12
Perpindahan kalor konveksi dapat dihitung dengan Persamaan 2.2 : Q = h ∙ A ∙ ∆T = h ∙ A ∙ T − T ............................................... 2.2
Keterangan pada Persamaan 2.2 : Q : Laju perpindahan kalor konveksi watt.
h : Koefisien perpindahan kalor konveksi Wm
2o
C. A
s
: Luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida m
2
. T
s
: Suhu permukaan
o
C. T : Suhu fluida
o
C.
Untuk beberapa kasus tertentu, nilai koefisien konveksi disajikan pada Tabel 2.2: Tabel 2.2 Nilai koefisien perpindahan kalor konveksi.
No Proses
Nilai koefisien konveski Wm
2
K 1
Konveksi bebas, udara 2 – 25
2 Konveksi bebas, air
10 – 1000 3
Konveksi paksa, udara 25 – 250
4 Konveksi paksa, air
50 – 20000 5
Air mendidih 2500 – 100000
2.2 Peltier termoelektrik
Peltier atau juga disebut dengan termoelektrik adalah suatu alat yang bekerja dengan cara mengkonversi energi lisrtik menjadi kalor atau sebaliknya
dari energi kalor menjadi energi listrik secara langsung, sehingga aliran kalor dihasilkan dari aliran listrik dan aliran listrik terjadi karena adanya aliran kalor.
13
Peltier yang banyak beredar dipasaran ada dua jenis, yaitu tipe TEG Thermo Electric Generator yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik
dengan aliran kalor dan tipe TEC Thermo Electric Cooler yang digunakan untuk pendinginan. Prinsip kerja peltier tipe TEG dan TEC sama, yang membedakan
adalah bahanmaterial yang digunakan. Peltier tipe TEG menggunakan bahan PbTe dan SiGe sedangkan peltier tipe TEC menggunakan bahan Bismuth
Telluride Bi
2
Te
3
, Lead Selenium PbSe dan Silicon Germanium SiGe. Gambar 2.7 memperlihatkan efisiensi dari bereberapa tipe dari elemen pendingin.
Gambar 2.7 Grafik kurva efisiensi beberapa jenis elemen pendingin peltier. http:www.micropelt.comtechnology.php
14
Batas maksimal ketahanan panas untuk peltier tipe TEG dapat mencapai 228 °C, untuk tipe TEC batas ketahanan panas maksimalnya lebih
rendah, yaitu sampai 138 °C dan umur pakai lifetime dari peltier dapat mencapai 100000 sampai 200000 jam. Dari segi harga, peltier tipe TEG bisa mencapai 10
kali lipat dari harga peltier tipe TEC. Spesifikasi kinerja peltier TEC dari pabrikan disajikan pada Tabel 2.3:
Tabel 2.3 Spesifikasi kinerja peltier TEC. Spesifikasi Kinerja
Suhu 25 °C
50 °C Q
maks.
°C 50
57 T
maks.
°C 66
75 I
maks.
ampere 6,4
6,4 V
maks.
volt 14,4
16,4 Resistensi modul
1,98 2,30
Pengujian yang dilakukan salah satu perusahaan pembuat peltier Hebei I.T. Shanghai Co., Ltd. mendapatkan beberapa hasil terkait dengan kinerja peltier
TEC pada suhu 25 °C yang dapat dilihat pada Gambar grafik 2.8 dan Gambar grafik 2.9, sedangkan kinerja pada suhu 50 °C dapat dilihat pada Gambar grafik
2.10 dan Gambar grafik 2.11.
15
Gambar 2.8 Grafik kinerja peltier Q
c
vs ∆T pada suhu 25 °C. http:www.hebeiltd.com.cn?p=peltier.module
Gambar 2.9 Grafik kinerja peltier V vs ∆T pada suhu 25 °C. http:www.hebeiltd.com.cn?p=peltier.module
16
Gambar 2.10 Grafik kinerja peltier Q
c
vs ∆T pada suhu 50 °C. http:www.hebeiltd.com.cn?p=peltier.module
Gambar 2.11 Grafik kinerja peltier V vs ∆T pada suhu 50 °C. http:www.hebeiltd.com.cn?p=peltier.module
17
Peltier memiliki rangkaian tertutup dengan dua semikonduktor yang berbeda jenis yaitu tipe P dan tipe N. Jika semikonduktor pertama dihubungkan
dengan kutub positif + dan semikonduktor kedua dihubungkan pada kutub negatif - pada sumber listrik searah DC maka pada salah satu sambungan akan
terjadi proses penyerapan kalor proses pemanasan dan sambungan yang lain akan melepaskan kalor proses pendinginan seperti yang terlihat pada
Gambar 2.12 dan Gambar 2.13.
Gambar 2.12 Aliran kalor untuk jenis N dari efek peltier. http:www.tellurex.comtechnologypeltier-faq.php
Gambar 2.13 Aliran kalor untuk jenis P dari efek peltier. http:www.tellurex.comtechnologypeltier-faq.php
18
Apabila salah satu dari sisi sambungan yang menyerap kalor sambungan bersuhu T
c
ditempatkan pada suatu ruangan yang terisolasi maka kalor di dalam ruangan tersebut akan mengalir ke sambungan bersuhu T
c
dari peralatan pendingin. Dengan berjalannya waktu, suhu ruangan yang terisolasi
akan mengalami penurunan suhu sampai pada batas tertentu sehingga suhu ruangan menjadi dingin.
Semikonduktor tipe P dan tipe N dapat dirangkai baik secara seri Gambar 2.14 maupun dirangkai secara paralel Gambar 2.15 atau dirangkai
secara gabungan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.16 dan Gambar 2.17. Pada umumnya peltier menggunakan gabungan semikonduktor tipe P dan tipe N
seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.18
Gambar 2.14 Aliran kalor untuk beberapa jenis N terhubung paralel. http:www.tellurex.comtechnologypeltier-faq.php
19
Gambar 2.15 Aliran kalor untuk beberapa jenis N terhubung seri. http:www.tellurex.comtechnologypeltier-faq.php
Gambar 2.16 Aliran kalor pada gabungan jenis N dan P dari Efek peltier. http:www.tellurex.comtechnologypeltier-faq.php
20
Gambar 2.17 Aliran kalor pada gabungan beberapa jenis N dan P dari Efek peltier.
http:www.tellurex.comtechnologypeltier-faq.php
Gambar 2.18 Konfigurasi beberapa susunan P dan N dari sistem pendingin dengan efek peltier.
http:www.microwaves101.com
Ukuran peltier umumnya 40 mm × 40 mm × 4 mm biasanya berisikan rangkaian beberapa batang Bismuth Telluride di dalamnya dengan dua jenis
material semikonduktor P dan ssemikonduktor N dan dibungkus dengan keramik tipis seperti pada Gambar 2.19. Di pasaran lokal, yang sering dijual adalah tipe
21
TEC dengan kode 12706 yaitu peltier terdiri dari 127 pellet dengan input tegangan maksimal 12 volt dan input arus maksimal 6 ampere. Beda suhu antara sisi panas
dan dingin bisa mencapai 65 ºC.
Gambar 2.19 Keping panas dingin yang ada dipasaran. i01.i.aliimg.comwsphotov05973762295-PCS-LOT-TEC1-12705-
Thermoelectric-font-b-Peltier-b-font-40x40mm-TEC-font-b-Thermo.jpg Untuk dapat lebih memahami prinsip kerja peltier dengan baik, perlu
pemahaman tentang beberapa teori yang terkait dengan peltier antara lain efek Seebeck, efek Peltier dan efek Thomson. Efek yang digunakan pada sistem
