Karakterisasi Elemen Peltier TEC-12706 untuk Konversi Energi Termal Menjadi Energi Listrik

(1)

LAMPIRAN 1

PEMASANGAN DAN PENGUJIAN ALAT

(2)

(3)

(4)

GAMBAR PENGUJIAN ALAT

LAMPIRAN 2

Program pada alat

/******************************************************* This program was created by the

CodeWizardAVR V2.60 Standard Automatic Program Generator

(5)

Project : Version : Date : Author : Company : Comments:

Chip type : ATmega32 Program type : Application

AVR Core Clock frequency: 16.000000 MHz Memory model : Small

External RAM size : 0 Data Stack size : 128

*******************************************************/

#include <mega32.h>

#include <delay.h>

#define led PORTC.7 #define peltier PORTC.6

// Declare your global variables here unsigned char fc_l, fc_h;

// Standard Input/Output functions #include <stdio.h>

(6)

// Timer1 overflow interrupt service routine interrupt [TIM1_OVF] void timer1_ovf_isr(void) {

// Reinitialize Timer1 value TCNT1H=0x9E58 >> 8; TCNT1L=0x9E58 & 0xff; // Place your code here led = ! led; }

#define ADC_VREF_TYPE ((1<<REFS1) | (1<<REFS0) | (0<<ADLAR))

// Read the AD conversion result

unsigned int read_adc(unsigned char adc_input) {

ADMUX=adc_input | ADC_VREF_TYPE;

// Delay needed for the stabilization of the ADC input voltage delay_us(10);

// Start the AD conversion ADCSRA|=(1<<ADSC);

// Wait for the AD conversion to complete while ((ADCSRA & (1<<ADIF))==0); ADCSRA|=(1<<ADIF);

return ADCW; }

// Read the SPI conversion result

unsigned int spi(unsigned char adc_input) {

unsigned result;

(7)

// (high sampling performance) NCONVST=0;

NCONVST=1;

// wait for the conversion to complete while (ADC_BUSY);

// read the MSB using SPI result=(unsigned) spi(0)<<8;

// read the LSB using SPI and combine with MSB result|=spi(0);

// calculate the voltage in [mV]

result=(unsigned) (((unsigned long) result*VREF)/4096L); // return the measured voltage

return result; }

void main(void) {

// Declare your local variables here unsigned int v_0, v_1;

// Input/Output Ports initialization // Port A initialization

// Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In DDRA=(0<<DDA7) | (0<<DDA6) | (0<<DDA5) | (0<<DDA4) | (0<<DDA3) | (0<<DDA2) | (0<<DDA1) | (0<<DDA0);

(8)

// Port B initialization

// Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In DDRB=(0<<DDB7) | (0<<DDB6) | (0<<DDB5) | (0<<DDB4) | (0<<DDB3) | (0<<DDB2) | (0<<DDB1) | (0<<DDB0);

// Port C initialization

// Function: Bit7=Out Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In DDRC=(1<<DDC7) | (0<<DDC6) | (0<<DDC5) | (0<<DDC4) | (0<<DDC3) | (0<<DDC2) | (0<<DDC1) | (0<<DDC0);

// Port D initialization

// Function: Bit7=In Bit6=In Bit5=In Bit4=In Bit3=In Bit2=In Bit1=In Bit0=In DDRD=(0<<DDD7) | (0<<DDD6) | (0<<DDD5) | (0<<DDD4) | (0<<DDD3) | (0<<DDD2) | (0<<DDD1) | (0<<DDD0);

// Timer/Counter 0 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer 0 Stopped // Mode: Normal top=0xFF // OC0 output: Disconnected

TCCR0=(0<<WGM00) | (0<<COM01) | (0<<COM00) | (0<<WGM01) | (0<<CS02) | (0<<CS01) | (0<<CS00);

(9)

OCR0=0x00;

// Timer/Counter 1 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: 250.000 kHz // Mode: Normal top=0xFFFF // OC1A output: Disconnected // OC1B output: Disconnected // Noise Canceler: Off

// Input Capture on Falling Edge // Timer Period: 0.1 s

// Timer1 Overflow Interrupt: On // Input Capture Interrupt: Off // Compare A Match Interrupt: Off // Compare B Match Interrupt: Off

TCCR1B=(0<<ICNC1) | (0<<ICES1) | (0<<WGM13) | (0<<WGM12) | (0<<CS12) | (1<<CS11) | (1<<CS10);

TCNT1H=0x9E; TCNT1L=0x58; ICR1H=0x00; ICR1L=0x00; OCR1AH=0x00; OCR1AL=0x00; OCR1BH=0x00; OCR1BL=0x00;

// Timer/Counter 2 initialization // Clock source: System Clock // Clock value: Timer2 Stopped // Mode: Normal top=0xFF

(10)

// OC2 output: Disconnected ASSR=0<<AS2;

TCCR2=(0<<WGM20) | (0<<COM21) | (0<<COM20) | (0<<WGM21) | (0<<CS22) | (0<<CS21) | (0<<CS20);

TCNT2=0x00; OCR2=0x00;

// Timer(s)/Counter(s) Interrupt(s) initialization

// External Interrupt(s) initialization // INT0: Off

// INT1: Off // INT2: Off

MCUCR=(0<<ISC11) | (0<<ISC10) | (0<<ISC01) | (0<<ISC00); MCUCSR=(0<<ISC2);

// USART initialization

// Communication Parameters: 8 Data, 1 Stop, No Parity // USART Receiver: On

// USART Transmitter: On // USART Mode: Asynchronous // USART Baud Rate: 9600

UCSRA=(0<<RXC) | (0<<TXC) | (0<<UDRE) | (0<<FE) | (0<<DOR) | (0<<UPE) | (0<<U2X) | (0<<MPCM);

UBRRH=0x00; UBRRL=0x67;

(11)

// Analog Comparator initialization // Analog Comparator: Off

// ADC initialization

// ADC Clock frequency: 125.000 kHz

// ADC Voltage Reference: Int., cap. on AREF // ADC High Speed Mode: Off

// ADC Auto Trigger Source: ADC Stopped ADMUX=ADC_VREF_TYPE;

SFIOR=(1<<ADHSM) | (0<<ADTS2) | (0<<ADTS1) | (0<<ADTS0);

// SPI initialization // SPI disabled

// TWI initialization // TWI disabled

TWCR=(0<<TWEA) | (0<<TWSTA) | (0<<TWSTO) | (0<<TWEN) | (0<<TWIE);

// Global enable interrupts #asm("sei")

while (1) {

// Place your code here

(12)

v_0 = (v_0 * 9)/7;

v_1 = spi(1); // temperature sisi panas

v_1 = (v_1 * 9)/7;

v_2 = read_adc(0); // tegangan output pada peltier

v_2 = (v_2 * 13)/5;

addr_0 = '0'; // kirim nilai T sisi dingin // v_0 = 256;

hi_0 = v_0 >> 8; lo_0 = v_0 & 0x00ff; putchar(addr_0); putchar(lo_0); putchar(hi_0);

delay_ms(25);

addr_1 = '1'; // kirim nilai T sisi panas // v_1 = 256;

hi_1 = v_1 >> 8; lo_1 = v_1 & 0x00ff; putchar(addr_1); putchar(lo_1); putchar(hi_1);

delay_ms(25);

(13)

// v_1 = 256; hi_2 = v_2 >> 8; lo_2 = v_2 & 0x00ff; putchar(addr_2); putchar(lo_2); putchar(hi_2);

delay_ms(25);

} }

LAMPIRAN 3

Program tampil pada visual basic

Private Sub Command1_Click() MSComm1.PortOpen = False Close intHandle

(14)

End Sub

Private Sub Command3_Click()

Print #intHandle, "There will be a new line after this!" Print #intHandle, "Last line in file!"; '<- Notice semicolon. End Sub

Private Sub Form_Load()

If MSComm1.PortOpen = False Then MSComm1.PortOpen = True

MSComm1.RThreshold = 3 MSComm1.NullDiscard = False

MSComm1.InputMode = comInputModeText End If

End Sub

Private Sub MSComm1_OnComm() Dim vkar, cmd As String

' Dim cmd As Byte

Dim arus, tegangan As Byte

If MSComm1.CommEvent = 2 Then vkar = MSComm1.Input

cmd = Mid$(vkar, 1, 1)

If cmd = "0" Then

v1 = Asc(Mid$(vkar, 2, 1)) // nilai LO yang diambil End If

(15)

If cmd = "1" Then

v1 = Asc(Mid$(vkar, 2, 1)) // nilai LO yang diambil End If

t1 = v1 - v2 Text1.Text = t1 / 2

If cmd = "2" Then // nilai max HI+LO yang dapat diterima 1023

v3 = Asc(Mid$(vkar, 2, 1)) // V_LO v4 = Asc(Mid$(vkar, 3, 1)) // v_HI t2 = v3

Text2.Text = (t2 * 3) / 2 // untuk maksimum 1534 mVolt Text3.Text = Text1.Text * Text2.Text // nilai Daya End If

End If End Sub

Private Sub Timer1_Timer() Dim intHandle As Integer intHandle = FreeFile Text3.Text = Time$()

Open "E:\vi_data\vi_data.txt" For Append As intHandle ' Open "C:\Users\Kurnia Brahmana\anto.txt" For Append As intHandle

Print #intHandle, Text1.Text, Text2.Text, Text3.Text, Chr(13), Chr(10)

(16)

End Sub

LAMPIRAN 4

RANGKAIAN UTUH ALAT

(17)

LAMPIRAN 5

DATA SHEET TEC-12706 SEBAGAI THERMOELECTRIC

(18)

Performa Spesifikasi

Temperatur sisi panas (oC) 10,38 134,22

Daya (Watt) 2 x 10-3 124,19 x 10-3

ΔT (o

C) 10,38 82,33

Arus (A) 14 x 10-3 111,88 x 10-3

Tegangan (V) 0,14 1,11

Koefisien Seebeck (V/oC) 0,013 Grafik Performa :

Grafik V vs W 0 20 40 60 80 100 120 140 0 ,1 4 0

,2 ₀,3

0 ,3 7 0 ,4 4 0 ,5 1 0 ,5 8 0 ,6 5 0 ,6 6 0 ,7 1 0 ,7 3 0 ,7 8 0 ,8 2 0 ,8 7 0 ,9 0 ,9 6 1 ,0 1 1 ,0 4 1 ,0 7 1 ,1 1 0 ,6 5 0

Daya (mW)

(19)

Grafik ΔT vs Vmaks (tanpa penggunaan beban)

Grafik ΔT vs V 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

11,14 19,24 26,82 33,54 40,07 47,82 55,68 62,83 69,8 76,54 82,54

tegangan (V)

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2

10,38 22,15 32,46 42,78 48,8 54,19 60,95 67,22 75,21 79,71 85,59

Tegangan (V)

(20)

DAFTAR PUSTAKA

Abrar, Ridha, Budi. 2014. Optimasi Pemanfaatan Panas Buang Pada Tungku Gasifikasi Biomassa Sebagai Penhasil Listrik. Laporan Penelitian Departemen Teknik Mesin. FT-Universitas Muhammadiyah Riau.

Wirawan Rio. 2012. Analisa Penggunaan Heat Pipe pada Thermoelectric Generator. Laporan Penelitian Departemen Teknik Mesin. FT-UI.

DH Shepta. 2012. Rancang Bangun Sistem Pengukur efisiensi Sel Peltier Berbasis Mikrokontrol. Laporan Penelitian Departemen Fisika Ekstensi. FMIPA-UI.

Alexander, Rudy, Slamet. Pengaruh Rangkaian Seri-Paralel Sel Peltier dan Beda Temperatur Terhadap Daya Listrik yang dihasilkan Sel Peltier. Laporan Penelitian Departemen Teknik Mesin. FT-U.Brawijaya

Trianto Bayu. 2008. Pengujian Thermoelectric Generator Menggunakan Dua Belas Modul Thermoelectric untuk Aplikasi kendaraan Hibrida. Laporan Penelitian Departemen Teknik Mesin. FT-UI

Dr Ahsan Amimul. 2011. Heat Analysis and thermodynamic Effects. In Tech. China

A Hamid Ben, G Christope, L Marianne, M Bernard. 2010. Thermoelectric Generator Placed on the Human Body. HAL, itali

Travadi Satayu, Dabhi Jaspalsinh. 2013. Review on Design and Analytical Model of Thermoelectric Generator. University Ahmadabad. India

L Balakumar, S Joyal Isaac, Pheba Cheria. 2014. Solar energy Conversion Using Micro Thermoelectric Generator. IJESIT

P J Patil, Prof A M Patil. 2013. Review on Thermoelectric Device. IJETAE. India Changwei Liu, Pingyun Chen, Kewen Li. 2014. A 1KW Thermoelectric

Generator for Low-temperature Geothermal Resource. Stanford University. California

Henderson Jon. 1979. Analysis of A Heat Exchanger - Thermoelectric Generator Sistem. Intersociety Energy Conversion Enginering Conference. Boston Llew Edmunds. 2002. Heatsink Characteristics. International Rectifier

(21)

BAB III

PERANCANGAN ALAT

3.1 Diagram Blok

Alat ini dibuat untuk dapat mengkarakterisasi Elemen Peltier TEC-12706 dalam melakukan proses kerja yang terbalik dari pada fungsi awal komponen. Fungsi kerja yang dimaksudkan ialah dalam menghasilkan energi listrik dari perbedaan suhu yang terjadi pada kedua sisi dari Elemen Peltier, dan berdasarkan Efek Seebeck. Proses kerja dari alat tersebut dapat dilihat pada diagram blok berikut

T.DINGIN PELTIER T.PANAS

TERMOKOPEL TERMOKOPEL

SENSOR ARUS

SENSOR TEGANGAN

MAX-6675 MAX-6675

MIKROKONTROL

RS-232

(22)

Seperti yang kita lihat pada gambar 3.1 adapun fungsi dari pada setiap komponen seperti berikut :

1. Termokopel : mengukur nilai suhu pada kedua sisi elemen Peltier dan mengirimkannya kepada dekoder agar diteruskan ke mikrokontrol 2. MAX-6675 : ADC untuk termokopel agar data yang dihasilkan

termokopel dapat dibaca oleh mikrokontrol

3. Sensor tegangan : untuk menghitung nilai tegangan yang dihasilkan oleh elemen Peltier dan mengirimnya ke mikrokontrol untuk diolah 4. Sensor arus : untuk menghitung nilai arus yang dihasilkan oleh elemen

Peltier dan mengirimnya ke mikrokontrol untuk diolah

5. Mikrokontrol : pusat kendali data alat yang diterima dari termokopel, sensor tegangan dan sensor arus

6. RS-232 : dekoder untuk mengubah data dari mikrokontrol agar dapat ditampilkan pada PC

7. PC : Interface untuk user agar dapat melihat nilai data yang dihasilkan oleh setiap sensor

3.2 Rancang bangun alat

3.2.1 Rangkaian Sensor Arus (ACS 712)

Untuk mengukur arus keluaran pada alat ini, digunakan IC ACS712-30A. IC tersebut merupakan sensor arus dengan kapasitas maksimum 30 Ampere. IC ACS712-30A memiliki rate tegangan output yang linier terhadap arus input. Pada 0 Ampere, tegangan output terukur pada setengah dari tegangan supply. Dari tegangan supply 5v terukur tegangan output ACS sebesar 2,5v DC pada input 0A. Untuk arus AC, tegangan output ACS memiliki output sinyal sinus dengan DC refference sebesar ½ Vcc.

Sensor arus yang digunakan pada rangkaian ini adalah sensor arus ACS712, yang dapat dideteksi besarnya nilai arus dari -5 A sampai 5 A. Sensor arus ACS712 dapat digunakan pada pengukuran arus AC atau DC didunia industri, otomotif, komersil dan sistem komunikasi. Pada umumnya sensor ini digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched – mode power supplies, dan proteksi beban berlebih. IP+ dan IP- dari pin ACS 712 terhubung pada rangkaian yang akan diukur niai arusnya. Kapasitor 1µF digunakan sebagai

(23)

filter sensor arus, sedangkan kapasitor 0,1 µF digunakan sebagai filter pada sumber tegangan VCC. Sensor arus dicatu oleh tegangan 5v yang terhubung ke VCC. Keluaran sensor arus, Vout terhubung ke rangkaian pengkondisi sinyal sensor arus. Berikut ini adalah gambar rangkaian dari sensor arus ACS712:

IP+

IP-1

2

3

4 Vcc

Vout

FLTR

GND

ACS712

+5V

C

BYP

0,1

µF

C

1nF

IP

Gambar 3.2 Rangkaian Sensor Arus

Saat tidak ada arus yang terdeteksi pada sensor arus AC712, maka keluaran sensor adalah 2,5 V. Saat arus mengalir dari IP+ ke IP-, maka keluaran akan lebih dari 2,5 V. Sebaliknya ketika arus listrik mengalir dari IP- Ke IP+, maka keluaran akan kurang dari 2,5 V. Pada pendeteksi arus -5A sampai dengan 5A, pengkondisi sinyal sensor arus mengubah level tegangan keluaran sensor arus (1,5V – 3,5V) ke dalam level tegangan masukan ADC mikrokontroler (0V-5,0V).

3.2.2 Rangkaian Sensor Tegangan

Sensor tegangan yang digunakan pada alat ini adalah sensor tegangan analog yang berupa sebuah rangkaian dasar elektronik yaitu rangkaian pembagi tegangan. Rangkaian pembagi tegangan atau voltage divider biasanya digunakan untuk membuat suatu tegangan referensi dari sumber tegangan yang lebih besar, titik tegangan referensi pada sensor, untuk memberi bias pada komponen aktif. Rangkaian pembagi tegangan pada dasarnya dapat dibuat dengan dua buah resitor, contoh rangkaian dasar pembagi tegangan yang digunakan pada alat dengan Vout atau output dari tegangan sumber V1 menggunakan resistor pembagi tegangan yaitu R1 dan R2 seperti pada gambar berikut:

(24)

Tegangan Keluaran dari Elemen Peltier

Ke mikrokontrol

pin ADC

GND

R1= 1K

R2= 1K

Gambar 3.3 Rangkaian Pembagi tegangan (sensor tegangan)

Pada rangkaian sensor tegangan ini digunakan resistor 1KΩ dengan alasan agar keluaran dari pada sensor tegangan analog ini sesuai dengan syarat input dari pada IC mikrokontroler atmega-8535 yang digunakan. Perhitungan yang digunakan pada pembacaan sensor ini adalah :

�� =�_�₁�₊��_�₂��2 (3.1)

dengan pemberian faktor pengali pada program kendali mikrokontroller maka akan di dapat pembacaan real pada sensor tegangan analog ini.

3.2.3 Rangkaian Max - 232

RS-232 merupakan standar komunikasi serial yang didefinisikan sebagai antarmuka antara perangkat terminal data. Agar PC dan mikrokontroller dapat terhubung maka diperlukan interface RS - 232 yang berfungsi sebagai interface mikrokontroller. Oleh karena itu diperlukan port serial yaitu port DB9. Kemudian DB9 dihubungkan dengan rangkaian konverter atau pengubah. Dalam rangkaian ini IC yang digunakan adalan IC Max - 232.

Pin 2 pada serial DB9 merupakan receiver yang dihubungkan ke pin 14 IC MAX 232 yang merupakan transmitter atau keluaran. Pin 3 pada DB9 merupakan transmitter yang dihubungkan dengan Pin 13 IC MAX 232 sebagai receiver atau masukan dan pin 5 pada DB9 dihubungkan ke ground. Pin 12 pada IC MAX 232 terhubung ke PortD1 dan pin 11 terhubung ke PortD0. Pin 2 dan 6 pada IC MAX 232 dihubungkan ke ground.

(25)

Berikut merupakan gambar dari rangkaian Max - 232 :

1

2

3

4

5

6

7

8

9

8

13

7

14 X1

R2IN

R1IN

T2OUT

T1OUT

R2OUT

R1OUT

T2IN

T1IN

9

12 MIKROKONTROL

10

11

5

4 C2+

C2-

10 µF

3

1 ₁₀

_µF

6

2

10 µF

MAX-232

C1-C1+

V+

V-GND

GND

Gambar 3.4 Rangkaian Max - 232

Karakteristik MAX - 232 adalah sebagai berikut :

1. Logika 1 disebut mark terletak antara tegangan -3 Volt hingga -25 Volt. 2. Logika 0 disebut space terletak antara tegangan +3 Volt hingga +25 Volt.

Daerah tegangan antara -3 Volt hingga +3 Volt adalah invalid level, yaitu daerah tegangan yang tidak memiliki level logika yang pasti sehingga harus dihindari. Demikian juga level tegangan lebih negatif dari -25 Volt atau lebih positif dari +25 Volt juga harus dihindari karena tegangan tersebut dapat merusak line driver pada saluran RS232.

3.2.4 RANGKAIAN MAX 6675

IC MAX6675 adalah IC ADC (Analog Digital Converter) untuk termokopel dengan pengiriman data sebesar 12 BIT. IC MAX6675 menjadi penghubung termokopel dengan mikrokontrol sebagai sebuah interface dan juga mengubah dan memfilter masukan dari termokopel yang disertakan juga dengan kontrol logika. Adapun rangkaian standar dari MAX6675 adalah sebagai berikut :

(26)

SO MSO SCK SCK

CS SSB

T+

T-MAX6675

MIKROKONTROL

0,1µF

GND VCC

AT 8535

Gambar 3.5 rangkaian standar MAX-6675

Pada max 6675 juga sudah terdapat pengkondisi sinyal untuk mengubah sinyal dari termokopel menjadi tegangan yang sesuai dengan kriteria dari input channel dari ADC. Masukkan dari T+ dan T- terhubung ke sirkuit yang ada pada max 6675 yang berfungsi untuk mengurangi noise-noise yang ikut masuk bersamaan dengan input dari termokopel. Sebelum diubah tegangan dari termokopel menjadi temperatur yang ekuivalent, max 6675 melakukan penyelarasan terhadap sisi dingin termokopel dengan sebuah acuan 0oC virtual milik max 6675. Untuk tipe termokopel tipe-K tegangan berubah 41µV/oC, ditunjukkan dengan persamaan dibawah ini maka Vout dari pada termokopel yang akan dibaca oleh IC MAX-6675 adalah :

�� = 41�� ∗_℃ 5∗(�_�− �_��) (3.2)

Dimana :

Vout : Tegangan keluaran termokopel (µV) TR : Temperatur pada ujung termokopel Tamb : Temperatur udara sekitar (oC)

(27)

3.2.5 RANGKAIAN ATMEGA-8535

Gambar 3.6 rangkaian atmega-8535

Rangkaian mikrokontrol inilah yang akan menjadi pusat kontrol semua kendali data, baik data yang masuk ataupun keluar. Rangkaian ini menggunakan kristal 16MHz sebagai sumber clocknya agar IC mikrokontrol atmega-8535 memiliki kecepatan respon baca data yang cukup cepat dan rangkaian mikrokontrol inilah yang mengatur data keluaran yang akan dibaca oleh interface (PC), dengan menggunakan IC MAX-232 sebagai penghubung. Pada tampilan data pada komputer digunakan program Visual Basic sebagai data loggernya.

(28)

3.3 Diagram Alir Pengujian

Gambar 3.7 Diagram Alir sistem kerja alat

Mul

Sisi panas alat di bakar dengan kompor tembak dan sisi dingin alat diberi es

batu untuk memberikan beda suhu

Mikrokontrol menyimpan data yang diterima sebelum dikirim pada komputer

Alat mengirimkan data berupa T. Panas, T. Dingin, tegangan dan

arus ke mikrokontrol

Mikrokontrol mengirim data yang sudah diolah ke komputer melalui RS-232

Data yang dikirim melalui RS-232 oleh mikrokontrol dikumpulkan dan disimpan dalam bentuk

(29)

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Pengujian alat

Pengujian yang dilakukan menghasilkan data berupa beda suhu, tegangan, arus dan daya. Pengujian dilakukan berulang sebanyak delapan kali sampai data yang dihasilkan cukup stabil, atau data tidak lagi mengalami kenaikan atau penurunan nilai yang signifikan. Setiap pengujian dilakukan sampai elemen peltier mengalami kerusakan untuk mendapatkan batas maksimum kerja dari elemen Peltier TEC-12706. Data yang berupa angka-angka tersebut dikonversikan kedalam bentuk grafik agar lebih mudah untuk dipahami, dibandingkan dan dianalisa. Pengujian dilakukan dengan menggunakan pemanas berupa kompor butane yang akan diarahkan ke sisi panas alat, dan es diletakkan pada sisi dingin sebagai faktor suhu konstan

4.2 variasi pengujian

Variasi pengujian yang dilakukan adalah, pengujian alat tanpa beban dan pengujian alat dengan beban tetap. Pengujian tersebut dilakukan untuk melihat nilai ouput yang mampu dihasilkan oleh alat pada saat pengujian tanpa beban dan dengan beban tetap.

4.2.1 Pengujian alat tanpa pemberian beban

Pada pengujian alat tanpa beban listrik ini dilakukan untuk melihat tegangan keluaran maksimum yang mampu dihasilkan oleh alat, pengujian dilakukan sebanyak delapan kali untuk mendapatkan referensi data, hingga data stabil atau tidak mengalami perubahan nilai yang signifikan. Pengambilan data dilakukan setiap terjadi kenaikan ΔT yang menyebabkan perubahan pada nilai tegangan.

(30)

Tabel 4.1 data pengujian tanpa beban Pengujian I

T.Panas (oC)

T.Dingin (oC)

ΔT

(oC) tegangan (V)

10,19 0 10,19 0,16

17,15 1,62 15,53 0,25

21,01 3,63 17,38 0,28

25,03 4,12 20,91 0,33

29,92 4,86 25,06 0,40

36,15 5,24 30,91 0,49

38,55 5,81 32,74 0,52

43,27 7,67 35,6 0,57

47,8 9,9 37,9 0,61

53,25 11,08 42,17 0,67

62,55 14,74 47,81 0,76

70,51 20,19 50,32 0,81

80,31 27,16 53,15 0,85

90,3 33,26 57,04 0,91

96,6 35,87 60,73 0,97

103,14 40,03 63,11 1,01

113,26 43,41 69,85 1,12

124,88 47,53 77,35 1,24

132,09 51,3 80,79 1,29

135,26 54,14 81,12 1,30

141,22 57,65 83,57 0,9

(31)

Grafik 4.1 Grafik ΔT vs V pengujian I

Grafik 4.1 menunjukkan kerja elemen Peltier selama dilakukan pengujian. Kita dapat melihat bahwa elemen Peltier dapat menghasilkan tegangan minimum

sebesar 0,16 volt dengan ΔT 10,19o

C, dan tegangan maksimum yang mampu

dihasilkan sebesar 1,30 volt dengan ΔT 81,12o

C. Grafik mengalami penurunan drastis setelah melewati nilai puncak yang menujukkan rusaknya elemen Peltier

pada ΔT 85,2o

C, sekaligus menyatakan bahwa 81,12oC adalah batas kerja elemen Peltier pada pengujian pertama. Grafik 4.1 menunjukkan bahwa elemen Peltier yang digunakan dapat merespon setiap kenaikan ΔT dengan baik, dengan bentuk grafik yang mendekati linier.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

(

)

Beda temperatur ΔT (o_C)

tegangan (V)

(32)

Tabel 4.2 data pengujian tanpa beban Pengujian II

T.Panas (oC)

T.Dingin (oC)

ΔT

(oC)

Tegangan (V)

11,12 0 _11,12 0,18

17,49 0,78 _16,71 0,26

20,27 1,27 ₁₉ 0,30

24,19 2,09 _22,1 0,35

26,96 2,31 _24,65 0,39

28,12 2,36 _25,76 0,40

31,9 2,8 _29,1 0,46

37,85 4,14 _33,71 0,53

43,5 5,33 _38,17 0,60

50,87 5,54 _45,33 0,72

55,68 5,57 _50,11 0,79

60,78 5,81 _54,97 0,87

67,05 8,24 _58,81 0,93

70,34 11,26 _59,08 0,94

78,48 14,54 _63,94 1,01

82,88 14,69 _68,19 1,08

90,39 16,86 _73,53 1,16

97,98 22,69 _75,29 1,19

103,47 26,29 _77,18 1,22 110,81 31,66 _79,15 1,25

118,95 36,85 _82,1 1,30

(33)

Gambar 4.2 Grafik ΔT vs V pengujian II

Pada grafik 4.2 terlihat curamnya jatuh grafik setelah melewati titik puncak grafik 82,1oC yang menunjukkan keadaan elemen Peltier TEC-12706 pada pengujian kedua tidak dapat lagi bekerja pada temperatur 148,07oC dengan beda suhu 84,1oC. Pada grafik 4.2 terlihat adanya kenaikan grafik dengan nilai yang kecil, menunjukkan respon elemen Peltier terhadap perubahan suhu yang kecil, seperti pada titik 24,65oC dengan 25,76oC, yang memiliki kenaikan tegangan sebesar 0,01 volt. Tegangan minimum yang dapat dihasilkan oleh elemen Peltier pada pengujian kedua sebesar 0,18 volt dengan ΔT 11,12oC, dan tegangan maksimum

yang mampu dihasilkan sebesar 1,30 volt dengan ΔT 82,1o C. 0,00

0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40

(

)

ΔT (o_C)

Tegangan (V)

(34)

Tabel 4.3 data pengujian tanpa beban Pengujian III

T. Panas (oC) T. Dingin (oC) ΔT (oC) Tegangan (V)

12,19 0 12,19 0,20

20,51 1.62 18,89 0,30

31,78 7,04 24,74 0,40

48,3 14,92 33,38 0,53

50,71 11,29 39,42 0,63

63,74 15,93 47,81 0,76

68,88 18,6 50,28 0,80

74,1 20,01 54,09 0,87

77,39 21,04 56,35 0,90

82,19 21,37 60,82 0,97

85,31 21,39 63,92 1,02

92,82 22,01 70,81 1,13

98,22 23,62 74,6 1,19

100,34 23,97 76,37 1,22

102,69 24,87 77,82 1,25

105,67 25,46 80,21 1,28

107,28 27,47 79,81 1,28

111,43 36,41 75,02 1,20

118,25 38,21 80,04 1,28

121,41 40,04 81,37 1,00

126,5 41,54 84,96 0,54

(35)

Gambar 4.3 Grafik ΔT vs V pengujian III

Pada grafik 4.3 elemen Peltier yang digunakan dapat menghasilkan

tegangan minimum sebesar 0,20 volt dengan ΔT 12,19o

C, tegangan maksimum

yang mampu dihasilkan elemen Peltier sebesar 1,28 pada ΔT maksimum 80,21.

Pada grafik 4.3 terlihat elemen Peltier membutuhkan ΔT yang cukup besar untuk menigkatkan besar keluarannya pada temperatur sisi panas yang rendah, sedangkan untuk menigkatkan tegangan pada temperatur sisi panas yang tinggi

dibutuhkan ΔT yang rendah. Pada sisi curam grafik menunjukkan elemen Peltier

masih dapat mempertahankan kinerjanya beberapa saat pada keadaan ΔT melewati

batas maksimum kerja elemen Peltier. 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Tegangan (V)

(36)

Tabel 4.4 data pengujian tanpa beban Pengujian IV

T.Panas (oC) T.Dingin (oC) ΔT (oC) Tetgangan (V)

9,83 0 9,83 0,16

15,61 2,49 13,12 0,21

21,09 3,19 17,9 0,28

25,48 3,97 21,51 0,34

32,03 4,23 27,8 0,44

36,81 7 29,81 0,47

43,7 10,61 33,09 0,52

48,39 14,61 33,78 0,53

54,86 15,05 39,81 0,63

57,38 16,68 40,8 0,64

63,13 17,62 45,51 0,72

70,33 20,99 49,34 0,78

74,71 21,16 53,55 0,85

82,4 21,69 60,71 0,96

88,19 25,67 62,52 1

94,59 29,73 64,86 1,03

100,78 30,78 70 1,11

104,25 28,45 75,8 1,2

116,92 38,19 78,73 1,25

120,41 40,29 80,12 1,27

127,94 41,02 86,92 0,68

(37)

Gambar 4.4 Grafik ΔT vs V pengujian IV

Grafik 4.4 menunjukkan tegangan minimum yang mampu dihasilkan elemen

Peltier sebesar 0,16 volt pada ΔT 9,83 dan tegangan maksimum yang mampu dihasilkan elemen Peltier 1,27 volt pada ΔT 80,12o

C, setelah melewati titik puncak kerja dari elemen Peltier tersebut kinerja dari elemen Peltier menurun drastis seperti yang ditunjukkan kecuraman grafik pada grafik 4.4 di atas.

Kebengkokan pada grafik terjadi dikarenakan respon elemen Peltier terhadap ΔT,

elemen Peltier membutuhkan ΔT yang kecil untuk dapat menaikkan nilai keluarannya.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

9,83 17,9 27,8 33,09 39,81 45,51 53,55 62,52 70 78,73 86,92

Tegangan (V)

(38)

Tabel 4.5 data pengujian tanpa beban Pengujian V

T.panas (oC)

T.dingin (oC)

ΔT

(oC)

Tegangan (V)

9,71 0 _9,71 0,15

15,91 1,24 _14,67 0,23

20,27 1,76 _18,51 0,29

22,98 2,08 _20,9 0,33

27,23 2,68 _24,55 0,39

30,41 3,98 _26,43 0,42

34,65 5,85 _28,8 0,46

39,83 8,43 _31,4 0,5

45,04 9,13 _35,91 0,57

49,87 10,99 _38,88 0,62 54,87 11,05 _43,82 0,69 61,36 12,47 _48,89 0,77 65,43 12,52 _52,91 0,84 69,77 13,66 _56,11 0,89

75,89 13,8 _62,09 0,98

84,1 18,33 _65,77 1,04

88,47 18,56 _69,91 1,10

94,3 24,22 _70,08 1,11

102,06 29,05 _73,01 1,16 115,84 39,38 _76,46 1,21 120,15 40,68 _79,47 1,26

(39)

Gambar 4.5Grafik ΔT vs V pengujian V

Grafik 4.5 menunjukkan grafik kinerja dari elemen Peltier pada pengujian kelima. Grafik yang dihasilkan cukup linier yang menunjukkan respon elemen

Peltier terhadap kenaikan ΔT cukup baik. Tegangan minimum yang mampu dihasilkan adalah 0,15 volt dengan ΔT sebesar 9,71o

C. Titik kerja maksimum

elemen Peltier pengujian kelima dicapai pada ΔT 79,47 dengan tegangan yang

dihasilkan sebesar 1,26 volt. Setelah batas maksimum dilampaui maka elemen Peltier tidak dapat bekerja dengan baik atau rusak.

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40

9,71 18,51 24,55 28,8 35,91 43,82 52,91 62,09 69,91 73,01 79,47

Tegangan (V)

(40)

Tabel 4.6 data pengujian tanpa beban Pengujian VI

T.Panas (oC)

T.Dingin (oC)

ΔT

(oC)

Tegangan (V)

10,01 0 _10,01 0,16

15,91 2,02 _13,89 0,22

20,27 4,37 _15,9 0,25

23,62 4,6 _19,02 0,30

27,23 5,18 _22,05 0,35

31,57 5,38 _26,19 0,41

34,65 6,84 _27,81 0,44

38,19 8,02 _30,17 0,48

45,4 12,51 _32,89 0,52

49,78 13,79 _35,99 0,57

56,6 16,48 _40,12 0,64

61,36 17,01 _44,35 0,70

63,98 18,47 _45,51 0,72

69,77 19,01 _50,76 0,80

75,89 22,68 _53,21 0,84

84,32 26,44 _57,88 0,92

88,47 28,44 _60,03 0,95

94,3 28,86 _65,44 1,04

102,06 32,61 _69,45 1,10 115,84 43,51 _72,33 1,14

130,82 55,8 _75,02 1,19

(41)

Gambar 4.6Grafik ΔT vs V pengujian VI

Grafik 4.6 menunjukkan bahwa grafik yang dihasilkan oleh pengujian keenam cukup linier, hal ini menunjukkan bahwa elemen Peltier yang digunakan

mampu merespon dengan baik perubahan ΔT. Tegangan minimum yang mampu dihasilkan elemen Peltier sebesar 0,16 volt dengan ΔT 10,01o

C dan tegangan

maksimum 1,19 volt dengan ΔT 75,02o

C. Elemen Peltier yang kita gunakan memiliki batas maksimum kerja lebih kecil dari pada batas yang ditentukan pabriknya yaitu 80oC, namun masih dapat menghasilkan keluaran dengan cukup baik.

0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 1,40

10,01 15,90 22,05 27,81 32,89 40,12 45,51 53,21 60,03 69,45 75,02

Tegangan (V)

(42)

Tabel 4.7 data pengujian tanpa beban Pengujian VII

T.Panas (oC)

T.Dingin (oC)

ΔT

(oC)

Tegangan (V)

15,91 0,18 _15,73 0,25

20,25 1,63 _18,62 0,30

23,54 2,79 _20,75 0,33

27,28 4,89 _22,39 0,35

31,57 5,98 _25,59 0,41

35,63 6,82 _28,81 0,46

38,2 7,65 _30,55 0,48

45,06 10,97 _34,09 0,54

49,62 12,31 _37,31 0,59

56,19 15,76 _40,43 0,64

61,36 17,14 _44,22 0,7

64,33 17,23 _47,1 0,75

69,77 18,79 _50,98 0,81

73,12 21,77 _51,35 0,81

84,32 26,36 _57,96 0,92

88,8 28,51 _60,29 0,95

93,1 30,56 _62,54 1,0

102,2 34,19 _68,01 1,08

110,25 37,58 _72,67 1,15 119,97 43,06 _76,91 1,22 128,24 47,83 _80,41 1,25

(43)

Grafik 4.7Grafik ΔT vs V pengujian VII

Grafik 4.7 menunjukkan grafik data pada pengujian ketujuh dimana grafik menunjukkan keadaan mendekati lnier seperti grafik sebelumnya, yang

menunjukkan bahwa elemen Peltier dapat merespon kenaikan ΔT dengan baik.

Tegangan minimum yang dapat dihasilkan sebesar 0,25 volt dengan ΔT 15,73oC

dan tegangan maksimum sebesar 1,25 volt pada ΔT 80,41o

C. Pada pengujian

ketujuh elemen Peltier yang digunakan membutuhkan ΔT yang lebih besar

dibandingkan pada pengujian-pengujian yang sebelumnya untuk menghasilkan

tegangan minimumnya. Jatuhnya grafik pada ΔT 95,51o

C menunjukkan ketidak

mampuan elemen Peltier untuk melewati batas kerjanya pada ΔT 80,41o C. 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

Tegangan (V)

(44)

Tabel 4.8 data pengujian tanpa beban Pengujian VIII

T.Panas (OC)

T.Dingin (OC)

ΔT

(oC)

Tegangan (V)

10,33 0 10,33 0,16

16,08 1,74 14,34 0,23

21,51 1,74 19,77 0,31

23,78 3,67 20,11 0,32

29,54 4,13 25,41 0,40

35,13 4,59 30,54 0,48

41,62 5,71 35,91 0,57

46,86 7,32 39,54 0,63

49,81 7,58 42,23 0,67

53,68 7,91 45,77 0,72

59,35 12,3 47,05 0,74

67,96 14,35 53,61 0,85

70,42 14,53 55,89 0,88

75,38 14,67 60,71 0,96

81,29 16,89 64,4 1,02

87,14 18,33 68,81 1,09

93,11 20,4 72,71 1,15

101,57 25,43 76,14 1,21

109,78 29,33 80,45 1,29

116,81 33,62 83,19 1,33

130,07 42,18 87,89 0,9

(45)

Gambar 4.8Grafik ΔT vs V pengujian VIII

Grafik 4.8 memperlihatkan kinerja elemen Peltier pada pengujian kedelapan, dari grafik tersebut tegangan minimum yang dapat dihasilkan elemen

Peltier sebesar 0,16 volt pada ΔT sebesar 10,33oC dan tegangan maksimum yang

mampu dihasilkan sebesar 1,33 pada ΔT 83,19o

C. Batas kerja elemen Peltier pada

pengujian kedelapan ada pada ΔT tertinggi yaitu 83,19o_{C, pada saat ΔT sudah} melewati batas kerja tersebut kinerja elemen Peltier akan menurun bahkan sampai mengalami kerusakan, seperti yang ditunjukkan grafik 4.8.

0 0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

10,33 19,77 25,41 35,91 42,23 47,05 55,89 64,4 72,71 80,45 87,89

Tegangan (V)

(46)

Tabel 4.9 data rata-rata pengujian tanpa beban

ΔT (o

C) Tegangan (V) 11,14 0,18 15,72 0,25 19,24 0,31 22,54 0,36 26,82 0,43 30,78 0,49 33,54 0,53 36,55 0,58 40,07 0,64 43,77 0,69 47,82 0,76 52,42 0,83 55,68 0,88 59,02 0,94 62,83 1,00 66,14 1,05 69,80 1,11 72,89 1,16 76,54 1,22 78,83 1,22 82,54 1,00

(47)

Gambar 4.9 Grafik ΔT vs V rata-rata

Pada grafik 4.9 merupakan grafik rata-rata data yang di dapat dari ke delapan data pengujian. Grafik 4.9 menunjukkan bahwa elemen Peltier

TEC-12706 dapat merespon kenaikan ΔT dengan baik pada setiap kenaikan suhu. Rata -rata tegangan minimum yang dapat dihasilkan oleh elemen Peltier TEC-12706 sebesar 0,18 volt dengan ΔT 11,14oC dan tegangan maksimum yang mampu

dihasilkan sebesar 1,22 volt dengan ΔT 82,54o C. 0

0,2 0,4 0,6 0,8 1 1,2 1,4

11,14 19,24 26,82 33,54 40,07 47,82 55,68 62,83 69,8 76,54 82,54

tegangan (V)

(48)

4.2.2 pengujian alat dengan beban sebesar 10Ω

Pada pegujian dengan beban listrik 10Ω data keluaran yang diperoleh berupa tegangan, arus dan daya. Pada data daya kita menggunakan perhitungan rumus umum P = V x I untuk memperoleh nilainya. Pengujian menggunakan beban listrik tetap ini dilakukan sebanyak delapan kali sama seperti pengujian tanpa beban untuk mendapatkan data perbandingan agar dapat dicari nilai rata-ratanya.

Tabel 4.10 Data pengukuran tegangan dan arus Pengujian I

Temperatur (oC) ΔT (oC)

Tegangan (V)

Arus (mA)

Daya (mW)

T.panas T.dingin P = V I

10,21 0 10,21 0,14 14 2

16,86 2,04 14,82 0,20 20 4

22,97 4,87 18,1 0,24 25 6

27,51 6,91 22,17 0,3 30 9

35,16 8,74 26,42 0,35 36 13

37,88 9,59 29 0,39 39 15

45,85 13,28 32,57 0,44 44 19

52,16 15,98 36,18 0,49 49 24

55,18 16,33 38,85 0,52 53 27

61,5 18,5 43 0,58 58 34

67,93 21,17 46,76 0,63 64 40

79,98 28,74 52 0,70 71 49

87,87 31,9 55,97 0,75 76 57

95,66 36,32 59,34 0,80 81 64

101,67 39,67 62 0,83 84 70

109,57 43,88 65,69 0,88 89 79

115,42 46,65 68,77 0,92 93 86

122,81 49,81 73 0,98 99 97

127,52 51,02 76,5 1,03 104 107

(49)

140,27 57,07 83,2 0,5 6 3

148,51 59,47 89,04 0 0 0

Gambar 4.10 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian I

Daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh elemen Peltier pada pengujian pertama sebesar 119 mW, dengan bergantung pada tegangan sebagai variabel bebas dapat kita lihat grafik data keluaran daya yang dihasilkan oleh elemen peltier pada pengujian pertama sampai pada nilai maksimumnya seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.10. grafik tersebut memperlihatkan respon elemen

Peltier terhadap ΔT dengan baik, yang ditunjukkan dengan kelurusan grafik. 0

20 40 60 80 100 120 140

0,14 0,24 0,35 0,44 0,52 0,63 0,75 0,83 0,92 1,03 0,5

(

)

Tegangan (V)

Daya (mW)

(50)

Tabel 4.11 Data pengukuran tegangan dan arus Pengujian II

Temperatur (oC) ΔT (oC)

Tegangan (V)

Arus (mA)

Daya (mW) T.Panas T.Dingin

11,24 0 11,24 0,15 15 2

19,5 3,96 15,54 0,21 22 4

26,82 6,87 19,95 0,27 27 7

30,1 8,15 21,95 0,29 35 10

37,63 14,28 23,35 0,31 32 10

43,29 18,79 24,5 0,33 33 11

53,01 23,91 29,1 0,39 42 15

61,74 25,95 35,79 0,48 49 23

70,2 29,04 41,16 0,55 56 31

79,33 30,29 49,04 0,66 67 44

85,28 33,27 52,01 0,70 73 49

90,16 35,87 54,29 0,73 74 54

99,79 37,98 61,81 0,83 84 70

100,84 38,77 62,07 0,83 84 71

111,23 44,28 66,95 0,90 91 86

120,9 48,71 72,19 0,97 98 95

129,83 50,3 79,53 1,07 108 116

135,41 55,12 80,29 1,08 109 118

138,79 57,61 81,18 1,09 110 120

140,05 58,9 81,15 1,09 110 120

146,16 63,19 82,97 0,89 11,4 10,2

(51)

Grafik 4.11 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian II

Seperti yang ditunjukkan pada gambar 4.11 pada pengujian kedua menunjukkan elemen Peltier yang digunakan dapat menghasilkan daya sebesar 120 mW dengan tegangan keluaran elemen Peltier 1,09 volt. Pada pengujian kedua menunjukkan

respon elemen Peltier kurang baik, terhadap perubahan ΔT seperti yang

ditunjukkan dari nilai tegangan, elemen Peltier yang digunakna membutuhkan ΔT yang besar untuk memperoleh keluaran sehingga mempengaruhi besar daya yang dihasilkan.

0 20 40 60 80 100 120 140

0,15 0,27 0,31 0,39 0,55 0,7 0,83 0,9 1,07 1,09 0,89

(

)

Tegangan (V)

Daya (mW)

(52)

Tabel 4.12 Data pengukuran tegangan dan arus Pengujian III

Temperatur (oC) ΔT (oC)

Tegangan (V)

Arus (mA)

Daya (mW) T.panas T.dingin

11,8 0 11,8 0,16 16 3

13,8 0,8 13 0,17 19 4

20,23 1,93 18,3 0,25 25 6

25,83 1,93 23,9 0,32 32 11

30,01 2,01 28 0,38 38 14

38,04 3,34 34,7 0,47 47 22

40,05 5,72 34,33 0,47 47 21

47,45 6,45 41 0,55 56 31

52,29 14,79 37,5 0,50 51 26

60,09 14,79 45,3 0,61 62 37

64,8 15 49,8 0,67 68 45

65,77 15,07 50,7 0,68 69 47

67,7 17,8 49,9 0,67 68 45

81,02 17,81 63,21 0,85 86 73

84,13 20,13 64 0,86 87 75

100,96 30,46 70,5 0,95 96 91

110,22 32,22 78 1,05 106 111

112,59 34,79 77,8 1,04 106 111

123,41 39,71 83,7 1,12 114 128

130,22 42,42 87,8 1,18 120 142

136,44 47,9 88,54 1 1 1

(53)

Grafik 4.12 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian III

Daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh elemen Peltier pada pengujian Ketiga sebesar 142 mW, dengan bergantung pada tegangan sebagai variabel bebas dapat kita lihat grafik data keluaran seperti pada gambar 4.21. Naik-turunnya grafik

dipengaruhi dari respon elemen Peltier terhadap perubahan pada ΔT, pada grafik

4.12 menunjukkan buruknya elemen dalam merespon kenaikan ΔT. 0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 ,1 6 0 ,1 7 0 ,2 5 0 ,3 2 0 ,3 8 0 ,4 7 0 ,4 7 0 ,5 5 0 ,5 0 ,6 1 0 ,6 7 0 ,6 8 0 ,6 7 0 ,8 5 0 ,8 6 0 ,9 5 1 ,0 5 1 ,0 4 1 ,1 2 1 ,1

8 1 0

Daya (mW)

(54)

Tabel 4.13 Data pengukuran tegangan dan arus Pengujian IV

Temperatur (oC) ΔT (oC)

Tegangan (V)

Arus (mA)

Daya (mW) T.Panas T.Dingin

10,8 0 10,8 0,15 15 2

14,2 1,1 13,1 0,18 18 3

19,7 1,8 17,9 0,24 24 6

24,2 2,7 21,5 0,28 29 8

30 3 27 0,36 37 13

33,4 3,6 29,8 0,4 40 16

40,76 3,76 37 0,50 51 25

42,53 5,03 47,53 0,64 65 41

44,29 10,51 33,78 0,45 46 21

53,54 13,73 39,81 0,53 54 29

54,54 23,64 30,9 0,41 42 17

69,4 23,89 45,51 0,61 62 38

77,71 25,41 52,3 0,70 71 50

84,5 26 58,5 0,78 80 62

87,4 26,7 60,7 0,81 82 67

97,54 29,02 68,52 0,92 93 86

106,19 31,33 74,86 1,00 102 102

118,9 38,9 80 1,07 109 117

124,86 46,06 78,8 1,06 107 113

132,37 46,64 85,73 1,15 116 134

140,2 50,08 90,12 0,12 3 3,6

(55)

Grafik 4.13 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian IV

Grafik 4.13 di atas menunjukkan bahwa elemen Peltier yang digunakan kurang

baik dalam merespon kenaikan ΔT untuk menghasilkan keluaran, ditunjukkan dengan kenaikan grafik yang berada dibeberapa titik. Daya mkasimum yang mampu dihasilkan oleh alat 134 mW dengan tegangan 1,15 volt, dan daya minimum yang mampu dihasilkan 2 mW pada tegangan 0,15 volt.

0 20 40 60 80 100 120 140 160 0 ,1 5 0 ,1 8 0 ,2 4 0 ,2 8 0 ,3 6 0

,4 ₀,5

0 ,6 4 0 ,4 5 0 ,5 3 0 ,4 1 0 ,6 1 0 ,7 0 ,7 8 0 ,8 1 0 ,9 2 1 1 ,0 7 1 ,0 6 1 ,1 5 0 ,1 2 0

Daya (mW)

(56)

Tabel 4.14 Data pengukuran tegangan dan arus Pengujian V

Temperatur (oC) ΔT (oC)

Tegangan (V)

Arus (A)

Daya (W) T.Panas T.Dingin

9,5 0 9,5 0,13 13 2

17,5 0,6 16,9 0,23 23 5

29,7 2,4 27,3 0,37 37 14

35,8 3,65 35,8 0,48 50 23

46,97 4,57 42,4 0,57 58 33

56,38 6,38 50 0,67 68 46

56,1 8 56,1 0,75 76 57

70,63 10,43 60,2 0,81 82 66

76,33 11,03 65,3 0,88 89 78

87,24 18,54 68,7 0,92 93 86

98,73 28,03 70,7 0,95 96 91

106,21 34,31 71,9 0,96 98 94

113,28 40,48 72,8 0,98 99 97

121,42 48,22 73,2 0,98 99 98

125,8 51,8 74 0,99 101 100

128 53 75 1,01 102 102

128,9 53 75,9 1,02 103 105

131,2 54,3 76,9 1,03 104 108

133 55,2 77,8 1,04 106 110

134,73 55,93 78,8 1,06 107 113

140,1 57,63 82,47 0 0 0

(57)

Grafik 4.14 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian V

Seperti pada grafik 4.14 diatas daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh elemen Peltier pada pengujian Kelima adalah 113 mW pada tegangan 1,06 volt, dengan bergantung pada tegangan sebagai variabel bebas dan daya sebagai variabel terikat dapat kita lihat grafik data daya keluaran yang dihasilkan oleh elemen peltier.

Grafik 4.14 menunjukkan elemen Peltier membutuhkan ΔT yang besar pada temperatur kecil di sisi panas, sedang membutuhkan ΔT yang relatif kecil pada

temperatur yang tinggi pada sisi panas. 0 20 40 60 80 100 120 0 ,1 3 0 ,2 3 0 ,3 7 0 ,4 8 0 ,5 7 0 ,6 7 0 ,7 5 0 ,8 1 0 ,8 8 0 ,9 2 0 ,9 5 0 ,9 6 0 ,9 8 0 ,9 8 0 ,9 9 1 ,0 1 1 ,0 2 1 ,0 3 1 ,0 4 1 ,0

6 0 0

Daya (mW)

(58)

Tabel 4.15 Data pengukuran tegangan dan arus Pengujian VI

Temperatur (oC)

ΔT

(oC)

Tegangan (V)

Arus (mA)

Daya (mW) T.

Panas

T. Dingin

9,03 0 9,03 0,12 12 1

14,85 1,1 13,75 0,18 19 3

20,76 2,12 18,64 0,25 25 6

28,49 3,01 25,48 0,34 35 12

40,92 4,76 36,16 0,49 49 24

57,78 7,8 49,98 0,67 68 45

60,45 8,1 52,35 0,70 71 50

67,23 11,36 55,87 0,75 76 57

76,38 15,56 60,82 0,82 83 67

81,46 20,52 60,94 0,82 83 68

86,24 25 61,24 0,82 83 68

91,37 30,05 61,32 0,82 83 68

101,18 38,73 62,45 0,84 85 71

104,53 40,21 64,32 0,86 87 75

111,36 43,98 67,38 0,90 92 83

120,2 48,39 71,81 0,96 98 94

121,89 49,25 72,64 0,97 99 96

128,43 51 77,43 1,04 105 110

133,56 52,66 80,9 1,09 110 119

135,78 53,21 82,57 1,11 112 124

138,9 54,49 84,41 0,86 5,5 4,73

(59)

Grafik 4.15 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VI

Seperti pada gambar 4.15 diatas daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh elemen Peltier pada pengujian Keenam sebesar 124 mW dan daya minimum yang mampu dihasilkan sebesar 1 mW. Grafik 4.15 menunjukkan elemen Peltier

kuranng baik dalam merespon ΔT pada temperatur sisi panas yang rendah.

0 20 40 60 80 100 120 140 0 ,1 2 0 ,1 8 0 ,2 5 0 ,3 4 0 ,4 9 0 ,6 7 0 ,7 0 ,7 5 0 ,8 2 0 ,8 2 0 ,8 2 0 ,8 2 0 ,8 4 0 ,8 6 0 ,9 0 ,9 6 0 ,9 7 1 ,0 4 1 ,0 9 1 ,1 1 0 ,8 6 0

Daya (mW)

(60)

Tabel 4.16 Data pengukuran tegangan dan arus Pengujian VII

Temperatur (oC) ΔT (oC)

Tegangan (V)

Arus (mA)

Daya (mW) T.Panas T.dingin

11,31 0 11,31 0,15 15 2

17,75 1,02 16,73 0,22 23 5

29,83 2,21 27,62 0,37 38 14

39,77 4,01 35,76 0,48 49 23

48,11 4,82 43,29 0,58 59 34

51,56 5 46,56 0,62 63 39

57,84 7,02 50,82 0,68 69 47

63,76 11,3 52,46 0,70 71 50

69,7 13,81 55,89 0,75 76 57

74,61 18,28 56,33 0,76 77 058

80,92 22,49 58,43 0,78 79 62

91,04 30,83 60,21 0,81 82 66

96,57 33,21 63,36 0,85 86 73

102,49 34,51 67,98 0,91 92 84

113,06 42,71 70,35 0,94 96 90

122,22 48,26 73,96 0,99 100 100

127,17 50,88 76,29 1,02 104 106

131,37 52,83 78,54 1,05 107 112

133,4 53,39 80,01 1,07 109 117

135,99 54,32 81,67 1,10 111 121

146,17 58,26 87,91 0,99 1,2 1,2

(61)

Grafik 4.16 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VII

Seperti pada gambar 4.16 diatas daya maksimum yang dapat dihasilkan oleh elemen Peltier pada pengujian Ketujuh adalah 121 mW pada tegangan 1,10 volt dan daya minimum yang dapat dihasilkan 2 mW pada tegangan 0,15 volt. Grafik menunjukkan bahwa elemen dapat merespon kenaikan ΔT dengan baik.

0 20 40 60 80 100 120 140 0 ,1 5 0 ,2 2 0 ,3 7 0 ,4 8 0 ,5 8 0 ,6 2 0 ,6 8 0 ,7 0 ,7 5 0 ,7 6 0 ,7 8 0 ,8 1 0 ,8 5 0 ,9 1 0 ,9 4 0 ,9 9 1 ,0 2 1 ,0 5 1 ,0 7 1 ,1 0 ,9 9 0

Daya (mW)

(62)

Tabel 4.17 Data pengukuran tegangan dan arus Pengujian VIII

Temperatur (oC) ΔT (oC)

Tegangan (V)

Arus (mA)

Daya (mW) T.Panas T.dingin

9,12 0 9,12 0,12 12 2

18,8 1 17,8 0,24 24 6

31,21 1,8 29,41 0,39 4 16

36,51 3,4 33,11 0,44 45 20

38,8 5,7 33,1 0,44 45 20

47,57 6,25 40,32 0,54 55 30

58,11 8,12 49,99 0,67 68 46

63,71 8,7 55,01 0,74 75 55

66,23 9,12 57,11 0,77 78 59

70,3 10,3 60 0,81 81 66

74,77 11,07 63,7 0,85 87 74

80,77 14,27 66,5 0,89 90 81

89,55 20,55 69 0,93 94 87

92,32 21,11 71,21 0,96 97 92

94,2 21,8 72,4 0,97 98 95

96,7 22,8 73,9 0,99 100 100

101,21 30,51 75,7 1,02 103 104

113,11 35,7 77,41 1,04 105 109

122,84 44,06 78,78 1,06 107 113

127,91 47,8 80,11 1,07 109 117

142 55,91 86,09 0.71 0 0

(63)

Grafik 4.17 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VIII

Daya yang minimum yang dapat dihasilkan elemen Peltier sebesar 2 mW pada tegangan 0,12 volt, dan daya maksimum yang mampu dihasilkan sebesar 117 mW pada tegangan 1,07 volt. Grafik menunjukkan elemen Peltier stabil pada keadaan

ΔT besar dan temperatur pada sisi panas tinggi.

0 20 40 60 80 100 120 140 0 ,1 2 0 ,2 4 0 ,3 9 0 ,4 4 0 ,4 4 0 ,5 4 0 ,6 7 0 ,7 4 0 ,7 7 0 ,8 1 0 ,8 5 0 ,8 9 0 ,9 3 0 ,9 6 0 ,9 7 0 ,9 9 1 ,0 2 1 ,0 4 1 ,0 6 1 ,0 7 0 ,7 1 0

Daya (mW)

(64)

dari kedelapan data yang kita peroleh dari pengujian dapat kita tarik nilai rata-rata kerja aktif dari elemen Peltier seperti pada tabel 4.18 dibawah :

Tabel 4.18 Data rata-rata pengukuran tegangan dan arus

ΔT (o

C) Tegangan (V) Arus (mA) Daya (mW)

10,38 0,14 14,00 2

15,2 0,20 21,00 4,2

22,15 0,30 25,63 7,7

27,26 0,37 38,13 14,11

32,46 0,44 44,25 19,47

38,02 0,51 51,63 26,33

42,78 0,58 58,50 33,93

48 0,65 65,38 42,5

48,8 0,66 66,50 43,89

52,89 0,71 71,88 51,04

54,19 0,73 74,00 54,02

57,71 0,78 78,63 61,33

60,95 0,82 82,88 67,96

64,98 0,87 88,25 76,78

67,22 0,90 91,38 82,22

71,45 0,96 97,00 93,12

75,21 1,01 102,25 103,27

77,67 1,04 105,50 109,72

79,71 1,07 108,38 115,97

82,33 1,11 111,88 124,19

85,59 0,63 3,51 0,3

(65)

Gambar 4.18 Grafik data rata-rata pengukuran tegangan dan arus

Dari gambar 4.27 dapat kita lihat bahwa elemen Peltier TEC-12706 menunjukkan

bahwa elemen Peltier mampu merespon ΔT dengan baik, sehingga elemen layak

digunakan sebagai elemen dalam pembuatan termoelektrik generator. Daya maksimum yan dapat dihasilkan sebesar 124,19 mW pada tegangan 1,11 volt dan daya minimum yang dapat dihasilkan 2 mW pada tegangan 0,14 volt.

Dengan data yang sudah kita peroleh maka kita dapat menghitung besar koefisien Seebeck dari elemen Peltier TEC-12706, dengan menghiraukan keadaan rusak elemen Peltier dan kita tarik garis linier maka koefisien Seebeck adalah :

�=�� (�)

∆� (℃)

�= (1,01−0,73) (75,21−54,19)

�= 0,013

0 20 40 60 80 100 120 140 0 ,1 4 0

,2 ₀,3

0 ,3 7 0 ,4 4 0 ,5 1 0 ,5 8 0 ,6 5 0 ,6 6 0 ,7 1 0 ,7 3 0 ,7 8 0 ,8 2 0 ,8 7 0 ,9 0 ,9 6 1 ,0 1 1 ,0 4 1 ,0 7 1 ,1 1 0 ,6 5 0

Daya (mW)

(66)

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 KESIMPULAN

1. Dari pengujian yang telah kita lakukan, kelebihan dari elemen Peltier TEC-12706, tidak hanya dapat digunakan sebagai pendingin termoelektrik (TEC) tapi dapat digunakan juga sebagai generator termoelektrik (TEG). Kekurangan dari elemen Peltier TEC-12706, dalam penggunaannya sebagai generator termoelektrik (TEG) keluaran yang dihasilkan sebesar 1,11 V dengan daya 124,19 mW

2. Dari pengujian yang telah kita lakukan, dapat kita ketahui elemen Peltier TEC-12706 dapat bekerja pada ΔT minimum 10,38oC dengan daya minimum yang mampu dihasilkan 2 mW dan tegangan 0,14 volt. Elemen Peltier TEC-12706 dapat bekerja pada ΔT maksimum 82,33oC, keluaran

yang mampu dihasilkan pada ΔT tersebut adalah 1,11 volt dan daya

124,19mW, dan memiliki koefisien Seebeck sebesar 0,013 V/oC. Dengan data yang kita peroleh diharapkan elemen Peltier TEC-12706 dapat diaplikasikan pada pembuangan kendaran bermotor sebagai sumber daya cadangan dengan mempertahankan pada keadaan optimal elemen Peltier TEC-12706 yaitu pada ± ΔT 76oC – 80oC agar dapat menghasilkan daya sesuai yang diharapkan.

5.2 Saran

Untuk penelitian selanjutnya sebaiknya digunakan sistem pendinginan dan

pemanasan yang lebih baik, agar ΔT dapar diatur sesuai yang diharapkan, dan untuk mendapatkan nilai keluaran yang optimal ΔT harus dipertahankan pada

Temperatur panas cukup tinggi untuk mendapatkan nilai keluran yang baik. Untuk penelitian berikutnya diharapkan dapat di teliti efisiensi dari pada elemen Peltier TEC-12706 dalam kegunaannya sebagai TEG (Thermoelectric Generator).

(67)

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Termoelektrik

Termoelektrik adalah suatu fenomena fisika yang menyangkut konversi energi, yaitu mengubah energi panas menjadi energi listrik dan juga berlaku sebaliknya mengubah energi listrik menjadi energi panas. Fenomena termoelektrik ini ditemukan pertama kali oleh Thomas Johann Seebeck pada tahun 1821 mengenai konversi energi termal menjadi energi listrik menggunakan dua buah konduktor yang berbeda jenis, yang kita kenal sekarang dengan efek Seebeck, dan kemudian penelitian dari pada Seebeck tersebut memberikan inspirasi bagi fisikawan lain dari perancis Jean Charles Peltier. Oleh Jean Charles Peltier pada tahun 1934, ia berhasil melakukan konversi energi listrik menjadi energi termal yang mana merupakan kebalikan dari efek Seebeck dan disebut dengan efek Peltier.

Efek Seebeck merupakan suatu awal bagi efek termoelektrik untuk dikenal oleh dunia, efek Seebeck tersebut dinamai dengan namanya untuk mengenang akan penemuannya. Efek termoelektrik ini ditemukan oleh Seebeck ketika dia sedang mempelajari mengenai fenomena atau gejala termoelektrik pertama kali melalui sebuah percobaan kecilnya. Fenomena termoelektrik tersebut menghasilkan energi listrik dari dua buah konduktor yang berbeda jenis, yang mana diberikan beda temperatur pada salah satu ujung dari konduktor tersebut. Panas tersebut akan mengalir dari sisi yang suhuya lebih tinggi ke sisi yang suhunya lebih rendah, dan mengalirlah arus pada sambungan konduktor tersebut, sampai terciptalah keseimbangan termal pada konduuktor tersebut.

Arus listrik yang tercipta sesuai dengan besar nilai dari gradient suhu antara sisi yang memiliki suhu yang lebih tinggi dengan sisi yang lainnya yaitu sisi yang suhunya lebih rendah. Pada pertama kali termoelektrik dikenal dengan istilah termomagnetik, karena pada percobaannya Johann Seebeck menggunakan kompas sebagai penanda akan fenomena ini, ketika diberi panas pada salah satu ujung konduktor kompas yang diletakkan pada persambungan konduktor menunjukkan

(68)

adanya perrgerakan, yang menandakan bahwa adanya medan magnetik timbul pada konduktor tersebut, dengan asumsi bahwa hanya medan magnetiklah yang tercipta Johann Seebeck menamakannya dengan istilah termomagnetik, hingga pada akhirnya fisikawan dari denmark Hans Christian Orsted menyempurnakan teori Seebeck tersebut, bahwa ada arus yang mengalir dalam proses tersebut tidak hanya medan magnetik saja dan jika kita menciptakan suatu loop tertutup untuk sistem tersebut, maka kita akan memperoleh EMF (Electromotion Force) dengan nilai sebesar microvolt per kelvin, atau kenaikan 1mV setiap 1 kelvinnya untuk EMF yang dapat dihasilkan oleh sistem tersebut.

Gambar 2.1 Efek Seebeck

Pada tahun 1934 Jean Charles Peltier menemukan fenomena termoelektrik yang berlawanan dengan milik Thomas Johann Seebeck, Charles Peltier mencoba melakukan percobaan yang berbeda dengan Seebeck. Ketika arus listtrik melewati persambungan dari pada konduktor yang saling berbeda jenis maka akan timbul perbedaan suhu di kedua konduktor tersebut. Konduktor yang satu akan menyerap panas dari lingkungan dan konduktor yang satu lagi akan melepas panas ke lingkungan. Efek Peltier sering digunakan sekarang dalam pembuatan pendingin tanpa freon, salah satunya adalah kulkas mini, pendingin portable untuk serum

(69)

dalam bidang kesehatan, cabin pendingin pada mobil dan masih banyak lagi contoh lainnya, dan sekarang terknologi termoelektrik ini menjadi pilihan utama dalam pembuatan pendingin ramah lingkungan. Setelah kedua penemu tersebut, percobaan mengenai termoelektrik sempat mengalamai kemunduran dikarenakan nilai efisiensi konfersi energi oleh termoelektrik sangat rendah pada saat itu, dan tidak ada perkembangan yang begitu mencolok, sampai pada AF Loffe mampu menaikkan nilai efisiensi dari pada proses konversi termoelektrik menjadi 4%.

Gambar 2.2 Efek Peltier

Untuk lebih mudah memahami dan mempelajari termoelektrik lebih lanjut maka dibuatlah sebuah modul termoelektrik seperti termokopel dan elemen Peltier. Bahan dalam pembuatan termokopel dan elemen peltier tersebut memiliki standar kelayakan agar tidak terlalu kecil nilai keluaran yang dihasilkan atau nilai konfersinya dari sebuah modul termoelektrik tersebut. Kelayakan dari sebuah bahan penyusun modul termoelektrik dilihat dari Figure of Meritnya (ZT).

��

=

�

2_�

�� ... (2.1)

Dimana ZT adalah Figure of Merit dari suatu bahan pembentuk modul termoelektrik, α adalah koefisien Seebeck, T adalah temperatur absolute, ρ adalah

(70)

hambatan elektrik, dan k adalah konduktivitas temal. Setelah percobaan dari Thomas Johann Sebeck penelitian mengenai fenomena termoelektrik ini sempat tidak tersentuh lagi sampai akhirnya pada tahun 1913 WW Coblenz kembali melakukan percobaan termoelektrik tersebut dengan menggunakan tembaga dan constantan (constantan merupakan logam campuran antara nikel dengan tembaga) dengan nilai efisiensi konversi sebesar 0,008%, untuk membuat sebuah termophile detector yang digunakannya di LICK observatorium untuk mengukur IR radiasi dari 110 bintang, dan planet mars, venus, dan jupiter. Sistem tersebut berhasil membangkitkan listrik sebesar 0,6mW. Dari percobaan penemu sebelumnya yang dilakukan oleh WW Coblenz, AF Loffe pada tahun 1956, melanjutkan percobaan dari fisikawan-fisikawan sebelumnya menggunakan bahan-bahan semikonduktor dalam percobaan termoelektrik dan hasilnya sangat mengejutkan, nilai efisiensi pada proses konfersi termoelektrik tersebut meningkat menjadi 4% dari yang hanya berkisar 0,008% pada penelitian sebelumnya, dan pencarian akan bahan yang sesuai untuk proses termoelektrikpun masih terus berlanjut hingga sekarang karena proses konversi pada termoelektrik termasuk proses konversi langsung tanpa harus mengubah suatu energi kepada tahap pengalihan sebelum menjadi energi listrik, contohnya seperti turbin yang ada pada PLTA. Turbin tersebut merubah daya dorong air pada kincir menjadi energi gerak untuk generator agar dapat menghasilkan listrik.

Sekarang sistem termoelektrik sedang banyak dikembangkan diberbagai negara agar dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif, pengembangan termoelektrik tersebut sangat pesat, terutama pada negara-negara yang sedang bekembang. Termoelektrik kadang digunakan sebagai pengganti solarcell yaitu solartermal, dengan mengubah nilai panas dari pada matahari menjadi energi listrik. Efisiensi dari pada modul-modul termoelektrik yang ada pada saat ini masihlah terbilang rendah, oleh karena itu penelitian akan termoelektrik terus di tingkatkan oleh para pengembang serta peneliti untuk mencapai nilai efisiensi yang cukup tinggi agar dapat mendekati efisiensi Carnot.

Sekarang berbagai modul termoelektrik sedang dikembangkan dengan menggunakan berbagai macam campuran. Walaupun fenomena termoelektrik ini sempat ditinggalkan karena nilai efisiensinya yang sangat rendah, namun

(71)

semenjak tahun 1990-an penelitian akan termoelektrik ini bangkit kembali. Ada beberapa alasan kenapa penelitian mengenai termoelektrik ini dibangkitkan kembali, diawali dengan ditemukannya material superkonduktor High-Tc pada awal 1986 dari bahan yang tidak diduga-duga (ceramic material), diharapkan dengan ditemukannya bahan tersebut dapat meningkatkan efisiensi dari pada modul termoelektrik nantinya, sehingga dapat menjadi sumber enegi cadangan utama. Alasan kedua, semenjak tahun 1980-an teknologi material terus berkembang, salah satunya dengan kemampuan menyusun sebuah material tersebut dalam level nano. Teknologi XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), UPS (Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy), STM (Scanning Tunneling Microscopy) juga memudahkan peneliti dalam menganalisis struktur material. Alasan ketiga adalah pada awal tahun 1990 tuntutan dunia mengenai teknologi yang ramah lingkungan sangat besar, hal tersebut memberikan imbas kepada teknologi re-cycle energi, salah satunya teknologi termoelektrik yang dipandang dapat sebagai sumber energi alternatif diwaktu mendatang, sehingga berbagai jenis cara mengemas pun mulai menjadi sorotan para produsen dalam mengembangkan teknologi serta modul untuk termoelektrik ini, serta pemilihan bahan baku pun turut diperhatikan.

2.2 Efek Termoelektrik

Efek termoelektrik adalah efek fisika yang menyangkut tentang konversi energi, yaitu konversi energi termal menjadi energi listrik ataupun sebaliknya konversi energi listrik menjadi energi termal. Efek termoelektrik ini sekarang sudah mulai diterapkan diberbagai jenis alat salah satunya yaitu generator termoelektrik, dan diberbagai barang elektronik lainnya, walaupun masih pada barang-barang tertentu saja. Efek termoelektrik pertama kali di temukan oleh Thomas Johann Seebeck yaitu berupa pembangkit listrik dalam ukuran mikrovolt dan dikembangkan oleh para penemu lainnya dan kemudian Jean Charles Peltier menemukan aplikasi efek termoelektrik dengan fungsi yang berlawanan yaitu berupa pendingin termoelektrik

(72)

2.2.1 Efek Seebeck

Efek Seebeck adalah konversi langsung energi panas menjadi energi listrik, ditemukan pada 1821 oleh fisikawan Jerman-Estonia Thomas Johann Seebeck, dengan percobaannya menyambungkan dua buah konduktor yang berbeda jenis dengan meletakkan kompas di bawah persambungan konduktor tersebut, sambil memanaskan salah satu ujung konduktor tersebut dan mempertahankan suhu konduktor yang lain, ternyata jarum kompas yang berada pada bawah persambungan tersebut bergerak dikarenakan adanya arus listrik dan medan magnet, namun Seebeck tidak menyadari adanya arus listrik yang mengalir dalam sistem tersebut sehingga Seebeck menyebut fenomena ini dengan termagnetik inilah awal mula lahirnya teori mengenai termoelektrik.

Fisikawan dari Denmark, Hans Christian Orsted memperbaiki teori Seebeck dimana adanya arus listrik yang mengalir pada proses tersebut tidak hanya medan magnet saja, sehinga istillah termomagnetik tadipun berubah menjadi termoelektrik, seperti yang kita kenal sekarang ini. Dengan pengembangan dari berbagai peneliti-peneliti berikutnya seperti WW Coblenz, AF Loffe, dan masih banyak lainnya, dengan penelitian mereka baik mengenai bahan pembentuk maupun kerangka penyusunan konduktor, semua itu membuat teori Seebeck inipin terus berkembang sebagai dasar pemikiran bagi peneliti efek termoelektrik yang lainnya. Para peneliti digenerasi berikutnya lebih memfokuskan pada peningkatan efisiensi dari pada modul termoelektrik tersebut dalam menghasilkan suatu nilai gaya gerak listrik (GGL) atau EMF (Electromotion Force). Perubahan nilai tegangan yang terjadi pada modul termoelektrik sesuai dengan besar nilai beda suhunya disebut koefisien Seebeck atau sensitifitas termoelektrik.

(73)

Gambar 2.3 Efek Seebeck

Dalam perhitungan tegangan yang dapat dihasilkan oleh proses termoelektrik ini adalah :

V=

∫ �α

_T1T2 _B

(T)

− α

(T)

�

dT

... (2.2)

Dimana αA dan αB adalah koefisien Seebeck dari logam A dan B sebagai fungsi dari temperatur, T2 dan T1 adalah temperatur persambungan dari kedua konduktor. Koefisien Seebeck adalah besaran nonlinier sebagai fungsi dari temperatur. Jika nilai koefisien Seebeck konstant untuk jangkauan temperatur yang diukur maka rumus dapat disederhanakan menjadi :

V= (

α

− α

)*(T

₂

−

T

₁

)

... (2.3) Tegangan ataupun arus listrik dapat timbul pada persambungan dua buah konduktor pada proses termoelektrik dikarenakan adanya pergerakan dari elektron pada konduktor, yang diakibatkan oleh energi berlebih yang diberikan oleh beda suhu (∆T = T2 – T1) yang memaksa elektron pada konduktor berpindah, semakin besar nilai beda suhu pada konduktor maka akan semakin besar nilai arus dan tegangan yang dihasilkan.

Parameter yang paling penting dalam menentukan daya dari pada termoelektrik generator adalah efisiensi dan daya keluarannya. Efisiensi adalah sebuah rentang

(74)

atau jarak jangkau dari sebuah daya keluaran listrik oleh termoelektrik generator, secara matematis efisiensi modul termoelektrik adalah:

�

=

��

�ℎ ... (2.4) Daya keluaran dari termoelektrik adalah nilai energi yang terdisipasi pada beban. Daya panas yang diterima modul termoelektrik pada sisi pans diberikan oleh :

q

=

α

T

I+

1₂

I

R+K

Δ

T

... (2.5)

Dimana α adalah koefisien Sebeeck, Th adalah suhu pada sisi panas modul termoelektrik, I adalah arus, R adalah hambatan listrik (Ω), K adalah total konduktansi termal dari modul pendingin termoelektrik dan ∆T adalah beda temperatur pada sisi panas dan dingin (Th - Tc). Dalam pembicaraan mengenai daya generator (termoelektrik generator), arah positif aliran arus, mengalir dari p parameter ke lengan n pada sisi dingin. Daya listrik yang dihasilkan adalah :

P

=I

R

=VI

... (2.6) Dimana RL adalah hambatan beban, maka nilai arus diberikan oleh :

�

=

��

(�+�_�) ... (2.7)

Karena nilai teganngan open loop diberikan oleh α∆T, ma ka efisiensi dari termoelektrik generator menjadi :

η

=

2_R L �αT_hI+1

2_R+K_Δ_T_� ... (2.8)

Sekarang kita akan menghitung sistem kerja yang memaksimalkan efisiensi, kita anggap S = RL/R. Maka efisiensi menjadi :

η

=

�

ΔT Th�S

�(1+S)−�ΔT

2Th�+�

(1+S)2RK

α2T_h ��

... (2.9)

Sekarang kita lihat jika, RK kita perkecil nilainya maka efisiensi akan mencapai nilai maksimum. Karena itu bentuk persamaan yang memeberikan efisiensi maksimum diberikan oleh :

Γn γp

=

�

ρnkp ρnkp�

1 2

�

... (2.10) dengan parameter ini maka efisien dari pada termoelektrik generator adalah :

(75)

η

=

�

ΔT Th�s

�(1+s)−�ΔT

2Th�+� (1+s)

zTh 2

��

... (2.11)

Beban optimum dihitung dari efisiensi dengan membuat nilai s sama dengan nol. Maka keduanya sekarang akan mencapai nilai optimum, baik hambatan beban dan efisiensi adalah :

η

=

(ΔT T⁄ h)(ω+1)

[ω+(T_c⁄T_h)] ... (2.12)

Dalam keadaan optimum arus keluarannya adalah :

I=

αΔT

R(ω+1) ... (2.13)

Dan tegangan keluarannya adalah :

v=

αΔTω

(ω+1)

=

α

(

Δ

T)-IR

... (2.14)

Daya yang dihasilkan :

P

=

�ω_R� �_�_ωαΔ₊₁T_�� ... (2.15)

Hamabatan dalamnya akan sama nilai dengan pendingin termoelektrik diberikan oleh:

R=

�

Z1 2⁄

� �

γp

� �

ρp

�

1 2⁄

=

�

Z1 2⁄

� �

γn

� �

ρn

�

1 2⁄

... (2.16) Atau

R=

�

� �ρ

+

ρ

�

... (2.17) Dalam persamaan sebelumnya, hambatan beban dan juga persamaan dibuat untuk mendapatkan nilai maksimum dari efisiensi, sekarang kita akan mengatur parameter untuk mencapai keluaran daya yang maksimum. Hambatan beban kita setting mendekati nol untuk mendapatkan nilai daya keluaran yang maksimum, maka persamaan yang akan berpengaruh adalah persamaan (2.11) dan (2.12). Maka akan kita dapatkan RL = R, dengan demikian maka teggangan keluarannya adalah :

v=

αΔ

T

... (2.18) dan arusnya adalah :

(76)

I=

αΔT

2R ... (2.19)

maka daya keluarannya :

P

=

�αΔT�

4R ... (2.20)

2.2.2 Efek Peltier

Efek Peltier ditemukan oleh seorang Fisikawan Perancis, Jean Charles Peltier Athanase pada, Tahun 1834. Peltier menemukan bahwa arus listrik akan menimbulkan beda suhu pada persambungan dari dua buah konduktor yang berbeda jenis. Pada tahun 1838, Lenz menunjukkan bahwa tergantung pada arah arus listrik bentuk panas yang terhasilkan, panas dapat dihilangkan dari persambungan untuk membekukan air, atau dengan membalik arah arus listriknya, kita dapat menghasilkan panas untuk mencairkan es. Panas yang diserap atau dihasilkan pada persambungan sebanding dengan besar arus listrik yang mengalir pada konduktor tersebut. Ketika EMC (Electromotive Current) melewati persambungan elektronik diantara dua buah konduktor (A dan B), panas di pindahkan dari persambungan. Untuk membuat pemompaan yang sesuai maka dibuat begitu banyak persambungan diantara kedua plat. Satu sisi panas dan sisi yang lainnya dingin. Sebuah alat disipasi panas ditambahkan pada sisi panas untuk mempertahankan keadaan dingin pada sisi dingin, dan nilai dari pada pelepasan panas serta penyerapan panasnya sesuai dengan arus yang mengalir pada persambungan. Konstanta perbandingan tersebut dikenal sebagai koefisien Peltier (Π).

Panas Peltier (Q) diserap oleh persambungan yang lebih rendah tiap satuan waktu adalah sama dengan :

Q=

Π

_AB

I=(

Π

− Π

)I

... (2.21)

Dimana ΠAB adalah koefisien Peltier untuk termokopel dari bahan A dan B, dan I adalah arus listrik yang mengalir didalam persambungan konduktor tersebut. Efek peltier dapat dianggap sebagai respon feedback terhadap efek Seebeck. Dalam proses termoelektrik generator efek Seebeck dan efek Peltier aktif hampir pada saat yang bersamaan.

(77)

Gambar 2.4 efek Peltier

Cara kerja Efek Peltier adalah dengan menciptakan aliran panas dalam persambungan konduktor yang berbeda jenis. Efek Peltier ini juga sering disebut dengan termoelektrik pompa panas atau dengan kata lain, panas yang tercipta akibat menyerap energi listrik pada satu sisi elemen dialirkan ke sisi yang satunya sehingga menciptakan beda suhu pada persambungan konduktor tersebut. Efek Peltier ini menjadi solusi dalam pembuatan pendingin yang ramah lingkungan, karena dengan pendingin termoelektrik ini kita bisa berpaling dari penggunaan pendingin dengan refrigan (freon).

2.3 Modul Termoelektrik

Modul termoelektrik adalah sebuah alat yang mengaplikasikan fenomena termoelektrik sebagai dasar kerjanya yang berfungsi sebagai alat pengkonversi energi panas menjadi energi listrik, demikian juga sebaliknya mengkonversi energi listrik menjadi energi panas. Modul termoelektrik tersusun dari sekumpulan matrik yang tersusun atas beberapa sambungan konduktor, yang mana konduktor-konduktor tersebut tersusun secara seri dan paralel. Setiap susunan dari pada konduktor tersebut memiliki fungsinya masing-msing, susunan

(78)

seri untuk meningkatkan tegangan keluaran yang dihasilkan oleh modul dan susunan paralel untuk meningkatkan arus keluaran dari modul termoelektrik. Dalam pembuatan sebuah modul termoelektrik yang harus diperhatikan adalah Figure of Merit dari bahan pembentuk. Figure of Merit merupakan faktor utama yang harus diperhatikan dari suatu bahan konduktor dalam pembuatan sebuah modul termoelektrik, kesanggupan bahan untuk menghantarkan listrik dengan baik, dapat terjadinya perpindahan elektron pada bahan, yang hanya dengan beda suhu yang relatif rendah dan kesanggupan bahan untuk menerima panas yang tinggi secara terus menerus dalam waktu yang lama itu semua diperlukan untuk membentuk modul yang baik.

Modul Termoelektrik yang sekarang beredar dipasaran menggunakan bahan semikondukktor sebagai komponen utamanya (Bi2Te3, PbTe, dan SiGe) dan tembaga (Cu) sebagai akselerator atau pembantu dalam proses perpindahan elektron untuk meningkatkan nilai keluaran dari modul. Pada saat ini Bi2Te3 memiliki Figure of Merit yang paling tinggi, namun karena terurai dan teroksidasi pada suhu 500oC pengguaannya masih terbatas. Rendahnya Figure of merit dari pada bahan penyusun modul menyebabkan rendahnya nilai efisiensi konversi yang dihasilkan oleh modul termoelektrik, yang mana saat ini nilai efisiensi dari pada modul termoelektrik masih dibawah 10% dan terus menurun pada penggunaannya sebagai sebuah generator, namun setelah pihak Yamaha.Co,Ltd berhasil menaikkan Figure of Merit dari pada bahan sebesar 40% dari yang ada selama ini, meningkatkan semangat para peneliti lain untuk ikut juga dalam pengembangan tersebut.

(a) (b)

(79)

Dalam pengaplikasiannya termoelektrik pada suatu peralatan membutuhkan penyetelan yang cukup baik, dikarenakan sebagian besar dari komponen-komponen listrik sangat sensitif dengan panas. Panas yang berlebih dapat mempengaruhi efisinsi bahkan kinerja komponen listrik yang lain. Pada tahun 1977, NASA menerbangkan sebuah pesawat ulang-aling pertama didunia yang menggunakan modul termoelektrik pada bagian sumber tenaganya yaitu pesawat voyager I dan voyager II, karena pesawat tersebut diperuntukkan untuk mencari informasi mengenai luar angkasa sehingga pesawat tersebut memerlukan tenaga yang stabil untuk dapat mengelola data sampel yang didapat.

Pada bagian modul termoelektrik yang digunakan oleh pesawat voyager I dan II adalah jenis RTGs (Radioisotop Terrmoelektric Generators). RTGs merupakan modul termoelektrik yang menggunakan radiasi sebagai sumber panasnya, dan pada bagian pemanasnya RTGs menggunakan Plutonium-238. Sistem tersebut mampu menghasilkan energi listrik sebesar 400W secara kontinu tanpa perawatan apapun.

Keberhasilan NASA ini memberikan peluang yang luas dalam aplikasi lainnya. Salah satunya adalah yang dikerjakan oleh salah satu perusahaan mobil yang cukup terkenal yaitu NISSAN, dengan memanfaatkan panas dari mesin mobil. Seperti yang kita ketahui, bahan bakar yang kita gunakan untuk kendaraan kita tidak semuanya berubah menjadi tenaga penggerak, jika kita persentasekan, dari 100% bahan bakar yang kita pakai, hanya sekitar 30% dari bahan bakar tersebut yang kita gunakan untuk menjalankan kendaraan kita, sebagian besar energi dari bahan bakar tersebut berubah menjadi bentuk panas di radiator dan gas buangan. Diantara kedua panas tersebut, gas buangan memiliki perbedaan panas yang lebih tinggi, yakni sekitar 300 - 700 derajat Celcius, sehingga lebih baik untuk dikonversikan menjadi energi penggerak mobil. Dengan memanfaarkan gas buangan ini, mobil-mobil produksi NISSAN mampu menghemat bahan bakar sebesar 10%.

Contoh menarik lain dalam pengaplikasian efek termoelektrik ini adalah yang dilakukan oelh SEIKO CO Ltd. SEIKO memasarkan jam termoelektrik sejak tahun 1988 dengan nama SEIKO THERMIC. Jam tangan ini memanfaatkan perbedaan suhu tubuh dan suhu sekitarnya sebagai pembangkit energi.

(1)

KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK MEMANFAATKAN ELEMEN PELTIER TEC-12706

ABSTRACT

Research have been done for characterise Peltier element TEC - 12706 in its usage as a thermoelectric generator with a function system based on the Seebeck effect. By maintaining the temperature on the cool side of the Peltier element and temperature variation on the hot side, using a thermocouple to measure the temperature value on both sides and using the ACS - 712 current sensor to measure the value of output current and voltage sensors to see the value of the voltage. Thus we can see how much the value of the maximum power that can be produced by a Peltier element TEC - 12706. In his role as TEG ( Thermoelectric Generator ) .

Keywords : TEG (Termoelectric Generator), Peltier Element, Characterization Peltier Element

(2)

vii

DAFTAR ISI

Halaman

Persetujuan i

Pernyataan ii

Penghargaan iii

Abstrak v

Abstract vi

Daftar isi vii

Daftar tabel ix

Daftar gambar x

Daftar lampiran xi

Bab 1. Pendahuluan

1.1 Latar Belakang 1

1.2 Rumusan Masalah 3

1.3 Tujuan 3

1.4 Batasan Masalah 3

1.5 Manfaat penelitian 3

1.6 Sistematika penulisan 3

Bab 2. Tinjauan Pustaka

2.1 Termoelektrik 5

2.2 Efek termoelektrik 9

2.2.1 Efek Seebeck 10

2.2.2 Efek Peltier 14

2.3 Modul termoelektrik 15

2.3.1 Pendingin termoelektrik 18

2.3.2 Termoelektrik Generator 20

2.4 Sensor 22

2.4.1 Sensor termal 24

2.4.2 Sensor arus 26

2.4.3 Sensor tegangan 28

2.5 MAX-6675 29

2.6 MAX-232 dan RS-232 30

2.7 Mikrokontrol 32

2.8 Heatsink 34

Bab 3. Perancangan alat

3.1 Diagram blok 39

3.2 Rangkaian alat 40

3.2.1 Rangkaian Sensor arus (ACS-712) 40

(3)

viii

3.2.3 Rangkaian MAX-232 42

3.2.4 Rangkaian MAX-6675 43

3.2.5 Rangkaian Mikrokontrol 45

3.3 Diagram alir penelitian 46

Bab 4. Hasil dan Pembahasan

4.1 Pengujian alat 47

4.2 Variasi pengujian 47

4.2.1 pengujian alat tanpa pemberian beban 47 4.2.2 pengujian alat dengan beban sebesar 10Ω 66 Bab 5. Kesimpulan dan Saran

5.1 Kesimpulan 84

5.2 Saran 84

DAFTAR PUSTAKA 85

(4)

DAFTAR TABEL

Nomor

Tabel Judul Halaman

2.1 Interface RS-232 32

4.1 Data pengujian tanpa beban pengujian I 47 4.2 Data pengujian tanpa beban pengujian II 49 4.3 Data pengujian tanpa beban pengujian III 51 4.4 Data pengujian tanpa beban pengujian IV 53 4.5 Data pengujian tanpa beban pengujian V 55 4.6 Data pengujian tanpa beban pengujian VI 57 4.7 Data pengujian tanpa beban pengujian VII 59 4.8 Data pengujian tanpa beban pengujian VIII 61 4.9 Data rata-rata pengujian tanpa beban 63 4.10 Data pengukuran tegangan dan arus pengujian I 65 4.11 Data pengukuran tegangan dan arus pengujian II 67 4.12 Data pengukuran tegangan dan arus pengujian III 69 4.13 Data pengukuran tegangan dan arus pengujian IV 71 4.14 Data pengukuran tegangan dan arus pengujian V 73 4.15 Data pengukuran tegangan dan arus pengujian VI 75 4.16 Data pengukuran tegangan dan arus pengujian VII 77 4.17 Data pengukuran tegangan dan arus pengujian VIII 79 4.18 Data rata-rata pengukuran tegangan dan arus 81

(5)

DAFTAR GAMBAR

Nomor

Gambar Judul Halaman

2.1 Efek Seebeck 6

2.2 Efek Peltier 7

2.3 Efek Seebeck 11

2.4 Efek Peltier 15

2.5 Contoh modul termoelektrik 16

2.6 Pendingin termoelektrik 19

2.7 Termoelektrik generator 21

2.8 Termokopel 26

2.9 Sensor arus IC ACS-712 27

2.10 Diagram dari ACS-712 27

2.11 Sensor tegangan digital 28

2.12 rangkaian pembagi tegangan sebagai sensor tegangan

analog 29

2.13 IC MAX-232 31

2.14 Heatsink 37

3.1 Diagram blok kerja alat 39

3.2 Rangkaian Sensor Arus 41

3.3 Rangkaian Pembagi tegangan (sensor tegangan) 42

3.4 Rangkaian MAX-232 43

3.5 Rangkaian Standar MAX-6675 44

3.6 Rangkaian ATMEGA-8535 45

3.7 Diagram Alir sistem kerja alat 46

4.1 Grafik ΔT vs V pengujian I 49

4.2 Grafik ΔT vs V pengujian II 51

4.3 Grafik ΔT vs V pengujian III 53

4.4 Grafik ΔT vs V pengujian IV 55

4.5 Grafik ΔT vs V pengujian V 57

4.6 Grafik ΔT vs V pengujian VI 59

4.7 Grafik ΔT vs V pengujian VII 61

4.8 Grafik ΔT vs V pengujian VIII 63

4.9 Grafik ΔT vs V rata-rata 65

4.10 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian I 67 4.11 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian II 69 4.12 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian III 71 4.13 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian IV 73 4.14 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian V 75 4.15 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VI 77 4.16 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VII 79 4.17 Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VIII 81 4.18 Grafik data rata-rata pengukuran tegangan dan arus 83

(6)

DAFTAR LAMPIRAN

Nomor Lampiran

Judul halaman

1 Pemasangan dan pengujian alat 86

2 Program pada alat 90

3 Program tampil pada visual basic 99

4 Rangkaian utuh alat 102