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 :-40
o
C to +80
o
C Frame Materials: Aluminium
Model : PWM Solar Charge Controller
Terminal Wire Size : 2,5mm
2
Weight: 250gr DimensionPxLxT : 140mm x
89mm x 27,2mm Temperature : -35
o
C to +55
o
C Operating Voltage :11,1V
~14,8V Self-Consumption : 6mA
maximum
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
SizePxLxT : 2m x 2m x 5mm Softwood fir,pine:
Densitykgm
3
:510 Thermal
ConductivityWm.K: 0,12
Specific HeatJkg.K: 1380
Lubang peredam
panas
Lubang tempat
termoelektrik
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 panas
8. Dari perhitungan beban pendingin, maka dibeli fotovoltaik dengan daya
100 Watt dan akumulator dengan tegangan 12V70Ah. 9.
Menghubungkan kotak pendingin dengan solar charge controller dan kemudian diuji coba.
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 gramcm
3
Massa Jenis pada wujud cair 2,375 gramcm
3
Titik Lebur 933,47 K 660,32
o
C Titik Didih
2792 K 2519
o
C Kalor Jenis 25
o
C 24,2 Jmol.K
Konduktivitas Termal 300 K 237 Wm.K
Pemuaian termal 25
o
C 23,1 µmm.K
Modulus Young 70 Gpa
Modulus Geser 26 Gpa
Poisson Ratio 0,35
Yield Stress 199,73 Nmm
2
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 ms
2
= 300 N.
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 ms
2
= 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 h
3
12 dimana,
I : Momen Inersia mm
4
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 1
3
12 = 23,25 mm
4
Kemudian dicari modulus penampang dengan menggunakan rumus
[38]
: Z = I y
maks
dimana, Z = Modulus penampang mm
3
I = Momen Inersia mm
4
F Beban yang diberikan
N Gaya Normal Ay
By Bx
Ax
y
maks
= jarak dari sumbu netral ke tegangan normal mm Perhitungan modulus penampang pada lempengan aluminium adalah
Z = I y
maks
= 23,25 0,5 = 46,5 mm
3
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 Nmm
2
Dari perh itungan diatas di cari nilai σ maks dengan menggunakan rumus
[38]
: σ
maks
= M x y
maks
I dimana,
σ
maks
= Tegangan lentur maksimum Nmm
2
M = Momen lentur y
maks
= jarak sumbu netral ke tengangan normal tengangan lentur yang didapatkan adalah
σ
maks
= M x y
maks
I = 2.790 x 0,5 23,25
= 112,45 Nmm
2
Dilihat dari tabel 4.1 untuk tegangan elastis aluminium adalah 199,73 Nmm
2
. Dengan koefisien keselamatan 0,6 , maka bahan aluminium hanya diperbolehkan
menerima tegangan sebesar 0,6 x 199,73 = 119,838 Nmm
4
. Berdasarkan hasil perhitungan, tegangan lentur yang diperoleh sebesar 112,45 Nmm
4
jauh dibawah batas ambang yang telah ditetapkan. Dengan demikian maka desain dengan
menggunakan bahan aluminium tebal 1 mm dapat diterima.
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 gramcm
3
Massa Jenis pada wujud cair 1,537 gramcm
3
Titik Lebur 370 K 100
o
C Titik Didih
390 K 120
o
C Kalor Jenis 25
o
C 14,5 Jmol.K
Konduktivitas Termal 300 K 126,3 Wm.K
Pemuaian termal 25
o
C 23,1 µmm.K
Modulus Young 40 Gpa
Modulus Geser 12 Gpa
Poisson Ratio 0,13
Yield Stress 92,67 Nmm
2
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
ms
2
= 200 N. Distribusi gaya dan beban pada triplek yang diakibatkan oleh benda yang akan didinginkan ditunjakan pada gambar 4.2.
`
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 h
3
12 dimana,
I : Momen Inersia mm
4
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 5
3
12 = 3416,7 mm
4
Kemudian dicari modulus penampang dengan menggunakan rumus
[38]
: Z = I y
maks
dimana, Z = Modulus penampang mm
3
I = Momen Inersia mm
4
y
maks
= jarak dari sumbu netral ke tegangan normal mm Perhitungan modulus penampang pada lempengan aluminium adalah
Z = I y
maks
= 3416,7 2,5 = 1366,7 mm
3
Setelah itu maka dicari momen lentur pada lempengan dengan menggunakan rumus
[38]
: F Beban yang diberikan
N Gaya Normal Ay
By Bx
Ax
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 Nmm
2
Dari perhitungan diatas di cari nilai σ maks dengan menggunakan rumus
[38]
: σ
maks
= M x y
maks
I dimana,
σ
maks
= Tegangan lentur maksimum Nmm
2
M = Momen lentur y
maks
= jarak sumbu netral ke tengangan normal tengangan lentur yang didapatkan adalah
σ
maks
= M x y
maks
I = 8.280 x 2,5 3416,7
= 50,45 Nmm
2
Dilihat dari tabel 4.2 untuk tegangan elastis triplek adalah 92,67 Nmm
2
. Dengan koefisien keselamatan 0,6 , maka bahan triplek hanya diperbolehkan menerima
tegangan sebesar 0,6 x 92,67 = 55,602 Nmm
4
. Berdasarkan hasil perhitungan, tegangan lentur yang diperoleh sebesar 50,45 Nmm
4
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 ± 4
o
. Pemasangan seperti pada gambar 4.3
Gambar 4.3 Pemasangan fotovoltaik Dari solar charge controller kemudian di sambungkan ke akumulator
12V70Ah, 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
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 12V70 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
Air mineral gelas Aliran fluida
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 6 = Tutup Kotak Pendingin
