Rancang Bangun Kotak Pendingin Yang Menggunakan Elemen Pendingin Termoelektrik Dengan Sumber Energi Surya

(1)

RANCANG BANGUN KOTAK PENDINGIN

YANG MENGGUNAKAN ELEMEN PENDINGIN

TERMOELEKTRIK DENGAN SUMBER

ENERGI SURYA

SKRIPSI

Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Wilsen Simon NIM. 100401095

DEPARTEMEN TEKNIK MESIN

FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

(2)

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

(8)

(9)

(10)

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul

“RANCANG BANGUN KOTAK PENDINGIN YANG MENGGUNAKAN

ELEMEN PENDINGIN TERMOELEKTRIK DENGAN SUMBER ENERGI

SURYA”.

Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi Energi, Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi

penulis, namun berkat dorongan, semangat, do’a, dan bantuan baik materiil, moril,

maupun spirituil dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu terimakasih, dengan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terimakasih yang tak terhingga kepada :

1. Bapak Tulus B. Sitorus, S.T,M.T. selaku Dosen pembimbing yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada penulis.

2. Bapak Dr. Ing. Ir. Ikhwansyah Isranuri selaku Dosen pembanding I yang dengan penuh kesabaran telah memberikan kritik dan saran yang membangun.

3. Bapak Dipl. -Ing. Samar, S.T. selaku Dosen pembanding II yang penuh kesabaran telah memberikan kritik dan saran yang membangun.

4. Kedua orang tua penulis, Tjoa Tjoang Thiam dan Yuliwaty Juman serta adik penulis, Andrew Senjaya dan Vincentius Senjaya yang tidak pernah putus-putusnya memberikan dukungan, do’a serta kasih sayangnya yang

tak terhingga kepada penulis.

5. Seluruh staf pengajar dan staf tata usaha Departemen Teknik Mesin, yang telah membimbing serta membantu segala keperluan penulis selama penulis kuliah.

6. Rekan-rekan khususnya Dwyanto, Hendri, Christianto, Stefanus, Wunardi dan seluruh rekan mahasiswa angkatan 2010 serta semua rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.

(11)

7. Teman – teman yang selalu memotivasi khususnya Rudi Kirana, Melia Oktiva, Jusco, Michael , Deni Natalia dan semua teman – teman yang berada di Keluarga Mahasiswa Buddhis yang telah memberi semangat. 8. Rekan-rekan bimbingan les tempat saya mengajar seperti Jimmy

Leonardo, Viera Fransisca, Jesslyn CL, Adeline, dan lain yang tidak dapat saya sebutkan semua.

9. Murid-murid yang saya ajar yang selalu memberi semangat supaya saya tidak terlalu stress.

Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis akan sangat berterimakasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca, Terima kasih.

Medan, Maret 2015

(12)

ABSTRAK

Pada sistem refrigerasi dan tata udara, belakangan ini telah dikenal teknologi pendinginan atau pemanasan teknologi termoelektrik. Termoelektrik merupakan sumber alternatif utama dalam menjawab kebutuhan energi tersebut. Kotak pendingin merupakan salah satu alat pendingin yang menggunakan sistem pendingin termoelektrik. Tujuan rancang bangun ini adalah untuk merancang kotak pendingin termoelektrik yang efisien untuk digunakan pedagang minuman dibandingkan dengan penggunaan kotak pendingin es batu beserta komponen penyusun dan juga ketahanan material yang digunakan kotak pendingin. Dalam melakukan rancang bangun akan dilakukan pemakaian styrofoam yang sering digunakan pedagang minuman, pembuatan rancangan dengan AUTOCAD 2007, penyiapan alat bahan dan perakitan kotak pendingin. Hasil rancang bangun adalah penggunaan styrofoam sebagai media tempat pendingin benda yang akan diuji. Termoelektrik yang digunakan adalah TEC 1-12706 yang mampu mencapai temperatur 5oC. Akumulator yang digunakan pada sistem menggunakan akumulator merek GS 12V 70Ah. Sementara fotovoltaik yang digunakan adalah merek SA100-72M yang dapat mengeluarkan 18,9 V atau dalam seharinya 100 Watt. Ketahanan material untuk beban 20 kg dari aluminium 112,45 N/mm2 dan triplek 50,45 N/mm2.

Kata kunci: kotak pendingin, termoelektrik, fotovoltaik, AutoCAD, ketahanan material.

(13)

ABSTRACT

In the refrigeration and air-conditioning system, thermoelectric cooling or heating technology have recently been recognized technology. Thermoelectric is a primary alternative source in energy needs. Cooling box is a cooling device that uses thermoelectric cooling system. The purpose of this tcooling box design is to design the efficient thermoelectric cooling box used by beverage merchant compare with ice cube cooling box, and other components along with the durability of cooling box. Designing this cooling box use styrofoam that use most for beverage merchant, designed by AUTOCAD 2007, preperation of tool materials, and assembling the cooling box. The result of this design is used of styrofoam as a cooling box to be tested. TEC 1-12706 is hoped to reach the temperature of 5oC. Accumulator of the system is GS 12V 70Ah brand. Beside the photovoltaic is SA100-72M brand which can release 18,9 V or 100 Watt in a day. The durability for 20kg weight from aluminium is 112,45 N/mm2 and for plywood is 50,45 N/mm2.

(14)

DAFTAR ISI

KATA PENGANTAR ... i

ABSTRAK ... iii

ABSTRACT ... iv

DAFTAR ISI ... v

DAFTAR TABEL ... vii

DAFTAR GAMBAR ... viii

DAFTAR LAMPIRAN ... x

DAFTAR NOTASI ... xi

BAB I PENDAHULUAN ... .1

1.1 Latar Belakang Masalah ... .1

1.2 Tujuan Rancang Bangun ... .2

1.3 Manfaat Rancang Bangun ... .2

1.4 Batasan Masalah ... .2

1.5 Sistematika Penulisan ... 3

BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... .4

2.1 Pendingin Termoelektrik ... .4

2.1.1 Sejarah perkembangan Termoelektrik ... 4

2.1.2 Prinsip Kerja Termoelektrik ... 4

2.2.3 Peredam Panas ... 7

2.2.4 Karakteristik Bahan – Bahan Termoelektrik ...10

2.2.5 Efek – Efek Pendinginan Termoelektrik ...11

2.2.6 Perhitungan Pendinginan Sistem Termoelektrik ...13

2.2 Energi Surya ...17

2.2.1 Pengertian Energi Surya ...17

2.2.2 Fotovoltaik (PV)...18

2.2.3 Cara Kerja Fotovoltaik...20

2.4 Beban Pendinginan...21

2.4.1 Beban Panas dari Luar...21

2.4.2 Beban Panas dari Dalam...22

(15)

BAB III METODOLOGI PEMBUATAN...27

3.1 Membuat Desain Pendingin Elemen Peltier...28

3.2 Mengambar Desain dengan AUTOCAD 2007...28

3.3 Penyiapan Alat dan Bahan ...28

3.3.1 Penyiapan Alat ...29

3.3.2 Penyiapan Bahan ...32

3.4 Perakitan Pendingin Elemen Peltier...37

BAB IV RANCANG BANGUN KOTAK PENDINGIN ...39

4.1 Rancang Bangun Kotak Pendingin...39

4.2 Pemasangan Fotovoltaik (PV)...46

4.3 Skema Pengujian dan Aliran Fluida dalam Kotak Pendingin Termoelektrik...46

4.4 Biaya Pembuatan Kotak Pendingin...48

4.5 Desain Rancang Bangun Menggunakan Software AutoCAD...49

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ...52

5.1 Kesimpulan ...52

5.2 Saran ...52

DAFTAR PUSTAKA...54 LAMPIRAN

(16)

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1 Dimensi Styrofoam Garuda Indonesia MEA-02198 REPORT ... 27

Tabel 4.1 Karakteristik logam Aluminium ... 39

Tabel 4.2 Karakteristik kayu triplek ... 43

(17)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Modul pendingin termoelektrik ... 5

Gambar 2.2 Aliran arus listrik yang menimbulkan panas dan dingin ... 6

Gambar 2.3 Extruded Heat Sink ... 7

Gambar 2.4 Folded Fin Heat Sink ... 8

Gambar 2.5 Cold Forged Heat Sink ... 8

Gambar 2.6 Bonded/Fabricated Heat Sink ... 9

Gambar 2.7 Skived Fin Heat Sink ... 10

Gambar 2.8 Fotovoltaik (PV) ... 20

Gambar 2.9 Cara Kerja Fotovoltaik (PV) ... 21

Gambar 2.10 Proses Perpindahan Kalor Secara Konduksi ... 24

Gambar 2.11 Proses Perpindahan Kalor Secara Konveksi Pada Suatu Plat ... 25

Gambar 3.1 Diagram Alir Pembuatan pendingin elemen peltier ... 27

Gambar 3.2 Gunting ... 29

Gambar 3.3 Gergaji tangan ... 29

Gambar 3.4 Tang potong ... 30

Gambar 3.5 Selotip ... 30

Gambar 3.6 Termokopel ... 31

Gambar 3.7 Bor Listrik ... 31

Gambar 3.8 Aspire 4732Z ... 31

Gambar 3.9 Meteran ... 32

Gambar 3.10 Styrofoam ... 32

Gambar 3.11 Lempengan Aluminium ... 33

Gambar 3.12 Peredam Panas ... 33

Gambar 3.13 Kipas (Fan) ... 34

Gambar 3.14 Termoelektrik ... 34

Gambar 3.15 Kabel Listrik ... 35

Gambar 3.16 Kabel Tie ... 35

Gambar 3.17 Akumulator ... 35

Gambar 3.18 Fotovoltaik (PV) ... 36

(18)

Gambar 3.20 Triplek ... 37

Gambar 3.21 Pembuatan lempeng aluminium dan lubang peredam panas ... 37

Gambar 3.22 Pemasangan kabel tie dan peredam panas ... 38

Gambar 3.23 Pembuatan triplek dan lubang peredam panas ... 38

Gambar 3.24 Ujicoba dengan menggunakan akumulator ... 38

Gambar 4.1 Distribusi gaya dan beban pada aluminium ... 40

Gambar 4.2 Distribusi gaya dan beban pada triplek... 43

Gambar 4.3 Pemasangan fotovoltaik ... 46

Gambar 4.4 Skema pengujian... 47

Gambar 4.5 Aliran fluida pada kotak pendingin tampak depan ... 47

Gambar 4.6 Aliran fluida pada kotak pendingin tampak atas ... 48

Gambar 4.7 Assembling kotak pendingin ... 49

Gambar 4.8 Potongan styrofoam, aluminium,dan triplek... 50

Gambar 4.9 Pandangan depan dan kiri peredam panas ... 50

Gambar 4.10 Tutup kotak pendingin ... 51

(19)

DAFTAR LAMPIRAN

(20)

DAFTAR NOTASI

Pin = daya input (Watt)

h = koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m2.oC) S = koefisien Seebeck (Volt/K)

= potential termoelektrik terinduksi (Volt) T = temperatur (K)

qj = efek joule (panas joule) (Watt) I = arus (Ampere)

R = tahanan (Ohm)

qc = laju aliran panas sisi dingin (Watt) qh = laju aliran panas sisi panas (Watt) U = konduktivitas termal (Watt/K) Th = temperature sisi panas (K) Tc = temperature sisi dingin (K)

= koefisien Peltier (Volt)

q = laju perpindahan panas (Watt) I = arus (Ampere)

= koefisien Thomson

= perbedaan temperature (K)

= gradient suhu kearah perpindahan kalor (oC/m) k = koefision perpindahan kalor konduksi (W/m.oC) Tw = suhu plat (oC)

T_∞ = suhu fluida (oC)

σ = konstanta Stefan-Boltzman(5,669 x 10-8 W/m2.K4)

ε = Emisivitas

K = konduktifitas termal dari kopel (Watt/K)

ρ = tahanan listrik (Ohm cm)

r = hubungan tahanan listrik (Ohm cm2) Iopt = arus optimum (Ampere)

α = kekuatan termoelektrik (V/K)

(21)

Tm = temperatur rata-rata (K) I = momen inersia (mm4) b = lebar plat (mm) h = tebal plat (mm)

Z = modulus penampang (mm2)

ymaks = jarak sumbu netral ke tegangan normal (mm) F = beban yang diberikan (N)

A = Luas penampang (mm)

σmaks = tegangan lentur maksimum (N/mm2) COP = Koefisien Performansi

L = Luas Penampang (cm) W = Daya (Watt)

(22)

ABSTRAK

Kata kunci: kotak pendingin, termoelektrik, fotovoltaik, AutoCAD, ketahanan material.

(23)

ABSTRACT

(24)

BAB I

PENDAHULUAN

Dalam pendahuluan, akan dibahas tentang latar belakang masalah, tujuan rancang bangun, manfaat rancang bangun, batasan masalah dan sistematika penulisan.

1.1 Latar Belakang Masalah

Mengamankan pasokan energi yang berkelanjutan dan masa depan akan menjadi tantangan terbesar yang dihadapi oleh seluruh masyarakat di abad ini. Karena populasi manusia di dunia yang terus bertambah dan modernisasi meningkat, permintaan energi global diproyeksikan lebih dari dua kali lipat pada paruh pertama abad dua puluh satu dan lebih dari tiga kali lipat pada akhir abad ini. Kebutuhan energi di masa depan hanya dapat terpenuhi dengan memperkenalkan energi alternatif untuk mengurangi penggunaan energi fosil.

Surya merupakan sumber energi yang unik karena dapat menyediakan energi listrik dan air bersih untuk masyarakat setiap hari dengan persyaratan infrastruktur minimal dengan menggunakan sumber daya energi lokal yang mempromosikan pembangunan lokal ekonomi. Tenaga surya tersebut mulai banyak diaplikasikan pada berbagai sektor. Salah satunya penggunaan sel surya sebagai sumber energi pada pendinginan coolbox.

Coolbox merupakan kotak pendingin isolasi yang digunakan untuk mendinginkan makanan atau minuman[7]. Termoelektrik merupakan alat untuk mengubah listrik menjadi panas dengan menggunakan fenomena efek Seebeck[6]. Fotovoltaik (PV) merupakan sebuah sel untuk mengubah energi cahaya menjadi listrik[9].

Alasan tersebut menjadi dasar bagi penulis untuk merancang kotak pendingin sebagai alat pendingin yang relatif masih jarang ditemui di lapangan yang menggunakan termoelektrik, dan penggunaan sel surya sebagai sumber energi untuk kotak pendingin itu sendiri. Pada penelitian ini sel surya digunakan untuk mengisi baterai. Baterai inilah yang akan berhubungan langsung dengan unit pendingin berupa kotak pendingin.

(25)

1.2 Tujuan Rancang Bangun

Tujuan rancang bangun kotak pendingin adalah :

1. Untuk merancang kotak pendingin termoelektrik yang efisien untuk digunakan pedagang minuman dibandingkan dengan penggunaan kotak pendingin es batu.

2. Untuk mengetahui komponen yang digunakan mesin pendingin.

3. Untuk mengetahui ketahanan material yang digunakan untuk merakit mesin pendingin termoelektrik bertenaga surya.

1.3 Manfaat Rancang Bangun

Rancang bangun yang penulis lakukan ini kiranya dapat bermanfaat bagi penulis, bagi para pembaca, dan pihak – pihak yang berkepentingan. Manfaat rancang bangun ini adalah :

1. Aspek keilmuan atau akademis

Rancang bangun ini berhubungan dengan mata kuliah mesin pendingin dan perpindahan panas, sehingga dengan dilakukannya perancangan ini diharapkan dapat memberikan wawasan yang luas bagi peneliti serta mengembangkan ilmu pengetahuan di bidang pendinginan.

2. Aspek praktik atau implementasi

Berfokus kepada rancang bangun mesin pendingin dengan menggunakan perangkat lunak AutoCAD dengan data – data ukuran sesuai dengan benda asli.

1.4 Batasan Masalah

Dalam rancang bangun ini, akan dibatasi masalah yang akan dibahas. Batasan masalah ini berupa :

1. Pemilihan plat aluminium sebagai lapisan dalam dari kotak pendingin. 2. Pemilihan kotak stryrofoam sebagai kotak pendingin.

3. Pemakaian triplek sebagai pelapis dari kotak stryrofoam. 4. Pemakaian panel surya sebagai media penghasil energi. 1.5 Sistematika Penulisan

(26)

Agar penyusunan skripsi ini dapat tersusun secara sistematis dan mempermudah pembaca memahami tulisan ini, maka skripsi ini dibagi dalam beberapa bagian yaitu:

BAB I PENDAHULUAN

Berisi tentang latar belakang yang menentukan pengambilan rancang bangun dan dilanjutkan dengan tujuan rancang bangun, batasan masalah, manfaat rancang bangun, dan sistematika penulisan skripsi ini.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

Pada bab ini menjelaskan tentang landasan teori dan studi literatur yang berhubungan dengan rancang bangun skripsi. Literatur yang diambil berkaitan dengan pokok permasalahan serta metode pendekatan yang digunakan untuk rancang bangun.

BAB III METODOLOGI PERANCANGAN

Pada bab ini akan dibahas mengenai diagram alir rancang bangun, peralatan rancang bangun, bahan yang digunakan serta langkah – langkah rancang bangun yang digunakan untuk rancang bangun kotak pendingin.

BAB IV RANCANG BANGUN KOTAK PENDINGIN

Pada bab ini akan menjelaskan mengenai perhitungan kekuatan material bahan, aliran dalam kotak pendingin, biaya pembuatan kotak pendingin serta desain menggunakan AutoCAD.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

Pada bab ini berisi tentang kesimpulan dari semua rancang bangun yang dilakukan untuk skipsi ini dan saran yang mendukung ke depannya.

DAFTAR PUSTAKA

Berisi seluruh referensi yang digunakan dalam rancang bangun untuk pembuatan tugas akhir ini.

(27)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

Dalam tinjauan pustaka, akan dibahas mengenai pendingin termoelektrik, energi surya , beban pendingin, dan perpindahan kalor yang mendukung penulisan skripsi ini.

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 Thomas .J. Seebeck pada tahun 1821. Seebeck menunjukkan bahwa medan magnet dapat diproduksi dengan membuat perbedaan panas di antara dua konduktor elektrik yang berbeda[6][17].

Tiga belas tahun setelah penemuan Seeback, J. Peltier menemukan efek termoelektrik yang kedua. Dia menemukan bahwa bagian dari arus listrik yang dilalui oleh dua konduktor elektrik dapat menghasilkan panas dan dingin bergantung pada arah pegerakan elektronnya[6][17].

Pada awalnya, tidak terlihat adanya hubungan antara penemuan Seeback dan Peltier. Namun, pada 1855, W. Thomson (yang kemudian menjadi Lord Kelvin) 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 yang memiliki kemampuan keterbalikan ketika sedang berlangsung pemanasan dan pendinginan dengan aliran arus elektron[6][11][17][19].

(28)

Prinsip kerja dari termoelektrik adalah dengan berdasarkan efek Seebeck. Jika 2 buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujunganya, kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain. Pendingin termoelektrik mempunyai kemampuan mendinginkan dan memanaskan sekaligus dimana perubahan polaritas tegangan akan membalikkan fungsi dari panas ke dingin dan sebaliknya. Jika sebuah elemen termoelektrik dialiri arus listrik DC maka kedua sisi elemen ini akan menjadi panas dan dingin. Sisi dingin inilah yang dimanfaatkan sebagai pendingin udara ruangan dengan bantuan heatsink dan fan atau blower[11][19][21].

Ketika peltier di alirkan arus listrik, elektron – elektron pada mengalir dari kutub negatif ke kutub positif dalam rangkaian. Elektron dari material yang kekurangan elektron (P – Type Semiconductor) berpindah ke material yang kelebihan elektron (N – Type Semiconductor). Dalam keadaan ini, konektor akan menyerap energi sehingga sisi ini akan bersuhu dingin. Di sisi lain, ketika elektron berpindah dari tipe - n ke tipe - p , konektor akan melepaskan energi sehingga pada sisi ini akan bersuhu panas. Cara kerja dari peltier dapat dilihat pada gambar 2.1.

Gambar 2.1 Modul pendingin termoelektrik[36]

Panas yang diserap ( sisi dingin)

konduktor elektrik Semikonduktor tipe - p Semikonduktor tipe - n Positif (+) Negatif (-)

Insulator elektrik

Panas yang dibuang (sisi panas)

(29)

Hasilnya, nilai kalor yang dilepaskan pada sisi panas sama dengan nilai kalor yang diserap di sisi dingin ditambah dengan daya yang diberikan ke modul termoelektrik[4][6][9][11][14][15][17][19][21].

qh = qc + Pin……… (2.1) Dimana,

qh = kalor yang dilepaskan pada bagian sisi panas elemen Peltier (Watt)

qc = kalor yang diserap pada bagian sisi dingin elemen Peltier (Watt)

Pin = 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 dua faktor, yaitu kalor yang terbentuk pada material semikonduktor dikarenakan perbedaan temperatur antara sisi dingin dan sisi panas modul dan Joule Heat yang nilainya akan sama dengan kuadrat dari arus listrik yang digunakan]. Arah dari aliran listrik yang terjadi di termoelektrik seperti pada gambar 2.2.

Gambar 2.2 Arah arus listrik yang menimbulkan panas dan dingin[35]

2.1.3 Peredam panas ( Heat Sink )

q panas masuk

q panas keluar Konduktor Insulator keramik Insulator keramik Sisi panas Sisi dingin

Arah arus listrik Kaki – kaki

(30)

Sistem pendingin termoelektrik yang baik tidak terlepas dari alat pendamping yang bagus yaitu peredam panas. Desain dan pemilihan peredam panas sangat krusial dan mempengaruhi secara keseluruhan pada sistem kerja termoelektrik dalam mempercepat laju pendinginan[37].

Peredam panas yang optimal akan meningkatkan coefficient of performance 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.

Jenis-jenis peredam panas yang ada antara lain[37] :

a. Extruded Heat Sink

Extruded heat sink merupakan contoh yang paling murah dan popular di pasaran. Peredam panas ini terbuat dari alumunium dan mempunyai sifat-sifat perpindahan kalor yang baik dikarenakan memiliki bidang permukaan yang luas.

Gambar 2.3 Extruded Heat Sink[37]

b. Folded Fin Heat Sink

Lembaran logam yang terlipat dipasang (disolder atau dilem dengan menggunakan minyak konduksi kalor adhesive khusus) di dasar peredam panas. Lipatan-lipatan yang terbentuk tampak seperti permukaan sirip. Material dasarnya adalah alumunium dan tembaga. Jika dibandingkan dengan extruded heat sink,

(31)

maka teknologi ini dapat digunakan untuk alat-alat yang lebih kecil dengan tingkat keefektifan sama atau bahkan lebih tinggi.

Gambar 2.4 Folded Fin Heat Sink[37]

c. Cold-Forged Heatsink

Teknologi cold pressing memungkinkan tidak hanya pada pembuatan sirip bentuk rectangular tetapi juga pin. Peredam panas seperti ini sebagian besar terbuat dari material alumunium. Tetapi sering juga digunakan tembaga sebagai alasnya untuk mempertinggi sifat-sifat perpindahan kalornya. Peredam panas ini lebih mahal dibandingkan dengan jenis extruded atau folded, tetapi efisiensi termal mereka tidak selalu lebih baik.

(32)

d. Bonded/Fabricated Fin Heatsink

Peredam panas ini sangat mirip dengan folded fin heat sink, tetapi ada beberapa perbedaan, yaitu permukaan sirip tidak terbuat dari satu lembar logam melainkan plat-plat tipis terpisah yang disolder atau dilas terhadap peredam panas. Material utamanya adalah tembaga. Pelepas panas ini mempunyai keefektifan termal yang lebih tinggi daripada jenis extruded atau folded. Akan tetapi, hal ini hanya akan terwujud bila kualitas proses produksi diawasi dengan ketat.

Gambar 2.6 Bonded/Fabricated Heat Sink[37]

e. Skived Fin Heatsink

Saat ini, peredam panas jenis ini merupakan peredam panas yang paling banyak berkembang dan mahal. Hal ini disebabkan karena produksinya melibatkan proses permesinan presisi tinggi dari solid blanks (diproses pada mesin presisi tinggi dengan berbasis CPU khusus). Keefektifan termal peredam panas ini adalah yang paling baik. Alumunium dan tembaga adalah material utama. Peredam panas ini dapat menggantikan peredam panas jenis lainnya jika biaya pembuatannya dapat dikurangi sampai ke tingkat yang dapat diterima.

(33)

Gambar 2.7 Skived Fin Heat Sink[37]

2.1.4 Karakteristik Bahan - Bahan Termoelektrik

Kesesuaian bahan-bahan yang dipakai pada sistem termoelektrik ditentukan oleh angka bajik (figure of merit), yaitu angka yang paling efisien atau yang baik. Persamaan yang digunakan untuk menentukan harga figure of merit suatu bahan adalah sebagai berikut[4][6][9][11][14][15][17][19][21]:

……….. (2.2)

Keterangan:

Z = Figure of merit [K-1]

α = Koefisien seebeck atau kekuatan termoelektrik [Volt/K]

R = Tahanan dari kopel [Ohm]

k = Konduktifitas termal [Watt/K]

Bahan semikonduktor yang baik digunakan untuk termoelektrik berdasarkan tabel H.J. Goldsmid, yaitu Bismuth Tellurida (Bi2 Te3) [6], karena:

a. Mempunyai nilai Z yang optimal, karena semakin tinggi nilai Z maka semakin baik bahan tersebut digunakan sebagai bahan termoelektrik.

(34)

b. dapat mencapai temperatur drop maksimum. Temperatur drop maksimum merupakan fungsi dari figure of merit (Z) yang terjadi pada temperatur sisi panas.

2.1.5 Efek – Efek Pendinginan Termoelektrik

Efek pendinginan termoelektrik adalah gejala termal yang timbul pada suatu termokopel. Terdapat lima efek yang mempengaruhi atau terjadi pada sistem pendinginan termoelektrik, yaitu efek Seebeck, efek Joule, efek Konduksi, efek Peltier, dan efek Thomson[4][6][9][11][14][15][17][19][21].

1. Efek Seebeck

Thomas J. Seebeck adalah orang pertama yang menemukan fenomena termoelektrik. Apabila dua buah material yang berbeda jenis digabung dan pada salah satu ujungnya diberi sumber panas maka akan mengalir arus. Koefisien seebeck (S) disebut juga daya termoelektrik, seperti pada persamaan berikut [4][6][9][11][14][15][17][19][21]_:

………. (2.3)

Keterangan:

S = Koefisien seebeck [Volt/K] = Potential termoelektri terinduksi [Volt]

T = Temperatur [K]

2. Efek Joule

Akibat timbulnya arus listrik dalam rangkaian tersebut karena adanya efek seebeck, maka akan timbul panas. Hal ini sesuai dengan hukum ohm pada persamaan berikut[4][6][9][11][14][15][17][19][21]:

(35)

Keterangan:

qj = Efek joule (panas joule) [Watt]

I = Arus [Ampere]

R = Tahanan [Ohm]

3. Efek Konduksi

Panas akan merambat secara konduksi dari permukaan yang panas ke permukaan yang dingin. Perambatan tersebut bersifat irreversible dan disebut efek konduktivitas. Besarnya perambatan tersebut dinyatakan dalam persamaan [4][6][9][11][14][15][17][19][21]_:

qc = U.(Th-Tc) ………..………. (2.5) Keterangan:

qc = Laju aliran kalor sisi dingin [Watt]

U = Konduktivitas termal [Watt/K] Th = Temperatur sisi panas [K]

Tc = Temperatur sisi dingin [K]

4. Efek Peltier

Pada saat arus mengalir melalui termokopel, temperatur sisi panas dan dingin akan berubah dan panas akan diserap pada satu permukaan, sementara permukaan yang lainnya akan membuang panas. Jika sumber arus dibalik, maka permukaan yang panas menjadi dingin dan sebaliknya. Gejala ini disebut efek peltier yang merupakan dasar pendinginan termoelektrik. Dari percobaan diketahui bahwa perpindahan panas sebanding terhadap arus yang mengalir. Persamaan dari efek adalah sebagai berikut[4][6][9][11][14][15][17][19][21]:

(36)

Keterangan:

= Koefisien peltier [Volt]

q = Laju perpindahan panas [Watt]

I = Arus [Ampere]

5. Efek Thomson

Pada tahun 1854 seorang berkebangsaan Inggris yang bernama William Thomson mengemukakan hasil penelitiannya bahwa terdapat penyerapan atau pengeluaran panas bolak-balik dalam konduktor homogen yang terkena perbedaan panas dan perbedaan listrik secara simultan. Koefisien Thomson dapat dinyatakan dalam persamaan berikut[4][6][9][11][14][15][17][19][21]:

………...…..………. (2.7)

Keterangan:

= Koefisien Thomson [Volt/K)

qh = Laju aliran kalor sisi panas [Watt]

I = Arus [Ampere]

= Perbedaan temperature [K]

2.1.6 Perhitungan Pendinginan Sistem Termoelektrik

Bahan termoelektrik adalah semikonduktor yang merupakan benda padat atau logam yang mempunyai nilai-nilai diantaranya nilai resistansi konduktor dan isolator. Sisi dingin menyerap panas dari produk yang dikondisikan, bagian ini sama fungsinya dengan evaporator pada sistem pendinginan kompresi uap. Sisi panas mengeluarkan atau membuang panas ke luar, bagian ini sama fungsinya dengan kondensor[4][6][9][11][14][15][17][19][21].

(37)

Sama halnya dengan kondensor yang menggunakan sirip-sirip untuk mempercepat pembuangan panasnya, termoelektrik pada sisi panas juga ditambahkan dengan peredam panas untuk mempercepat proses pembuangan panas. Sumber arus searah pada termoelektrik sama fungsinya dengan kompresor pada sistem kompresi uap. Pengeluaran dan penyerapan panas hanya terjadi pada kedua sisi batas, besarnya kalor yang diserap dan dikeluarkan adalah sebagai berikut [4][6][9][11][14][15][17][19][21]:

qh=2.α.Tc.I–I2(R/2)–k(Th-Tc) ………. (2.8) qc=2α.Th.I–K.ΔT + ½ . I2.R ..……….…………..………. (2.9) Keterangan:

qh = laju aliran kalor sisi panas [Watt]

qc = laju aliran kalor sisi dingin [Watt]

ΔT = Perbedaan temperatur [K]

2α = Kekuatan termoelektrik dari 2 material [Volt/K]

R = Tahanan total [Ohm]

K = Konduktifitas termal dari 2 material [Watt/K]

I = Arus yang mengalir [Ampere]

Th = Temperatur sisi panas [K]

Tc = Temperatur sisi dingin [K]

a. Luas permukaan elemen

Luas permukaan elemen dapat dihitung dengan persamaan berikut [4][6][9][11][14][15][17][19][21]_:

(38)

Keterangan:

A = luas permukaan elemen dari kopel [cm2]

π = 3,14

d = diameter dari elemen [cm]

b. Tahanan material

Tahanan total dari 2 material dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut[4][6][9][11][14][15][17][19][21]:

……….………. (11)

Keterangan:

R = Tahanan total dari 2 material [ohm]

L = Panjang kopel [cm]

A = Luas penampang elemen kopel [cm2]

ρ = Tahanan listrik [Ohm cm]

r = Hubungan tahanan listrik [Ohm cm2]

c. Konduktifitas termal

Besarnya konduktifitas termal dari 2 material dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut[4][6][9][11][14][15][17][19][21]:

……..………..………...………. (2.12)

Keterangan:

K = Konduktivitas termal dari kopel [Watt/K] k = Koefisien termal dari elemen [Watt/cm.K]

(39)

A = Ukuran elemen [cm2]

L = Panjang elemen [cm]

d. Arus optimum

Arus maksimum yang mengalir pada termoelektrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut[4][6][9][11][14][15][17][19][21]:

……..………...……. (2.13)

Keterangan:

Iopt = Arus maksimum [Ampere]

α = Kekuatan termoelektrik [V/K] R = Tahanan jenis [Ohm] Th = Temperatur sisi panas [K]

Tc = Temperatur sisi dingin [K]

Z = Figure of merit [K-1]

Tm = Temperatur rata-rata [K]

Temperatur rata-rata dihitung dengan menggunakan rumus sebagai berikut:

……….………. (2.14)

e. Daya

Daya yang dihitung pada pendingin Termoelektrik ini adalah dengan menggunakan persamaan sebagai berikut[4][6][9][11][14][15][17][19][21]:

(40)

Keterangan:

W = Daya [W]

I = Arus [A]

R = Hambatan [ohm]

α = Koefisien Seebeck [V/K] Th = Temperatur sisi panas [K]

Tc = Temperatur sisi dingin [K]

f. Coefisien of Performance (COP)

Coefisien of performance (COP) dari sistem pendingin termoelektrik merupakan perbandingan antara panas yang diserap oleh batas daerah dingin dengan power input. COP termoelektrik dapat dicari dengan menggunakan persamaan sebagai berikut[4][6][9][11][14][15][17][19][21]:

………. (2.16)

2.2 Energi Surya

2.2.1. Pengertian Energi Surya

Energi surya adalah energi yang berupa sinar dan panas dari matahari. Energi ini dapat dimanfaatkan dengan menggunakan serangkaian teknologi seperti pemanas surya, fotovoltaik surya, listrik panas surya, arsitektur surya, dan fotosintesis buatan[9][25].

Total energi surya yang diserap oleh atmosfer, lautan, dan daratan Bumi sekitar 3.850.000 eksajoule (EJ) per tahun. Pada tahun 2002, jumlah energi ini dalam waktu satu jam lebih besar dibandingkan jumlah energi yang digunakan dunia selama satu tahun. Fotosintesis menyerap sekitar 3.000 EJ per tahun dalam bentuk biomassa.Potensi teknis yang tersedia dari biomassa adalah 100-300 EJ per tahun[9][25].

(41)

Jumlah energi surya yang mencapai permukaan planet Bumi dalam waktu satu tahun sangatlah besar. Jumlah ini diperkirakan dua kali lebih banyak dibandingkan dengan semua sumber daya alam Bumi yang tidak terbarukan yang bisa diperoleh digabungkan, seperti batubara, minyak bumi, gas alam, dan uranium. Energi Surya dapat dimanfaatkan pada berbagai tingkatan di seluruh dunia, yang utamanya bergantung pada jarak dari khatulistiwa[9][25].

2.2.2 Fotovoltaik (PV)

Sel surya, atau sel fotovoltaik, adalah peralatan yang mengubah cahaya menjadi aliran listrik dengan menggunakan efek fotovoltaik. Sel fotovoltaik pertama dibuat oleh Charles Fritts pada tahun 1880-an. Pada tahun 1931, seorang insinyur Jerman, Dr. Bruno Lange, membuat sel fotovoltaik menggunakan perak selenida ketimbang tembaga oksida. Walaupun sel selenium purwa rupa ini mengubah kurang dari 1% cahaya yang masuk menjadi listrik, Ernst Werner von Siemens dan James Clerk Maxwell melihat pentingnya penemuan ini[25].

Dengan mengikuti kerja Russel Ohl pada tahun 1940-an, peneliti Gerald Pearson, Calvin Fuller, dan Daryl Chapin membuat sel surya silikon pada tahun 1954. Biaya sel surya ini 286 dollar AS per watt dan mencapai efisiensi 4,5 - 6 %. Menjelang tahun 2012, efisiensi yang tersedia melebihi 20% dan efisiensi maksimum fotovoltaik penelitian melebihi 40%[25].

Produksi fotovoltaik telah berlipat setiap dua tahun, meningkat rata-rata 48 persen tiap tahun sejak 2002, menjadikannya teknologi energi dengan pertumbuhan tercepat di dunia. Pada akhir 2007, menurut data awal, produksi global mencapai 12.400 megawatt. Secara kasar, 90% dari kapasitas generator ini meliputi sistem listrik terikat. Pemasangan seperti ini dilakukan di atas tanah (dan kadang-kadang digabungkan dengan pertanian dan penggarapan) atau dibangun di atap atau dinding bangunan, dikenal sebagai Building Integrated Photovoltaic atau BIPV[25].

Fotovoltaik (PV) adalah sektor teknologi dan penelitian yang berhubungan dengan aplikasi panel surya untuk energi dengan mengubah sinar Matahari menjadi listrik. Karena permintaan yang terus meningkat terhadap

(42)

sumber energi bersih, pembuatan panel surya dan kumpulan fotovoltaik telah meluas secara dramatis dalam beberapa tahun belakangan ini.

Pemakaian fotovoltaik cocok digunakan pada daerah iklim tropis dan subtropis dikarenakan penyinaran matahari yang ada sepanjang tahun. Negara Indonesia sebagai daerah tropis dan dekat berada di batas khatulistiwa memiliki potensi energi matahari yang banyak sehingga pemakaian fotovoltaik sangat cocok diterapkan pada negara Indonesia.

Panel fotovoltaik disebut juga panel surya terdiri dari beberapa sel fotovoltaik yang terbuat dari suatu jenis silikon. Setiap sel mampu menghasilkan muatan listrik kecil jika terkena sinar matahari.Untuk itu dalam penggunaannya, panel – panel disusun saling berhubungan untuk menghasilkan energi yang lebih banyak dan daya listrik yang besar[25].

Ada 3 jenis sel fotovoltaik, yaitu [25]:

1. Sel Monocystalline

Monocrystalline adalah sel – sel fotovoltaik yang paling efisien tetapi juga yang paling mahal. Sel –sel ini terdiri dari satuan kristal hasil potongan dari silicon ingot.

2. Sel Polycrystalline

Polycrystalline adalah sel - sel fotovoltaik yang terdiri dari sejumlah kristal kecil sehingga memiliki efisiensi yang sedikit lebih rendah dari sel Monocrystalline.

3. Sel Amorphous

Sel Amorphous adalah sel yang memiliki efisien yang paling rendah dan murah.Sel ini dibuat dengan menyebarkan silicon di atas material alternative seperti stainless steel.

(43)

Arus yang dihasilkan dari sel surya pada umumnya adalah Direct Current (DC), tetapi dengan menggunakan inverter, arus ini dapat dibuat menjadi Alternating Current (AC). Sel fotovoltaik ditunjukkan pada gambar 2.8.

Gambar 2.8 Fotovoltaik (PV)[33]

2.2.3 Cara Kerja Fotovoltaik

Sel surya bekerja menggunakan prinsip kerja hubungan p – n yaitu sisi antara semikonduktor tipe – p dan tipe – n. Semikonduktor ini terdiri dari ikatan –

ikatan atom yang dimana terdapat elektron sebagai penyusun dasar. Semikonduktor tipe - n mempunyai kelebihan elektron (muatan negatif) sedangkan semikonduktor tipe - p mempunyai kelebihan proton (muatan positif) dalam struktur atomnya. Kondisi kelebihan elektron dan proton tersebut bisa terjadi dengan mendoping material dengan atom dopant. Sebagai contoh untuk mendapatkan material silikon tipe - p, silikon didoping oleh atom boron, sedangkan untuk mendapatkan material silikon tipe - n, silikon didoping oleh atom fosfor.

Peran dari sisig p - n ini adalah untuk membentuk medan listrik sehingga elektron (dan proton) bisa diekstrak oleh material kontak untuk menghasilkan listrik. Ketika semikonduktor tipe - p dan tipe - n terkontak, maka kelebihan elektron akan bergerak dari semikonduktor tipe - n ke tipe - p sehingga membentuk kutub positif pada semikonduktor tipe - n, dan sebaliknya kutub

(44)

negatif pada semikonduktor tipe - p. Akibat dari aliran elektron dan proton ini maka terbentuk medan listrik yang mana ketika cahaya matahari mengenai susunan sis p - n ini maka akan mendorong elektron bergerak dari semikonduktor menuju kontak negatif, yang selanjutnya dimanfaatkan sebagai listrik, dan sebaliknya proton bergerak menuju kontak positif menunggu elektron datang.

Gambar 2.9 Cara Kerja Fotovoltaic 2.4 Beban Pendinginan

Beban pendinginan yang dimaksud dalam analisis ini adalah beban panas yang berasal dari produk yang didinginkan dan beban panas dari luar yang harus diatasi oleh sistem untuk mencapai temperatur yang diinginkan. Beban pendinginan dari suatu ruangan akan menentukan kapasitas dari mesin pendingin yang digunakan. Terdapat beberapa hal yang perlu diperhatikan dalam menghitung beban pendinginan dari suatu ruangan pendingin yaitu, perbedaan temperatur ruangan yang akan dikondisikan dengan tempertur luar, struktur bahan yang dipakai dalam perancangan, produk yang akan didinginkan,serta hal-hal lainnya yang mempengaruhi beban pendinginan[2][5][7][12][13][16][18].

2.4.1 Beban Panas dari Luar

Beban panas dari luar berasal dari konduksi udara luar dengan dinding. Besarnya beban panas dari luar dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut[2][5][7][12][13][16][18]:

(45)

q = A . U . ∆T ………. (2.17)

Keterangan :

q = Jumlah panas yang dipindahkan (Watt)

A = Luas Permukaan (m2)

U = Konduktivitas termal (Watt/ m2.oC)

∆T = Perbedaan temperatur (oC)

Harga koefisien perpindahan panas total (U) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut[2][5][7][12][13][16][18]:

………. (2.18)

Keterangan:

U = Konduktivitas termal [Watt/m2.oC]

k1,k2,..kn = Konduktivitas thermal material [Watt/m.oC]

x = Tebal material [m]

= Koefisien lapisan udara bagian dalam [Watt/m2.oC]

Nilai adalah 1,65 BTU/h = 9,27 Watt/m2.oC

= Koefisien lapisan udara bagian luar [Watt/cm2.oC]

Nilai adalah 4 BTU/h = 22,7 Watt/m2.oC

2.4.2 Beban Panas dari Dalam

Beban panas dari dalam ruangan merupakan beban panas yang harus dibuang dari ruangan tersebut untuk mencapai temperatur yang diinginkan. Beban panas dari dalam ruangan berasal dari panas produk yang didinginkan. Panas produk adalah beban panas yang harus dibuang untuk mencapai temperatur produk sesuai dengan yang telah ditentukan. Beban panas dari produk dapat dibagi menjadi 2, yaitu beban panas sensibel dan beban panas laten. Perancangan

(46)

ini beban panas produk hanya berasal dari beban panas sensible yaitu panas yang menyebabkan terjadinya kenaikan dan penurunan temperatur tanpa terjadinya perubahan wujud. Udara didalam ruangan dianggap 27oC dan air dikondisikan untuk mencapai temperatur 5oC[1].

Beban panas sensibel produk dapat dihitung dengan menggunakan persamaan sebagai berikut[2][5][7][12][13][16][18]:

Q = m x c x ∆T ……….………. (2.19)

Keterangan:

Q = Jumlah panas yang dipindahkan [kJ]

m = Berat produk [kg]

c = Panas spesifik [kJ/kg.oC]

∆T = Perbedaan temperatur [oC]

2.5 Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor atau heat transfer merupakan ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang terjadi karena adanya perbedaan temperatur diantara benda atau material. Energi yang berpindah ini dinamakan kalor atau panas (heat). Perpindahan kalor ini tidak hanya menjelaskan bagaimana energi kalor itu berpindah dari satu benda ke benda lain, tetapi juga dapat meramalkan laju perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Adapun modus perpindahan kalornya dapat terjadi dengan tiga cara yaitu sebagai berikut ini[1][3][8][10][20]:

a. Perpindahan kalor secara konduksi

Perpindahan kalor secara konduksi atau hantaran ini terjadi dikarenakan perpindahan energi dari partikel yang memiliki energi lebih tinggi ke partikel yang energinya lebih rendah dikarenakan adanya interaksi antara kedua partikel. Jadi, jika pada suatu benda terdapat gradien suhu atau temperature gradient, maka

(47)

akan terjadi perpindahan energi dari bagian bersuhu tinggi ke bagian bersuhu rendah sehingga laju perpindahan kalor berbanding dengan gradien suhunya.

Berdasarkan hukum Fourier Perpindahan kalor secara konduksi dapat di rumuskan sebagai berikut[1][3][8][10][20]:

………. (2.20)

Dimana : q = laju perpindahan panas (Watt)

= gradient suhu ke arah perpindahan kalor (oC/m)

k = konduktivitas termal bahan (W/m.oC)

Ac = luas benda (m2)

Gambar 2.10 Proses Perpindahan Kalor Secara Konduksi[3]

b. Perpindahan Kalor secara Konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi terdiri dari 2 mekanisme, yang pertama terjadinya perpindahan energi dikarenakan gerak acak fluida dan yang kedua dikarenakan pergerakan fluida secara makro. Pergerakan fluida yang memiliki perbedaan temperatur akan meningkatkan perpindahan kalor. Perpindahan kalor secara konveksi dibedakan menjadi 2, yaitu[1][3][8][10][20]:

(48)

Konveksi paksa terjadi dimana fluida dialirkan oleh media lain seperti kipas, pompa atau kompresor.

2. Konveksi alamiah

Konveksi alamiah terjadi dimana pergerakan fluida disebabkan oleh adanya gaya apung (buoyancy force) yang meningkat karena perbedaan densitas.

Persamaan dasar untuk perpindahan kalor secara konveksi dapat dirumuskan sebagai berikut[1][3][8][10][20]:

q = hA(Tw- T∞) .………... (2.22) Dimana : q = laju perpindahan panas (W)

Tw = suhu permukaan (oC)

T∞ = suhu fluida (oC)

A = luas permukaan (m2)

h =koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m2.oC)

Gambar 2.11 Proses Perpindahan Kalor Secara Konveksi Pada Suatu Plat[3]

c. Perpindahan kalor secara radiasi

Berlainan dengan mekanisme konduksi dan konveksi dimana perpindahan energinya terjadi melalui bahan perantara, pada perpindahan kalor secara radiasi

(49)

terjadi karena radiasi elektro magnetik atau daerah-daerah hampa. Mekanismenya berupa sinaran atau radiasi elektromagnetik. Pembahasan secara termodinamika menunjukan bahwa penyinar ideal atau benda hitam, memancarkan energi dengan laju yang sebanding dengan pangkat empat suhu absolut benda itu dan berbanding langsung dengan luas permukaan.

Persamaan dasar untuk perpindahan kalor radiasi adalah[1][3][8][10][20]:

q = ε.σ.A.T4_{... (23)} Dimana : q = laju perpindahan kalor (Watt)

ε = emisivitas

σ = konstanta Stefan-Boltzman (5,669 x 10-8 W/m2.K4) A = luas permukaan (m2)

(50)

BAB III

METODOLOGI PEMBUATAN

Realisasi dalam membangun suatu perangkat dinamis dalam hal ini adalah sebuah pendingin elemen termoelektrik diperlukan suatu tahapan-tahapan dalam proses pembuatannya hingga menghasilkan model jadi. Model atau prototype pendingin yang dibuat pada dasarnya terdiri dari beberapa aspek, yaitu aspek konstruksi, aspek perangkat keras (Hardware) dan aspek perangkat lunak (Software).

MULAI

MEMBUAT DESAIN

MENGGAMBAR DESAIN DENGAN AUTOCAD 2007 Technical

design

PENYIAPAN ALAT DAN BAHAN

PERAKITAN

UJI COBA

SELESAI

TIDAK

(51)

3.1 MEMBUAT DESAIN PENDINGIN ELEMEN TERMOELEKTRIK Dalam mengkonstruksi pendingin elemen termoelektrik, maka terlebih dahulu membuat desain dari dimensi-dimensi rangka pendingin elemen termoelektrik. Dalam membuat desain dari pendingin elemen termoelektrik didasarkan pada dimensi-dimensi styrofoam yang sering digunakan pedagang minuman untuk menjual minuman. Berikut ini adalah beberapa spesifikasi-spesifikasi yang ada pada styrofoam Garuda Indonesia MEA-02198 REPORT. Tabel 3.1 Dimensi Styrofoam Garuda Indonesia MEA-02198 REPORT

No Nama Bagian Satuan Dimensi

1 Ukuran luar ( L x W x T ) cm 40,6 x 32,8 x 31 2 Ukuran dalam ( L x W x T ) cm 36,8 x 29 x 27,6 3 Ukuran tutup ( L x W x T ) cm 40,5 x 30,5 x 2.65

4 Berat Kosong kg 3

5 Berat Maksimal kg 30

3.2 MENGGAMBAR DESAIN DENGAN AUTOCAD 2007

AutoCad adalah salah satu perangkat lunak yang digunakan untuk menggambar teknik, misalnya untuk perancangan suatu bangunan atau konstruksi (denah, tampak, potongan, dsb). Perangkat lunak ini memiliki kemampuan dalam pengolahan gambar berbentuk dua atau tiga dimensi. AutoCad merupakan perangkat lunak yang dibuat oleh Autodesk Inc.

Dimana pada perancangan pendingin elemen termoelektrik ini, penulis menggunakan perangkat lunak AutoCad 2007. Hasil gambar desain pendingin elemen termoelektrik dengan menggunakan AutoCad 2007 ini dapat dilihat pada bab 4 subbab 4.5.

3.3 PENYIAPAN ALAT DAN BAHAN

Pada tahap ini dilakukan pencarian dan pengumpulan bahan-bahan yang diperlukan untuk mengkonstruksi pendingin elemen termoelektrik. Berikut ini

(52)

adalah alat-alat dan bahan-bahan yang diperlukan untuk mengkonstruksi pendingin elemen termoelektrik antara lain sebagai berikut :

3.3.1 Penyiapan Alat

Berikut ini adalah alat-alat yang diperlukan dalam pengerjaan pendingin elemen termoelektrik.

1. Gunting

Gunting digunakan untuk memotong kabel-kabel listrik yang menghubungkan antar komponen elektronika.

Gambar 3.2 Gunting 2. Gergaji tangan

Gergaji tangan digunakan untuk memotong aluminium maupun papan triplek.

Gambar 3.3 Gergaji Tangan 3. Tang Potong

Tang potong digunakan untuk memotong aluminium untuk membuat lubang peletakan elemen termoelektrik.

Dimensi : 30 cm x 125 cm x 12 cm

Diameter pisau : 105 mm

Kecepatan : 2500rpm Daya : 350W

(53)

Gambar 3.4 Tang potong 4. Selotip

Selotip digunakan untuk mengisolasi styrofoam dengan lempengan aluminium supaya tidak terjadi kebocoran serta digunakan untuk mengisolasi kabel listrik supaya tidak terjadi hubungan arus pendek yang menyebabkan terbakar atau rusaknya elemen pendingin.

Gambar 3.5 Selotip 5. Termokopel

Termokopel digunakan untuk mengukur temperatur yang didapat dari pendingin elemen termoelektrik

(54)

Gambar 3.6 Termokopel 6. Bor Listrik

Bor listrik digunakan untuk membuat lubang tempat pemasangan peredam panas.

Gambar 3.7 Bor Listrik 7. Laptop

Laptop digunakan untuk membuat desain pendingin elemen termoelektrik.

Gambar 3.8 Aspire 4732Z

Processor: Intel® Core™ Duo T64 (2.0GHz, 2MB L2 Cache, 800Mhz FSB) Chipset: Intel® 40GL Chipset

Memory: 1GB DDR2 PC5300, up to 4GB (2 DIMMs)

Hard Drive: 320GB SATA Optical Drive: DVDRW±RW

Display: 4. ” WXGA BrightView TFT with 1280x800 Max Resolution

Graphic: Intel® Graphics Media Accelerator 4500MHD

Tipe: Agilent 34970A Buatan: Belanda Jumlah sensor

termokopel : 20 channels multiplexer

(55)

8. Meteran

Meteran digunakan untuk mengukur dimensi dari styrofoam supaya dapat membuat lapisan aluminium dan triplek.

Gambar 3.9 Meteran

3.3.2 Penyiapan Bahan

Berikut ini adalah bahan-bahan yang diperlukan dalam pengerjaan pendingin elemen termoelektrik.

1. Styrofoam

Sryrofoam digunakan sebagai media yang akan digunakan untuk ujicoba pendingin elemen termoelektrik.

Gambar 3.10 Styrofoam

Adapan spesifikasi dari styrofoam yang digunakan dapat dilihat pada bab 3 subbab 3.1.

2. Lempengan Aluminium

Lempengan aluminium digunakan sebagai pelapis bagian dalam dari styrofoam. Pengunaan lempengan aluminium karena harganya yang

(56)

ekonomis, sifat bahan yang ringan, dan mudah untuk dibentuk dan dipotong dalam perakitan.

Gambar 3.11 Lempengan Aluminium 3. Peredam Panas ( Heat Sink )

Peredam panas digunakan sebagai media penghantar panas yang dikeluarkan oleh elemen termoelektrik selama proses pendinginan berlangsung, dan juga sebagai tempat peletakan elemen termoelektrik supaya dapat mendinginkan ruang dalam styrofoam.

Gambar 3.12 Peredam panas 4. Kipas ( Fan )

Kipas digunakan sebagai pendingin pelepas panas supaya temperature buang termoelektrik ke pelepas panas tidak melewati batas panas yang mampu dibuang elemen termoelektrik sehingga prose kerja pendingin elemen termoelektrik tetap bekerja secara optimal.

Dimensi : 2 m x 2 m x 1 mm

Berat : 1 kg

Dimensi: 8,3 cm x 7,3 cm x 3,3 cm

(57)

Gambar 3.13 Kipas ( Fan ) 5. Termoelektrik ( Peltier )

Termoelektrik digunakan sebagai elemen yang mendinginkan ruang dalam styrofoam. Adapun pembuatan pendingin elemen termoelektrik ini membutuhkan elemen termoelektrik sebanyak 2 buah yang dirakit secara seri agar suhu yang dihasilkan sesuai dengan perancangan.

Gambar 3.14 Termoelektrik 6. Kabel Listrik

Kabel merupakan media tempat arus listrik dapat mengalir. Kabel digunakan untuk menghubungkan komponen-komponen elektronik dengan akumulator (aki) pada pendingin elemen termoelektrik.

Rated Voltage : 12VDC Operating Voltage: 10,8 ~3,2 VDC

Starting Voltage : 7VDC Rated Current : 0,19A+10%

Power Input : 2,28W Fan Speed : 3000+10% RPM

Max. Air Flow : 55CFM

Size(PxLxT): 40mm x 40mm x 4mm

Internal Resistence : 1,98Ohm+10%

Max.Current: 6A Max.Voltage: 15V Power:51,4W

(58)

Gambar 3.15 Kabel Listrik 7. Kabel Tie

Kabel tie digunakan sebagai pelekat peredam panas pada styrofoam dan aluminium.

Gambar 3.16 Kabel Tie 8. Akumulator (12 V)

Aki merupakan sumber pemasok cadangan arus listrik pada pendingin elemen termoelektrik. Dimana aki tersebut terdiri dari 6 cell, dimana setiap cell mempunyai tegangan sebesar 2 Volt.

Gambar 3.17 Akumulator 9. Fotovoltaik ( PV )

Fotovoltaik digunakan sebagai sumber arus listik yang mengerakkan pendingin elemen termoelektrik.

(59)

Gambar 3.18 Fotovoltaik ( PV ) 10. Solar Charge Controller

Solar charge controller digunakan sebagai pengubah arus AC yang berasal dari fotovoltaik menjadi arus DC yang digunakan untuk mengisi arus akumulator, menggerakkan elemen pendingin serta menggerakkan kipas pendingin peredam panas.

Gambar 3.19 Solar Charge Controller 11. Triplek

Triplek digunakan untuk membuat kerangka pelapis styrofoam supaya styrofoam tidak cepat rusak.

Model : SA100-72M Max.Power : 100W

Max.Power Voltage : 18,9V Max.Power Current : 5,3A Open Circuit Voltage : 22,7V Short Circuit Current : 5,8A Net Weight : 7,3Kg

Size (PxLxT):1032mm x 878mm x 25mm

Temperature Range :-40oC to +80oC

Frame Materials: Aluminium

Model : PWM Solar Charge Controller

Terminal Wire Size : 2,5mm2 Weight: 250gr

Dimension(PxLxT) : 140mm x 89mm x 27,2mm

Temperature : -35oC to +55oC Operating Voltage :11,1V ~14,8V

Self-Consumption : 6mA maximum

(60)

Gambar 3.20 Triplek

3.4. PERAKITAN PENDINGIN ELEMEN TERMOELEKTRIK

Tahapan – tahapan perakitan pendingin elemen termoelektrik adalah sebagai berikut :

1. Membeli styrofoam yang sering digunakan oleh pedagang minuman dan diukur dimensi styrofoam dengan mengunakan meteran. Membeli peredam panas dan kipas pendingin peredam panas, kabel listrik, akumulator, lempengan aluminium, elemen termoelektrik serta triplek yang akan digunakan untuk merakit.

2. Membuat desain pendingin menggunakan perangkat lunak AUTOCAD 2007 yang mencakup penempatan peredam panas, kipas, termoelektrik, aluminium, dan triplek.

3. Memotong lempengan aluminium sesuai dengan ukuran desain yang digunakan melapisi bagian dalam styrofoam. Membuat lubang dengan menggunakan bor tangan sebagai tempat peletakan elemen pendingan dan peredam panas seperti pada gambar 3.21.

Gambar 3.21Pembuatan lempeng aluminium dan lubang peredam panas Size(PxLxT) : 2m x 2m x 5mm Softwood (fir,pine):

 Density(kg/m3):510

 Thermal

Conductivity(W/m.K): 0,12

 Specific Heat(J/kg.K): 1380 Lubang peredam panas Lubang tempat termoelektrik

(61)

4. Dengan menggunakan kabel tie, peredam panas, kipas dan elemen termoelektrik dilekatkan pada styrofoam dan aluminium yang sudah terlebih dahulu dilubangi sebagai elemen pendinginnya seperti pada gambar 3 .22.

Gambar 3.22 Pemasangan kabel tie dan peredam panas

5. Kabel listrik setiap alat dihubungkan secara seri dan diisolasi dengan menggunakan selotip.

6. Membuat pelapis styrofoam bagian luar dengan menggunakan triplek sesuai dengan ukuran bagian luar styrofoam yang mencakup lubang tempat elemen pendingin dan peredam panas seperti pada gambar 3.23.

Gambar 3.23 Pembuatan triplek dan lubang peredam panas

7. Melakukan ujicoba dengan menggunakan akumulator seperti pada gambar 3.24.

Gambar 3.24 Uji coba dengan menggunakan akumulator Kabel tie Peredam panas

Paku untuk menyambun g triplek Lubang peredam

(62)

8. Dari perhitungan beban pendingin, maka dibeli fotovoltaik dengan daya 100 Watt dan akumulator dengan tegangan 12V/70Ah.

9. Menghubungkan kotak pendingin dengan solar charge controller dan kemudian diuji coba.

(63)

BAB IV

RANCANG BANGUN KOTAK PENDINGIN

Dalam rancang bangun kotak pendingin, akan dibahas mengenai perhitungan kekuatan material bahan, aliran dalam kotak pendingin, biaya pembuatan kotak pendingin serta desain menggunakan AutoCAD.

4.1 Rancang Bangun Kotak Pendingin

Lempengan aluminium sebagai pelapis bagian dalam dari styrofoam di bentuk dengan ukuran 36,8 cm x 27,9 cm x 26,7 cm sehingga berbentuk seperti sebuah kotak tanpa tutup. Kemudian dibentuk tutup dari lempengan aluminium dengan ukuran 36,8 cm x 27,9 cm x 1,1 cm.

Adapun pemilihan penggunaan aluminium sesuai dengan karakteristik aluminium pada tabel 4.1 :

Tabel 4.1 Karakteristik logam Aluminium

Nama, Simbol, Nomor Atom Aluminium, Al, 13

Wujud Padat

Massa Jenis 2,70 gram/cm3

Massa Jenis pada wujud cair 2,375 gram/cm3

Titik Lebur 933,47 K (660,32 oC)

Titik Didih 2792 K (2519 oC )

Kalor Jenis (25 oC) 24,2 J/mol.K

Konduktivitas Termal (300 K) 237 W/m.K

Pemuaian termal (25 oC) 23,1 µm/m.K

Modulus Young 70 Gpa

Modulus Geser 26 Gpa

Poisson Ratio 0,35

Yield Stress 199,73 N/mm2

Dikarenakan titik lebur dan titik didih aluminium sangat tinggi, sehingga material aluminium digunakan untuk mengisolasi bagian dalam styrofoam. Beban maksimal yang dapat diterima styrofoam adalah 30 kg x 10 m/s2 = 300 N.

(64)

Dari beban maksimal yang dapat diterima oleh styrofoam, maka digunakan lempengan aluminium dengan tebal 1 mm. Asumsikan bahwa benda kerja bekerja dalam keadaan setimbang sehingga lempengan aluminium berada dalam keadaan normal. Asumsikan bahwa beban yang diterima oleh aluminium adalah sebesar 20 kg sehingga F = 20 kg x 10 m/s2 = 200 N. Distribusi gaya dan beban pada aluminium yang diakibatkan oleh benda yang akan didinginkan ditunjakan pada gambar 4.1.

Gambar 4.1 Distribusi gaya dan beban pada aluminium

Dari gambar 4.3 , dicari momen inersia dari penampang dengan menggunakan rumus[38] :

I = b x h3 /12 dimana,

I : Momen Inersia (mm4) b : Lebar Plat (mm) h : Tebal Plat (mm)

Sehingga momen inersia dari lempengan aluminium dengan ketebalan 1 mm dan lebar 27,9 cm adalah

I = 279 x 13 / 12 = 23,25 mm4

Kemudian dicari modulus penampang dengan menggunakan rumus[38] : Z = I / ymaks

dimana,

Z = Modulus penampang (mm3) I = Momen Inersia (mm4)

F ( Beban yang diberikan)

N ( Gaya Normal )

Ay By

Bx Ax

(65)

ymaks = jarak dari sumbu netral ke tegangan normal (mm) Perhitungan modulus penampang pada lempengan aluminium adalah

Z = I / ymaks = 23,25 / 0,5 = 46,5 mm3

Setelah itu maka dicari momen lentur pada lempengan dengan menggunakan rumus[38]:

M = F x A dimana,

M = Momen lentur F = Beban yang diberikan

A = Luas Penampang Aluminium Maka besar momen lentur penampang adalah

M = F x A

= 200 x 279 x 0,5 = 2.790 N/mm2

Dari perhitungan diatas di cari nilai σ maks dengan menggunakan rumus[38]_:

σmaks = ( M x ymaks ) / I dimana,

σmaks = Tegangan lentur maksimum (N/mm2) M = Momen lentur

ymaks = jarak sumbu netral ke tengangan normal tengangan lentur yang didapatkan adalah

σmaks = ( M x ymaks ) / I = (2.790 x 0,5 ) / 23,25 = 112,45 N/mm2

Dilihat dari tabel 4.1 untuk tegangan elastis aluminium adalah 199,73 N/mm2. Dengan koefisien keselamatan 0,6 , maka bahan aluminium hanya diperbolehkan menerima tegangan sebesar 0,6 x 199,73 = 119,838 N/mm4. Berdasarkan hasil perhitungan, tegangan lentur yang diperoleh sebesar 112,45 N/mm4 jauh dibawah batas ambang yang telah ditetapkan. Dengan demikian maka desain dengan menggunakan bahan aluminium tebal 1 mm dapat diterima.

(66)

Triplek sebagai pelapis bagian luar dari styrofoam dibentuk dengan ukuran 41,4 cm x 32,8 cm x 32 cm sehingga berbentuk kotak tanpa tutup. Dari kedua sisi kanan kiri dari triplek di buat lubang persegi dengan ukuran 8,3 cm x 6,8 cm yang digunakan untuk penempatan thermoelektrik dengan termoelektrik.

Kemudian bagian tutup dari styrofoam dibuat dengan ukuran 41,6 cm x 32,7 cm x 2,4 cm. Adapun pemilihan penggunaan triplek sesuai dengan karakteristik triplek pada tabel 4.2 :

Tabel 4.2 Karakteristik kayu triplek

Nama Plywood

Wujud Padat

Massa Jenis 1,500 gram/cm3

Massa Jenis pada wujud cair 1,537 gram/cm3

Titik Lebur 370 K (100 oC)

Titik Didih 390 K (120 oC )

Kalor Jenis (25 oC) 14,5 J/mol.K

Konduktivitas Termal (300 K) 126,3 W/m.K

Pemuaian termal (25 oC) 23,1 µm/m.K

Modulus Young 40 Gpa

Modulus Geser 12 Gpa

Poisson Ratio 0,13

Yield Stress 92,67 N/mm2

Dari beban maksimal yang dapat diterima oleh styrofoam, maka digunakan triplek dengan tebal 5 mm. Asumsikan bahwa benda kerja bekerja dalam keadaan setimbang sehingga triplek berada dalam keadaan normal. Asumsikan bahwa beban yang diterima oleh triplek adalah sebesar 20 kg sehingga F = 20 kg x 10 m/s2 = 200 N. Distribusi gaya dan beban pada triplek yang diakibatkan oleh benda yang akan didinginkan ditunjakan pada gambar 4.2.

(67)

Gambar 4.2 Distribusi gaya dan beban pada triplek

Dari gambar 4.3 , dicari momen inersia dari penampang dengan menggunakan rumus[38] :

I = b x h3 /12 dimana,

I : Momen Inersia (mm4) b : Lebar Plat (mm) h : Tebal Plat (mm)

Sehingga momen inersia dari lempengan aluminium dengan ketebalan 5 mm dan lebar 32,8 cm adalah

I = 328 x 53 / 12 = 3416,7 mm4

Kemudian dicari modulus penampang dengan menggunakan rumus[38] : Z = I / ymaks

dimana,

Z = Modulus penampang (mm3) I = Momen Inersia (mm4)

ymaks = jarak dari sumbu netral ke tegangan normal (mm) Perhitungan modulus penampang pada lempengan aluminium adalah

Z = I / ymaks = 3416,7 / 2,5 = 1366,7 mm3

Setelah itu maka dicari momen lentur pada lempengan dengan menggunakan rumus[38]:

F ( Beban yang diberikan)

N ( Gaya Normal )

Ay By

Bx Ax

(68)

M = F x A dimana,

M = Momen lentur F = Beban yang diberikan

A = Luas Penampang Aluminium Maka besar momen lentur penampang adalah

M = F x A

= 200 x 414 x 1 = 8.280 N/mm2

Dari perhitungan diatas di cari nilai σ maks dengan menggunakan rumus[38]_:

σmaks = ( M x ymaks ) / I dimana,

σmaks = Tegangan lentur maksimum (N/mm2) M = Momen lentur

ymaks = jarak sumbu netral ke tengangan normal tengangan lentur yang didapatkan adalah

σmaks = ( M x ymaks ) / I = (8.280 x 2,5 ) / 3416,7 = 50,45 N/mm2

Dilihat dari tabel 4.2 untuk tegangan elastis triplek adalah 92,67 N/mm2. Dengan koefisien keselamatan 0,6 , maka bahan triplek hanya diperbolehkan menerima tegangan sebesar 0,6 x 92,67 = 55,602 N/mm4. Berdasarkan hasil perhitungan, tegangan lentur yang diperoleh sebesar 50,45 N/mm4 jauh dibawah batas ambang yang telah ditetapkan. Dengan demikian maka desain dengan menggunakan bahan triplek tebal 5 mm dapat diterima.

4.2 Pemasangan Fotovoltaik ( PV )

Fotovoltaik ( PV ) yang telah dibeli kemudian disambungkan dengan kabel dengan tebal ± 4 mm, dihubungkan ke solar charge controller kemudian fotovoltaik di pasang di atas gedung Laboratorium Sistem Pendingin dengan arah menghadap ke selatan dan dipasang dengan kemiringan sesuai dengan garis lintang dari tempat pemasangan menghadap ke khatulistiwa sebesar ± 4o. Pemasangan seperti pada gambar 4.3

(69)

Gambar 4.3 Pemasangan fotovoltaik

Dari solar charge controller kemudian di sambungkan ke akumulator 12V/70Ah, dan dari akumulator kemudian disambungkan ke kotak pendingin. Kabel dari termokopel dipakai sebanyak 5 buah yang dipasangkan di kotak pendingin. Kemudian diuji selama ± 15 hari dari jam 08.00 WIB sampai 17.00 WIB.

4.3 Skema Pengujian dan Aliran Fluida dalam Kotak Pendingin Termoelektrik

Dengan alat dan bahan yang telah dibeli, penulis merakit kotak pendingin termoelektrik bertenaga surya seperti pada gambar 4.4.

Gambar 4.4 Skema Pengujian

Adapun arah aliran fluida dalam kotak pendingin diasumsikan bahwa air mineral melepaskan kalor panas dan kipas udara dingin. Karena adanya perbedaan temperatur maka udara panas akan naik mengantikan udara dingin yang turun

(70)

sehingga menghasilkan konveksi didalam kotak pendingin. Adapun aliran fluida dalam kotak pendingin dapat dilihat pada gambar 4.5 dan gambar 4.6.

Gambar 4.5 Aliran fluida pada kotak pendingin tampak depan

Gambar 4.6 Aliran fluida pada kotak pendingin tampak atas 4.4 Biaya Pembuatan Kotak Pendingin

Perhitungan biaya pembuatan kotak pendingin dengan menggunakan termoelektrik dan fotovoltaik adalah pada tabel 4.3 :

Tabel 4.3 Perhitungan biaya pembuatan kotak pendingin

Nama Bahan Banyak Biaya

Styofoam 1 buah Rp. 30.000,00

Baterai 12V/70 Ah 1 buah Rp. 350.000,00

Triplek 1 lembar Rp. 100.000,00

Lempengan aluminium 1 lembar Rp. 120.000,00

Termoelektrik 2 buah Rp. 60.000.00

Sungap Bahang 2 buah Rp. 120.000,00

Air mineral gelas Aliran fluida

(71)

Kabel listrik 6 meter Rp 40.000,00 Fotovoltaik 1 buah / 100 W Rp. 1.800.000,00

Solar Charge Controller 1 buah Rp. 300.000,00

Total Biaya Rp. 2.920.000,00

4.5 Desain Rancang Bangun Menggunakan Software AutoCAD Adapun rancang bangun kotak pendingin seperti pada gambar 4.7

Gambar 4.7 Assembling kotak pendingin Dimana keterangan nomor pada gambar 4.9 adalah :

1 = Sungap Bahang 2 = Triplek

3 = Lempengan Aluminium 4 = Styrofoam

5 = Termoelektrik

(72)

Rancang bangun styrofoam, aluminium,dan triplek dapat dilihat pada gambar 4.8.

Gambar 4.8 Potongan styrofoam, aluminium,dan triplek

Rancang bangun peredam panas yang digunakan untuk membuang panas dari termoelektrik dapat dilihat pada gambar 4.9.

` Gambar 4.9 Pandangan depan dan kiri peredam panas

Tutup kotak pendingin yang dibuat dengan dilapisi triplek pada bagian atas dan dibawah tutup dilapisi lempengan aluminium seperti pada gambar 4.10

68 mm

83 mm

5 mm 1 mm

Triplek

Styrofoam

Lempengan Aluminium

68 mm 30 mm

(73)

Gambar 4.10 Tutup kotak pendingin

Adapun pada gambar 4.11 menunjukan keseluruhan pandangan serta assembling dari rancang bangun kotak pendingin dengan menggunakan AutoCAD.

Gambar 4.11 Penggambaran AutoCAD

Triplek Lempengan

Aluminium

(74)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh oleh penulis dari hasil rancang bangun pada kotak pendingin adalah sebagai berikut :

1. Perancangan kotak pendingin dengan menggunakan termoelektrik mampu membawa minuman lebih banyak daripada menggunakan es batu disebabkan kotak pendingin mampu menahan beban yang belum melewati yield stress bahan yang digunakan untuk pembuatan.

2. Komponen yang digunakan mesin pendingin adalah styrofoam, lempengan aluminium, triplek, sungap bahang, kabel, akumulator, fotovoltaik, solar charge controller , laptop, termokopel, gergaji tangan, kabel tie, dan bor listrik.

3. Berat maksimum yang dapat diberikan pada styrofoam adalah 30kg. Dengan mengasumsikan berat yang diberikan minuman adalah 20 kg, kekuatan material dari aluminium adalah 112,45 N/mm2 dan kekuatan material dari triplek adalah 50,45 N/mm2.

5.2 Saran

Adapun saran dari penulis adalah sebagai berikut :

1. Pengukuran dimensi dari styrofoam harus lebih teliti sehingga pada saat pembuatan pelapis dalam dengan lempengan aluminium dan pelapis luar dengan triplek sesuai dengan dimensi yang diinginkan.

2. Pemakaian kabel untuk menghantarkan arus listrik diharuskan memakai kabel dengan ketebalan diatas 3 mm untuk menghindari terbakarnya kabel karena panas dari arus listrik.

(75)

3. Diharuskan pada saat penelitian, mesin pendingin diisolasi bagian yang dingin dari udara luar sehingga proses pendinginan bekerja secara maksimal.

4. Untuk penelitian kedepannya diharapkan memakai peredam panas yang mempunyai permukaan penyerap panas yang luas agar dapat meyerap

kalor secara maksimal, membeli termoelektrik dengan ΔT yang kecil

(76)

DAFTAR PUSTAKA

[1] ASHRAE. (2001). HVAC 2001 Hand Book and Fundamental. New York:

ASHRAE.

[2] Braunschweiger, R. (1979). Tables and Diagram for Refrigeration & AC-Technicians. Bandung: STM Pembangunan.

[3] Cengel. A. Yunus. 2003. Heat Transfer Second Edition. New York Hill.

[4] David Astrain and Álvaro Martínez. 2012. Heat Exchangers for Thermoelectric Devices. Spain : Public University of Navarre [5] Dossat R. J. (1961). Princilpe of Refrigeration Edition. New York: John

Wiley & Sons. Inc.

[6] Goldsmid, H. J. (1960). Electronic Refrigeration. London: Pion. [7] Handoko, K. (1981). Teknik Lemari Es. Jakarta: PT. Ichtiar Baru. [8] Holman, J.P., Perpindahan Kalor, Edisi ke Enam, Erlangga, 1997 [9] Ima Maysha, Bambang Trisno dan Hasbullah (2013). Pemanfaatan

Tenaga Surya Menggunakan Rancangan Panel Surya Berbasis Transistor 2N3055 dan Thermoelektrik Cooler. Bandung : Studi Teknik Elektro FPTK UPI

[10] Incropera. 1998. Fundamentals of Heat and Mass Transfer, Sixth Edition. New York : Wiley

[11] Jaspalsinh.B.Dabhi, Nimesh. B. Parmar dan Dr. Nirvesh. S. Mehta. 2012. Consideration For Design Of Thermoelectric Refrigeration System. International Journal of Advanced Engineering Research and Studies

[12] Jordan, C. R dan Priester, B. G. (1973). Refrigeration and Air

Conditioning 2nd Edition. New Delhi: Prentice-Hall of India Private Limited.

[13] Mutiara Septiani, Cindy. 2013. Makalah Air Pendingin, Malang [14] Novela Auparay. 2013. Room Temperature Seebeck Coeficient

Measurement of Metals and Semiconductors. Oregon State University

[15] Nur Untoro. 2012. Pengaruh Beda Temperatur Terhadap Daya Modul Termolistrik. Kendari : Fisika Fakultas MIPA, Universitas Haluoleo

[16] Patel, R.C., Patel, B.M., Bhatt, G.D. 1978. Refrigeration and Air Conditioning. Vadodara : Archarya Book Depot.

[17] Sara Godfrey. An Introduction to Thermoelectric Coolers. Meteor Corporation

[18] Stoecker, Wilbert F. Industrial Refrigeration Handbook. McGraw- Hill.Inc.

[19] Terry M.Tritt dan M.A. Subramanian. 2006. Thermoelectric Materials, Phenomena, and Applications: A Bird’s Eye View.

www.mrs.org/bulletin

[20] Welty, J.R., Wicks, C.E., Wilson, R.E., Rorrer, G, Dasar-dasar Fenomena Transport volume 2 Transfer Panas, Edisi ke Empat, Erlangga, 2004.

(77)

[21] ______, 2005. Transient cooling of thermoelectric coolers and its applications for microdevices. Energy Conversion and Management. ELSEVIER

[22] http://www.thermoelectrics.caltech.edu/history_page.htm (Diakses 8 Oktober 2014)

_{[23] http://alitputraiputu.blogspot.com/2012/04/pendingin-termoelektrik} termoelectric.html (Diakses 8 Oktober 2014)

[24] http://appliedheattransfer.wordpress.com/termoelektrik-2/ (Diakses 8 Oktober 2014)

[25] http://id.wikipedia.org/wiki/Energi_surya (Diakses 8 Oktober 2014) [26] http://id.wikipedia.org/wiki/Kayu (Diakses 8 Oktober 2014)

[27] http://dansite.wordpress.com/2009/03/28/pengertian-efisiensi/ (Diakses 8 Oktober 2014)

[28] http//www.professionalplastics.com/Termal Properties of Plastic Materials (Diakses 8 Oktober 2014)

[29] http//www.efunda.com/Materials Polymer Properties (Diakses 8 Oktober 2014)

[30] http://balmainmotorcycles.com.au/motorcyclebattery.html/Yuasa Powersports Battery Centre/ (Diakses 9 Oktober 2014)

[31] http://www.ebay.com/TEC1-12706 Heatsink Thermoelectric Cooler Peltier Cooling Plate Module. (Diakses 12 Oktober 2014)

[32] http://www.sitechina.com/thermoelectric/Spec.html/TECSeries Thermoelectric Module. (Diakses 12 Oktober 2014)

[33] http://www.energysavers.gov/your_home/electricity/index.cfm/myto

pic=10790?print./Small Solar Electric System Components. (Diakses 12 Oktober 2014)

[34] http://www.tootoo.com/buy-copper_heat_sink/Aluminum heat sink. (Diakses 12 Oktober 2014)

[35] http://cotsjournalonline.com/files/images/2470/cots1209_Aspen- Systems_Fig02_large.jpg (Diakses 12 Oktober 2014)

[36] http://ideas4all.com/ideas/0000/4637/peltier_1.gif (Diakses 12 Oktober 2014) [37] http://ixbtlabs.com/articles2/cpucoolersinquestion/cpu-coolers-inquestion-

august2k2.html (Diakses 12 Oktober 2014)

[38] https://www.academia.edu/6332662/BUKU_AJAR_MKB (Diakses 17 Oktober 2014)

(1)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Kesimpulan yang diperoleh oleh penulis dari hasil rancang bangun pada kotak pendingin adalah sebagai berikut :

5.2 Saran

Adapun saran dari penulis adalah sebagai berikut :

1. Pengukuran dimensi dari styrofoam harus lebih teliti sehingga pada saat pembuatan pelapis dalam dengan lempengan aluminium dan pelapis luar dengan triplek sesuai dengan dimensi yang diinginkan.

2. Pemakaian kabel untuk menghantarkan arus listrik diharuskan memakai kabel dengan ketebalan diatas 3 mm untuk menghindari terbakarnya kabel karena panas dari arus listrik.

(2)

3. Diharuskan pada saat penelitian, mesin pendingin diisolasi bagian yang dingin dari udara luar sehingga proses pendinginan bekerja secara maksimal.

4. Untuk penelitian kedepannya diharapkan memakai peredam panas yang mempunyai permukaan penyerap panas yang luas agar dapat meyerap

kalor secara maksimal, membeli termoelektrik dengan ΔT yang kecil

(3)

DAFTAR PUSTAKA

[1] ASHRAE. (2001). HVAC 2001 Hand Book and Fundamental. New York: ASHRAE.