Karakteristik pembangkit listrik menggunakan empat modul termoelektrik sebagai pengisi daya baterai handphone.
vii ABSTRAK
KARAKTERISTIK PEMBANGKIT LISTRIK MENGGUNAKAN EMPAT MODUL TERMOELEKTRIK JENIS TEC1 12706 SEBAGAI PENGISI
DAYA BATERAI HANDPHONE
Henrik Tendi Yuda Kusuma Universitas Sanata Dharma
2013
Penelitian ini bertujuan untuk : (1) membuat model pembangkit listrik menggunakan modul termoelektrik dengan sumber energi panas dari kompor spiritus ; (2) mengetahui karakteristik dan unjuk kerja modul termoelektrik jenis TEC1-12706 yang digunakan sebagai pembangkit listrik ; (3) model pembangkit
listrik menggunakan modul termoelektrik yang dibuat mampu untuk mengisi daya baterai handphone jenis BL-5CB.
Karakteristik yang diamati adalah besaran listrik yang dihasilkan serta efisiensi model pembangkit listrik menggunakan modul termoelektrik dengan sumber panas dari kompor spiritus dari waktu ke waktu. Pada penelitian ini rangkaian empat modul termoelektrik yang digunakan adalah rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan variasi tanpa beban, pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian daya baterai handphone.
Hasil Penelitian yang dilakukan tegangan listrik maksimal yang didapatkan saat pengujian adalah sebesar 7,32 volt pada variasi rangkaian seri tanpa menggunakan beban, sedangkan efisiensi maksimal yang didapatkan dari pengujian ini adalah sebesar 0,304% pada variasi rangkaian seri dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai pada handphone. baterai dapat terisi dayanya pada variasi rangkaian seri dengan pemasangan
voltage regulator 7805 mulai pada menit kelima saat tegangan listrik sebesar 3,7 volt dan arus listrik sebesar 0,07 ampere. Sedangkan pada rangkaian paralel baterai handphone tidak dapat terisi dikarenakan tegangan maksimal yang dihasilkan 0,0005 volt, dibawah tegangan minimal untuk dapat mengisi daya baterai.
(2)
i
KARAKTERISTIK PEMBANGKIT LISTRIK MENGGUNAKAN EMPAT
MODUL TERMOELEKTRIK JENIS TEC1 12706 SEBAGAI PENGISI
DAYA BATERAI HANDPHONE
TUGAS AKHIR
Diajukan Untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan
Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Diajukan Oleh:
HENRIK TENDI YUDA KUSUMA
NIM : 095214016
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
(3)
ii
THE CHARACTERISTIC OF GENERATOR USING FOUR
TERMOELEKTRIK MODUL TEC1 12706 FOR CHARGED HANDPHONE
BATTERY
FINAL PROJECT
Presented as partitial fulfilment of the requirement
for obtaining the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering
By:
HENRIK TENDI YUDA KUSUMA
Student Number : 095214016
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM
DEPARTMENT OF MECHANICAL ENGINEERING
FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
(4)
iii
TUGAS AKHIR
KARAKTERISTIK PEMBANGKIT LISTRIK MENGGUNAKAN EMPAT
MODUL TERMOELEKTRIK JENIS TEC1 12706 SEBAGAI PENGISI
DAYA BATERAI HANDPHONE
Disusun Oleh :
Nama : Henrik Tendi Yuda Kusuma
NIM : 095214016
Telah disetujui oleh :
Pembimbing Tanggal, 15 November 2013
(5)
iv
TUGAS AKHIR
KARAKTERISTIK PEMBANGKIT LISTRIK MENGGUNAKAN EMPAT
MODUL TERMOELEKTRIK JENIS TEC1 12706 SEBAGAI PENGISI
DAYA BATERAI HANDPHONE
Dipersiapkan dan ditulis oleh: Nama : Henrik Tendi Yuda Kusuma NIM : 095214016
Telah dipertahankan di depan Panitia Penguji pada tanggal 15 November 2013 dan dinyatakan telah memenuhi syarat
Susunan Panitia Penguji :
Nama Lengkap Tanda Tangan
Ketua : Dr. Drs. Vet Asan Damanik, M.Si. ...
Sekretaris : Wibowo Kusbandono, S.T., M.T. ...
Anggota : Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. ...
Yogyakarta, 15 November 2013
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
(6)
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Saya menyatakan dengan sesungguhnya bahwa dalam Tugas Akhir yang saya
tulis ini tidak memuat karya atau bagian karya orang lain, kecuali yang telah
disebutkan dalam kutipan dan daftar pustaka, sebagaimana layaknya karya ilmiah.
Yogyakarta, 15 November 2013
Penulis
(7)
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma: Nama : Henrik Tendi Yuda Kusuma
Nomor Mahasiswa : 095214016
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul:
KARAKTERISTIK PEMBANGKIT LISTRIK MENGGUNAKAN EMPAT MODUL TERMOELEKTRIK JENIS TEC1 12706 SEBAGAI PENGISI
DAYA BATERAI HANDPHONE
Beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, mengalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempubliskannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya.
Dibuat di Yogyakarta
Pada tanggal : 15 November 2013
Yang menyatakan
(8)
vii ABSTRAK
KARAKTERISTIK PEMBANGKIT LISTRIK MENGGUNAKAN EMPAT MODUL TERMOELEKTRIK JENIS TEC1 12706 SEBAGAI PENGISI
DAYA BATERAI HANDPHONE
Henrik Tendi Yuda Kusuma Universitas Sanata Dharma
2013
Penelitian ini bertujuan untuk : (1) membuat model pembangkit listrik menggunakan modul termoelektrik dengan sumber energi panas dari kompor spiritus ; (2) mengetahui karakteristik dan unjuk kerja modul termoelektrik jenis TEC1-12706 yang digunakan sebagai pembangkit listrik ; (3) model pembangkit
listrik menggunakan modul termoelektrik yang dibuat mampu untuk mengisi daya baterai handphone jenis BL-5CB.
Karakteristik yang diamati adalah besaran listrik yang dihasilkan serta efisiensi model pembangkit listrik menggunakan modul termoelektrik dengan sumber panas dari kompor spiritus dari waktu ke waktu. Pada penelitian ini rangkaian empat modul termoelektrik yang digunakan adalah rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan variasi tanpa beban, pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian daya baterai handphone.
Hasil Penelitian yang dilakukan tegangan listrik maksimal yang didapatkan saat pengujian adalah sebesar 7,32 volt pada variasi rangkaian seri tanpa menggunakan beban, sedangkan efisiensi maksimal yang didapatkan dari pengujian ini adalah sebesar 0,304% pada variasi rangkaian seri dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai pada handphone. baterai dapat terisi dayanya pada variasi rangkaian seri dengan pemasangan
voltage regulator 7805 mulai pada menit kelima saat tegangan listrik sebesar 3,7 volt dan arus listrik sebesar 0,07 ampere. Sedangkan pada rangkaian paralel baterai handphone tidak dapat terisi dikarenakan tegangan maksimal yang dihasilkan 0,0005 volt, dibawah tegangan minimal untuk dapat mengisi daya baterai.
(9)
viii
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yesus Kristus bahwa dengan
berkat kasih-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang
berjudul “KARAKTERISTIK PEMBANGKIT LISTRIK MENGGUNAKAN EMPAT MODUL TERMOELEKTRIK JENIS TEC1 12706 SEBAGAI
PENGISI DAYA BATERAI HANDPHONE”.
Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan untuk memperoleh gelar
Sarjana Teknik (S.T.) di program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma. Dalam menyelesaikan Tugas Akhir ini
tentunya tidak terlepas dari bantuan dari berbagai pihak. Oleh karena itu, dalam
kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ungkapan terima kasih dan
penghormatan kepada :
1. Tuhan Yesus Kristus atas segala rahmat, lindungan, dan bimbingan-Nya
dalam melewati setiap langkah hidup penulis.
2. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains
dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik
Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta serta sebagai pembimbing
Tugas Akhir.
4. Dr. Drs. Vet Asan Damanik, M.Si. selaku Dosen Penguji yang telah
banyak meluangkan waktu dalam memberikan bimbingan, memberikan
(10)
ix
5. Wibowo Kusbandono, S.T., M..T. selaku Dosen Penguji yang telah banyak
meluangkan waktu dalam memberikan bimbingan, memberikan kritik dan
saran untuk kesempurnaan skripsi ini.
6. Doddy Purwadianto, S.T., M.T. selaku pembimbing akademik penulis.
7. Dosen-dosen program studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma,
atas ilmu pengetahuan dan bimbingannya kepada penulis.
8. Ag. Rony Windaryawan, laboran laboratorium perpindahan kalor, yang
turut membantu dalam menyediakan fasilitas yang dibutuhkan oleh penulis
saat penelitian.
9. Seluruh staf sekretariat Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata
Dharma.
10. Bapak Helarion Supardi dan Ibu Theresia Suminten yang tanpa lelah
memberikan kasih sayang, dukungan dan doa kepada penulis dalam
menyelesaikan Tugas Akhir ini.
11. Daniel Resa Kusuma dan Yoselia Alvi Kusuma yang turut mendukung dan
mendoakan penulis.
12. Om Fransiscus Hendri Tamtomo dan Tante Fransisca Melany yang turut
pula memberi dukungan dan doa kepada penulis.
13. Saudari Septiana Cahyarum yang telah bersedia menemani perjalanan
hidup penulis.
14. Dika, Kadek, Eko, Dodo, Toro, Rio, Age, Pak Wo, Candra, Mas Surya,
Kang Andri dan teman-teman Teknik Mesin angkatan 2009 yang turut
(11)
x
15. Semua pihak yang turut memberikan dukungan dalam menyelesaikan
Tugas Akhir ini.
Penulis menyadari bahwa masih banyak terdapat kekurangan dalam
penyusunan Tugas Akhir ini. Oleh karena itu, penulis mengharapkan kritik dan
saran dari berbagai pihak. Besar harapan penulis agar Tugas Akhir ini bermanfaat
bagi perkembangan ilmu teknik di Indonesia.
Penulis
(12)
xi DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
TITLE PAGE ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS ... vi
ABSTRAK ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... xi
DAFTAR TABEL ... xiv
DAFTAR GAMBAR ... xv
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.2 Perumusan Masalah ... 2
1.3 Tujuan Penelitian ... 3
1.4 Manfaat Penelitian ... 3
(13)
xii
BAB II TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI ... 5
2.1 Tinjauan Pustaka ... 5
2.2 Dasar Teori ... 6
2.2.1 Spesifikasi Modul Termoelektrik ... 7
2.2.2 Perhitungan Efisiensi Pembangkit Listrik ... 8
BAB III METODE PENELITIAN ... 15
3.1 Deskripsi Alat ... 15
3.2 Variabel Yang Divariasikan ... 19
3.3 Variabel Yang Diukur ... 19
3.4 Langkah Penelitian ... 19
3.5 Peralatan Pendukung ... 22
BAB IV HASIL PENELITIAN, PENGOLAHAN DATA DAN PEMBAHASAN ... 26
4.1 Hasil Penelitian ... 26
4.2 Pengolahan Data ... 32
4.3 Pembahasan ... 45
BAB V KESIMPULAN, KETERBATASAN DAN SARAN ... 61
5.1 Kesimpulan ... 61
(14)
xiii
DAFTAR PUSTAKA ... 63
(15)
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Rangkaian seri tanpa beban... 26
Tabel 4.2 Rangkaian paralel tanpa beban ... 27
Tabel 4.3 Rangkaian seri dengan pemasangan voltage regulator 7805... 28 Tabel 4.4 Rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 ... 29 Tabel 4.5 Rangkaian seri dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan
beban pengisian baterai ... 30
Tabel 4.6 Rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai ... 30
Tabel 4.7 Hasil perhitungan dari data rangkaian seri tanpa beban ... 39
Tabel 4.8 Hasil perhitungan dari data rangkaian seri tanpa beban ... 40
Tabel 4.9 Hasil perhitungan dari data rangkaian seri dengan pemasangan
voltage regulator 7805 tanpa beban pengisian baterai ... 41 Tabel 4.10 Hasil perhitungan dari data rangkaian paralel dengan pemasangan
voltage regulator 7805 tanpa beban pengisian baterai ... 42 Tabel 4.11 Hasil perhitungan dari data rangkaian seri dengan pemasangan
voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai ... 43 Tabel 4.12 Hasil perhitungan dari data rangkaian paralel dengan pemasangan
(16)
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema teori efek Seebeck ... 6
Gambar 3.1 Skema model pembangkit listrik menggunakan modul termoelektrik ... 15
Gambar 3.2 Model pembangkit listrik menggunakan modul termoelektrik .. 16
Gambar 3.3 Modul termoelektrik jenis TEC1 12706 ... 16
Gambar 3.4 Thermal grease ... 17
Gambar 3.5 Skema rangkaian seri ... 17
Gambar 3.6 Skema rangkaian paralel ... 18
Gambar 3.7 voltage regulator 7805 ... 18
Gambar 3.8 Skema pemasangan voltage regulator 7805 ... 18
Gambar 3.9 APPA52 Thermometer dengan dua termokopel ... 22
Gambar 3.10 APPA52 Termokopel... 22
Gambar 3.11 Stopwatch ... 23
Gambar 3.12 Voltmeter ... 23
Gambar 3.13 Amperemeter ... 24
Gambar 3.14 Kabel USB Charger ... 24
Gambar 3.15 Handphone Nokia tipe 103 ... 25
Gambar 3.16 Baterai BL-5CB... 25
Gambar 4.1 Hubungan ΔT dengan waktu pemanasan (t) pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel tanpa menggunakan beban ... 45
(17)
xvi
Gambar 4.2 Hubungan tegangan listrik (V) dengan waktu pemanasan (t) pada
variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel tanpa
menggunakan beban ... 46
Gambar 4.3 Hubungan tegangan listrik (V) dengan ΔT pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel tanpa menggunakan beban ... 46
Gambar 4.4 Hubungan ΔT dengan waktu pemanasan (t) pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 tanpa menggunakan beban ... 48
Gambar 4.5 Hubungan tegangan listrik (V) dengan waktu pemanasan (t) pada
variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan
voltage regulator7805 tanpa menggunakan beban ... 49 Gambar 4.6 Hubungan tegangan listrik (V) dengan ΔT pada variasi rangkaian
seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 tanpa menggunakan beban ... 49
Gambar 4.7 Hubungan ΔT dengan waktu pemanasan (t) pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone ... 52 Gambar 4.8 Hubungan tegangan listrik (V) dengan waktu pemanasan (t) pada
variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan
voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone 52 Gambar 4.9 Hubungan arus listrik (I) dengan aktu pemanasan (t) pada variasi
rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone ... 53
(18)
xvii
Gambar 4.10 Hubungan daya listrik (P) dengan aktu pemanasan (t) pada variasi
rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone ... 53 Gambar 4.11 Hubungan energi panas yang diterima (QH) dengan waktu
pemanasan (t) pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel
dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban
pengisian baterai handphone ... 54 Gambar 4.12 Hubungan efisiensi (Ƞ) dengan waktu pemanasan (t) pada variasi
rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone ... 54 Gambar 4.13 Hubungan tegangan listrik (V) dengan ΔT pada variasi rangkaian
seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan bebanpengisian baterai handphone ... 55 Gambar 4.14 Hubungan arus listrik (I) dengan ΔT pada variasi rangkaian seri
dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone ... 55 Gambar 4.15 Hubungan daya listrik (P) dengan ΔT pada variasi rangkaian seri
dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone ... 56 Gambar 4.16 Hubungan energi panas yang diterima (QH) dengan ΔT pada variasi
rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone ... 56
(19)
xviii
Gambar 4.17 Hubungan efisiensi (Ƞ) dengan ΔT pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone ... 57
(20)
1 BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Sekarang ini energi listrik menjadi bagian sangat penting dalam
kehidupan manusia sehari-hari, hampir semua aktivitas manusia
memanfaatkan energi listrik. Saat ini energi listrik telah sangat mudah untuk
didapatkan terutama di perkotaan dan pedesaan yang sudah maju. Tetapi tidak
dapat dipungkiri bahwa masih terdapat daerah-daerah terpencil yang belum
terdapat jaringan listrik dimana energi listrik belum tersedia. Beberapa jenis
pembangkit listrik yang telah banyak dimanfaatkan di Indonesia adalah
pembangkit listrik tenaga air, pembangkit listrik tenaga panas bumi,
pembangkit listrik tenaga uap, pembangkit listrik dengan menggunakan
minyak bumi.
Telah banyak dilakukan penelitian dan pengembangan pembangkit
listrik alternatif untuk memenuhi kebutuhan energi listrik di daerah-daerah
terpencil yang belum terjangkau oleh jaringan listrik. Sumber energi alternatif
yang digunakan dimungkinkan untuk mudah didapatkan walaupun di daerah
terpencil sekalipun serta hemat biaya. Sumber energi pembangkit listrik yang
digunakan adalah sumber energi yang dapat terperbaharukan, hal ini
bertujuan untuk mengantisipasi habisnya sumber energi yang tidak
terbaharukan seperti minyak bumi yang sekarang ini menjadi salah satu
(21)
Beberapa sumber energi yang dapat terbarukan serta mudah diperoleh
di daerah-daerah di Indonesia adalah energi panas bumi, surya, angin, air,
biomassa dan sebagainya. Sumber-sumber energi ini menjadi perhatian para
peneliti untuk dikembangkan dan dapat digunakan sebagai pembangkit listrik.
Pembangkit modul termoelektrik merupakan salah satu alat yang dapat
mengkonversikan energi panas menjadi energi listrik, panas yang diperlukan
dapat diperoleh dari surya, panas bumi, uap, proses pembakaran dan panas
buangan dari suatu proses pembakaran/produksi.
Prinsip kerja dari pembangkit modul termoelektrik adalah
mengkonversikan energi panas menjadi energi listrik berdasarkan pada teori
efek Seeback. Modul termoelektrik dapat bekerja dengan baik pada sumber panas yang memiliki temperatur dibawah 500 Kelvin atau sekitar 226°C.
Secara umum di indonesia modul termoelektrik digunakan sebagai
pendingin/pemanas (keping panas dingin) dengan jenis modul termoelektrik
yang digunakan adalah TEC1 12706.
1.2 Perumusan Masalah
Penggunaan modul termoelektrik sebagai pembangkit listrik dapat
menjadi salah satu alternatif solusi menanggapi kebutuhan energi listrik
terutama di daerah-daerah yang belum terdapat jaringan listrik. Hal ini
dikarenakan modul termoelektrik dapat mengkonversikan energi panas
menjadi energi listrik. Energi panas yang dibutuhkan diperoleh dengan
(22)
Panas dari kompor spiritus diterima oleh plat datar yang kemudian
digunakan untuk memanaskan sisi panas modul termoelektrik. Sedangkan sisi
dingin modul termoelektrik dipasang sirip pelepas panas (heatsink). Penelitian ini mengamati karakteristik dan unjuk kerja dari modul
termoelektrik pendingin/pemanas (keping panas dingin) yang digunakan
sebagai pembangkit modul termoelektrik yang nantinya dapat digunakan
sebagai pengisi daya baterai handphone.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai :
1. Membuat model pembangkit listrik menggunakan modul termoelektrik
dengan sumber energi panas dari kompor spiritus.
2. Mengetahui karakteristik dan unjuk kerja modul termoelektrik jenis TEC1
12706 yang digunakan sebagai pembangkit listrik.
3. Model pembangkit listrik menggunakan modul termoelektrik yang dibuat
mampu untuk mengisi daya baterai handphone jenis BL-5CB.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang didapatkan :
1. Dapat digunakan sebagai referensi untuk pembuatan pembangkit listrik
menggunakan modul termoelektrik dengan variasi dan rancangan yang
(23)
2. Dapat dikembangkan lebih lanjut sebagai pembangkit listrik dengan skala
yang lebih besar yang disesuaikan dengan daerah-daerah terpencil yang
belum terjangkau oleh jaringan listrik.
3. Menambah kepustakaan tentang pembangkit listrik alternatif dengan
menggunakan modul termoelektrik.
1.5 Batasan Masalah
Batasan penelitian karakteristik pembangkit listrik menggunakan modul
termoelektrik dengan sumber panas dari kompor spiritus adalah :
1. Karakteristik yang diamati adalah besaran listrik yang dihasilkan serta
efisiensi model pembangkit listrik menggunakan modul termoelektrik
dengan sumber panas dari kompor spiritus dari waktu ke waktu.
2. Pada penelitian ini modul termoelektrik dirangkai dengan dua jenis
rangkaian yaitu rangkaian seri dan rangkaian paralel.
3. Model pembangkit listrik menggunakan modul termoelektrik dengan
sumber panas dari kompor spiritus dapat digunakan sebagai pengisi daya
(24)
5 BAB II
TINJAUAN PUSTAKA DAN DASAR TEORI
2.1 Tinjauan Pustaka
Fenomena Termoelektrik pertama kali ditemukan oleh ilmuwan
Jerman, Thomas Johann Seebeck pada tahun 1821. Thomas Johann Seebeck
melakukan penelitian dengan menghubungkan tembaga dan besi dalam
sebuah rangkaian. Di antara kedua logam tersebut diletakkan sebuah kompas.
Ketika salah satu sisi logam tersebut dipanaskan, jarum kompas bergerak.
Hal tersebut terjadi dikarenakan adanya aliran listrik yang terjadi pada logam
yang menimbulkan medan magnet. Medan magnet inilah yang menggerakkan
jarum kompas. Fenomena tersebut kemudian lebih dikenal sebagai teori efek
Seebeck.
Penelitian oleh Burke dan Buist (1983) memperoleh batasan
penggunaan modul termoelektrik sebagai pembangkit listrik. Batasan
penggunaan dimaksudkan untuk mencegah kerusakan atau perubahan struktur
elemen yang dapat menurunkan efisiensi dan memperpendek usia pakai.
Batasan penggunakan tersebut adalah temperatur sebesar 138°C sampai
300°C, hal ini berkaitan dengan pentingnya pengaturan sumber panas dan
pemilihan pelepas panas (heatsink).
Penelitian pembangkit listrik modul termoelektrik (Hendrata, 2005)
penelitian ini menggunakan modul termoelektrik jenis TEC1 12706 sebanyak
(25)
Vmax = 14,9 volt dan batas suhu kerja 200 °C selama 1,5 menit. Parameter
yang divariasikan dalam pengambilan data adalah sumber panas yaitu berupa
lampu halogen, heater, lampu minyak dan radiasi surya. Sedangkan untuk pendinginan menggunakan udara bebas, kipas dan air. Dari hasil penelitian
diperoleh nilai efisiensi sebesar 2,727% serta informasi bahwa modul
termoelektrik yang dipakai rentan terhadap fluktuasi perubahan suhu yang menurunkan performa alat uji.
2.2 Dasar Teori
Prinsip dasar kerja modul termoelektrik adalah berdasarkan teori efek
Seebeck yaitu “jika dua buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujungnya, kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka
terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain”. (Muhaimin, 1993). Skema teori efek Seebeck dapat dilihat pada Gambar 2.1.
Gambar 2.1 Skema teori efek Seebeck
(26)
Bila modul termoelektrik dipanaskan pada salah satu sisi dan diberi
pelepas panas pada sisi sebaliknya maka akan terjadi perbedaan temperatur
pada kedua sisi modul termoelektrik. Perbedaan temperatur pada kedua sisi
modul termoelektrik tersebut menyebabkan terjadinya perbedaan potensial
listrik pada ujung sambungan modul termoelektrik.
2.2.1 Spesifikasi Modul Termoelektrik TEC1 12706
Modul termoelektrik TEC1 12706 yang dipergunakan dalam
penelitian ini adalah modul termoelektrik jenis Termoelektrik Cooler
dengan 127 pasang semikonduktor, skema modul termoelektrik dapat
dilihat pada gambar 2.2. Berikut ini spesifikasi modul termoelektrik
TEC1 12706 yang diambil dari internet pada website
www.peltiermodules.com :
1. Ukuran sisi 40 mm × 40 mm dengan tebal 3,8 mm.
2. Perbedaan temperatur sisi panas dengan sisi dingin maksimal
(ΔTmax) sebesar 66 °C.
3. Arus listrik maksimal yang mengalir (Imax) sebesar 6 ampere.
4. Tegangan listrik maksimal yang diperbolehkan (Vmax) sebesar
14,4 volt.
5. Hambatan modul termoelektrik sebesar 1,98 ohms.
6. Material keramik Electrical Insulator yang dipergunakan adalah Alumina (Al2O3).
(27)
2.2.2 Perhitungan Efisiensi Pembangkit Listrik
Beda temperatur sisi panas modul termoelektrik dengan sisi dingin
modul termoelektrik (ΔT) dapat dihitung dengan persamaan (2.1).
(2.1)
pada persamaan (2.1) :
ΔT : beda temperatur antara kedua sisi modul termoelektrik (K) TH : temperatur sisi panas modul termoelektrik (K)
TC : temperatur sisi dingin modul termoelektrik (K)
Besar daya yang dihasilkan model pembangkit termoelektrik (P) dalam
satuan watt dapat dihitung dengan persamaan (2.2).
(2.2)
pada persamaan (2.2) :
P : daya yang dihasilkan (watt)
V : tegangan yang dihasilkan (volt)
I : arus yang dihasilkan (ampere)
Pada penelitian ini, modul termoelektrik yang terdiri dari empat
modul dirangkai dengan rangkaian seri atau paralel. Satu rangkaian seri
terdiri atas NS modul dan satu rangkaian paralel terdiri atas NP modul,
total modul NT dapat dihitung dengan persamaan (2.3) (Duffie,
halaman 32).
(28)
pada persamaan (2.3) :
NT : nilai total modul
NS : nilai modul rangkaian seri
NP : nilai modul rangkaian paralel
Untuk perhitungan nilai koefisien Seebeck, nilai tahanan listrik, nilai
konduktansi termal, total energi panas dan efisiensi pembangkit listrik
menggunakan modul termoelektrik diambil dari buku yang ditulis oleh
Buist, 1997.
Koefisien Seebeck
Nilai koefisien Seebeck rata-rata modul termoelektrik dapat dihitung dengan persamaan (2.4).
(2.4)
pada persamaan (2.4) :
SM : koefisien Seebeck rata-rata modul termoelektrik (V/K)
T : temperatur rata-rata modul termoelektrik (K)
Koefisien untuk modul termoelektrik dengan 71 pasang semikonduktor
dan arus 6 ampere :
S1 : 1,33450 × 10-2
S2 : -5,37574 × 10-5
S3 : 7,42731 × 10-7
(29)
Persamaan (2.4) hanya berlaku untuk menghitung koefisien
Seebeck pada temperatur modul termoelektrik antara -100 °C sampai +150 °C dengan beda temperatur sisi panas dan sisi dingin sama dengan
nol (ΔT = 0). Koefisien Seebeck harus dihitung pada kedua temperatur sisi panas (TH) dan sisi dingin (TC) bila ΔT > 0 menggunakan
persamaan (2.5) dan (2.6).
(2.5)
(2.6)
Pada persamaan (2.5) dan (2.6) :
SMTH : koefisien Seebeck pada sisi panas TH modul termoelektrik
(V/K)
SMTC : koefisien Seebeck pada sisi dingin TC modul termoelektrik
(V/K)
Nilai Tahanan Listrik
Nilai tahanan listrik modul termoelektrik dapat dihitung dengan
persamaan (2.7).
(2.7)
pada persamaan (2.7) :
RM : tahanan listrik modul termoelektrik (ohm)
(30)
Koefisien untuk modul termoelektrik dengan 71 pasang semikonduktor
dan arus 6 ampere:
r1 : 2,08317
r2 : -1,98763 × 10-2
r3 : 8,53832 × 10-5
r4 : -9,03143 × 10-8
Persamaan (2.7) hanya berlaku untuk menghitung nilai tahanan
listrik pada temperatur modul termoelektrik antara -100 °C sampai
+150 °C dengan beda temperatur sisi panas dan sisi dingin sama dengan
nol (ΔT = 0). Nilai tahanan listrik harus dihitung pada kedua temperatur sisi panas (TH) dan sisi dingin (TC) bila ΔT > 0, menggunakan
persamaan (2.8) dan (2.9).
(2.8)
(2.9)
pada persamaan (2.8) dan (2.9) :
RMTH : tahanan listrik pada sisi panas TH modul termoelektrik
(ohm)
RMTC : tahanan listrik pada sisi dingin TC modul termoelektrik
(ohm)
Nilai Konduktansi Termal
Nilai konduktansi termal modul termoelektrik dapat dihitung dengan
(31)
(2.10) pada persamaan (2.10) :
KM : konduktansi termal modul termoelektrik (W/K)
T : temperatur rata-rata modul termoelektrik (K)
Koefisien untuk modul termoelektrik dengan 71 pasang semikonduktor
dan arus 6 ampere:
k1 : 4,76218 × 10-1
k2 : -3,89821 × 10-6
k3 : -8,64864 × 10-6
k4 : 2,20869 × 10-8
Persamaan (2.10) hanya berlaku untuk menghitung nilai
konduktansi termal pada temperatur modul termoelektrik antara -100
°C sampai +150 °C dengan beda temperatur sisi panas dan sisi dingin
sama dengan nol (ΔT = 0). Nilai konduktansi termal harus dihitung pada kedua temperatur sisi panas (TH) dan sisi dingin (TC) bila ΔT > 0
menggunakan persamaan (2.11) dan (2.12).
(2.11)
(2.12)
pada persamaan (2.11) dan (2.12) :
KMTH : konduktansi termal pada sisi panas TH modul
termoelektrik (W/K)
KMTC : konduktansi termal pada sisi dingin TC modul
(32)
Nilai SM, RM dan KM pada persamaan (6), (9) dan (12) adalah untuk
modul termoelektrik dengan jumlah semikonduktor 71 pasang dan arus
6 amper. Untuk modul termoelektrik dengan jumlah semikonduktor dan
arus selain 71 pasang dan 6 ampere, nilai SM, RM dan KM dapat
dikonversi dengan persamaan (2.13), (2.14) dan (2.15).
(2.13)
(2.14)
(2.15) Pada persamaan (2.13), (2.14) dan (2.15) :
Sn : koefisien Seebeck untuk modul termoelektrik yang baru
(V/K)
Rn : tahanan listrik untuk modul termoelektrik yang baru
(ohm)
Kn : konduktansi termal untuk modul termoelektrik yang baru
(W/K)
Nn : jumlah pasangan semi konduktor modul termoelektrik
yang baru
In : arus maksimal untuk modul termoelektrik yang baru (A)
Total energi panas yang diterima oleh modul termoelektrik (QH) dalam
watt dapat dihitung dengan persamaan (2.16).
[
(33)
Efisiensi model pembangkit listrik menggunakan empat modul
termoelektrik (ȠG) dapat dihitung dengan persamaan (2.17).
(34)
15 BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Deskripsi Alat
Skema model pembangkit listrik menggunakan modul termoelektrik dengan
sumber energi panas dari kompor spiritus dapat dilihat pada Gambar 3.1.
Gambar 3.1 Skema model pembangkit listrik menggunakan modul termoelektrik
Keterangan Gambar 3.1 :
1. Modul Termoelektrik
2. Plat Datar Aluminium (Sisi Pemanas)
3. Body Aluminium 4. Kompor Spiritus
5. Heatsink dan Tangki Air Pendingin (Pelepas panas) 6. PCB Rangkaian Seri/Paralel
7. Saklar Seri/Paralel
8. USB Output Charger
9. Voltage Regulator 7805 10. Output Pengukuran Listrik
(35)
Gambar 3.2 Model pembangkit menggunakan modul termoelektrik
Dalam penelitian ini modul termoelektrik yang digunakan adalah modul
termoelektrik jenis TEC dengan 127 pasang semikonduktor dan arus 6
ampere, dapat dilihat pada Gambar 3.3.
Gambar 3.3 Modul termoelektrik jenis TEC1 12706
Modul termoelektrik yang akan dipasang terlebih dahulu di lapisi
dengan thermal grease pada kedua sisinya. Thermal grease berfungsi untuk mengisi celah kosong pada permukaan modul termoelektrik dengan plat datar
(36)
aluminium begitu juga dengan permukaan heatsink, dengan begitu distribusi panas dari plat datar aluminium ke modul termoelektrik akan lebih merata,
begitu pula distribusi panas dari modul termoelektrik ke heatsink juga akan lebih merata. Thermal grease yang digunakan pada modul termoelektrik dapat dilihat pada Gambar 3.4.
Gambar 3.4 Thermal grease
Dalam penelitian ini modul termoelektrik yang digunakan berjumlah
empat modul termoelektrik. empat modul termoelektrik ini diuji dengan
dirangkai secara seri dan dirangkai secara paralel. Skema rangkaian empat
modul termoelektrik dapat dilihat pada Gambar 3.5 dan Gambar 3.6.
(37)
Gambar 3.6 Skema rangkaian paralel
Pada output pembangkit listrik menggunakan 4 modul termoelektrik ini dipasang voltage regulator 7805, berfungsi sebagai pembatas tegangan maksimal yang dihasilkan steady sebesar 5 volt. Ini dimaksudkan agar tidak terjadi kelebihan tegangan pada saat digunakan sebagai pengisian daya pada
baterai handphone yang dapat berakibat menurunkan kinerja baterai. Skema
pemasangan voltage regulator 7805 dapat dilihat pada Gambar 3.8.
Gambar 3.7 Voltage regulator 7805
Gambar 3.8 Skema pemasangan voltage regulator 7805 (www.learningaboutelectronics.com, 2012)
(38)
3.2 Variabel Yang Divariasikan
Variabel yang divariasikan dalam penelitian yaitu :
1. Rangkaian modul termoelektrik (seri/paralel).
2. Tanpa pemasangan voltage regulator 7805 dan dengan pemasangan
voltage regulator 7805.
3. Dengan pemasangan voltage regulator 7805 tanpa menggunakan beban pengisian baterai handphone dan dengan menggunakan beban pengisian
baterai handphone.
3.3 Variabel Yang Diukur
Dalam penelitian ini variabel yang diukur yaitu :
1. Temperatur sisi panas modul termoelektrik (TH)
2. Temperatur sisi dingin modul termoelektrik (TC)
3. Tegangan listrik yang dihasilkan (V)
4. Arus listrik pada rangkaian (I)
5. Waktu yang digunakan (t)
3.4 Langkah Penelitian
Pengambilan data pada peneletian ini menggunakan metode langsung
yaitu penulis mengumpulkan data dengan menguji langsung alat yang telah
(39)
1. Untuk variasi yang pertama adalah modul termoelektrik dirangkai secara
seri tanpa pemasangan voltage regulator 7805 dan tanpa beban pengisian baterai.
2. Penelitian diawali dengan pemasangan termokopel pada setiap bagian yang akan diukur temperaturnya yaitu pada sisi panas modul
termoelektrik (TH) dan sisi pelepas panas pada modul termoelektrik(TC).
Besaran temperatur yang diukur termokopel akan ditampilkan pada APPA
thermometer.
3. Voltmeter dirangkai secara paralel dengan keluaran listrik pada alat.
4. Amperemeter dirangkai seri dengan rangkaian beban pengisian baterai.
5. Tangki air pada heatsink diisi dengan air sebanyak 500 ml. 6. Saklar seri/paralel dinyalakan pada posisi seri.
7. Kemudian kompor spiritus dinyalakan dan diletakkan pada posisinya,
bersamaan dengan itu stopwatch mulai menghitung waktu pemanasan.
8. Pengambilan data dilakukan pada setiap variasi selama 30 menit, dengan
pencatatan hasil pengukuran setiap 1 menit.
9. Data yang dicatat pada setiap pengukuran yaitu temperatur sisi panas
modul termoelektrik (TH), temperatur sisi dingin modul termoelektrik
(TC), tegangan listrik yang dihasilkan (V), arus listrik pada rangkaian (I)
dan waktu yang digunakan (t).
10.Setelah 30 menit pengambilan data, kompor spiritus dimatikan.
11.Untuk memulai kembali pengambilan data, kondisi temperatur
(40)
12.Untuk variasi yang kedua adalah modul termoelektrik dirangkai secara
paralel tanpa pemasangan voltage regulator 7805 dan tanpa beban pengisian baterai, langkah keenam sampai kedua belas diulangi kembali
dengan perubahan saklar seri/paralel pada posisi paralel.
13.Untuk variasi yang ketiga adalah modul termoelektrik dirangkai secara
seri dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan tanpa beban pengisian baterai, langkah keenam sampai kedua belas diulangi kembali
dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan saklar pada posisi seri. 14.Untuk variasi yang keempat adalah modul termoelektrik dirangkai secara
paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan tanpa beban pengisian baterai, langkah keenam sampai kedua belas diulangi kembali
dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan saklar pada posisi paralel.
15.Untuk variasi yang kelima adalah modul termoelektrik dirangkai secara
seri dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai, langkah keenam sampai kedua belas diulangi kembali dengan
pemasangan voltage regulator 7805, saklar pada posisi seri dan pemasangan beban pengisian baterai.
16.Untuk variasi yang keenam adalah modul termoelektrik dirangkai secara
paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai, langkah keenam sampai kedua belas diulangi kembali dengan
pemasangan voltage regulator 7805, saklar pada posisi paralel dan pemasangan beban pengisian baterai.
(41)
3.5 Peralatan Pendukung
Peralatan pendukung yang digunakan pada penelitian ini adalah :
1. APPA Thermometer
APPA Thermometer digunakan sebagai pencatat dan menampilkan nilai temperatur pada setiap sisi modul termoelektrik dari termokopel.
Gambar 3.9 APPA52 Thermometer dengan dua termokopel 2. Termokopel
Termokopel digunakan sebagai pengukur temperatur yang kemudian ditampilkan menggunakan APPA Thermometer.
(42)
3. Stopwatch
Stopwatch digunakan untuk mengukur waktu pengambilan data untuk setiap variabel yang diukur.
Gambar 3.11 Stopwatch
4. Voltmeter
Voltmeter digunakan untuk mengukur besar beda potensial listrik yang dihasilkan.
(43)
5. Amperemeter
Amperemeter digunakan untuk mengukur besar arus listrik yang dihasilkan.
Gambar 3.13 Amperemeter
6. Kabel USB
Kabel USB digunakan sebagai penghubung dari output USB pada alat
dengan handphone yang akan diisi daya batreinya.
(44)
7. Handphone dan Baterai
Jenis handphone yang digunakan pada penelitian ini untuk diisi daya baterainya adalah handphone Nokia tipe 103 dengan baterai tipe BL-5CB, seperti pada Gambar 3.12 dan 3.13. Baterai tipe BL-5CB memiliki
kapasitas sebesar 800 mAh dengan tegangan listrik sebesar 3,7 volt.
Gambar 3.15 Handphone Nokia tipe 103 (www.hdwallpapersinn.com, 2013)
Gambar 3.16 Baterai BL-5CB
(45)
26 BAB IV
HASIL PENELITIAN, PENGOLAHAN DATA DAN PEMBAHASAN
4.1 Hasil Penelitian
Tabel 4.1 Rangkaian seri tanpa beban
No. t TH TC V Keterangan menit K K volt
1 0 304,15 302,85 0 Kompor Spiritus Dinyalakan 2 1 311,65 310,25 3,19
3 2 318,85 314,55 4,15 4 3 321,45 315,85 4,32 5 4 326,65 318,85 4,54 6 5 327,55 320,25 4,76 7 6 331,25 322,75 5,29 8 7 340,75 328,45 6,3 9 8 341,65 329,05 6,42 10 9 346,65 332,85 6,52 11 10 350,25 336,35 6,62 12 11 350,65 337,45 6,54 13 12 349,35 338,85 6,48 14 13 350,35 339,65 6,58 15 14 354,55 341,45 6,56 16 15 357,85 343,55 7,32 17 16 354,45 342,55 6,48
18 17 357,25 343,95 6,35 19 18 360,55 346,85 6,21 20 19 362,25 348,95 5,87
21 20 361,45 348,75 5,94 22 21 358,65 347,35 5,87
23 22 356,35 346,65 4,89 24 23 361,55 350,55 5,12 25 24 367,35 354,35 5,69 26 25 381,85 359,75 6,62 27 26 383,45 356,85 6,73 28 27 372,55 349,95 5,55 29 28 369,35 350,25 5,62 30 29 366,85 349,25 5,56
(46)
Tabel 4.2 Rangkaian paralel tanpa beban
No. t TH TC V Keterangan menit K K volt
1 0 304,15 302,85 0 Kompor Spiritus Dinyalakan 2 1 314,25 309,25 0,87
3 2 323,55 314,75 1,28 4 3 331,35 318,65 1,44 5 4 333,65 321,25 1,53 6 5 345,35 327,65 1,68 7 6 337,75 324,35 1,58 8 7 342,65 326,85 1,58 9 8 348,55 330,55 1,66 10 9 345,25 330,85 1,67 11 10 352,85 335,75 1,72 12 11 355,55 336,65 1,72 13 12 355,45 336,95 1,72 14 13 362,95 341,25 1,82 15 14 359,55 341,05 1,93 16 15 363,05 343,45 1,97 17 16 365,65 344,35 2,02
18 17 365,35 342,75 2,07 19 18 375,05 348,95 2,17 20 19 383,25 350,35 2,21
21 20 377,35 353,35 2,17 22 21 370,45 353,35 2,1
23 22 375,35 357,35 2 24 23 378,35 359,25 2,08 25 24 388,45 361,95 2,11 26 25 375,25 349,25 1,76 27 26 374,45 346,45 1,17 28 27 371,85 347,25 0,98 29 28 374,95 356,55 1,45 30 29 380,15 356,85 1,7
(47)
Tabel 4.3 Rangkaian seri dengan pemasangan voltage regulator 7805
No. t TH TC V Keterangan menit K K volt
1 0 302,15 302,05 0 Kompor Spiritus Dinyalakan 2 1 322,75 310,85 3
3 2 340,35 319,35 3,8 4 3 352,75 325,35 4 5 4 359,45 330,65 4 6 5 364,55 333,35 4,2 7 6 368,65 336,85 4,4 8 7 370,35 338,85 5 9 8 373,05 341,45 5 10 9 375,85 343,75 5 11 10 377,05 345,65 5 12 11 379,85 348,45 5 13 12 381,65 350,25 5 14 13 384,65 350,35 5 15 14 385,35 350,65 5 16 15 386,95 351,75 5 17 16 387,15 352,25 5 18 17 388,35 352,95 5 19 18 391,05 353,45 5 20 19 391,55 353,45 5 21 20 394,55 353,65 5 22 21 394,85 353,95 5 23 22 400,25 355,25 5 24 23 403,05 355,35 5 25 24 404,65 357,75 5 26 25 408,65 357,75 5 27 26 412,25 357,85 5 28 27 412,75 358,15 5 29 28 413,05 358,65 5 30 29 415,25 358,85 5
(48)
Tabel 4.4 Rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805
No. t TH TC V Keterangan menit K K volt
1 0 304,25 304,15 0 Kompor Spiritus Dinyalakan 2 1 333,35 306,75 0,1
3 2 357,45 310,75 1 4 3 372,95 316,05 1 5 4 373,95 317,95 1 6 5 376,35 320,45 1 7 6 377,25 323,75 1,1 8 7 380,85 324,85 1,1 9 8 381,35 326,15 1,1 10 9 381,45 326,35 1,1 11 10 381,95 328,15 1,1 12 11 385,45 329,95 1,2 13 12 387,95 332,25 1,2 14 13 391,35 333,95 1,2 15 14 395,55 335,45 1,3 16 15 396,55 337,35 1,3 17 16 396,95 338,95 1,3 18 17 397,95 341,75 1,2 19 18 400,45 343,15 1,2 20 19 400,75 344,25 1,2 21 20 402,25 345,35 1,2 22 21 402,65 345,35 1,2 23 22 402,85 346,45 1,2 24 23 403,25 346,85 1,2 25 24 404,65 348,35 1,2 26 25 405,95 349,25 1,2 27 26 406,85 351,65 1,2 28 27 407,95 351,85 1,2 29 28 408,85 352,65 1,2 30 29 410,45 354,35 1,2
(49)
Tabel 4.5 Rangkaian seri dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai
No. t TH TC V I Keterangan menit K K volt mA
1 0 304,55 304,45 0 0 Kompor Spiritus Dinyalakan 2 1 342,85 316,85 3,7 50
3 2 355,55 326,15 3,7 50 4 3 366,85 327,35 3,7 50 5 4 374,55 332,95 3,7 50
6 5 379,35 334,95 3,7 70 Pengisian Daya Berlangsung 7 6 383,25 339,35 3,7 70
8 7 392,25 343,95 3,7 70 9 8 392,65 346,25 3,7 70 10 9 392,65 347,55 3,7 70 11 10 392,95 348,35 3,7 70 12 11 393,75 349,65 3,7 70 13 12 394,55 352,25 3,7 70 14 13 395,35 354,85 3,7 70 15 14 395,55 355,55 3,7 70 16 15 396,05 356,75 3,7 70 17 16 397,35 357,55 3,7 70 18 17 398,05 357,95 3,7 70 19 18 398,65 358,85 3,7 70 20 19 399,25 359,05 3,7 70 21 20 399,85 359,75 3,7 70 22 21 399,85 360,35 3,7 70 23 22 400,35 360,55 3,7 70 24 23 401,05 360,65 3,7 70 25 24 402,05 361,75 3,7 70 26 25 405,35 362,25 3,7 70 27 26 405,75 363,25 3,7 70 28 27 406,95 363,25 3,7 70 29 28 407,85 364,05 3,7 70 30 29 407,95 364,25 3,7 70
(50)
Tabel 4.6 Rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai
No. t TH TC V I Keterangan menit K K volt mA
1 0 303,25 303,15 0 0 Kompor Spiritus Dinyalakan 2 1 345,65 306,55 0,1 0,1
3 2 358,45 322,25 0,1 0,4 4 3 370,35 327,35 1,2 0,5 5 4 372,65 333,05 1,3 0,5 6 5 376,65 336,25 1,3 0,5 7 6 381,25 337,15 1,4 0,5 8 7 386,35 338,25 1,4 0,5 9 8 390,35 338,55 1,2 0,5 10 9 396,45 341,05 1,3 0,5 11 10 398,65 342,35 1,3 0,5 12 11 398,95 346,75 1,4 0,5 13 12 401,25 346,85 1,4 0,5 14 13 401,65 349,45 1,5 0,5 15 14 402,25 350,35 1,5 0,5 16 15 402,55 351,35 1,3 0,5 17 16 402,85 357,35 1,1 0,5 18 17 403,45 358,55 1,2 0,5 19 18 406,35 359,75 1,3 0,5 20 19 406,65 360,25 1,3 0,5 21 20 407,25 360,65 1,3 0,5 22 21 409,05 360,65 1,2 0,5 23 22 411,05 361,75 1,2 0,5 24 23 411,15 361,85 1,2 0,5 25 24 411,85 361,95 1,2 0,5 26 25 412,65 362,05 1,2 0,5 27 26 413,65 363,65 1,2 0,5 28 27 415,35 363,95 1,2 0,5 29 28 415,75 364,25 1,2 0,5 30 29 418,95 364,35 1,2 0,5
(51)
4.2 Pengolahan Data
Untuk data rangkaian seri dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai pada Tabel 4.5 digunakan perhitungan berikut :
a. Perhitungan beda temperatur (ΔT) :
Diketahui dari data Tabel 4.5 pada menit kedua, TH = 342,85 K
TC = 316,85 K
ΔT = TH– TC
= 342,85 – 316,85 = 26 K
b. Perhitungan daya yang dihasilkan (P) :
Diketahui dari data Tabel 4.5 pada menit kedua, V = 3,7 volt
I = 0,05 ampere
P = V × I
= 3,7 × 0,05
= 0,185 watt
c. Perhitungan total modul (NT) :
Pada rangkaian seri digunakan nilai modul, NS = 4 modul
NP = 1 modul
NT = NS × NP
= 4 × 1
(52)
d. Perhitungan koefisien Seebeck (Sn) :
Berdasarkan hasil perhitungan perbedaan temperatur kedua sisi modul
termoelektrik didapatkan ΔT > 0, maka digunakan persamaan :
Untuk mengetahui nilai SMTH dan SMTC digunakan persamaan :
Dengan koefisien untuk modul termoelektrik dengan 71 pasang
semikonduktor dan arus 6 ampere :
S1 : 1,33450 × 10-2
S2 : -5,37574 × 10-5
S3 : 7,42731 × 10-7
S4 : -1,27141 × 10-9
Diketahui dari data Tabel 4.5 pada menit kedua, TH = 342,85 K
TC = 316,85 K
( )
( ) ( ) ⁄
(53)
( )
( ) ( ) ⁄
⁄
⁄
e. Perhitungan nilai tahanan listrik (Rn) :
Berdasarkan hasil perhitungan perbedaan temperatur kedua sisi modul
termoelektrik didapatkan ΔT > 0, maka digunakan persamaan :
(54)
Dengan koefisien untuk modul termoelektrik dengan 71 pasang
semikonduktor dan arus 6 ampere :
r1 : 2,08317
r2 : -1,98763 × 10-2
r3 : 8,53832 × 10-5
r4 : -9,03143 × 10-8
Diketahui dari data Tabel 4.5 pada menit kedua, TH = 342,85 K
TC = 316,85 K
( )
( ) ( )
( )
( ) ( )
(55)
f. Perhitungan nilai konduktansi termal (Kn) :
Berdasarkan hasil perhitungan perbedaan temperatur kedua sisi modul
termoelektrik didapatkan ΔT > 0, maka digunakan persamaan :
Untuk mengetahui nilai RMTH dan RMTC digunakan persamaan :
Dengan koefisien untuk modul termoelektrik dengan 71 pasang
semikonduktor dan arus 6 ampere :
k1 : 4,76218 × 10-1
k2 : -3,89821 × 10-6
k3 : -8,64864 × 10-6
(56)
Diketahui dari data Tabel 4.5 pada menit kedua, TH = 342,85 K
TC = 316,85 K
( ) ( ) ( )
⁄
( ) ( ) ( )
⁄
⁄
(57)
⁄
g. Perhitungan total energi panas yang diterima modul termoelektrik (QH) :
[ ]
( )
h. Perhitungan efisiensi pembangkit listrik (ȠG) :
Untuk perhitungan data-data yang lain, cara perhitungan yang
dipergunakan sama. Semua hasil perhitungan dirangkum dan disajikan pada
(58)
Tabel 4.7 Hasil perhitungan dari data rangkaian seri tanpa beban
No. t ΔT V Keterangan menit K volt
1 0 1,3 0 Kompor Spiritus Dinyalakan 2 1 1,4 3,19
3 2 4,3 4,15 4 3 5,6 4,32 5 4 7,8 4,54 6 5 7,3 4,76 7 6 8,5 5,29 8 7 12,3 6,3 9 8 12,6 6,42 10 9 13,8 6,52 11 10 13,9 6,62 12 11 13,2 6,54 13 12 10,5 6,48 14 13 10,7 6,58 15 14 13,1 6,56 16 15 14,3 7,32 17 16 11,9 6,48 18 17 13,3 6,35 19 18 13,7 6,21 20 19 13,3 5,87 21 20 12,7 5,94 22 21 11,3 5,87 23 22 9,7 4,89 24 23 11 5,12 25 24 13 5,69 26 25 22,1 6,62 27 26 26,6 6,73 28 27 22,6 5,55 29 28 19,1 5,62 30 29 17,6 5,56
(59)
Tabel 4.8 Hasil perhitungan dari data rangkaian paralel tanpa beban
No. t ΔT V Keterangan menit K volt
1 0 1,3 0 Kompor Spiritus Dinyalakan 2 1 5 0,87
3 2 8,8 1,28 4 3 12,7 1,44 5 4 12,4 1,53 6 5 17,7 1,68 7 6 13,4 1,58 8 7 15,8 1,58 9 8 18 1,66 10 9 14,4 1,67 11 10 17,1 1,72 12 11 18,9 1,72 13 12 18,5 1,72 14 13 21,7 1,82 15 14 18,5 1,93 16 15 19,6 1,97 17 16 21,3 2,02 18 17 22,6 2,07 19 18 26,1 2,17 20 19 32,9 2,21 21 20 24 2,17 22 21 17,1 2,1 23 22 18 2 24 23 19,1 2,08 25 24 26,5 2,11 26 25 26 1,76 27 26 28 1,17 28 27 24,6 0,98 29 28 18,4 1,45 30 29 23,3 1,7
(60)
Tabel 4.9 Hasil perhitungan dari data rangkaian seri dengan pemasangan
voltage regulator 7805 tanpa beban pengisian baterai
No. t ΔT V Keterangan menit K volt
1 0 0,1 0 Kompor Spiritus Dinyalakan 2 1 11,9 3
3 2 21 3,8 4 3 27,4 4 5 4 28,8 4 6 5 31,2 4,2 7 6 31,8 4,4 8 7 31,5 5 9 8 31,6 5 10 9 32,1 5 11 10 31,4 5 12 11 31,4 5 13 12 31,4 5 14 13 34,3 5 15 14 34,7 5 16 15 35,2 5 17 16 34,9 5 18 17 35,4 5 19 18 37,6 5 20 19 38,1 5 21 20 40,9 5 22 21 40,9 5 23 22 45 5 24 23 47,7 5 25 24 46,9 5 26 25 50,9 5 27 26 54,4 5 28 27 54,6 5 29 28 54,4 5 30 29 56,4 5
(61)
Tabel 4.10 Hasil perhitungan dari data rangkaian paralel dengan pemasangan
voltage regulator 7805 tanpa beban pengisian baterai
No. t ΔT V Keterangan menit K volt
1 0 0,1 0 Kompor Spiritus Dinyalakan 2 1 26,6 0,1
3 2 46,7 1 4 3 56,9 1
5 4 56 1
6 5 55,9 1 7 6 53,5 1,1 8 7 56 1,1 9 8 55,2 1,1 10 9 55,1 1,1 11 10 53,8 1,1 12 11 55,5 1,2 13 12 55,7 1,2 14 13 57,4 1,2 15 14 60,1 1,3 16 15 59,2 1,3 17 16 58 1,3 18 17 56,2 1,2 19 18 57,3 1,2 20 19 56,5 1,2 21 20 56,9 1,2 22 21 57,3 1,2 23 22 56,4 1,2 24 23 56,4 1,2 25 24 56,3 1,2 26 25 56,7 1,2 27 26 55,2 1,2 28 27 56,1 1,2 29 28 56,2 1,2 30 29 56,1 1,2
(62)
Tabel 4.11 Hasil perhitungan dari data rangkaian seri dengan pemasangan
voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai
No ΔT P SN RN KN QH ȠG K watt V/K ohm W/K watt % 1 0,1 0 0,054 6,605 0,531 0,212 0 2 26 0,185 0,055 8,044 0,586 60,932 0,304 3 29,4 0,185 0,055 8,722 0,618 72,769 0,254 4 39,5 0,185 0,055 9,128 0,641 101,334 0,183 5 41,6 0,185 0,055 9,566 0,666 110,903 0,167 6 44,4 0,259 0,055 9,796 0,680 121,002 0,214 7 43,9 0,259 0,055 10,077 0,698 122,687 0,211 8 48,3 0,259 0,055 10,554 0,729 141,066 0,184 9 46,4 0,259 0,055 10,647 0,735 136,632 0,190 10 45,1 0,259 0,055 10,692 0,738 133,320 0,194 11 44,6 0,259 0,055 10,730 0,740 132,298 0,196 12 44,1 0,259 0,055 10,804 0,745 131,700 0,197 13 42,3 0,259 0,055 10,924 0,753 127,693 0,203 14 40,5 0,259 0,055 11,045 0,762 123,598 0,210 15 40 0,259 0,055 11,077 0,764 122,427 0,212 16 39,3 0,259 0,054 11,138 0,768 120,954 0,214 17 39,8 0,259 0,054 11,215 0,774 123,374 0,210 18 40,1 0,259 0,054 11,255 0,777 124,774 0,208 19 39,8 0,259 0,054 11,309 0,780 124,464 0,208 20 40,2 0,259 0,054 11,339 0,783 126,067 0,205 21 40,1 0,259 0,054 11,387 0,786 126,308 0,205 22 39,5 0,259 0,054 11,408 0,788 124,658 0,208 23 39,8 0,259 0,054 11,434 0,789 125,913 0,206 24 40,4 0,259 0,054 11,464 0,792 128,177 0,202 25 40,3 0,259 0,054 11,542 0,797 128,781 0,201 26 43,1 0,259 0,054 11,685 0,809 139,631 0,185 27 42,5 0,259 0,054 11,737 0,812 138,338 0,187 28 43,7 0,259 0,054 11,783 0,816 142,878 0,181 29 43,8 0,259 0,054 11,847 0,821 144,059 0,180 30 43,7 0,259 0,054 11,858 0,822 143,877 0,180 31 40,2 0,259 0,053 12,146 0,843 135,880 0,191
(63)
Tabel 4.12 Hasil perhitungan dari data rangkaian paralel dengan pemasangan
voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai
No ΔT P SN RN KN QH ȠG K watt V/K ohm W/K watt % 1 0,1 0 0,053 6,536 0,529 0,211 0 2 39,1 0,4×10-4 0,055 7,831 0,577 90,311 0,111×10-4 3 36,2 0,4×10-4 0,055 8,695 0,618 89,450 0,447×10-4 4 43 6×10-4 0,055 9,245 0,648 111,451 5,384×10-4 5 39,6 6,5×10-4 0,055 9,504 0,662 104,914 6,196×10-4 6 40,4 6,5×10-4 0,055 9,745 0,677 109,351 5,944×10-4 7 44,1 7×10-4 0,055 9,934 0,689 121,486 5,762×10-4 8 48,1 7×10-4 0,055 10,150 0,703 135,217 5,177×10-4 9 51,8 6×10-4 0,055 10,303 0,713 147,766 4,060×10-4 10 55,4 6,5×10-4 0,055 10,608 0,734 162,625 3,997×10-4 11 56,3 6,5×10-4 0,055 10,733 0,742 167,204 3,887×10-4 12 52,2 7×10-4 0,055 10,895 0,753 157,209 4,453×10-4 13 54,4 7×10-4 0,054 10,984 0,759 165,262 4,236×10-4 14 52,2 7,5×10-4 0,054 11,089 0,767 160,049 4,686×10-4 15 51,9 7,5×10-4 0,054 11,143 0,770 159,914 4,690×10-4 16 51,2 6,5×10-4 0,054 11,190 0,773 158,410 4,103×10-4 17 45,5 5,5×10-4 0,054 11,414 0,789 143,560 3,831×10-4 18 44,9 6×10-4 0,054 11,480 0,794 142,516 4,210×10-4 19 46,6 6,5×10-4 0,054 11,633 0,805 150,083 4,331×10-4 20 46,4 6,5×10-4 0,054 11,663 0,807 149,843 4,338×10-4 21 46,6 6,5×10-4 0,054 11,700 0,810 151,019 4,304×10-4 22 48,4 6×10-4 0,054 11,769 0,816 157,917 3,799×10-4 23 49,3 6×10-4 0,054 11,887 0,825 162,643 3,689×10-4 24 49,3 6×10-4 0,054 11,894 0,825 162,756 3,686×10-4 25 49,9 6×10-4 0,054 11,925 0,828 165,228 3,631×10-4 26 50,6 6×10-4 0,054 11,960 0,831 168,111 3,569×10-4 27 50 6×10-4 0,053 12,057 0,838 167,609 3,580×10-4 28 51,4 6×10-4 0,053 12,135 0,844 173,595 3,456×10-4 29 51,5 6×10-4 0,053 12,162 0,846 174,369 3,441×10-4 30 54,6 6×10-4 0,053 12,291 0,857 187,223 3,205×10-4 31 53,9 6×10-4 0,053 12,363 0,863 186,033 3,225×10-4
(64)
4.3Pembahasan
Dari hasil pengolahan data didapatkan suatu nilai dari setiap variabel
yang dihitung dari setiap variasi yang dilakukan. Untuk mengetahui
karakteristik dari pembangkit listrik menggunakan empat modul
termoelektrik jenis TEC1 12706 yang digunakan sebagai pengisi daya pada
baterai handphone dilakukan pembahasan nilai variabel yang didapatkan terhadap perubahan waktu. Pembahasan tersebut akan dirangkum dan
disajikan dalam bentuk grafik.
Grafik-grafik pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel tanpa
menggunakan beban dapat diamati pada Gambar 4.1, Gambar 4.2 dan
Gambar 4.3.
Gambar 4.1 Hubungan ΔT dengan waktu pemanasan (t) pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel tanpa menggunakan beban
0 5 10 15 20 25 30 35
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
Δ
T
(
K)
t (menit)
Seri Paralel
(65)
Gambar 4.2 Hubungan tegangan listrik (V) dengan waktu pemanasan (t) pada
variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel tanpa menggunakan beban
Gambar 4.3 Hubungan tegangan listrik (V) dengan ΔT pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel tanpa menggunakan beban
0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
V (vol t) t (menit) Seri Paralel 0 1 2 3 4 5 6 7 8
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32 34
V
(vol
t)
ΔT (K)
Seri Paralel
(66)
Pada Gambar 4.1 dapat diamati grafik hubungan besar beda temperatur
antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT) dengan waktu pemanasan pada
setiap menit. Grafik tersebut menunjukkan beda temperatur antara kedua sisi
modul termoelektrik (ΔT) yang berubah pada setiap menit waktu pemanasan.
Beda temperatur antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT) yang terdapat pada grafik berubah-ubah, hal itu dikarenakan proses pemanasan pada plat
datar yang tidak steady pada setiap menitnya. Selain dikarenakan oleh pemanasan yang tidak steady, besar beda temperatur antara kedua sisi modul
termoelektrik (ΔT) juga dipengaruhi oleh kemampuan heatsink pada sisi
dingin modul termoelektrik untuk melepas panas.
Pada Gambar 4.2 dapat diamati grafik hubungan besar tegangan listrik
yang dihasilkan (V) dengan waktu pemanasan pada setiap menit. Grafik
tersebut menunjukkan besar tegangan listrik yang dihasilkan (V) pada variasi
modul termoelektrik dirangkai seri dan dirangkai paralel. Tegangan listrik
yang dihasilkan (V) cenderung lebih tinggi apabila modul termoelektrik
dirangkai secara seri daripada modul termoelektrik dirangkai secara paralel.
Pada rangkaian seri tegangan listrik tertinggi yang dihasilkan pada pengujian
ini adalah 7,32 volt saat menit kelima belas, sedangkan pada rangkaian
paralel tegangan listrik tertinggi yang dihasilkan pada pengujian ini adalah
2,21 volt pada saat menit kesembilan belas.
Pada Gambar 4.3 dapat diamati grafik hubungan besar tegangan listrik
yang dihasilkan (V) dengan beda temperatur antara kedua sisi modul
(67)
tegangan listrik yang dihasilkan (V) mengikuti besar beda temperatur antara
kedua sisi modul termoelektrik (ΔT). Tegangan listrik yang dihasilkan (V)
oleh modul termoelektrik sangat terpengaruh terhadap perubahan suhu,
beberapa nilai yang tidak sesuai bisa dikarenakan adanya selisih waktu
pengambilan data antara besar tegangan listrik yang dihasilkan (V) dengan
temperatur sisi panas(TH) dan sisi dingin(TC) modul termoelektrik.
Grafik-grafik pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan
pemasangan voltage regulator 7805 tanpa menggunakan beban dapat diamati pada Gambar 4.4, Gambar 4.5 dan Gambar 4.6.
Gambar 4.4 Hubungan ΔT dengan waktu pemanasan (t) pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 tanpa
menggunakan beban
0 10 20 30 40 50 60 70
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
Δ
T
(K
)
t (menit)
Seri Paralel
(68)
Gambar 4.5 Hubungan tegangan listrik (V) dengan waktu pemanasan (t) pada
variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator
7805 tanpa menggunakan beban
Gambar 4.6 Hubungan tegangan listrik (V) dengan ΔT pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 tanpa
menggunakan beban 0 1 2 3 4 5 6
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
V ( volt) t (menit) Seri Paralel 0 1 2 3 4 5 6
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
V
(
volt)
ΔT (K)
Seri Paralel
(69)
Pada Gambar 4.4 dapat diamati grafik hubungan besar beda temperatur
antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT) dengan waktu pemanasan pada setiap menit. Grafik tersebut menunjukkan beda temperatur antara kedua sisi
modul termoelektrik (ΔT) yang berubah pada setiap menit waktu pemanasan.
Beda temperatur antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT) pada saat
pengujian dengan rangkaian paralel terlihat lebih stabil dibandingkan dengan
beda temperatur antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT) saat pengujian
dengan rangkaian seri. Hal tersebut terjadi bukan dikarenakan rangkaian
modul termoelektrik yang digunakan, melainkan karena ada perbedaan
kondisi pemanasan pada sisi panas pada modul termoelektrik (TH) dan
pelepasan panas pada sisi dingin modul termoelektrik (TC) saat pengujian
dengan rangkaian seri dan saat pengujian dengan rangkaian paralel.
Pada Gambar 4.5 dapat diamati grafik hubungan besar tegangan listrik
yang dihasilkan (V) dengan waktu pemanasan pada setiap menit. Grafik
tersebut menunjukkan besar tegangan listrik yang dihasilkan (V) pada variasi
modul termoelektrik dirangkai seri dan dirangkai paralel. Tegangan listrik
yang dihasilkan (V) pada variasi rangkaian seri steady pada nilai 5 volt dan tidak melebihi nilai tersebut mulai menit ke 7, hal ini disebabkan pemasangan
voltage regulator 7805 pada rangkaian keluaran tegangan listrik yang dihasilkan. Pada rangkaian paralel tegangan listrik yang dihasilkan kurang
dari 5 volt, tegangan listrik maksimal yang dihasilkan sebesar 1,3 volt saat
(70)
Pada Gambar 4.6 dapat diamati grafik hubungan besar tegangan listrik
yang dihasilkan (V) dengan beda temperatur antara kedua sisi modul
termoelektrik (ΔT). Grafik tersebut menunjukkan besar tegangan listrik yang
dihasilkan (V) pada pengujian dengan rangkaian seri mulai mencapai
tegangan listrik 5 volt saat beda temperatur antara kedua sisi modul
termoelektrik (ΔT) sebesar 31,5 K. Pada pengujian dengan rangkaian paralel
tegangan listrik maksimal yang dihasilkan dengan pemasangan voltage regulator 7805 adalah sebesar 1,3 volt pada saat beda temperatur antara
kedua sisi modul termoelektrik (ΔT) sebesar 58 K sampai 60,1 K . Pada
pengujian variasi ketiga dan kedua besar tegangan listrik yang dihasilkan (V)
dipengaruhi pemasangan voltage regulator 7805, menyebabkan besar tegangan listrik yang dihasilkan (V) akan lebih stabil walaupun beda
temperatur antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT) berubah-ubah.
Grafik-grafik pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan
pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone
dapat diamati pada Gambar 4.7, Gambar 4.8, Gambar 4.9, Gambar 4.10,
Gambar 4.11, Gambar 4.12, Gambar 4.13, Gambar 4.14, Gambar 4.15,
(71)
Gambar 4.7 Hubungan ΔT dengan waktu pemanasan (t) pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban
pengisian baterai handphone
Gambar 4.8 Hubungan tegangan listrik (V) dengan waktu pemanasan (t) pada
variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator
7805 dan beban pengisian baterai handphone 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
Δ T ( K ) t (menit) Seri Paralel 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
V ( volt) t (menit) Seri Paralel
(72)
Gambar 4.9 Hubungan arus listrik (I) dengan waktu pemanasan (t) pada variasi
rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone
Gambar 4.10 Hubungan daya listrik (P) dengan aktu pemanasan (t) pada variasi
rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone
0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
I (am p er e) t (menit) Seri Paralel 0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
P (w att) t (menit) Seri Paralel
(73)
Gambar 4.11 Hubungan energi panas yang diterima (QH) dengan waktu
pemanasan (t) pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan
pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone
Gambar 4.12 Hubungan efisiensi (ȠG) dengan waktu pemanasan (t) pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805
dan beban pengisian baterai handphone 0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 200,000
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
QH (w at t) t (menit) Seri Paralel 0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350
0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 32
ȠG (% ) t (menit) Seri Paralel
(74)
Gambar 4.13 Hubungan tegangan listrik (V) dengan ΔT pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban
pengisian baterai handphone
Gambar 4.14 Hubungan arus listrik (I) dengan ΔT pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban
pengisian baterai handphone 0 0,5 1 1,5 2 2,5 3 3,5 4
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
V ( volt) ΔT (K) Seri Paralel 0 0,01 0,02 0,03 0,04 0,05 0,06 0,07 0,08
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
(I)
am
p
er
e
ΔT (K)
Seri Paralel
(75)
Gambar 4.15 Hubungan daya listrik (P) dengan ΔT pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban
pengisian baterai handphone
Gambar 4.16 Hubungan energi panas yang diterima (QH) dengan ΔT pada variasi
rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai handphone
0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350 0,400
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
P
(w
at
t)
ΔT (K)
Seri Paralel 0,000 20,000 40,000 60,000 80,000 100,000 120,000 140,000 160,000 180,000 200,000
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
QH (w at t) dT (K) Seri Paralel
(76)
Gambar 4.17 Hubungan efisiensi (Ƞ) dengan ΔT pada variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban
pengisian baterai handphone
Pada Gambar 4.7 dapat diamati grafik hubungan besar beda temperatur
antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT) dengan waktu pemanasan pada
setiap menit pada pengujian variasi rangkaian seri dan rangkaian paralel
dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai
handphone . Grafik tersebut menunjukkan beda temperatur antara kedua sisi
modul termoelektrik (ΔT) yang berubah pada setiap menit waktu pemanasan.
Pada Gambar 4.8 dan Gambar 4.9 dapat diamati grafik hubungan besar
tegangan listrik saat diberi beban pengisian daya baterai (V) dengan waktu
pemanasan pada setiap menit dan grafik hubungan besar arus listrik saat
pengisian daya pada baterai (I) dengan waktu pemanasan pada setiap menit.
Pada variasi rangkaian seri besar tegangan listrik saat diberi beban pengisian
0,000 0,050 0,100 0,150 0,200 0,250 0,300 0,350
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65
ȠG
(%
)
dT (K)
Seri Paralel
(77)
daya baterai adalah steady sebesar 3,7 volt dimulai saat menit pertama,
sedangkan besar arus listrik saat diberi beban pengisian daya baterai adalah
steady sebesar 0,07 ampere dimulai saat menit kelima. Pada variasi rangkaian
paralel besar tegangan listrik maksimal saat diberi beban pengisian daya pada
baterai adalah sebesar 1,5 volt saat menit ketiga belas dan empat belas,
sedangkan besar arus listrik saat diberi beban pengisian daya steady sebesar
0,0005 ampere mulai menit kedua. Dilihat dari spesifikasi baterai handphone
jenis BL-5CB yang terisi dayanya pada tegangan minimal 3,7 volt, pada
variasi rangkaian seri baterai dapat terisi dayanya mulai pada menit kelima
saat tegangan listrik sebesar 3,7 volt dan arus listrik sebesar 0,07 ampere.
Pada Gambar 4.10 dapat diamati grafik hubungan besar daya listrik saat
diberi beban pengisian daya baterai dengan waktu pemanasan. Daya listrik
merupakan hasil perkalian tegangan listrik dengan arus listrik. Pada variasi
rangkaian seri besar daya listrik steady sebesar 0,259 watt mulai menit kelima, sedangkan pada variasi rangkaian paralel besar daya listrik maksimal
adalah sebesar 7,5×10-4 watt pada menit keempat belas dan menit kelima belas.
Pada Gambar 4.11 dapat diamati grafik hubungan besar energi panas
yang diterima modul termoelektrik dengan waktu pemanasan. Grafik tersebut
menunjukkan besar energi yang diterima modul termoelektrik kurang stabil,
hal ini disebabkan oleh nyala api dari kompor spiritus yang kurang konstan.
Pada Gambar 4.12 dapat diamati grafik hubungan efisiensi dengan
(78)
didpatkan adalah sebesar 0,304% pada saat menit pertama, sedangkan pada
variasi rangkaian paralel efisiensi maksimal yang didapatkan adalah
6,196×10-4% pada menit keempat.
Pada Gambar 4.13 dapat diamati grafik hubungan besar tegangan listrik
saat diberi beban pengisian daya baterai (V) dengan beda temperatur antara
kedua sisi modul termoelektrik (ΔT). Grafik menunjukkan beda temperatur antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT) yang semakin besar tidak membuat nilai tegangan listrik semakin besar, hal ini dipengaruhi oleh
pemasangan voltage regulator 7805 pada rangkaian output tegangan listrik. Begitu pula pada gambar 4.14, grafik menunjukkan bahwa perubahan beda
temperatur antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT) yang semakin besar
tidak membuat nilai arus listrik semakin besar pula. Hal itu dipengaruhi pula
oleh pemasangan voltage regulator 7805 pada rangkaian output. Selain itu dipengaruhi juga oleh besar tegangan listrik (V) yang dihasilkan serta
hambatan listrik pada baterai.
Pada Gambar 4.15 dapat diamati grafik hubungan besar daya listrik saat
diberi beban pengisian daya baterai (P) dengan beda temperatur antara kedua
sisi modul termoelektrik (ΔT). Besar daya listrik yang dihasilkan pada
pengujian ini tidak terdapat hubungan secara langsung terhadap beda beda
temperatur antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT) tetapi lebih
dipengaruhi oleh besar tegangan listrik dan arus yang dihasilkan.
Pada gambar 4.16 dapat diamati grafik hubungan besar energi panas
(79)
sisi modul termoelektrik (ΔT). Grafik terdapat hubungan bahwa apabila besar
beda temperatur antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT) berubah maka
nilai QH juga berubah. Besar energi panas yang diterima oleh modul
termoelektrik sangat dipengaruhi oleh besar Temperatur pada sisi panas
modul termoelektrik (TH).
Pada gambar 4.17 dapat diamati grafik hubungan efisiensi (ȠG) dengan beda temperatur antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT). Besar efisiensi sangat dipengaruhi oleh energi panas yang diterima oleh modul termoelektrik
dan daya listrik yang dihasilkan, jadi besar efisiensi (ȠG) tidak mempunyai hubunhan secara langsung dengan besar beda temperatur antara kedua sisi
(80)
61 BAB V
PENUTUP
5.1.Kesimpulan
Berdasarkan penelitian karakteristik pembangkit listrik menggunakan modul
termoelektrik jenis TEC1 12706 yang digunakan sebagai pengisi daya pada
baterai handphone, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :
1. Telah berhasil dibuat pembangkit listrik menggunakan empat modul
termoelektrik jenis TEC1 12706 dengan kompor spriritus sebagai pemanas
dan tangki air bersirip (heatsink) sebagai pelepas panas.
2. Dari pengujian dan analisa yang dilakukan tegangan listrik maksimal
yang didapatkan saat pengujian adalah sebesar 7,32 volt pada variasi
rangkaian seri tanpa menggunakan beban, sedangkan efisiensi maksimal
yang didapatkan dari pengujian ini adalah sebesar 0,304% pada variasi
rangkaian seri dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai pada handphone.
3. Pembangkit listrik yang dibuat telah mampu untuk mengisi daya baterai
handphone jenis BL-5CB pada variasi rangkaian seri dengan pemasangan
voltage regulator 7805 baterai dapat terisi dayanya mulai pada menit kelima saat tegangan listrik sebesar 3,7 volt dan arus listrik sebesar 0,07
ampere. Sedangkan pada rangkaian paralel baterai handphone tidak dapat terisi dikarenakan tegangan yang dihasilkan 0,0005 volt, dibawah
(81)
5.2.Saran
Beberapa saran yang dapat disampaikan terkait dengan penelitian ini adalah
sebagai berikut :
1. Untuk memperoleh hasil daya listrik yang maksimal maka nilai ΔT harus ditingkatkan dengan tidak melebihi nilai ΔTmax yaitu 66 K, salah satu caranya adalah dengan meningkatkan kemampuan heatsink pelepas panas. 2. Rangkaian modul termoelektrik dapat dicoba dengan menggunakan
rangkaian campur (seri-paralel), dilakukan untuk mengkombinasikan
keuntungan dari tiap rangkaian dan meminimalisir kerugian.
3. Kecilnya jarak antara pelepas panas dengan plat pemanas, maka harus
dipasang suatu isolator untuk menjaga kinerja pelepas panas dan plat
(82)
DAFTAR PUSTAKA
Buist, R.J. and Paul G.L., 1997, Thermoelectric Power Generator Design and Selection from TE Cooling Module Specification, XVI International Conference on Thermoelectrics, Dresden, Germany.
Burke, E. and Buist, R., 1983, Termoelectric Coolers as Power Generators, 18th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, Orlando Florida.
Duffie, J.A. and Beckman, W.A., 1991. “Solar Engineering of Thermal Processes”, New York : John Wiley.
Fendi, 2008 “Karakteristik Termoelektrik Seri Berpendingin Udara Untuk
Pembangkit Listrik Tenaga Surya”, Yogyakarta.
Hendrata, S., 2005 “Pembangkit Listrik Tenaga Panas Menggunakan Termoelektrik”, Yogyakarta.
Lau, P.G. and Buist, R.J., 1970, Calculation of Thermoelectric Generatio9n Performance Using Finite Element Analysis, XVI International Conference on Thermoelectrics, Dresden, Germany
www.yudhipri.wordpress.com/2010/07/05/termoelektrik-energi-panas-menjadi-listrik/, 13 Agustus 2013, 14.33 WIB.
www.alitputraiputu.blogspot.com/2012/04/pendingin-termoelektrik-termoelectric.html/, 13 Agustus 2013, 11.24 WIB.
www.en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect, 13 Agustus 2013, 14.40 WIB.
www.nbctcp.wordpress.com/2008/06/10/bikin-panas-dingin/, 14 Agustus 2013,
9.48 WIB.
www.peltiermodules.com, 3 Oktober 2013, 21.30 WIB
(1)
sisi modul termoelektrik (ΔT). Grafik terdapat hubungan bahwa apabila besar beda temperatur antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT) berubah maka nilai QH juga berubah. Besar energi panas yang diterima oleh modul
termoelektrik sangat dipengaruhi oleh besar Temperatur pada sisi panas modul termoelektrik (TH).
Pada gambar 4.17 dapat diamati grafik hubungan efisiensi (ȠG) dengan
beda temperatur antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT). Besar efisiensi sangat dipengaruhi oleh energi panas yang diterima oleh modul termoelektrik dan daya listrik yang dihasilkan, jadi besar efisiensi (ȠG) tidak mempunyai
hubunhan secara langsung dengan besar beda temperatur antara kedua sisi modul termoelektrik (ΔT).
(2)
61 BAB V
PENUTUP
5.1.Kesimpulan
Berdasarkan penelitian karakteristik pembangkit listrik menggunakan modul termoelektrik jenis TEC1 12706 yang digunakan sebagai pengisi daya pada
baterai handphone, dapat disimpulkan beberapa hal sebagai berikut :
1. Telah berhasil dibuat pembangkit listrik menggunakan empat modul termoelektrik jenis TEC1 12706 dengan kompor spriritus sebagai pemanas
dan tangki air bersirip (heatsink) sebagai pelepas panas.
2. Dari pengujian dan analisa yang dilakukan tegangan listrik maksimal yang didapatkan saat pengujian adalah sebesar 7,32 volt pada variasi rangkaian seri tanpa menggunakan beban, sedangkan efisiensi maksimal yang didapatkan dari pengujian ini adalah sebesar 0,304% pada variasi rangkaian seri dengan pemasangan voltage regulator 7805 dan beban pengisian baterai pada handphone.
3. Pembangkit listrik yang dibuat telah mampu untuk mengisi daya baterai handphone jenis BL-5CB pada variasi rangkaian seri dengan pemasangan voltage regulator 7805 baterai dapat terisi dayanya mulai pada menit kelima saat tegangan listrik sebesar 3,7 volt dan arus listrik sebesar 0,07 ampere. Sedangkan pada rangkaian paralel baterai handphone tidak dapat terisi dikarenakan tegangan yang dihasilkan 0,0005 volt, dibawah tegangan minimal untuk dapat mengisi daya baterai.
(3)
5.2.Saran
Beberapa saran yang dapat disampaikan terkait dengan penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Untuk memperoleh hasil daya listrik yang maksimal maka nilai ΔT harus
ditingkatkan dengan tidak melebihi nilai ΔTmax yaitu 66 K, salah satu caranya adalah dengan meningkatkan kemampuan heatsink pelepas panas. 2. Rangkaian modul termoelektrik dapat dicoba dengan menggunakan rangkaian campur (seri-paralel), dilakukan untuk mengkombinasikan keuntungan dari tiap rangkaian dan meminimalisir kerugian.
3. Kecilnya jarak antara pelepas panas dengan plat pemanas, maka harus dipasang suatu isolator untuk menjaga kinerja pelepas panas dan plat pemanas supaya efisiensi yang dihasilkan lebih tinggi.
(4)
DAFTAR PUSTAKA
Buist, R.J. and Paul G.L., 1997, Thermoelectric Power Generator Design and Selection from TE Cooling Module Specification, XVI International Conference on Thermoelectrics, Dresden, Germany.
Burke, E. and Buist, R., 1983, Termoelectric Coolers as Power Generators, 18th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, Orlando Florida. Duffie, J.A. and Beckman, W.A., 1991. “Solar Engineering of Thermal
Processes”, New York : John Wiley.
Fendi, 2008 “Karakteristik Termoelektrik Seri Berpendingin Udara Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Surya”, Yogyakarta.
Hendrata, S., 2005 “Pembangkit Listrik Tenaga Panas Menggunakan Termoelektrik”, Yogyakarta.
Lau, P.G. and Buist, R.J., 1970, Calculation of Thermoelectric Generatio9n Performance Using Finite Element Analysis, XVI International Conference on Thermoelectrics, Dresden, Germany
www.yudhipri.wordpress.com/2010/07/05/termoelektrik-energi-panas-menjadi-listrik/, 13 Agustus 2013, 14.33 WIB.
www.alitputraiputu.blogspot.com/2012/04/pendingin-termoelektrik-termoelectric.html/, 13 Agustus 2013, 11.24 WIB.
www.en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_effect, 13 Agustus 2013, 14.40 WIB.
www.nbctcp.wordpress.com/2008/06/10/bikin-panas-dingin/, 14 Agustus 2013,
9.48 WIB.
www.peltiermodules.com, 3 Oktober 2013, 21.30 WIB
(5)
LAMPIRAN
Pembangkit listrik menggunakan empat modul termoelektrik
(6)
Pengambilan data