BAB V ANALISA PENELITIAN
5.3 Pembahasan
Unjuk kerja termoelektrik susunan paralel sebagai pembangkit listrik tenaga surya pendingin air dinyatakan dengan arus, tegangan, daya dan efisiensi yang dapat dihasilkan. Dalam penelitian ini unjuk kerja termoelektrik susunan paralel ditinjau pula unjuk kerja susunan seri-paralel. Arus maksimal yang dapat dihasilkan susunan paralel sebesar 0,404 A sementara susunan seri-paralel dapat menghasilkan arus 0,558 A. Arus keluaran generator semakin besar dengan bertambahnya temperatur sisi panas (gambar 5.1 dan 5.6) atau berkurangnya temperatur sisi dingin (gambar 5.16 dan 5.21). Secara keseluruhan arus listrik yang dapat dihasilkan oleh kedua susunan tersebut dapat dilihat pada gambar 5.11, 5.26 dan 5.31. Gambar 5.31 menunjukkan arus pada susunan seri-paralel lebih tinggi dibandingkan susunan paralel disebabkan pada rangkaian termoelektrik. Arus keluaran generator mengikuti persamaan 17.
Dari persamaan tersebut dapat disimulasikan pengaruh jumlah susunan seri dan paralel pada jumlah termoelektrik tertentu terhadap arus yang dihasilkan. Data yang dipergunakan untuk menghitung arus keluaran generator adalah selisih temperatur 9,1 oC, koefisien seebeck 0,054 V/K, hambatan listrik 2,616 ohm dan hambatan beban 2 ohm. Hasil simulasi dapat dilihat pada gambar 5.47 dan gambar 5.48. Gambar 5.48 menunjukkan bahwa arus keluaran generator maksimum dapat dicapai apabila perbandingan jumlah termoelektrik antar variasi sama dengan satu.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0 4 8 12 16 20 Np IO , A
Gambar 5.47 Grafik hubungan IO dengan NP
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0 4 8 12 16 20 Np/Ns IO , A
Gambar 5.48 Grafik hubungan IO dengan NP/NS
Dilihat dari segi tegangan yang dihasilkan maka tegangan keluaran generator meningkat dengan berkurangnya temperatur sisi dingin (gambar 5.7 dan 5.22). Selain itu bertambahnya temperatur sisi panas (gambar 5.2 dan 5.17) dan
selisih temperatur kedua sisi termoelektrik (gambar 5.7, 5.22 dan 5.32). Gambar 5.32 menunjukkan tegangan yang dihasilkan pada susunan paralel lebih rendah dibandingkan dengan susunan seri-paralel. Tegangan maksimum yang dicapai susunan paralel sebesar 0,416 volt dan susunan seri-paralel 1,124 volt. Tegangan pada susunan paralel lebih rendah dari seri-paralel disebabkan hubungan tegangan dan sifat susunan pada termoelektrik mengikuti persamaan 18. Penyebab lain juga berpengaruh terhadap hal ini adalah sistem pendinginan. Berdasarkan hubungan tegangan, nilai tegangan total pada beberapa termoelektrik susunan paralel diambil dari mendekati tegangan terkecil dan tegangan total pada termoelektrik susunan seri-paralel ditambahkan. Sebagai contoh misal ada 4 buah termoelektrik (masing-masing termoelektrik 1,5 volt, 3 volt, 6 volt dan 12 volt) maka tegangan total pada termoelektrik susunan paralel sekitar 1,7 volt. Pada tiap termoelektrik menghasilkan tegangan berbeda-beda yang disebabkan oleh permukaan plat pemanas tidak merata dan panas minyak goreng tidak merata. Panas minyak goreng sebagian besar berada di sisi masuk fluida tangki penyimpan panas.
Daya merupakan kemampuan kerja alat untuk menghasilkan listrik. Kemampuan alat dapat dilihat pada gambar 5.3, 5.8, 5.13, 5.18, 5.23, 5.28 dan 5.33. Gambar 5.8 dan 5.23 menunjukkan daya berbanding terbalik dengan temperatur sisi dingin. Gambar 5.3 dan 5.18 menunjukkan daya berbanding lurus dengan temperatur sisi panas. Demikian juga dengan gambar 5.13, 28 dan 5.33. Daya pada susunan paralel lebih rendah daripada seri-paralel (gambar 5.33). Daya pada susunan paralel lebih rendah daripada seri-paralel merupakan akibat dari
tegangan dan arus yang dikeluarkan pada susunan paralel lebih rendah dibanding seri-paralel. Secara matematis daya adalah perkalian antara tegangan dan arus.
Efisiensi total pada alat meningkat apabila temperatur sisi panas semakin bertambah (gambar 5.5 dan 5.20) atau selisih temperatur kedua sisi termoelektrik semakin besar (gambar 5.15 dan 5.30). Jika temperatur sisi dingin semakin besar maka efisiensi total menurun (gambar 5.10 dan 5.25). Perbandingan Efisiensi total pada kedua susunan termoelektrik dapat dilihat pada gambar 5.36. Efisiensi pada termoelektrik susunan paralel lebih rendah dibanding dengan susunan seri-paralel. Efisiensi maksimal yang dihasilkan pada susunan paralel 0,0057 % dan susunan seri-paralel 0,0109 %. Faktor-faktor yang menentukan efisiensi total termoelektrik sebagai pembangkit listrik adalah efisiensi generator dan efisiensi kolektor. Pada efisiensi keseluruhan alat, susunan paralel lebih rendah daripada susunan seri-paralel dikarenakan efisiensi generator pada susunan seri-paralel jauh lebih rendah daripada susunan seri-paralel sedangkan efisiensi kolektor pada saat pengambilan data kedua susunan termoelektrik tidak jauh berbeda. Penyebab efisiensi generator pada susunan paralel jauh lebih rendah dibanding susunan seri-paralel adalah hasil keluaran daya pada tiap jenis susunan. Karakteristik efisiensi generator pada susunan termoelektrik terlihat pada gambar 5.4, 5.9, 5.14, 5.19, 5.24, 5.29 dan 5.34. Gambar 5.4 dan 5.19 menunjukkan temperatur sisi panas termoelektrik semakin besar maka efisiensi generator semakin besar pula. Demikian juga untuk selisih temperatur sisi termoelektrik (gambar 5.14 dan 5.29). Lain halnya dengan
temperatur sisi dingin semakin besar maka efisiensi generator semakin kecil (gambar 5.9 dan 5.24).
Selain efisiensi generator, karakteristik efisiensi kolektor dapat digambarkan pada gambar 5.35. Gambar 5.35 menunjukkan efisiensi kolektor
menurun jika nilai ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − G Ta Ti
semakin besar. Hal ini disebabkan temperatur sisi
masuk kolektor semakin besar maka panas diserap minyak goreng semakin berkurang. Temperatur lingkungan menurun menyebabkan pelepasan panas pada kolektor apabila isolasi kolektor tidak sempurna. Penyebab lainnya adalah intensitas cahaya matahari akan sangat mempengaruhi peningkatan suhu minyak goreng di pipa-pipa kolektor. Efisiensi kolektor tertinggi pada saat pengambilan data percobaan adalah susunan paralel 13,468 % dan seri-paralel 5,855 %.
Pada tabel 5.4 dan tabel 5.5 tidak menggunakan hasil perhitungan data terakhir pada semua grafik dikarenakan pada perhitungan mendapatkan nilai faktor pelepas panas 23,964. Faktor pelepas panas merupakan perbandingan antara kemampuan fluida menyerap panas dengan energi bersih terdapat pada kolektor (energi diberikan matahari dikurangi dengan rugi-rugi kalor akibat perpindahan panas). Nilai tertinggi faktor pelepas panas adalah satu.
Nilai efisiensi total pada alat penelitian ini rendah, kurang dari 0,1 % dapat disebabkan oleh tiga faktor. Tiga faktor tersebut adalah masih ada udara terjebak pada tangki penyimpan panas, plat pemanas tidak rata, isolasi tangki penyimpan panas tidak sempurna dan volumenya terlalu besar. Faktor pertama
terjadi pada saat pengisian fluida. Minyak goreng diisi lewat katup pengatur dan udara mula-mula berada di alat dikeluarkan melalui selang minyak goreng dingin sehingga selesai pengisian selang minyak goreng dingin masih terdapat udara pada ujung selang dipasang ke katup pengatur tersebut. Akibatnya udara terjebak pada kotak pemanas.
Faktor kedua, pelat pemanas yang digunakan adalah pelat aluminium berukuran 600 mm x 150 mm x 7 mm. pelat aluminium terbuat dari hasil pengecoran sehingga terdapat rongga-rongga baik di dalam dan luar pelat tersebut. Faktor ketiga ditunjukkan suhu fluida keluar dari kolektor sekitar 80 oC merambat ke ujung selang minyak goreng panas bersuhu sekitar 70 oC dan berada di kotak pemanas 45oC. Hal ini membuktikan bahwa isolasi tangki penyimpan panas tidak sempurna dan volume minyak goreng di tangki tersebut terlalu banyak. Volume minyak goreng terlalu banyak menyebabkan kalor yang seharusnya ditransfer ke termolektrik tetapi juga memanaskan minyak goreng di dalam tangki penyimpan panas. Dari faktor-faktor tersebut menyebabkan efisiensi karakteristik termoelektrik penghasil listrik rendah.
Penyebab lainnya adalah sistem pendinginan yang tidak optimal. Letak tangki penyimpan air terlalu tinggi sehingga air panas sulit merambat ke tangki tetapi tertahan di selang. Perambatan pada air panas adalah perambatan yang disebabkan oleh perbedaan massa jenis. Air panas memiliki massa jenis lebih rendah dibandingkan air disekitarnya sehingga terjadi perambatan. Selama
menurun dan massa jenisnya naik. Sampai ketinggian tertentu air panas tidak dapat merambat
BAB VI
PENUTUP
6.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian karakteristik termoelektrik dengan susunan paralel untuk menghasilkan energi listrik dengan pendingin air maka dapat disimpulkan sebagai berikut :
1. Termoelektrik bisa digunakan untuk pembangkit energi listrik.
2. Semakin tinggi beda temperatur antara sisi panas dan sisi dingin termoelektrik maka akan diperoleh keluaran yang tinggi.
3. Berdasarkan hasil simulasi, arus dan tegangan keluaran generator maksimal diperoleh jika perbandingan jumlah termoelektrik pada rangkaian seri dan paralel sama dengan satu.
4. Arus, tegangan, daya dan efisiensi keseluruhan maksimal yang dapat dicapai oleh alat penelitian termoelektrik penghasil listrik dengan menggunakan susunan seri-paralel.
5. Unjuk kerja dari termoelektrik sebagai pembangkit listrik adalah arus, tegangan, daya, efisiensi keseluruhan maksimal yang dicapai 0,5577 amper, 1,1242 volt, 0,7158 watt, 0,0109 % dengan menggunakan termoelektrik susunan seri-paralel.
6. Penelitian berhasil membuat model pembangkit energi listrik tenaga surya dengan menggunakan termoelektrik.
6.2 Saran
Sebagai alat yang baru dikembangkan, alat ini meruapakan salah satu wujud masyarakat-masyarakat di daerah terpencil yang tidak terjangkau pasokan listrik. Untuk pengembangan alat ini dikemudian hari ada beberapa hal yang perlu diperhatikan :
1. Plat aluminium harus rata supaya panas dari tangki penyimpan dapat merambat dengan baik ke termoelektrik.
2. Letak tangki suplai air perlu dicermati dengan melihat sifat-sifat perambatan air panas.
3. Pada pengisian fluida, paling baik dilakukan tanpa melepaskan salah satu komponen alat penelitian sehingga tidak adanya udara terjebak di dalam alat. Bagian bawah fluida masuk kolektor diberi katup pengatur bentuk T supaya salah satu sisinya dapat digunakan sebagai saluran masuk fluida. 4. Tangki penyimpan panas hendaknya diisolasi dengan baik.
5. Celah antara plat aluminium dengan tangki penyimpan harus ditutup rapat dan hindari kebocoran apabila menggunakan baut sebagai pengikat. Plat penyangga tangki pendingin harus diisolasi supaya panas dari tangki penyimpan panas tidak merambat.
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W., 1995. “Teknologi Rekayasa Surya”. Jakarta : Pradnya Paramita.
Duffie, J.A.; Beckman, W.A., 1991. “Solar Engineering of Thermal Processes”, New York : John Wiley.
Burke, E., Buist. R., (August 21-26, 1983), Thermoelectric Coolers as Power Generators, 18th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, Orlando, Florida.
Paul G. L. and Richard J. B., (August 26-29, 1997), Calculation of Thermoelectric Power Generation Performance Using Finite Element Analysis, XVI International Conference on Thermoelectrics, Dresden, Germany.
Richard J. B. and Paul G. L.,( August 26-29, 1997), Thermoelectric Power Generator Design and Selection from TE Cooling Module Specifications, XVI International Conference on Thermoelectrics, Dresden, Germany. Menteri Energi Dan Sumber Daya Mineral (2003), Kebijakan Pengembangan
Energi Terbarukan Dan Konservasi Energi (Energi Hijau), Departemen Energi Dan Sumber Daya Mineral, Jakarta
Thermoelectric/peltier cooling,www.thermo.com, 8 Agustus 2007
LAMPIRAN
Lampiran 1: Gambar –gambar alat
(a) Kolektor pelat rata tipe paralel
(c) Konstruksi pendinginan air
Lampiran 2: Perhitungan kalor jenis minyak goreng
Perhitungan kalor jenis minyak goreng dimulai dengan menyiapkan peralatan-peralatan yang digunakan adalah panci, pemanas (heater), timbangan, stopwatch, termokopel dan display termokopel. Pengambilan data dilakukan pemanasan selama 5 menit. Data-data hasil pengamatan setelah melakukan percobaan sebagai berikut :
Massa Panci = 230 gram Massa total = 1200 gram
Tabel Data suhu fluida dengan pemanasan selama 5 menit
Fluida Massa Waktu pemanasan Suhu awal Suhu akhir Air 970 gram 5 menit 28,2 º C 53,5 º C Minyak goreng 970 gram 5 menit 29,0 º C 64,6 º C
• Perhitungan kalor pemanasan air
Kalor pemanasan air dapat dihitung dengan Kalor jenis air pada tekanan atmosfir dan temperatur 27 oC adalah 4183 J/kg oC.
Qair = M Cp ΔTair/Δt
= 0,97 . 4183 . (53,5-28,2)/(5.60) = 342,18 Watt
• Perhitungan kalor jenis minyak goreng (Cp minyak)
Kalor memanasi air dijadikan acuan untuk menghitung Cp minyak
Cpminyak = minyak . . T M t Qair Δ Δ = ) 29 6 , 64 .( 97 , 0 60 . 5 . 18 , 342 − = 2927,72 J/kg
o
CLampiran 3 : Faktor transmitan-absorpan kolektor
Transmisivitas kolektor terletak di kaca. Asumsi kaca yang digunakan adalah kaca kadar besi rendah dengan ketebalan 6mm. Radiasi matahari sebagian besar adalah radiasi visible. Radiasi visible rata-rata adalah 0,6 μm. Nilai transimivitas kaca berdasarkan Figure 12.24 adalah 0,9.
Absorptivitas kolektor terletak di pelat penyerap. Pelat penyerap berbahan besi cor. Asumsi bahan besi pada pelat penyerap adalah besi cor maka nilai absorptivitas pada kolektor berdasarkan daftar 8-3 adalah 0,9.
Faktor transmitan-absorpan kolektor merupakan perkalian nilai transmisivitas kaca dengan nilai absorptivisitas pelat penyerap. Nilai faktor transmitan-absorpan kolektor adalah :
τα = 0,9 x 0,94 = 0,84