Pendinginanpada teknologi termoelektrik menggunakan efek Peltieruntuk menciptakan panasfluks antara persimpangan dua jenis bahan. Energi yang
dibutuhkanolehtermoelektrikuntukmelaluimasing-masing material adalah berbeda. Hal inimengakibatkan untuksisipertama,
energi diserapterusmenerussehinggasisitersebutmenjadidingin. Sedangkan,
sisilainnyaenergi dilepasterusmenerussehinggamenjadisisipanas. Keuntunganutamadaripendinginanefek
Peltierdibandingkandengankulkaskompresiuapadalahkurangnyabagian yang bergerakatau peredaran cairan, mengurangi potensi kebocoran dandimensi yang
lebih kecil sebesar ±40x40 mmserta daya yang dibutuhkan hanya sebesar ±51 W.Kerugianutamanyaadalahcepat panas dan efisiensi suhu dingin yang dihasilkan
rendah sekitar 60.
1.2. Tujuan Analisa
Adapun tujuan dari simulasi ini adalah : 1.
Mengetahui parameter kecepatan, tekanan dan temperaturpada kotak pendingin.
2. Membandingkan data hasil simulasi dengan data hasil pengujian dari
kotak pendingin. 3.
Mengetahui aliran fluida yang terjadi padakotak pendingin.
1.3. Manfaat Analisa
1. Bagi Penulis
a. Merupakan wahana menerapkan pengetahuan teori mata kuliah metode
perhitungan dinamika fluida dan teknik pendingin yang telah diperoleh di bangku kuliah, serta membandingkannya dengan kondisi di
lapangan. b.
Mengetahui aliran fluida yang terjadi pada mesin pendingin. 2.
Bagi Akademik a.
Merupakan pustaka tambahan dalam menunjang proses perkuliahan.
b. Sebagai referensi dasar untuk dilakukannya penelitian lebih mendalam
pada jenjang yang lebih tinggi. 3.
Bagi Masyarakat sekitar a.
Memberikan solusi terhadap masalah ketersediaan mesin pendingin yang murah dan ramah lingkungan sehingga dapat mengurangi resiko
pemanasan global. b.
Sebagai kontribusi positif dalam mengurangi kerusakan lapisan ozon. c.
Sebagaisalahsatuperalatanpendinginalternatif yang menggunakansumberlistrikterbarukan dalam mengurangi
ketergantungan pada sumber listrik dengan bahan bakar fosil.
1.4. BatasanMasalah
Dalamsimulasiini,penulismembatasimasalahpada: 1.
Analisa pada kotak pendingin dilakukandenganmenggunakansoftware CFD FLUENT 6.3
2. Analisis dilakukan pada kotak pendingin bermaterial aluminum yang
dilapisi oleh sterofoam dan triplek. 3.
Variabel yang dianalisis pada software CFD FLUENT 6.3 adalahtekanan, temperatur dan kecepatan udara pada kotak pendingin.
4. Penggunaan elemen pendingin termoelektrik dibatasi maksimal hanya dua
buah. 5.
Analisa pada kotak pendingin didesain dengan menggunakan software GAMBIT 2.4.6.
6. Analisis kotak pendingin dibatasi hanya dilakukan dalam keadaan tertutup
dan terbuka.
1.5. Sistematika Penulisan
Agar penyusunanskripsiinidapattersusunsecarasistematisdanmempermudahpembacame
mahamitulisanini, makaskripsiinidibagidalambeberapabagianyaitu: BAB I PENDAHULUAN
Berisitentanglatarbelakang yang menentukanpengambilanpenelitiandandilanjutkandengantujuanpenelitian,
batasanpenelitian, manfaatpenelitian, dansistematikapenulisanskripsiini. BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Padababinimenjelaskantentang landasan teori dan studi literatur yang berhubungandenganpenelitianskripsi.Literatur yang diambil
berkaitandenganpokokpermasalahansertametodependekatan yang digunakanuntukmenganalisapersoalan.
BAB III METODOLOGI PENELITIAN Padababiniakandibahasmengenaiobjek penelitian, waktu penelitian, peralatan
penelitian, langkah-langkahpenelitian dan skema pengujian
yang akandigunakanuntukmenyelesaikanpermasalahandaritopik yang diangkat.
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN Bab iniakanmenjelaskanhasil yang didapatdari analisa dengan Computational
Fluid Dynamic CFD pada kotak pendingin yang dirancang dengan sistem pendingin termoelektrik.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Bab iniberisitentangkesimpulandarisemuapenelitian yang
dilakukanuntukskripsiinidan saran yang mendukungkedepannya. DAFTAR PUSTAKA
Berisiseluruhreferensi yang digunakandalampenelitianuntukpembuatantugasakhirini.
BAB II TINJAUAN PUSTAKA
Dalam tinjauan pustaka, akan dibahas mengenai termoelektrik sebagai alternatif penganti refrigeran, energi surya yang merupakan sumber energi
terbarukan, dan dinamika fluida komputasi yang digunakan untuk membantu analisis serta aliran fluida yang mengalir.
2.1 Pendingin Termoelektrik
2.1.1 Sejarah Perkembangan Termoelektrik
Termoelektrik merupakan alat yang dapat mengubah energi elektrik menjadi energi termal. Konsep termoelektrik pertama sekali
diperkenalkan oleh T.J. Seebeck pada tahun 1821. Seebeck menunjukkan bahwa medan magnet dapat diproduksi dengan membuat perbedaan panas
di antara dua konduktor elektrik yang berbeda
[3]
. Tiga belas tahun setelah penemuan Seeback, J. Peltier menemukan
efek termoelektrikyang kedua. Dia menemukan bahwa bagian dari arus listrik yang dilalui oleh dua konduktor elektrikdapat menghasilkan panas
dan dingin bergantung pada arah pergerakan elektronnya. Pada awalnya, tidak terlihat adanya hubungan antara penemuan
Seeback dan Peltier.Namun, pada 1855, W. Thomson menemukan keterkaitan antara dua penemuan tersebut. Dengan menerapkan teori
termodinamika, dia mendapatkan hubungan antara koefisien yang ditetapkan Seebeck dan efek Peltier. Thomson menemukan bahwa perlu
adanya teori ketiga dari termoelektrik untuk menunjukkan keterkaitan yang terdapat dalam sebuah konduktor yang homogen. Efek ini dikenal
sebagai efek Thomson, yaitu: terdiri dari pemanasan dan pendinginan
yangmemiliki kemampuan keterbalikan ketika berlangsungnya pemanasan dan pendinginan dengan aliran arus elektron.
2.1.2 Prinsip Kerja Termoelektrik
Efek Peltier merupakan dasar dari teknologi pendingin termoelektrik saat ini. Teknologi termoelektrik memanfaatkan efek
Seebeck yang memaksa munculnya tegangan yang digunakan untuk menjalankan arus
[9]
. Modul pendingin termoelektrik tersebut bekerja berdasarkan efek Peltieryang berfungsi apabila arus listrik DC dialirkan
ke elemen Peltier yang terdiri dari beberapa pasangan semikonduktor tipe N semikonduktor dengan tingkat energi lebih tinggi dan tipe P
semikonduktor dengan tingkat energi yang lebih rendah
[13]
.
Gambar 2.1 Modul Pendingin Termoelektrik
[21]
Gambar diatas menunjukan aliran elektron dari semikonduktor tipe-pmenuju semikonduktor tipe-n. Agar elektron pada tipe-p dapat
mengalir, maka elektron akan menyerap kalor yang mengakibatkan sisi tersebut menjadi dingin, sedangkan pelepasan kalor ke lingkungan terjadi
pada sisi panas sehingga elektron pada tipe-n dapat mengalir menuju semikonduktor tipe-p.
Hasilnya, nilai kalor yang dilepaskan pada sisi panas sama dengan nilai kalor yang diserap pada sisi dingin ditambah dengan daya yang
diberikan ke modul termoelektrik
[10]
. �
ℎ
= �
�
+ �
��
……………………………………………………....... 2.1 Keterangan :
q
h
= laju perpindahan panas yang dilepaskan pada permukaan panas elemen Peltier[Watt]
q
c
= laju perpindahan panas yang diserap pada permukaan dingin elemen Peltier
[Watt] P
in
= daya input [Watt] Pada kondisi ideal, jumlah kalor yang diserap pada sisi dingin dan
dilepas pada sisi panas bergantung pada koefisien Peltier dan arus listrik yang digunakan. Pada saat dioperasikan, jumlah kalor yang diserap pada
sisi dingin akan berkurang dikarenakan oleh dua faktor, yaitu kalor yang terbentuk pada material semikonduktor akibat perbedaan temperatur
antara sisi dingin dan sisi panas modul conducted heat dan Joule Heat yang nilainya akan sama dengan kuadrat dari arus listrik yang digunakan,
sehingga pada kondisi apapun kesetimbangan termal yang terjadi karena efek Peltier pada sisi dingin, akan sama dengan jumlah kalor yang
terbentuk pada semikonduktor dijumlahkan dengan 1 ½ Joule heat.
Gambar 2.2 Arah aliran elektron pada modul termoelektrik
[20]
Selain ukuran yang relatif kecil, modul termoelektrik memiliki keunggulan lain, yaitu:
• Modul termoelektrik tidak memiliki bagian yang bergerak, sehingga untukperawatan lebih mudah.
• Pengujian usia pakai membuktikan bahwa modul termoelektrik bisa digunakan selama kurang lebih 100.000 jam sehingga memiliki
ketahanan yang lebih baik. • Modul termoelektrik tidak memiliki kandungan chloroflourocarbons
CFC atau material lainnya sehingga ramah terhadap lingkungan. • Modul termoelektrik dapat dioperasikan pada lingkungan yang sensitif
karena tidak adanya ketergantungan terhadap posisi peletakan
2.1.3 Efek Peltier
Pada tahun 1834, pembuat jam dan paruh waktu fisikawanPerancis, Jean Charles Peltier Athanase menemukan bahwa arus
listrik menghasilkan pemanasan atau pendinginan di persimpangan dua logam berbeda.Pada 1838, Lenz menunjukkan bahwa ketergantungan pada
arah aliran arus, panas dapat dihapus dari persimpangan untuk membekukan air menjadi es, atau dengan membalik arus, panas dapat
dihasilkan untuk melelehkan es.Panas yang diserap atau diciptakan di persimpangan sebanding dengan arus listrik.Perbandingan konstan dikenal
sebagai koefisien Peltier
[6]
. Jika arus DC dialirkan ke sepasang keping yang berbeda, maka sisi
yang satu akan menjadi panas, sedangkan di sisi lain akan menjadi dingin tergantung dari kombinasi 2 material. Peltier mencoba merubah arus yang
dialirkan dan menemukan tiap rataan pendinginan dan pemanasan pada pasangan material yang berbeda
[2]
.
2.1.4 Peredam Panas Heat Sink
Sistem pendingin termoelektrik yang baik tidak terlepas dari alat pendamping yang bagus yang dikenal dengan peredam panas. Desain dan
pemilihan peredam panassangat krusial dan mempengaruhi secara keseluruhan pada sistem kerja termoelektrik dalam mempercepat laju
pendinginan
[5]
. Peredam panas yang optimal akan meningkatkan koefisien
perfomansi dari sistem pendingin termoelektrik. Hal ini dapat dilakukan dengan memaksimalkan luas permukaan atau menggunakan peredam
panas yang mempunyai kapasitas penyimpanan kalor yang besar sehingga dapat menjaga peredam panas pada temperatur rendah.
Peredam panas plat bersirip banyak digunakan untuk
meningkatkan pelepasan panas pada komponen mikroelektronik dan komponen elektronik penghasil panas lainnya. Plat bersirip peredam panas
berfungsi untuk menurunkan tahanan termal dan temperatur operasi komponen.
Perpindahan panas yang terjadi pada peredam panasadalah perpindahan panas secara konduksi dan konveksi. Pada proses ini,
perpindahan panas konveksi lebih dominan dibanding dengan perpindahan panas secara konduksi
[4]
.
2.1.5 Efek-Efek Pendinginan Termoelektrik
Efek pendinginan termoelektrik merupakan gejala termal yang muncul pada suatu termokopel. Ada lima efek yang mempengaruhi atau
terjadi pada sistem pendinginan termoelektrik, yaitu efek Seebeck, efek Joule, efek konduksi, efek Peltier, dan efek Thomson
[7]
.
a. Efek Seebeck
Thomas J. Seebeck merupakan orang pertama yang menemukan fenomena termoelektrik. Apabila dua buah material yang berbeda jenis
digabung lalu pada salah satu ujungnya diberi sumber panas maka akan mengalir arus. Koefisien Seebeck S disebut juga daya termoelektrik,
seperti pada persamaan berikut: � =
��
�
�
………………….………..………...……………...………..... 2.2 Keterangan:
α = koefisien Seebeck [VoltK]
��
�
= potensial termoelektrik terinduksi [Volt] T = temperatur
[K]
b. Efek Joule
