Kolaborasi Kipas Angin Dengan Elemen Peltier Untuk Mendapatkan Udara Sejuk Menggunakan Mikrokontroller Atmega 8535
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pendingin merupakan suatu kebutuhan bagi manusia,sebagai pendingin
ruangan, penggunaan AC (AirConditioner) mulai meningkat secara signifikan. Ini
merupakan salah satu dampak yang dirasakan oleh negara Indonesia karena
memiliki iklim tropis. Sistem pendingin yang umum digunakan sekarang
meggunakan sistem kompresor dan gas freon yang mana penggunaan zat kimia
dapat merusak lapisan ozon di atmosfer bumi yang berdampak terhadap
pemanasan global. Semakin menipisnya lapisan ozon bumi menyebabkan semakin
meningkatnya suhu di bumi sehingga berakibat semakin meningkatnya kebutuhan
akan suatu sistem pendingin. Selain itu, AC (Air Conditioner) juga memerlukan
daya listrik yang tinggi. Ini menimbulkan pemborosan dari energi listrik itu
sendiri.
Kipas angin dipergunakan untuk menghasilkan angin. Fungsi yang umum
adalah untuk pendingin udara, penyegar udara, ventilasi (exhaust fan), pengering
(umumnya memakai komponen penghasil panas). Kipas angin juga ditemukan di
mesin penyedot debu dan berbagai ornamen untuk dekorasi ruangan.Kipas angin
secara umum dibedakan atas kipas angin tradisional antara lain kipas angin tangan
dan kipas angin listrik yang digerakkan menggunakan tenaga listrik.
Perkembangan kipas angin semakin bervariasi baik dari segi ukuran,
penempatan posisi, serta fungsi. Ukuran kipas angin mulai kipas angin mini
(Kipas angin listrik yang dipegang tangan menggunakan energi baterai), kipas
angin digunakan juga di dalam Unit CPU komputer seperti kipas angin untuk
mendinginkan processor, kartu grafis, power supply dan Cassing.
1
Universitas Sumatera Utara
Kipas angin tersebut berfungsi untuk menjaga suhu udara agar tidak
melewati batas suhu yang di tetapkan. Kipas angin juga dipasang pada alas atau
tatakan Laptop untuk menghantarkan udara dan membantu kipas laptop dalam
mendinginkan suhu laptop tersebut. Kipas angin dapat dikontrol kecepatan
hembusan dengan 3 cara yaitu menggunakan pemutar, tali penarik serta remote
control.Perputaran baling-baling kipas angin dibagi dua yaitu centrifugal (Angin
mengalir searah dengan poros kipas) dan Axial (Angin mengalir secara pararel
dengan poros kipas). Mengatasi masalah yang dibahas diatas, banyak peneliti
yang berlomba-lomba untuk mengurangi pemanasan global tersebut,salah satu
solusi yang dapat dilakukan adalah dengan membuat pendingin ruangan
menggunakan peltier cooler yang ramah lingkungan.
Azridjal Aziz mahasiswa teknik elektro Universitas Riau pada tahun 2008
juga membuat
Aplikasi Modul Pendingin Termoelektrik Sebagai Media
Pendingin Kotak Minuman. Dari penelitian yang dilakuakan diambil kesimpulan
bahwa pemakaian modul TEC (efek Peltier) yang masih terbatas penggunaannya
dapat diaplikasikan untuk pendinginan dengan beban pendingin kecil, sehingga
dikembangkan untuk pendingin makanan dan minuman / buah dengan ukuran
kotak pendingin yang kecil (mini refrigerator). Penggunaan modul TEC
memberikan hasil yang lebih baik jika diapplikasikan menggunakan 3 peltier
dengan blok aluminium, tanpa beban pendingin dengan capaian temperatur
terendah 14,3 0C dan temperatur 16,4 0C dengan beban air 1 L pada pendinginan
selama 150 menit. Makin banyak modul TEC yang diaplikasikan makin besar
beban kalor yang dapat diserap, dan capaian temperatur ruang menjadi lebih
rendah.
Sementara itu Mengacu pada penelitian terdahulu yaitu Skripsi Mangsur
FT UI, 2010 yang berjudul pengembangan cool box tipe cb-02 multi fungsi ramah
lingkungan berbasis termoelektrik untuk kendaraan roda dua. Pengembangan
termoelektrik yang diterapkan pada box motor. Pada penelitian ini dilakukan
modifikasi pada box motor yang sudah ada dipasaran dengan volume 30 Liter
menjadi suatu alat pendingin yang dinamakan cool box.
2
Universitas Sumatera Utara
Cool box ini memakai tegangan aki sepeda motor sebesar 12 VDC dengan
menggunakan elemen peltier ganda, fan dan heatsink yang penempatannya berada
di bawah box motor. Cool box tersebutmenggunakan termoelektrik berupa 4
elemen peltier ganda untuk sisi pendinginannya. Hal ini bertujuan meningkatkan
fungsi sistem pendingin pada box motor agar mencapai suhu kabin sebesar 4±20C
serta diperoleh kapasitas beban maksimal 5 liter dan ramah terhadap lingkungan
ketika digunakan.
Oleh karena itu, diperlukan alternatif/terobosan baru untuk membuat alat
pendingin ruangan yang lebih mudah dibuat serta tidak menggunakan zat kimia
sehingga ramah lingkungan dan mudah perawatannya yaitu menggunakan modul
Thermo Electric Cooler(TEC). Modul Thermo Electric Cooler (TEC) ini
mempunyai tegangan kerja 12 volt DC dengan arus yang dapat mencapai 6
Ampere. Modul Thermo ElectricCooler (TEC) ini mempunyai 2 sisi elemen, yaitu
sisi elemen panas dan sisi elemen dingin. Dalam tugas akhir ini akan dibuat alat
pendingin dengan memanfaatkan sisi dingin Thermo ElectricCooler (TEC). Untuk
memaksimalkan sisi dingin Thermo Electric Cooler (TEC) maka pada
sistempendingin ini dilakukan pendinginan menggunakan kipas(fan) sebagai alat
bantu pendinginan heat sinksisi panas. Pada penelitian ini bertujuan untuk
memperoleh suhu dingin yang optimal pada sistem pendingin.
Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, maka
perkembangan teknologi dibidangteknik pendingin menjadi semakin pesat. Sesuai
denganuraian di atas, penulis selaku penyusun mengangkat judul Tugas Akhir “
Kolaborasi Kipas Angin dengan Elemen Peltir Untuk Mendapatkan Udara
Sejuk Dengan Menggunakan Mikrokontroller Atmega 8535 “.
3
Universitas Sumatera Utara
1.2 Rumusan Masalah
Masalah yang diangkat dalam penelitian ini adalah bagaimana mengembangkan
aplikasi thermoelectric cooler sebagai pendingin ruangan yang ramah lingkungan.
1.3 Batasan Masalah
1. Menggunakan termoelektrik peltier super cooler TEC1-12730 sebagai
pendingin.
2. Menggunakan mikrokontroler Atmega 8535
sebagai monitoring suhu
termoelektrik peltier cooler,dan buzzer sebagai indikator suhu.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk menggunakan kolaborasi kipas
dengan termoelektrik super cooler sebagai pendingin ruangan yang lebih sejuk.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Membuat pendingin ruangan yang ramah lingkungan.
2. Membuat pendingin ruangan dengan ukuran kecil atau miniatur.
1.6 Metedologi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Adapun metodologi yang
digunakan dalam menyusun dan menganalisis hasil penelitian ini adalah :
1. Studi literature yang berhubugan dengan perancangan pembuatan dan
analisi alat ini.
2. Perancanagan dan pembuatan alat
Merencanakan peralatan yang dirancang baik hardware maupun software.
3. Pengujian Alat
Alat yang dibangun kemudian diuji apakah telah sesuai dengan apa yang
direncanakan.
4. Analisis hasil
4
Universitas Sumatera Utara
Data yang telah didapat dari pengujian alat kemudian dianalisis dengan
menggunakan software
1.7 Sistematika Penulisan
Bab I Pendahuluan
Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan
masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metedologi penelitian, dan
sistematika penulisan.
Bab II Dasar Teori
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung untuk pembahasan dan
prinsip dasar kerja alat. Teori pendukung itu antara lain tentang termoelektrik,
elemen peltier, efek-efek yang mempengaruhi dan kelebihan peltier.
Bab III Perancangan Sistem
Dalam bab ini dibahas tentang bagaimana bentuk diagram blok alat yang
dibuat beserta diagram alir perintah yang dikirim ke mikrokontroler.
Bab IV Pengujian Dan Hasil
Dalam bab ini dibahas data-data hasil analisa dan prinsip kerja alat beserta
penjelasan rangkaian.
Bab V Kesimpulan Dan Saran
Dalam bab ini berisi kesimpulan dari pembahasan analisa dan juga saran
untuk peneliti selanjutnya.
5
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Pendingin merupakan suatu kebutuhan bagi manusia,sebagai pendingin
ruangan, penggunaan AC (AirConditioner) mulai meningkat secara signifikan. Ini
merupakan salah satu dampak yang dirasakan oleh negara Indonesia karena
memiliki iklim tropis. Sistem pendingin yang umum digunakan sekarang
meggunakan sistem kompresor dan gas freon yang mana penggunaan zat kimia
dapat merusak lapisan ozon di atmosfer bumi yang berdampak terhadap
pemanasan global. Semakin menipisnya lapisan ozon bumi menyebabkan semakin
meningkatnya suhu di bumi sehingga berakibat semakin meningkatnya kebutuhan
akan suatu sistem pendingin. Selain itu, AC (Air Conditioner) juga memerlukan
daya listrik yang tinggi. Ini menimbulkan pemborosan dari energi listrik itu
sendiri.
Kipas angin dipergunakan untuk menghasilkan angin. Fungsi yang umum
adalah untuk pendingin udara, penyegar udara, ventilasi (exhaust fan), pengering
(umumnya memakai komponen penghasil panas). Kipas angin juga ditemukan di
mesin penyedot debu dan berbagai ornamen untuk dekorasi ruangan.Kipas angin
secara umum dibedakan atas kipas angin tradisional antara lain kipas angin tangan
dan kipas angin listrik yang digerakkan menggunakan tenaga listrik.
Perkembangan kipas angin semakin bervariasi baik dari segi ukuran,
penempatan posisi, serta fungsi. Ukuran kipas angin mulai kipas angin mini
(Kipas angin listrik yang dipegang tangan menggunakan energi baterai), kipas
angin digunakan juga di dalam Unit CPU komputer seperti kipas angin untuk
mendinginkan processor, kartu grafis, power supply dan Cassing.
1
Universitas Sumatera Utara
Kipas angin tersebut berfungsi untuk menjaga suhu udara agar tidak
melewati batas suhu yang di tetapkan. Kipas angin juga dipasang pada alas atau
tatakan Laptop untuk menghantarkan udara dan membantu kipas laptop dalam
mendinginkan suhu laptop tersebut. Kipas angin dapat dikontrol kecepatan
hembusan dengan 3 cara yaitu menggunakan pemutar, tali penarik serta remote
control.Perputaran baling-baling kipas angin dibagi dua yaitu centrifugal (Angin
mengalir searah dengan poros kipas) dan Axial (Angin mengalir secara pararel
dengan poros kipas). Mengatasi masalah yang dibahas diatas, banyak peneliti
yang berlomba-lomba untuk mengurangi pemanasan global tersebut,salah satu
solusi yang dapat dilakukan adalah dengan membuat pendingin ruangan
menggunakan peltier cooler yang ramah lingkungan.
Azridjal Aziz mahasiswa teknik elektro Universitas Riau pada tahun 2008
juga membuat
Aplikasi Modul Pendingin Termoelektrik Sebagai Media
Pendingin Kotak Minuman. Dari penelitian yang dilakuakan diambil kesimpulan
bahwa pemakaian modul TEC (efek Peltier) yang masih terbatas penggunaannya
dapat diaplikasikan untuk pendinginan dengan beban pendingin kecil, sehingga
dikembangkan untuk pendingin makanan dan minuman / buah dengan ukuran
kotak pendingin yang kecil (mini refrigerator). Penggunaan modul TEC
memberikan hasil yang lebih baik jika diapplikasikan menggunakan 3 peltier
dengan blok aluminium, tanpa beban pendingin dengan capaian temperatur
terendah 14,3 0C dan temperatur 16,4 0C dengan beban air 1 L pada pendinginan
selama 150 menit. Makin banyak modul TEC yang diaplikasikan makin besar
beban kalor yang dapat diserap, dan capaian temperatur ruang menjadi lebih
rendah.
Sementara itu Mengacu pada penelitian terdahulu yaitu Skripsi Mangsur
FT UI, 2010 yang berjudul pengembangan cool box tipe cb-02 multi fungsi ramah
lingkungan berbasis termoelektrik untuk kendaraan roda dua. Pengembangan
termoelektrik yang diterapkan pada box motor. Pada penelitian ini dilakukan
modifikasi pada box motor yang sudah ada dipasaran dengan volume 30 Liter
menjadi suatu alat pendingin yang dinamakan cool box.
2
Universitas Sumatera Utara
Cool box ini memakai tegangan aki sepeda motor sebesar 12 VDC dengan
menggunakan elemen peltier ganda, fan dan heatsink yang penempatannya berada
di bawah box motor. Cool box tersebutmenggunakan termoelektrik berupa 4
elemen peltier ganda untuk sisi pendinginannya. Hal ini bertujuan meningkatkan
fungsi sistem pendingin pada box motor agar mencapai suhu kabin sebesar 4±20C
serta diperoleh kapasitas beban maksimal 5 liter dan ramah terhadap lingkungan
ketika digunakan.
Oleh karena itu, diperlukan alternatif/terobosan baru untuk membuat alat
pendingin ruangan yang lebih mudah dibuat serta tidak menggunakan zat kimia
sehingga ramah lingkungan dan mudah perawatannya yaitu menggunakan modul
Thermo Electric Cooler(TEC). Modul Thermo Electric Cooler (TEC) ini
mempunyai tegangan kerja 12 volt DC dengan arus yang dapat mencapai 6
Ampere. Modul Thermo ElectricCooler (TEC) ini mempunyai 2 sisi elemen, yaitu
sisi elemen panas dan sisi elemen dingin. Dalam tugas akhir ini akan dibuat alat
pendingin dengan memanfaatkan sisi dingin Thermo ElectricCooler (TEC). Untuk
memaksimalkan sisi dingin Thermo Electric Cooler (TEC) maka pada
sistempendingin ini dilakukan pendinginan menggunakan kipas(fan) sebagai alat
bantu pendinginan heat sinksisi panas. Pada penelitian ini bertujuan untuk
memperoleh suhu dingin yang optimal pada sistem pendingin.
Seiring dengan berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, maka
perkembangan teknologi dibidangteknik pendingin menjadi semakin pesat. Sesuai
denganuraian di atas, penulis selaku penyusun mengangkat judul Tugas Akhir “
Kolaborasi Kipas Angin dengan Elemen Peltir Untuk Mendapatkan Udara
Sejuk Dengan Menggunakan Mikrokontroller Atmega 8535 “.
3
Universitas Sumatera Utara
1.2 Rumusan Masalah
Masalah yang diangkat dalam penelitian ini adalah bagaimana mengembangkan
aplikasi thermoelectric cooler sebagai pendingin ruangan yang ramah lingkungan.
1.3 Batasan Masalah
1. Menggunakan termoelektrik peltier super cooler TEC1-12730 sebagai
pendingin.
2. Menggunakan mikrokontroler Atmega 8535
sebagai monitoring suhu
termoelektrik peltier cooler,dan buzzer sebagai indikator suhu.
1.4 Tujuan Penelitian
Adapun tujuan penelitian ini adalah untuk menggunakan kolaborasi kipas
dengan termoelektrik super cooler sebagai pendingin ruangan yang lebih sejuk.
1.5 Manfaat Penelitian
1. Membuat pendingin ruangan yang ramah lingkungan.
2. Membuat pendingin ruangan dengan ukuran kecil atau miniatur.
1.6 Metedologi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Adapun metodologi yang
digunakan dalam menyusun dan menganalisis hasil penelitian ini adalah :
1. Studi literature yang berhubugan dengan perancangan pembuatan dan
analisi alat ini.
2. Perancanagan dan pembuatan alat
Merencanakan peralatan yang dirancang baik hardware maupun software.
3. Pengujian Alat
Alat yang dibangun kemudian diuji apakah telah sesuai dengan apa yang
direncanakan.
4. Analisis hasil
4
Universitas Sumatera Utara
Data yang telah didapat dari pengujian alat kemudian dianalisis dengan
menggunakan software
1.7 Sistematika Penulisan
Bab I Pendahuluan
Dalam bab ini berisikan mengenai latar belakang, rumusan masalah, batasan
masalah, tujuan penelitian, manfaat penelitian, metedologi penelitian, dan
sistematika penulisan.
Bab II Dasar Teori
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung untuk pembahasan dan
prinsip dasar kerja alat. Teori pendukung itu antara lain tentang termoelektrik,
elemen peltier, efek-efek yang mempengaruhi dan kelebihan peltier.
Bab III Perancangan Sistem
Dalam bab ini dibahas tentang bagaimana bentuk diagram blok alat yang
dibuat beserta diagram alir perintah yang dikirim ke mikrokontroler.
Bab IV Pengujian Dan Hasil
Dalam bab ini dibahas data-data hasil analisa dan prinsip kerja alat beserta
penjelasan rangkaian.
Bab V Kesimpulan Dan Saran
Dalam bab ini berisi kesimpulan dari pembahasan analisa dan juga saran
untuk peneliti selanjutnya.
5
Universitas Sumatera Utara