Analisis Laju Pendinginan pada Kulkas Thermoelektrik Super Cooler Dibandingkan Sistem Pendingin Konvensional Menggunakan Gas Freon
ANALISIS LAJU PENDINGINAN PADA KULKAS THERMOELEKTRIK
SUPER COOLER DIBANDINGKAN SISTEM PENDINGIN
KONVENSIONAL MENGGUNAKAN GAS FREON
SKRIPSI
HENDRI PRONOTO BANJARNAHOR
110801072
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS LAJU PENDINGINAN PADA KULKAS THERMOELEKTRIK
SUPER COOLER DIBANDINGKAN SISTEM PENDINGIN
KONVENSIONAL MENGGUNAKAN GAS FREON
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
HENDRI PRONOTO BANJARNAHOR
1108010872
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
:
ANALISIS LAJU PENDINGINAN
PADA
KULKAS THERMOELEKTRIK SUPER COOLER
DIBANDINGKAN
SISTEM
PENDINGIN
MENGGUNAKAN GAS FREON
Kategori
: SKRIPSI
Nama
: HENDRI PRONOTO BANJARNAHOR
Nomor Induk Mahasiswa
: 110801072
Program Studi
: Sarjana (S1) FISIKA
Departemen
: FISIKA
Fakultas
: MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
(MIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diluluskan di
Medan, Desember 2015
Komisi Pembimbing :
Diketahui
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Pembimbing,
Dr. Marhaposan Situmorang
Dr. Marhaposan Situmorang
NIP. 195510301980031003
NIP. 195510301980031003
i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
ANALISIS LAJU PENDINGINAN PADA KULKAS THERMOELEKTRIK
SUPER COOLER DIBANDINGKAN SISTEM PENDINGIN
KONVENSIONAL MENGGUNAKAN GAS FREON
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
dari ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.
Medan,
Desember 2015
HENDRI PRONOTO BANJARNAHOR
110801072
ii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa, karena
berkat kasih karunianya dan berkat penyertaan Tuhan yang selalu senantiasa
menjaga dan membimbing penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas
akhir ini. Sungguh Tuhan Maha kasih, Maha baik dan Maha murah hati. Terima
kasih Tuhan buat kasihMu yang selalu meyertai aku dalam setiap pekerjaan dan
sepanjang kehidupanku.
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis banyak mendapatkan
bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak baik secara moril maupun material.
Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar besarnya kepada :
1. Orang tua penulis, L. Banjarnahor dan R. Br Sitanggang saya ucapkan
banyak terima kasih yang senantiasa membimbing, mendukung dan selalu
memberikan penulis motivasi – motivasi yang sangat berguna dan
membangun untuk saya dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini dengan
cepat. Dan terima kasih juga penulis ucapkan untuk setiap doa – doa yang
diberikan kepada penulis.
2. Dr. Marhaposan Situmorang, selaku dosen pembimbing penulis juga yang
telah banyak memberikan masukan dan saran juga kepada penulis dalam
pengerjaan skripsi.
3. Drs. Kurnia Brahmana,M.si, selaku dosen pembimbing penulis yang telah
memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis selama pengerjaan
skripsi ini. Terima kasih atas kesabaran, dukungan dan nasehat yang
diberikan kepada penulis.
4. Dr. Marhaposan Situmorang, dan Drs Syahrul Humaidi, M.sc selaku ketua
dan sekretaris Departemen FISIKA, serta seluruh staf pengajar dan
pegawai Departemen FISIKA yang selalu memperhatikan penulis terutama
dalam proses perkuliahan di Departemen FISIKA FMIPA USU.
5. Tanoto Foundation melalui program Hibah Tanoto Awards yang telah
membantu penulis dari dana ataupun materi sehingga penulis dapat
menyelesaiakn penelitian ini dengan baik.
6. Abang saya, Danres Arwan Ranto Banjarnahor, dan adik – adik saya
Shutryani Banjarnahor, Roslita Uli Banjarnahor, Windy Banjarnahor, dan
iii
Universitas Sumatera Utara
Gomgom Parulian Banjarnahor yang selalu memberikan doa dan semangat
bagi penulis dalam menyelesaikan skripsi.
7. Sahabat – sahabat seperjuangan saya Jansius Sitorus, Jepri Wandes
Nababan, Jerri Simanjuntak, dan Rinto Pangaribuan yang selalu setia
membantu dan menemani penulis dalam menyusun skripsi ini.
8. Teman – teman di PHYSICS PROLIX, Hendra Damos, David Hutajulu,
Dosni Sipahuar, dan Parasian Simbolon, William, Russell, Togar, Randy,
Trisno, Iwan, Ingot, Steven, Wahyu, Eman, Ilham, Fahmi, Simon, David
DPL, Hendra Gabe, Hendra Nababan, Rusti, Dyana, Ancela, Juliana,
Tabita, Nensi, Lilis, Widya, Putri, Henni, Rahel, Pesta, Lurani, Ita yang
sudah saling memberikan semangat dan dukungan untuk menyelesaikan
penulisan skripsi ini, “Semangat dan Jaya terus PHYSIC PROLIX”.
9. Abang kakak Alumni dan adik – adikku stambuk 2012, 2013, dan juga
adik – adikku stambuk 2014, yang telah memberikan dukungan dan
motivasi yang luar biasa sehingga penulis lebih bersemangat lagi untuk
menyelsaikan penulisan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu
penulis mengharapkan saran dan kritik yang menbangun demi penyempurnaan isi
dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi
yang membutuhkannya.
Medan, Desember 2015
Hendri Pronoto Banjarnahor
110801072
iv
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS LAJU PENDINGINAN PADA KULKAS THERMOELEKTRIK
SUPER COOLER DIBANDINGKAN SISTEM PENDINGIN
KONVENSIONAL MENGGUNAKAN GAS FREON
ABSTRAK
Telah dirancang dan dianalisis alat pendingin dengan menggunakan Peltier Cooler
yang mempunyai sisi panas dan sisi dingin dengan menggunakan efek peltier
sebagai prinsip kerjanya. Penelitian ini menganalisis dan membandingkan laju
pendingin kulkas berbasis termoelektrik cooler dibandingkan sistem pendinginan
konvensional menggunakan gas freon. Penelitian ini juga difokuskan untuk
memanfaatkan kulkas konvensional (Pendingin Freon) yang sudah rusak sebagai
kotak pendingin peltier tersebut. Dengan menggunakan kipas DC pada sisi dingin
untuk mempercept pendinginan dan pada sisi panas untuk membuang panas pada
sisi dingin, pendingin peltier ini mampu menandingi pendingin Freon. Kedua
pendinign ini mampu mencapai suhu -210C pada suhu awal 270C. Dengan variasi
volume beban air (1 kg, 2 kg, 3 kg, 4 kg, 5 kg, 6 kg, 7 kg, 8 kg, 9 kg, 10 kg) kedua
pendingin freon dan pendingin peltier membutuhkan waktu masing-masing (50
menit dan 70 menit, 99 menit dan 128 menit, 148 menit dan 178 menit, 197
menit dan 236 menit, 247 menit dan 291 menit, 296 menit dan 349 menit, 341
menit dan 404 menit, 398 menit dan 465 menit, 441 menit dan 527 menit, 493
menit dan 576 menit). Dari hasil yang didapat, dapat disimpulkan bahwa
pendingin Freon masih jauh lebih bagus dari pendingin yang menngunakan
komponen Peltier.
Kata Kunci : Efek Peltier, Termoelektrik cooler
v
Universitas Sumatera Utara
ANALYSIS OF COOLING RATE ON THE FRIDGE
THERMOELECTRIC SUPER COOLER THAN CONVENTIONAL
COOLING SYSTEM USING GAS FREON
ABSTRACT
It has been designed and analyzed by using a cooling device which was have a
Peltier cooler hot side and a cold side using a principle works of Peltier effect .
These study analyze and compare the rate-based thermoelectric cooling
refrigerator cooler than conventional cooling systems using freon gas. These study
also focused on utilizing conventional refrigerator (Air Freon) that have been
damaged as the peltier coolers. By using the DC fan on the cooler side to
accelerate cooling and the hot side to dissipate heat on the cold side, peltier cooler
is able to match Freon coolant. Both cooling are capable of reaching a temperature
of -210C at the initial temperature of 270C. With the variation of the volume of
water load (1 kg, 2 kg, 3 kg, 4 kg, 5 kg, 6 kg, 7 kg, 8 kg, 9 kg, 10 kg) both Freon
cooling and cooling Peltier take each (50 minutes and 70 minutes, 99 minutes and
128 minutes, 148 minutes and 178 minutes, 197 minutes and 236 minutes, 247
minutes and 291 minutes, 296 minutes and 349 minutes, 341 minutes and 404
minutes, 398 minutes and 465 minutes, 441 minutes and 527 minutes, 493
minutes and 576 minutes). From the results obtained, it can be concluded that the
refrigerant Freon is still far better than the alkaline cooling Peltier component.
Keywords: Peltier Effect, Thermoelectric cooler
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Singkatan
Daftar Lampiran
Bab 1
Bab 2
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi
xii
Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
1.2. Rumusan Masalah
1.3. Batasan Masalah
1.4. Tujuan Penelitian
1.5. Manfaat Penelitian
1.6. Metodologi Penelitian
1.7. Sistematika Penulisan
1
3
3
3
4
4
5
Tinjauan Pustaka
2.1 Termoelektrik
2.1.1 Sejarah Singkat Termoelektrik
2.2 Efek–Efek Pendinginan Termoelektrik
2.2.1 Efek Seebeck
2.2.2 Efek Joule
2.2.3 Efek Konduksi
2.2.4 Efek Peltier
2.2.5 Efek Thomson
2.3 Elemen Termoelektrik Peltier
2.4 Prinsip Kerja Termoelektrik
2.4.1 Prinsip Kerja Termoelektrik Sebagai Pendingin
2.4.2 Parameter Penggunaan Modul Termoelektrik
2.5 Sistem Pendingin Konvensional (Kulkas)
2.6 Perhitungan Pendinginan Sistem Termoelektrik
2.6.1 Beban Pendingin
2.6.2 Beban Panas Dari Luar
2.6.3 Beban Panas Dari Dalam
2.6.4 Perpindahan Panas
2.7 Mikrokontroler Atmega 8535
2.8 Interface Max-232
2.9 Sensor Suhu
6
6
6
6
7
8
8
9
9
11
11
12
12
14
15
15
16
16
18
19
22
vii
Universitas Sumatera Utara
Bab 3
Bab 4
Bab 5
2.10 Liquid Crystal Display (LCD)
2.11 Mosfet
23
25
Perancangan Sistem
3.1 Perancangan Diagram Blok Sistem
3.2 Perancangan Rangkaian Tiap Blok
3.2.1 Perancangan KOtak Pendingin Termoelektrik
3.2.2 Perancangan Peltier Dengan Heatsink
3.2.3 Rangkaian LCD
3.2.4 Rangkaian Power Suplay
3.2.5 Rangkaian Driver Regulator Arus
3.2.6 Rangakain Sensor Suhu
3.2.7 Rangkaian RS-232
3.2.8 Rangkaian Mosfet
3.2.9 Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8535
28
29
29
30
30
32
33
33
35
35
37
Pengujian Dan Analisis Data
4.1 Komponen Pengujian dan Parameter Yang Diukur
4.2 Pengujian Power Supply
4.3 Pengujian Daya Terpasang Pada Sistem
4.4 Pengujian Driver Regulator Arus
4.5 Perhitungan Beban Pendinginan
3.5.1 Beban Panas Dari Luar
3.5.2 Beban Panas Dari Dalam
4.6 Skema Pengukuran Suhu
4.7 Pengujian Waktu Pendingin
4.7.1 Pengujian Waktu Pendinginan Ruangan Pendingin
4.7.2 Pengujian Waktu Pendinginan Beban
4.8 Pengukuran Penurunan Suhu
4.8.1 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 1 Liter Air
4.8.2 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 2 Liter Air
4.8.3 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 3 Liter Air
4.8.4 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 4 Liter Air
4.8.5 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 5 Liter Air
4.8.6 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 6 Liter Air
4.8.7 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 7 Liter Air
4.8.8 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 8 Liter Air
4.8.9 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 9 Liter Air
4.8.10 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 10 Liter Air
38
38
39
40
41
41
41
42
43
43
43
45
45
47
50
52
55
57
59
62
64
67
Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
70
70
71
Daftar Pustaka
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Table 2.4
Table 4.1
Table 4.2
Table 4.3
Fungsi Pin-Pin pada Liquid Crystal Display
Hasil Pengujian Power Supply pada Lampu
Mobil Depan 60 Watt
Hasil pengujian Daya Terpasang pada Komponen Peltier
Hubungan Antara Waktu Pendingin Freon dan Pendingin
Peltier Terhadap Volume Air
23
39
40
45
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 3.5
Gambar 3.7
Gambar 3.8
Gambar 3.9
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.13
Skema Efek Seebeck pada Suatu Bahan
Penampang Termoelektrik
Proses Pemindahan Panas pada Peltier
Proses Pendinginan pada Kulkas
Lm35 Basic Temperatur Sensor
Bentuk LCD M1632
Kurva Karakteristik Mosfet
Desain Blok Diagram Sistem
Rangkaian LCD Karakter 2x16
Rangkaian Power Suplay
Rangkaian Driver Regulator Arus
Rangkaian Sensor Suhu pada Pendingin Peltier
Rangkaian Sensor Suhu pada Pendingin Freon
Rangkaian MAX-232
Rangkaian Mosfet
Rangkaian Mikrokontroler ATmega 8535
Skema Pengujian PSA
Skema Pengujian Daya Terpasang pda Sistem
Skema Pengukuran Suhu
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 1 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 2 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 3 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 4 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 5 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 6 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 7 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 8 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 9 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 10 Liter Air
Halaman
7
10
11
13
22
24
25
28
31
32
33
34
34
35
36
37
39
39
42
47
49
52
54
56
59
61
64
66
68
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
ADC
Ah
ASCII
CFC
CMOS
CPU
CTS
DTE
DCE
DSR
DTR
DC
EEPROM
GND
IC
I/O
LED
LSB
MSB
MHz
mA
RAM
ROM
RTS
SLED
TEC
Tc
Th
VCC
WDT
= Analog to Digital Converter
= Ampere Hours
= American Standart Code for Information Interchange
= Chloroflourocarbons
= Complementary Metal Oxide Semiconductorial
= Central Proccesing Unit
= Clear to Send
= Data Terminal Equipment
= Data Communication Equipment
= Data Set Ready
= Data Terminal Ready
= Direct Current
= Electrical Erasable Programmable Read Only Memory
= Ground
= Intergrated Circuit
= Input/Output
= Light Emitting Dioda
= Least Significant Byte
= Most Significant Byte
= Mega Heartz
= Milli Ampere
= Random Acces Memory
= Read Only Memory
= Request to Send
= Superluminance Light Emitting Dioda
= Termoelektrik Cooler
= Temperatur Cold
= Temperatur Hot
= Voltage Collector Collector
= Watchdog Timer
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran
1.
2.
3.
4.
5.
Judul
Tabel Data Penurunan Suhu dari 1 liter-10 Liter
Gambar alat secara keseluruhan
Gambar Rangkaian Alat
Program Alat secara Keseluruhan
Data Sheet
xii
Universitas Sumatera Utara
SUPER COOLER DIBANDINGKAN SISTEM PENDINGIN
KONVENSIONAL MENGGUNAKAN GAS FREON
SKRIPSI
HENDRI PRONOTO BANJARNAHOR
110801072
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS LAJU PENDINGINAN PADA KULKAS THERMOELEKTRIK
SUPER COOLER DIBANDINGKAN SISTEM PENDINGIN
KONVENSIONAL MENGGUNAKAN GAS FREON
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains
HENDRI PRONOTO BANJARNAHOR
1108010872
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2015
Universitas Sumatera Utara
PERSETUJUAN
Judul
:
ANALISIS LAJU PENDINGINAN
PADA
KULKAS THERMOELEKTRIK SUPER COOLER
DIBANDINGKAN
SISTEM
PENDINGIN
MENGGUNAKAN GAS FREON
Kategori
: SKRIPSI
Nama
: HENDRI PRONOTO BANJARNAHOR
Nomor Induk Mahasiswa
: 110801072
Program Studi
: Sarjana (S1) FISIKA
Departemen
: FISIKA
Fakultas
: MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
(MIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diluluskan di
Medan, Desember 2015
Komisi Pembimbing :
Diketahui
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,
Pembimbing,
Dr. Marhaposan Situmorang
Dr. Marhaposan Situmorang
NIP. 195510301980031003
NIP. 195510301980031003
i
Universitas Sumatera Utara
PERNYATAAN
ANALISIS LAJU PENDINGINAN PADA KULKAS THERMOELEKTRIK
SUPER COOLER DIBANDINGKAN SISTEM PENDINGIN
KONVENSIONAL MENGGUNAKAN GAS FREON
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
dari ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.
Medan,
Desember 2015
HENDRI PRONOTO BANJARNAHOR
110801072
ii
Universitas Sumatera Utara
PENGHARGAAN
Puji syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa, karena
berkat kasih karunianya dan berkat penyertaan Tuhan yang selalu senantiasa
menjaga dan membimbing penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas
akhir ini. Sungguh Tuhan Maha kasih, Maha baik dan Maha murah hati. Terima
kasih Tuhan buat kasihMu yang selalu meyertai aku dalam setiap pekerjaan dan
sepanjang kehidupanku.
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis banyak mendapatkan
bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak baik secara moril maupun material.
Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar besarnya kepada :
1. Orang tua penulis, L. Banjarnahor dan R. Br Sitanggang saya ucapkan
banyak terima kasih yang senantiasa membimbing, mendukung dan selalu
memberikan penulis motivasi – motivasi yang sangat berguna dan
membangun untuk saya dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini dengan
cepat. Dan terima kasih juga penulis ucapkan untuk setiap doa – doa yang
diberikan kepada penulis.
2. Dr. Marhaposan Situmorang, selaku dosen pembimbing penulis juga yang
telah banyak memberikan masukan dan saran juga kepada penulis dalam
pengerjaan skripsi.
3. Drs. Kurnia Brahmana,M.si, selaku dosen pembimbing penulis yang telah
memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis selama pengerjaan
skripsi ini. Terima kasih atas kesabaran, dukungan dan nasehat yang
diberikan kepada penulis.
4. Dr. Marhaposan Situmorang, dan Drs Syahrul Humaidi, M.sc selaku ketua
dan sekretaris Departemen FISIKA, serta seluruh staf pengajar dan
pegawai Departemen FISIKA yang selalu memperhatikan penulis terutama
dalam proses perkuliahan di Departemen FISIKA FMIPA USU.
5. Tanoto Foundation melalui program Hibah Tanoto Awards yang telah
membantu penulis dari dana ataupun materi sehingga penulis dapat
menyelesaiakn penelitian ini dengan baik.
6. Abang saya, Danres Arwan Ranto Banjarnahor, dan adik – adik saya
Shutryani Banjarnahor, Roslita Uli Banjarnahor, Windy Banjarnahor, dan
iii
Universitas Sumatera Utara
Gomgom Parulian Banjarnahor yang selalu memberikan doa dan semangat
bagi penulis dalam menyelesaikan skripsi.
7. Sahabat – sahabat seperjuangan saya Jansius Sitorus, Jepri Wandes
Nababan, Jerri Simanjuntak, dan Rinto Pangaribuan yang selalu setia
membantu dan menemani penulis dalam menyusun skripsi ini.
8. Teman – teman di PHYSICS PROLIX, Hendra Damos, David Hutajulu,
Dosni Sipahuar, dan Parasian Simbolon, William, Russell, Togar, Randy,
Trisno, Iwan, Ingot, Steven, Wahyu, Eman, Ilham, Fahmi, Simon, David
DPL, Hendra Gabe, Hendra Nababan, Rusti, Dyana, Ancela, Juliana,
Tabita, Nensi, Lilis, Widya, Putri, Henni, Rahel, Pesta, Lurani, Ita yang
sudah saling memberikan semangat dan dukungan untuk menyelesaikan
penulisan skripsi ini, “Semangat dan Jaya terus PHYSIC PROLIX”.
9. Abang kakak Alumni dan adik – adikku stambuk 2012, 2013, dan juga
adik – adikku stambuk 2014, yang telah memberikan dukungan dan
motivasi yang luar biasa sehingga penulis lebih bersemangat lagi untuk
menyelsaikan penulisan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu
penulis mengharapkan saran dan kritik yang menbangun demi penyempurnaan isi
dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi
yang membutuhkannya.
Medan, Desember 2015
Hendri Pronoto Banjarnahor
110801072
iv
Universitas Sumatera Utara
ANALISIS LAJU PENDINGINAN PADA KULKAS THERMOELEKTRIK
SUPER COOLER DIBANDINGKAN SISTEM PENDINGIN
KONVENSIONAL MENGGUNAKAN GAS FREON
ABSTRAK
Telah dirancang dan dianalisis alat pendingin dengan menggunakan Peltier Cooler
yang mempunyai sisi panas dan sisi dingin dengan menggunakan efek peltier
sebagai prinsip kerjanya. Penelitian ini menganalisis dan membandingkan laju
pendingin kulkas berbasis termoelektrik cooler dibandingkan sistem pendinginan
konvensional menggunakan gas freon. Penelitian ini juga difokuskan untuk
memanfaatkan kulkas konvensional (Pendingin Freon) yang sudah rusak sebagai
kotak pendingin peltier tersebut. Dengan menggunakan kipas DC pada sisi dingin
untuk mempercept pendinginan dan pada sisi panas untuk membuang panas pada
sisi dingin, pendingin peltier ini mampu menandingi pendingin Freon. Kedua
pendinign ini mampu mencapai suhu -210C pada suhu awal 270C. Dengan variasi
volume beban air (1 kg, 2 kg, 3 kg, 4 kg, 5 kg, 6 kg, 7 kg, 8 kg, 9 kg, 10 kg) kedua
pendingin freon dan pendingin peltier membutuhkan waktu masing-masing (50
menit dan 70 menit, 99 menit dan 128 menit, 148 menit dan 178 menit, 197
menit dan 236 menit, 247 menit dan 291 menit, 296 menit dan 349 menit, 341
menit dan 404 menit, 398 menit dan 465 menit, 441 menit dan 527 menit, 493
menit dan 576 menit). Dari hasil yang didapat, dapat disimpulkan bahwa
pendingin Freon masih jauh lebih bagus dari pendingin yang menngunakan
komponen Peltier.
Kata Kunci : Efek Peltier, Termoelektrik cooler
v
Universitas Sumatera Utara
ANALYSIS OF COOLING RATE ON THE FRIDGE
THERMOELECTRIC SUPER COOLER THAN CONVENTIONAL
COOLING SYSTEM USING GAS FREON
ABSTRACT
It has been designed and analyzed by using a cooling device which was have a
Peltier cooler hot side and a cold side using a principle works of Peltier effect .
These study analyze and compare the rate-based thermoelectric cooling
refrigerator cooler than conventional cooling systems using freon gas. These study
also focused on utilizing conventional refrigerator (Air Freon) that have been
damaged as the peltier coolers. By using the DC fan on the cooler side to
accelerate cooling and the hot side to dissipate heat on the cold side, peltier cooler
is able to match Freon coolant. Both cooling are capable of reaching a temperature
of -210C at the initial temperature of 270C. With the variation of the volume of
water load (1 kg, 2 kg, 3 kg, 4 kg, 5 kg, 6 kg, 7 kg, 8 kg, 9 kg, 10 kg) both Freon
cooling and cooling Peltier take each (50 minutes and 70 minutes, 99 minutes and
128 minutes, 148 minutes and 178 minutes, 197 minutes and 236 minutes, 247
minutes and 291 minutes, 296 minutes and 349 minutes, 341 minutes and 404
minutes, 398 minutes and 465 minutes, 441 minutes and 527 minutes, 493
minutes and 576 minutes). From the results obtained, it can be concluded that the
refrigerant Freon is still far better than the alkaline cooling Peltier component.
Keywords: Peltier Effect, Thermoelectric cooler
vi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR ISI
Halaman
Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar Isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar
Daftar Singkatan
Daftar Lampiran
Bab 1
Bab 2
i
ii
iii
v
vi
vii
ix
x
xi
xii
Pendahuluan
1.1. Latar Belakang
1.2. Rumusan Masalah
1.3. Batasan Masalah
1.4. Tujuan Penelitian
1.5. Manfaat Penelitian
1.6. Metodologi Penelitian
1.7. Sistematika Penulisan
1
3
3
3
4
4
5
Tinjauan Pustaka
2.1 Termoelektrik
2.1.1 Sejarah Singkat Termoelektrik
2.2 Efek–Efek Pendinginan Termoelektrik
2.2.1 Efek Seebeck
2.2.2 Efek Joule
2.2.3 Efek Konduksi
2.2.4 Efek Peltier
2.2.5 Efek Thomson
2.3 Elemen Termoelektrik Peltier
2.4 Prinsip Kerja Termoelektrik
2.4.1 Prinsip Kerja Termoelektrik Sebagai Pendingin
2.4.2 Parameter Penggunaan Modul Termoelektrik
2.5 Sistem Pendingin Konvensional (Kulkas)
2.6 Perhitungan Pendinginan Sistem Termoelektrik
2.6.1 Beban Pendingin
2.6.2 Beban Panas Dari Luar
2.6.3 Beban Panas Dari Dalam
2.6.4 Perpindahan Panas
2.7 Mikrokontroler Atmega 8535
2.8 Interface Max-232
2.9 Sensor Suhu
6
6
6
6
7
8
8
9
9
11
11
12
12
14
15
15
16
16
18
19
22
vii
Universitas Sumatera Utara
Bab 3
Bab 4
Bab 5
2.10 Liquid Crystal Display (LCD)
2.11 Mosfet
23
25
Perancangan Sistem
3.1 Perancangan Diagram Blok Sistem
3.2 Perancangan Rangkaian Tiap Blok
3.2.1 Perancangan KOtak Pendingin Termoelektrik
3.2.2 Perancangan Peltier Dengan Heatsink
3.2.3 Rangkaian LCD
3.2.4 Rangkaian Power Suplay
3.2.5 Rangkaian Driver Regulator Arus
3.2.6 Rangakain Sensor Suhu
3.2.7 Rangkaian RS-232
3.2.8 Rangkaian Mosfet
3.2.9 Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8535
28
29
29
30
30
32
33
33
35
35
37
Pengujian Dan Analisis Data
4.1 Komponen Pengujian dan Parameter Yang Diukur
4.2 Pengujian Power Supply
4.3 Pengujian Daya Terpasang Pada Sistem
4.4 Pengujian Driver Regulator Arus
4.5 Perhitungan Beban Pendinginan
3.5.1 Beban Panas Dari Luar
3.5.2 Beban Panas Dari Dalam
4.6 Skema Pengukuran Suhu
4.7 Pengujian Waktu Pendingin
4.7.1 Pengujian Waktu Pendinginan Ruangan Pendingin
4.7.2 Pengujian Waktu Pendinginan Beban
4.8 Pengukuran Penurunan Suhu
4.8.1 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 1 Liter Air
4.8.2 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 2 Liter Air
4.8.3 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 3 Liter Air
4.8.4 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 4 Liter Air
4.8.5 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 5 Liter Air
4.8.6 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 6 Liter Air
4.8.7 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 7 Liter Air
4.8.8 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 8 Liter Air
4.8.9 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 9 Liter Air
4.8.10 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 10 Liter Air
38
38
39
40
41
41
41
42
43
43
43
45
45
47
50
52
55
57
59
62
64
67
Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
70
70
71
Daftar Pustaka
viii
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR TABEL
Halaman
Table 2.4
Table 4.1
Table 4.2
Table 4.3
Fungsi Pin-Pin pada Liquid Crystal Display
Hasil Pengujian Power Supply pada Lampu
Mobil Depan 60 Watt
Hasil pengujian Daya Terpasang pada Komponen Peltier
Hubungan Antara Waktu Pendingin Freon dan Pendingin
Peltier Terhadap Volume Air
23
39
40
45
ix
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1
Gambar 2.2
Gambar 2.3
Gambar 2.4
Gambar 2.5
Gambar 2.6
Gambar 2.7
Gambar 3.1
Gambar 3.2
Gambar 3.3
Gambar 3.4
Gambar 3.5
Gambar 3.5
Gambar 3.7
Gambar 3.8
Gambar 3.9
Gambar 4.1
Gambar 4.2
Gambar 4.3
Gambar 4.4
Gambar 4.5
Gambar 4.6
Gambar 4.7
Gambar 4.8
Gambar 4.9
Gambar 4.10
Gambar 4.11
Gambar 4.12
Gambar 4.13
Skema Efek Seebeck pada Suatu Bahan
Penampang Termoelektrik
Proses Pemindahan Panas pada Peltier
Proses Pendinginan pada Kulkas
Lm35 Basic Temperatur Sensor
Bentuk LCD M1632
Kurva Karakteristik Mosfet
Desain Blok Diagram Sistem
Rangkaian LCD Karakter 2x16
Rangkaian Power Suplay
Rangkaian Driver Regulator Arus
Rangkaian Sensor Suhu pada Pendingin Peltier
Rangkaian Sensor Suhu pada Pendingin Freon
Rangkaian MAX-232
Rangkaian Mosfet
Rangkaian Mikrokontroler ATmega 8535
Skema Pengujian PSA
Skema Pengujian Daya Terpasang pda Sistem
Skema Pengukuran Suhu
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 1 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 2 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 3 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 4 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 5 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 6 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 7 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 8 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 9 Liter Air
Grafik Suhu Vs Waktu Pendingin Freon Dan Peltier
Dengan Beban 10 Liter Air
Halaman
7
10
11
13
22
24
25
28
31
32
33
34
34
35
36
37
39
39
42
47
49
52
54
56
59
61
64
66
68
x
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR SINGKATAN
ADC
Ah
ASCII
CFC
CMOS
CPU
CTS
DTE
DCE
DSR
DTR
DC
EEPROM
GND
IC
I/O
LED
LSB
MSB
MHz
mA
RAM
ROM
RTS
SLED
TEC
Tc
Th
VCC
WDT
= Analog to Digital Converter
= Ampere Hours
= American Standart Code for Information Interchange
= Chloroflourocarbons
= Complementary Metal Oxide Semiconductorial
= Central Proccesing Unit
= Clear to Send
= Data Terminal Equipment
= Data Communication Equipment
= Data Set Ready
= Data Terminal Ready
= Direct Current
= Electrical Erasable Programmable Read Only Memory
= Ground
= Intergrated Circuit
= Input/Output
= Light Emitting Dioda
= Least Significant Byte
= Most Significant Byte
= Mega Heartz
= Milli Ampere
= Random Acces Memory
= Read Only Memory
= Request to Send
= Superluminance Light Emitting Dioda
= Termoelektrik Cooler
= Temperatur Cold
= Temperatur Hot
= Voltage Collector Collector
= Watchdog Timer
xi
Universitas Sumatera Utara
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor Lampiran
1.
2.
3.
4.
5.
Judul
Tabel Data Penurunan Suhu dari 1 liter-10 Liter
Gambar alat secara keseluruhan
Gambar Rangkaian Alat
Program Alat secara Keseluruhan
Data Sheet
xii
Universitas Sumatera Utara