Generator termoelektrik yang tersusun dari rangkaian seri delapan elemen termoelektrik untuk charger handphone - USD Repository

  

GENERATOR TERMOELEKTRIK YANG TERSUSUN DARI

RANGKAIAN SERI DELAPAN ELEMEN TERMOELEKTRIK UNTUK

CHARGER HANDPHONE

TUGAS AKHIR

  Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin

  Disusun oleh:

  

Sihol Mardongan Simanungkalit

NIM : 085214043

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

  

2013

  

THERMOELECTRIC GENERATOR COMPOSED OF CIRCUIT SERIES

OF EIGHT ELEMENTS THERMOELECTRIC

FOR HANDPHONE CHARGING

FINAL PROJECT

  PRESENTED AS PARTIAL FULFILLEMENT OF REQUIREMENT TO OBTAIN THE SARJANA TEKNIK DEGREE IN MECHANICAL ENGINEERING By:

  

Sihol Mardongan Simanungkalit

NIM : 085214043

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

  

2013

  

INTISARI

  Tugas akhir ini dibuat untuk mengatasi masalah dalam pengisian baterai handphone ketika masyarakat yang berada didaerah terpencil yang belum teraliri listrik Alternating Current (AC) PLN. Didaerah perkotaan dan desa-desa yang sudah maju energi listrik sangat mudah didapatkan, tetapi di daerah-daerah terpencil yang belum terdapat jaringan listrik tidak mudah didapatkan atau bahkan tidak tersedia.

  Tujuan yang ingin dicapai dalam tugas akhir ini untuk menjajaki kemungkinan penggunaan thermoelektrik sebagai pembangkit energi listrik untuk membantu pengisian baterai handphone dengan memanfaatkan sumber panas api pada sisi panas dan penggunaan air pada sisi d ingin. Alat ini terdiri dari modul thermoelektrik TEC-12706 sebanyak 8 buah tersusun seri yang dapat mengkonversikan energi panas dan dingin menjadi pembangkit energi listrik DC. Thermoelektrik ini berbahan bismuth telluride dan berukuran 4cm x 4cm. Alat ini menggunakan plat alumunium sebagai medium perambatan panas yang bersentuhan ke sisi panas termoelektrik. Sisi dingin menggunakan bak penampung berbahan alumunium yang dialiri air. Perbedaan temperatur pada kedua sisi termoelektrik mengakibatkan munculnya energi listrik.

  Hasil yang dicapai dari penelitian ini adalah generator thermoelektrik dengan rangkaian seri dapat digunakan untuk pengisian baterai handphone (charger). Selisih suhu antara sisi panas dan sisi dingin dari thermoelektrik generator saat keadaan steadi adalah : (a) 25,4 ᴼC untuk debit 1,5 liter/menit (b) 22 ᴼC untuk 1,9 liter/menit (c) untuk debit 0,8 liter/menit tidak dicapai keadaan steadi, suhu cenderung meningkat dan mencapai ΔT = 66,8ᴼC setelah 34 menit. Pada tegangan kerja sekitar 5 volt, nilai arus listrik yang dihasilkan termoelektrik generator saat keadaan stedi adalah : (a) 152,1 mA untuk debit 0,8 liter/menit (b) 135 mA untuk debit 1,5 liter/menit (c) 108,2 mA untuk debit 1,9 liter/menit.

  

MOTT0

  Berpikir logis akan membawa kamu dari A ke B. Imajinasi akan me mbawa kamu kemanapun “Albert Einstein” Bekerjalah bagaikan tak butuh uang. Mancintailah bagaikan tak pernah tersakiti.

  Menarilah bagaikan tak seorangpun sedang menonton “Mark Twain”

  Jalan orang bodoh lurus dalam anggapannya sendiri, tetapi siapa mendengarkan nasihat, ia bijak “Amsal 12:15”

KATA PENGANTAR

  Segala puji dan syukur hanya kepada Tuhan Yang Maha Esa dengan izinnya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis menyadari selama proses penyusunan Tugas Akhir ini ada banyak hambatan dan kesulitan yang dihadapi, namun semua itu dapat dilalui berkat bantuan semangat dan motivasi dari berbagai pihak. Untuk itu, dalam kesempatan ini kami ingin menyampaikan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

  1. Tuhan Yang Maha Kuasa atas berkat dan rahmat-Nya sehingga Tugas Akhir ini berjalan dengan lancar.

  2. selaku Dekan Fakultas Sains dan Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc.

  Teknologi Universitas Sanata Dharma Yo gyakarta.

  3. Ir. Petrus Kanisius Purwadi M.T., Ketua Program Studi Teknik Mesin, Dosen Pembimbing Akademik sekaligus Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang telah banyak memberi motivasi selama kuliah dan proses penyelesaian Tugas Akhir ini.

  4. Seluruh Dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  5. Keluargaku bapak dan ibuku atas cinta, kasih sayang kalian yang tak penah henti-hentinya mendoakan dan memberi semangat.

  6. Abang dan kakakku serta semua keponakanku atas semua doa-doa kalian.

  7. Florentina Eki Supra Bawati atas cinta, doa dan semangat yang tak putus.

  8. Sahabat sahabat terbaik (ady, item, buser, ryan, samy) atas semangat dan kebersamaan.

  9. Keluarga besar Persaudaraan Beladiri Prisai Sakti Mataram (PSM) Demangan atas dukungan dan doa.

  10. Seluruh Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

  Penulis menyadari bahwa masih banyak hal yang perlu diperbaiki dalam penyelesaian Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, penulis sangat mengharapkan masukan dari berbagai pihak untuk menyempurnakannya. Sekian dan Terimakasih.

  Yogyakarta, 12 Agustus 2013 Penulis

  

DAFTAR ISI

  HALAMAN JUDUL ....................................................................................... i HALAMAN JUDUL (INGGRIS). ................................................................... ii HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING. ............................................. iii HALAMAN PENGESAHAN .......................................................................... iv PERNYATAAN KEASLIAN KARYA. ......................................................... v PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI. ........................................... vi

  INTISARI. ........................................................................................................ vii MOTTO............................................................................................................ viii KATA PENGANTAR ..................................................................................... ix DAFTAR ISI .................................................................................................... x DAFTAR TABEL. ........................................................................................... xi DAFTAR GAMBAR. ...................................................................................... xii BAB I. PENDAHULUAN ..............................................................................

  1

  1.1

  1 Latar Belakang .....................................................................................

  1.2

  2 Tujuan...................................................................................................

  1.3

  3 Perumusan Masalah .............................................................................

  1.4

  3 Pembatasan Masalah ...........................................................................

  1.5

  4 Manfaat.................................................................................................

  BAB II. DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA................................

  5

  2.1

  5 Dasar Teori ..........................................................................................

  2.1.1 Perpindahan Kalor Konduksi ......................................................

  6

  2.1.2 Perpindahan Kalor Konveksi.......................................................

  8 2.1.3 Thermoelektrik ............................................................................

  9 2.1.3.1 Efek Seebeck. ....................................................................

  11 2.1.3.2 Efek Peltier. .......................................................................

  12 2.1.3.3 Efek Thomson ...................................................................

  13

  2.1.3.4 Thermoelektrik Generator (TEG). ..................................... 14 2.1.3.5 Arus dan Tegangan............................................................

  15 2.1.3.6 IC 7805. .............................................................................

  17

  2.2 TINJAUAN PUSTAKA ...................................................................... 18

  BAB III. PERANCANGAN ALAT, PROSES PEMBUATAN ALAT DAN METODE PENELITIAN ...................................................................

  20

  3.1 Perancangan Alat................................................................................. 20 3.1.1.

  Penjelasan Cara Kerja Charger Handphone......................... 21 3.1.2. Skema Pengujian Alat .......................................................... 22 3.1.3. Penjelasan Cara Kerja .......................................................... 22 3.2 Proses Pembuatan alat ........................................................................

  23

  3.2.1 Bahan Rancangan, Bahan Penelitian, dan Alat-alat yang digunakan. ............................................................................

  23

  3.2.2. Sarana dan Alat-alat yang digunakan. ................................. 24 3.2.3 Langkah- langkah Pengerjaan...............................................

  24

  3.2.3.1 Persiapan. ....................................................................... 24 3.2.3.2 Pengerjaan......................................................................

  25 3.3 Metodologi Penelitian .........................................................................

  26

  3.3.1 Skematis Pengujian.................................................................

  26 3.3.2 Variasi Penelitian. ...................................................................

  26 3.3. 3 Peralatan. ...............................................................................

  26 3.3.4 Cara Memperoleh Data. .........................................................

  27 3.3.5 Cara Mengolah dan Menganalisa Data. .................................

  27 BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ...............................

  28 4.1 Hasil Pengambilan Data Penelitian. ....................................................

  28 4.1.1 Data Penelitian Variasi I. ........................................................

  28 4.1.2 Data Penelitian Variasi II........................................................

  31 4.1.3 Data Penelitian Variasi III. .....................................................

  34 4.2 Pembahasan. ........................................................................................

  38 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN. ..........................................................

  41

  5.1 Kesimpulan.......................................................................................... 41 5.2 Saran ....................................................................................................

  41 DAFTAR PUSTAKA .....................................................................................

  42 LAMPIRAN ..............................................................................................

  43

  

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data Hasil Variasi Debit Air I ......................................................... 28 Tabel 4.2 Data Hasil Variasi Debit Air II. .......................................................

  32 Tabel 4.3 Data Hasil Variasi Debit Air III. ......................................................

  35

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 1.1 Skema Rangkaian Peltier..............................................................

  3 Gambar 2.1 Perpindahan Kalor secara Konduksi. ...........................................

  7 Gambar 2.2 Perpindahan Kalor secara Konveksi. ............................................

  9 Gambar 2.3 Termoelektrik ...............................................................................

  11 Gambar 2.4 Skema Termoelektrik Generator ..................................................

  14 Gambar 2.5 IC 7805 ........................................................................................

  18 Gambar 3.1 Rancangan Charger HP ................................................................

  20 Gambar 3.2 Detil Pembangkit Listrik Termoelektrik. .....................................

  20 Gambar 3.3 Skema pengujian Alat. .................................................................

  22 Gambar 3.4 Bak penampung Air .....................................................................

  25 Gambar 3.5 Rangka. .........................................................................................

  26 Gambar 4.1 Hubungan antara Selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit ..............................................................................

  30 Gambar 4.2 Hubungan antara Tegangan dan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit .....................................................................................................

  30 Gambar 4.3 Hubungan antara Arus dan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit..

  31 Gambar 4.4 Hubungan antara selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 1,5 liter/menit ..............................................................................

  33 Gambar 4.5 Hubungan antara Tegangan dan Waktu pada debit air 1,5 liter/menit ………………………………………………………………..... 33 Gambar 4.6 Hubungan antara Arus dan Waktu pada debit air 1,5 liter/menit..

  34

Gambar 4.7 Hubungan antara selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 1,9 liter/menit ..............................................................................

  36 Gambar 4.8 Hubungan antara Tegangan dan Waktu pada debit air 1,9 liter/menit .....................................................................................................

  36 Gambar 4.9 Hubungan antara Arus dan Waktu pada debit air 1,9 liter/menit.. 37

Gambar 4.10 Hubungan antara ΔT dan Waktu dengan variasi berbagai debit air................................................................................................ 38Gambar 4.11 Hubungan antara Tegangan (V) dan Waktu de ngan berbagai debit air............................................................................................... 39Gambar 4.12 Hubungan antara Arus (mA) dan Waktu dengan variasi berbagai debit air....................................................................................... 40

BAB I PENDAHULUAN

1.1. Latar Belakang

  Sistem komunikasi saat ini berkembang sangat pesat. Salah satu alat yang sangat populer digunakan oleh masyarakat adalah telepon genggam yang sering disebut handphone. Jumlah penggunaan handphone pada tahun 2013 mencapai 125.000.000 dengan tingkat prosentase sebesar 53% pertahunnya, yang berarti penggunaan handphone meningkat sebanyak 53.000.000 setiap tahunnya (Tribunnews.com, 2013).

  Handphone merupakan alat komunikasi yang saat ini paling banyak

  digunakan dalam kehidupan sehari-hari. Keberadaan handphone seakan tidak bisa digantikan dengan alat komunikasi lainnya karena sifatnya yang prakt is dan dapat dibawa kemana- mana. Penggunaan handphone secara terus- menerus tentu mengurangi sumber daya pada baterai yang digunakan, sehingga perlu dilakukan

  charging baterai handphone.

  Charging baterai handphone biasanya menggunakan adaptor yang

  dihasilkan dari sumber daya Alternating Current (AC) PLN yang ada di rumah- rumah. Pengguna handphone belum tentu berada di rumah atau di tempat yang menyediakan sumber daya AC serta terjadinya pemadaman listik di rumah . Demikian juga terjadi saat pengguna berada di daerah terpencil atau di pegunungan yang tidak tersedia sumber listrik.

  Krisis energi yang terjadi saat ini menjadi masalah besar bagi manusia pada umumnya. Energi tak terbarukan yang semakin habis cadangannya, sementara kebutuhan manusia akan energi tak terbarukan cukup tinggi. Oleh karena itu, dibutuhkan sebuah teknologi untuk mengatasi krisis energi. Semakin majunya ilmu pengetahuan dan teknologi masa kini, membuat manusia mulai berfikir untuk menciptakan suatu piranti yang dapat mengatasi krisis energi tersebut dengan mengembangkan alat-alat untuk mengatasi krisis energi dengan teknologi tepat guna.

  Media yang menarik untuk mengatasi penyediaan sumber daya listrik adalah termoelektrik. Teknologi termoelektrik merupakan sumber alternatif dalam menjawab kebutuhan energi tersebut. Termoelektrik adalah salah satu piranti yang dapat mengkonversi panas menjadi energi listrik atau sebaliknya energi listrik menjadi panas. Pada prinsipnya termoelektrik dalam mengkonversi panas menjadi energi listrik dengan menggunakan efek Seebeck. Saat ini termoelektrik banyak digunakan sebagai alat untuk pendinginan atau pemanas yang jarang digunakan sebagai pembangkit listrik. Krisis energi tersebutlah yang mendasari dilakukannya penelitian ini, sehingga diharapkan dapat membantu masyarakat dalam mengatasi krisis energi yang terjadi saat ini dengan menggunakan termoelektrik sebagai pembangkit listrik untuk charger handphone.

1.2. Tujuan

  Tujuan tugas akhir ini adalah : 1.

  Merancang dan membuat peralatan generator termoelektrik untuk charger

handphone mempergunakan 8 termoelektrik dengan rangkaian seri.

2. Mengetahui pengaruh debit aliran air terhadap selisih suhu antara sisi panas dan suhu sisi dingin dari peralatan termoelektrik generator.

3. Mengetahui pengaruh debit aliran air terhadap arus listrik yang dihasilkan.

  1.3. Perumusan Masalah

  Direncanakan merancang charger handphone dengan menggunakan 8 peltier. Susunan peltier adalah seri seperti yang tertera pada Gambar 1.1 Sumber panas berasal dari api berbahan bakar spiritus, sisi dingin bersentuhan dengan bak penampung berisi air.

  Keterangan : = = peltier

Gambar 1.1. Skema rangkaian peltier

  1.4. Pembatasan Masalah

  Pembatasan masalah pada penelitian ini meliputi : 1. Merancang dan membangun alat generator dengan menggunakan elemen termoelektrik. Alumunium heatsink sebagai media penghantar panas pada sisi panas dan bak alumunium berisi air sebagai pendingin pada sisi dingin 2. Penggunaan api sebagai sumber panas (diasumsikan panasnya konstan) 3.

  Penggunaan Amperemeter dan voltmeter digital sebagai pengukur dan tegangan yang dihasilkan alat generator termoelektrik.

4. Elemen peltier yang digunakan sebanyak 8 buah yang dirangkai seri.

  Kondisi 8 elemen peltier sama.

1.5. Manfaat 1.

  Membantu pemecahan masalah pada masyarakat di daerah terpencil yang belum terjangkau aliran listrik.

  2. Memberikan kemudahan bagi masyarakat ketika komunikasi mereka terputus karena baterai habis, dapat menggunakan alat ini tanpa harus menggunakan aliran listrik dari PLN.

3. Membuat model pembangkit tenaga listrik dengan termoelektrik 4.

  Dapat digunakan sebagai referensi bagi peneliti berikutnya untuk menyempurnakan rancangan ini sehingga didapat rancangan yang memiliki nilai guna dan efisien yang tinggi.

BAB II DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA

2.1 DASAR TEORI

  Kalor adalah suatu bentuk energi yang diterima oleh suatu benda yang menyebabkan benda tersebut berubah suhu atau wujud bentuknya. Kalor berasal dari kata calonc, ditemukan oleh ahli kimia Prancis bernama Antonie Laurent Lavoiser (1743-1794). Kalor juga merupakan energi panas yang dimiliki oleh suatu zat. Secara umum untuk mendeteksi adanya kalor yang dimiliki oleh suatu benda yaitu dengan mengukur suhu benda tersebut. Jika suhunya tinggi maka kalor yang dikandung oleh benda sangat besar, begitu juga sebaliknya jika suhunya rendah maka kalor yang dikandung sedikit. Kalor memiliki satuan kalori (kal) dan kilo kalori (kkal). Dari hasil percobaan yang sering dilakukan, besar kecilnya kalor yang dibutuhkan suatu benda (zat) bergantung pada massa zat, jenis zat, dan perubahan suhu. Teori kalor dasar yaitu : 1.

  Kalor yang diterima sama dengan kalor yang dilepas 2. Kalor dapat terjadi akibat adanya suatu gesekan 3. Kalor adalah suatu bentuk energi 4. Kesetaraan antara satuan kalor dan satuan energi disebut kalor mekanik

  Perpindahan panas (kalor) adalah perpindahan energi karena adanya perbedaan temperatur. Apabila dua benda yang berbeda temperatur saling bersinggungan, maka panas akan mengalir dari benda yang memiliki te mperatur tinggi ke benda yang memiliki temperatur yang lebih rendah. Mekanisme perpindahan panas yang terjadi dapat berupa konduksi, konveksi, dan radiasi.

2.1.1 Perpindahan Kalor Konduksi

  Perpindahan kalor konduksi adalah proses dimana kalor mengalir dari daerah yang bertemperatur lebih tinggi ke daerah yang bertemperatur lebih rendah di dalam suatu medium (padat, cair, atau gas). Dalam aliran kalor konduksi, perpindahan energi terjadi karena hubungan mo lekul secara langsung tanpa adanya perpindahan molekul yang cukup besar. Berlangsungnya konduksi panas melalui zat dapat diketahui oleh perubahan temperatur yang terjadi. Konduksi thermal pada logam- logam padat terjadi akibat gerakan elektron yang terikat dan konduksi thermal mempunyai hubungan dengan konduktivitas listrik.

  Ditinjau dari sudut teori molekuler, yakni benda atau zat terdiri dari molekul, pemberian panas pada zat menyebabkan molekul itu bergetar. Getaran ini makin bertambah jika panas ditambah, sehingga tenaga panas berubah menjadi tenaga getaran. Molekul yang bergetar ini tetap pada tempatnya tetapi getaran yang lebih hebat ini akan menyebabkan getaran yang lebih kecil dari molekul di sampingnya, bertambah getarannya, dan demikian seterusnya sehingga akhirnya getaran molekul pada bagian lain benda itu akan naik dan kita lihat bahwa panas berpindah ke tempat lain. Jadi pada konduksi panas, tenaga panas dipindahkan dari satu partikel zat ke partikel disampingnya berturut

• –turut sampai mencapai bagian lain zat yang bertemperatur lebih rendah.

Pemanasan pada logam berarti pengaktifan gerakan molekul, sedangkan pendinginan berarti pengurangan gerakan molekul. Contoh perpindahan kalor secara konduksi antara lain: perpindahan kalor pada logam cerek pe masak air atau batang logam pada dinding tungku. Laju perpindahan kalor secara konduks i sebanding dengan gradien suhu.

  q A T T _{1 2}

  ΔX

Gambar 2.1 Perpindahan Kalor Secara Konduksi

  Dinyatakan dengan rumus :

• q = k A (dt / dx) ........................................................................................... (2.1.a) q = k A (

  ∆T / ∆X) ......................................................................................... (2.1.b) q = k A (T

  1 -T 2 )

  ∆X........................................................................................ (2.1.c) Pada persamaan (2.1) : q = laju aliran kalor konduksi (W)

  o

  T

  1 = suhu dinding kiri (

  C)

  o

  T

  2 = suhu dinding kanan (

  C) = tebal plat (m)

  ∆X

  2 A = luas permukaan plat yang tegak arah perpindahan kalor (m ) Tanda (-) digunakan untuk memenuhi hukum II Thermodinamika yaitu “Kalor mengalir ke tempat yang lebih rendah dalam skala temperatur” (Holman,1986).

2.1.2 Perpindahan Kalor Konveksi

  Konveksi ialah proses perpindahan panas langsung melalui perpindahan massanya. Proses perpindahan kalor secara konveksi merupakan satu fenomena permukaan. Proses konveksi hanya terjadi di permukaan bahan. Jadi dalam proses ini struktur bagian dalam bahan kurang penting. Keadaan permukaan dan keadaan sekelilingnya serta kedudukan permukaan itu adalah yang utama. Lazimnya, keadaan keseirnbangan termodinamik di dalam bahan akibat proses konduksi, suhu permukaan bahan akan berbeda dari suhu sekelilingnya. Dalam hal ini dikatakan suhu permukaan adalah T1 dan suhu udara sekeliling adalah T2 dengan Tl>T2. Kini terdapat keadaan suhu tidak seimbang diantara bahan dengan sekelilingnya. Perpindahan kalor dengan jalan a liran dalam industri kimia merupakan cara pengangkutan kalor yang paling banyak dipakai. Oleh karena itu konveksi hanya dapat terjadi melalui zat yang mengalir, maka bentuk pengangkutan kalor ini hanya terdapat pada zat cair dan gas. Perpindahan kalor secara konveksi dinyatakan dengan rumus: q= h A ( T s -T )...............................................................................................(2.2)

  ∞

  Pada persamaan (2.2) : q = energi kalor (W)

  2

  h = koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m K)

  A = luas permukaan (m) T s = suhu permukaan (T) T = suhu fluida

  ∞

  Perbedaan perpindahan kalor secara konveksi dengan perpindahan kalor secara konduksi adalah melalui media yang bergerak seperti fluida.

  aliran

  Arus bebas T

  



u

  

q

u

  T w dinding

Gambar 2.2 Perpindahan Kalor Secara Konveksi ( sumber: Holman,

  J.P, 1993, Perpindahan kalor)

  Suhu plat ialah T w dan suhu fluida T . Kecepatan aliran adalah seperti

  ∞

  tergambar, yaitu nol pada muka plat sebagai akibat aksi kental viskos. Oleh karena kecepatan lapisan fluida pada dinding adalah nol, maka disini kalor hanya _. dapat berpindah dengan cara konduksi saja

2.1.3 Termoelektrik

  Teknologi termoelektrik adalah teknologi yang bekerja dengan mengkonversi energi panas menjadi listrik secara langsung (generator termoelektrik), atau sebaliknya, dari listrik menghasilkan dingin (pendingin termoelektrik). Termoelektrik terbuat dari solid state material (material zat padat) yang dapat mengkonversi energi dari perbedaan temperatur ke beda potensia l (efek Seebeck), atau sebaliknya (efek Peltier). Pada skala atom, perbedaan temperatur menyebabkan muatan pembawa berdifusi dari permukaan panas menuju ke permukaan dingin. Efek termoelektrik dapat dibagi berdasarkan tiga kelompok, yakni: efek Seebeck, efek Peltier, dan efek Thomson.

  Pada dasarnya prinsip kerja alat ini sama seperti mesin panas. Pada mesin diesel maupun mesin bensin, energi yang ada pada bahan bakar dirubah menjadi tekanan uap yang mampu menggerakkan piston. Prinsip yang sama terjadi pada piranti temoelektrik yang mampu merubah perbedaan temperatur menjadi beda potensial, yang dapat menghantarkan arus listrik. Hubungan yang sama juga terdapat pada mesin pendingin, dimana beda potensial dapat menyebabkan perbedaan temperatur pada kedua sisi piranti termoelektrik.

  Untuk menghasilkan listrik, material termoelektrik cukup diletakkan

sedemikian rupa dalam rangkaian yang menghubungkan sumber panas dan dingin.

  

Dari rangkaian itu akan dihasilkan sejumlah listrik sesuai dengan jenis bahan yang

dipakai. Prinsip kerja dari termoelektrik adalah dengan berdasarkan Efek Seebeck

yaitu jika 2 buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujungnya,

kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan

tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain.

Gambar 2.3 Termoelektrik

2.1.3.1. Efek Seebeck

  Jika dua buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujungnya,kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain. Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh Seebeck sehingga disebut efek Seebeck atau umumnya dikenal dengan nama prinsip termokopel. Tegangan yang dihasilka n ini sebanding dengan perbedaan temperatur diantara dua junction.

  Semakin besar perbedaan temperatur, semakin besar tegangan diantara junction. Dari fenomena ini, kita dapat menentukan koefisien Seeback, yaitu: Koefisien Seebeck disimbolkan dengan huruf S (ada pula yang menyimbolkannya dengan

  α). Metal memiliki koefisien Seebeck yang kecil, hal ini disebabkan metal

  konduktor memiliki pita konduksi setengah penuh, berbeda dengan dapat kita doping (dadah) agar sifat listriknya meningkat. Ta nda positif atau negatif dari koefisien Seebeck dipengaruhi oleh muatan pembawanya.

  Jika perbedaan temperatur disimbolkan oleh ∆ dan beda potensial yang dihasilkan adalah

  ∆ , maka koefisien Seebeck dituliskan,

  ∆

  = .................................................................................................................(2.3)

  S ∆

  Koefisien Seebeck merupakan parameter yang sangat penting untuk mengetahui efisiensi dari bahan termoelektrik.

2.1.3.2. Efek Peltier

  Efek Peltier diambil dari nama Jean-Charles Peltier, seorang fisikawan Perancis yang menemukan efek kalorik dan arus listrik pada sambungan dua material logam yang berbeda pada tahun 1834. Koefisien ini menggambarkan seberapa banyak panas yang dialirkan tiap muatan listrik. Walaupun arus listrik terus diberikan pada rangkaian, perbedaan temperatur akan menemukan nilai yang konstan. Hal yang menarik adalah efek yang diberikan pada saat transfer panas bergantung dari polaritas arus yang diberikan, membalikkan arah arus listrik dapat merubah arah transfer panas ke bagian yang lain. Pendingin Peltier juga dapat disebut Thermoelectric Cooler (TEC).

  Ketika arus listrik diberikan pada rangkaian, panas dipindahkan dari T C (sisi dingin) dan diserap pada T H (sisi panas). Panas Peltier yang diserap pada T H setiap waktu adalah,

  AB B A )I .......................................................................................(2.4) I = ( Π –Π

  =Π dimana AB dari piranti yang digunakan serta A dan

  

Π adalah koefisien Peltier Π Π

  adalah koefisien dari setiap material. Silikon tipe-p memiliki koefisien Peltier

  Π B positif dan silikon tipe-n memiliki koefisien Peltier negatif.

2.1.3.3. Efek Thomson

  Efek Thomson telah diprediksi dan diamati ole h William Thomson (Lord Kelvin) pada tahun 1851. Efek ini menggambarkan pemanasan atau pendinginan dari konduktor berarus listrik dengan perbedaan temperatur. Setiap konduktor berarus listrik (kecuali superkonduktor) jika memiliki perbedaan temperatur antara dua titik, akan menyerap atau memancarkan panas, tergantung pada material.

  Dalam logam seperti seng dan tembaga, jika dia lebih bersuhu panas pada potensial yang lebih tinggi dan bersuhu dingin pada ujung potensial yang lebih rendah, ketika arus bergerak dari ujung panas ke ujung dingin, arus bergerak dari potensial rendah ke potensial tinggi, sehingga ada emisi panas. Hal ini disebut efek Thomson positif. Dalam logam seperti kobalt, nikel, dan besi, yang memiliki ujung dingin pada potensial yang lebih tinggi dan ujung panas pada potensial yang lebih rendah, ketika arus bergerak dari ujung panas ke ujung dingin, arus bergerak dari potensial rendah ke potensial tinggi, ada penyerapan panas.

  Efek Seebeck merupakan perpaduan dari efek Peltier dan efek Thomson. Pada tahun 1854 Thomson menemukan dua hubungan baru, sekarang bisa kita sebut dengan hubungan Thomson atau hubungan Kelvin, antara koefisien yang saling berhubungan. Jika T merupakan temperatur mutlak maka, Π =S . T..............................................................................................................(2.5) persamaan inilah yang telah diprediksi oleh efek Thomson. Mereka berhubungan dengan koefisien Thomson

  μ dengan hubungan,

  ..............................................................................................................(2.6) =

2.1.3.4. Thermoelectric Gene rator ( TEG )

  Pembangkit termoelektrik (TEG) adalah suatu pembangkit listrik yang didasarkan pada efek Seebeck,yang pertama kali ditemukan pada tahun 1821 oleh Thomas Johan Seebeck, ia menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian. Diantara kedua logam tersebut diletakkan jarum kompas. Ketika sisi logam tersebut dipanaskan jarum tersebut ternyata bergerak. Hal ini terjadi oleh karena aliran listrik yang terjadi pada logam menimbulkan medan magnet, medan magnet inilah yang menggerakkan jarum kompas tersebut. Fenomena tersebut kemudian di kenal sebagai effect Seebeck.

Gambar 2.4 Skema Termoelektrik Generator

  Skema termoelektrik generator terdiri dari susunan elemen tipe-n ( material dengan kelebihan electron) dan tipe

• –p (material dengan kekurangan electron) panas masuk pada satu sisi dan dibuang pada sisi yang lainnya, menghasilkan suatu tegangan yang melewati sambungan termoelektrik. Besarnya tegangan yang dihasilkan sebanding dengan gradien temperature. Daya yang dihasilkan oleh TEG sangat bergantung pada perbedaan temperatur yang didapatkan, semuanya ini juga berhubungan dengan efisiensi dari termoelektrik itu sendiri. Jika perbedaan temperaturnya semakin besar maka daya keluarannya juga ikut besar hingga titik maksimum efisiensi peltier tersebut. Jadi kemungkinan walau perbedaan temperaturnya sangat besar tetapi daya yang dihasilkan lebih kecil. Nilai efisiensi modul termoelektrik dapat ditingkatkan dengan cara memberi penggunaan heatsink, fan, atau bak air diatas sisi dingin modul untuk menjaga perbedaan temperatur dengan sisi panasnya.

2.1.3.5. Arus dan Tegangan

  Arus listrik merupakan banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik lainnya. Arus listrik dapat terjadi karena adanya aliran electron dimana tiap electron mempunyai muatan yang besarnya sama. Jika kita mempunyai benda bermuatan negatif berarti benda tersebut mempunyai kelebihan elektron dan sebaliknya jika kita memiliki benda bermuatan positif berarti benda tersebut kekurangan elektron. Derajat termuatinya benda tersebut diukur dengan jumlah kelebihan elektron yang ada. Muatan sebuah elektron sering dinyatakan dengan simbol q atau e, dinyatakan dengan satuan coulomb.

  Pada dasarnya dalam kawat penghantar terdapat aliran elektron dalam jumlah yang sangat besar, jika jumlah elektron yang bergerak ke kanan dan ke kiri sama besar maka seolah-olah tidak terjadi apa-apa. Akan tetapi jika ujung sebelah kanan kawat menarik elektro sedangkan ujung sebelah kiri melepaskannya maka akan terjadi aliran elektron ke kanan (tetapi dalam hal ini disepakati bahwa arah arus bergerak berlawanan, yakni ke kiri). Aliran elektron ini yang selanjutnya disebut aliran listrik. Arus listrik dapat dibedakan menjadi 2, yaitu :

   Arus searah (Direct Current / DC), yaitu arus yang mempunyai nilai tetap atau konstan terhadap satuan waktu.

  

 Arus bolak-balik (Alternating Current / AC), yaitu arus yang mempunyai

  nilai berubah terhadap satuan waktu dengan karakteristik akan selalu berulang untuk periode waktu tertentu Simbol arus adalah I (berasal dari bahasa Perancis : intensite). Sedangkan satuan arus adalah Ampere.

  Persamaan matematik untuk arus adalah :

  

I = Q/T..............................................................................................................(2.7)

Pada persamaan (2.7) :

  I = Arus listri dalam Ampere Q = Muatan Listrik dalam Coulomb T = Waktu dalam detik

  Tegangan adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi. Terdapat dua cara memandang beda potensial, yaitu : 1.

  Tegangan turun/voltage drop Jika dipandang dari potensial lebih tinggi ke potensial lebih rendah.

2. Tegangan naik/voltage rise Jika dipandang dari potensial lebih rendah ke potensial lebih tinggi.

  Simbol tegangan adalah V (voltage). Sedangkan Satuan Internasional untuk tegangan adalah Volt.

  Persamaan matematik untuk tegangan adalah:

  

V= I .R................................................................................................................(2.8)

Pada persamaan (2.8) :

  V = Tegangan dalam Volt (V) R = Resistansi dalam Ohm (Ω) I = Arus dalam Ampere (A)

2.1.3.6. IC 7805

  IC 7805 adalah regulator tegangan sirkuit terpadu. IC 7805 merupakan bagian dari seri 78xx regulator tegangan linier IC tetap. Sumber tegangan di sirkuit mungkin memiliki fluktuasi dan tidak akan memberikan output tegangan tetap. Para regulator tegangan IC mempertahankan tegangan keluaran pada nilai konstan. Nilai xx di 78xx menunjukkan tegangan output tetap, 7805 dirancang untuk menyediakan output 5 V diatur power supply. Kapasitor nilai yang sesuai dapat dihubungkan pada pin input dan output tergantung pada tingkat tegangan masing- masing.

Gambar 2.5 IC 7805

2.2 TINJAUAN PUSTAKA

  Dalam perkembangan teknologi saat ini banyak sekali alat digunakan untuk menunjang aktifitas kita termasuk dalam berkomunikasi jarak jauh, salah satunya telepon genggam yang disebut handphone. Penggunaan handphone secara terus menerus tentu mengurangi sumber daya pada baterai yang digunakannya.

  Untuk itu perlu dilakukan charging baterai handphone yang biasanya menggunakan adaptor yang menggunakan sumber daya ac dari PLN yang ada di rumah-rumah. Salah satu alat yang dapat membantu proses charging tersebut dengan memanfaatkan suatu elemen peltier sebagai pembangkit energi listrik nya.

  Penelitian tentang penggunaan termoelektrik generator telah dilakukan beberapa peneliti. Ardian Roekettino (2008) melakukan penelitian tentang termoelektrik generator dengan mempergunakan dua belas modul termoelektrik mempelajari karakteristik alat secara realita melihat kelebihan dan kekurangan alat.

  Samuel Hendrata (2005) melakukan penelitian tentang termoelektrik sebagai salah satu cara alternatif pembangkit listrik dari energi panas. Penggunaan peralatan ini ditujukan terutama untuk daerah terpencil yang belum terdapat aliran listrik. Dalam penelitian ini sumber panas yang dipergunakan diambil dari energi surya dan proses pendinginan termoe lektrik generator dilakukan dengan mempergunkan heatsink.

  Lia Muliani dkk. (2003) merancang dan meneliti refrigerator mini menggunakan tenaga surya. Perancangan unit pendingin yang digunakan dalam penelitian ini menggunakan sistem thermoelektrik yang mema nfaatkan efek peltier. Sumber arus berasal dari sel surya, yang kemudian digunakan untuk mencharge baterai. Baterai inilah yang kemudian dihubungkan langsung dengan unit pendingin.

BAB III PERANCANGAN ALAT, PROSES PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Perancangan Alat

  Peralatan yang dipergunakan dalam penelitian mempunyai skematik susunan seperti tersaji pada Gambar 3.1 dan Gambar 3.2.

Gambar 3.1 Rancangan Charger HP

3.1.1 Cara Kerja Charger HP

  Cara kerja charger hp ini sama dengan charger hp yang lain, hanya saja sumber energinya tidak berasal dari sumber daya Alternating Current (AC) PLN, tetapi dari hasil efek termoelektrik yang telah dirangkai. Pada sisi panas termoelektrik digunakan sumber api dan di sisi dingin termoelektrik di digunakan air sebagai sumber pendinginnya. Untuk menyerap panas api menggunakan plat atau heatsink yang digunakan adalah heatsink alumunium. Material ini dipilih dengan pertimbangan memiliki karakteristik penghantar yang baik dengan

  o konduktivitas termal sebesar 202 W/m c atau 237 W/m K.

  Masih banyak bahan yang memiliki nilai konduktor thermal bahan ya ng lebih tinggi dari aluminium seperti emas dan perak. Akan tetapi dari segi ekonomi, alumunium lebih murah dan terjangkau dibandingkan emas dan perak.

  Mekanisme perpindahan panas yang terjadi pada termoelektrik generator ini yaitu perpindahan panas konduksi dan perpindahan panas konveksi. Proses perpindahan panas konveksi terjadi dari panas api ke plat alumunium, dari plat alumunium ke sisi panas termoelektrik dan sisi dingin termoelektrik ke bak air terjadi perpindahan panas konduksi dan perpindahan panas konveksi terjadi dari bak ke air yang mengalir.

  3.1.2 Skema Pengujian Alat .

  Skema pengujian alat dalam penelitian tersaji pada gambar 3.3

Gambar 3.3 Skema pengujian Alat

  3.1.3 Penjelasan Cara Kerja

  Untuk mengalirkan air ke alat diperlukan adanya pompa air. Pompa air digunakan karena aliran didalam bak penampung mengalir secara terus- menerus, yang dimana aliran air sudah dijelaskan di atas dan untuk mendapatkan debit air yang besar pada outputnya. Spiritus digunakan sebagai bahan bakar untuk sumber panas pada sisi panas termoektrik. Kran air berfungsi sebagai pengatur besar kecilnya debit air dan untuk mengukur besar debit air yang keluar menggunakan gelas ukur. Termokopel berfungsi untuk mengukur suhu air yang masuk,disini Multimeter berfungsi untuk mengukur tegangan dan arus yang dihasilkan termolektrik generator.

3.2 Proses Pembuatan Alat

3.2.1 Bahan Rancangan, Bahan Penelitian dan Alat-alat yang digunakan

  1. Bahan Rancangan

  a) Heatsink alumunium sebagai penghantar panas dari ke sisi panas sisi peltier.

  b) Bak penampung air alumunium sebagai penghantar dingin ke sisi dingin peltier.

  c) Kabel portable sebagai penghantar arus dan tegangan dari alat ke HP.

  2. Bahan Penelitian :

  a) Air sebagai fluida yang akan mendinginkan sisi dingin peltier.

  b) Spiritus sebagai bahan bakar yang digunakan sebagai sumber panas pada sisi panas peltier.

3. Alat – alat yang digunakan :

  a) Kompor spritus b) Pompa air, sebagai pemompa air dari bak penampungan ke bak penampung alat.

  c) Thermokopel, sebagai alat pengukur suhu fluida air yang masuk.

  d)

Ember sebagai bak penampungan air yang keluar dari alat rancangan.

  e) Pipa paralon, sebagai penyambung dari selang bak penampung ke pompa f) Kran sebagai pengatur debit air g) Selang air, sebagai penyambung dari pompa air ke bak penampung air yang terdapat pada alat.

3.2.2 Sarana dan Alat-alat yang Digunakan

  Sarana dan alat-alat yang digunakan dalam proses pembuatan alat ini adalah:

  a) Mesin las b) Mesin bor

c) Alat penekuk plat.

  d) Palu e) Gergaji besi f) Tang g) Obeng (- , +) h) Penggaris i) Tang ripet j) Solder bakar

3.2.3 Langkah-langkah Pengerjaan

3.2.3.1 Persiapan

  Sebelum memulai pembuatan alat, terlebih dahulu harus melakukan beberapa persiapan yaitu :