PENGUJIAN DAN PERHITUNGAN BEBAN PANAS PADA KOTAK PENDINGIN YANG MENGGUNAKAN ELEMEN PENDINGIN TERMOELEKTRIK DENGAN SUMBER ENERGI SURYA

  Skripsi Yang Diajukan Untuk Melengkapi Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

  Namo Sanghyang Adi Buddhaya, puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas rahmat dan karunia-Nyalah penulis dapat menyelesaikan skripsi ini yang berjudul

  “PENGUJIAN DAN PERHITUNGAN BEBAN PANAS PADA KOTAK PENDINGIN YANG MENGGUNAKAN ELEMEN PENDINGIN TERMOELEKTRIK DENGAN SUMBER ENERGI SURYA ”.

  Skripsi ini disusun untuk memenuhi syarat menyelesaikan Pendidikan Strata-1 (S1) pada Departemen Teknik Mesin Sub bidang Konversi Energi Fakultas Teknik, Universitas Sumatera Utara.

  Dalam menyelesaikan skripsi ini tidak sedikit kesulitan yang dihadapi penulis, namun berkat dorongan, semangat, do’a, dan bantuan baik materiil, moril, maupun spirituil dari berbagai pihak akhirnya kesulitan itu dapat teratasi. Untuk itu sebagai manusia yang harus tahu terimakasih, dengan penuh ketulusan hati penulis mengucapkan terimakasih yang tak terhingga kepada :

  1. Bapak Tulus B. Sitorus, ST,MT selaku Dosen pembimbing yang dengan penuh kesabaran telah memberikan bimbingan dan motivasi kepada

  7. Rekan-rekan khususnya Dwiyanto, Wilsen, Stefanus, Wunardi, dan seluruh rekan mahasiswa angkatan 2010 serta semua rekan mahasiswa Teknik Mesin yang telah mendukung dan memberi semangat kepada penulis.

  Darman, Hosea, Kenny dan semua teman

• – teman yang berada di Keluarga Mahasiswa Buddhis yang telah memberi semangat.

  Penulis meyakini bahwa tulisan ini masih jauh dari sempurna. Oleh karena itu penulis akan sangat berterimakasih dan dengan senang hati menerima saran, usul, dan kritik yang membangun demi tercapainya tulisan yang lebih baik. Akhir kata penulis berharap semoga tulisan ini dapat memberi manfaat kepada pembaca, Terima kasih.

  Medan, 10 Maret 2015

  ABSTRAK

  Saat ini penggunaan mesin pendingin dengan refrigeran sebagai sumber pendingin banyak digunakan oleh masyarakat, akan tetapi penggunaan dari refrigeran seperti CFC dan HFC dapat menyebabkan penipisan lapisan ozon di angkasa dan juga menyebabkan efek rumah kaca. Termoelektrik dapat digunakan sebagai sumber pendingin alternatif utama dalam memenuhi kebutuhan masyarakat. Salah satu contoh penggunaan termoelektrik adalah kotak pendingin (cooling box). Tujuan penelitian ini adalah untuk menguji dan menganalisis pendinginan pada kotak pendingin yang menggunakan termoelektrik dengan sumber energi surya. Penelitian dilakukan dengan metode eksperimental dimana kotak pendingin yang telah dirancang, diuji untuk mengetahui temperatur di dalam kotak dengan menggunakan termokopel. Parameter lainnya seperti kelembaban relatif, intensitas radiasi Matahari, dan temperatur embun diukur menggunakan alat pendeteksi suhu dan cuaca. Parameter

• – Parameter yang telah diperoleh kemudian diolah dan dihitung menggunakan persamaan matematika untuk diperoleh beban pendingin di dalam kotak pendingin. Penelitian ini difokuskan pada perhitungan efisiensi fotovoltaik, perhitungan nilai performansi dari termoelektrik, perhitungan kapasitas baterai (accu) dalam menyimpan energi, dan menganalisis beban pendingin. Hasil analisis menunjukkan bahwa rata
• – rata beban pendingin di dalam kotak pendingin dengan lima buah air mineral 240 ml adalah 126,94 Watt, efisiensi dari fotovoltaik adalah 15,57%, nilai performansi termoelektrik adalah 0,754 dan nilai performansi dari sistem kotak pendingin adalah 0,225.

  Kata kunci : Beban pendingin, kotak pendingin, termoelektrik, fotovoltaik.

  ABSTRACT Nowadays the use of cooling engine with refrigerant as its cooling source used by most people, but the use of these refrigerants such as CFCs and HFCs can cause thinning of the ozone layer in the atmosphere and also cause the greenhouse effect. Thermoelectric coolers can be used as a main source of alternative coolers that people needed. One example is the use of cooling box. The purpose of this study was to examine and analyze the cooling load in the cooling box that uses thermoelectric with energy came from photovoltaic. The study was done by using an experimental method in which the cooling box that has been designed, tested to determine the temperature inside the box by using a thermocouple. Other parameters such as Relative Humidity, Intensity of solar radiation, Dew-point Temperature were measured using HOBO data logger. Parameters that have been obtained then processed and calculated using mathematical equations to obtain the cooling load inside the cooling box. This study focused on the calculation of the efficiency of the photovoltaic, the calculation of the coefficient of performance of thermoelectric, the calculation of the capacity of battery to store energy, and analyze the cooling load. The analysis showed that the average cooling load in the cooling box with five 240 ml mineral water is 126,94 Watt, efficiency of photovoltaic is 15,57%, coefficient of performance of thermoelectric is 0,754 and the coefficient of performance of the system in cooling box is 0,225.

  Key words : Cooling load, cooling box, thermoelectric, photovoltaic.

  DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .................................................................................. i ABSTRAK ................................................................................................... iii ABSTRACT .................................................................................................. iv DAFTAR ISI .................................................................................................. v DAFTAR TABEL ....................................................................................... viii DAFTAR GAMBAR ................................................................................... ix DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................... xi DAFTAR NOTASI ...................................................................................... xii

  BAB I PENDAHULUAN ..................................................................... 1

  1.1 Latar Belakang Masalah .............................................................. 1

  1.2 Tujuan Penelitian ........................................................................ 2

  1.3 Manfaat Penelitian ...................................................................... 2

  1.4 Batasan Masalah dan Asumsi .................................................... 3

  1.4.1 Batasan Masalah ............................................................. 3

  1.4.2 Asumsi ............................................................................ 3

  2.3.1 Perpindahan Panas Konduksi ............................................ 17

  2.3.2 Perpindahan Panas Konveksi .............................................. 19

  2.3.2.1 Perpindahan Panas Konveksi Bebas ...................... 20

  2.3.2.2 Perpindahan Panas Konveksi Paksa ....................... 21

  2.3.3 Perpindahan Panas Radiasi ....................................... 22

  2.4 Psikometrik ................................................................................. 23

  2.5 Panas Sensibel dan Laten ............................................................ 27

  BAB III METODOLOGI PENELITIAN .............................................. 28

  3.1 Objek Pengujian .......................................................................... 28

  3.2 Parameter Pengujian ................................................................... 28

  3.3 Waktu dan Tempat ...................................................................... 28

  3.4 Bahan dan Peralatan yang Digunakan ........................................ 28

  3.4.1 Alat yang Digunakan ......................................................... 28

  3.4.2 Bahan yang Digunakan ...................................................... 33

  3.5 Model Objek Pengujian .............................................................. 34

  3.6 Skema Pengujian ......................................................................... 36

  3.7 Prosedur Pengujian ..................................................................... 37

  3.8 Diagram Alir Pengujian .............................................................. 40

  BAB IV

  4.7 Perhitungan Panas Sensibel dan Panas Laten ............................. 74

  4.8 Perhitungan Panas Total di Dalam Kotak Pendingin dan COP Sistem .......................................................................................... 75

  BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................... 77

  5.1 Kesimpulan ............................................................................... 77

  5.2 Saran ......................................................................................... 78

  DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 79 LAMPIRAN

  DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Tabel Koefisien Seebeck ....................................................... 13Tabel 2.2 Koefisien Konduktivitas Termal Material pada 27 °C .......... 19Tabel 2.3 Emisivitas Termal Material .................................................... 23Tabel 4.1 Data HOBO yang diperoleh selama Pengujian

  (6 Januari

• – 22 Januari 2015) ................................................. 41

Tabel 4.2 Data Temperatur yang diperoleh selama Pengujian

  (6 Januari

• – 22 Januari 2015) ..................................................46

Tabel 4.3 Data Temperatur Pada Kotak Pendingin (6 Januari 2015) .... 47Tabel 4.4 Data Temperatur Pada Kotak Pendingin (22 Januari 2015) .. 49Tabel 4.5 Data

• – Data Kotak Pendingin ................................................ 58

Tabel 4.6 Laju Perpindahan Panas Konduksi selama Pengujian ........... 61Tabel 4.7 Data untuk Properti Udara di Luar Kotak Pendingin diambil dari Lampiran 3 ......................................................... 62Tabel 4.8 Laju Perpindahan Panas Konveksi Bebas selama Pengujian . 64Tabel 4.9 Data untuk Properti Udara di Dalam Kotak Pendingin diambil dari Lampiran 3 ......................................................... 65

  DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Elemen Peltier (Thermo

• – Electric Cooler) ...................... 10

Gambar 2.2 Aliran Arus Listrik yang menimbulkan Suhu Dingin dan

  Panas .................................................................................. 11

Gambar 2.3 Cara Kerja Peltier .............................................................. 11Gambar 2.4 Ilustrasi Temperatur Bola Kering dan Bola Basah ............ 25Gambar 3.1 Kotak Pendingin ................................................................ 29Gambar 3.2 Panel Surya ........................................................................ 29Gambar 3.3 Pengatur Tegangan (Solar Charge Controller/SCC) ........ 30Gambar 3.4 Baterai (Accu) .................................................................... 30Gambar 3.5 Termokopel ....................................................................... 31Gambar 3.6 Pendeteksi Suhu dan Cuaca ............................................... 31Gambar 3.7 Laptop ................................................................................ 32Gambar 3.8 Flash Disk (USB Flash Driver) ......................................... 32Gambar 3.9 Gunting .............................................................................. 32Gambar 3.10 Tang ................................................................................... 33Gambar 3.11 Air Mineral 240 ml ............................................................ 33Gambar 4.3 Grafik DewPt (22 Januari 2015) ....................................... 43Gambar 4.4 Grafik Radiasi Matahari /Solar Radiation (22 Januari

  2015) .................................................................................. 43

Gambar 4.5 Grafik Temperatur Udara (14 Januari 2015) ..................... 44Gambar 4.6 Grafik Kelembaban Relatif Udara (14 Januari 2015) ....... 44Gambar 4.7 Grafik DewPt (14 Januari 2015) ....................................... 45Gambar 4.8 Grafik Radiasi Matahari /Solar Radiation (14 Januari

  2015) .................................................................................. 45

Gambar 4.9 Grafik Temperatur Pada Kotak Pendingin (6 Januari

  2015) .................................................................................. 48

Gambar 4.10 Kotak Pendingin dengan bantuan Es ................................. 50Gambar 4.11 Grafik Temperatur Pada Kotak Pendingin (22 Januari

  2015) .................................................................................. 50