Analisis Laju Pendinginan pada Kulkas Thermoelektrik Super Cooler Dibandingkan Sistem Pendingin Konvensional Menggunakan Gas Freon
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan akan alat pendingin tidak pernah lepas dalam hidup manusia. Manusia
butuh alat pendingin untuk menyimpan berbagai benda, seperti : bahan baku
makanan dan minuman. Alat pendingin yang kerap digunakan adalah kulkas.
Semakin berkembangnya jaman, kulkas semakin dibutuhkan oleh masyarakat. Hal
ini dapat ditandai dengan penjualannya yang terus meningkat. Pemakaian
teknologi pendingin sekarang masih terdapat berbagai kelemahan. Alat pendingin
kulkas memiliki kelemahan, yaitu: memakan ruang (dengan ukuran yang besar),
memiliki ancaman terhadap lingkungan (dengan gas CFC), serta masih banyak
memakan daya listrik.
Salah satu kelemahan alat pendingin tersebut yang perlu diperhatikan
secara khusus yaitu ukuran yang besar. Kulkas tidak praktis untuk dibawa
kemana-mana karena ukuran yang besar. Sedangkan, barang dengan ukuran
praktis dan fungsi yang serupa lebih menarik minat masyarakat sekarang.
Beberapa peneliti telah menyelidiki cara kerja termoelektrik cooler dan konversi
panas menggunakan kombinasi termodinamika dan non-termodinamika.
Mahdian Nasution (2013) dalam penelitiannya telah membuat dan
menganalisis alat pendingin air berkapasitas 5 liter. Dengan memanfaatkan
sensoer HSM-20G untuk mendeteksi perubahan suhu udara didalam ruang
pendinginan, mikrokontroler untuk pemprosesan data dan pengontrolan juga LCD
sebagai penampil data.
Berdasarkan hasil penelitian Mahdian (2013) bahwa pemanfaatan elemen
peltier sebagai pendingin dengan kipas pada sisi pendingin dan sisi buangan panas
adalah dari modul termoelektrik peltier cooler dengan melakukan simulasi
mendinginkan air yang diletakkan pada sisi ruang pendingina pada modul
termoelektrik peltier cooler. Dengan melakukan variasi volume sampel (tanpa
beban, 1 Liter, 2 lietr, 3 liter, 4 literdan 5 liter air) dibutuhkan waktu untuk
mencapai suhu 9,30C (32 menit, 158 menit, 294 menit, 756 menit, 1096 menit dan
Universitas Sumatera Utara
2
1588 menit) dengan gradient kecepatan v, penurunan suhu tiap keadaan (2.92,
1.85, 1.89, 1.59, 1.64 dan 1.90) menit-1.
Kemudian Nanang Sulistiyanto (2014) merrancang sebuah permodelan
pendingin termoelektrik pada Modul Superluminance LED. Berdasarkan
penelitian Nanang, fenomena-fenomena fisika terkait dengan kalor, sistem
pendingin termoelektrik dapat disimulasikan untuk memprediksi suhu junction
SLED, suhu sisi dingin dan panas TEC, dengan arus SLED, arus TEC dan suhu
lingkungan sebagai input. Hasil pengujian Nanang menunjukkan bahwa simulasi
sistem pendingin termoelektrik dapat digunakan untuk mempresentasikan mudul
SLED rill dengan kesalahan rms berkisar antara 0,50C sampai 0,60C pada kondisi
arus TEC sebesar 300mA dan arus SLED bervariasi dari 0 sampai 200 mA.
Pada tahum 2009 R. Umboh telah membuat perancangan alat pendingin
portable menggunakan elemen peltier. Sistem pendingin tersebut dapat digunakan
untuk menjaga suhu suatu objek berada dibawah suhu lingkungan. Untuk
menunjang kerja sistem pendingin tersebut, sistem pengendalian alat pendingin
tersebut dikerjakan sepenuhnya oleh Mikrokontroler AVR Atmega8535. Umboh
menyimpulkan bahwa hasil penelitiannya dari sistem pendingin tersebut
tergantung pada objek atau beban pendinginan yang diberikan. Rata-rata suhu
yang dicapai adalah 200C untuk pendinginan selama 1 jam.
Maman Rahman (2013) juga pada penelitiannya yaitu menganalisis
pendingin termoelekrtik dengan menggunakan photovoltaic
sebagai sumber
energi. Rahman memfokuskan penelitiannya pada analisis beban
perhitungan pendingin Termoelektrik, perhitungan
pendingin,
kapasitas accu untuk
penyimpanan energ dari photovoltaic. Rahman menyimpulkan penelitiannya
bahwa hasil analisis beban pendinginan dengan beban berupa enam botol air
mineral (masing-masing 600 ml) adalah 98,34 watt. Termoelektrik yang
digunakan adalah tipe TECI-12706 yang mampu mencapai temperature 50C. Accu
yang digunakan pada sistem ini menggunakan accu merk Yuasa 12V, 35Ah.
Sementara photovoltaic yang digunakan adalah merk solarindo tipe cx6 dengan
jumlah 40 sel, masing-masing dapat mengeluarkan 0,5V atau seharinya dapat
menghasilkan 480 watt. Photovoltaic ini mampu memenuhi kebutuhan energi
sebesar 296,4 Watt.
Universitas Sumatera Utara
3
Pada aplikasinya, termoelektrik dapat dikembangkan pada kulkas kecil,
paket pendingin elektronik. Sementara dibidang industri terus dikembangkan dan
diamati serta dianalisis, termasuk pendingin air, pendingin insulin portable, wadah
minuman portable dan lain-lain. Sampai saat ini, alternatif yang lebih baik untuk
pendingin CFC masih diteliti dan dikembangkan. Dengan adanya latar belakang
ini penulis tertarik untuk melakukan penelitian yang berjudul “ANALISIS LAJU
PENDINGINAN PADA KULKAS TERMOELEKTRIK SUPER COOLER
DIBANDINGKAN
SISTEM
PENDINGINAN
KONVENSIONAL
MENGGUNAKAN GAS FREON” dengan menggunakan mikrokontroler
sebagai pusat kendalinya dan dapat merespon berapa suhu yang ada pada ruangan
pendingin yang dideteksi oleh sensor suhu, dan kemudian memberikan output ke
LCD (display).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, masalah yang diangkat
dalam penelitian ini adalah alat pendingin konvensional yang selama ini beredar
di pasaran membutuhkan biaya yang besar untuk memperbaikinya jika suatu saat
rusak, sementara jika diperbaiki dengan dengan menggunakan komponen
Termoelektrik cooler lebih murah dan lebih ramah lingkungan.
1.3 Batasan Masalah
Perancangan penelitian ini dilakukan dengan batasan masalah sebagai berikut :
1. Alat ini dirancang dengan menggunakan Feltier TEC1-12730
2. Menggunakan Mikkrokontroller ATMega 8535 dan PC sebagai data
logger aplikasi.
3. Pendingin konvensional yang digunakan Sanyo Freezer HF-S6L 150 Watt.
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan sebagai berikut :
1. Merancang dan menganalisis alat pendingin berbasiskan Termoelektrik
Super Cooler.
Universitas Sumatera Utara
4
2. Membandingkan kelebihan dan kelemahan Pendingin Termoelektrik
dengan Pendingin yang menggunakan gas Freon.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Penelitian alat ini merupakan bagian dari pengembangan teknologi
termoelektrik yang diaplikasikan pada alat pendigin. Penelitian alat ini
diharapkan dapat memberikan kontribusi yang positif terhadap usaha
pengurangan penggunaan gas freon.
2. Dengan adanya penelitian ini, pendingi freon yang telah rusak dapat
dimaanfaatkan kembali dengan menggunakan komponen Termolektrik
Peltier Cooler.
1.6 Metodologi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Adapun metodologi yang
digunakan dalam menyusun dan menganalisis hasil penelitian ini adalah :
1. Studi literature yang berhubugan dengan perancangan pembuatan dan
analisi alat ini.
2. Perancanagan dan pembuatan alat
Merencanakan peralatan yang dirancang baik hardware maupun software.
3. Pengujian Alat
Alat yang dibangun kemudian diuji apakah telah sesuai dengan apa yang
direncanakan.
4. Analisis hasil
Data yang telah didapat dari pengujian alat kemudian dianalisis dengan
menggunakan software
1.7 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka peneliti membuat
sistematika penulisan sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
5
BAB I PENDAHULUAN
Dalam Bab ini berisikan pendahuluan yaitu membahas Latar Belakang,
Rumusan Masalah, Batasan Masalah, Tujuan Penelitian, Manfaat Penelitian,
metodologi penelitian atau teknik pengumpulan dan Sistematika Penulisan.
BAB II DASAR TEORI
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung pembahasan dasar dan
prinsip kerja alat. Teori pendukung itu antara lain tentang termoelektrik, elemen
peltier, prinsip kerja termoelektrik, sensor temperatur, mosfet, mikrokontroler,
LCD, dan IC Regulator.
BAB III PERANCANGAN SISTEM
Dalam bab ini membahas tentang perancangan alat, diagram blok dari
rangkaian alat dan diagram alir alat yang diisikan ke dalam mikrokontroler.
BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL
Dalam bab ini dibahas data-data hasil analisa alat dan prinsip kerja alat,
gambaran tiap rangkaian blok dan penjelasannya dan pengujian secara
keseluruhan.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan penutup yang berupa kesimpulan dari pmbahasan
analisis yang dilakukan dari pembuatan alat, juga saran yang ditujukan pada
pengguna dan pengembang agar pemakaian alat seefisien mungkin.
Universitas Sumatera Utara
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Kebutuhan akan alat pendingin tidak pernah lepas dalam hidup manusia. Manusia
butuh alat pendingin untuk menyimpan berbagai benda, seperti : bahan baku
makanan dan minuman. Alat pendingin yang kerap digunakan adalah kulkas.
Semakin berkembangnya jaman, kulkas semakin dibutuhkan oleh masyarakat. Hal
ini dapat ditandai dengan penjualannya yang terus meningkat. Pemakaian
teknologi pendingin sekarang masih terdapat berbagai kelemahan. Alat pendingin
kulkas memiliki kelemahan, yaitu: memakan ruang (dengan ukuran yang besar),
memiliki ancaman terhadap lingkungan (dengan gas CFC), serta masih banyak
memakan daya listrik.
Salah satu kelemahan alat pendingin tersebut yang perlu diperhatikan
secara khusus yaitu ukuran yang besar. Kulkas tidak praktis untuk dibawa
kemana-mana karena ukuran yang besar. Sedangkan, barang dengan ukuran
praktis dan fungsi yang serupa lebih menarik minat masyarakat sekarang.
Beberapa peneliti telah menyelidiki cara kerja termoelektrik cooler dan konversi
panas menggunakan kombinasi termodinamika dan non-termodinamika.
Mahdian Nasution (2013) dalam penelitiannya telah membuat dan
menganalisis alat pendingin air berkapasitas 5 liter. Dengan memanfaatkan
sensoer HSM-20G untuk mendeteksi perubahan suhu udara didalam ruang
pendinginan, mikrokontroler untuk pemprosesan data dan pengontrolan juga LCD
sebagai penampil data.
Berdasarkan hasil penelitian Mahdian (2013) bahwa pemanfaatan elemen
peltier sebagai pendingin dengan kipas pada sisi pendingin dan sisi buangan panas
adalah dari modul termoelektrik peltier cooler dengan melakukan simulasi
mendinginkan air yang diletakkan pada sisi ruang pendingina pada modul
termoelektrik peltier cooler. Dengan melakukan variasi volume sampel (tanpa
beban, 1 Liter, 2 lietr, 3 liter, 4 literdan 5 liter air) dibutuhkan waktu untuk
mencapai suhu 9,30C (32 menit, 158 menit, 294 menit, 756 menit, 1096 menit dan
Universitas Sumatera Utara
2
1588 menit) dengan gradient kecepatan v, penurunan suhu tiap keadaan (2.92,
1.85, 1.89, 1.59, 1.64 dan 1.90) menit-1.
Kemudian Nanang Sulistiyanto (2014) merrancang sebuah permodelan
pendingin termoelektrik pada Modul Superluminance LED. Berdasarkan
penelitian Nanang, fenomena-fenomena fisika terkait dengan kalor, sistem
pendingin termoelektrik dapat disimulasikan untuk memprediksi suhu junction
SLED, suhu sisi dingin dan panas TEC, dengan arus SLED, arus TEC dan suhu
lingkungan sebagai input. Hasil pengujian Nanang menunjukkan bahwa simulasi
sistem pendingin termoelektrik dapat digunakan untuk mempresentasikan mudul
SLED rill dengan kesalahan rms berkisar antara 0,50C sampai 0,60C pada kondisi
arus TEC sebesar 300mA dan arus SLED bervariasi dari 0 sampai 200 mA.
Pada tahum 2009 R. Umboh telah membuat perancangan alat pendingin
portable menggunakan elemen peltier. Sistem pendingin tersebut dapat digunakan
untuk menjaga suhu suatu objek berada dibawah suhu lingkungan. Untuk
menunjang kerja sistem pendingin tersebut, sistem pengendalian alat pendingin
tersebut dikerjakan sepenuhnya oleh Mikrokontroler AVR Atmega8535. Umboh
menyimpulkan bahwa hasil penelitiannya dari sistem pendingin tersebut
tergantung pada objek atau beban pendinginan yang diberikan. Rata-rata suhu
yang dicapai adalah 200C untuk pendinginan selama 1 jam.
Maman Rahman (2013) juga pada penelitiannya yaitu menganalisis
pendingin termoelekrtik dengan menggunakan photovoltaic
sebagai sumber
energi. Rahman memfokuskan penelitiannya pada analisis beban
perhitungan pendingin Termoelektrik, perhitungan
pendingin,
kapasitas accu untuk
penyimpanan energ dari photovoltaic. Rahman menyimpulkan penelitiannya
bahwa hasil analisis beban pendinginan dengan beban berupa enam botol air
mineral (masing-masing 600 ml) adalah 98,34 watt. Termoelektrik yang
digunakan adalah tipe TECI-12706 yang mampu mencapai temperature 50C. Accu
yang digunakan pada sistem ini menggunakan accu merk Yuasa 12V, 35Ah.
Sementara photovoltaic yang digunakan adalah merk solarindo tipe cx6 dengan
jumlah 40 sel, masing-masing dapat mengeluarkan 0,5V atau seharinya dapat
menghasilkan 480 watt. Photovoltaic ini mampu memenuhi kebutuhan energi
sebesar 296,4 Watt.
Universitas Sumatera Utara
3
Pada aplikasinya, termoelektrik dapat dikembangkan pada kulkas kecil,
paket pendingin elektronik. Sementara dibidang industri terus dikembangkan dan
diamati serta dianalisis, termasuk pendingin air, pendingin insulin portable, wadah
minuman portable dan lain-lain. Sampai saat ini, alternatif yang lebih baik untuk
pendingin CFC masih diteliti dan dikembangkan. Dengan adanya latar belakang
ini penulis tertarik untuk melakukan penelitian yang berjudul “ANALISIS LAJU
PENDINGINAN PADA KULKAS TERMOELEKTRIK SUPER COOLER
DIBANDINGKAN
SISTEM
PENDINGINAN
KONVENSIONAL
MENGGUNAKAN GAS FREON” dengan menggunakan mikrokontroler
sebagai pusat kendalinya dan dapat merespon berapa suhu yang ada pada ruangan
pendingin yang dideteksi oleh sensor suhu, dan kemudian memberikan output ke
LCD (display).
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan diatas, masalah yang diangkat
dalam penelitian ini adalah alat pendingin konvensional yang selama ini beredar
di pasaran membutuhkan biaya yang besar untuk memperbaikinya jika suatu saat
rusak, sementara jika diperbaiki dengan dengan menggunakan komponen
Termoelektrik cooler lebih murah dan lebih ramah lingkungan.
1.3 Batasan Masalah
Perancangan penelitian ini dilakukan dengan batasan masalah sebagai berikut :
1. Alat ini dirancang dengan menggunakan Feltier TEC1-12730
2. Menggunakan Mikkrokontroller ATMega 8535 dan PC sebagai data
logger aplikasi.
3. Pendingin konvensional yang digunakan Sanyo Freezer HF-S6L 150 Watt.
1.4 Tujuan Penelitian
Penelitian ini bertujuan sebagai berikut :
1. Merancang dan menganalisis alat pendingin berbasiskan Termoelektrik
Super Cooler.
Universitas Sumatera Utara
4
2. Membandingkan kelebihan dan kelemahan Pendingin Termoelektrik
dengan Pendingin yang menggunakan gas Freon.
1.5 Manfaat Penelitian
Adapun manfaat dari penelitian ini adalah sebagai berikut :
1. Penelitian alat ini merupakan bagian dari pengembangan teknologi
termoelektrik yang diaplikasikan pada alat pendigin. Penelitian alat ini
diharapkan dapat memberikan kontribusi yang positif terhadap usaha
pengurangan penggunaan gas freon.
2. Dengan adanya penelitian ini, pendingi freon yang telah rusak dapat
dimaanfaatkan kembali dengan menggunakan komponen Termolektrik
Peltier Cooler.
1.6 Metodologi Penelitian
Penelitian ini dilakukan di laboratorium fisika Fakultas Matematika dan Ilmu
Pengetahuan Alam Universitas Sumatera Utara. Adapun metodologi yang
digunakan dalam menyusun dan menganalisis hasil penelitian ini adalah :
1. Studi literature yang berhubugan dengan perancangan pembuatan dan
analisi alat ini.
2. Perancanagan dan pembuatan alat
Merencanakan peralatan yang dirancang baik hardware maupun software.
3. Pengujian Alat
Alat yang dibangun kemudian diuji apakah telah sesuai dengan apa yang
direncanakan.
4. Analisis hasil
Data yang telah didapat dari pengujian alat kemudian dianalisis dengan
menggunakan software
1.7 Sistematika Penulisan
Untuk mempermudah pembahasan dan pemahaman maka peneliti membuat
sistematika penulisan sebagai berikut :
Universitas Sumatera Utara
5
BAB I PENDAHULUAN
Dalam Bab ini berisikan pendahuluan yaitu membahas Latar Belakang,
Rumusan Masalah, Batasan Masalah, Tujuan Penelitian, Manfaat Penelitian,
metodologi penelitian atau teknik pengumpulan dan Sistematika Penulisan.
BAB II DASAR TEORI
Dalam bab ini dijelaskan tentang teori pendukung pembahasan dasar dan
prinsip kerja alat. Teori pendukung itu antara lain tentang termoelektrik, elemen
peltier, prinsip kerja termoelektrik, sensor temperatur, mosfet, mikrokontroler,
LCD, dan IC Regulator.
BAB III PERANCANGAN SISTEM
Dalam bab ini membahas tentang perancangan alat, diagram blok dari
rangkaian alat dan diagram alir alat yang diisikan ke dalam mikrokontroler.
BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL
Dalam bab ini dibahas data-data hasil analisa alat dan prinsip kerja alat,
gambaran tiap rangkaian blok dan penjelasannya dan pengujian secara
keseluruhan.
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN
Bab ini merupakan penutup yang berupa kesimpulan dari pmbahasan
analisis yang dilakukan dari pembuatan alat, juga saran yang ditujukan pada
pengguna dan pengembang agar pemakaian alat seefisien mungkin.
Universitas Sumatera Utara