BAB IV PENGUJIAN DAN HASIL
HENDRI PRONOTO BANJARNAHOR 1108010872
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2015
PERSETUJUAN
Judul : ANALISIS LAJU PENDINGINAN PADA
KULKAS THERMOELEKTRIK SUPER COOLER
DIBANDINGKAN SISTEM PENDINGIN
MENGGUNAKAN GAS FREON
Kategori : SKRIPSI
Nama : HENDRI PRONOTO BANJARNAHOR
Nomor Induk Mahasiswa : 110801072
Program Studi : Sarjana (S1) FISIKA
Departemen : FISIKA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
(MIPA) UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Diluluskan di
Medan, Desember 2015
Komisi Pembimbing :
Diketahui
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua, Pembimbing,
Dr. Marhaposan Situmorang Dr. Marhaposan Situmorang NIP. 195510301980031003 NIP. 195510301980031003
PERNYATAAN
ANALISIS LAJU PENDINGINAN PADA KULKAS THERMOELEKTRIK SUPER COOLER DIBANDINGKAN SISTEM PENDINGIN
KONVENSIONAL MENGGUNAKAN GAS FREON
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa dari ringkasan yang masing – masing disebutkan sumbernya.
Medan, Desember 2015
HENDRI PRONOTO BANJARNAHOR 110801072
PENGHARGAAN
Puji syukur penulis panjatkan kehadiran Tuhan Yang Maha Esa, karena berkat kasih karunianya dan berkat penyertaan Tuhan yang selalu senantiasa menjaga dan membimbing penulis sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini. Sungguh Tuhan Maha kasih, Maha baik dan Maha murah hati. Terima kasih Tuhan buat kasihMu yang selalu meyertai aku dalam setiap pekerjaan dan sepanjang kehidupanku.
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis banyak mendapatkan bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak baik secara moril maupun material. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar besarnya kepada :
1. Orang tua penulis, L. Banjarnahor dan R. Br Sitanggang saya ucapkan banyak terima kasih yang senantiasa membimbing, mendukung dan selalu memberikan penulis motivasi – motivasi yang sangat berguna dan membangun untuk saya dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini dengan cepat. Dan terima kasih juga penulis ucapkan untuk setiap doa – doa yang diberikan kepada penulis.
2. Dr. Marhaposan Situmorang, selaku dosen pembimbing penulis juga yang telah banyak memberikan masukan dan saran juga kepada penulis dalam pengerjaan skripsi.
3. Drs. Kurnia Brahmana,M.si, selaku dosen pembimbing penulis yang telah memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis selama pengerjaan skripsi ini. Terima kasih atas kesabaran, dukungan dan nasehat yang diberikan kepada penulis.
4. Dr. Marhaposan Situmorang, dan Drs Syahrul Humaidi, M.sc selaku ketua dan sekretaris Departemen FISIKA, serta seluruh staf pengajar dan pegawai Departemen FISIKA yang selalu memperhatikan penulis terutama dalam proses perkuliahan di Departemen FISIKA FMIPA USU.
5. Tanoto Foundation melalui program Hibah Tanoto Awards yang telah membantu penulis dari dana ataupun materi sehingga penulis dapat menyelesaiakn penelitian ini dengan baik.
6. Abang saya, Danres Arwan Ranto Banjarnahor, dan adik – adik saya Shutryani Banjarnahor, Roslita Uli Banjarnahor, Windy Banjarnahor, dan
Gomgom Parulian Banjarnahor yang selalu memberikan doa dan semangat bagi penulis dalam menyelesaikan skripsi.
7. Sahabat – sahabat seperjuangan saya Jansius Sitorus, Jepri Wandes Nababan, Jerri Simanjuntak, dan Rinto Pangaribuan yang selalu setia membantu dan menemani penulis dalam menyusun skripsi ini.
8. Teman – teman di PHYSICS PROLIX, Hendra Damos, David Hutajulu, Dosni Sipahuar, dan Parasian Simbolon, William, Russell, Togar, Randy, Trisno, Iwan, Ingot, Steven, Wahyu, Eman, Ilham, Fahmi, Simon, David DPL, Hendra Gabe, Hendra Nababan, Rusti, Dyana, Ancela, Juliana, Tabita, Nensi, Lilis, Widya, Putri, Henni, Rahel, Pesta, Lurani, Ita yang sudah saling memberikan semangat dan dukungan untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini, “Semangat dan Jaya terus PHYSIC PROLIX”.
9. Abang kakak Alumni dan adik – adikku stambuk 2012, 2013, dan juga adik – adikku stambuk 2014, yang telah memberikan dukungan dan motivasi yang luar biasa sehingga penulis lebih bersemangat lagi untuk menyelsaikan penulisan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang menbangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi yang membutuhkannya.
Medan, Desember 2015
Hendri Pronoto Banjarnahor 110801072
ANALISIS LAJU PENDINGINAN PADA KULKAS THERMOELEKTRIK SUPER COOLER DIBANDINGKAN SISTEM PENDINGIN
KONVENSIONAL MENGGUNAKAN GAS FREON
ABSTRAK
Telah dirancang dan dianalisis alat pendingin dengan menggunakan Peltier Cooler yang mempunyai sisi panas dan sisi dingin dengan menggunakan efek peltier sebagai prinsip kerjanya. Penelitian ini menganalisis dan membandingkan laju pendingin kulkas berbasis termoelektrik cooler dibandingkan sistem pendinginan konvensional menggunakan gas freon. Penelitian ini juga difokuskan untuk memanfaatkan kulkas konvensional (Pendingin Freon) yang sudah rusak sebagai kotak pendingin peltier tersebut. Dengan menggunakan kipas DC pada sisi dingin untuk mempercept pendinginan dan pada sisi panas untuk membuang panas pada sisi dingin, pendingin peltier ini mampu menandingi pendingin Freon. Kedua pendinign ini mampu mencapai suhu -210C pada suhu awal 270C. Dengan variasi volume beban air (1 kg, 2 kg, 3 kg, 4 kg, 5 kg, 6 kg, 7 kg, 8 kg, 9 kg, 10 kg) kedua pendingin freon dan pendingin peltier membutuhkan waktu masing-masing (50 menit dan 70 menit, 99 menit dan 128 menit, 148 menit dan 178 menit, 197 menit dan 236 menit, 247 menit dan 291 menit, 296 menit dan 349 menit, 341 menit dan 404 menit, 398 menit dan 465 menit, 441 menit dan 527 menit, 493 menit dan 576 menit). Dari hasil yang didapat, dapat disimpulkan bahwa pendingin Freon masih jauh lebih bagus dari pendingin yang menngunakan komponen Peltier.
ANALYSIS OF COOLING RATE ON THE FRIDGE
THERMOELECTRIC SUPER COOLER THAN CONVENTIONAL COOLING SYSTEM USING GAS FREON
ABSTRACT
It has been designed and analyzed by using a cooling device which was have a Peltier cooler hot side and a cold side using a principle works of Peltier effect . These study analyze and compare the rate-based thermoelectric cooling refrigerator cooler than conventional cooling systems using freon gas. These study also focused on utilizing conventional refrigerator (Air Freon) that have been damaged as the peltier coolers. By using the DC fan on the cooler side to accelerate cooling and the hot side to dissipate heat on the cold side, peltier cooler is able to match Freon coolant. Both cooling are capable of reaching a temperature of -210C at the initial temperature of 270C. With the variation of the volume of water load (1 kg, 2 kg, 3 kg, 4 kg, 5 kg, 6 kg, 7 kg, 8 kg, 9 kg, 10 kg) both Freon cooling and cooling Peltier take each (50 minutes and 70 minutes, 99 minutes and 128 minutes, 148 minutes and 178 minutes, 197 minutes and 236 minutes, 247 minutes and 291 minutes, 296 minutes and 349 minutes, 341 minutes and 404 minutes, 398 minutes and 465 minutes, 441 minutes and 527 minutes, 493 minutes and 576 minutes). From the results obtained, it can be concluded that the refrigerant Freon is still far better than the alkaline cooling Peltier component.
DAFTAR ISI Halaman Persetujuan i Pernyataan ii Penghargaan iii Abstrak v Abstract vi
Daftar Isi vii
Daftar Tabel ix
Daftar Gambar x
Daftar Singkatan xi
Daftar Lampiran xii
Bab 1 Pendahuluan 1.1. Latar Belakang 1 1.2. Rumusan Masalah 3 1.3. Batasan Masalah 3 1.4. Tujuan Penelitian 3 1.5. Manfaat Penelitian 4 1.6. Metodologi Penelitian 4 1.7. Sistematika Penulisan 5
Bab 2 Tinjauan Pustaka 2.1 Termoelektrik 6
2.1.1 Sejarah Singkat Termoelektrik 6
2.2 Efek–Efek Pendinginan Termoelektrik 6
2.2.1 Efek Seebeck 6
2.2.2 Efek Joule 7
2.2.3 Efek Konduksi 8
2.2.4 Efek Peltier 8
2.2.5 Efek Thomson 9
2.3 Elemen Termoelektrik Peltier 9
2.4 Prinsip Kerja Termoelektrik 11
2.4.1 Prinsip Kerja Termoelektrik Sebagai Pendingin 11
2.4.2 Parameter Penggunaan Modul Termoelektrik 12
2.5 Sistem Pendingin Konvensional (Kulkas) 12
2.6 Perhitungan Pendinginan Sistem Termoelektrik 14
2.6.1 Beban Pendingin 15
2.6.2 Beban Panas Dari Luar 15
2.6.3 Beban Panas Dari Dalam 16
2.6.4 Perpindahan Panas 16
2.7 Mikrokontroler Atmega 8535 18
2.8 Interface Max-232 19
2.10 Liquid Crystal Display (LCD) 23
2.11 Mosfet 25
Bab 3 Perancangan Sistem 3.1 Perancangan Diagram Blok Sistem 28
3.2 Perancangan Rangkaian Tiap Blok 29
3.2.1 Perancangan KOtak Pendingin Termoelektrik 29
3.2.2 Perancangan Peltier Dengan Heatsink 30
3.2.3 Rangkaian LCD 30
3.2.4 Rangkaian Power Suplay 32
3.2.5 Rangkaian Driver Regulator Arus 33
3.2.6 Rangakain Sensor Suhu 33
3.2.7 Rangkaian RS-232 35
3.2.8 Rangkaian Mosfet 35
3.2.9 Rangkaian Mikrokontroler ATMega 8535 37
Bab 4 Pengujian Dan Analisis Data 4.1 Komponen Pengujian dan Parameter Yang Diukur 38
4.2 Pengujian Power Supply 38
4.3 Pengujian Daya Terpasang Pada Sistem 39
4.4 Pengujian Driver Regulator Arus 40
4.5 Perhitungan Beban Pendinginan 41
3.5.1 Beban Panas Dari Luar 41
3.5.2 Beban Panas Dari Dalam 41
4.6 Skema Pengukuran Suhu 42
4.7 Pengujian Waktu Pendingin 43
4.7.1 Pengujian Waktu Pendinginan Ruangan Pendingin 43
4.7.2 Pengujian Waktu Pendinginan Beban 43
4.8 Pengukuran Penurunan Suhu 45
4.8.1 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 1 Liter Air 45
4.8.2 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 2 Liter Air 47
4.8.3 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 3 Liter Air 50
4.8.4 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 4 Liter Air 52
4.8.5 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 5 Liter Air 55
4.8.6 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 6 Liter Air 57
4.8.7 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 7 Liter Air 59
4.8.8 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 8 Liter Air 62
4.8.9 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 9 Liter Air 64
4.8.10 Penurunan Suhu Dengan Bebaan 10 Liter Air 67
Bab 5 Kesimpulan dan Saran 70
5.1 Kesimpulan 70
5.2 Saran 71