ALAT PENDINGIN AIR MENGGUNAKAN 4 PELTIER
ALAT PENDINGIN AIR MENGGUNAKAN 4 PELTIER TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan mencapai derajat sarjana S-1 Program Studi Teknik Mesin
Jurusan Teknik Mesin Diajukan oleh :
SAMUEL VICTOR ZACHARIAS NIM : 085214053 PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2013
WATER AIR CONDITIONER USING 4 PELTIERS FINAL PROJECT
As partial fulfillment of the requirement to obtain the Sarjana Teknik degree Mechanical Engineering Study Program
Mechanical Engineering Department by
SAMUEL VICTOR ZACHARIAS Student Number : 085214053 MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM MECHANICAL ENGINEERING DEPARTMENT FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
INTISARI
Sistem pendinginan digunakan untuk penyimpanan bahan makanan, minuman, obat, vaksin atau bahan lainnya agar tidak cepat rusak atau membusuk. Saat ini sebagian besar pendingin yang dipakai bekerja dengan sistem kompresi uap dan mempergunakan refrigeran sintetik. Refrigeran sintetik mempunyai dampak negatif pada lingkungan seperti merusak lapisan ozon dan menimbulkan pemanasan global. Banyak usaha dilakukan untuk mencari sistem pendingin alternatip yang lebih ramah lingkungan dan salah satunya adalah sistem pendingin termoelektrik. Sistem pendingin termoelektrik memerlukan sumber DC yang dapat diperoleh dari cas aki. Tujuan dari pembuatan alat pendingin air yaitu : (1) Membuat alat pendingin air dengan mempergunakan alat peltier. (2) Mengetahui karakteristik dari alat pendingin air menggunakan peltier dengan variasi volume air 400 ml, 300 ml, 200 ml. (3) Mengetahui suhu sisi panas peltier dengan variasi volume air 400 ml, 300 ml, 200 ml.
Pengujian alat pendingin air menggunakan 4 peltier dengan rangkaian pararel dilalukan dengan melakukan beberapa variasi antara lain : (1) variasi volume air 400 ml, 300 ml, 200 ml. Pengujian alat pendingin air dilakukan di Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
Dari percobaan alat pendingin yang telah dilakukan, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut : (1) Alat pendingin air dengan menggunakan modul termoelektrik (peltier) berhasil dibuat dan mampu mendinginkan air dengan baik. (2) Alat pendingin dengan menggunakan 4 buah modul peltier yang telah dibuat mampu mendinginkan air dengan volume air 400 ml, 300 ml, 200 ml, dalam waktu yang berbeda dengan pencapaian suhu air terendah sebesar 19,5 ºC.
Kata Kunci : Peltier, Pendingin air, TEC, thermoelectric.
KATA PENGANTAR
Puji syukur kepada Tuhan Yesus Kristus atas segala berkah dan anugerah- Nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan judul “ Alat Pendingin Air
Menggunakan 4 Peltier ” ini karena adanya bantuan dan kerjasama dari berbagai
pihak. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada :
1. P.H. Prima Rossa, S.Si, M.Sc selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
2. Ir. PK. Purwadi, M.T selaku Ketua Program studi Teknik Mesin, Dosen Pembimbing Tugas Akhir dan Dosen Pembimbing Akademik.
3. Seluruh staf pengajar Jurusan Teknik Mesin yang telah memberikan materi selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
4. Ag. Rony Windaryawan yang telah membantu memberikan ijin dalam penggunakan fasilitas yang diperlukan dalam penelitian ini.
5. Orang tua yang selalu memberikan dukungan baik dalam bentuk moril maupun materil, dan saudara - saudaraku yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah mendukung dan memberi semangat penulis dalam menyelesaikan Tugas Akhir.
DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ................................................................................... i
TITLE PAGE .............................................................................................. ii
HALAMAN PENGESAHAN ..................................................................... iii
DAFTAR DEWAN PENGUJI .................................................................... iv
PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ......................................... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ..................... vi
INTISARI .................................................................................................... vii
KATA PENGANTAR ................................................................................. viii
DAFTAR ISI ............................................................................................... x
DAFTAR GAMBAR ................................................................................... xii
DAFTAR TABEL ....................................................................................... xiv
DAFTAR LAMPIRAN ............................................................................... xv
BAB I PENDAHULUAN ...........................................................................1 1.1. Latar Belakang Penelitian ..................................................................
1
1.2. Tujuan3
1.3. Batasan Masalah3
1.4. Manfaat dari hasil penelitian4 BAB II DASAR TEORI .............................................................................
5 2.1. Sejarah Peltier ...................................................................................
5 2.2. Peltier – Thermoelectric cooler ..........................................................
5 2.3. Efek Thermoelektrik ..........................................................................
6 2.4. Efek Seeback .....................................................................................
7 2.5. Efek Peltier .......................................................................................
8 2.6. Elemen Peltier ...................................................................................
8
2.8.2. Perpindahan Panas Konveksi .................................................
43
57 5.2. Saran .................................................................................................
57 5.1. Kesimpulan .......................................................................................
51 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ......................................................
4.1.6. Hasil penelitian suhu sisi panas peltier untuk volume air 200 ml 50 4.2. Pembahasan .......................................................................................
4.1.5. Hasil penelitian suhu sisi panas peltier untuk volume air 300 ml 49
4.1.4. Hasil penelitian suhu sisi panas peltier untuk volume air 400 ml 47
46
4.1.3. Hasil penelitian suhu air didinginkan untuk volume air 200 ml
44
4.1.2. Hasil penelitian suhu air didinginkan untuk volume air 300 ml
43
4.1.1. Hasil penelitian suhu air didinginkan untuk volume air 400 ml
43 4.1. Hasil Penelitian .................................................................................
12 2.2. Tinjauan Pustaka ...............................................................................
42 BAB IV HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................
41 3.8. Cara Mengambil Kesimpulan ............................................................
40 3.7. Langkah Pengolahan Data .................................................................
40 3.6. Langkah Pengambilan Data ...............................................................
39 3.5. Variasi Penelitian ..............................................................................
38 3.4.2. Penjelasan Cara Kerja ............................................................
38 3.4.1. Gambar Skema ......................................................................
26 3.4. Uji Coba Alat Pendingin ....................................................................
17 3.3. Proses Pemasangan Komponen – komponen Alat Pendingin .............
16 3.2. Alat Dan Bahan ................................................................................
16 3.1. Diagram Alir Pelaksanaan .................................................................
14 BAB III METODE PEMBUATAN ALAT ...............................................
57
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Efek Seebeck dan Efek Peltier ................................................22 Gambar 3.10. Kran air .................................................................................
30 Gambar 3.21. Solder listrik ..........................................................................
30 Gambar 3.20. Thermal pasta ........................................................................
29 Gambar 3.19. Kabel NYAF 2,5mm 450/750 Volt ........................................
28 Gambar 3.18. Kapasitor 80V 10000µF .........................................................
27 Gambar 3.17. Dioda 50A .............................................................................
26 Gambar 3.16. Skema rangkaian alat pendingin yang selesai dirangkai ..........
25 Gambar 3.15. Skema pemasangan komponen-komponen alat pendingin ......
25 Gambar 3.14. Heatsink alumunium ..............................................................
24 Gambar 3.13. Papan PCB .............................................................................
24 Gambar 3.12. Saluran pembuangan air .........................................................
23 Gambar 3.11. Plat alumunium ......................................................................
22 Gambar 3.9. Penutup dan pembuka ............................................................
7 Gambar 2.2. Peltier (Termoelektrik) ...........................................................
21 Gambar 3.8. Bak penampung air bagian bawah ..........................................
20 Gambar 3.7. Saluran lubang air masuk .......................................................
20 Gambar 3.6. Bak penampung air ................................................................
19 Gambar 3.5. Penutup bak atas ....................................................................
19 Gambar 3.4. Baut pengunci ........................................................................
17 Gambar 3.3. Rangka peralatan pendingin air ..............................................
16 Gambar 3.2. Konstruksi Alat Pendingin. ....................................................
13 Gambar 3.1. Diagram Alir Langkah Pelaksanaan .......................................
11 Gambar 2.5. Perpindahan Panas Konveksi ..................................................
10 Gambar 2.4. Perpindahan Panas Konduksi .................................................
9 Gambar 2.3. Cara kerja Termoelektrik (TEC) .............................................
31
Gambar 3.25. Obeng plus (+) .......................................................................47 Gambar 4.4. Suhu sisi panas peltier dari t = 0 sampai t = 42 menit ............
55 Gambar 4.11. Nilai TH, TC dan (TH-TC) dari waktu ke waktu, volume air 200 ml ....................................................................................
54 Gambar 4.10. Nilai TH, TC dan (TH-TC) dari waktu ke waktu, volume air 300 ml. ..................................................................................
53 Gambar 4.9. Nilai TH, TC dan (TH-TC) dari waktu ke waktu, volume air 400 ml ..................................................................................
52 Gambar 4.8. Suhu sisi panas peltier untuk volume air : 400 ml, 300 ml, 200 ml ....................................................................................
51 Gambar 4.7. Suhu air yang didinginkan untuk semua volume percobaan ....
50 Gambar 4.6. Suhu sisi panas peltier dari t = 0 sampai t = 30 menit .............
48 Gambar 4.5. Suhu sisi panas peltier dari t = 0 sampai t = 38 menit .............
45 Gambar 4.3. Suhu air yang di dinginkan dari t = 0 sampai t = 30 menit untuk volume air : 200 ml ......................................................
34 Gambar 3.26. Cas aki ...................................................................................
44 Gambar 4.2. Suhu air yang di dinginkan dari t = 0 sampai t = 38 menit untuk volume air : 300 ml ......................................................
39 Gambar 4.1. Suhu air yang di dinginkan dari t = 0 sampai t = 42 menit Untuk volume air : 400 ml......................................................
38 Gambar 3.31. Skema rangkaian alat .............................................................
37 Gambar 3.30. Amperemeter .........................................................................
36 Gambar 3.29. Multimeter digital ..................................................................
35 Gambar 3.28. Termokopel ...........................................................................
35 Gambar 3.27. Transformator/Travo ..............................................................
56
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1. Suhu air yang didinginkan, untuk volume : 400 ml .................43 Tabel 4.2. Suhu air yang didinginkan, untuk volume : 300 ml .................
45 Tabel 4.3. Suhu air yang didinginkan, untuk volume : 200 ml ................
46 Tabel 4.4. Suhu sisi panas peltier untuk volume air : 400 ml ..................
47 Tabel 4.5. Suhu sisi panas peltier untuk volume air : 300 ml ...................
49 Tabel 4.6. Suhu sisi panas peltier untuk volume air : 200 ml ...................
50
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran 1. Peltier panas dingin yang ada di pasaran ................................60 Lampiran 2. Rangkaian pararel menggunakan papan pcb ..........................
62 Lampiran 3. Rangkaian pararel .................................................................
62 Lampiran 4. Peltier/keramik panas dingin .................................................
63 Lampiran 5. Peltier (TEC) .........................................................................
64 Lampiran 6. Peltier Cooler TEC12706 ......................................................
65 Lampiran 7. Thermoelectric Cooling Module ............................................
66 Lampiran 8. Semiconductor peltier thermoeletric module .........................
67 Lampiran 9. Peltier Cooler (Thermoelectric Cooler and Heater) ................
68
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang Penelitian
Di saat kemajuan teknologi yang begitu pesat,ilmuwan atau lembaga dalam bidang teknologi demi menghasilkan suatu alat yang dapat menjadikan kehidupan menjadi nyaman, praktis, dan ramah lingkungan, demi mempermudah segala sesuatu untuk kelangsungan hidupnya, Manusia tidak pernah berhenti mencoba bereksperimen untuk menciptakan suatu alat yang dapat dipakai untuk memberikan hasil yang maksimal namun mudah dalam pengaplikasiannya. Salah satu alat yang mudah dalam pembuatan dan pengoperasiannya di bidang teknik pendingin adalah modul thermoelektrik yang diberi nama Peltier. Penggunaan peltier juga lebih ramah lingkungan dibandingkan mesin siklus kompresi uap karena tidak mengandung refrigeran. Berdasarkan hal tersebut dilakukan kajian tentang penerapan efek peltier untuk alat pendingin minuman. Untuk peltier ini dibutuhkan listrik DC untuk mendapatkan efek panas dan dingin di kedua sisi elemen peltier. Sehingga dapat dimanfaatkan sesuai dengan keinginan. Dari definisi diatas maka salah satu sisi peltier dapat berfungsi untuk menurunkan temperatur ruangan yang hendak didinginkan (khusus ruangan yang sangat kecil). Dengan alat ini manusia menemukan solusi ketika menginginkan meminum air dingin dalam jumlah yang banyak tanpa menyita banyak waktu.
Meskipun tinggal di negara tropis (Indonesia), bukan berarti tidak membutuhkan alat pendingin makanan dan minuman. Lihat saja kini sudah banyak perumahan, Perusahaan, Perkantoran, Swalyan dan Mall yang memasang alat pendingin minuman karena memang sudah menjadi kebutuhan utama untuk minum-minuman dingin, apalagi di Negara indonesia banyak terdapat daerah tropis yang sangat panas seperti wilayah indonesia bagian Timur seperti NTT, Ambon, dan Papua yang suhunya sangat panas.
Ada beberapa jenis pendingin yang menggunakan modul thermoelektrik (peltier) antara lain pendingin prosesor komputer, pendingin makanan, pendingin obat-obatan, pendingin air minum pada dispenser (ringan, tidak seberat pendingin kompresi uap), pendingin minum kaleng pada mobil (car cool box). Selain praktis dalam pemasangan, Dengan adanya alat ini, diharapkan mampu membuka wacana kita tentang adanya Termoelektrik yang lebih ramah lingkungan bila dibandingkan dengan refrigerant (gas freon).
Oleh karena itu, diperlukan suatu rancangan model pendingin air menggunakan peltier yang nantinya dapat dihasilkan koefisien perpindahaan kalor yang baik. Dari keadaan tersebut, memperlihatkan pentingnya penelitian ini perlu dilakukan, mengingat pentingnya peltier di masa kini, maka peneliti sangat tertarik untuk meneliti lebih lanjut tentang penggunaan peltier untuk peralatan pendingin.
1.2. Tujuan
Tujuan dari Penelitian adalah : 1. Membuat alat pendingin air dengan mempergunakan peltier.
2. Mengetahui karakteristik dari alat pendingin yang telah di buat :
a) Mengetahui suhu terendah yang mampu dihasilkan alat pendingin peltier dan waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu terendah, dengan volume air : 400 ml
b) Mengetahui suhu terendah yang mampu dihasilkan alat pendingin peltier dan waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu terendah, dengan volume air : 300 ml
c) Mengetahui suhu terendah yang mampu dihasilkan alat pendingin peltier dan waktu yang diperlukan untuk mencapai suhu terendah, dengan volume air : 200 ml
3. Mengetahui suhu sisi panas peltier dengan variasi volume air 400 ml, 300 ml, 200 ml.
1.3 Batasan Masalah
Batasan – batasan dalam pembuatan alat pendingin adalah : 1. Peralatan pendingin mempergunakan peltier sebanyak 4 buah.
2. Susunan peltier pada peralatan pendingin menggunakan rangkaian pararel.
3. Sisi panas peltier dihubungkan dengan plat alumunium dan heatsink.
4. Sisi dingin peltier dihubungkan pada dasar bak dari alumunium yang berisi
1.4 Manfaat dari hasil Penelitian ini adalah
1. Dapat menambah kasanah ilmu pengetahuan terkait dengan penggunaan peltier untuk mesin pendingin.
2. Dapat di pergunakan sebagai referensi bagi para penelitian lain yang terkait dengan penggunaan peltier.
BAB II DASAR TEORI
2.1 Sejarah Peltier
Efek peltier pertama kali ditemukan oleh Jean Charles Athanase Peltier pada tahun 1834 dengan memberikan tegangan pada dua sambungan logam yang berbeda, yang ternyata menghasilkan perbedaan temperatur. Sedangkan thermoelektrik sebagai sebuah sistem pertama kali di teliti pada tahun 1950.
Termoelektrik ini digunakan pada sistim pengkondisian ruangan (AC) dan sistem pendingin.
2.2 Peltier- thermoelectric cooler
Peltier ini adalah modul Thermo-Electric (TEC), dibungkus oleh keramik tipis yang berisikan batang-batang Bismuth Telluride didalamnya. Ketika disuplai tegangan DC salah satu sisi akan menjadi panas, sementara sisi lainnya akan dingin (peltier effeck) atau sebaliknya jika sisi panas peltier ini diberi panas dan sisi dingin diberi pendingin (terjadi perbedaan suhu) maka akan menghasilkan arus listrik (seeback effeck). Kesimpulannya peltier ini bisa sebagai generator mini.
Untuk pendingin (TEC) sisi panas peltier ini harus diturunkan serendah mungkin, bisa gunakan heatsink dan fan (dan pasta thermal untuk memaksimalkan pendinginan). Jika sisi panas peltier 60 derajat maka sisi Jika digunakan untuk generator sisi panas peltier ini tidak boleh di tempelkan langsung ke sumber panas, sebaiknya digunakan media penghantar panas seperti pasta termal.
Penggunaan peltier bisa untuk kulkas mini, pendingin prosesor, pendingin aquarium, AC, ice box, air intake untuk mobil, pendingin untuk box panel listrik yang lainnya atau mungkin pembangkit listrik mini tenaga panas, sumber panas bisa diambil dari knalpot, blok mesin dll.
Catatan tentang peltier : Umur peltier umumnya sekitar 50 rb jam operasional dengan ketentuan volt max 12-15V, suhu pada sisi panas peltier 80 derajat (tipe TEC). Alat peltier ini juga bisa dirangkai menggunakan rangkaian paralel atau rangkaian seri. Jika dirangkai menggunakan rangkaian paralel maka voltase tetap dan ampere bertambah, jika dirangkai menggunakan rangkaian seri maka voltase bertambah dan ampere tetap.
2.3 Efek Thermoelektrik
Teori dasar dari efek thermokopel ditemukan dari sifat perpindahan listrik dan
panas dari logam yang berbeda. Dalam keadaan tertentu, ketika suhu berbeda
diberikan pada logam, terjadi vibrasi dan pergerakan atom electron yang diakibatkan
karena perbedaan potensial pada bahan. Perbedaan potensial ini dihubungkan dengan
fakta bahwa elektron lebih panas. Arus yang bervariasi untuk logam yang berbeda
pada suhu yang sama disebabkan perbedaan konduktivitas panasnya. Jika rangkaian
tertutup oleh hubungan konduktor, arus akan ditemukan yang mengalir pada loop
tertutup. Deskripsi yang tepat tentang efek ini adalah emf ada karena keberadaan arus
dihubungkan dengan temperatur T1 dan T2. kita tidak dapat membuat lup tertutup
dengan logam yang sama karena perbedaan potensial pada masing-masing kaki akan
menjadi sama, yang menyebabkan tidak adanya tegangan emf. Sebagai catatan adalah
emf dihasilkan sebanding dengan perbedaan suhu diantara dua titik.Gambar 2.1. Efek Seebeck dan Efek Peltier.2.4 Efek Seeback
Tiga belas tahun setelah penemuan Seeback, J. Peltier menemukan efek
termoelektrik yang kedua. Dia menemukan bahwa bagian dari arus listrik yang dilalui
oleh dua konduktor elektrik tersebut menghasilkan panas dan dingin bergantung pada
arah pegerakan elektronnya.Pada awalnya, terlihat tidak ada hubungan antara penemuan Seeback dan
Peltier. Namun, pada 1855, W. Thomson (yang kemudian menjadi Lord Kelvin)
menemukan keterkaitan antara dua penemuan tersebut. Dengan menerapkan teori
Thomson menemukan bahwa perlu adanya teori ketiga dari Termoelektrik
untuk menunjukkan keterkatian terdapat dalam sebuah konduktor yang homogen.
Efek ini dikenal sebagai efek Thomson, yaitu: terdiri dari pemanasan dan pendinginan
yang memiliki kemampuan keterbalikan ketika sedang berlangsung pemanasan dan
pendinginan dengan aliran arus elektron.2.5 Efek Peltier
Efek peltier pertama kali ditemukan oleh Jean Charles Athanase Peltier pada tahun 1834, menemukan suatu teori pembalik efek seebeck. Teori ini disebut Efek peltier. Jean Charles Athanase Peltier menemukan bahwa ketika suatu termokopel diberikan tegangan, maka akan terjadi perbedaan temperatur pada kedua sisinya. Teori ini sering juga dikenal sebagai Thermoelectric cooler (TEC).
2.6 Elemen peltier
Peltier adalah suatu komponen yang mengaplikasikan efek peltier. Peltier merupakan sebuah komponen yang tergolong komponen Thermoelektrik, dimana ketika terjadi perbedaan suhu diantara dua sisinya maka komponen ini mengubahnya menjadi besaran tegangan listrik, dan begitu pula sebaliknya, ketika suatu tegangan listrik diberikan kepada komponen ini, maka dapat mengubahnya menjadi suhu yang berbeda, seperti yang ada pada gambar 2.2.
Gambar 2.2 Peltier (Termoelektrik)2.7 Cara kerja Termoelektrik
Elektron akan mengalir melalui arus DC berpindah secara bebas ke konduktor tembaga termoelektrik. Elektron akan masuk dari tembaga ke sisi panas tipe p. Pada semikondutor tipe-p, elektron akan bergerak memenuhi lubang untuk dapat berpindah kembali ke tembaga. Ketika elektron memenuhi lubang, elektron harus menurunkan tingkat energi ke energi yang lebih rendah. Pada proses ini, elektron akan melepas panas. Elektron akan berpindah dari tipe-p kembali ke konduktor tembaga. Elektron kembali ditubruk ke tingkat energi yang lebih tinggi. Pada proses ini, elektron kembali menyerap panas. Elektron akan berpindah secara bebas melalui tembaga hingga mencapai semi konduktro tipe-n. Elektron yang hendak masuk ke dalam tipe n harus menaikkan tingkat energi secara bebas melalui tembaga. Pada fasa ini, energi akan diturunkan ke tingkat energi yang lebih rendah. Panas dilepas dalam proses ini. Bagian elektron yang menyerap panas dan melepas panas akan disatukan dalam satu aliran. Hal ini membuat satu sisi akan panas akibat pelepasan energi terus-menerus. Sedangkan, satu sisi akan dingin akibat penyerapan panas terus menerus. Rangkaian tersebut akan tampak seperti gambar 2.3.
Gambar 2.3 Cara kerja Termoelektrik (TEC)2.8 Perpindahan Panas
Perpindahan panas atau heat transfer adalah ilmu yang mempelajari Energi yang berpindah tersebut dinamakan kalor atau panas (heat). Panas akan berpindah dari medium yang bertemperatur lebih tinggi ke medium dengan temperatur yang lebih rendah. Perpindahan ini berlangsung terus sampai terjadi kesetimbangan temperatur di antara kedua medium tersebut. Perpindahan panas dapat terjadi melalui beberapa mekanisme yaitu : perpindahan secara konduksi, konveksi dan radiasi.
2.8.1. Perpindahan Panas Konduksi
Perpindahan panas konduksi adalah perpindahan panas jika panas mengalir dari tempat yang suhunya tinggi ke tempat yang suhunya rendah, dengan media pengantar panas tetap. Perpindahan panas konduksi dapat berlangsung pada benda padat,cair dan gas. Contoh perpindahan panas konduksi adalah besi atau logam yang dipanaskan pada salah satu ujungnya maka ujung lainnya akan terasa panas, seperti pada Gambar 2.4.
Persamaan laju umum untuk perpindahan panas dengan cara konduksi dikenal dengan hukum fourier yang dirumuskan sebagai berikut: Pada persamaan (2.1) q = laju perpindahan panas (W)
= gradien suhu perpindahan panas (ºC/m) k = konduktifitas thermal bahan (W/m.ºC) A = luas (m²)
T = suhu dinding di sebelah kiri (ºC)
1 T = suhu dinding di sebelah kanan (ºC)
2 Nilai minus (-) dalam persamaan diatas menunjukan bahwa panas selalu berpindah ke temperatur yang lebih rendah.
2.8.2. Perpindahan Panas Konveksi
Perpindahan panas konveksi adalah perpindahan panas yang terjadi antara permukaan padat dengan fluida yang mengalir disekitarnya, dengan menggunakan penghantar berupa fluida (cairan atau gas). Contoh perpindahan panas konveksi adalah air yang dipanaskan dipanci, air di bagian bawah naik karena massa jenisnya berkurang dan digantikan oleh air yang lebih dingin di atasnya.
Gambar 2.5. Perpindahan Panas KonveksiPersamaan perpindahan panas konveksi dikenal sebagai hukum Newton untuk pendinginan, yang dirumuskan sebagai berikut: q = h.A(T − T ) .....................................................................................(2.2)
s ∞
Pada persamaan (2.2) : q = laju perpindahan panas (W) h = koefisien perpindahan panas konveksi W/(m².K)
A = luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida (m²) T = temperatur permukaan (K)
s
T = temperatur fluida yang mengalir dekat permukaan (K)
∞
Macam-macam konveksi yaitu:
1. Konveksi bebas/konveksi alamiah (free convection/natural convection) Perpindahan panas dimana aliran fluida yang terjadi disebabkan karena adanya perbedaan massa jenis, tanpa adanya alat bantu penggerak aliran fluida.
2. Konveksi paksa (forced convection) Perpindahan panas dimana aliran fluida yang terjadi disebabkan karena adanya alat bantu penggerak aliran fluida.
Contoh: plat panas dihembus udara dengan kipas atau blower.
2.2 Tinjauan Pustaka
Kapa Cossa Jonahtan (2011), melakukan penelitian terhadap peralatan Cryosurgery. Pengujian terhadap peralatan Cryosurgery dilakukan dengan menggunakan satu dan dua termoelektrik. Dalam hal ini peralatan termoelektrik yang digunakan adalah peltier. Peralatan Cryosurgery diberi beban plat tembaga. Suhu rendah minimum yang dapat dicapai sebesar -50,86 ºC, jika mempergunakan peltier dengan daya 57,36 watt. Sedangkan pada penggunaan dua peltier suhu rendah minimum yang dapat dicapai sebesar -56,46 ºC (untuk daya sebesar 44,3 watt) dan -54,68 ºC (untuk daya sebesar 37,2 watt).
Lia Muliani, Gandi Sugandi dan Elli Herlia, (2003), melakukan penelitian terkait dengan peltier yang dipergunakan pada peralatan pendingin mini menggunakan tenaga surya. Penelitian yang dilakukan menggunakan satu peltier untuk mendinginkan vaksin sebesar 50 cc. Diperoleh suhu terendah sampai 5 ºC dengan waktu yang diperlukan sekitar 10 menit. Jika digunakan 4 buah peltier maka waktu yang digunakan 2,5 menit. Selanjutnya untuk mempertahankan suhu (fluktuatif ± 2 ºC ) maka waktu yang dibutuhkan lebih kecil lagi. Penelitian dilakukan dalam dua tahap. Tahap pertama dilakukan dengan cara melakukan pengukuran suhu udara dalam kabin tanpa alat pendingin berbasis termoelektrik. Tahap kedua dilakukan dengan cara melakukan pengukuran suhu udara dalam kabin dengan mempergunakan alat pendingin berbasis termoelektrik.
Hasil penelitian memperlihatkan : (1) bila tanpa alat pendingin suhu udara dalam kabin mobil dapat mencapai suhu 52,4 ºC. (2) bila menggunakan alat pendingin, suhu udara dalam kabin sebesar 48,0 ºC.
BAB III METODE PEMBUATAN ALAT
3.1. Diagram Alir Pelaksanaan
Langkah kerja yang dilakukan dalam pelaksanaan tugas akhir ini disajikan dalam Gambar 3.1. : Mulai
Perancangan Alat Pendingin Persiapan Komponen-komponen Alat Pendingin
Alat baik Pengolahan Data
Proses pemasangan Komponen-komponen Alat Pendingin Pendingin
Uji coba Alat Pendingin
Selesai Tidak baik
Pengambilan Data
3.2. Alat Dan Bahan Alat pendingin air beserta komponen-komponennya tersaji pada Gambar 3.2.
1
7
2
3
8
4
9
5
10
6
11 Gambar 3.2. Konstruksi Alat Pendingin.
Keterangan Gambar :
1. Rangka alat pendingin air
2. Baut pengancing penutup bagian atas
5. Saluran lubang air masuk
6. Bak penampung air bagian bawah
7. Penutup dan pembuka untuk mengisi air
8. Kran
9. Penutup bak penampung bagian atas
10. Saluran pembuangan air
11. Papan Pcb
12. Heatsink Alat pendingin air pada konstruksi seperti pada Gambar 3.2. memiliki beberapa bagian penting, yaitu :
1. Rangka alat pendingin air Rangka alat pendingin air berfungsi sebagai kaki-kaki pendukung peralatan pendingin air. Gambar 3.3 menyajikan gambar dari rangka peralatan pendingin air.
Gambar 3.3. Rangka peralatan pendingin air.2. Baut pengancing Baut pengancing berfungsi untuk mengunci penutup bagian atas agar tetap rapat. Gambar 3.4. menyajikan gambar baut pengunci
3. Penutup bak Penutup bak atas berfungsi untuk menutup bak agar udara luar tidak dapat masuk pada saat proses pendinginan air. Gambar 3.5. menyajikan gambar penutup bak Gambar 3.5. Penutup bak atas.
4. Bak penampung air Bak penampung air berfungsi sebagai wadah/tempat dari penampung air yang akan didinginkan pada saat proses pendinginan. Gambar 3.6. menyajikan gambar dari bak penampung air.
5. Saluran lubang air masuk Saluran lubang air masuk berfungsi untuk mengalirkan air kedalam bak.
Gambar 3.7. menyajikan gambar dari bak penampung air.Gambar 3.7. Saluran lubang air masuk.6. Bak penampung air bagian bawah Bak penampung air bagian bawah berfungsi sebagai wadah/tempat air yang dipergunakan untuk mendinginkan heatsink yang terjadi akibat perpindahan panas agar tetap dingin pada saat uji coba alat. Gambar 3.8. memperlihatkan gambar bak penampung air bagian bawah.
Gambar 3.8. Bak penampung air bagian bawah.7. Penutup dan pembuka Penutup dan pembuka berfungsi untuk mengisi air untuk proses uji coba alat. Gambar 3.9. memperlihatkan gambar penutup dan pembuka.
Gambar 3.9. Penutup dan pembuka.8. Kran air Kran air kegunaannya sebagai pembuka saluran air dalam bak pendingin.
Gambar 3.10. memperlihatkan gambar kran air.Gambar 3.10. Kran air.9. Plat alumunium Plat alumunium berfungsi sebagai penutup bak penampung bagian atas dan dudukan peltier dan penahan heatsink. Gambar 3.11. memperlihatkan gambar plat alumunium.
Gambar 3.11. Plat alumunium.10. Saluran pembuangan air Saluran pembuangan air berfungsi sebagai pelepas kalor pada heatsink yang sudah didinginkan oleh air. Gambar 3.12. memperlihatkan gambar saluran pembuangan air.
11. Papan PCB Papan PCB adalah singkatan dari Printed Circuit Board dengan adanya PCB maka komponen-komponen elektronika itu menjadi terlihat rapi tidak semrawut dan mudah untuk melacak kesalahan atau kerusakan bila peralatan tersebut suatu saat nanti mengalami gangguan. Gambar 3.13. memperlihatkan gambar papan pcb.
Gambar 3.13. Papan PCB.12. Heatsink Alumunium Heatsink Alumunium berfungsi membantu proses pendinginan sebuah processor.Secara teknik, semakin luas permukaan perpindahan panas sebuah benda maka akan semakin cepat proses pendinginan benda tersebut.Gambar 3.14. menyajikan gambar heatsink alumunium.
3.3. Proses Pemasangan Komponen-komponen Alat Pendingin.
Komponen-komponen alat pendingin seperti elemen peltier, papan pcb dan kabel di solder dipapan pcb menggunakan alat solder dan timah. Komponen- komponen alat pendingin seperti bak penampung bawah dipasang pada rangka alat pendingin serta heatsink yang dipasang melekat bersama dengan plat alumunium sebagai pengantar kalor panas yang akan didinginkan oleh air yang mengalir. Komponen-komponen elemen peltier, papan pcb dipasang diatas plat alumunium dan bak atas penampung air dipasang diatas elemen peltier. Bak penampung atas diikat menggunakan baut agar tetap rapat, Gambar 3.15.
Memperlihatkan proses pemasangan komponen-komponen alat pendingin.
Penutup dan pembuka Bak penampung air
Kran air Elemen peltier
Plat alumunium Papan pcb
Lubang pengikat heatsink Heatsink
Bak penampung air bagian bawah Rangkaian alat pendingin yang sudah selesai dirangkai, tersaji pada Gambar 3.16.
Penutup dan pembuka Bak penampung air yang di dinginkan
Elemen peltier Saluran air keluar
Saluran air masuk Bak penampung untuk wadah mendinginkan heatsink
Gambar 3.16. Skema rangkaian alat pendingin yang selesai dirangkai.Dalam pembuatan alat pendingin digunakan beberapa peralatan penunjang, diantaranya :
1. Dioda Dioda berfungsi sebagai penyearah sinyal tegangan AC menjadi sinyal DC. Gambar 3.17. memperlihatkan gambar dioda.
Gambar 3.17. Dioda 50A.2. Kapasitor Fungsi kapasitor adalah untuk menyimpan arus/tegangan listrik. Untuk arus DC kapasitor berfungsi sebagai isulator/penahan arus listrik, sedangkan untuk arus AC berfungsi sebagai konduktor/melewatkan arus listrik. Dalam penerapannya kapasitor digunakan sebagai filter/penyaring,perata tegangan DC pada pengubah AC to DC,pembangkit gelombang ac atau oscillator. Gambar 3.18. memperlihatkan gambar kapasitor.
Gambar 3.18. Kapasitor 80V 10000µF.3. Kabel Kabel adalah conductor /penghantar yang telah diisolasi yaitu dilindungi
dari gangguan mekanis dan pengkaratan, disekat agar kedap air mempergunakan material standard sehingga mempunyai kemampuan dilalui arus. Gambar 3.19. memperlihatkan gambar kabel.
Gambar 3.19. Kabel NYAF 2,5mm 450/750 Volt.4. Thermal pasta Thermal pasta sangat penting dalam membantu proses perambatan panas sehingga kinerja heatsink menjadi lebih maksimal. Gambar 3.20. memperlihatkan thermal pasta yang berada di dalam tempatnya.
5. Solder listrik Solder listrik adalah alat yang berfungsi melelehkan timah, dipakai pada pemasangan kaki komponen elektronika pada jalur papan cetak (PCB).
Gambar 3.21. menyajikan gambar solder listrik.Gambar 3.21. Solder listrik.6. Timah solder Timah Solder adalah kawat dari bahan timah yang dibuat khusus dan digunakan untuk menyambung kaki komponen elektronika dengan jalur papan cetak PCB. Timah ini dilelehkan dengan solder. Gambar 3.22. memperlihatkan sebuah timah solder.
Gambar 3.22. Timah solder.7. Pemotong Pipa (Tubing cutter) Pemotong Pipa (Tubing cutter) fungsinya untuk memotong pipa-pipa pada mesin pendingin agar potongan yang dihasilkan bisa rata. Untuk memotong pipa dengan tubing cutter yaitu pipa dimasukan antara roller dan cutting wheel lalu tangkai dari tubing cutter diputar 360°. Gambar 3.23. memperlihatkan sebuah pemotong pipa.
Gambar 3.23. Pemotong pipa (Tubing cutter).8. Tang Tang adalah alat yang digunakan untuk mencengkeram, memotong kawat atau kabel. Dalam pembuatan alat pendingin ini tang digunakan untuk memotong kabel. Gambar 3.24. memperlihatkan sebuah tang.
9. Obeng plus (+), Obeng plus berfungsi sebagai alat untuk membuka dan memasang baut kepala plus (bunga). Gambar 3.25. memperlihatkan sebuah obeng.
Gambar 3.25 Obeng plus (+).10. Cas aki Fungsi cas aki sebagai pengisian kembali/pengecasan/recharge aki secara optimal adalah hal yang paling penting untuk merawat dan mendukung umur aki/accu. Gambar 3.26. memperlihatkan sebuah cas aki.
Gambar 3.26. Cas aki.11. Transformator/Travo Yang dimaksud dengan trafo ini adalah alat yang berbentuk gulungan kawat yang berfungsi untuk memindahkan tenaga dari input ke output.
Gambar 3.27. memperlihatkan sebuah transformator/travo. Dalam pengambilan data digunakan beberapa peralatan penunjang, di antaranya :1. Termokopel Termokopel adalah alat yang digunakan untuk mengukur perubahan suhu besaran entalpi refrigeran sebagai data yang dibutuhkan. Jenis termokopel yang digunakan adalah Tipe K (Chromel (Ni-Cr alloy) / Alumel (Ni-Al alloy)). Prinsip kerjanya ujung kabel ditempelkan pada bagian yang akan diukur kemudian menghidupkan termokopel tekan T1 atau T2 sensor akan secara otomatis bekerja dan hasilnya ditampilkan pada layar digital.
Gambar 3.28. memperlihatkan sebuah termokopel.2. Multimeter digital
Fungsi multimeter dapat digunakan untuk berbagai tujuan atau aktivitas dalam merangkai atau membuat perlengkapan elektronik, diantaranya untuk mengukur resistansi, mengukur tegangan DC, mengukur daya, mengukur tegangan AC, Mengukur Arus (Searah), menguji kondensator, menguji hubungan pada sirkuit, menguji diode, menguji Transistor, mengukur daya dan lain-lain. Gambar 3.29. memperlihatkan sebuah multimeter digital.
Gambar 3.29 Multimeter digital.3. Ampere meter Amperemeter adalah alat yang digunakan untuk mengukur kuat arus listrik. Umumnya alat ini dipakai oleh teknisi elektronik. Alat multi tester
Lorentz dan gaya magnetis. Arus yang mengalir pada kumparan yang selimuti medan magnet akan menimbulkan gaya lorentz yang dapat menggerakkan jarum amperemeter. Semakin besar arus yang mengalir maka semakin besar pula simpangannya. Gambar 3.30. memperlihatkan sebuah amperemeter.
Gambar 3.30 Amperemeter.3.4. Uji Coba Alat Pendingin
3.4.1. Gambar Skema Rangkaian alat penguji, tersusun seperti di perlihatkan pada Gambar 3.31.
Bak penampung air Termometer
Termometer Cas aki
Travo Ampere meter
Multimeter digital Arus
Dioda listrik pln Bak penampung
Kapasitor air
Gambar 3.31. Skema rangkaian alat.3.4.2. Penjelasan Cara Kerja
Arus listrik dari Pln adalah arus tegangan AC, disalurkan ke travo dan cas aki. Cas aki adalah tegangan DC, arus tegangan AC diubah menjadi arus tegangan DC menggunakan cas aki. Arus tegangan DC dari cas aki disalurkan kedioda, capasitor. Arus tegangan DC dari dioda dan capasitor disalurkan ke elemen peltier sehingga elemen peltier berkerja dengan arus tegangan DC. Arus tegangan DC diberikan ke elemen peltier, sehingga elemen peltier mengalami dua suhu yang berbeda. Sisi atas elemen peltier menjadi dingin dan sisi bawah elemen peltier menjadi panas. Sisi dingin atas elemen peltier untuk mendinginkan air, sedangkan didinginkan oleh air yang mengalir sebagai media untuk mendinginkan panas dari elemen peltier. Sisi panas yang didinginkan oleh air akan mempercepat proses pendingin air pada elemen peltier. Maka sisi dingin atas elemen peltier dapat mempercepat proses air menjadi dingin, semakin dingin sisi panas elemen peltier maka dapat mempercepat proses pendinginan air oleh elemen peltier. Untuk mengetahui suhu air yang didinginkan elemen peltier dan panas yang dihasilkan elemen peltier digunakan termometer digital sebagai alat pengukur suhu. Proses pengambilan data mempergunakan alat multimeter digital digunakan untuk mengatur tegangan agar stabil 12 volt. Amperemeter digunakan untuk mengetahui berapa Tegangan Amper yang dihasilkan elemen peltier dalam proses pengambilan data.
3.5. Variasi Penelitian Penelitian dilakukan dengan memvariasikan volume air yang di dinginkan.
a) Penelitian I : Mempergunakan volume air : 400 ml.
b) Penelitian II : Mempergunakan volume air : 300 ml.
c) Penelitian III : Mempergunakan volume air : 200 ml.
3.6. Langkah Pengambilan Data
Pengambilan data beserta suhu air yang didinginkan elemen peltier dan suhu panas pada elemen peltier menggunakan termokopel digital, multimeter, pada tempatnya, agar saat proses pengambilan data tidak ada kendala pada alat ukur. Selanjutnya untuk pengambilan data memerlukan proses sebagai berikut :
1. Memasang rangkaian kabel pada travo, cas aki, dioda, capasitor, multimeter, ampere meter dan elemen peltier.
2. Memasang ujung kabel termokopel pada dinding ruang pendingin.
3. Mengisolasi tempat ruang pendingin air agar tidak terjadi kontak langsung dengan udara luar.
4. Mengisi air pada bak penampung yang akan didinginkan oleh elemen peltier.
5. Melakukan pengecek kembali semua alat yang sudah di pasang pada alat pendingin.
6. Alat pendingin siap untuk di uji coba.
7. Pengambilan data dilakukan setiap dua menit, perubahan suhu air yang
didinginkan elemen peltier dan suhu panas pada elemen peltier dicatat sebagai hasil data penelitian.