ANALISIS PERFORMA KINERJA TERMOELEKTRIK GENERATOR PADA KOMPOR SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK

ANALISIS PERFORMA KINERJA TERMOELEKTRIK GENERATOR PADA KOMPOR SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK. Disusun Oleh :. MUHAMMAD WIRANDA. KAMALUDDIN. 105821110316. 105821102216. PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH 2021 i.

ANALISIS PERFORMA KINERJA TERMOELEKTRIK GENERATOR PADA KOMPOR SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK. SKRIPSI. Diajukan sebagai salah satu syarat Untuk Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Makassar Disusun dan diajukan oleh. MUHAMMAD WIRANDA. KAMALUDDIN. 105821110316. 105821102216. PROGRAM STUDI TEKNIK ELEKTRO FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH 2021. ii.

iii.

iv.

KATA PENGANTAR Segala puji dan syukur penulis panjatkan kehadirat Allah SWT. atas segala limpahan Rahmat dan Karunia-Nya. Shalawat serta salam senantiasa tercurahkan kepada kekasih sang Khalik Nabiyullah Muhammad SAW. Suatu kenikmatan yang tertuang dalam serangkaian kegiatan akedemik yakni penyusunan Proposal dengan judul “Analisis Prestasi Termoelektrik Generator Pada Kompor Sebagai Pembangkit Listrik”. Setiap orang dalam berkarya selalu mencari kesempurnaan, tetapi terkadang kesempurnaan itu terasa jauh dari jangkauan. Kesempurnaan bagaikan udara yang ingin digenggam namun tidak pernah bisa, demikian juga dengan kehendak hati yang ingin menggenggam kesempurnaan tetapi kapasitas penulis. dalam keterbatasan. namun, penulis akan terus berusaha agar tulisan yang penulis buat bisa menjadi bagian dari kesempurnaan dan selesai dengan baik serta bermanfaat dalam dunia teknik, khususnya dalam ruang lingkup Teknik Elektro, Universitas Muhammadiyah Makassar. Penyusunan skripsi ini adalah untuk memenuhi salah satu persyaratan kelulusan akademik. Penyusunannya dapat terlaksana dengan baik berkat dukungan dan motivasi dari banyak pihak. Untuk itu, pada kesempatan kali ini penulis mengucapkan terimakasih kepada :. v.

1. Kedua orang tua yang telah memberikan nasihat, do’a, dan dukungan moral maupun materil untuk penulis menuntut ilmu, sehingga penyusunan skripsi ini dapat terselesaikan. 2. Bapak Prof. Dr. H. Ambo Asse, M.Ag., selaku Rektor Universitas Muhammadiyah Makassar. 3. Ibu Dr.Ir. Hj. Nurnawaty, S.T, M.T.,IPM. selaku Dekan Fakultas teknik Universitas Muhammadiyah Makassar 4. Ibu Adriani, ST, MT., selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro Universitas Muhammadiyah Makassar 5. Bapak Dr.Ir.Hj.Hafsah Nirwana, M.T. selaku pembimbing I beserta ibu Adriani, S.T.,M.T. selaku pembimbing II yang telah memberikan banyak arahan, masukan, serta motivasi dalam membimbing penulis untuk dapat menyelesaikan skripsi ini dengan baik. 6. Saudara-saudara angkatan 2016 (Proyeksi) yang telah saling memotivasi dan membantu selesainya skripsi ini terkhusus pada kelas A.TL 2016 yang merupakan teman kelas seperjuangan. 7. Seluruh pihak yang tidak bisa penulis sebutkan satu persatu. Semoga semua pihak tersebut diatas mendapat pahala yang berkipat ganda disisi Allah SWT dan skripsi yang sederhana ini dapat bermanfaat bagi penulis, rekan-rekan masyarakat serta bangsa dan negara. Aamiin.. vi.

Akhirnya, dengan segala kerendahan hati, penulis senantiasa mengharapkan kritikan dan saran dari berbagai pihak yang sifatnya membangun karena penulis yakin bahwa suatu persoalan tidak akan berarti sama sekali tanpa adanya kritikan dan kritikan ini dijadikan sebagai bahan evaluasi untuk meningkatkan kualitas diri kedepannya dan InsyaAllah penulis akan dengan senang hati dan berlapang dada menerima kritikan yang diberikan karena penulis mengharapkan sesuatu yang lebih baik kedepannya bagi penulis. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat untuk semua orang khususnya bagi ranah ilmu pendidikan.. Makassar, Juli 2021. Penulis. vii.

ABSTRAK MUHAMMAD WIRANDA dan KAMALUDDIN. Analisis Performa Kinerja Termoelektrik Generator Pada Kompor Sebagai Pembangkit Listrik Generator termoelektrik merupakan pembangkit listrik yang memanfaatkan efek Seebeck, yaitu suatu fenomena dihasilkannya arus listrik ketika konduktor atau semikonduktor memiliki perbedaan temperatur. Dalam penerapannya, generator termoelektrik umumnya digunakan pada pemanfaatan panas buangan dari suatu sistem. Kompor adalah salah satu komponen yang menghasilkan panas cukup besar yakni mencapai 80ºC. Dengan menggunakan generator termoelektrik, panas pada dinding kompor dapat dikonversi menjadi energi lisrik. Untuk mewujudkan hal tersebut, harus dilengkapi dengan sistem pendingin sehingga perbedaan suhu di antara dua permukaan modul termoelektrik dapat dipertahankan. Penelitian ini dilakukan untuk mengetahui potensi energi listrik dari modul TEG sebagai sumber energi alternatif dengan memanfaatkan panas dari dinding kompor dengan variasi nyala api. Sistem pendingin ini terdiri dari aluminium heat sink, kipas. Dengan menggunakan sistem pendingin ini perbedaan suhu sisi dingin termoelektrik dapat dijaga pada kisaran 12ºC. Hasil pengujian menunjukkan bahwa kinerja generator termoelektrik menunjukkan potensi yang cukup menjanjikan sebagai sumber alternative. Hal ini dengan peningkatan efisiensi yang dihasdilkan pada setiap nyala api. Nilai maksimun yang dihasilkan untuk nyala api besar 0.76 % dan untuk nyala api kecil 0.47 %. Olehnya itu penerapan prinsip dari efeek seebeck sangat baik untuk prospek masa depan sebagai energi alternatif. Kata kunci : termoelektrik generator, kompor portable, efek seebeck, tegangan dan arus listrik.. viii.

ABSTRACT MUHAMMAD WIRANDA and KAMALUDDIN. Analysis of the Thermoelectric Performance of a Stove Generator as a Power Plant. A thermoelectric generator is a power plant that utilizes the Seebeck effect, which is a phenomenon where an electric current is generated when a conductor or semiconductor has a temperature difference. In its application, the thermoelectric generator is generally used in the utilization of waste heat from a system. The stove is one of the components that generates considerable heat, reaching 80ºC. By using a thermoelectric generator, the heat on the stove wall can be converted into electrical energy. To achieve this, it must be equipped with a cooling system so that the temperature difference between the two surfaces of the thermoelectric module can be maintained. This research was conducted to determine the potential of electrical energy from the TEG module as an alternative energy source by utilizing heat from the stove wall with variations in the flame. This cooling system consists of an aluminum heat sink, a fan. By using this cooling system the temperature difference of the thermoelectric cold side can be maintained in the range of 12ºC. The test results show that the performance of the thermoelectric generator shows a promising potential as an alternative source. This is with the resulting increase in efficiency with each flame. The maximum value generated for a large flame is 0.76% and for a small flame is 0.47%. Therefore, the application of the principle of the Seebeck effect is very good for future prospects as alternative energy.. ix.

DAFTAR ISI Halaman HALAMAN SAMPUL HALAMAN JUDUL ...............................................................................................i ABSTRAK ............................................................................................................. ii KATA PENGANTAR .......................................................................................... iii DAFTAR ISI........................................................................................................... v DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... viii DAFTAR SIMBOL................................................................................................x BAB I PENDAHULUAN ....................................................................................... 1 1.1 Latar Belakang ............................................................................................. 1 1.2 Rumusan Masalah ........................................................................................ 4 1.3 Tujuan Penelitian ......................................................................................... 4 1.4 Batasan Masalah .......................................................................................... 5 1.5 Manfaat Penelitian ....................................................................................... 5 BAB II TINJAUAN PUSTAKA .......................................................................... 6 2.1 Studi Kelayakan ........................................................................................... 6 2.2 Sejarah Thermoelektrik .............................................................................. 10 2.3 Efek Termoelektrik .................................................................................... 12 a) Efek Seebeck ........................................................................................ 14 b) Efek Piltier ........................................................................................... 15. x.

c) Efek Thomson ...................................................................................... 15 d) Efek Joule............................................................................................. 16 e) Efek Konduksi ..................................................................................... 16 2.4 Parameter penggunaan modul Termoelektrik...................................... ......17 2.5 Modul Thermoelektrik......................................................................... ......17 2.5.1. Thermoelektrik Generator (TEG)............................................ ......18. 2.5.2. Thermoelektrik Cooling(TEC)....................................................... 18. 2.6 Efisien Thermoelektrik...............................................................................19 2.7 Elemen Termoelektrik................................................................................23 2.7.1. Figure of merit...............................................................................21. 2.8 Rumus yang digunakan .............................................................................23 BAB III METODELOGI PENELITIAN........................................................... 25 A. Waktu dan Tempat Penelitian .................................................................... 25 B. Alat dan Bahan ........................................................................................... 25 C. Metode Pengujian ...................................................................................... 28 D. Skema rancangan instalasi pengujian dan sistem pengukuran................. 28 E. Metode pengumpulan data ........................................................................29 F. Diagram alir penelitian ..............................................................................30 BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................. 31 4.1 Analisa data dan Perhitungan A. Nyala Api Besar ................................................................................... 31. xi.

B. Nyala Api Kecil ................................................................................... 32 4.2 Pembahasan ................................................................................................ 33 BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ............................................................... 40 A. Kesimpulan ................................................................................................ 40 B. Saran .......................................................................................................... 40 DAFTAR PUSTAKA............................................................................................41 DAFTAR LAMPIRAN.........................................................................................46. xii.

DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Skema ilustrasi efek seebeck ....................................................... 14. Gambar 2.2 Skeka ilustrasi efek peltier ......................................................... 15. Gambar 2.3 Skema ilustrasi efek thomson ...................................................... 16. Gambar 2.4 Thermoelektrik generator ........................................................... 28. Gambar 2.5 Thermoelektrik cooling ............................................................... 19. Gambar 2.6 Nilai figure of merit dari bahan semikonduktor yang berbedabeda................................................................................................ 22. Gambar 3.1 Kompor portabel............................................................................. 25. Gambar 3.2 Tabung gas...................................................................................... 25. Gambar 3.3 Display dan termokopel ............................................................... 26. Gambar 3.4 Multimeter Digital........................................................................... 26. Gambar 3.5 Power supply................................................................................... 26. Gambar 3.6 Heatsink........................................................................................... 27. Gambar 3.7 Kipas (Fan)................................................................................... 27. Gambar 3.8 Termal pasta..................................................................................... 27. Gambar 3.9 Rancangan intalasi pengujian ....................................................... 28. Gambar 3.10 Skema Pengukuran Tegangan....................................................... 28. Gambar 3.11 Flowchat alir penelitian ................................................................ 30. Gambar 4.1 Sejarah temperature Api pada variasi nyala api.............................. 33. Gambar 4.2 Sejarah Temperatur Api rerata (TA avg) pada variasi nyala api ........... 34. Gambar 4.3 Beda temperatur rerata (ΔT avg) dan beda tegangan (∆V).................. 34. xiii.

Gambar 4.4 Panas yang diserap (QH) pada variasi nyala api ............................... 35. Gambar 4.5 Daya listrik (P) dan efisiensi (η) pada variasi nyala api................ 36. Gambar 4.6 T avg maximun pada variasi nyala api………………................. 36. Gambar 4.7 ∆T max pada variasi nyala api …………………….…................. 37. Gambar 4.8 ∆Vmax pada variasi nyala Api…………….…............................. 37. Gambar 4.9 (QHmax) pada 2 variasi nyala api................................................ 38. Gambar 4.10 Perbandingan daya listrik total maximun (Pmax) pada nyala api. 38. Gambar 4.11 Perbandingan efisiensi maximun (ηmax) pada variasi nyala api. 39. xiv.

DAFTAR SIMBOL. S. Simbol. Keterangan. Satuan. Koefisien Seebeck. V/ ºC. Perbedaan Tegangan. V. Perbedaan Temperatur. ºC. Th. Temperatur Sisi Panas. ºC. Tc. Temperatur Sisi Dingin. ºC. I. Arus Listrik. A. Ri. Beban Internal Modul. Ω. Ta. Temperatur Lingkungan. ºC. Qh. Panas Yang Diserap. Watt. K. Konduktivitas Termal. W/m.ºC. P. Daya Yang Dihasilkan. Watt. Efisiensi. %. α. xv.

DAFTAR LAMPIRAN Lampiran A Tabel Tahanan Dalam Termoeltrik .................................................... .44 Lampiran B1 Tabel Pengamatan Nyala api Besa..................................................... 45 Lampiran B2 Tabel Pengamatan Nyala api Kecil .................................................... 46 Lampiran C Tabel Hasil Pengatahuan Nyala Api Besar .......................................... 47 Lampiran C1 koefisien Seebeck .............................................................................. 47 Lampiran C2 Arus Listrik ........................................................................................ 48 Lampiran C3 Panas Yang Diserap ........................................................................... 49 Lampiran C4 Daya Yang Dihasilkan ....................................................................... 50 Lampiran C5 Efisiensi ............................................................................................. 51 Lampiran D Tabel Pengamatan Nyala Api Kecil .................................................... 52 Lampiran D1 koefisien Seebeck .............................................................................. 52 Lampiran D2 Arus Listrik ........................................................................................ 53 Lampiran D3 Panas Yang Diserap ........................................................................... 54 Lampiran D4 Daya Yang Dihasilkan ....................................................................... 55 Lampiran D5 Efisiensi ............................................................................................. 56 Lampiran E Data Maksimum Setiap Nyala Api ...................................................... 57 Lampiran F Foto Dokumentasi ................................................................................ 58 Lampiran F1 Pembuatan Dudukan Fan ................................................................... 58 Lampiran F2 Pemasangan Dudukan Termoelektrik ................................................ 59 Lampiran F3 Pemasangan Termoelektrik ................................................................ 59 Lampiran F4 Pemasangan Heatsink ......................................................................... 60 Lampiran F5 Pemasangan Termocouple.................................................................. 60. xvi.

Lampiran F6 Pemasangan Fan Diatas Heatsink ...................................................... 61 Lampiran F7 Alat siap Digunakan ........................................................................... 61. xvii.

BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Energi panas merupakan energi yang dapat dengan mudah dijumpai dalam. kehidupan sehari – hari, mulai dari panas yang disediakan oleh alam yaitu dari panas matahari maupun dari buatan manusia. Apabila energi panas tersebut dapat dikonversikan kedalam bentuk energi listrik tentunya akan dapat membantu memenuhi kebutuhan energi yang semakin meningkat. Seperti diketahui bahwa energi listrik bagi manusia di zaman modern saat ini merupakan kebutuhan yang sangat penting dalam membantu menyelesaikan kegiatan manusia sehari-hari. Indonesia dewasa ini sedang menghadapi permasalahan, salah satu permasalahan yang dihadapi Indonesia dewasa ini adalah ketidakseimbangan antara kebutuhan konsumsi listrik pelanggan dibandingkan dengan kemampuan Perusahaan Listrik Negara (PLN) dalam menyediakan energi listrik. Meningkatnya populasi manusia dari waktu ke waktu seiring dengan meningkatnya kebutuhan manusia akan energi sebagai penunjang multi-dimensi mereka, ditambah lagi dengan semakin menipisnya cadangan bahan bakar fosil yang selama ini dijadikan komoditas utama penunjang energi bagi manusia. Hal tersebut membuat manusia tertantang untuk membuat pengkonversi energi yang efisien dan ramah lingkungan. Salah satu kegiatan yang dilakukan oleh pemerintah Indonesia untuk menanggulangi permasalahan tersebut yaitu membangun pembangkit-pembangkit listrik. Pembangkit-pembangkit listrik. 1.

pun sudah banyak dibangun dikarenakan Indonesia adalah salah satu negara yang cukup berpotensi untuk dijadikan tempat pembangunan pembangkit-pembangkit listrik. Lokasi negara Indonesia yang cukup strategis yaitu berada pada garis khatulistiwa serta berbentuk sebagai negara kepulauan yang tercatat sebagai negara kepulauan terbesar di dunia membuat Indonesia memiliki kekayaan alam yang melimpah diantaranya sumber daya alam yang mampu digunakan sebagai sumber pembangkit listrik. Hampir seluruh macam pembangkit listrik mampu dibangun di Indonesia. Beberapa contoh dari pembangkit yang sudah dibangun di Indonesia seperti Pembangkit Listik Tenaga Air (PLTA), Pembangkit Listik Tenaga Bayu (PLTB), Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), Pembangkit Lisrik Tenaga Diesel(PLTD), Pembangkit Listrik Tenaga Gas (PLTG), Pembangkit Listrik Tenaga Panas Bumi (PLTPB), dan Pembangki Listrik Tenaga Mesin Gas (PLTMG). Salah satu solusi yang ditawarkan untuk meminimalisir tingkat penggunaan energi fosil dengan cara mencari sumber energi alternatif yang sifatnya terbarukan dan ramah lingkungan. Sumber energi terbarukan yang dapat membangkitkan energi listrik terdiri atas dua yakni pembangkit listrik makro yang biasanya memanfaatkan nuklir, gas, air, angin dan lain-lain sedangkan yang mikro salah satunya memanfaatkan benda benda yang menghasilkan energi panas antara lain seperti setrika, knalpot kendaraan bermotor, kompor pemanas, mesin pengeringan dan lain sebagainya. Walaupun pembangkit listrik tersebut hanya berkapasitas mikro, namun pemakaian yang maksimal dalam jangka panjang dapat membantu menghemat. 2.

penggunaan listrik yang dihasilkan oleh pembangkit listrik berkapasitas makro. Pembangkit listrik berkapasitas makro seharusnya hanya digunakan untuk pemenuhan kebutuhan listrik berdaya besar saja. Sedangkan untuk pemenuhan listrik berdaya kecil, seperti penerangan lampu, dapat memanfaatkan pembangkit listrik berkapasitas mikro. Total energi listrik yang dibangkitkan oleh energi alternatif pada tahun 2011 adalah 21,8 TWh atau sekitar 12% dari total listrik yang dipasok sebesar 183,2 TWh. Pembangkit listrik berbahan bakar batubara, gas dan BBM menjadi tumpuan PLN dalam memproduksi listrik. Ketiganya menyumbang 80% dari total listrik yang dibangkitkan. Sisanya disumbang oleh pembangkit terbarukan. Pengembangan pemanfaatan energi baru terbarukan (EBT) telah memperoleh dukungan Pemerintah melalui aturan kementrian ESDM nomor 39 tahun 2017 mengenai adanya pemanfaatan energi baru terbarukan yang dapat dikonversi ke bentuk energi lain. Melalui regulasi resmi tersebut masyarakat secara luas bisa memanfaatkannya dalam rangka menjamin ketersediaan energi listrik. Menyadari adanya aturan pemerintah untuk pemanfaatan energi baru terbarukan maka salah satu sumber energi terbarukan yang bisa dikembangkan adalah panas buang dari dinding kompor. kompor tersebut selain bisa dimanfaatkan sebagai media memasak juga bisa dimanfaatkan menjadi penghasil energi listrik dengan cara mengkonversi energi panas yang dihasilkan oleh kompor tersebut menjadi energi listrik dengan menggunakan teori termoelektrik efek seebeck.. 3.

Prinsip kerja dari efek seebek yang bekerja pada sistem pembangkit termoelektrik ialah apabila terjadi perbedaan temperatur dari kedua buah material logam (umumnya semi konduktor) maka akan menghasilkan gaya gerak listrik. Besar energi listrik yang dihasilkan sebanding dengan besarnya perbedaan temperaturnya. Jika konsep efeck seebeck ini diterapkan pada dinding kompor maka akan menghasilkan energi listrik yang berguna untuk pengoperasian alat elektronik dan bisa pula disimpan dalam baterai. Berdasarkan hal tersebut di atas, maka dilakukan penelitian dengan judul “ Analisis Prestasi Termoelektrik Generator Pada Kompor Sebagai Pembangkit Listrik “ 1.2. Rumusan masalah Berdasarkan latar belakang yang telah diuraikan maka dirumuskan beberapa. masalah sebagai berikut: 1. Bagaimana karakteristik temperatur yang ada pada dinding kompor? 2. Berapa besar energi panas pada dinding kompor yang dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik menggunakan termoelektrik generator? 3. Bagaimana kinerja dari termoelektrik generator pada dinding kompor tersebut? 1.3. Tujuan penelitian Tujuan penelitian yang akan dicapai pada penelitian ini berdasarkan rumusan. masalah diatas adalah: 1. Menentukan karakteristik temperatur pada dinding kompor. 4.

2. Menentukan besar energi panas dari dinding kompor yang dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik dengan menggunakan termoelektrik generator 3. Menentukan kinerja dari termoelektrik generator pada dinding kompor. 1.4. Batasan masalah Pada penulisan ini ada beberapa masalah yang dibatasi agar tidak menyimpang. dari apa yang diteliti. Adapun batasan masalah pada penelitian ini adalah sebagai berikut: 1. Penelitian difokuskan pada energi panas dari dinding kompor yang digunakan untuk memasak. 2. Konverter dari energi panas ke energi listrik menggunakan termoelektrik generator. 3. Dimensi peralatan uji disesuaikan dengan yang ada di pasaran. 4. Tidak membahas rancang bangun kompor. 5. Rangkaian listrik yang digunakan adalah rangkaian seri thermal. 6. Tidak membahas laju perpindahan panas. 7. Kompor yang digunakan adalah kompor portable merek Cosmos Tipe CGC 121 P 1.5. Manfaat penelitian Penelitian ini untuk memberikan informasi mengenai prestasi dari termoelektrik. generator dalam memanfaatkan energi panas dari dinding kompor yang dikonversi. 5.

menjadi energi listrik dan juga sebagai sumber informasi pengetahuan untuk pengembangan energi alternatif.. 6.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA 2.1. STUDI KELAYAKAN Beberapa hasil penelitian berkaitan dengan termoelektrik berbasis kompor masak telah banyak dilakukan. Penelitian tersebut antara lain penelitian kompor masak gasifikasi menggunakan bahan bakar sekam padi, penggunaan kompor masak LPG, kompor parameter-parameter aliran udara natural dan aliran udara paksa primer pada kompor masak gasifikasi. Sejauh ini, baik penelitian ekperimental dan komputasi terkait pemanfaatan panas buang dari kompor masak dengan menggunakan thermoelektrik sebagai konversi energi panas ke energi listrik yakni Masko (2018)), Meneliti tentang penggunaan kompor gas Liquefied Petroleum Gas (LPG) sebagai pembangkit listrik dengan cara penambahan material selubung koil dengan variasi diameter selubung koil pipa 10 cm dan 12 cm. Selubung koil pipa adalah dengan menggunakan pipa tembaga dengan diameter pipa ½ in. Pengujian dilakukan dengan pembesaran api yang sama untuk memanaskan air di panci sebanyak 4 kg dengan batas waktu pengujian ketika termperatur air mencapai 100ºC. Pengambilan data temperatur air di selubung koil pipa setiap 2 menit. Hasil pengujian bahwa pemanfaatan energi panas yang dihasilkan menggunakan diameter selubung koil pipa 10 (2,32 kW) lebih tinggi dibandingkan diameter selubung koil pipa 12 cm (2,22 kW), dan efisiensi yang dihasilkan selubung koil pipa dengan diameter selubung koil pipa 12 cm (37,89%). 7.

lebih tinggi dibandingkan diameter selubung koil pipa 10 cm (35,81%) ,dikarenakan waktu dan konsumsi bahan bakar gas yang digunakan untuk memanaskan air di panci lebih sedikit. Satrio (2018) meneliti tentang aplikasi termoelektrik generator pada sistem pemanen panas buang pada kompor gas satu tungku. Penelitian ini memanfaatkan panas buang dari gas buang samping panci yang sedang digunakan untuk memasak menjadi listrik serta membuat desain selimut TEG yang fleksibel, dalam artian mampu digunakan untuk dimensi kompor apapun dalam rumah tangga. Hasil penelitian menunjukkan bahwa diameter 140 mm dengan tinggi 110 mm memiliki ∆T yang kosntan pada saat api kecil baris bawah yaitu sisi kiri 8,7°C ; sisi tengah 10,23 °C ; dan sisi kanan 12,37 °C. Beda temperatur dengan hasil baik dihasilkan pada saat nyala api kecil dibandingkan saat nyala api besar. Ginanjar, dkk (2019), membahas tentang pemanfaatan energi alternatif yang ramah lingkungan salah satunya adalah dengan mengembangkan teknologi thermoelectric generator dengan menggunakan kompor surya sebagai wadah atau media untuk memusatkan energi panas agar mampu memanaskan kolektor. Penelitian ini menggunakan kompor surya tipe kotak yang dalam penangkapan sinar matahari dapat menghasilkan panas maksimum mencapai 58,7 ºC sedangkan output yang dihasilkan oleh termoelektrik bergantung pada perbedaan suhu yang terjadi pada kedua heatsink yaitu heatsink panas dan heatsink dingin. Hasil menunjukkan bahwa dengan 6 buah modul yang dirangkai seri didapatkan hasil tegangan maksimal 3,56. 8.

Volt dengan arus sebesar 0,171 Ampere dan daya 0,609 Watt dengan koefisien seebeck rata-rata minimal 0,128 ºKelvin dan maksimal 0,181 ºKelvin. Busthomy dkk (2020), meneliti tentang pemanfaatan panas terbuang dari api pembakaran. untuk. pengisian. baterai. Handphone. dengan. menggunakan. termoelektrik. Hasil penelitian menunjukkan bahwa dengan rangkaian campuran seri dan paralel masing masing menggunakan 8 termoelektrik, dengan perbedaan suhu 31,9°C sampai 32°C yang menghasilkan tegangan 4V dan arus pengisian baterai 0,17A pada saat kapasitas baterai 50% lama waktu pengisian baterai 4 jam 42 menit dan pada saat perbedaan suhu 48°C sampai 50,1°C yang menghasilkan tegangan 4,2V dan arus arus pengisian baterai 0,34A pada saat kapasitas baterai 50% lama waktu pengisian baterai 2 jam 21 menit dengan ukuran baterai sebesar 800mah. Kata Kunci: Termoelektrik, Generator Termoelektrik, Kompor Generator Termoelktrik. Rosyidi, dkk (2020), membahas tentang perancangan kompor penghasil energi listrik sebagai sumber energi alternatif dengan memanfaatkan limbah biomassa dalam pembakarannya menggunakan thermoelectric generator (TEG) sebagai pembangkit listrik. . Energi yang dihasilkan terhubung dengan baterai untuk penyimpanan energi listrik. Penelitian ini menggunakan 5 TEG yang tersusun secara seri dengan tipe TEG SP 1848–27145. Cara kerjanya adalah dengan menggunakan prinsip efek Seebeck yaitu memanfaatkan sistem perbedaan temperatur untuk menghasilkan energi listrik. Media pada bagian panas dihasilkan pada kompor dan pada bagian dingin menggunakan kipas DC 12 V. Pengujian untuk pengisian baterai telah dilakukan. 9.

dengan waktu selama 60 menit. Hasil pengujian didapat bahwa selama pengisian baterai mengalami kenaikan tegangan sebesar 0,03 V. Sudarmanto (2020), meniliti tentang gas buang pada cerobong atas dan bawah mesin pengering rak telur dengan model thermoelektrik secara seri dan pararel pada . dalam penelitiannya memanfaatkan gas buang (limbah panas) dari mesin pengering rak telur menjadi energi listrik dengan mengunakan modul termoelektrik. Penelitiannya juga bersifat membandingkan tegangan dan daya yang dihasilkan untuk setiap variasi modul termoelektrik bertumpuk yang disusun secara seri listrik. Pengujian dilakukan dengan memanfaatkan dua buah cerobong (cerobong atas dan cerobong bawah) yang kedua cerobong tersebut diantarai oleh sebuah Heat Excanger (HE) dengan kecepatan blower lingkungan 2800 rpm dan blower tungku pembakaran 2600 rpm dengan menggunakan sekam padi sebagai bahan bakarnya sekaligus termoelektrik yang digunakan sebanyak 176 buah. Hasil pengujian menunjukkan bahwa modul TEG pada cerobong atas dapat menghasilkan perbedaan tegangan maksimun masing-masing ∆V 3.68 Volt (S1) ; ∆V 7.87 Volt (S2) ; ∆V 9.56 Volt (S3) ; ∆V 11.89 Volt (S4) sedangkan untuk cerobong bawah dapat mengasilkan perbedaan tegangan maksimun masing-masing ∆V 12.26 Volt (S1) ; ∆V 20.24 Volt (S2) ; ∆V 23.22Volt (S3) ; ∆V 25.56 Volt (S4). Potensi daya yang dapat dihasilkan untuk cerobong atas pada setiap variasi modul termoelektrik bertumpuk masing-masing 0.0107 Watt (S1) ; 0.0444 Watt (S2) ; 0.0572 Watt (S3) ; 0.0786 Watt (S4) sedangkan pada cerobong bawah menghasilkan daya maksimun masing-masing. 10.

0.0994 Watt (S1) ; 0.1985 Watt (S2) ; 0.1473 Watt (S3) ; 0.1146 Watt (S4). Pada cerobong atas penambahan variasi modul termoelektrik bertumpuk lebih optimal dibandingkan dengan cerobong bawah.. 2.2. Sejarah Thermoelektrik Thermoelektrik adalah alat konversi energi dari perbedaan gradient temperature ke energi potensial. Fenomena termoelektrik pertama kali ditemukan tahun 1821 oleh ilmuwan Jerman, Thomas Johan Seeback. Ia menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian. Diantara kedua logam tersebut lalu diletakkan jarum kompas. Ketika sisi logam tersebut dipanaskan, jarum kompas ternyata bergerak. Hal ini terjadi karena aliran listrik yang terjadi pada logam menimbulkan medan magnet. Medan magnet inilah yang menggerakkan jarum kompas. Fenomena tersebut kemudian dikenal dengan efek Seebeck. Pada tahun 1834 Jean Charles Peltier, seorang berkebangsaan Perancis, Penemuan Seebeck ini memberikan inspirasi untuk melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dia mengalirkan listrik pada dua buah logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian. Ketika arus listrik ddialirkan, terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan pelepasan panas pada sambungan lainnya. Pelepasan dan penyerapan panas ini saling berbalik begitu arah arus dibalik. Penemuan ini terjadi pada tahun 1934 ini kemudian dikenal dengan efek Peltier. Efek Seebeck dan Peltier inilah yang kemudian menjadi dasar pengembangan teknologi termoelektrik.. 11.

Emil Lenz pada tahun 1838 membuktikan bahwa efek Peltier bergantung dengan arah arus maka panas dapat dibuang dari junction untuk membekukan es, atau dengan membalikan arah arus maka panas dapat ditambahkan untuk melelhkan es menjadi air, sehingga ini dapat disimpulkan bahwa panas diserap atau diciptakan searah dengan arus listrik yang dialirkan. Dua puluh tahun kemudian, sekitar tahun 1855 Wiliam Thomson (Lord Kelvin), memberikan penjelasan secara komprehensif mengenai keterkaitan efek Seeback dan efek Peltier dengan termodinamika. Koefisien Peltier merupakan perkalian dari koefisien Seebeck. Thomson akhirnya mengeluarkan efek ketiga yang dikenal dengan efek Thomson. Panas dapat diserap atau diciptakan mengalir di dalam material. Panas sebanding dengan arah arus listrik yang dialirkan. Konstanta perbandingan ini disebut dengan koefisien Thomson, yang secara termodinamika berkaitan dengan koefesien Seebeck. Salah satu aplikasi fenemona termoelektrik adalah sebagai pompa kalor yang bisa difungsikan sebagai pompa kalor yang dapat digunakan sebagai pemanas atau pendingin suatu produk. Perangkat Termoelektrik dapat digunakan untuk tujuan pemanasan/pendinginan, atau untuk pembangkit listrik. Aplikasi untuk perangkat termoelektrik dapat menjangkau berbagai bidang dan industri. Aplikasi ini sangat menjanjikan untuk teknologi pembangkit listrik. Penelitian termoelektrik muncul kembali tahun 1990-an setelah sempat menghilang hampir lima dasawarsa karena efisiensi yang tidak bertambah. Setidaknya ada tiga alasan yang mendukung kemunculan tersebut.. 12.

Pertama, ada harapan besar ditemukannya termoelektrik dengan efisiensi tinggi, yaitu sejak ditemukannya material superkonduktor High-Tc pada awal Tahun 1986 dari bahan keramik. Kedua, sejak awal 1980-an teknologi material berkemang pesat dengan kemampuan menyusun material tersebut dalam level nano. Ketiga, pada awal tahun 1990, tuntutan dunia tentang teknologi ramah lingkungan sangat besar yang berimbas kepada teknologi termoelektrik sebagai sumber energi alternatif. strik seperti misi ruang angkasa jarak jauh menggunakan perangkat thermoelektrik untuk pembangkit listrik. Tantangan utama untuk perangkat desain termoelektrik adalah kinerja perangkat, dan kompromi antara parameter material untuk meningkatkannya. Upaya untuk meningkatkan kinerja bahan perangkat termoelektrik dari optimasi parameter material ialah pemilihan material yang mampu menyerap struktur panas. 2.3. Efek Termoelektrik Termoelektrik adalah teknologi yang bekerja dengan mengkonversi energi panas menjadi listrik secara langsung (generator termoelektrik), atau sebaliknya, dari listrik menghasilkan dingin (pendingin termoelektrik). Untuk menghasilkan listrik, material termoelektrik. cukup. diletakkan. sedemikian. rupa. dalam. rangkaian. yang. menghubungkan sumber panas dan dingin. Dari rangkaian itu akan dihasilkan sejumlah listrik sesuai dengan jenis bahan yang dipakai. Efek termoelektrik dipengaruhi oleh tiga efek yg berbeda yaitu:. 13.

a). Efek Seebeck. Efek Seebeck adalah konversi langsung dari perbedaan temperatur menjadi energi listrik. Ia menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian tertutup dan di antara kedua logam tersebut diletakkan jarum kompas. Ketika pada persambungan logam dipanaskan, jarum kompas bergerak. Hal ini karena logam yang berbeda menanggapi perbedaan temperatur, yang menimbulkan loop arus dan medan magnet. Medan magnet inilah yang menggerakkan jarum kompas. Seebeck tidak menyadari ada arus yang terlibat, sehingga dia menyebut fenomena dengan efek thermomagnetic. Tetapi fisikawan Denmark, Hans Christian Orsted memperbaiki kesalahan itu dan menciptakan istilah untuk mengganti efek thermomagnetic yang disebut thermoelectricity. Jika 2 buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujungnya, kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain. Fenomena ini pertama kali ditemukan oleh Seebeck sehingga disebut efek Seebeck atau umumnya dikenal dengan nama prinsip termokopel. Tegangan yang dihasilkan ini sebanding dengan perbedaan temperatur diantara dua junction. Semakin besar perbedaan temperatur, semakin besar tegangan diantara junction. Dari fenomena ini, kita dapat menentukan koefisien Seeback, yaitu: S=. …………………………………..…. (2.1). Koefisien seeback (s) disebut juga daya thermoelektrik, seperti pada persamaan berikut :. 14.

……………………………………………………….... S=. (2.2). Keterangan : S. = Koefisien seebeck. (Volt/ºK). dEs. = Potensial thermoelektrik terinduksi. (Volt). T. = Temperatur. (ºK). Sedangkan untuk perbedaan voltage (v), kita dapat menghitung dengan menggunakan rumus persamaan: ∫. ). )). ……………………………….. (2.3). Gambar 2.1 Skema ilustrasi efek Seebeck b) Efek Peltier Penemuan Seebeck memberikan inspirasi pada Jean Charles Peltier untuk melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dia mengalirkan listrik pada dua buah logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian. Ketika arus listrik dialirkan, terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan pelepasan panas pada. 15.

sambungan yang lainnya. Pelepasan dan penyerapan panas ini saling berbalik begitu arah arus dibalik. Penemuan yang terjadi pada tahun1834 ini kemudian dikenal dengan efek Peltier. Pada saat arus mengalir melalui thermocouple,tenperatur junction akan berubah dan panas akan diserap pada satu permukaan,sementara permukaan yang lainnya akan membuang panas. Jika sumber arus dibalik, maka permukaan yang panas menjadi dingin dan sebaliknya. Gejala ini disebut efek peltier yang merupakan dasar pedinginan thermoelektrik. Dari percobaan diketahui bahwa perpindahan panas sebanding terhadap arus mengalir. Persamaan dari efek adalah sebagai berikut : ……………………………………….…………………. (2.4) Keterangan : = Koefisien pektier. (Volt). = Beban perpindahan panas. (Watt). = Arus Listrik. (Ampere). 16.

Gambar 2.2 Skeka ilustrasi efek Peltier. c). Efek Thomson. Pada tahun 1854 seorang berkebangsaan Inggris yang bernama William Thomson mengemukakan hasil penelitiannya bahwa terdapat penyerapan atau pengeluaran panas bolak-balik dalam konduktor homogen yang terkena perbedaan panas dan perbedaan listrik secara simultan. Koefisien Thomson dapat dinyatakan dalam persamaan berikut: ………………………………………………….…….….... (2.5). Keterangan :. I. = Koefisien pektier. (Volt). = Beban perpindahan panas. (Watt). = Arus Listrik. (Ampere). 17.

ΔT = Perbedaan temperature. (ºK). Gambar 2.3 Skema Ilustrasi efek Thomson d) Efek Joule Perpindahan panas dari sisi dalam pendingin ke sisi luarnya akan mengakibatkan timbulnya arus listrik dalam rangkaian tersebut karena adanya efek seebeck, maka hal inilah yang dinamakan efek joule. Dalam hal ini sesuai denhan hokum ohm, efek joule dirumuskan pada persamaan berikut: ………………………………………………………........ (2.6). Keterangan : = Efek joule (panas joule). (watt). I. = Arus Listrik. (Ampere). R. = Tahanan. (Ohm). 18.

e). Efek Konduksi. Panas akan merambat secara konduksi dari permukaan yang panas ke permukaan yang dingin. Perambatan bersifat irreversible dan disebut efek konduktivitas. Besarnya perambatan tersebut dinyatakan dalam persamaan: ) …………………………………………………….. (2.7). Keterangan : = Laju aliran panas. (watt). = konduktifitas thermal. (Watt/ºK). = Temperatur hot junction. (ºK). = Temperatur cold junction. (ºK). 2.4. Parameter Penggunaan Modul Termoelektrik Pada. modul. termoelektrik. yang. digunakan. untuk. aplikasi. pemanas. dikarakterisasikan kedalam beberapa parameter penggunaan yang menentukan pemilihan modul yang lebih akurat diantara banyak pilihan modul yang tersedia. Berikut beberapa parameter yang menjadi dasar pemilihan modul termoelektrik : 1. Jumlah kalor yang akan diserap oleh sisi panas modul. 2. Perbedaan temperatur antara sisi panas dan sisi dingin modul ketika beroperasi 3. Arus listrik yang digunakan oleh modul. 4. Tegangan listrik yang diugunakan oleh modul.. 19.

5. Temperatur tertinggi dan terendah lingkungan dimana modul beroperasi.. 2.5. Modul Thermoelektrik Modul thermoelektrik adalah alat yang dapat mengubah energi panas dari perbedaan temperatur. menjadi. energi. listrik atau. sebaliknya.. Modul. ini. memanfaatkan tiga efek thermoelektrik yaitu Seebeck,Peltier, dan Thomson. Konstruksi modul thermoelektrik terdiri dari pasangan material semikonduktor tipe-p dan tipe-n. 2.5.1 Thermoelektrik Generator (TEG). Thermoelektrik generator atau TEG menggunakan prinsip efek seebeck. Jika ada dua buah material logam yang berbeda, maka pada material itu akan mengalir arus gaya atau gaya gerak listrik. Thermoelektrik generator secara langsung mengubah energi panas menjadi energi listrik.. Gambar 2.4 Thermoelektrik generator Dengan perbedaan temperatur panas antara sisi panas dan sisi dingin pada thermoelektrik generator, pada elemen ini akan mengalir arus sehingga terjadi beda tegangan. Secara umum thermoelektrik generator menggunakan 20.

bahan BiTe Bismuth Tellurid, dengan rentang temperature kerja hingga 350ºC. Besarnya tengangan yang dihasilkan sebanding dengan gradient temperatur. 2.5.2 Thermoelektrik Cooling (TEC) Thermoelektrik cooler atau TEC menggunakan prinsip yang berkebalikan dari TEG yaitu menggunakan efek peltier. Jika ada arus listrik yang mengalir melewati rangkaian dari dua buah konduktor dengan material yang berbeda, akan terjadi kenaikan dan penurunan temperatur pada junction yang bergantung pada aliran arus listrik. Pembuangan panas dari sisi panas akan menurunkan temperatur pada sisi dingin dengan cepat, besarnya penurunan temperatur bergantung pada arus yang diberikan.. Gambar 2.5 Thermoelektrik Cooling Modul TEC biasanya digunakan untuk sistem pendingin, seperti dispenser. Ketika ada aliran arus listrik, electron bergerak dari bahan tipe-p ke bahan tipe-n menyerap energi panas junction sisi dingin. Elektron-elektron membuang kelebihan energi pada junction sisi panas.. 21.

2.6 Efisiensi Thermoelektrik Dalam penggunaan aplikasi pembangkit listrik terdapat jumlah maksimun energi yang dapat digunakan. Jumlah ini adalah efisiensi karnot maksimun. Dalam thermoelektrik perbedaan temperatur yang besar antara sisi panas dan sisi dingin, maka semakin besar daya yang dihasilkan. Sebagai perbandingan, pembangkit daya thermoelektrik memiliki efisiensi karnot paling rendah yaitu 5-8%. Sementara daya lain seperti diesel memiliki efisiensi karnot sebesar 30%. Power Chip diproyeksikan mencapai efisiensi karnot sekitar 7080%, efisiensi ini adalah yang paling besar dibandingkan dengan pembangkit daya lain. Perangkat thermoelectric dapat digunakan untuk menghasilkan energi listrik arus searah (DC) ketika terjadi perbedaan temperatur. Namun, saat ini bahan thermoelectric yang tersedia mempunyai ZT < 1 dan efisiensi perangkat dalam menghasilkan energi listrik jarang melebihi 5 %. Kinerja ini membatasi thermoelectric generator untuk aplikasi dimana persyaratannya untuk operasi jarak jauh, tahan uji, tidak ada bagian yang bergerak, dan tidak menimbulkan suara telah melebihi aspek yang lebih buruk dari biaya mahal dan efisiensi konversi yang rendah. Nilai efisiensi modul termoelektrik dapat ditingkatkan dengan meningkatkan beda suhu antara sisi panas dan dingin TEG. Perbedaan suhu dapat ditingkatkan dengan cara panas didisipasi pada sisi dingin TEG. Penggunaan heatsink, fan water jacket, atau hanya dengan memberi suhu lingkungan diatas sisi dingin TEG dapat. 22.

dilakukan untuk membuang panas pada sisi dingin TEG sehingga perbedaan suhu sisi-panas dingin TEG meningkat. 2.7 Elemen Termoelektrik Dari ketiga prinsip efek termoelektrik dapat disimpulkan apabila batang material logam dipanaskan dan didinginkan pada 2 kutub batang material logam. Elektron pada sisi panas logam akan bergerak aktif dan memiliki kececepatan aliran yang lebih tinggi dibandingkan dengan sisi dingin logam. Maka elektron akan mengalami difusi dari rapatan muatan tinggi kerapatan muatan yang rendah. Dari sisi panas ke sisi dingin dan menyebabkan timbulnya medan magnet. Pergerakan ion pada logam yang diakibatkan dari perbedaan temperatur akan menimbulkan tegangan. Elemen thermoelektrik terdiri dari semikonduktor tipe-p (material yang kekurangan electron) dan tipe-n (material yang kelebihan electron dihubungkan dalam suatu rangkaian listrik yang tertutup dengan diberi beban. Perbedaan temperatur antar junction dari material semikonduktor itu akan menyebabkan perpindahan electron atau terjadi difusi dari sisi panas menuju sisi dingin. 2.7.1 Figure of Merit. Parameter material termoelektrik dilihat dari besar figure of merit atau sering. disebut. ZT.. Suatu. material. thermoelektrik. idealnya. memiliki. konduktivitas listrik tinggi dan konduktivitas panas yang rendah. Tetapi pada kenyataanya sangat sulit mendapatkan material logam seperti itu, karena pada. 23.

umumnya jika konduktivitas listrik suatu material tinggi, konduktivitas panasya pun akan tinggi. Figure of Merit didefinisikan sebagai berikut: ……………………………………………………....….. (2.8). Keterangan : S = Koefisien Seebeck. (volt/K). = Konduktivitas listrik bahan. (A/Vm). = Konduktivitas panas bahan. (W/mK). Jadi bahan thermoelektrik thermoelektrik yang baik harus mempunyai konduktivitas listrik yang tinggi untuk meminimalkan kenaikan temperatur dari hambatan ke arus listrik yang mengalir melaluinya. Koefisien seebeck yang besar untuk perubahan maksimal dari panas menjadi daya listrik atau sebaliknya dari daya listrik menjadi perbedaan temperatur. Konduktivitas panas rendah untuk mencegah konduktivitas panas melalui bahan material. Kerja sifat inilah yang menjadi dasar parameter yaitu figure of merit. Karena Z mempunyai satuan per derajat temperatur, maka figure of merit didefinisikan sebagai ZT, dimana T adalah temperatur kerja rata-rata. Parameter figure of merit ini penting untuk menentukan besarnya perubahan daya atau koefisien pendinginan maksimal dari kinerja thermoelektrik. Material yang digunakan saat ini adalah Bi2Te3 Bismuth Telluride, Pbte Lead Telluride, SiGe Silicon Germanium. Ketiga bahan ini bekerja dalam rentang temperatur berbeda. Bahan yang sering digunakan untuk aplikasi TEG dan TEC menggunakan Bi2Te3 yang mempunyai rentang 180 K sampai 620 K. 24.

Sedangkan bahan PbTe dan SiGe bekerja pada temperatur tinggi yang biasa digunakan untuk pembangkit listrik pesawat luar angkasa. Semakin tinggi nilai figure of merit, maka semakin tinggi nilai efisiensi dari termoelektrik. Gambar berikut adalah grafik jenis-jenis bahan semikonduktor berdasarkan figure of merit terhadap satuan temperatur K.. Gambar 2.6 Nilai Figure of Merit dari bahan semikonduktor yang berbedabeda Perangkat termoelektrik dapat menjadi pembangkit listrik dan menghasilkan energi listrik ketika terjadi perbedaan temperatur pada material di thermoelektrik. Saat ini efisiensi termoelektrik dalam pembangkit listrik sekitar 5% dan ZT < 1. Sistem TEG beberapa modul generator termoelektrik (TEG) disusun dalam rangkaian interkoneksi seri ataupun paralel untuk memberikan tingkat daya yang diperlukan. Metode interkoneksi TEG ditentukan oleh tegangan atau arus yang dibutuhkan. TEG dapat dimodelkan secara seri sebagai sumber tegangan dan secara pararel sebagai resistansi internal seperti ditunjukan pada Gambar 2.6.. 25.

2.8 Rumus yang digunakan Bahan thermoelektrik merupakan semikonduktor yang merupakan benda padat ataupun logam yang mempunyai nilai diantaranya nilai resistansi konduktor dan isolator. Permukaan dingin menyerap panas dari produk yang dikondisikan, bagian ini mempunyai fungsi yang sama dengan evaporator pada sistem pendinginan kompresi uap. Permukaan panas mengeluarkan atau membuang panas ke luar, bagian ini mempunyai fungsi yang sama dengan kondensor. Dalam menganalisis kinerja modul termoelektrik, koefisien Seebeck yang menggambarkan tegangan (gaya gerak listrik) timbul karena perbedaan suhu menjadi sangat penting. Koefisien Seebeck dapat dinyatakan oleh persamaan berikut: ). …………………………………......................................…..... (2.9). di mana: ∆V = Perbedaan tegangan (V) = Koefisien Seebeck antara dua bahan semikonduktor, P dan N (V/°C) Th = Temperatur sisi panas modul (°C) Tc = Temperatur sisi dingin modul (°C) Sementara arus listrik yang dihasilkan diberikan oleh persamaan berikut: ). .......................……………………………………..... (2.10). di mana: I = Arus listrik yang mengalir pada rangkaian (A). 26.

R1 = Tahanan internal modul termoelektrik (ꭥ) RL = Tahanan eksternal (ꭥ) ∆T= Th – Tc Panas yang diserap (QH) dari sumber panas pada permukaan sisi panas permukaan sisi dingin ). ) ke. ) adalah sebagai berikut: ) .......................……………………………..... (2.11). Di mana k adalah konduktivitas termal modul. ⁄. ).. Daya keluaran (P) dan efisiensi (𝜂) generator termoelektrik adalah sebagai berikut: .......................………………………….............................…........ (2.12) .......................………………………….................................…..... (2.13). 27.

BAB III METODE PENELITIAN a.. Waktu dan Tempat Penelitian Waktu penelitian direncanakan selama 3 bulan dimulai dari bulan Maret 2021 sampai. dengan Mei 2021 bertempat di ruang dosen lantai 3 fakultas teknik, universitas Muhammadiyah Makassar. Jln Sultan Alauddin No. 259 Makassar dan di salah satu rumah milik pribadi di BTN Bumi Sitrah Sanrego Samata Kabupaten Gowa Propinsi Sulawesi selatan.. b.. Alat dan Bahan Penelitian Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian adalah sebagai berikut: 1. Kompor Portable.. Gambar 3.1 Kompor Portabel. 2.. Tabung Gas Tabung gas digunakan untuk bahan bakar yang akan dipasang kedalam kompor.. 28.

Gambar 3.2 Tabung Gas. 3.. Display dan termokopel Display dan termokopel digunakan untuk mengukur temperatur pada titik pengukuran yang ditelah ditentukan.. Gambar 3.3 Pengukur temperatur digital. 4.. Multimeter digital Multimeter digital berfungsi sebagai pengukur arus dan tegangan yang dihasilkan oleh generator termoelektrik. Gambar 3.4 Multimeter Digital. 29.

5.. Power Supply Power supply sebagai sumber arus listrik untuk menjalankan kipas (Fan).. Gambar 3.5 Power Supply. 6.. Heatsink Heatsink berfungsi sebagai penghantar panas dipasang pada sisi dingin termoelektrik. Gambar 3.6 Heatsink. 7.. Kipas (Fan) Kipas berfungsi untuk melepaskan panas pada sisi dingin termoelektrik yang dipasang di atas heatsink. Gambar 3.7 Kipas (Fan). 30.

8.. Termal pasta Termal pasta berfungsi untuk merekatkan modul termoelektrik pada heatsink.. Gambar 3.8 Termal pasta. c.. Metode pengujian 1.. Tabung gas dipasang ke dalam kompor dan di set dalam posisi yang siap digunakan.. 2.. Power Supply, kipas pendingin, display pembaca temperatur, multimeter diset dalam posisi on.. 3.. Pencatatan data temperatur dan tegangan yang dihasilkan dilakukan setiap 3 menit selama 60 menit.. 4.. Proses 1 sampai 3 diulangi untuk variasi nyala api.. 31.

d.. Skema rancangan instalasi pengujian dan sistem pengukuran. Gambar 3.9 Rancangan instalasi pengujian. Gambar 3.10 Skema Pengukuran Tegangan. e.. Metode pengumpulan data Setelah dilakukan pemasangan Termoelektrik Generator pada dinding kompor, proses. penyalaan api untuk memasak dan pengambilan data secara eksperimental dengan variasi nyala api sedang dan nyala api tinggi pada dinding kompor.. 1.. Sebelum proses penyalaan api dimulai pada kompor, seluruh bagian sistem dan peralatan pengukuran dalam kondisi baik.. 32.

2.. Pengukuran dan pengambilan data dilakukan setiap 3 menit setelah proses pembakaran dimulai, meliputi: a.. Pengukuran temperatur api pada kompor. b.. Badan (permukaan dinding ruang bakar pada kompor). c.. Temperatur lingkungan. d.. Temperatur sisi panas TEG. e.. Temperatur sisi dingin TEG. f.. Tegangan yang dihasilkan TEG. 33.

f.. Diagram alir penelitian. Mulai. Perakitan modul termoelektrik generator 1. Pemasangan Termoelektrik 2. Pemasangan Heatsinl 3. Pemasangan kipas Angin (Fan). Pengecekan alat penelitian. Pengambilan data Tidak. Apakah ada tegangan dan arus yang dihasilkan. Analisis data. Pembahasan. Selesai. Gambar 3.11 Flowchart alir penelitian 34.

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN. 4.1 Analisa data dan perhitungan a. Api Besar Sebagai contoh perhitungan, diambil dari salah satu data pada lampiran B1 tabel pengamatan nyala api besar, yang memiliki hasil maximum terjadi pada menit ke 12 dengan rangkaian seri termal seperti pada gambar (3.9) dengan data sebagai berikut: . Temperatur sisi panas rerata (Th) 71.22 oC. . Temperatur sisi dingin rerata (Tc) 59.56 oC. . Tegangan rerata (ΔV) 1.79 V. . Beda temperatur rerata (ΔT) 11.67 oC. . Tahanan modul (Ri) TEG 34.3 Ohm. Koefisien Seebeck (α) dihitung dengan persamaan (2.9): ) ) Arus listrik (I) dihitung dengan persamaan (2.9): ) ) Panas yang diserap (QH) dihitung dengan persamaan (2.10) ). ). Di mana k adalah konduktivitas termal modul 0,9977 W/m.oC [33] ). ). 35.

). ). Daya (P) yang dihasilkan dihitung dengan persamaan (2.12):. Watt Efisiensi (𝜂) modul TEG dapat dihitung dengan persamaan (2.13):. b. Api Kecil Sebagai contoh perhitungan, diambil dari salah satu data pada lampiran B2 tabel pengamatan nyala api kecil, yang memiliki hasil maximum terjadi pada menit ke 18 dengan rangkaian seri termal seperti pada gambar (3.9) dengan data sebagai berikut: . Temperatur sisi panas rerata (Th) 68.22oC. . Temperatur sisi dingin rerata (Tc) 57.11oC. . Tegangan rerata (ΔV) 1.35 V. . Beda temperatur rerata (ΔT) 11.11oC. . Tahanan modul (Ri) TEG 34.3 Ohm. Koefisien Seebeck (α) dihitung dengan persamaan (2.9): ) ). 36.

Arus listrik (I) dihitung dengan persamaan (2.9): ) ) Panas yang diserap (QH) dihitung dengan persamaan (2.10) ). ). Di mana k adalah konduktivitas termal modul 0,9977 W/m.oC [33] ) ). ) ). Daya (P) yang dihasilkan dihitung dengan persamaan (2.12):. Watt Efisiensi (𝜂) modul TEG dapat dihitung dengan persamaan (2.13):. 4.2 Pembahasan a. Dalam hal ini dilakukan variasi pada nyala api besar dan nyala api kecil dengan rangkaian koneksitas antar modul termoelektrik yang disusun secara seri pada permukaan aluminium dengan menggunakan 9 buah termoelektrik [Lihat gambar 3.9].. 37.

1.. Temperatur Api (TA). Gambar 4.1 Sejarah Temperatur Api (TA) pada variasi nyala api Gambar 4.1 menunjukkan sejarah temperatur ruang bakar pada nyala api kompor yang mengalami kenaikan sejak menit awal pembakaran sampai menit 12 dan pada menit ke 18 untuk masing- masing nyala api sampai menit ke 45 temperatur api ruang bakar cenderung mengalami kestabilan. Selanjutnya mengalami penurunan hingga mendekati temperatur lingkungan di menit 60 pada setiap variasi nyala api. Hal ini disebabkan karena pada menit ke 45 sampai menit ke 60 adalah proses dimana nyala api dimatikan. 2.. Temperatur dinding kompor rerata (TA avg). Ket :. 38.

TAB : Temperatur Api Besar TAK : Temperatur Api Besar Kecil Gambar 4.2 Sejarah Temperatur dinding rerata (TA avg) pada variasi nyala api Gambar 4.2 menunjukkan temperatur panas rata rata dan temperatur dingin rata-rata pada dinding termoelektrik generator yang mencapai puncaknyaa pada menit ke 12 untuk nyala api besar dan pada menit ke 18 untuk nyala api kecil dengan nilai masing-masing berturut-turut 71.22°C (TABh rata-rata), 59.56°C (TABc rata-rata) dan 68.22°C (TAKh ratarata), 57.11°C (TAKc rata-rata). Selanjutnya mengalami kestabilan temperaturnya untuk masing masing nyala api sampai. Pada menit ke 60 pada setiap temperatur panas rata-rata dan temperatur dingin rata-rata adalah titik dimana temperatur hampir mendekati temperatur lingkungan . 3.. Beda Temperatur rata-rata (∆T avg) dan Beda Tegangan (∆V). Gambar 4.3 Beda temperatur rerata (ΔT avg) dan beda tegangan (∆V) pada variasi nyala api. Gambar 4.3 terlihat jika beda temperatur rata-rata pada setiap nyala api yang mencapai puncaknya pada menit ke 12 untuk Api Besar dan menit ke 18 untuk Api 39.

Kecil dengan nilai masing-masing yaitu 11.67°C (AB) dan 11.11°C (AK). Sementara tegangan dengan masing-masing yaitu 1.79 Volt (AB) dan 1.35 Volt (AK). Perbedaan tegangan yang diperoleh seiring dengan beda temperatur pada setiap nyala api terjadinya peningkatan. 4.. Panas yang diserap (QH). Gambar 4.4 Panas yang diserap (QH) pada variasi nyala api Gambar 4.4 menunjukkan panas yang diserap setiap nyala api yang mencapai pucaknya pada menit ke 12 untuk Api Besar dan menit ke 18 untuk Api Kecil dengan nilai masing-masing yaitu 12.215 Watt (AB) dan 11.419 Watt (AK). Selanjutnya mengalami penurunan hingga mendekati temperatur lingkungan pada menit ke 60. Hal ini disebabkan bahwa panas yang diserap mengalami peningkatan seiring nyala api dan konduktivitas dari plat yang digunakan.. 40.

5.. Daya Listrik (P) dan efisiensi (η). Gambar 4.5 Daya listrik (P) dan efisiensi (η) pada variasi nyala api Gambar 4.5 menunjukkan daya keluaran dan efisiensi yang dihasilkan dari hasil perhitungan pada setiap nyala api yang mencapai pucaknya pada menit ke 12 untuk Api Besar dan menit ke 18 untuk Api Kecil. Daya yang dihasilkan meningkat seiring dengan lamanya pembakaran yang menghasilkan nilai masing-masing 0.09 Watt (AB) pada menit ke 12 dan 0.05 Watt (AK) pada menit ke 18. Demikian halnya dengan efisiensi nilainya masingmasing 0.76 % (AB) dan 0.47 % (AK).. 41.

b. Perbandingan Nyala Api Perbandingan ini diambil dengan salah satu data yang menghasilkan keluaran yang baik untuk setiap nyala api. Untuk nyala api besar diambil data pada menit ke 12 dan api kecil diambil data pada menit 18 (Data yang memiliki hasil yang baik). 1. Temperatur rata-rata. Gambar 4.6 T avg maximun pada variasi nyala api Gambar 4.6 menunjukkan perbandingan temparatur api rerata (TA avg) pada variasi nyala api. Adapun nilainya masing-masing pada nyala api besar yaitu, 71.22°C (TABh) ; 59.56°C (TABc). Sedangkan untuk nyala api kecil memiliki nilai masing-masing yaitu, 68.22°C (TAKh) ; 57.11°C (TAKc). Temperatur dinding sisi panas dan sisi dingin pada nyala api besar lebih tinggi daripada temperatur dinding sisi panas dan sisi dingin nyala api kecil.. 42.

2. Beda temperatur maksimun. Gambar 4.7 ∆T max pada variasi nyala api Gambar 4.7 menunjukkan perbandingan beda temperatur maximun (∆Tmax) pada ke dua variasi nyala api. Adapun nilainya masing-masing yaitu 11,66°C AB ; 11,1°C. Beda temperatur tertinggi terjadi pada nyala api besar. Hal ini disebabkan karena laju perpindahan yang diberikan dari ruang bakar yang besar dibandingkan dengan nyala api kecil. 3. Beda Tegangan Maximun (∆Vmax). Gambar 4.8 ∆Vmax pada variasi nyala api Gambar 4.8 menunjukkan perbandingan beda tegangan maximun (∆Tmax) pada 2 variasi nyala api. Adapun nilainya masing-masing yaitu 1.79 V AB dan 1.35 AK. Beda tegangan tertinggi terjadi pada nyala api besar. Hal ini disebabkan karena 43.

panas yang diserap oleh modul termoelektrik generator pada dinding sisi panasnya lebih besar sehingga menghasilkan perbedaan temperatur yang dapat membangkitkan beda tegangan. 4. Panas yang diserap (QH). Gambar 4.9 (QHmax) pada 2 variasi nyala api Gambar 4.9 menunjukkan perbandingan panas yang diserap (QHmax) pada 2 variasi nyala api. Adapun nilainya masing-masing yaitu 12.21 Watt dan 11.41 Watt). Panas yang diserap yang tertinggi terjadi pada nyala api besar.. 5. Daya Listrik (P). Gambar 4.10 Perbandingan daya listrik total maximun (Pmax) pada nyala api. 44.

Gambar 4.10 menunjukkan perbandingan daya listrik maximun (Pmax) pada ke dua variasi nyala api. Daya listrik yang dihasilkan dari nyala api besar dan nyala api kecil masing masing yaitu 0.09 watt dan 0.05 watt. Daya listrik yang optimal terjadi pada nyala api besar. Hal ini disebabkan karena temperatur sisi panas dan sisi dingin pada nyala api besar yang diserap lebih optimal sehingga menghasilkan tegangan yang optimal pula. 6. Efisiensi maximun (ηmax). Gambar 4.11 Perbandingan efisiensi maximun (ηmax) pada variasi nyala api Gambar 4.11 menunjukkan efisiensi maximun (ηmax) pada 2 variasi nyala api. Adapun nilai masin-masing yaitu 0,76 % AB dan 0.47 % AK. Efisiensi yang optimal terjadi pada nyala api besar. Hal ini disebabkan karena pada nyala api besar lebih optimal membangkitkan daya listrik.. 45.

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN A.. Kesimpulan Berdasarkan hasil pengujian dan pengolahan data yang dilakukan pada. penelitian pemanfaatan panas dinding kompor sebagai energi listrik menggunakan generator termoelektrik dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut: 1.. Karakteristik beda temperatur yang dihasilkan menunjukkan peningkatan yang cukup signifikan seiring dengan lamanya waktu pembakaran dengan nilai tertinggi masing-masing yaitu untuk nyala api besar 11,67 °C dan 11.11°C.. 2.. Energi panas yang dikonversi menjadi daya listrik mengalami peningkatan seperti halnya dengan peningkatan temperatur di poin pertama. Nilai energi panas maximun yag dihasilkan untuk nyala api besar 12.215 watt sedangkan untuk nyala api kecil 11.419 Watt.. 3.. Kinerja dari generator termoelektrik menunjukkan potensi yang cukup menjanjikan sebagai sumber energi alternatif. Hal ini ditunjukkan dengan peningkatan efisiensi yang dihasilkan pada tiap-tiap nyala apai. Nilai efisiensi maximun yang dihasilkan untuk nyala api besar 0.76 % dan untuk nyala api kecil 0.47 % . Sedangkan daya listrik yang dihasilkan untuk nyala api besar 0.09 watt dan untuk nyala api kecil 0.05 watt. 46.

B. Saran Adapun saran untuk penelitian selanjutnya yaitu : 1.. Penggunaan heatsink dapat diganti dengan heat pipe untuk mendapatkan beda temperatur yang lebih maksimal antara sisi panas (Th) dan sisi dingin (Tc) modul TEG sehingga tegangan yang dihasilkan lebih besar.. 2.. Dapat dicoba dengan menggunakan jenis kompor yang memiliki nilai kalor yang tinggi.. 3.. Kontak permukaan pada plat aluminium harus rata supaya suhu panas maupun dingin dari suatu dudukan TEG dapat merambat dengan baik ke termoelektrik.. 47.

DAFTAR PUSTAKA. Ady Muhammad Pradana, Dkk. 2020. “Prototipe Pembangkit Listrik Termoelektrik Generator Menggunakan Penghantar Panas Alumunium, Kuningan dan Seng”. Teknik Elektro Fakulttas Teknik Universitas Surabaya. Busthomy Pras Ley., Mahendra Widyartono. 2020. Generator Termoelektrik Dengan Memanfaatkan Panas Yang Terbuang Dari Api Pembakaran Untuk Pengisian Baterai Handphone”. Jurnal Teknik Elektro. Volume 09, Nomor 02, Halaman 451-457. Ginanjar, dkk. 2019. “Perancangan Dan Pengujian Sistem Pembangkit Listrik Berbasis Termoelektrik Dengan Menggunakan Kompor Surya Sebagai Media Pemusat Panas”. Program Studi Sarjana Teknik Elektro Fakultas Teknik Universitas Tanjungpura. Jayanegara. Sudarmanto, Dkk. 2020. “The Characterization OfThermoelektric Generator In Utilizing The Heat Waste Of The Biomass Egg Drying Machine”. EPI International Journal Of engineering Vol. 3. Number 1, February 2020, pp.30-33. pISSN 2615-5109. Kandi dan yamin winduouno. 2020. “ Energi dan Perubahannya”. Penerbit : Pusat pengembangan dan pemberdayaan pendidik dan tenaga kependidikan ilmu pengetahuan alam (PPPPTK IPA).. 48.

Kavei, G, Khakpour, A.A, Hadifakoor, A, Nikbin, S, Kavei A.2013.”Thermoelectric Element Assigned As Electricgenerator From Waste Heat”.IJTPE. vol 5,(4), 113-117:International Organization of IOTPE. Kin Yip Wong. “Thermoelectric Material and Devices – Recover Wasted Heat from Vehicles”. Department of Phisics and Materials Science – City University of Hongkong, Maret 2011. Klara. Sherly dan Sutrisno. 2016. “ Pemanfaatan Panas Gas Buang Mesin Diesel Sebagai Energi Listrik “. Program Studi Teknik Sistem Perkapalan Fakultas Teknik Universitas Hasanuddin. Jurnal Riset dan Teknologi Kelautan (JRTK) Volume 14, No. 1, Januari - Juni 2016. Masko. 2018. “Experimental Study Utilization Of Heat On Lpg Gas Stove By Using Coil Pipe Sheath With Variation Diameter Coil Pipe Sheath”. Program Studi Sarjana Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya. Nugroho Satrio Septo. 2018. “Aplikasi Thermoelektrik Generator pada Sistem Pemanen Panas Buang pada Kompor Gas Satu Tungku”. Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Pasudan Bandung. Peraturan Menteri Energi Dan Sumber Daya Mineral Republik Indonesia http://jdih.esdm.go.id/peraturan/Permen%20ESDMNo.%2039%20Thn202017. pdf diakses pada tanggal 16 Februari 2021. Pusat data dan teknologi informasi energi dan sumber daya mineral. 2018. “ Kajian Penyediaan dan pemanfaatan Migas, Batubara, EBT dan Listrik “. ISBN : 978-. 49.

602-0836-26-3. Rida Y. Nuwayhid, Alan Shihadeh, Nesreen Ghaddar, “Development ad Testing of a Domestic Woodstove Thermoelectric Generator with Natural Convection Cooling”, J.Energy Conversion and Management, Volume 46, Issues 9-10, 1631-1643. Riffat.S.B, Xiaoli MA .2002. “Thermoelektrics:a review of present and potemtial applications”.Applied Thermal Engineering 23 (2003) 913-935. Rosari Saleha, Nandy Putra, Suhendro Purbo Prakoso, Wayan Nata Septiadi, Experimental investigation of thermal conductivity and heat pipe thermal performance of ZnO nanofluids,International Journal of Thermal Sciences, Volume 63, January 2013, Pages 125-132. Rosyidi Muhammad Fachrul, dkk.2020. “Rancang bangun kompor biomassa penghasil energi listrik untuk mengisi baterai 12 V”. TEKNIKA: Jurnal Sains Dan Teknologi VOL 16 NO 02 (2020) 279–284. Sukyono.Wiliam. 2009. “ Karakterisasi Termoelektrik Bertingkat pada Sistem Pendingin Cryosurgery”. Fakultas Teknik Universitas Indonesia.. 50.

LAMPIRAN A Tabel Tahanan dalam termoelektrik. 51.

LAMPIRAN B1 Tabel Pengamatan Nyala Api Besar. 52.

LAMPIRAN B2 Tabel Pengamatan Nyala Api Kecil. 53.

LAMPIRAN C Tabel Hasil Pengamatan Nyala Api Besar LAMPIRAN C1 Koefisien Seebeck. 54.

LAMPIRAN C2 Arus Listrik. LAMPIRAN C2 Tabel Hasil Pengamatan Nyala Api Kecil LAMPIRAN D Tabel Perbandingan Nyala Api Besar dan Nyala Api Kecil. 55.

LAMPIRAN C3 Panas yang diserap. LAMPIRAN E Foto Dokumentasi. 56.

LAMPIRAN C4 Daya yang dihasilkan. 57.

LAMPIRAN C5 Efisiensi. 58.

LAMPIRAN D Tabel Hasil Pengamatan Nyala Api Kecil LAMPIRAN D1 Koefisien Seebeck. 59.

LAMPIRAN D2 Arus Listrik. 60.

LAMPIRAN D3 Panas yang diserap. 61.

LAMPIRAN D4 Daya yang dihasilkan. 62.

LAMPIRAN D5 Efisiensi. 63.

LAMPIRAN E Data maksimun Setiap Nyala Api. LAMPIRAN F Foto Dokumentasi. 66.

Gambar F1 Pembuatan dudukan fan. Gambar F2 Pemasangan dudukan termoelektrik. 67.

Gambar F3 Pemasangan Termoelektrik. Gambar F4 Pemasangan Heatsink. Gambar F5 Pemasangan Termocouple 68.

Gambar F6 Pemasangan Fan diatas heatsink. Gambar F7 Alat siap digunakan 69.