Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Pengukuran dan Analisis Karakteristik Thermoelectric Generator dalam Pemanfaatan Energi Panas yang Terbuang T1 612007043 Bab IV

(1)

25

BAB IV

HASIL PENELITIAN DAN ANALISIS

Pengujian yang telah dilakukan memperoleh data – data seperti waktu, arus

keluaran, tegangan keluaran, daya keluaran, temperatur pada sisi panas thermoelectric

generator dan temperatur pada sisi dingin thermoelectric generator. Data – data tersebut

masih berupa angka kemudian diubah dalam bentuk grafik sehingga lebih mudah

dipahami, dibandingkan, dan dianalisis.

Ada beberapa macam pengujian yaitu menggunakan sumber panas buatan,

memanfaatkan panas dari sinar matahari, memanfaatkan panas dari knalpot sepeda

motor, dan memanfaatkan panas dari setrika listrik.

4. 1. Pengujian Menggunakan Sumber Panas Buatan

Pengujian menggunakan sumber panas yang dihasilkan dari transistor.

Dengan mengatur besarnya tegangan sumber pada transistor dapat diperoleh

temperatur yang berbeda. Berdasarkan percobaan yang dilakukan ketika VCC = 4

V diperoleh beda temperatur sebesar 5 0C. Saat VCC = 5 V dihasilkan beda

temperatur sebesar 15 0C. Sedangkan ketika VCC = 6 V akan terjadi beda

temperatur sebesar 25 0C dan saat VCC = 7 V akan terjadi beda temperatur sebesar

50 0C. Selain variasi beda temperatur juga dilakukan variasi terhadap hambatan

beban. Hal ini dimaksudkan untuk mengetahui karakteristik TEG127–40B antara

lain mengenai tegangan keluaran, arus keluaran, dan daya keluaran. Hasil

percobaan tentang tegangan, arus, dan daya yang dihasilkan dapat dilihat mulai

(2)

26

Gambar 4.1. Grafik tegangan keluaran terhadap beban TEG127–40B.

Gambar 4.2. Grafik arus keluaran TEG127–40B.

0.000 Beda Temperatur

(3)

27

Gambar 4.3. Grafik daya keluaran TEG127–40B.

Gambar 4.1 menjelaskan tentang tegangan keluaran dengan beda temperatur

yang berbeda ketika dipasang hambatan beban yang bervariasi. Semakin besar

beda temperatur dan hambatan beban maka semakin besar juga tegangan yang

dihasilkan. Hal ini karena antara tegangan dengan beda temperatur adalah

sebanding sesuai dengan konsep thermoelectric. Tegangan sebanding juga dengan

hambatan beban yang sesuai dengan hukum ohm.

Sementara pada Gambar 4.2 mengenai arus keluaran. Arus yang dihasilkan

semakin besar bila beda temperatur semakin besar. Sedangkan arus berbanding

terbalik dengan hambatan beban sehingga semakin kecil hambatan beban akan

membuat arus bertambah besar.

Daya keluaran terlihat pada Gambar 4.3 Dengan meningkatnya tegangan

dan arus ketika beda temperatur bertambah maka akan membuat daya yang

dihasilkan juga meningkat. Namun, daya yang dihasilkan semakin lama semakin

besar dan akan mencapai nilai maksimal pada nilai hambatan beban tertentu.

Apabila hambatan beban diperbesar maka daya yang dihasilkan justru akan

(4)

28

Tabel 4.1. Data karakteristik TEG127–40A. [4]

Hambatan Beban

(Ω)

Beda Temperatur

(0C)

Namun, hasil percobaan yang diperoleh tidak dapat dibandingkan dengan

data karakteristik yang telah tersedia. Hal itu dikarenakan tipe thermoelectric

generator yang digunakan berbeda. Pada percobaan kali ini memakai tipe

TEG127–40B sedangkan data karakteristik yang telah tersedia memakai tipe

TEG127–40A.

Data karakteristik untuk tipe TEG127–40A dapat dilihat pada Tabel 4.1.

Dari data karakteristik tersebut dapat diketahui bahwa peningkatan beda

temperatur akan membuat tegangan semakin besar maka arus juga semakin besar

dengan hambatan beban yang sama. Namun, untuk daya optimal tidak dapat

diketahui sebab variasi hambatan beban masih kurang sehingga data yang

dibutuhkan tidak lengkap.

4. 2. Pengujian Memanfaatkan Sumber Panas Sinar Matahari

Pengujian dilakukan pada siang hari dengan tujuan diperoleh panas yang

maksimal dari sinar matahari. Variasi pengujian antara lain meliputi hambatan

beban dan susunan thermoelectric generator secara seri serta paralel. Dari

pengujian ini diperoleh data – data tentang temperatur, tegangan keluaran, arus

keluaran, dan daya keluaran.

4. 2. 1. Analisis Perbedaan Temperatur

Melalui percobaan dengan berbagai macam variasi diperoleh grafik

perbedaan temperatur antara sisi panas dan sisi dingin thermoelectric generator

(5)

29

Gambar 4. . Grafik beda temperatur satu TEG127–40B terhadap beban 0,39 Ω, 0,5 Ω, 1

Ω, dan 3,3 Ω.

Gambar 4.5. Grafik beda temperatur satu TEG127–40B terhadap beban 4,7 Ω, 10 Ω,

dan 15 Ω. Hambatan Beban

(6)

30

Gambar 4.6. Grafik beda temperatur empat TEG127–40B disusun paralel terhadap

beban 0,39 Ω, 0,5 Ω, 0,68 Ω, dan 1 Ω.

(7)

31

Gambar 4.8. Grafik beda temperatur empat TEG127–40B disusun seri terhadap beban

0,39 Ω, 1 Ω, 3,3 Ω, dan 10 Ω.

15 Ω, 22 Ω, dan 33 Ω.

Dari grafik tersebut dapat dilihat bahwa beda temperatur yang diperoleh

tidak stabil. Tidak dapat diketahui kapan temperatur akan meningkat dan kapan

temperatur akan menurun. Hal ini disebabkan percobaan yang dilakukan

bergantung pada cuaca. Selain itu, karena temperatur yang dihasilkan kecil 0 Hambatan Beban

(8)

32

menjadi mudah terpengaruh lingkungan sekitar seperti hembusan angin.

Kondisi yang sama juga terjadi ketika hambatan beban yang dipasang diubah

dan jumlah thermoelectric generator ditambah yang disusun secara seri serta

paralel.

4. 2. 2. Analisis Tegangan Keluaran dan Arus Keluaran

Hubungan antara tegangan keluaran dan arus keluaran digunakan untuk

mengetahui nilai hambatan dalam TEG127–40B. Berdasarkan percobaan

diperoleh grafik seperti pada Gambar 4.10 hingga Gambar 4.12.

Gambar 4.10. Grafik hambatan dalam satu TEG127–40B.

(9)

33

Gambar 4.11. Grafik hambatan dalam empat TEG127–40B disusun paralel.

Gambar 4.12. Grafik hambatan dalam empat TEG127–40B disusun seri.

Melalui percobaan didapatkan nilai tegangan keluaran. Untuk

memperoleh nilai arus keluaran dilakukan dengan perhitungan. Sesuai dengan

rumus hukum Ohm didapatlah nilai arus keluaran. Hambatan dalam ditentukan

dari hubungan linear antara tegangan dan arus tersebut. Satu TEG127–40B

memiliki hambatan dalam seperti pada Gambar 4.10 yaitu sebesar 1,011 Ω.

(10)

34

didapat hambatan dalam seperti Gambar 4.11 yaitu sebesar 0,169 Ω dimana

yang seharusnya mengecil empat kali. Sedangkan saat disusun seri terlihat

pada Gambar 4.12 yaitu sebesar 9,032 Ω yang seharusnya membesar empat

kali. Terdapat perbedaan hasil yang disebabkan ketidakstabilan temperatur.

Temperatur mempengaruhi hasil tegangan yang diperoleh dari pengukuran.

Faktor lain yaitu hasil yang didapat dari grafik berupa pendekatan linear karena

data pengukuran tidak benar – benar linear. Hal itu dapat dilihat dari nilai R2

pada grafik yang jauh kurang dari 1.

4. 2. 3. Analisis Daya Keluaran

Daya keluaran didapatkan dari perhitungan. Rumus daya yang

dipergunakan yaitu P = V2/R. Untuk mendapatkan daya keluaran yang optimal

maka hambatan beban harus diatur sama dengan hambatan dalam TEG127–

40B. Oleh karena itu, nilai hambatan dalam hasil pembahasan sebelumnya

dapat digunakan sebagai acuan untuk menentukan nilai hambatan beban yang

akan dipasang. Dari percobaan didapatkan bahwa nilai hambatan beban yang

dipasang agar daya keluaran yang optimal sebesar 1 Ω untuk satu TEG127–

40B, 0,68 Ω untuk empat TEG127–40B disusun secara paralel, dan 10 Ω untuk

empat TEG127–40B disusun secara seri. Gambar 4.13 sampai Gambar 4.15

menunjukkan nilai daya keluaran TEG127–40B pada variasi temperatur.

Gambar 4.13. Grafik daya keluaran satu TEG127–40B.

0.000000

(11)

35

Gambar 4.14. Grafik daya keluaran empat TEG127–40B disusun paralel.

Gambar 4.15. Grafik daya keluaran empat TEG127–40B disusun seri.

Dari ketiga grafik terdapat beberapa nilai daya keluaran untuk satu nilai

beda temperatur. Hal ini dikarenakan tegangan keluaran yang dihasilkan

thermoelectric generator merupakan fungsi nonlinear dari temperatur. Maka

dari itu nilai yang diperoleh bukan nilai yang tetap melainkan jangkauan nilai.

Saat tiba – tiba tidak mendapatkan panas dari sinar matahari maka daya

Beda Temperatur (0_C)

0.000000

(12)

36

keluaran akan langsung turun sedangkan temperatur relatif tetap. Hal ini

menyebabkan ada nilai daya yang memiliki jangkauan nilai yang besar.

4. 3. Pengujian Memanfaatkan Sumber Panas Knalpot Sepeda Motor

Pengujian dilakukan pada satu TEG127–40B dan empat TEG127–40B yang

disusun secara seri dan paralel dengan memasang beberapa macam hambatan

beban secara bergantian. Didapatkan data berupa temperatur sisi panas dan sisi

dingin thermoelectric generator, tegangan keluaran, arus keluaran, dan daya

keluaran.

Berdasarkan percobaan didapatkan grafik hasil pengukuran perbedaan

temperatur untuk satu TEG127–40B, empat TEG127–40B disusun paralel, dan

empat TEG127–40B disusun seri pada Gambar 4.16 sampai Gambar 4.21.

Gambar 4.16. Grafik beda temperatur satu TEG127–40B terhadap beban 0,39 Ω, 0,5 Ω,

(13)

37

dan 15 Ω.

beban 0,39 Ω, 0,5 Ω, 0,68 Ω, dan 1 Ω. Hambatan Beban Mesin motor dimatikan

(14)

38

beban 3,3 Ω, 4,7 Ω, dan 10 Ω.

0,39 Ω, 1 Ω, 3,3 Ω, dan 10 Ω. Hambatan Beban Mesin motor dimatikan

(15)

39

15 Ω, 22 Ω, Dan 33 Ω.

Dari grafik terlihat bahwa beda temperatur yang dihasilkan stabil. Ketika

sepeda motor mulai dinyalakan terjadi penambahan beda temperatur secara

bertahap hingga mencapai nilai yang konstan. Setelah sepeda motor dimatikan

maka beda temperatur akan mulai menurun secara bertahap pula. Walaupun

percobaan ini dilakukan di luar ruangan seperti halnya percobaan yang

memanfaatkan sinar matahari, beda temperatur tidak begitu terpengaruh

lingkungan sekitar. Hal ini disebabkan beda temperatur yang dihasilkan ketika

memanfaatkan sumber panas knalpot cukup besar.

Seperti halnya pada pembahasan yang sebelumnya, nilai tegangan

keluaran dan arus keluaran dipergunakan untuk mencari nilai hambatan dalam

TEG127–40B. Hasilnya dapat dilihat pada Gambar 4.22 sampai Gambar 4.24.

0 Mesin motor dimatikan

(16)

40

(17)

41

Seperti pada percobaan sebelumnya, nilai tegangan keluaran diperoleh

dari pengukuran dan nilai arus keluaran dihitung menggunakan rumus.

Perkiraan nilai hambatan dalam TEG127–40B didapat dari hubungan linear

antara tegangan keluaran dan arus keluaran. Hambatan dalam satu TEG127–

40B seperti pada Gambar 4.22 sebesar 2,518 Ω. Sedangkan ketika empat

TEG127–40B disusun paralel maka hambatan dalam akan mengecil menjadi

0,494 Ω dan saat empat TEG127–40B disusun seri maka hambatan dalam akan

membesar menjadi 7,047 Ω. Hal tersebut dapat dilihat pada Gambar 4.23 dan

Gambar 4.24. Hasil ini hampir linear sebab nilai R2 dari grafik mendekati 1.

Besarnya daya keluaran diperoleh melalui perhitungan sama seperti pada

pembahasan sebelumnya. Setelah percobaan, untuk memperoleh daya optimal

dipilih hambatan beban sebesar 1 Ω, 0,68 Ω, dan 10 Ω berturut – turut saat satu

TEG127–40B, empat TEG127–40B tersusun paralel, dan empat TEG127–40B

(18)

42

0.000000

(19)

43

Sama seperti pada percobaan yang memanfaatkan sinar matahari, pada

percobaan ini ditemukan nilai daya keluaran lebih dari satu macam untuk satu

nilai beda temperatur meskipun beda temperatur lebih stabil. Pada percobaan

ini jangkuan nilai daya yang dihasilkan tidak terlalu besar sebab beda

temperatur antara sisi panas dan sisi dingin themoelectic generator lebih stabil.

4. 4. Pengujian Memanfaatkan Sumber Panas Setrika Listrik

Hasil pengujian meliputi perbedaan temperatur, tegangan keluaran dan arus

keluaran, serta daya keluaran. Variasi percobaan sama seperti kedua percobaan

sebelumnya yaitu jumlah dan susunan thermoelectric generator serta hambatan

beban. Pengujian kali ini dilakukan di dalam ruangan.

Grafik perbedaan temperatur antara sisi panas dan sisi dingin

thermoelectric generator dapat dilihat pada Gambar 4.28 hingga Gambar 4.33. 0.000000

(20)

44

Gambar 4.28. Grafik beda temperatur satu TEG127–40B terhadap beban 0,39 Ω, 0,5 Ω,

1 Ω, dan 3,3 Ω.

dan 15 Ω. Hambatan Beban Setrika dimatikan

(21)

45

beban 0,39 Ω, 0,5 Ω, 0,68 Ω, dan 1 Ω.

beban 3,3 Ω, 4,7 Ω, dan 10 Ω. Hambatan Beban Setrika dimatikan

(22)

46

0,39 Ω,1 Ω, 3,3 Ω, dan 10 Ω.

15 Ω, 22 Ω, dan 33 Ω.

Melalui grafik dapat dilihat beda temperatur yang dihasilkan relatif

stabil. Terjadi penambahan beda temperatur secara bertahap saat setrika mulai

dinyalakan dan pengurangan beda temperatur ketika setrika dimatikan. Pada

setrika terdapat sistem on – off secara otomatis yang mulai berfungsi saat Hambatan Beban

Hambatan Beban Setrika dimatikan

(23)

47

temperatur mencapai batas nilai temperatur tertentu. Oleh karena itu, tidak

dapat ditemukan beda temperatur yang konstan untuk selang waktu tertentu.

Dalam grafik juga terdapat beberapa hasil beda temperatur yang tidak

beraturan karena terjadi eror pada alat ukur pada saat pengukuran dilakukan.

Faktor lain yang menyebabkan kesalahan pengukuran yaitu bagian alas setrika

memiliki temperatur yang berbeda – beda.

Grafik hasil pengukuran untuk tegangan keluaran dan arus keluaran dari

thermoelectric generator dapat dilihat pada Gambar 4.34 hingga Gambar 4.36.

(24)

48

Tegangan keluaran diperoleh melalui pengukuran secara langsung

sedangkan arus keluaran dihitung berdasarkan rumus hukum Ohm. Hubungan

linear antara tegangan keluaran dan arus keluaran dapat digunakan untuk

mengetahui besarnya nilai hambatan dalam thermoelectric generator.

(25)

49

dilihat pada Gambar 4.34 sebesar 1,453 Ω, Gambar 4.35 sebesar 0,524 Ω, dan

Gambar 4.36 sebesar 9,649 Ω. Hambatan dalam akan mengecil saat

thermoelectric generator disusun secara paralel dan akan membesar ketika

disusun secara seri. Hasil untuk sebuah TEG127–40B dan empat TEG127–40B

yang disusun paralel hampir mendekati linear. Begitu pula untuk empat

TEG127–40B yang disusun seri juga mendekati linear. Hal tersebut terlihat

dari nilai R2 pada grafik.

Grafik daya keluaran yang dihasilkan thermoelectric generator terlihat

pada Gambar 4.37, Gambar 4.38, dan Gambar 4.39. Hambatan beban yang

dipasang berturut – turut yaitu 1 Ω untuk satu TEG127–40B, 0,68 Ω untuk

empat TEG127–40B tersusun paralel, dan 10 Ω untuk empat TEG127–40B

tersusun seri.

0.000000

(26)

50

Hal yang serupa dari kedua percobaan sebelumnya terjadi pula pada

percobaan yang memanfaatkan setrika. Setelah setrika mencapai temperatur

maksimal maka secara otomatis setrika akan mati dan beberapa saat kemudian

akan menyala kembali. Ketika setrika tersebut mati maka daya keluaran akan

langsung turun sedangkan beda temperatur masih tetap. Saat setrika mulai

menyala kembali maka daya keluaran akan mulai naik kembali sementara beda 0.000000

0.000000

(27)

51

temperatur akan bertambah. Oleh karena itu, pada grafik diperoleh nilai