Kolaborasi Kipas Angin Dengan Elemen Peltier Untuk Mendapatkan Udara Sejuk Menggunakan Mikrokontroller Atmega 8535

KOLABORASI KIPAS ANGIN DENGAN ELEMEN PELTIER UNTUK
MENDAPATKAN UDARA SEJUK MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLLER Atmega8535

SKRIPSI

MUHAMMAD ABRAL
140821031

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

KOLABORASI KIPAS ANGIN DENGAN ELEMEN PELTIER UNTUK
MENDAPATKAN UDARA SEJUK MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLLER Atmega8535

SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar
Sarjana Sains

MUHAMMAD ABRAL
140821031

DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2016

Universitas Sumatera Utara

LEMBAR PERSETUJUAN

Judul

: Kolaborasi Kipas Angin Dengan Elemen Peltier Untuk
Mendapatkan Udara Sejuk Menggunakan Mikrokontroller
Atmega 8535

Kategori

: Skripsi

Nama

: Muhammad Abral

Nim

: 140821031

Program Studi

: Fisika Ekstensi

Departemen

: Fisika

Fakultas

: Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara

Diluluskan di
Medan,

Agustus 2016

Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua,

Pembimbing,

Dr. Marhaposan Situmorang
NIP. 195510301980031003

Drs. Kurnia Brahmana,M.Si
NIP. 196009301986011001

ii
Universitas Sumatera Utara

PERNYATAAN

KOLABORASI KIPAS ANGIN DENGAN ELEMEN PELTIER UNTUK
MENDAPATKAN UDARA SEJUK DENGAN MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLLER ATMEGA8535

SKRIPSI

Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.

Medan,
Agustus 2016
MUHAMMAD ABRAL
140821031

iii
Universitas Sumatera Utara

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat-Nya akhirnya
skripsi dengan judul “Kolaborasi Kipas Angin Dengan Elemen Peltier Untuk
Mendapatkan Udara Sejuk Menggunakan Mikrokontroller Atmega 8535” dapat
diselesaikan.
Skripsi ini merupakan satu persyaratan guna menyelesaikan pendidikan
untuk meraih gelar Sarjana Sains di Departemen Fisika Universitas Sumatera
Utara.
Atas bantuan serta dorongan yang telah diberikan penulis mengucapkan
terima kasih kepada Bapak Drs. Kurnia Brahmana,M.Si. selaku dosen
pembimbing yang dengan sabar membimbing dan memberikan arahan hingga

terselesainya skripsi ini, dan juga Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua
departemen Fisika Universitas Sumatera Utara, serta kepada seluruh staff pengajar
di Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bekal
pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua
orang tua tercinta dan abang Al Azmi,SE atas didikan, nasehat dan doa selama ini
kepada penulis, dan juga kepada rekan-rekan yang ada di Departemen Fisika
Ekstensi stambuk 2014khususnya Junita M Sinambela, Putri Puspita Sari, Prima
Ayuni, Juli Suhartika terima kasih atas bantuannya.
Penulis mengharapkan koreksi dari pembaca yang sifatnya membangun
kearah satu penyempurnaan. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih,
semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Agustus 2016
Penulis,

Muhammad Abral
NIM. 140821031

iv
Universitas Sumatera Utara

KOLABORASI KIPAS ANGIN DENGAN ELEMEN PELTIER UNTUK
MENDAPATKAN UDARA SEJUK DENGAN MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535

ABSTRAK
Sistem pendingin ruangan yang umum digunakan sekarang adalah Air
Conditioner (AC), yang manapenggunaan zat kimia seperti gas freon atau zat
refrigran tidak ramah lingkungan dapat merusak lapisan ozon di atmosfer bumi
yang berdampak terhadap pemanasan global. Oleh karena itu, diperlukan
alternatif/terobosan baru dari sistem pendingin yang tidak menggunakan zat kimia
sehingga ramah lingkungan yaitu menggunakan modul pendingin Thermo Electric
Cooler (TEC) yang memanfaatkan sisidingin pada Thermo Electric Cooler (TEC).
Thermo Electric Cooler (TEC) ketika disupply tegangan DC (arus searah) salah
satu sisi akan menjadi panas, sementara sisi satunya akan menjadi dingin, untuk
memaksimalkan proses pendinginan, maka sisi panas Thermo Electric Cooler
(TEC) harus diturunkan serendah mungkin dengan menggunakan kipas(fan), heat
sink dan Thermal pasta(Thermal grease). Dimensi ruangan yang didinginkan
Panjang 20 cm, Lebar 20 cm dan Tinggi 20 cm.
Jumlah ThermoElectric Cooler (TEC) 2 buah bertegangan 12 volt, arus 6 Ampere,

dimensi 40 x 40 mm dan tebal 3 mm. Thermo Electric Cooler (TEC) disusun
secara paraler dan kelistrikan disusun secara seri. Jumlah kipas(fan) 2 buah (2
buah kipas sisi panas dan 1 buah kipas sisi dingin) dan komponen sistem
pendingin ruangan ini meliputi Power supply, Thermo Electric Cooler (TEC),
Heat sink, Kipas(fan), Junction terminal, Sterofoam/Isolator dan Thermal
pasta(Thermal grease). Sistem pendingin ini membutuhkan daya 277,2 Watt.
Pengerjaan pada sistem pendingin ruangan ini meliputi proses perancangan desain
alat, pemilihan material, perakitan komponen, perakitan kelistrikan dan
memasang unit sistem pendingin dengan ruang pendingin. Setelah tahap
pemasangan komponen selesai maka dilakukan tahap pengujian. Pengujian kedua
kipas menghembuskan udara ke arah heat sink sisi panas didapat hasil 24,6 0C dan
pengujian kedua kipas menarik udara panas dari heat sink sisi panas didapat hasil
24,8 0C pengujian dilakukan selama 30 menit dengan temperatur awal ruangan
30,8 0C, semakin lama proses pendinginan, maka semakin optimal suhu
ruanganyang didinginkan, untuk pengembangan Thermo Electric Cooler (TEC)
pada sistem pendingin ruanganselanjutnya bisa difokuskan menurunkan panas
serendah mungkin pada heat sink sisi panas. Hasilpengujian menghasilkan suhu
ruangan sesuai dengan yang diinginkan, maka pembuatan alat sistempendingin
berhasil dibuat dan siap digunakan sebagai alat pendingin ruangan yang efektif,
efisien danramah lingkungan.

Kata Kunci: Air Conditioner (AC), Thermo Electric Cooler (TEC), komponen
sistem pendingin.

v
Universitas Sumatera Utara

COLLABORATION WITH FAN PELTIER ELEMENT COOL AIR TO
OBTAIN BY USING MICROCONTROLLER ATMEGA 8535

ABTRACT

Air conditioning systems commonly used today is the Air Conditioning (AC), in
which the use ofchemical substances such as freon gas or environmentally
unfriendly substances refrigran can damage the ozone layer in the earth's
atmosphere that have an impact on global warming. Therefore, needed
alternative/new breakthrough of the cooling system that does not use chemicals
that are environmentally friendly using cooling module Thermo Electric Cooler
(TEC) which utilizes the cold side of the Thermo Electric Cooler (TEC). Thermo
Electric Cooler (TEC) when the supply voltage of the DC (direct current) one side
will be hot, while the other side would be cool, to maximize the cooling process,

the hot side Thermo Electric Cooler (TEC) should be lowered as low as possible
by using a fan, heat sink and thermal paste (thermal grease). A refrigerated room
dimensions Length 20cm, width 20 cm and 20 cm High. Number of Thermo
Electric Cooler (TEC) 8 pieces of voltage 12 volt, 6 Ampere current, dimensions
40 x 40 mm and 4 mm thick. Thermo Electric Cooler (TEC) are arranged in
parallel and electricity are arranged in series. Number of fan 3 pieces (2 pieces fan
hot side and 1 fan cool side) and components of air conditioning systems include
power supply, Thermo Electric Cooler (TEC), heat sink, fan, Junction terminal,
Sterofoam/isolator and Thermal paste (thermal grease). This cooling system
requires power 277.2 Watt. Work on this air conditioning system includes process
design tool design, material selection.

Kata Kunci : Air Conditioner ( AC ) , Thermo Listrik Cooler ( TEC ) , Komponen
Sistem pendingin .

vi
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR ISI
Halaman

ii
iii
iv
v
vi
vii
ix
x

Persetujuan
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar isi
Daftar Tabel
Daftar Gambar

BAB 1 PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Batasan Masalah
1.4 Tujuan Penelitian
1.5 Manfaat Penelitian
1.6 Metedologi Peneletian
1.6 Sistematika Penulisan

1
1
4
4
4
4
4
5

BAB 2 TEORI DASAR
2.1 Kipas Angin
2.2 Pengertian Thermoelektrik
2.3 Perkembangan Thermoelektrik
2.4 Pendingin Thermo-Electric (TEC)
2.4.1 Efek Peltier
2.2.3 Prinsip Kerja Thermo-Electric (TEC)
2.5 Bahan Thermo-Electric (TEC)
2.6 Kontruksi Thermo-Electric (TEC)
2.6.1 Komponen Dasar Sistem Termoelektrik Peltier
2.7 Daya Guna Thermo-Electric (TEC)
2.8 Aplikasi Thermoelektrik Secara Garis Besar
2.9 Kalor Jenis
2.10 Hubungan antara Kalor dengan Energi Listrik
2.11 Perpindahan Panas
2.11.1 Perpindahan Panas Konduksi
2.11.2 Perpindahan Panas Konveksi
2.12 Heatsink
2.13 Coldsink
2.14 Sensor Suhu
2.14.1 Sensor LM35
2.14.2 Struktur Sensor LM35
2.14.3 Prinsip Kerja Sensor LM35
2.15 Rangkaian RS 232
2.16 Relay dan Prinsip Kerjanya

6
6
7
7
8
9
10
11
11
13
14
15
17
17
18
18
19
20
22
22
23
24
26
27
28

vii
Universitas Sumatera Utara

BAB 3 PERANCANGAN DAN CARA KERJA SISTEM
3.1 Diagram Blok Sistem
3.2 Perancangan Rangkaian Tiap Blok
3.2.1 Perancangan Ruangan
3.2.2 Pemasangan Peltier pada Heatsink
3.2.3 Rangkain Sensor Suhu
3.2.4 Rangkaian Mikrokontroller
3.2.5 Rangkaian MOSFET
3.2.6 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display)
3.2.7 Rangkain Driver Regulator Arus
3.2.8 Power Supplay
3.3 Diagram Alir Sistem

30
30
32
32
33
35
36
37
38
40
41
44

BAB 4 PENGUJUAN DAN HASIL
4.1 Pengujian Driver Arus
4.2 Pengujian Daya Terpasang Pada Sistem
4.3 Skema Pengukuran Temperatur
4.4 Grafik Analisa Pengujian Temperatur Selama 60 Menit
4.5 Pengujian Sistem Radiator Ruangan
4.6 Analisa Grafik Sistem Radiator Ruangan

45
45
46
47
51
52
56

BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
DAFTAR REFERENSI
LAMPIRAN

59
59
59
60

viii
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Pengujian Driver Regulator Arus
Tabel 4.2 Daya Terpasang
Tabel 4.3 Pengujian Temperatur Selama 60 Menit
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Sistem Radiator Ruangan Kipas
Menghembus Udara Panas pada Heatsink
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Sistem Radiator Ruangan Kipas
Menarik Udara Panas pada Heatsink

Halaman
46
47
49
53
55

ix
Universitas Sumatera Utara

DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Bentuk peltier
Gambar 2.2 Penampang Thermo-Electric
Gambar 2.3 Proses Perpindahan Panas
Gambar 2.4Susun dasar pendingin termoelektrik peltier cooler
Gambar 2.5 Ukuran Thermo-Electric
Gambar 2.6 Susunan sistem termoelektrik
Gambar 2.7 Jenis Heatsink
Gambar 2.8 Coldsink aluminium
Gambar 2.9 Sensor Suhu LM35
Gambar 2.10 Rangkaian dasar sensor suhu LM35-DZ
Gambar 2.11 Rangkaian RS232
Gambar 2.12 Bentuk dan simbol relay
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem
Gambar 3.2 Diagram Blok System mekanik alat
Gambar 3.3 Pemasangan peltier pada heatsink
Gambar 3.4 Rangkain Sensor Suhu Pada Pendingin Peltier
Gambar 3.5 Rangkain Mikrokontroller Atmega 8535
Gambar 3.6 Rangkain MOSFET
Gambar 3.7 Rangkain LCD
Gambar 3.8 Rangkaian Driver Regulator Arus
Gambar 3.9 Power Supplay
Gambar 3.10 Diagram Alir Sistem
Gambar 4.1 Sistem Pengujian Regulator Arus
Gambar 4.2 Skema Pengukuran Daya Terpasang
Gambar 4.3 Skema Pengukuran Suhu
Gambar 4.4 Grafik Pengujian Temperatur Ruangan
51
Gambar 4.5. Grafik pengujian kedua kipas menghembuskan udara
ke arah heat sink sisi panas dan kedua kipas menarik
udara panas dari heat sink sisi panas
56

Halaman
9
12
12
14
15
16
20
22
24
25
27
29
30
32
34
35
36
38
39
40
42
44
45
46
48

x
Universitas Sumatera Utara