Optimasi Rangkaian “DC To DC Switching Converter” Pada Thermoelektrik Generator untuk Keperluan Penerangan Chapter III V
25
BAB III PERANCANGAN ALAT
3.1 Diagram Blok
Alat ini dibuat untuk mengaplikasikan thermoelektrik generator TEG1241-1.4-1.2 terhadap energi panas yang dihasilkan oleh kompor masak.Fungsi
kerja yang dimaksudkan ialah untuk menghasilkan energi listrik dari perbedaan
suhu yang terjadi pada kedua sisi dari Elemen Thermoelektrik generator, dan
berdasarkan Efek Seebeck. Proses kerja dari alat yang dibuat dapat dilihat pada
gambar 3.1 diagram blok berikut:
Panas Pada
Kompor Masak
Thermoelektrik
Generator
Aluminium
(Penyerap Panas)
Joule Thief + Step-Up DC to DC
Heatsink
(Pembuang Panas)
Beban
Termokopel
Sensor Arus dan
Sensor Tegangan
Termokopel
Mikrokontroler
PC
Gambar 3.1 Diagram Blok
Adapun sistem kerja diagram blok diatas adalah saat kompor Gas LPG
dinyalakan maka akan menghasilkan panas pada tungku,namun effesiensi kompor
tidak mencapai 100% sebagian panas yang dihasilkan terbuang kelingkungan,
panas buang yang dihasilkan dari kompor yang dimanfaaatkan menjadi sumber
Universitas Sumatera Utara
26
energi panas yang akan diterima oleh termoelektrik generator, akibatnya
perbedaan suhu terjadi didalam termoelektrik generator sehingga TEG1-241-1.41.2, akan menghasilkan energi listrik sesuai dengan prinsip kerjanya, energi listrik
yang dihasilkan akan dioptimalkan dengan menggunakan rangkaian joule thief
dan rangkaian dc to dc converter step-up sehingga bisa menghasilkan energi yang
mampu digunakan sebagai sumber penerangan.Energi listrik yang dihasilkan
dihubungkan pada beban berupa LED yang dijadikan sebagi sumber penerangan.
Sensor tegangan, sesor arus digunakan untuk mengukur tegangan dan arus yang
akan dihasilkan, sedangkan termokopel digunakan untuk mengukur temperature
pada kedua sisi elemen TEG yang sudah diantara aluminium dan Heatsink, yang
kemudian akan dikirim pada mikrokontroler yang selanjutnya mikrokontroler
akan mengubah ke data digital dan ditampilkan pada PC.
3.2 PerancanganRangkaian
3.2.1 Thermoelektrik Generator
Thermoelektrik generator yang digunakan adalah TEG1-241-1.4-1.2,
themoelektrik generator inilah yang akan mengkonversi energi panas buang pada
kompor masak menjadi energi listrik. Thermoelektrik generator yang digunakan
adalah TEG1-241-1.4-1.2 dimana memiliki koefisien seebeck 0.063 V/0c, Ri = 4.5
ohm; Rload = 7 ohm. Apabila tegangan yang dihasilkan oleh TEG adalah 3 volt
maka perbedaa temperature yang diperlukan serta besarnya arus yang dihasilkan
adalah sebagai berikut:
•
•
Perbedaan temperatur (∆T )
V
= α . ∆T
∆T
=
∆T
= 47,6oC
3 ����
0.063 �/� �
Arus (Ampere)
V
I
=
I
=
I
= 0.260 A
�� +��
3 ����
4.5 �ℎ� + 7 �ℎ�
Universitas Sumatera Utara
27
•
Daya (P)
P
= V.I
= 3 volt x 0.260 A
= 0.78 watt
3.2.2XL6009
XL6009berfungsi sebagai regulasi tegangan input sehingga keluaran
tegangan yang dihasilkan lebih tinggi.DC toDC converter yangmampu
menghasilkantegangan outputbaik positif atau negatif.ouput keluaran XL6009 ini
akan dihubungkan pada LED 5 watt. LED yang digunakan beroperasi pada
tegangan 15-17 volt dengan arus maksimal 350 mA. Apabila TEG menghasilkan
daya sebesar 0.78 watt dan tegangan yang terukur pada rangkaian adalah 7 volt,
maka
•
besarnya
konversi
tegangan
yang
dihasilkan
xl6009
adalah:
Tegangan xl6009 (Volt)
Vxl6009 = VLED + VRANGKAIAN
= 15 v + 7 v
= 22 Volt
•
Arus (Ampere)
PTEG
= PXL6009
I1. V1 = I2. V2
IXL6009 =
0.78 watt
22 ����
= 0.035 Ampere
3.2.3 Perancangan aluminium
Aluminium ini dirancang untuk menyerap panas buang pada kompor gas
LPG, dimensi aluminium ini harus didesain dengan sebaik mungkin, dengan
mempertimbangkan besarnya kalor yang diserap dan dibuang serta dudukan
aluminium sehingga terjadi keseimbangan terhadap kompor gas LPG yang
dipergunakan.untuk mengetahui dimensi penyerap panas aluminium dapat dilihat
pada gambar 3.2 berikut:
Universitas Sumatera Utara
28
Aluminium
(Penyerap Panas)
TEG1-241-1.4-1.2
Gambar 3.2 bentuk dimensi aluminium penyerap panas
Aluminium yang digunkan penyerap panas memilikinilai konduktivitas
thermal sebesar 900 j/kg.oc ,jika perbedaan temperatur 700c dan massa aluminium
1,059 kg. maka jumlah kalor yang diberikan adalah:
kalor pada aluminium:
QAl = m x c x ΔT
QAl = 1.059 kg x 900 j/kg.oc x 700c
QAl =66717 Joule
3.2.4 Perancangan Heatsink
Dalam sistem ini thermoelektrik generator yang digunakan adalah TEG1241-1.4-1.2-1.4.thermoelektrik generator akan ditempatkan diantara aluminium
yang berfungsi sebagai penyerap panas dan heatsinksebagai pembuang panas dari
thermoelektrik generator sehingga dapat meperbesar perbedaan temperatur pada
kedua sisi elemen TEG. bentuk heatsink terhadap TEG dapat dilihat pada gambar
dibawah ini:
Heatsink
(Pembuang Panas)
TEG1-241-1.4-1.2
Gambar 3.3 TEG dan heatsink
Universitas Sumatera Utara
29
Heatsink diatas digunakan untuk menyalurkan panas kelingkungan sehingga tetap
terjadi perbedaan temperature pada TEG, hal ini menyebabkan adanya perbedaan
temperatur pada kedua sisi TEG sehingga daya listrik bisa tetap dihasilkan. Bahan
heatsink yang digunakan adalah aluminium dengan nilai konduktivitas thermal
sebesar 900 j/kg.oc, dan perbedaan temperatur yang diberikan adalah 700C, massa
aluminium yang digunakan 0.556 kg. maka laju perpindahan kalor pada heatsink
dapat diketahui dengan rumus berikut:
H=
H=
m x c x ΔT
�
0.556 kg x 900 J/kg o c x 70 o c
H = 41,7 J/s
840 �
3.2.5 Rangkaian Sensor Arus (ACS 712)
Untuk mengukur arus keluaran pada alat ini, digunakan IC ACS712-30A.
IC tersebut merupakan sensor arus dengan kapasitas maksimum 30 Ampere. IC
ACS712-30A memiliki rate tegangan output yang linier terhadap arus input. Pada
0Ampere, tegangan output terukur pada setengah dari tegangan supply. Dari
tegangan supply 5v terukur tegangan output ACS sebesar 2,5v DC pada input
0A. Untuk arus AC, tegangan output ACS memiliki output sinyal sinus dengan
DC refference sebesar ½ Vcc.
Sensor arus yang digunakan pada rangkaian ini adalah sensor arus
ACS712, yang dapat dideteksi besarnya nilai arus dari -5 A sampai 5 A. Sensor
arus ACS712 dapat digunakan pada pengukuran arus AC atau DC didunia
industri, otomotif, komersil dan sistem komunikasi. Pada umumnya sensor ini
digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched – mode power
supplies, dan proteksi beban berlebih. IP+ dan IP- dari pin ACS 712 terhubung
pada rangkaian yang akan diukur nilai arusnya. Kapasitor 1µF digunakan sebagai
filter sensor arus, sedangkan kapasitor 0,1µF digunakan sebagai filter pada
sumber tegangan VCC. Sensor arus dicatu oleh tegangan 5v yang terhubung ke
VCC.Keluaran sensor arus, Vout terhubung ke rangkaian pengkondisi sinyal
sensor arus. Berikut ini adalah gambar rangkaian dari sensor arus ACS712:
Universitas Sumatera Utara
30
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Arus
Saat tidak ada arus yang terdeteksi pada sensor arus AC712, maka
keluaran sensor adalah 2,5 V. Saat arus mengalir dari IP+ ke IP-, maka keluaran
akan lebih dari 2,5 V. Sebaliknya ketika arus listrik mengalir dari IP- Ke IP+,
maka keluaran akan kurang dari 2,5 V. Pada pendeteksi arus -5A sampai dengan
5A, pengkondisi sinyal sensor arus mengubah level tegangan keluaran sensor arus
(1,5V – 3,5V) ke dalam level tegangan masukan ADC mikrokontroler (0V-5.0V).
3.2.6 Rangkaian Sensor Tegangan
Sensor tegangan yang digunakan pada alat ini adalah sensor tegangan
analog yang berupa sebuah rangkaian dasar elektronik yaitu rangkaian pembagi
tegangan. Rangkaian pembagi tegangan atau voltage divider biasanya digunakan
untuk membuat suatu tegangan referensi dari sumber tegangan yang lebih besar,
titik tegangan referensi pada sensor, untuk memberi bias pada komponen aktif.
Rangkaian pembagi tegangan pada dasarnya dapat dibuat dengan dua buah resitor,
contoh rangkaian dasar pembagi tegangan yang digunakan pada alat dengan Vout
atau output dari tegangan sumber V1 menggunakan resistor pembagi tegangan
yaitu R1 dan R2, Tegangan output yang dihasilkan dapat dilihat dari rumus beriku
ini:
Vout = Vin
R2
… … … … … … … … … … … … … … … … … … (pers 3.1)
R1 + R2
Pada rangkaian sensor Tegangan ini digunakan resistor R1=10KΩ dan
R2=1KΩ, dengan alasan agar keluaran dari pada sensor tegangan analog ini
Universitas Sumatera Utara
31
sesuai dengan syarat input dari pada IC mikrokontroler atmega-328 yang
digunakan, yakni 5 volt. Sensor tegangan ini mampu mengukur tegangan
maksimum 55 volt.
R1
10 K
R2
1K
Gambar 3.5 Rangkaian Pembagi tegangan (sensor tegangan)
3.2.7 MAX 6675
MAX 6675 adalah pengubah sinyal termokopel menjadi digital dengan
masukan data 12-bit ADC (Analog to Digital Converter). MAX 6675
menyesuaikan masukan dari sisi dingin termokopel dan mengoreksinya, sebuah
kontroler digital, interface SPI (Serial Peripheral Interface) yang compatibel, dan
logic kontrol yang terasosiasi. MAX 6675 didesain untuk bekerja dengan
mikrokontrol pengukur panas pintar lainnya, kontrol proses atau aplikasi
monitoring. thermokopel yang digunkan adalah thermokopel tipe-k. Untuk tipe
termokopel tipe-K tegangan berubah 41µV/oC, yang kira-kira karakteristik
termokopelnya sama dengan persamaan liniear berikut :
���� = (41��/℃) ∗ (�� − ���� ) ∗ 5
……………………………………...(3.4)
Dimana :
-
Vout adalah tegangan keluaran termokopel (µV)
-
TR adalah temperatur remote persambungan termokopel (oC)
-
Tamb adalah temperatur sekitar (oC)
Fungsi dari termokopel adalah untuk merasakan perbedaan temperatur
antara kedua ujung dari pada sisi termokopel. Sisi panas termokopel mampu
membaca dari 0oC hingga +1023,75oC. Pada sisi dinginnya (udara sekitar MAX
Universitas Sumatera Utara
32
6675) hanya dapat membaca mulai dari -20oC hingga -85oC. MAX 6675
merasakan dan mengoreksi perbedaan antara udara sekitar dengan cold-junction
termokopel. MAX 6675 mengubah pembacaan temperatur udara sekitar dengan
menggunakan dioda pengecek suhu. Untuk membaca suhu sebenarnya dari
termokopel, MAX 6675 mengukur tegangan keluaran dari cold-junction
termokopel dan dari dioda pengecek suhu.Rangkaian dalam alat melewatkan
tegangan dioda dan cold-junction termokopel ke ADC untuk pembacaan
temperatur dari hot-junction termokopel.
3.2.8 Rangkaian Mikrokontroler
Rangkaian
mikrokontrol
yang
digunakan
adalah
ATMEGA
328.ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai
arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses
eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set
Computer). Mikrokontroler inilah yang akan menjadi pusat kontrol semua kendali
data, baik data yang masuk ataupun keluar. IC mikrokontrol atmega-328 ini
memiliki clock speed 16 MHz sehingga kecepatan respon baca data cukup cepat
dan rangkaian mikrokontrol inilah yang mengatur data keluaran yang akan terbaca
oleh interface (PC).
ARD1
R1
10k
ON
1k
C1
RESET
0.1uF
ANALOG IN
U3
1/2
3/4
IP+
IP-
VCC
VIOUT
FILTER
GND
A0
A1
A2
A3
A4
A5
8
7
6
5
ACS712ELCTR-05B-T
PC0/ADC0
PC1/ADC1
PC2/ADC2
PC3/ADC3
PC4/ADC4/SDA
PC5/ADC5/SCL
C2
1121
ATMEGA328P-PU
VCC
GND
www.TheEngineeringProjects.com
Reset BTN
R2
U1
AREF
PB5/SCK
PB4/MISO
~PB3/MOSI/OC2A
~PB2/SS/OC1B
~ PB1/OC1A
PB0/ICP1/CLKO
PD7/AIN1
~ PD6/AIN0
~ PD5/T1
PD4/T0/XCK
~ PD3/INT1
PD2/INT0
TX PD1/TXD
RX PD0/RXD
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
6
5
7
CS
SCK
SO
TT+
2
3
MAX6675
U2
6
5
7
CS
SCK
SO
TT+
2
3
MAX6675
0.1nF
ARDUINO UNO
Gambar 3.6 Rangkaian Mikrokontroler
Universitas Sumatera Utara
33
3.3 Diagram Alir Penelitian
MULAI
Panas buang pada kompor sebagai input energi panas pada TEG
Aluminium menyerap panas, dan heatsink membuang panas, sehingga
terjadinya perbedaan temperatur akibatnya TEG menghasilkan energi listrik
Beban menerima energi listrik
Sensor arus dan tegangan akan mengukur arus
dan tegangan pada beban
Termokopel akan mengukur temperatur pada
kedua sisi TEG
Semua hasil pengukuran akan dikirim
ke mikrokontroler
Mikrokontroler
akan mencatat Nilai
tegangan, arus,
dan temperatur
Data ditampilkan pada PC
Gambar 3.7 Diagram Alir sistem kerja alat
Universitas Sumatera Utara
34
BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian alat
Pengujian alat dilakukan untuk mengetahui berapaperbedaan suhu, tegangan, dan
arus yang di dapatkan dari konversi energi panas menjadi energi listrik.sehingga
dapat diketahui berapa waktu yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan
minimal 7 volt, sehingga LED mulai menyala.Pengujian dilakukan dengan
carameletakkan alat diatas kompor Gas LPG.Pengujian dilakukan sebanyak 10
kali. Untuk membuktikan bahwa rangkaian menghasilkan energi listrik
dipasanglah suatu beban, sehingga melalui beban ini tegangan dan arus yang
dihasilkan bisa diukur.Untuk Setiap data yang merupakan hasil pengukuran
tersebut dikonversikan kedalam bentuk grafik agar lebih mudah untuk dipahami,
dibandingkan dan dianalisa.
Tabel 4.1 data pengujian 1 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
43
59.5
77.5
93
105.2
117.2
123.2
131.2
137.5
147
153.5
155.2
160
163.5
167.2
169
Suhu
Heatsink
24.5
29.75
38
44.5
50.75
58
66
77.75
88.5
97.25
105.2
108.5
114
119
120
120.7
∆T (oC)
18.5
29.75
39.5
48.5
54.45
59.2
57.2
53.45
49
49.75
48.3
46.7
46
44.5
47.2
48.3
Tegangan
(Volt)
1.14
1.82
6.09
7.75
8.01
8.17
8.01
7.91
7.8
7.8
7.75
7.75
7.75
7.75
7.75
7.75
Arus
(mA)
0
0
0
2.6
18.89
37.38
22.98
14.18
7.64
7.11
5.52
1.14
1.08
0.82
0.4
0.38
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Universitas Sumatera Utara
35
Suhu, Tegangan, Arus
180
160
NILAI ARUS
140
NILAI
TEGANGAN
SUHU
HEATSINK
SUHU
ALUMINIUM
∆T (oC)
120
100
80
60
40
20
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.1 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.1 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru-hijau)
dan heatsink (garis oranye) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 6, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna biru muda menurun, sehingga nilai
tegangan (garis merah) dan nilai arus(garis biru) semakin menurun.
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Universitas Sumatera Utara
36
Tabel 4.2 data pengujian 2 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
52.25
71
92
104
117.2
126.7
135.2
148
150.5
156.7
161.5
167.5
170.5
171.7
175.2
177.7
Suhu
Heatsink
30
36.5
46
56
64.5
67.5
70.5
83.25
93.25
101.2
109.7
115.5
121.5
126.5
129.7
132.7
∆T (oC)
22.25
34.5
46
48
52.7
59.2
64.7
64.75
57.25
55.5
51.8
52
49
45.2
45.5
10
Tegangan
(Volt)
1.46
4.21
7.75
7.85
7.91
8.06
8.17
8.17
8.01
7.91
7.85
7.80
7.75
7.70
7.70
7.70
Arus
(mA)
0
0.02
2.91
5.66
10.70.
30.04
39.38
32.87
14.37
7.23
3.35
2.45
2.36
1.46
0.9
0.92
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Suhu, Tegangan, Arus
200
Arus (mA)
150
Tegangan (Volt)
∆T (oC)
100
Suhu Heatsink
Suhu Aluminium
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.2 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
Universitas Sumatera Utara
37
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.2 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru-hijau)
dan heatsink (garis oranye) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 7, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna biru-muda menurun, sehingga nilai
tegangan (garis merah) dan nilai arus(garis biru) semakin menurun hingga tidak
dapat meningkat lagi. peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang
diserap aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak
sebanding dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi
karena penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan/perpindahan
kalor kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Tabel 4.3 data pengujian 3 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
48
75.25
97.5
107
125
144.7
157.5
175.5
168.7
174.5
190.7
196
201
205
201.7
190.7
Suhu
Heatsink
29.25
40
53.5
52.75
71.25
80.75
106.2
121.2
116.7
130
154
150.5
140.5
129
118
119
∆T
(oC)
18.75
35.25
44
54.25
53.75
63.95
51.3
54.3
52
44.5
36.7
45.5
60.5
76
83.7
71.7
Tegangan
(Volt)
1.61
8.06
8.22
8.27
8.27
8.27
8.11
8.01
7.91
7.75
7.59
7.7
8.01
8.17
8.32
8.17
Arus
(mA)
1.26
1.75
2.25
2.73
2.74
2.8
2.77
2.69
1.77
1.74
1.26
1.7
1.76
2.22
2.8
2.23
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Universitas Sumatera Utara
38
Suhu, Tegangan, Arus
250
200
150
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan (Volt)
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.3 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.3 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus. namun pada menit ke 7 hingga menit ke 10,
perbedaan temperatur (∆T oc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun,
sehingga nilai tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru-muda)
menurun, namun pada menit ke 11-15, perbedaan temperatur ∆T
(
o
c) kembali
meningkat, hal ini disebakan oleh keadaan lingkungan saat pengujian dibarengi
dengan hembusan angin yang sedikit kencang sehingga mempercepat perpindahan
kalor pada heatsink. Namun pada menit ke 16, perbedaan temperature kembali
menurun.
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan.
Universitas Sumatera Utara
39
Tabel 4.4 data pengujian 4 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
36
63.75
81
103.5
126
146.2
160.5
173.5
181.5
190.2
191.2
195.5
198.7
199
199.5
200.7
Suhu
Heatsink
24.5
30.5
41
51.5
73.75
91.75
100.5
116.5
128.5
134.2
139
142.2
145.5
114.5
113
114.2
∆T
(oC)
11.5
33.25
40
52
52.25
54.45
60
57
53
56
52.2
53.3
53.2
84.5
86.5
86.5
Tegangan
(Volt)
0.88
7.51
8.01
8.22
8.27
8.22
8.17
8.06
7.96
7.89
7.91
7.91
7.91
8.37
8.37
8.37
Arus
(mA)
1
1
1.29
1.76
1.77
2.2
2.23
2.2
1.71
1.26
1.77
1.26
1.25
2.78
2.77
2.68
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Suhu, Tegangan, Arus
250
200
150
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan (Volt)
Arus (mA)
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.4 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
Universitas Sumatera Utara
40
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.4 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garisbiru) dan
heatsink (garis oranye) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 7, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru muda) semakin menurun.
Namun pada menit ke 10 kembali meningkat hingga pada menit ke 16.Sehingga
nilai tegangan dan nilai arus semakin meningkat seiring besarnya perbedaan
temperatur.
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Tabel 4.5 data pengujian 5 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
43.75
62
102.5
109.5
128
148.5
162.5
171.5
180
183.7
183.5
178.2
159.7
128.2
127.7
131.5
Suhu
Heatsink
27.25
31
50
54.25
73.5
90.5
103.7
114.7
120.5
130.2
135
134
110.5
82.5
90.75
94.25
∆T
(oC)
16.5
31
52.5
55.25
54.5
58
58.8
56.8
59.5
53.5
48.5
44.2
49.2
45.7
36.95
37.25
Tegangan
(Volt)
1.2
5,51
8.22
8.27
8.27
8.22
8.17
8.06
8.01
7.96
7.59
6.45
8.27
7.91
7.54
7.59
Arus
(mA)
1.23
1
1.79
2.69
2.75
2.23
2.26
2.2
2.19
1.77
1.29
1.29
2.21
2.19
1.75
1.7
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Universitas Sumatera Utara
41
Suhu, Tegangan, Arus
200
150
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan (Volt)
Arus (mA)
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.5 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.5 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 9, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru muda) semakin menurun
hingga menit ke 16.
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Universitas Sumatera Utara
42
Tabel 4.6 data pengujian 6 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
33
48.25
73.75
86.5
103.2
116.5
130
137
144.5
153.2
157.2
162
166.2
173.5
178.5
178.7
Suhu
Heatsink
34.25
29.25
39.75
50.25
64
74.25
77.25
77
86
100.5
109.5
117.7
124.5
131.7
138
128.7
∆T
(oC)
0.25
19
34
36.25
39.2
42.25
52.75
60
58.5
52.7
47.7
44.3
41.7
41.8
40.5
50
Tegangan
(Volt)
0.52
1.46
7.54
7.91
8.01
8.06
8.22
8.32
8.27
8.06
7.96
7.85
7.75
7.65
7.54
8.01
Arus
(mA)
1.25
1.25
1
1.27
1.72
1.73
1.76
2.25
2.2
1.74
1.71
1.27
1.27
1.28
1.77
1.77
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Suhu, Tegangan, Arus
200
150
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan (Volt)
Arus (mA)
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.6 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
Universitas Sumatera Utara
43
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.6 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 9, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru muda) semakin menurun
namun kembali meningkat pada menit ke 16.
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Tabel 4.7 data pengujian 7 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
32.25
54.5
60.5
87.75
99.25
118.5
125.7
135.7
137.5
142.7
146.5
150.7
154.7
157.5
162
164.5
Suhu
Heatsink
24.75
31.5
33.75
44.75
58
71.5
74.75
76
77
78.25
77.75
83
85.5
93.25
98
112.2
∆T
(oC)
7.5
23
26.75
43
41.25
47
50.95
59.7
60.5
64.45
68.75
67.7
69.2
64.25
64
52.3
Tegangan
(Volt)
1.04
1.92
3.43
7.91
8.01
8.11
8.22
8.32
8.32
8.43
8.43
8.37
8.37
8.32
8.22
8.06
Arus
(mA)
1.27
1.29
1.71
1.76
1.78
2.21
2.3
2.68
2.7
2.79
3.17
2.8
2.8
2.73
2.68
2.71
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Universitas Sumatera Utara
44
Suhu, Tegangan, Arus
180
160
140
120
100
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan (Volt)
Arus (mA)
80
60
40
20
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.7 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.7 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 13, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru muda) semakin menurun
namun pada menit ke 14 hingga menit ke 16, perbedaan temperatur semakin
meningkat sehingga tegangan dan arus semakin meningkat.
peningkatan temperature ini terjadi karena penyerapan kalor yang lebih
cepat dari pada pembuangan/perpindahan kalor kelingkungan. Demikian halnya
dengan heatsink, peningkatan temperatur disebabkan oleh penyerapan kalor yang
lebih cepat dari pada pembuangan kalor kelingkungan.
.
Universitas Sumatera Utara
45
Tabel 4.8 data pengujian 8 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
51.75
69.25
81.75
99.5
108.7
121.2
129.5
136
141.7
144.5
149.7
154.2
159.5
159.7
159.2
158.7
Suhu
Heatsink
35.75
39.5
48.75
56
65.5
75
75.75
78
81.5
81.5
86.5
91.5
103.7
94.75
88.25
90.25
∆T
(oC)
16
29.75
33
43.5
43.2
46.2
53.75
58
60.2
63
63.2
62.7
55.8
64.95
70.95
68.45
Tegangan
Arus
(mA)
1.71
1.71
1.7
1.7
1.72
1.75
2.26
2.3
2.3
2.71
2.74
2.29
2.25
2.74
2.75
2.68
1.66
3.59
7.7
7.96
8.06
8.17
8.27
8.32
8.37
8.37
8.37
8.22
8.06
8.32
8.43
8.43
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Suhu, Tegangan, Arus
180
160
140
120
100
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan
Arus (mA)
80
60
40
20
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.8 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
Universitas Sumatera Utara
46
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.8 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 13, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru muda) semakin menurun.
Namun, pada menit 14 hingga menit ke 16, perbedaan temperatur semakin
meningkat sehingga energy listrik yang dihasilkan semakin meningkat..
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Tabel 4.9 data pengujian 9 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
23
46.5
79
95.5
125.7
149
161.2
170.7
178.7
186.5
188
191.5
192.7
194.5
196.2
188
Suhu
Heatsink
21
22.75
33.75
47.75
64.75
82.25
95.75
99.5
107.5
110.2
115.5
117
117
115.7
117.2
113
∆T
(oC)
2
23.75
45.25
47.75
60.95
66.75
65.45
71.2
71.2
76.3
72.5
74.5
75.7
78.8
79
75
Arus
(mA)
0.17
0.15
1.28
1.28
1.74
1.76
1.76
2.19
2.21
2.21
2.24
2.26
2.31
2.68
2.69
4.16
Tegangan
(Volt)
0.05
1.61
8.11
8.27
8.37
8.32
8.32
8.32
8.27
8.27
8.27
8.32
8.32
8.43
8.37
8.17
waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Universitas Sumatera Utara
47
Suhu, Tegangan, Arus
250
200
150
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Arus (mA)
Tegangan
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.9 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.9 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke15, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-muda) dan nilai arus(garis biru-hijau) semakin menurun
Namun, pada menit 16, perbedaan temperatur semakin meningkat sehingga
energy listrik yang dihasilkan semakin meningkat.
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
Universitas Sumatera Utara
48
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Tabel 4.10 data pengujian 10 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
39.25
64.75
71.5
106.7
106.7
131.2
140.5
142.2
146
152
152.5
153.5
154.7
160
162
Suhu
Heatsink
31
38.75
41.5
64.5
64.5
87.75
87.5
83.5
83.5
83
85.25
84.5
84.5
95.5
102
∆T
(oC)
8.25
26
30
42.2
42.2
43.45
53
58.7
62.5
69
67.25
69
70.2
64.5
60
Tegangan
(volt)
0.73
2.03
6.29
10.97
10.97
11.7
13.94
14.15
14.1
13.89
13.89
13.94
13.89
13.89
13.78
Arus
(mA)
1.74
1.73
1.77
1.79
1.79
2.3
2.22
2.24
2.24
3.5
3.5
2.8
3.5
2.78
1.79
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Suhu, Tegangan, Arus
180
160
140
120
100
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan
Arus (mA)
80
60
40
20
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.10 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
Universitas Sumatera Utara
49
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.10 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke12, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru muda) semakin menurun
Namun, pada menit 13, perbedaan temperatur kembali meningkat sehingga energy
listrik yang dihasilkan semakin meningkatan. peningkatan temperature ini
disebabkan oleh kalor yang diserap aluminium dari panas yang terbuang pada
kompor masak yang tidak sebanding dengan perpindahan kalor dari aluminium ke
lingkungan. ini terjadi karena penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink,
peningkatan temperatur disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari
pada pembuangan kalor kelingkungan.
Berdasarkan data-data keseluruhan yang dihasilkan diatas diperoleh
perbedaan temperature(∆T) pada kedua sisi elemen Termoelektrik Generator akan
meningkat selama 10 menit, namun kemudian perbedaan temperature(
∆T) akan
menurun. Ini berpengaruh terhadap energi listrik yang dihasilkan yang apabila
semakin menurunnya perbedaan temperature akan menurunnya energy listrik
yang dihasilkan. Sedangkan tegangan yang dihasilkan TEG disambungkan pada
XL6009 dengan tujuan meningkatkan tegangan yang dihasilkan oleh TEG.Hal ini
sangat berguna untuk mempercepat penyalaan lampu, sehingga tidak perlu
menunggu agar lampu menyala setelah kompor dinyalakan. Dari data yang
dihasilkan,
pengukuran
yang
dilakukan
pada
keluaran
XL6009
akan
menghasilkan 7 volt, dalam kurung waktu 2.75 menit. Ini berarti lampu akan
mulai menyala dalam waktu 2.75 menit. Dan akan meningkat atau menurun sesuai
dengan besarnya perbedaan temperature yang dihasilkan pada termoelektrik
generator.
Universitas Sumatera Utara
50
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1Kesimpulan
Dari hasil perancangan alat hingga pembuatan alat dan pengujianalat,
maka dapat ditarik kesimpulan, antara lain:
1. Pada menit ke 3, tegangan yang terukur pada rangkaian sebesar 7 volt dan
pada perbedaan temperature (∆T) 45 0c.
2. Led mulai menyala pada tegangan 7 volt dan semakin meningkat seiring
tegangan yang meningkat.
5.2 Saran
Setelah dilakukan pengujian pada alat, diperoleh beberapa hal yang dapat
dijadikan saran untuk dilakukan terhadap penelitian selanjutnya:
1. Untuk penelitian selanjutnya, lebih teliti terhadap perhitungan perancangan
alat karena ini sangat berdampak pada hasil pembuatan alat yang dikerjakan.
2. Untuk penelitian selanjutnya, lebih teliti dalam perancangan penyerapan
pembuangan panas yang lebih baik, atau dengan menggunakan pembuang
panas yang lebih bagus seperti heat pump, agar perpindahan panas terhadap
lingkungan lebih cepat, sehingga perbedaan temperature dapat dipertahankan.
3. Untuk penelitian selanjutnya, lebih memperhatikan bahan, alat dan komponen
yang akan digunakan, karena pengujian dilakukan di lingkungan sumber api.
Universitas Sumatera Utara
BAB III PERANCANGAN ALAT
3.1 Diagram Blok
Alat ini dibuat untuk mengaplikasikan thermoelektrik generator TEG1241-1.4-1.2 terhadap energi panas yang dihasilkan oleh kompor masak.Fungsi
kerja yang dimaksudkan ialah untuk menghasilkan energi listrik dari perbedaan
suhu yang terjadi pada kedua sisi dari Elemen Thermoelektrik generator, dan
berdasarkan Efek Seebeck. Proses kerja dari alat yang dibuat dapat dilihat pada
gambar 3.1 diagram blok berikut:
Panas Pada
Kompor Masak
Thermoelektrik
Generator
Aluminium
(Penyerap Panas)
Joule Thief + Step-Up DC to DC
Heatsink
(Pembuang Panas)
Beban
Termokopel
Sensor Arus dan
Sensor Tegangan
Termokopel
Mikrokontroler
PC
Gambar 3.1 Diagram Blok
Adapun sistem kerja diagram blok diatas adalah saat kompor Gas LPG
dinyalakan maka akan menghasilkan panas pada tungku,namun effesiensi kompor
tidak mencapai 100% sebagian panas yang dihasilkan terbuang kelingkungan,
panas buang yang dihasilkan dari kompor yang dimanfaaatkan menjadi sumber
Universitas Sumatera Utara
26
energi panas yang akan diterima oleh termoelektrik generator, akibatnya
perbedaan suhu terjadi didalam termoelektrik generator sehingga TEG1-241-1.41.2, akan menghasilkan energi listrik sesuai dengan prinsip kerjanya, energi listrik
yang dihasilkan akan dioptimalkan dengan menggunakan rangkaian joule thief
dan rangkaian dc to dc converter step-up sehingga bisa menghasilkan energi yang
mampu digunakan sebagai sumber penerangan.Energi listrik yang dihasilkan
dihubungkan pada beban berupa LED yang dijadikan sebagi sumber penerangan.
Sensor tegangan, sesor arus digunakan untuk mengukur tegangan dan arus yang
akan dihasilkan, sedangkan termokopel digunakan untuk mengukur temperature
pada kedua sisi elemen TEG yang sudah diantara aluminium dan Heatsink, yang
kemudian akan dikirim pada mikrokontroler yang selanjutnya mikrokontroler
akan mengubah ke data digital dan ditampilkan pada PC.
3.2 PerancanganRangkaian
3.2.1 Thermoelektrik Generator
Thermoelektrik generator yang digunakan adalah TEG1-241-1.4-1.2,
themoelektrik generator inilah yang akan mengkonversi energi panas buang pada
kompor masak menjadi energi listrik. Thermoelektrik generator yang digunakan
adalah TEG1-241-1.4-1.2 dimana memiliki koefisien seebeck 0.063 V/0c, Ri = 4.5
ohm; Rload = 7 ohm. Apabila tegangan yang dihasilkan oleh TEG adalah 3 volt
maka perbedaa temperature yang diperlukan serta besarnya arus yang dihasilkan
adalah sebagai berikut:
•
•
Perbedaan temperatur (∆T )
V
= α . ∆T
∆T
=
∆T
= 47,6oC
3 ����
0.063 �/� �
Arus (Ampere)
V
I
=
I
=
I
= 0.260 A
�� +��
3 ����
4.5 �ℎ� + 7 �ℎ�
Universitas Sumatera Utara
27
•
Daya (P)
P
= V.I
= 3 volt x 0.260 A
= 0.78 watt
3.2.2XL6009
XL6009berfungsi sebagai regulasi tegangan input sehingga keluaran
tegangan yang dihasilkan lebih tinggi.DC toDC converter yangmampu
menghasilkantegangan outputbaik positif atau negatif.ouput keluaran XL6009 ini
akan dihubungkan pada LED 5 watt. LED yang digunakan beroperasi pada
tegangan 15-17 volt dengan arus maksimal 350 mA. Apabila TEG menghasilkan
daya sebesar 0.78 watt dan tegangan yang terukur pada rangkaian adalah 7 volt,
maka
•
besarnya
konversi
tegangan
yang
dihasilkan
xl6009
adalah:
Tegangan xl6009 (Volt)
Vxl6009 = VLED + VRANGKAIAN
= 15 v + 7 v
= 22 Volt
•
Arus (Ampere)
PTEG
= PXL6009
I1. V1 = I2. V2
IXL6009 =
0.78 watt
22 ����
= 0.035 Ampere
3.2.3 Perancangan aluminium
Aluminium ini dirancang untuk menyerap panas buang pada kompor gas
LPG, dimensi aluminium ini harus didesain dengan sebaik mungkin, dengan
mempertimbangkan besarnya kalor yang diserap dan dibuang serta dudukan
aluminium sehingga terjadi keseimbangan terhadap kompor gas LPG yang
dipergunakan.untuk mengetahui dimensi penyerap panas aluminium dapat dilihat
pada gambar 3.2 berikut:
Universitas Sumatera Utara
28
Aluminium
(Penyerap Panas)
TEG1-241-1.4-1.2
Gambar 3.2 bentuk dimensi aluminium penyerap panas
Aluminium yang digunkan penyerap panas memilikinilai konduktivitas
thermal sebesar 900 j/kg.oc ,jika perbedaan temperatur 700c dan massa aluminium
1,059 kg. maka jumlah kalor yang diberikan adalah:
kalor pada aluminium:
QAl = m x c x ΔT
QAl = 1.059 kg x 900 j/kg.oc x 700c
QAl =66717 Joule
3.2.4 Perancangan Heatsink
Dalam sistem ini thermoelektrik generator yang digunakan adalah TEG1241-1.4-1.2-1.4.thermoelektrik generator akan ditempatkan diantara aluminium
yang berfungsi sebagai penyerap panas dan heatsinksebagai pembuang panas dari
thermoelektrik generator sehingga dapat meperbesar perbedaan temperatur pada
kedua sisi elemen TEG. bentuk heatsink terhadap TEG dapat dilihat pada gambar
dibawah ini:
Heatsink
(Pembuang Panas)
TEG1-241-1.4-1.2
Gambar 3.3 TEG dan heatsink
Universitas Sumatera Utara
29
Heatsink diatas digunakan untuk menyalurkan panas kelingkungan sehingga tetap
terjadi perbedaan temperature pada TEG, hal ini menyebabkan adanya perbedaan
temperatur pada kedua sisi TEG sehingga daya listrik bisa tetap dihasilkan. Bahan
heatsink yang digunakan adalah aluminium dengan nilai konduktivitas thermal
sebesar 900 j/kg.oc, dan perbedaan temperatur yang diberikan adalah 700C, massa
aluminium yang digunakan 0.556 kg. maka laju perpindahan kalor pada heatsink
dapat diketahui dengan rumus berikut:
H=
H=
m x c x ΔT
�
0.556 kg x 900 J/kg o c x 70 o c
H = 41,7 J/s
840 �
3.2.5 Rangkaian Sensor Arus (ACS 712)
Untuk mengukur arus keluaran pada alat ini, digunakan IC ACS712-30A.
IC tersebut merupakan sensor arus dengan kapasitas maksimum 30 Ampere. IC
ACS712-30A memiliki rate tegangan output yang linier terhadap arus input. Pada
0Ampere, tegangan output terukur pada setengah dari tegangan supply. Dari
tegangan supply 5v terukur tegangan output ACS sebesar 2,5v DC pada input
0A. Untuk arus AC, tegangan output ACS memiliki output sinyal sinus dengan
DC refference sebesar ½ Vcc.
Sensor arus yang digunakan pada rangkaian ini adalah sensor arus
ACS712, yang dapat dideteksi besarnya nilai arus dari -5 A sampai 5 A. Sensor
arus ACS712 dapat digunakan pada pengukuran arus AC atau DC didunia
industri, otomotif, komersil dan sistem komunikasi. Pada umumnya sensor ini
digunakan untuk mengontrol motor, deteksi beban listrik, switched – mode power
supplies, dan proteksi beban berlebih. IP+ dan IP- dari pin ACS 712 terhubung
pada rangkaian yang akan diukur nilai arusnya. Kapasitor 1µF digunakan sebagai
filter sensor arus, sedangkan kapasitor 0,1µF digunakan sebagai filter pada
sumber tegangan VCC. Sensor arus dicatu oleh tegangan 5v yang terhubung ke
VCC.Keluaran sensor arus, Vout terhubung ke rangkaian pengkondisi sinyal
sensor arus. Berikut ini adalah gambar rangkaian dari sensor arus ACS712:
Universitas Sumatera Utara
30
Gambar 3.4 Rangkaian Sensor Arus
Saat tidak ada arus yang terdeteksi pada sensor arus AC712, maka
keluaran sensor adalah 2,5 V. Saat arus mengalir dari IP+ ke IP-, maka keluaran
akan lebih dari 2,5 V. Sebaliknya ketika arus listrik mengalir dari IP- Ke IP+,
maka keluaran akan kurang dari 2,5 V. Pada pendeteksi arus -5A sampai dengan
5A, pengkondisi sinyal sensor arus mengubah level tegangan keluaran sensor arus
(1,5V – 3,5V) ke dalam level tegangan masukan ADC mikrokontroler (0V-5.0V).
3.2.6 Rangkaian Sensor Tegangan
Sensor tegangan yang digunakan pada alat ini adalah sensor tegangan
analog yang berupa sebuah rangkaian dasar elektronik yaitu rangkaian pembagi
tegangan. Rangkaian pembagi tegangan atau voltage divider biasanya digunakan
untuk membuat suatu tegangan referensi dari sumber tegangan yang lebih besar,
titik tegangan referensi pada sensor, untuk memberi bias pada komponen aktif.
Rangkaian pembagi tegangan pada dasarnya dapat dibuat dengan dua buah resitor,
contoh rangkaian dasar pembagi tegangan yang digunakan pada alat dengan Vout
atau output dari tegangan sumber V1 menggunakan resistor pembagi tegangan
yaitu R1 dan R2, Tegangan output yang dihasilkan dapat dilihat dari rumus beriku
ini:
Vout = Vin
R2
… … … … … … … … … … … … … … … … … … (pers 3.1)
R1 + R2
Pada rangkaian sensor Tegangan ini digunakan resistor R1=10KΩ dan
R2=1KΩ, dengan alasan agar keluaran dari pada sensor tegangan analog ini
Universitas Sumatera Utara
31
sesuai dengan syarat input dari pada IC mikrokontroler atmega-328 yang
digunakan, yakni 5 volt. Sensor tegangan ini mampu mengukur tegangan
maksimum 55 volt.
R1
10 K
R2
1K
Gambar 3.5 Rangkaian Pembagi tegangan (sensor tegangan)
3.2.7 MAX 6675
MAX 6675 adalah pengubah sinyal termokopel menjadi digital dengan
masukan data 12-bit ADC (Analog to Digital Converter). MAX 6675
menyesuaikan masukan dari sisi dingin termokopel dan mengoreksinya, sebuah
kontroler digital, interface SPI (Serial Peripheral Interface) yang compatibel, dan
logic kontrol yang terasosiasi. MAX 6675 didesain untuk bekerja dengan
mikrokontrol pengukur panas pintar lainnya, kontrol proses atau aplikasi
monitoring. thermokopel yang digunkan adalah thermokopel tipe-k. Untuk tipe
termokopel tipe-K tegangan berubah 41µV/oC, yang kira-kira karakteristik
termokopelnya sama dengan persamaan liniear berikut :
���� = (41��/℃) ∗ (�� − ���� ) ∗ 5
……………………………………...(3.4)
Dimana :
-
Vout adalah tegangan keluaran termokopel (µV)
-
TR adalah temperatur remote persambungan termokopel (oC)
-
Tamb adalah temperatur sekitar (oC)
Fungsi dari termokopel adalah untuk merasakan perbedaan temperatur
antara kedua ujung dari pada sisi termokopel. Sisi panas termokopel mampu
membaca dari 0oC hingga +1023,75oC. Pada sisi dinginnya (udara sekitar MAX
Universitas Sumatera Utara
32
6675) hanya dapat membaca mulai dari -20oC hingga -85oC. MAX 6675
merasakan dan mengoreksi perbedaan antara udara sekitar dengan cold-junction
termokopel. MAX 6675 mengubah pembacaan temperatur udara sekitar dengan
menggunakan dioda pengecek suhu. Untuk membaca suhu sebenarnya dari
termokopel, MAX 6675 mengukur tegangan keluaran dari cold-junction
termokopel dan dari dioda pengecek suhu.Rangkaian dalam alat melewatkan
tegangan dioda dan cold-junction termokopel ke ADC untuk pembacaan
temperatur dari hot-junction termokopel.
3.2.8 Rangkaian Mikrokontroler
Rangkaian
mikrokontrol
yang
digunakan
adalah
ATMEGA
328.ATMega328 adalah mikrokontroller keluaran dari atmel yang mempunyai
arsitektur RISC (Reduce Instruction Set Computer) yang dimana setiap proses
eksekusi data lebih cepat dari pada arsitektur CISC (Completed Instruction Set
Computer). Mikrokontroler inilah yang akan menjadi pusat kontrol semua kendali
data, baik data yang masuk ataupun keluar. IC mikrokontrol atmega-328 ini
memiliki clock speed 16 MHz sehingga kecepatan respon baca data cukup cepat
dan rangkaian mikrokontrol inilah yang mengatur data keluaran yang akan terbaca
oleh interface (PC).
ARD1
R1
10k
ON
1k
C1
RESET
0.1uF
ANALOG IN
U3
1/2
3/4
IP+
IP-
VCC
VIOUT
FILTER
GND
A0
A1
A2
A3
A4
A5
8
7
6
5
ACS712ELCTR-05B-T
PC0/ADC0
PC1/ADC1
PC2/ADC2
PC3/ADC3
PC4/ADC4/SDA
PC5/ADC5/SCL
C2
1121
ATMEGA328P-PU
VCC
GND
www.TheEngineeringProjects.com
Reset BTN
R2
U1
AREF
PB5/SCK
PB4/MISO
~PB3/MOSI/OC2A
~PB2/SS/OC1B
~ PB1/OC1A
PB0/ICP1/CLKO
PD7/AIN1
~ PD6/AIN0
~ PD5/T1
PD4/T0/XCK
~ PD3/INT1
PD2/INT0
TX PD1/TXD
RX PD0/RXD
13
12
11
10
9
8
7
6
5
4
3
2
1
0
6
5
7
CS
SCK
SO
TT+
2
3
MAX6675
U2
6
5
7
CS
SCK
SO
TT+
2
3
MAX6675
0.1nF
ARDUINO UNO
Gambar 3.6 Rangkaian Mikrokontroler
Universitas Sumatera Utara
33
3.3 Diagram Alir Penelitian
MULAI
Panas buang pada kompor sebagai input energi panas pada TEG
Aluminium menyerap panas, dan heatsink membuang panas, sehingga
terjadinya perbedaan temperatur akibatnya TEG menghasilkan energi listrik
Beban menerima energi listrik
Sensor arus dan tegangan akan mengukur arus
dan tegangan pada beban
Termokopel akan mengukur temperatur pada
kedua sisi TEG
Semua hasil pengukuran akan dikirim
ke mikrokontroler
Mikrokontroler
akan mencatat Nilai
tegangan, arus,
dan temperatur
Data ditampilkan pada PC
Gambar 3.7 Diagram Alir sistem kerja alat
Universitas Sumatera Utara
34
BAB IVHASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Pengujian alat
Pengujian alat dilakukan untuk mengetahui berapaperbedaan suhu, tegangan, dan
arus yang di dapatkan dari konversi energi panas menjadi energi listrik.sehingga
dapat diketahui berapa waktu yang diperlukan untuk menghasilkan tegangan
minimal 7 volt, sehingga LED mulai menyala.Pengujian dilakukan dengan
carameletakkan alat diatas kompor Gas LPG.Pengujian dilakukan sebanyak 10
kali. Untuk membuktikan bahwa rangkaian menghasilkan energi listrik
dipasanglah suatu beban, sehingga melalui beban ini tegangan dan arus yang
dihasilkan bisa diukur.Untuk Setiap data yang merupakan hasil pengukuran
tersebut dikonversikan kedalam bentuk grafik agar lebih mudah untuk dipahami,
dibandingkan dan dianalisa.
Tabel 4.1 data pengujian 1 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
43
59.5
77.5
93
105.2
117.2
123.2
131.2
137.5
147
153.5
155.2
160
163.5
167.2
169
Suhu
Heatsink
24.5
29.75
38
44.5
50.75
58
66
77.75
88.5
97.25
105.2
108.5
114
119
120
120.7
∆T (oC)
18.5
29.75
39.5
48.5
54.45
59.2
57.2
53.45
49
49.75
48.3
46.7
46
44.5
47.2
48.3
Tegangan
(Volt)
1.14
1.82
6.09
7.75
8.01
8.17
8.01
7.91
7.8
7.8
7.75
7.75
7.75
7.75
7.75
7.75
Arus
(mA)
0
0
0
2.6
18.89
37.38
22.98
14.18
7.64
7.11
5.52
1.14
1.08
0.82
0.4
0.38
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Universitas Sumatera Utara
35
Suhu, Tegangan, Arus
180
160
NILAI ARUS
140
NILAI
TEGANGAN
SUHU
HEATSINK
SUHU
ALUMINIUM
∆T (oC)
120
100
80
60
40
20
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.1 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.1 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru-hijau)
dan heatsink (garis oranye) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 6, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna biru muda menurun, sehingga nilai
tegangan (garis merah) dan nilai arus(garis biru) semakin menurun.
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Universitas Sumatera Utara
36
Tabel 4.2 data pengujian 2 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
52.25
71
92
104
117.2
126.7
135.2
148
150.5
156.7
161.5
167.5
170.5
171.7
175.2
177.7
Suhu
Heatsink
30
36.5
46
56
64.5
67.5
70.5
83.25
93.25
101.2
109.7
115.5
121.5
126.5
129.7
132.7
∆T (oC)
22.25
34.5
46
48
52.7
59.2
64.7
64.75
57.25
55.5
51.8
52
49
45.2
45.5
10
Tegangan
(Volt)
1.46
4.21
7.75
7.85
7.91
8.06
8.17
8.17
8.01
7.91
7.85
7.80
7.75
7.70
7.70
7.70
Arus
(mA)
0
0.02
2.91
5.66
10.70.
30.04
39.38
32.87
14.37
7.23
3.35
2.45
2.36
1.46
0.9
0.92
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Suhu, Tegangan, Arus
200
Arus (mA)
150
Tegangan (Volt)
∆T (oC)
100
Suhu Heatsink
Suhu Aluminium
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.2 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
Universitas Sumatera Utara
37
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.2 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru-hijau)
dan heatsink (garis oranye) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 7, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna biru-muda menurun, sehingga nilai
tegangan (garis merah) dan nilai arus(garis biru) semakin menurun hingga tidak
dapat meningkat lagi. peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang
diserap aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak
sebanding dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi
karena penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan/perpindahan
kalor kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Tabel 4.3 data pengujian 3 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
48
75.25
97.5
107
125
144.7
157.5
175.5
168.7
174.5
190.7
196
201
205
201.7
190.7
Suhu
Heatsink
29.25
40
53.5
52.75
71.25
80.75
106.2
121.2
116.7
130
154
150.5
140.5
129
118
119
∆T
(oC)
18.75
35.25
44
54.25
53.75
63.95
51.3
54.3
52
44.5
36.7
45.5
60.5
76
83.7
71.7
Tegangan
(Volt)
1.61
8.06
8.22
8.27
8.27
8.27
8.11
8.01
7.91
7.75
7.59
7.7
8.01
8.17
8.32
8.17
Arus
(mA)
1.26
1.75
2.25
2.73
2.74
2.8
2.77
2.69
1.77
1.74
1.26
1.7
1.76
2.22
2.8
2.23
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Universitas Sumatera Utara
38
Suhu, Tegangan, Arus
250
200
150
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan (Volt)
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.3 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.3 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus. namun pada menit ke 7 hingga menit ke 10,
perbedaan temperatur (∆T oc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun,
sehingga nilai tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru-muda)
menurun, namun pada menit ke 11-15, perbedaan temperatur ∆T
(
o
c) kembali
meningkat, hal ini disebakan oleh keadaan lingkungan saat pengujian dibarengi
dengan hembusan angin yang sedikit kencang sehingga mempercepat perpindahan
kalor pada heatsink. Namun pada menit ke 16, perbedaan temperature kembali
menurun.
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan.
Universitas Sumatera Utara
39
Tabel 4.4 data pengujian 4 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
36
63.75
81
103.5
126
146.2
160.5
173.5
181.5
190.2
191.2
195.5
198.7
199
199.5
200.7
Suhu
Heatsink
24.5
30.5
41
51.5
73.75
91.75
100.5
116.5
128.5
134.2
139
142.2
145.5
114.5
113
114.2
∆T
(oC)
11.5
33.25
40
52
52.25
54.45
60
57
53
56
52.2
53.3
53.2
84.5
86.5
86.5
Tegangan
(Volt)
0.88
7.51
8.01
8.22
8.27
8.22
8.17
8.06
7.96
7.89
7.91
7.91
7.91
8.37
8.37
8.37
Arus
(mA)
1
1
1.29
1.76
1.77
2.2
2.23
2.2
1.71
1.26
1.77
1.26
1.25
2.78
2.77
2.68
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Suhu, Tegangan, Arus
250
200
150
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan (Volt)
Arus (mA)
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.4 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
Universitas Sumatera Utara
40
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.4 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garisbiru) dan
heatsink (garis oranye) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 7, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru muda) semakin menurun.
Namun pada menit ke 10 kembali meningkat hingga pada menit ke 16.Sehingga
nilai tegangan dan nilai arus semakin meningkat seiring besarnya perbedaan
temperatur.
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Tabel 4.5 data pengujian 5 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
43.75
62
102.5
109.5
128
148.5
162.5
171.5
180
183.7
183.5
178.2
159.7
128.2
127.7
131.5
Suhu
Heatsink
27.25
31
50
54.25
73.5
90.5
103.7
114.7
120.5
130.2
135
134
110.5
82.5
90.75
94.25
∆T
(oC)
16.5
31
52.5
55.25
54.5
58
58.8
56.8
59.5
53.5
48.5
44.2
49.2
45.7
36.95
37.25
Tegangan
(Volt)
1.2
5,51
8.22
8.27
8.27
8.22
8.17
8.06
8.01
7.96
7.59
6.45
8.27
7.91
7.54
7.59
Arus
(mA)
1.23
1
1.79
2.69
2.75
2.23
2.26
2.2
2.19
1.77
1.29
1.29
2.21
2.19
1.75
1.7
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Universitas Sumatera Utara
41
Suhu, Tegangan, Arus
200
150
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan (Volt)
Arus (mA)
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.5 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.5 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 9, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru muda) semakin menurun
hingga menit ke 16.
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Universitas Sumatera Utara
42
Tabel 4.6 data pengujian 6 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
33
48.25
73.75
86.5
103.2
116.5
130
137
144.5
153.2
157.2
162
166.2
173.5
178.5
178.7
Suhu
Heatsink
34.25
29.25
39.75
50.25
64
74.25
77.25
77
86
100.5
109.5
117.7
124.5
131.7
138
128.7
∆T
(oC)
0.25
19
34
36.25
39.2
42.25
52.75
60
58.5
52.7
47.7
44.3
41.7
41.8
40.5
50
Tegangan
(Volt)
0.52
1.46
7.54
7.91
8.01
8.06
8.22
8.32
8.27
8.06
7.96
7.85
7.75
7.65
7.54
8.01
Arus
(mA)
1.25
1.25
1
1.27
1.72
1.73
1.76
2.25
2.2
1.74
1.71
1.27
1.27
1.28
1.77
1.77
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Suhu, Tegangan, Arus
200
150
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan (Volt)
Arus (mA)
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.6 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
Universitas Sumatera Utara
43
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.6 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 9, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru muda) semakin menurun
namun kembali meningkat pada menit ke 16.
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Tabel 4.7 data pengujian 7 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
32.25
54.5
60.5
87.75
99.25
118.5
125.7
135.7
137.5
142.7
146.5
150.7
154.7
157.5
162
164.5
Suhu
Heatsink
24.75
31.5
33.75
44.75
58
71.5
74.75
76
77
78.25
77.75
83
85.5
93.25
98
112.2
∆T
(oC)
7.5
23
26.75
43
41.25
47
50.95
59.7
60.5
64.45
68.75
67.7
69.2
64.25
64
52.3
Tegangan
(Volt)
1.04
1.92
3.43
7.91
8.01
8.11
8.22
8.32
8.32
8.43
8.43
8.37
8.37
8.32
8.22
8.06
Arus
(mA)
1.27
1.29
1.71
1.76
1.78
2.21
2.3
2.68
2.7
2.79
3.17
2.8
2.8
2.73
2.68
2.71
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Universitas Sumatera Utara
44
Suhu, Tegangan, Arus
180
160
140
120
100
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan (Volt)
Arus (mA)
80
60
40
20
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.7 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.7 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 13, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru muda) semakin menurun
namun pada menit ke 14 hingga menit ke 16, perbedaan temperatur semakin
meningkat sehingga tegangan dan arus semakin meningkat.
peningkatan temperature ini terjadi karena penyerapan kalor yang lebih
cepat dari pada pembuangan/perpindahan kalor kelingkungan. Demikian halnya
dengan heatsink, peningkatan temperatur disebabkan oleh penyerapan kalor yang
lebih cepat dari pada pembuangan kalor kelingkungan.
.
Universitas Sumatera Utara
45
Tabel 4.8 data pengujian 8 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
51.75
69.25
81.75
99.5
108.7
121.2
129.5
136
141.7
144.5
149.7
154.2
159.5
159.7
159.2
158.7
Suhu
Heatsink
35.75
39.5
48.75
56
65.5
75
75.75
78
81.5
81.5
86.5
91.5
103.7
94.75
88.25
90.25
∆T
(oC)
16
29.75
33
43.5
43.2
46.2
53.75
58
60.2
63
63.2
62.7
55.8
64.95
70.95
68.45
Tegangan
Arus
(mA)
1.71
1.71
1.7
1.7
1.72
1.75
2.26
2.3
2.3
2.71
2.74
2.29
2.25
2.74
2.75
2.68
1.66
3.59
7.7
7.96
8.06
8.17
8.27
8.32
8.37
8.37
8.37
8.22
8.06
8.32
8.43
8.43
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Suhu, Tegangan, Arus
180
160
140
120
100
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan
Arus (mA)
80
60
40
20
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.8 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
Universitas Sumatera Utara
46
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.8 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke 13, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru muda) semakin menurun.
Namun, pada menit 14 hingga menit ke 16, perbedaan temperatur semakin
meningkat sehingga energy listrik yang dihasilkan semakin meningkat..
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Tabel 4.9 data pengujian 9 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
23
46.5
79
95.5
125.7
149
161.2
170.7
178.7
186.5
188
191.5
192.7
194.5
196.2
188
Suhu
Heatsink
21
22.75
33.75
47.75
64.75
82.25
95.75
99.5
107.5
110.2
115.5
117
117
115.7
117.2
113
∆T
(oC)
2
23.75
45.25
47.75
60.95
66.75
65.45
71.2
71.2
76.3
72.5
74.5
75.7
78.8
79
75
Arus
(mA)
0.17
0.15
1.28
1.28
1.74
1.76
1.76
2.19
2.21
2.21
2.24
2.26
2.31
2.68
2.69
4.16
Tegangan
(Volt)
0.05
1.61
8.11
8.27
8.37
8.32
8.32
8.32
8.27
8.27
8.27
8.32
8.32
8.43
8.37
8.17
waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
Universitas Sumatera Utara
47
Suhu, Tegangan, Arus
250
200
150
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Arus (mA)
Tegangan
100
50
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.9 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.9 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke15, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-muda) dan nilai arus(garis biru-hijau) semakin menurun
Namun, pada menit 16, perbedaan temperatur semakin meningkat sehingga
energy listrik yang dihasilkan semakin meningkat.
peningkatan temperature ini disebabkan oleh kalor yang diserap
aluminium dari panas yang terbuang pada kompor masak yang tidak sebanding
dengan perpindahan kalor dari aluminium ke lingkungan. ini terjadi karena
penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor
kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink, peningkatan temperatur
Universitas Sumatera Utara
48
disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada pembuangan kalor
kelingkungan.
Tabel 4.10 data pengujian 10 menggunakan beban LED
Suhu
Aluminium
39.25
64.75
71.5
106.7
106.7
131.2
140.5
142.2
146
152
152.5
153.5
154.7
160
162
Suhu
Heatsink
31
38.75
41.5
64.5
64.5
87.75
87.5
83.5
83.5
83
85.25
84.5
84.5
95.5
102
∆T
(oC)
8.25
26
30
42.2
42.2
43.45
53
58.7
62.5
69
67.25
69
70.2
64.5
60
Tegangan
(volt)
0.73
2.03
6.29
10.97
10.97
11.7
13.94
14.15
14.1
13.89
13.89
13.94
13.89
13.89
13.78
Arus
(mA)
1.74
1.73
1.77
1.79
1.79
2.3
2.22
2.24
2.24
3.5
3.5
2.8
3.5
2.78
1.79
Waktu
(menit)
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
Suhu, Tegangan, Arus
180
160
140
120
100
Suhu Aluminium
Suhu Heatsink
∆T (oC)
Tegangan
Arus (mA)
80
60
40
20
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
Waktu (menit)
Gambar 4.10 Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Hasil percobaan diatas dilakukan dengan mengukur tegangan dan arus
pada keluaran xl6009 menggunakan sensor arus dan sensor tegangan yang
dihubungkan pada rangkaian keluaran xl6009, sedangkan pengukuran perbedaan
Universitas Sumatera Utara
49
temperatur (∆T oc) pada termoelektrik generator, menggunakan termokopel, yang
diletakkan pada heatsink pembuang panas dan aluminium sebagai penyerap
panas.Pengujian dilakukan dengan membiarkan kompor menyala selama 16 menit
dimana sejak menit awal, pengukuran sudah dimulai.
Berdasakan gambar 4.10 kita bisa melihat bahwa pada menit awal hingga
akhir pengujian, temperatur aluminium sebagai penyerap panas (garis biru) dan
heatsink (garis merah) yang berfungsi sebagai pembuang panas, mengalami
peningkatan secara terus menerus.namun pada menit ke12, perbedaan temperatur
(∆Toc) yang ditandai dengan garis warna oranye menurun, sehingga nilai
tegangan (garis biru-hijau) dan nilai arus(garis biru muda) semakin menurun
Namun, pada menit 13, perbedaan temperatur kembali meningkat sehingga energy
listrik yang dihasilkan semakin meningkatan. peningkatan temperature ini
disebabkan oleh kalor yang diserap aluminium dari panas yang terbuang pada
kompor masak yang tidak sebanding dengan perpindahan kalor dari aluminium ke
lingkungan. ini terjadi karena penyerapan kalor yang lebih cepat dari pada
pembuangan/perpindahan kalor kelingkungan. Demikian halnya dengan heatsink,
peningkatan temperatur disebabkan oleh penyerapan kalor yang lebih cepat dari
pada pembuangan kalor kelingkungan.
Berdasarkan data-data keseluruhan yang dihasilkan diatas diperoleh
perbedaan temperature(∆T) pada kedua sisi elemen Termoelektrik Generator akan
meningkat selama 10 menit, namun kemudian perbedaan temperature(
∆T) akan
menurun. Ini berpengaruh terhadap energi listrik yang dihasilkan yang apabila
semakin menurunnya perbedaan temperature akan menurunnya energy listrik
yang dihasilkan. Sedangkan tegangan yang dihasilkan TEG disambungkan pada
XL6009 dengan tujuan meningkatkan tegangan yang dihasilkan oleh TEG.Hal ini
sangat berguna untuk mempercepat penyalaan lampu, sehingga tidak perlu
menunggu agar lampu menyala setelah kompor dinyalakan. Dari data yang
dihasilkan,
pengukuran
yang
dilakukan
pada
keluaran
XL6009
akan
menghasilkan 7 volt, dalam kurung waktu 2.75 menit. Ini berarti lampu akan
mulai menyala dalam waktu 2.75 menit. Dan akan meningkat atau menurun sesuai
dengan besarnya perbedaan temperature yang dihasilkan pada termoelektrik
generator.
Universitas Sumatera Utara
50
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
5.1Kesimpulan
Dari hasil perancangan alat hingga pembuatan alat dan pengujianalat,
maka dapat ditarik kesimpulan, antara lain:
1. Pada menit ke 3, tegangan yang terukur pada rangkaian sebesar 7 volt dan
pada perbedaan temperature (∆T) 45 0c.
2. Led mulai menyala pada tegangan 7 volt dan semakin meningkat seiring
tegangan yang meningkat.
5.2 Saran
Setelah dilakukan pengujian pada alat, diperoleh beberapa hal yang dapat
dijadikan saran untuk dilakukan terhadap penelitian selanjutnya:
1. Untuk penelitian selanjutnya, lebih teliti terhadap perhitungan perancangan
alat karena ini sangat berdampak pada hasil pembuatan alat yang dikerjakan.
2. Untuk penelitian selanjutnya, lebih teliti dalam perancangan penyerapan
pembuangan panas yang lebih baik, atau dengan menggunakan pembuang
panas yang lebih bagus seperti heat pump, agar perpindahan panas terhadap
lingkungan lebih cepat, sehingga perbedaan temperature dapat dipertahankan.
3. Untuk penelitian selanjutnya, lebih memperhatikan bahan, alat dan komponen
yang akan digunakan, karena pengujian dilakukan di lingkungan sumber api.
Universitas Sumatera Utara