Optimasi Rangkaian “DC To DC Switching Converter” Pada Thermoelektrik Generator untuk Keperluan Penerangan
1
OPTIMASI RANGKAIAN “DC TO DC SWITCHING
CONVERTER” PADA THERMOELEKTRIK GENERATOR
UNTUK KEPERLUAN PENERANGAN
SKRIPSI
ELTRISMAN ADIL SETIAWAN NDRURU
120801012
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
2
OPTIMASI RANGKAIAN “DC TO DC SWITCHING CONVERTER”
PADA THERMOELEKTRIK GENERATOR UNTUK KEPERLUAN
PENERANGAN
SKRIPSI
ELTRISMAN ADIL SETIAWAN NDRURU
120801012
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
i
PERNYATAAN
OPTIMASI RANGKAIAN “DC TO DC SWITHING CONVERTER” PADA
THERMOELEKTRIK GENERATOR UNTUK KEPERLUAN
PENERANGAN
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri.Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sebelumnya.
Medan, Juli 2017
ELTRISMAN A. S. NDRURU
120801012
Universitas Sumatera Utara
ii
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang maha pemurah dan
maha penyayang, dengan limpah karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan
penyusunan skripsi ini dengan judul Optimasi Rangkaian DC to DC Converter
pada thermoelektrik generator untuk keperluan penerangan.
Terimakasih
penulis sampaikan kepada Drs. Kurnia Brahmana, M.Si
selaku pembimbing 1 dan Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc selaku pembimbing 2.
Terimkasih kepada Dr. Perdinan sinuhaji, Ms dan awan maghfirah, S.Si, M.Si
selaku ketua departemen dan sekretaris Departemen Fisika S1 FMIPA-USU
Medan, dekan dan Pembantu dekan FMIPA-USU, seluruh staf dan dosen Fisika
S1 FMIPA-USU, pegawai FMIPA-USU, teman-teman di KMKS, dikost dan
rekan-rekan kuliah, akhirnya tidak terlupakan kepada bapak, ibu dan keluarga
yang selama ini memberikan bantuan dan dorongan yang diperlukan semoga
Tuhan yang maha esa akan membalasnya.
Hormat Penulis,
Eltrisman A.S.Ndruru
Universitas Sumatera Utara
iii
OPTIMASI RANGKAIAN “DC TO DC SWITCHING CONVERTER”
PADA THERMOELEKTRIK GENERATOR UNTUK KEPERLUAN
PENERANGAN
ABSTRAK
Telah dilakukan pembuatan alat, pemanfaatan energi panas buang pada
kompor gas LPG dikonversi menjadi energi listrik untuk keperluan
penerangan.Pembuatan alat ini menggunakan thermoelektrik generator jenis
TEG1-241-1.4-1.2 dan kompor gas LPG 3 kg sebagai sumber panas pada sisi
TEG. untuk mengoptimalkan energi listrik yang dihasilkan oleh Thermoelektrik
Generator, digunakan rangkaian DC to DC switching converter, sehingga energi
listrik mampu menghasilkan tegangan yang maksimum. Dari hasil pengujian alat
diperoleh, TEG menghasilkan tegangan sebesar 8.18 Volt dalam kurung waktu 14
menit dengan metode pengujian menggunakan beban berupa lampu LED
superbright.berdasarkan hasil pengujian yang didapatkan, bisa disimpulkan bahwa
Thermoelektrik generator bisa digunakan sebagai sumber penerangan alternatif
dimasa depan.
Kata kunci : efek seebeck, Thermoelektrik Generator, conveter dc to dc.
Universitas Sumatera Utara
iv
OPTIMIZING CIRCUITS "DC TO DC SWITCHING CONVERTER" ON
GENERATOR THERMOELECTRIC FOR EMERGENCY
REQUIREMENT
ABSTRACT
The tool has been made, the utilization of heat energy exhaust on the LPG gas
stove is converted into electrical energy for lighting purposes. Making this tool
using thermoelectric generator type TEG1-241-1.4-1.2 and LPG gas stove 3 kg as
a source of heat on the TEG side. To optimize the electrical energy generated by
Thermoelectric Generator, used a series of DC to DC switching converter, so that
electric energy is able to produce maximum voltage. From the test results
obtained, TEG produces a voltage of 8.9 Volts in a time bracket of 14 minutes
with a test method using a load of superbright LED lights. Based on test results
obtained, it can be concluded that the Thermoelectric generator can be used as an
alternative source of lighting in the future.
Keywords: seebeck effect, Thermoelectric Generator, dc to dc conveter.
Universitas Sumatera Utara
v
DAFTAR ISI
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar isi
Daftar tabel
Daftar gambar
Daftar lampiran
i
ii
iii
iv
v
vii
viii
ix
Bab 1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Tujuan
1.4 Batasan Masalah
1.5 Manfaat penelitian
1.6 Sistematika penulisan
1
2
2
2
2
3
Bab 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Termoelektrik
2.2 Efek Seebeck
2.3 Modul termoelektrik
2.4 Sensor
2.4.1 Sensor arus
2.4.2 Sensor Tegangan
2.4.3 Sensor termal
2.5 MAX-6675
2.6 Mikrokontrol
2.7 Heatsink
2.8 Asas Black
2.9 Regulasi tegangan Dengan IC XL6009
2.9.1 rangkaianSistem Parameter XL6009
2.10 Joule Thief
4
5
7
9
10
11
12
14
15
18
19
20
22
22
Bab 3. Perancangan alat
3.1 Diagram blok
3.2 PerancanganRangkaian
3.2.1Thermoelektrik Generator
3.2.2 XL6009
3.2.3 Perancangan Aluminium
3.2.4 Perancangan Heatsink
3.2.5 Rangkaian Sensor Arus (ACS 712)
3.2.6 Rangkaian Sensor Tegangan
3,.2.7 MAX 6675
3.2.7 Rangkaian Mikrokontroler
25
26
26
27
28
27
29
30
31
32
Universitas Sumatera Utara
vi
3.3 Diagram alir penelitian
33
Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Pengujian alat
34
Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
50
50
DAFTAR PUSTAKA
51
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
vii
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
2.1
2.2
2.3
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
Judul
Halaman
Keterangan Pin IC XL6009
Spesifikasi IC XL6009
Karakteristik Arus XL6009
Data pengujian menggunakan beban pengujian 1
Data pengujian menggunakan beban pengujian 2
Data pengujian menggunakan beban pengujian 3
Data pengujian menggunakan beban pengujian 4
Data pengujian menggunakan beban pengujian 5
Data pengujian menggunakan beban pengujian 6
Data pengujian menggunakan beban pengujian 7
Data pengujian menggunakan beban pengujian 8
Data pengujian menggunakan beban pengujian 9
Data pengujian menggunakan beban pengujian 10
21
21
21
34
36
37
39
40
42
43
45
46
48
Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
Judul
halaman
Efek Seebeck
Contoh modul termoelektrik
Sensor arus IC ACS-712
Diagram dari ACS-712
Sensor tegangan
Termokopel
Mikrokontroler
Heatsink
IC XL6009
Konfigurasi PIN ICXL6009
Rangkaian Sistem Parameter XL6009
Joule thief
Diagram Blok
Bentuk dimensi aluminium penyerap panas
TEG dan heatsink
Rangkaian Sensor Arus
Rangkaian Pembagi tegangan ( sensor tegangan)
Rangkaian Mikrokontroler
Diagram Alir sistem kerja alat
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
5
8
10
11
12
13
16
18
20
20
22
23
25
28
28
30
31
32
33
35
36
38
39
41
42
44
45
47
48
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran
1
2
3
4
5
6
7
8
Judul
Pemasangan dan pengujian alat
Gambar rangkaian alat
Program alat visual basic 6.0
Program alat arduino
Data sheet TEG1-241-1.4-1.2
Data sheet XL6009
Data sheet acs 712
Data sheet MAX 6675
Halaman
53
58
59
65
73
75
84
99
Universitas Sumatera Utara
OPTIMASI RANGKAIAN “DC TO DC SWITCHING
CONVERTER” PADA THERMOELEKTRIK GENERATOR
UNTUK KEPERLUAN PENERANGAN
SKRIPSI
ELTRISMAN ADIL SETIAWAN NDRURU
120801012
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
2
OPTIMASI RANGKAIAN “DC TO DC SWITCHING CONVERTER”
PADA THERMOELEKTRIK GENERATOR UNTUK KEPERLUAN
PENERANGAN
SKRIPSI
ELTRISMAN ADIL SETIAWAN NDRURU
120801012
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
2017
Universitas Sumatera Utara
i
PERNYATAAN
OPTIMASI RANGKAIAN “DC TO DC SWITHING CONVERTER” PADA
THERMOELEKTRIK GENERATOR UNTUK KEPERLUAN
PENERANGAN
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri.Kecuali beberapa
kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sebelumnya.
Medan, Juli 2017
ELTRISMAN A. S. NDRURU
120801012
Universitas Sumatera Utara
ii
PENGHARGAAN
Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Tuhan yang maha pemurah dan
maha penyayang, dengan limpah karunia-Nya penulis dapat menyelesaikan
penyusunan skripsi ini dengan judul Optimasi Rangkaian DC to DC Converter
pada thermoelektrik generator untuk keperluan penerangan.
Terimakasih
penulis sampaikan kepada Drs. Kurnia Brahmana, M.Si
selaku pembimbing 1 dan Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc selaku pembimbing 2.
Terimkasih kepada Dr. Perdinan sinuhaji, Ms dan awan maghfirah, S.Si, M.Si
selaku ketua departemen dan sekretaris Departemen Fisika S1 FMIPA-USU
Medan, dekan dan Pembantu dekan FMIPA-USU, seluruh staf dan dosen Fisika
S1 FMIPA-USU, pegawai FMIPA-USU, teman-teman di KMKS, dikost dan
rekan-rekan kuliah, akhirnya tidak terlupakan kepada bapak, ibu dan keluarga
yang selama ini memberikan bantuan dan dorongan yang diperlukan semoga
Tuhan yang maha esa akan membalasnya.
Hormat Penulis,
Eltrisman A.S.Ndruru
Universitas Sumatera Utara
iii
OPTIMASI RANGKAIAN “DC TO DC SWITCHING CONVERTER”
PADA THERMOELEKTRIK GENERATOR UNTUK KEPERLUAN
PENERANGAN
ABSTRAK
Telah dilakukan pembuatan alat, pemanfaatan energi panas buang pada
kompor gas LPG dikonversi menjadi energi listrik untuk keperluan
penerangan.Pembuatan alat ini menggunakan thermoelektrik generator jenis
TEG1-241-1.4-1.2 dan kompor gas LPG 3 kg sebagai sumber panas pada sisi
TEG. untuk mengoptimalkan energi listrik yang dihasilkan oleh Thermoelektrik
Generator, digunakan rangkaian DC to DC switching converter, sehingga energi
listrik mampu menghasilkan tegangan yang maksimum. Dari hasil pengujian alat
diperoleh, TEG menghasilkan tegangan sebesar 8.18 Volt dalam kurung waktu 14
menit dengan metode pengujian menggunakan beban berupa lampu LED
superbright.berdasarkan hasil pengujian yang didapatkan, bisa disimpulkan bahwa
Thermoelektrik generator bisa digunakan sebagai sumber penerangan alternatif
dimasa depan.
Kata kunci : efek seebeck, Thermoelektrik Generator, conveter dc to dc.
Universitas Sumatera Utara
iv
OPTIMIZING CIRCUITS "DC TO DC SWITCHING CONVERTER" ON
GENERATOR THERMOELECTRIC FOR EMERGENCY
REQUIREMENT
ABSTRACT
The tool has been made, the utilization of heat energy exhaust on the LPG gas
stove is converted into electrical energy for lighting purposes. Making this tool
using thermoelectric generator type TEG1-241-1.4-1.2 and LPG gas stove 3 kg as
a source of heat on the TEG side. To optimize the electrical energy generated by
Thermoelectric Generator, used a series of DC to DC switching converter, so that
electric energy is able to produce maximum voltage. From the test results
obtained, TEG produces a voltage of 8.9 Volts in a time bracket of 14 minutes
with a test method using a load of superbright LED lights. Based on test results
obtained, it can be concluded that the Thermoelectric generator can be used as an
alternative source of lighting in the future.
Keywords: seebeck effect, Thermoelectric Generator, dc to dc conveter.
Universitas Sumatera Utara
v
DAFTAR ISI
Pernyataan
Penghargaan
Abstrak
Abstract
Daftar isi
Daftar tabel
Daftar gambar
Daftar lampiran
i
ii
iii
iv
v
vii
viii
ix
Bab 1. Pendahuluan
1.1 Latar Belakang
1.2 Rumusan Masalah
1.3 Tujuan
1.4 Batasan Masalah
1.5 Manfaat penelitian
1.6 Sistematika penulisan
1
2
2
2
2
3
Bab 2. Tinjauan Pustaka
2.1 Termoelektrik
2.2 Efek Seebeck
2.3 Modul termoelektrik
2.4 Sensor
2.4.1 Sensor arus
2.4.2 Sensor Tegangan
2.4.3 Sensor termal
2.5 MAX-6675
2.6 Mikrokontrol
2.7 Heatsink
2.8 Asas Black
2.9 Regulasi tegangan Dengan IC XL6009
2.9.1 rangkaianSistem Parameter XL6009
2.10 Joule Thief
4
5
7
9
10
11
12
14
15
18
19
20
22
22
Bab 3. Perancangan alat
3.1 Diagram blok
3.2 PerancanganRangkaian
3.2.1Thermoelektrik Generator
3.2.2 XL6009
3.2.3 Perancangan Aluminium
3.2.4 Perancangan Heatsink
3.2.5 Rangkaian Sensor Arus (ACS 712)
3.2.6 Rangkaian Sensor Tegangan
3,.2.7 MAX 6675
3.2.7 Rangkaian Mikrokontroler
25
26
26
27
28
27
29
30
31
32
Universitas Sumatera Utara
vi
3.3 Diagram alir penelitian
33
Bab 4. Hasil dan Pembahasan
4.1 Pengujian alat
34
Bab 5. Kesimpulan dan Saran
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
50
50
DAFTAR PUSTAKA
51
LAMPIRAN
Universitas Sumatera Utara
vii
DAFTAR TABEL
Nomor
Tabel
2.1
2.2
2.3
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
Judul
Halaman
Keterangan Pin IC XL6009
Spesifikasi IC XL6009
Karakteristik Arus XL6009
Data pengujian menggunakan beban pengujian 1
Data pengujian menggunakan beban pengujian 2
Data pengujian menggunakan beban pengujian 3
Data pengujian menggunakan beban pengujian 4
Data pengujian menggunakan beban pengujian 5
Data pengujian menggunakan beban pengujian 6
Data pengujian menggunakan beban pengujian 7
Data pengujian menggunakan beban pengujian 8
Data pengujian menggunakan beban pengujian 9
Data pengujian menggunakan beban pengujian 10
21
21
21
34
36
37
39
40
42
43
45
46
48
Universitas Sumatera Utara
viii
DAFTAR GAMBAR
Nomor
Gambar
2.1
2.2
2.3
2.4
2.5
2.6
2.7
2.8
2.9
2.10
2.11
2.12
3.1
3.2
3.3
3.4
3.5
3.6
3.7
4.1
4.2
4.3
4.4
4.5
4.6
4.7
4.8
4.9
4.10
Judul
halaman
Efek Seebeck
Contoh modul termoelektrik
Sensor arus IC ACS-712
Diagram dari ACS-712
Sensor tegangan
Termokopel
Mikrokontroler
Heatsink
IC XL6009
Konfigurasi PIN ICXL6009
Rangkaian Sistem Parameter XL6009
Joule thief
Diagram Blok
Bentuk dimensi aluminium penyerap panas
TEG dan heatsink
Rangkaian Sensor Arus
Rangkaian Pembagi tegangan ( sensor tegangan)
Rangkaian Mikrokontroler
Diagram Alir sistem kerja alat
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
Grafik Suhu, Arus, Tegangan Vs Waktu
5
8
10
11
12
13
16
18
20
20
22
23
25
28
28
30
31
32
33
35
36
38
39
41
42
44
45
47
48
Universitas Sumatera Utara
ix
DAFTAR LAMPIRAN
Nomor
Lampiran
1
2
3
4
5
6
7
8
Judul
Pemasangan dan pengujian alat
Gambar rangkaian alat
Program alat visual basic 6.0
Program alat arduino
Data sheet TEG1-241-1.4-1.2
Data sheet XL6009
Data sheet acs 712
Data sheet MAX 6675
Halaman
53
58
59
65
73
75
84
99
Universitas Sumatera Utara