 33,5 34,2 33,7 33,4 33,9 33,7 33,8

20,8 20,6 18,5 22,1 22,1 22,2 22,1 21,5

4,11 4,51 4,59 4,76 4,72 4,73 4,74 4,85

81,8 101,4 102 108,2 107,8 106,8 109,5 121,3

50 52 54 56 58 60

55,6 54,7 54,7 53,2 52,5 53,8

33,8 33,8 33,8 33,8 33,2 33,8

21,8 20,9 20,9 19,4 19,3 20

4,8 4,51 4,5 4,43 4,22 4,67

118,8 108,7 102,4 99,5 81,4 112

35


36

60 50

Suhu (ᴼC)

40 30 20 10 0

0

10

20

30

40

50

60

Waktu (menit) Th

Tc

Th-Tc

Gambar 4.7 Hubungan antara selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 1,9 liter/menit

6

Tegangan (V)

5 4

3 2 1 0

0

10

20

30

40

50

60

Waktu (menit)



37

140 120

Arus (mA)

100 80 60 40 20 0

0

10

20

30

40

50

60

Waktu (menit)

Gambar 4.9 Hubungan antara Arus dan waktu pada debit air 1,9 liter/menit


38

4.2. Pembahasan Berdasarkan Tabel 1, Tabel 2 dan Tabel 3 maka didapatkan grafik hubungan ΔT, V, dan I terhadap waktu untuk berbagai debit air seperti disajikan pada Gambar 4.10, Gambar 4.11 dan Gambar 4.12. 80

70 60

ΔT(ᴼC)

50 40 30 20 10 0 0

10

20

30

40

50

60

Waktu (menit)

debit 0,8 liter/menit

debit 1.5 liter/menit


Gambar 4.10 Hubungan antara ΔT dan Waktu dengan variasi berbagai debit air Dari Gambar 4.10, nampak bahwa besarnya nilai ΔT dipengaruhi oleh debit air. Nilai ΔT yang tertinggi dari waktu ke waktu dimiliki oleh peralatan generator termoelektrik dengan debit 0,8 liter/menit diikuti dengan debit 1,5 liter/menit dan yang paling rendah pada debit 1,9 liter/menit. Tetapi pada debit 0.8 liter/menit, nilai ΔT yang dihasilkan setelah t = 34 menit, besarnya 66,8ᴼC. Hal ini berarti, generator termoelektrik bekerja pada daerah yang hampir tidak aman. Hal tersebut disebabkan karena peralatan peltier memiliki nilai ΔT yang terbatas, yaitu sebesar 67ᴼC. Tetapi termoelektrik generator dengan debit 1,5 liter/menit dan 1,9


39

liter/menit, termoelektrik generator bekerja pada daerah yang sangat aman, karena nilai

ΔT yang dihasilkan jauh dari batas ketidakamanan. Pada debit 1,5

liter/menit dihasilkan t = 20 menit, nilai ΔT yang dihasilkan cenderung konstan pada harga ΔT = 26,2 ᴼC. Untuk debit 1,9 liter/menit dihasilkan t = 20 menit, nilai ΔT yang dihasilkan cenderung konstan pada harga ΔT = 20ᴼC. 6

Tegangan (V)

5 4 3 2 1

0 0

10

20

30

40

50

60

Waktu (menit) debit 0,8 liter/menit



Gambar 4.11 Hubungan antara Tegangan (V) dan Waktu dengan berbagai debit air Dari Gambar 4.11, nampak bahwa waktu untuk mencapai voltase sekitar 5V dipengaruhi oleh debit air. Waktu tercepat untuk mencapai voltase sekitar 5 V, dimiliki oleh peralatan generator termoelektrik dengan debit 0,8 liter/menit, kemudian diikuti dengan debit 1,5 liter/menit dan yang paling rendah pada debit 1,9 liter/menit.

Untuk debit 0,8 liter/menit waktu yang diperlukan untuk

mencapai voltase 4,9 V adalah 14 menit, untuk debit 1,5 liter/menit waktu yang


40

diperlukan adalah 24 menit dan untuk debit 1,9 liter/menit waktu yang diperlukan adalah 50 menit. Nilai voltase ini berada pada daerah yang biasanya dipergunakan untuk charge handphone, yang memiliki kisaran : 3,7 V – 5 V. 250

Arus (mA)

200 150

100 50

0 0

10

20

30

40

50

60

Waktu (menit)




Gambar 4.12 Hubungan antara Arus (mA) dan Waktu dengan berbagai debit air Dari Gambar 4.12, nampak bahwa besarnya arus yang dihasilkan pada peralatan generator termoelektrik berkisar pada harga : 202,2 mA untuk debit 0,8 liter/menit, 160,7 mA untuk debit 1,5 liter/menit dan 112 mA untuk debit 1,9 liter/menit. Nilai arus ini berada pada daerah yang biasanya dipergunakan untuk charge handphone, yang memiliki kisaran : 75 mA-200 mA. Nilai I (arus) yang dihasilkan dipengaruhi oleh debit air. Nilai I (arus) yang tertinggi dari waktu ke waktu dimiliki oleh peralatan pendingin dengan debit 0,8 liter/menit, diikuti dengan debit 1,5liter/menit dan yang paling rendah pada debit 1,9 liter/menit.


BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1. Kesimpulan Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : 1. Generator termoelektrik telah berhasil dibuat dan dapat dipergunakan untuk Charger Handphone, yang bekerja pada tegangan sekitar : 5 Volt. 2. Selisih suhu antara sisi panas dan sisi dingin dari generator termoelektrik saat keadaan stedi adalah : (a) 25,4 ᴼC untuk debit 1,5 liter/menit (b) 22 ᴼC untuk 1,9 liter/menit (c) untuk debit 0,8 liter/menit tidak dicapai keadaan stedi, suhu cenderung meningkat dan mencapai ΔT = 66,8ᴼC setelah 34 menit. 3. Pada tegangan kerja sekitar 5 volt, arus listrik yang dihasilkan ge nerator termoelektrik saat keadaan stedi adalah : (a) 152,1 mA untuk debit 0,8 liter/menit (b) 135 mA untuk debit 1,5 liter/menit (c) 108,2 mA untuk 1,9 liter/menit.

5.2 Saran 1. Debit air yang mengalir ke sisi pendingin tidak boleh terputus dengan kata lain harus konstan, karena debit air sangat mempengaruhi nilai output V, I dan ΔT yang dihasilkan termoelektrik generator. 2. Penelitian selanjutnya dapat dilakukan dengan cara membuat rangkaian yang berbeda (seri-paralel dan paralel) atau memvariasikan jumlah termoelektrik yang digunakan.

41


42

3. Kondisi lingkungan juga berpengaruh pada saat pengambilan data, keadaan yang berangin akan mengganggu api sebagai sumber panas, sehingga panas tidak stabil.


DAFTAR PUSTAKA Hendrata, S., 2005, Pembangkit Listrik Tenaga Panas Menggunakan Termoelektrik., skripsi, Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma,Yogyakarta. Holman, J, P., 1993, Perpidahan Kalor, Edisi Keenam, Erlangga; Jakarta. Mulyani, L., 2003, Perancangan Mini Refrigerator Tenaga Surya, Pusat Penelitian Elektronika dan Telekomunikasi LIPI, LIPI Bandung. Roekettino, A., 2008, Thermoelectric Generator Menggunakan Dua Belas modul Thermoelectric Untuk Aplikasi Kendaraan Hibryd, Skripsi, Fakultas Teknik Universitas Indonesia. http://www.docstoc.com/docs/44141575/perpindahan-panas, Diakses pada tanggal 26 November 2012. http://majalahenergi.com/forum/ energi-baru-dan-terbarukan/bentuk-energi baru/ termoelektrik-pemanfaatan-energi-panas- menjadi-energi- listrik, Diakses pada tanggal 26 November 2012. http://www.pdfport.com/view/283812-arus-dan-tegangan- listrik.html, pada tanggal 27 November 2012.

Diakses

http://organisasi.org/pengertian_definisi_kalor_dan_teori_kalor_umum_dasar_kua ntitas_jumlah_panas_pendidikan_ilmu_sains_fisika_via_internet_gratis , diakses pada tanggal 30 november 2012. http://www.engineersgarage.com/sites/default/files/7805.pdf, tanggal 30 November 2012.

Diakses

pada

http://peltiermodules.com/ Diakses pada tanggal 30 November 2012. http://www.tribunnews.com/search/?q=handp hone+pada+tahun+2013, pada tanggal 12 Januari 2013.

43

Diakses


LAMPIRAN

43


44

Peltier Thermoelectric Cooling Modules Peltier Modules Application Notes PDF 197Kb S = Silicon Sealed, HT = Max. Working temperature 225°C (non-HT types 138°C)  Size 15x15x3.5mm (WxDxH), weight 6g  Imax 8.5A, Umax 2.0V, R = 0.21 ohm, 17 couples  TEC1-01708 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 9.5W  TEC1-01708S ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 9.5W   

  

   

    

Size 20x20x3.5mm (WxDxH), weight 8g Imax 8.5A, Umax 3.7V, R = 0.40 ohm, 31 couples TEC1-03108 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 17.6W Size 25x25x3.5mm (WxDxH), weight 11g Imax 8.5A, Umax 5.9V, R = 0.57 ohm, 49 couples TEC1-04908 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 27.4W Size 30x30x4.7mm (WxDxH), weight 14g Imax 3.3A, Umax 8.5V, R = 1.94 ohm, 71 couples TEC1-07103 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 18.0W TEC1-07103HTS ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 18.0W Size 30x30x3.5mm (WxDxH), weight 17g Imax 8.5A, Umax 8.5V, R = 0.85 ohm, 71 couples TEC1-07108 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 40.0W TEC1-07108S ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 40.0W TEC1-07108HT ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 40.0W


   

   

     

    

   

45

Size 30x30x3.3mm (WxDxH), weight 14g Imax 3.2A, Umax 15.4V, R = 3.85 ohm, 127 couples TES1-12703 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 30.0W TES1-12703S ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 30.0W Size 30x30x3.3mm (WxDxH), weight 16g Imax 4.3A, Umax 15.4V, R = 3.10 ohm, 127 couples TES1-12704 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 40.0W TES1-12704S ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 40.0W Size 40x40x4.7mm (WxDxH), weight 31g Imax 3.3A, Umax 15.4V, R = 3.42 ohm, 127 couples TEC1-12703 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 38.0W TEC1-12703S ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 38.0W TEC1-12703HT ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 38.0W TEC1-12703HTS ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 38.0W Size 40x40x4.0mm (WxDxH), weight 29g Imax 5.3A, Umax 15.4V, R = 2.20 ohm, 127 couples TEC1-12705 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 57.0W TEC1-12705S ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 57.0W TEC1-12705HT ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 57.0W Size 40x40x3.9mm (WxDxH), weight 27g Imax 6.4A, Umax 15.4V, R = 1.98 ohm, 127 couples TEC1-12706 ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 63.0W TEC1-12706S ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0)




    

    

     

   

46

57.0W TEC1-12706HTS ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 57.0W Size 40x40x3.5mm (WxDxH), weight 25g Imax 7.4A, Umax 15.4V, R = 1.80 ohm, 127 couples TEC1-12707 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 75.0W TEC1-12707HT ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 75.0W TEC1-12707HTS ΔT max. = 66°C, Qmax (ΔT =0) 75.5W Size 40x40x3.5mm (WxDxH), weight 23g Imax 8.5A, Umax 15.4V, R = 1.55 ohm, 127 couples TEC1-12708 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 85.0W TEC1-12708S ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 85.5W TEC1-12708HTS ΔT max. = 66°C, Qmax (ΔT =0) 85.0W Size 40x40x3.3mm (WxDxH), weight 26g Imax 10.5A, Umax 15.4V, R = 1.08 ohm, 127 couples TEC1-12710 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 100.0W TEC1-12710S ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 100.0W TEC1-12710HT ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 100.0W TEC1-12710HTS ΔT max. = 66°C, Qmax (ΔT =0) 100.0W Size 50x50x3.9mm (WxDxH), weight 50g (Jumbo Junior) Imax 15.6A, Umax 15.4V, R = 0.80 ohm, 127 couples TEC1-12715 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 150 W TEC1-12715S ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 150 W


 

  

     

47

TEC1-12715HT ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 150 W TEC1-12715HTS ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 150 W

Size 50x50x3.1mm (WxDxH), weight 65g (Jumbo Junior) Imax 16.0A, Umax 31.5V, R = 1.60 ohm, 263 couples TEC1-26316 ΔT max. = 66°C, Qmax (ΔT =0) 300 W

Size 62x62x3.9mm (WxDxH), weight 90g (Jumbo) Imax 30.7A, Umax 15.4V, R = 0.35 ohm, 127 couples TEC1-12730 ΔT max. = 68°C, Qmax (ΔT =0) 350 W TEC1-12730S ΔT max. = 67°C, Qmax (ΔT =0) 350 W TEC1-12730HT ΔT max. = 66°C, Qmax (ΔT =0) 350 W TEC1-12730HTS ΔT max. = 65°C, Qmax (ΔT =0) 350 W

Number explantion: TEx1-yyyzz x = Area of section of N/P (C = >1mm², S = <1mm²) yyy = No. of couples zz = max. current (A) For high temperature module (225°C) add "HT", for sealed module add "S".


Gambar alat pada saat proses pengambilan data

Gambar dimana proses pengambilan data

48


Gambar pengukuran debit air yag mengalir ke dalam bak penampung

49


Gambar alat dan kompor pada saat pemanasan di sisi panas

50

PLAGIAT MERUPAKAN TINDAKAN TIDAK TERPUJI

Recommend Documents