i
TEG DENGAN 7 TERMOELEKTRIK RANGKAIAN SERI UNTUK CHARGER HANDPHONE
TUGAS AKHIR
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Mesin
Disusun oleh:
Alden Tulak
NIM : 085214041
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
ii
TEG WITH SEVEN THERMOELECTRIC CIRCUIT SERIES FOR HANDPHONE CHARGER
A FINAL PROJECT
Presented as partial fulfillement of requirement to obtain the Sarjana Teknik in Mechanical Enginering
By :
Alden Tulak NIM : 085214041
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
vii ABSTRAK
Tugas akhir ini dibuat untuk membantu pemecahan masalah pada masyarakat di daerah terpencil yang belum terjangkau aliran listrik dan memberikan kemudahan bagi masyarakat untuk mengisi baterai handphone dengan menggunakan TEG. Tujuan penelitian ini adalah (a) merancang dan membuat peralatan thermoelektrik generator untuk charger handphone
mempergunakan 7 termoelektrik dengan rangkaian seri, (b) mengetahui pengaruh debit aliran air terhadap selisih suhu antara sisi panas dan suhu sisi dingin dari peralatan thermoelektrik generator, (c) mengetahui pengaruh debit aliran air terhadap arus listrik yang dihasilkan tegangan kerja 5 volt.
Dalam penelitian termoelektrik generator untuk charger HP ini menggunakan 7 buah termolektrik TEC-12706 yang disusun seri dengan variasi debit air 0,8 liter/ menit, debit air 1,5 liter/menit dan debit air 2 liter/menit. Untuk menyerap panas api pada sisi panas termoelektrik digunakan plat atau heatsink aluminium dan pada sisi dingin digunakan kotak bak penampung air alumininium.
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa : (a) termoelektrik generator telah berhasil dibuat dan dapat dipergunakan untuk
Charger Handphone yang bekerja pada tegangan sekitar 5 Volt (b) selisih suhu
antara sisi panas dan sisi dingin dari thermoelektrik generator (∆T) saat keadaan
stabil adalah 10 ᴼC untuk debit 1,5 liter/menit, 9,1 ᴼC untuk 2 liter/menit, untuk
viii MOTTO
Pendaki cerdas tidak menjadikan Puncak Gunung sebagai Tujuan tetapi
bagaimana proses untuk naik dan turun dengan Selamat dan Bahagia
Sahabat adalah investasi terbesarmu, harga kehidupan adalah kebersamaan
Jangan menyerah pada rasa takutmu, kalau kau menyerah kau tidak akan bisa
ix
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur atas rahmat Tuhan Yang Penyayang atas segala kasih
sayangNya sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini. Penulis
menyadari selama proses penyusunan Tugas Akhir ini ada banyak hambatan dan
kesulitan yang dihadapi, namun semua itu dapat dilalui berkat bantuan semangat
dan motivasi dari berbagai pihak. Untuk itu, penulis ingin mengucapkan terima
kasih kepada:
1. Paulina Heruningsih Prima Rosa S.Si., M.Sc selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Ir. PK. Purwadi, M.T. Selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin Fakultas
Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta, Dosen
Pembimbing Akademik sekaligus Dosen Pembimbing Tugas Akhir yang
telah banyak memberi motivasi selama kuliah dan proses penyelesaian tugas
akhir ini.
3. Seluruh Dosen dan karyawan Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
4. Keluargaku bapak dan ibuku yang tetap menjadi idolaku, kakak-kakakku atas
kasih sayang yang tak terhingga.
5. Anna atas cinta, kasih sayang dan semangat besarnya.
6. Sahabat terbaikku Badrun, Deus, Jhon trimakasih atas kepedulian kalian
x
7. Seluruh anggota Panti asuhan Jaja trimakasih atas suka duka dan
kebersamaannya.
8. Semua anggota Kalongday Explorer Team buat semangat dan
persaudaraannya.
9. Teman terbaikku Ryan, Sihol, Si Mbah, Ita’, Rambo, Kacang atas persaudaraan kalian.
10.Scooter Platoon, Si Boy dan belalang tempur atas teman di jalanan.
11.Seluruh Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains Dan Teknologi
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
Penulis mengharapkan kritik dan saran yang sifatnya membangun demi
perbaikan di masa mendatang. Akhirnya penulis berharap semoga Tugas Akhir ini
dapat memberikan manfaat bagi pembaca.
Yoyakarta, 9 September 2013
xi DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL ... i
HALAMAN JUDUL (INGGRIS). ... ii
HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING. ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA. ... v
PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI. ... vi
ABSTRAK. ... vii
2.1.1 Perpindahan Kalor Konduksi ... 6
xii
2.1.3 Thermoelektrik ... 9
2.1.3.1 Efek Seebeck. ... 11
2.1.3.2 Efek Peltier. ... 12
2.1.3.3 Efek Thomson ... 12
2.1.3.4 Thermoelektrik Generator (TEG). ... 13
2.1.3.5 Arus dan Tegangan. ... 15
2.1.3.6 IC Regulator 7805. ... 17
2.2TINJAUAN PUSTAKA ... 18
BAB III. RANCANGAN ALAT, PROSES PEMBUATAN ALAT DAN METODE PENELITIAN ... 20
3.1Rancangan Alat Charger HP ... 20
3.1.1. Detil Pembangkit Listrik Termolektrik. ... 20
3.1.2. Penjelasan Cara Kerja Charger HP ... 21
3.2 Skema Pengujian Alat ... 22
3.2.1. Gambar Skema. ... 22
3.2.2. Penjelasan Cara Kerja. ... 22
3.3 Proses Pembuatan Alat ... 23
3.3.1 Bahan Rancangan, Bahan Penelitian dan Alat – alat yang digunakan... 23
3.3.2 Sarana dan Alat-alat yang digunakan ... 24
3.3. 3 Langkah-langkah Pengerjaan ... 24
3.3.3.1 Persiapan………. 24
xiii
3.4 Metodologi Penelitian……….. 26
3.4.1 Skematis Pengujian ……… 26
3.4.2 Variasi Penelitian……… 26
3.4.3 Cara Memperoleh Data……… 26
3.4.4 Cara Mengolah dan Menganalisa Data……… 26
3.4.5 Cara Menyimpulkan……… 26
BAB IV. HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ... 28
4.1 Hasil Penelitian. ... 28
4.1.1 Data Penelitian Variasi I. ... 28
4.1.2 Data Penelitian Variasi II. ... 31
4.1.3 Data Penelitian Variasi III. ... 34
4.2 Pembahasan. ... 38
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN. ... 41
5.1 Kesimpulan. ... 41
5.2 Saran ... 41
DAFTAR PUSTAKA ... 42
xiv
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data hasil penelitian untuk debit air 0,8 liter/menit .. .………...29
Tabel 4.2Data hasil penelitian untuk debit air 1,5 liter/menit………. 32
xv
DAFTAR GAMBAR
Gambar 1.1 Skema Rangkaian Peltier ... 3
Gambar 2.1 Perpindahan Kalor secara Konduksi. ... 7
Gambar 2.2 Perpindahan Kalor secara Konveksi. ... 9
Gambar 2.3 Termoelektrik ... 11
Gambar 2.4 Skema Termoelektrik Generator ... 14
Gambar 2.5 IC Regulator 7805 ... 18
Gambar 3.1 Rancangan Charger HP ... 20
Gambar 3.2 Detil Pembangkit Listrik Termoelektrik. ... 20
Gambar 3.3 Skema pengujian Alat. ... 22
Gambar 3.4 Bak penampung Air ... 25
Gambar 3.5 Rangka. ... 26
Gambar 4.1 Hubungan antara Selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit ... 30
Gambar 4.2 Hubungan antara Tegangan dan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit ... 30
Gambar 4.3 Hubungan antara Arus dan Waktu pada debit air 0,8 liter/menit . 31 Gambar 4.4 Hubungan antara selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada debit air 1,5 liter/menit ... 33
xvi
debit air 1,5 liter/menit ... 33
Gambar 4.6 Hubungan antara Arus dan Waktu pada debit air 1,5 liter/menit . 34
Gambar 4.7 Hubungan antara selisih suhu Th dan Tc dengan Waktu pada
debit air 2 liter/menit ... 36
Gambar 4.8 Hubungan antara Tegangan dan Waktu pada
debit air 2 liter/menit ... 36
Gambar 4.9 Hubungan antara Arus dan Waktu pada
debit air 2liter/menit ... 37
Gambar 4.10 Hubungan antara ∆T dengan Waktu pada berbagai Debit Air…. 39
Gambar 4.11 Hubungan antara Tegangan dengan Waktu pada berbagai
debit air……… 41
1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang
Sistem komunikasi pada saat ini sudahlah sangat berkembang. Salah satu
alat yang sangat banyak digunakan adalah telepon genggam yang sering disebut
handphone. Handphone merupakan alat komunikasi yang paling banyak digunakan dalam kehidupan sehari-hari pada saat ini. Keberadaan handphone
seakan tidak bisa digantikan dengan alat komunikasi lainnya karena sifatnya yang
praktis dan dapat dibawa kemana-mana. Penggunaan handphone secara terus menerus tentu mengurangi sumber daya pada baterai yang digunakannya.
Untuk itu perlu dilakukan charging baterai handphone, yang biasanya menggunakan adaptoryang menggunakan sumber daya ac dari jala-jala PLN yang
ada di rumah-rumah. Sedangkan pada keadaan tertentu pengguna handphone
belum tentu berada di rumah atau di tempat yang menyediakan sumber daya ac
serta sering adanya pemadaman listik, sehingga ketika baterai habis, pengguna
bisa mengisi baterai. Demikian juga terjadi saat pengguna berada di daerah
terpencil atau di pegunungan yang tidak tersedia sumber listriknya.
Melihat sekarang ini krisis energi menjadi masalah besar bagi manusia. Energi
tak terbarukan yang semakin habis cadangannya, sementara kebutuhan manusia
akan energi tak terbarukan cukup tinggi. Karena itulah dibutuhkan sebuah
teknologi untuk mengatasi krisis energi. Media yang menarik untuk kita cermati
untuk mengatasi peyediaan sumber daya listrik adalah termoelektrik. Teknologi
tersebut. Semakin majunya ilmu pengetahuan dan teknologi masa kini, manusia
mulai berfikir untuk menciptakan suatu piranti yang dapat memenuhi kebutuhan
hidupnya. Karenanya, mereka semakin kreatif untuk mengembangkan alat-alat
dalam pemenuhan kebutuhan hidup sehari-hari dengan teknologi tepat guna.
Termoelektrik adalah salah satu piranti yang dapat mengkonversi panas
menjadi energi listrik atau sebaliknya energi listrik menjadi panas. Pada
prinsipnya termoelektrik dalam mengkonversi panas menjadi energi listrik
dengan menggunakan efek Seebeck. Pada saat ini penggunaan termoelektrik
banyak digunakan sebagai alat untuk pendinginan atau pemanas,yang jarang
digunakan adalah termoelektrik sebagai pembangkit listrik.
1.2. Tujuan
Tujuan tugas akhir ini adalah :
1. Merancang dan membuat peralatan thermoelektrik generator untuk
charger handphone mempergunakan 7 termoelektrik dengan rangkaian seri.
2. Mengetahui pengaruh debit aliran air terhadap selisih suhu antara sisi
panas dan suhu sisi dingin dari peralatan thermoelektrik generator.
3. Mengetahui pengaruh debit aliran air terhadap arus listrik yang dihasilkan
1.3. Rumusan Masalah
Direncanakan merancang charger handphone dengan menggunakan 7
termoelektrik. Susunan termoelektrik adalah seri seperti yang tertera pada Gambar
1.1 Sumber panas berasal dari api berbahan bakar spiritus, sisi dingin bersentuhan
dengan bak penampung berisi air.
VA
VB
Keterangan : = termoelektrik
Gambar 1.1. Skema rangkaian termoelektrik
1.4. Batasan Masalah
Pembatasan masalah pada penelitian ini meliputi :
1. Merancang dan membangun alat generator dengan menggunakan elemen
termoelektrik. Alumunium heatsink sebagai media penghantar panas pada
sisi panas dan bak alumunium sebagai pendingin pada sisi dingin.
2. Penggunaan api sebagai sumber panas (diasumsikan panasnya konstan).
3. Penggunaan Amperemeter dan voltmeter digital sebagai pengukur dan
tegangan yang dihasilkan alat generator termoelektrik.
4. Elemen peltier yang digunakan sebanyak 7 buah yang dirangkai seri.
1.5. Manfaat
Manfaat dari penelitian ini meliputi :
1. Membantu pemecahan masalah pada masyarakat di daerah terpencil yang
belum terjangkau aliran listrik.
2. Memberikan kemudahan bagi masyarakat ketika komunikasi mereka
terputus karena baterai habis,dapat menggunakan alat ini tanpa harus
menggunakan aliran listrik dari PLN.
3. Membuat model pembangkit tenaga listrik dengan termoelektrik.
4. Dapat digunakan sebagai referensi bagi peneliti berikutnya untuk
menyempurnakan rancangan ini sehingga didapat rancangan yang
5 BAB II
DASAR TEORI DAN TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Dasar Teori
Perpindahan kalor ialah ilmu untuk meramalkan perpindahan energi yang
terjadi karena adanya perbedaan suhu diantara benda atau material. Ilmu
perpindahan kalor tidak hanya mencoba menjelaskan bagaimana energi kalor itu
berpindah dari satu benda ke benda lain, tetapi juga dapat meramalkan laju
perpindahan yang terjadi pada kondisi-kondisi tertentu. Panas telah diketahui
dapat perpindah dari tempat dengan temperatur yang lebih tinggi ke tempat
dengan temperatur lebih rendah. Hukum percampuran panas juga terjadi karena
panas itu berpindah, sedangkan pada kalorimeter, perpindahan panas dapat terjadi
dalam bentuk pertukaran panas dengan luar sistem. Jadi pemberian atau
pengurangan panas tidak saja mengubah temperatur atau fasa zat suatu benda
secara lokal, melainkan panas itu merambat ke atau dari bagian lain atau tempat
lain. Peristiwa ini disebut dengan perpindahan panas. Menurut penyelidikan,
perpindahan tenaga panas dapat dibagi dalam beberapa golngan cara perpindahan.
Panas itu dapat merambat dari suatu bagian ke bagian lain melalui zat atau benda
yang diam. Panas juga dibawah oleh partikel-partikel zat yang mengalir. Pada
radiasi panas, tenaga panas berpidah melalui pancaranyang merupakan juga satu
cara perpindahan panas. Umumnya perpindahan panas berlangsung sekaligus
dengan ketiga cara ini. Perpindahan panas melalui cara pertama yang disebut
perpindahan panas melalui konduksi. Cara kedua, perpindahan panas melalui
2.1.1 Perpindahan Kalor Konduksi
Tenaga panas dari suatu bagian benda bertemperatur lebih tinggi akan
mengalir melalui zat benda itu ke bagian lain yang bertemperatur lebih rendah.
Perpindahan panas secara ini disebut konduksi panas, arus panasnya adalah arus
panas konduksi dan zatnya itu mempunyai sifat konduksi panas. Berlangsungnya
konduksi panas melalui zat dapat diketahui oleh perubahan temperatur yang
terjadi.Konduksi thermal pada logam-logam padat terjadi akibat gerakan elektron
yang terikat dan konduksi thermal mempunyai hubungan dengan konduktivitas
listrik.
Ditinjau dari sudut teori molekuler, yakni benda atau zat terdiri dari
molekul, pemberian panas pada zat menyebabkan molekul itu bergetar. Getaran
ini makin bertambah jika panas ditambah, sehingga tanaga panas berubah menjadi
tenaga getaran. Molekul yang bergetar ini tetap pada tempatnya tetapi getaran
yang lebih hebat ini akan menyebabkan getaran yang lebih kecil dari molekul di
sampingnya, bertambah getarannya, dan demikian seterusnya sehingga akhirnya
getaran molekul pada bagian lain benda itu akan naik dan kita lihat bahwa panas
berpindah ke tempat lain. Jadi pada konduksi panas, tenaga panas dipindahkan
dari satu partikel zat ke partikel disampingnya berturut –turut sampai mencapai bagian lain zat yang bertemperatur lebih rendah.
Pemanasan pada logam berarti pengaktifan gerakan molekul, sedangkan
pendinginan berarti pengurangan gerakan molekul. Contoh perpindahan kalor
batang logam pada dinding tungku. Laju perpindahan kalor secara konduksi
Dinyatakan dengan rumus :
2.1.2 Perpindahan Kalor Konveksi
Konveksi panas terjadi karena partikel zat yang bertemperatur lebih
tinggi berpindah tempat secara mengalir sehingga dengan sendirinya terjadi
perpindahan panas melalui perpindahan massa. Airan zat atau fluida, dapat
berlangsung sendiri sebagai akibat perbedaan massa jenis karena perbedaan
temperatur, dan dapat juga sebagai akibat paksaan melalui pompa kompresor,
sehingga kita mengenal aliran zat atau fluida bebas dan paksaan. Konveksi panas
pada aliran bebas disebut konveksi bebas dan pada aliran paksaan disebut
konveksiaksaan.
Pada konveksi paksaan, sifat konveksi tentu bergantung kepada bentuk
dan cara paksaan itu. Bergantung kepada kecepatan aliran dan bentuk saluran, kita
mengenal aliran yang disebut aliran liminer atau stream-line dan aliran turbulen.
Aliran liminer terjadi pada arus berkecepatan kecil sehingga partikel zat bergerak
menurut garis yang kira-kira sejajar, berbentuk lengkungan kontinu yang
mengikuti bentuk saluran. Hal ini dapat diselidiki dengan membubuhi zat warna
pada aliran itu. Pada kecepatan aliran yang besar partikel zat bergerak secara
bergolak dan kita peroleh aliran turbulen. Batas kedua jenis aliran ini tidak tajam
dan jelas dan penentu jenis aliran dilakukan menurut rumus empiris. Konveksi
panas pada kedua jenis aliran ini berbeda.
q= h A ( Ts -T∞)……….(2.2)
Dimana,
q = laju aliran kalor konveksi (W)
A = luas permukaan yang bersentuhan dengan fluida(m)
Ts = suhu permukaan (oc)
T∞ = suhu fluida
Perpindahan kalor secara konveksi perbedaannya dengan perpindahan
kalor secara konduksi adalah melalui media yang bergerak seperti fluida.
Gambar 2.2 Perpindahan Kalor Secara Konveksi (Holman, 1993)
Suhu plat ialah Tw dan suhu fluida T∞. Kecepatan aliran adalah seperti
tergambar, yaitu nol pada muka plat sebagai akibat aksi kental viskos. Oleh
karena kecepatan lapisan fluida pada dinding adalah nol, maka disini kalor hanya
dapat berpindah dengan cara konduksi saja.
2.1.3 Thermoelektrik
Teknologi termoelektrik adalah teknologi yang bekerja dengan
mengkonversi energi panas menjadi listrik secara langsung (generator
termoelektrik), atau sebaliknya, dari listrik menghasilkan dingin (pendingin
termoelektrik). Termoelektrik terbuat dari solid state material (material zat padat) yang dapat mengkonversi energi dari perbedaan temperatur ke beda potensial
(efek Seebeck), atau sebaliknya (efek Peltier). Pada skala atom, perbedaan
temperatur menyebabkan muatan pembawa berdifusi dari permukaan panas
menuju ke permukaan dingin. Efek termoelektrik dapat dibagi berdasarkan tiga
kelompok, yakni: efek Seebeck, efek Peltier, dan efek Thomson.
Pada dasarnya prinsip kerja alat ini sama seperti mesin panas. Pada mesin
diesel maupun mesin bensin, energi yang ada pada bahan bakar dirubah menjadi
tekanan uap yang mampu menggerakkan piston. Prinsip yang sama terjadi pada
piranti temoelektrik yang mampu merubah perbedaan temperatur menjadi beda
potensial, yang dapat menghantarkan arus listrik. Hubungan yang sama juga
terdapat pada mesin pendingin, dimana beda potensial dapat menyebabkan
perbedaan temperatur pada kedua sisi piranti 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. Prinsip kerja dari termoelektrik adalah dengan berdasarkan Efek Seebeck
yaitu jika 2 buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujungnya,
kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan
Gambar 2.3 Termoelektrik
2.1.3.1 Efek Seebeck
Jika dua 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 sisi
Semakin besar perbedaan temperatur, semakin besar tegangan diantara
junction. Koefisien Seebeck disimbolkan dengan huruf dengan α (Snyder, 2008). Perbedaan temperatur disimbolkan dengan ∆T dan beda potensial yang dihasilkan
adalah ∆V) maka koefisien Seebeck dituliskan,
α= ∆𝑉
Koefisien Seebeck merupakan parameter yang sangat penting untuk
mengetahui efisiensi dari bahan termoelektrik.
2.1.3.2 Efek Peltier
Efek Peltier diambil dari nama Jean-Charles Peltier, seorang fisikawan
Perancis yang menemukan efek kalorik dan arus listrik pada sambungan dua
material logam yang berbeda pada tahun 1834. Koefisien ini menggambarkan
seberapa banyak panas yang dialirkan tiap muatan listrik. Walaupun arus listrik
terus diberikan pada rangkaian, perbedaan temperatur akan menemukan nilai yang
konstan. Hal yang menarik adalah efek yang diberikan pada saat transfer panas
bergantung dari polaritas arus yang diberikan, membalikkan arah arus listrik dapat
merubah arah transfer panas ke bagian yang lain. Pendingin Peltier juga dapat
disebut Thermoelectric Cooler (TEC).
2.1.3.3 Efek Thomson
Efek Thomson telah diprediksi dan diamati oleh William Thomson pada
tahun 1851. Efek ini menggambarkan pemanasan atau pendinginan dari konduktor
berarus listrik dengan perbedaan temperatur. Setiap konduktor berarus listrik
(kecuali superkonduktor) jika memiliki perbedaan temperatur antara dua titik,
akan menyerap atau memancarkan panas, tergantung pada material.
Dalam logam seperti seng dan tembaga, jika dia lebih bersuhu panas pada
potensial yang lebih tinggi dan bersuhu dingin pada ujung potensial yang lebih
rendah, ketika arus bergerak dari ujung panas ke ujung dingin, arus bergerak dari
efek Thomson positif. Dalam logam seperti kobalt, nikel, dan besi, yang memiliki
ujung dingin pada potensial yang lebih tinggi dan ujung panas pada potensial yang
lebih rendah, ketika arus bergerak dari ujung panas ke ujung dingin, arus bergerak
dari potensial rendah ke potensial tinggi, ada penyerapan panas.
Efek Seebeck merupakan perpaduan dari efek Peltier dan efek Thomson. Pada
tahun 1854 Thomson menemukan dua hubungan baru, sekarang bisa kita sebut
dengan hubungan Thomson atau hubungan Kelvin, antara koefisien yang
salingberhubungan. Jika T merupakan temperatur mutlak maka,
Π =S . T
persamaan inilah yang telah diprediksi oleh efek Thomson. Mereka berhubungan
dengan koefisien Thomson μ dengan hubungan,
𝜇=𝑇𝑑𝑆
𝑑𝑇
2.1.3.4 Thermoelectric Generator ( TEG )
Pembangkit thermoelektrik (TEG) adalah suatu pembangkit listrik yang
didasarkan pada efek seebect,yang pertama kali ditemukan pada tahun 1821 oleh
Thomas Johan Seebect, ia menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah
rangkaian. Diantara kedua logam tersebut diletakkan jarum kompas. Ketika sisi
logam tersebut dipanaskan jarum tersebut ternyata bergerak. Hal ini terjadi oleh
karena aliran listrik yang terjadi pada logam menimbulkan medan magnet.medan
magnet inilah yang menggerakkan jarum kompas tersebut. Femnomena tersebut
Gambar 2.4 Skema Termoelektrik Generator
Gambar skema pada termoelektrik generator yang terdiri dari susunan
elemen tipe-n ( material dengan kelebihan electron) dan tipe–p (material dengan kekurangan electron) panas masuk pada satu sisi dan dibuang pada sisi yang
lainnya, mengasilkan suatu tegangan yang melewati sambungan termoelektrik.
Besarnya tegangan yang dihasilkan sebanding dengan gradien temperatur. Daya
yang dihasilkan oleh TEG sangat bergantung pada perbedaan temperatur yang
didapatkan, semuanya ini juga berhubungan dengan efisiensi dari termoelektrik
itu sendiri. Jika perbedaan temperaturnya semakin besar maka daya keluarannya
juga ikut besar hingga titik maksimum efisiensi peltier tersebut. Jadi kemungkinan
walau perbedaan temperaturnya sangat besar tetapi daya yang dihasilkan lebih
kecil. Nilai efisiensi modul termoelektrik dapat ditingkatkan dengan cara memberi
penggunaan heatsink, fan atau bak air diatas sisi dingin modul untuk menjaga
2.1.3.5 Arus dan Tegangan
Arus listrik merupakan banyaknya muatan listrik yang mengalir tiap
satuan waktu. Muatan listrik bisa mengalir melalui kabel atau penghantar listrik
lainnya. Arus listrik dapat terjadi karena adanya aliran elektron dimana tiap
electron mempunyai muatan yang besarnya sama. Jika kita mempunyai benda
bermuatan negatif berarti benda tersebut mempunyai kelebihan elektron dan
sebaliknya jika kita memiliki benda bermuatan positif berarti benda tersebut
kekurangan elektron. Derajat termuatinya benda tersebut diukur dengan jumlah
kelebihan elektron yang ada. Muatan sebuah elektron sering dinyatakan dengan
simbol q atau e, dinyatakan dengan satuan coulomb.
Pada dasarnya dalam kawat penghantar terdapat aliran elektron dalam
jumlah yang dangat besar, jika jumlah elektron yang bergerak ke kanan dan ke
kiri sama besar maka seolah-olah tidak terjadi apa-apa. Akan tetapi jika ujung
sebelah kanan kawat menarik elektro sedangkan ujung sebelah kiri
melepaskannya maka akan terjadi aliran elektron ke kanan (tetapi dalam hal ini
disepakati bahwa arah arus bergerak berlawanan, yakni ke kiri). Aliran elektron
ini yang selanjutnya disebut aliran listrik.
Arus listrik dapat dibedakan menjadi 2, yaitu :
Arus searah (Direct Current / DC), yaitu arus yang mempunyai nilai tetap
atau konstan terhadap satuan waktu.
Arus bolak-balik (Alternating Current / AC), yaitu arus yang mempunyai
nilai berubah terhadap satuan waktu dengan karakteristik akan selalu
Simbol arus adalah I,sedangkan satuannya arus adalah Ampere.
Dengan persamaan :
I = dQ/dt
I = Arus listrik dalam ampere
Q = Muatan Listrik dalam coulomb
t = Waktu dalam detik
Tegangan adalah perbedaan potensi listrik antara dua titik dalam rangkaian
listrik, dinyatakan dalam satuan volt. Besaran ini mengukur energi potensial
sebuah medan listrik untuk menyebabkan aliran listrik dalam sebuah konduktor
listrik. Tergantung pada perbedaan potensi listrik satu tegangan listrik dapat
dikatakan sebagai ekstra rendah, rendah, tinggi atau ekstra tinggi.
Terdapat dua cara memandang beda potensial, yaitu :
1. Tegangan turun/voltage drop
Jika dipandang dari potensial lebih tinggi ke potensial lebih rendah.
2. Tegangan naik/voltage rise
Jika dipandang dari potensial lebih rendah ke potensial lebih tinggi.
Simbol tegangan adalah V (voltage). Sedangkan Satuan Internasional untuk tegangan adalah Volt.
Persamaan matematik untuk tegangan adalah:
V= I .R
V = Tegangan dalam volt (V)
R = Resistansi dalam ohm (Ω)
2.1.3.6 IC Regulator 7805
IC regulator 7805 berfungsi sebagai penstabil tegangan dengan nilai
penstabilan tertentu. Apabila tegangan masukan (input) lebih besar dari nilai
penstabilan IC maka keluaran (output) akan distabilkan sesuai dengan nilai
penstabilan IC tersebut. Contoh IC penstabil tegangan yang lain adalah 7806,
7809, 7812, 7815 dan lain-lain. Dua digit terakhir (angka 05 pada kode
7805) merupakan kode nilai tegangan penstabilan IC tersebut, yaitu 5 volt.
Apabila tegangan input lebih besar dari 5 volt maka keluaran tegangan akan
distabilkan menjadi 5 volt. Namun apabila tegangan input < 5 Volt maka
tegangan output = tegangan input. Kaki 1 terhubung dengan positif termoelektrik
generator, kaki 2 terhubung dengan negatif termoelektrik generator dan kabel
konektor HP yang negatif,. Kaki 3 terhubung dengan kabel konektor charger HP
yang positif.
2.2 Tinjauan Pustaka
Dalam perkembangan teknologi sekarang ini banyak sekali alat digunakan
untuk menunjang aktifitas kita dalam berkomunikasi, salah satunya telepon
genggam yang disebut handphone. Penggunaan handphone secara terus menerus tentu mengurangi sumber daya pada baterai yang digunakannya. Untuk itu perlu
dilakukan charging baterai handphone yang biasanya menggunakan adaptor yang menggunakan sumber daya ac dari jala-jala PLN yang ada di rumah-rumah. Salah
satu alat yang dapat membantu proses charging tersebut dengan memanfaatkan
suatu elemen peltier sebagai pembangkit energi listrik.
Roekettino (2008) melakukan Penelitian Thermolektrik Generator
menggunakan dua belas modul termoelektrik untuk aplikasi kendaraan hybrid
membahas tentang termoelektrik generator yang bertujuan untuk mempelajari
karakteristik alat secara realita melihat kelebihan dan kekurangan alat. Hendrata
(2005) meneliti tentang termoelektrik sebagai salahsatu cara alternatif pembangkit
listrik. Dalam penelitiannya sumber panas berasal dari energi surya dan
pendinginannya dari heatsink.
Simatupang (2009) melakukan penelitian tentang termolektrik untuk
pembangkit listrik tenaga surya untuk memenuhi kebutuhan energi listrik
terutama di daerah terpencil. Pada penelitiannya sumber panas berasal dari energi
surya yang diterima oleh kolektor termal plat datar dan disimpan dalam tangki
minyak.
Muliani dkk. (2003) merancang dan meneliti refrigerator mini
penelitian ini menggunakan sistem termoelektrik yang memanfaatkan Efek
Peltier. Sumber arus berasal dari sel surya yang kemudian digunakan untuk
20 BAB III
RANCANGAN ALAT, PROSES PEMBUATAN DAN METODOLOGI PENELITIAN
3.1. Rancangan Alat Charger HP
Rancangan alat charger HP disajikan pada Gambar 3.1
Komponen-komponen alat charger HP terdiri atas rangka, saluran masuk air, bak penampung
air, kompor spritus,kabel,saluran buang air dan konektor ke HP.
Gambar 3.1 Gambar Rancangan Charger HP
3.1.1. Detil Pembangkit Listrik Termoelektrik
Detil pembangkit listrik termoelektrik disajikan pada Gambar 3.2.
pembangkit listrik termoelektrik ini tersusun atas bak penampung air,sisi dingin
Gambar 3.2 Detil pembangkit listrik termoelektrik
3.1.2. Penjelasan Cara Kerja Charger HP
Cara kerja charger hp ini sama dengan charger hp pada umumnya, hanya
saja sumber energinya tidak berasal dari jala-jala PLN tetapi dari hasil efek
termoelektrik yang telah dirangkai. Pada sisi panas termoelektrik digunakan
sumber api dan di sisi dingin termoelektrik di digunakan air sebagai sumber
pendinginnya. Untuk menyerap panas api, plat atau heatsink yang digunakan
adalah heatsink alumunium. Material ini dipilih dengan pertimbangan memiliki
karakteristik penghantar yang baik dengan konduktivitas termal sebesar 202 W/m
o
C atau 237 W/m K.
Masih banyak bahan yang memiliki nilai konduktor termal bahan yang
lebih tinggi dari aluminium seperti emas dan perak. Akan tetapi dari segi
ekonomi, alumunium itu lebih murah dan terjangkau dibandingkan emas dan
perak. Mekanisme perpindahan panas yang terjadi pada termoelektrik generator
ini yaitu perpindahan panas konduksi dan perpindahan panas konveksi. Proses
alumunium ke sisi panas termoelektrik dan sisi dingin termoelektrik ke bak air
terjadi perpindahan panas konduksi dan perpindahan panas konveksi terjadi dari
bak ke air yang mengalir.
3.2. Skema Pengujian Alat 3.2.1. Gambar Skema
Gambar 3.3 Skema pengujian Alat
3.2.2. Penjelasan Cara Kerja
Untuk mengalirkan air ke alat diperlukan adanya pompa air. Pompa air
digunakan karena aliran didalam bak penampung mengalir secara terus-menerus,
yang dimana aliran air sudah dijelaskan di atas dan untuk mendapatkan debit air
yang besar pada outputnya. spiritus digunakan sebagai bahan bakar untuk sumber
panas pada sisi panas termoektrik. Kran air berfungsi sebagai pengatur besar
kecilnya debit air dan untuk mengukur besar debit air yang keluar menggunakan
dingin Peltier. Multimeter berfungsi untuk mengukur tegangan dan arus yang
dihasilkan termolektrik generator.
3.3. Proses Pembuatan Alat
3.3.1. Bahan Rancangan, Bahan Penelitian dan Alat-alat yang Digunakan
1. Bahan rancangan :
a) Heatsink aluminium sebagai penghantar panas dari api ke sisi panas
peltier.
b) Bak penampung air aluminium sebagai penghantar dingin ke sisi dingin
peltier.
c) Rangka besi sebagai dudukan heatsink, bak penampung air dan kompor
yang memanaskan sisi panas peltier dan sebagai penghantar dingin ke
heatsink pada sisi panas
d) Kabel portable sebagai pengantar arus dan tegangan dari alat ke hp
2. Bahan penelitian :
a) Air, sebagai fluida yang akan mendinginkan sisi dingin peltier
b) Spritus sebagai bahan bakar yang digunakan.
3. Alat-alat yang dipergunakan :
a) Kompor spritus
b) Pompa air, sebagai pemompa air dari bak penampungan ke bak
penampung alat
c) Thermokopel, sebagai alat pengukur suhu pada sisi dingin dan panas
peltier
e) Pipa paralon, sebagai penyambung dari selang bak penampung ke
pompa
f) Kran, sebagai pengatur debit air.
g) Stopwatch sebagai pengukur waktu penelitian
h) Selang air, sebagai penyambung dari pompa air ke bak penampung air
ke bak penampung alat.
3.3.2. Sarana dan Alat-alat yang Digunakan
Sarana dan alat-alat yang digunakan untuk proses pembuatan alat ini
adalah:
Sebelum memulai pembuatan alat, terlebih dahulu harus melakukan
1. Menyiapkan gambar rancangan alat Dalam merancang dan mendesain ini
dapat dilakukan dengan menggambar instalasi tersebut dengan
menggunakan sketsa gambar tangan kemudian atau dengan
software-software yang mendukung lainnya.
2. Menyiapkan Alat-alat dan bahan.
Membeli segala alat dan bahan-bahan yang dibutuhkan untuk
digunakan membuat alat ini.
3.3.3.2. Pengerjaan
Dalam pelaksanaan pengerjaan, banyak hal-hal yang dikerjakan, yaitu :
1. Membuat bak penampung air
plat aluminium dibuat seperti kotak penampung air
Gambar 3.4 Bak Penampung Air
2. Pembuatan rangka dudukan plat aluminium dan bak penampung.
Gambar 3.5 Rangka
3.4. Metodologi Penelitian 3.4.1. Skematis Pengujian
Skematis pengujian alat ini telah tergambar dan dijelaskan pada poin 3.2.1
dan 3.2.2
3.4.2. Variasi Penelitian
Penelitian dilakukan berupa pengaturan terhadap debit air yang berbeda
3.4.3. Cara Memperoleh Data
Suhu air input diukur pada keadaan standar yaitu 27°C dengan debit air
yang divariasikan mengalir masuk ke dalam bak penampung dan dengan panas
api yang konstan akan menghasilkan arus dan tegangan tertentu yang dicatat pula
sebagai data penelitian.
Dengan hasil data-data yang telah diperoleh, maka data tersebut dapat
diolah. Data–data kemudian disajikan dalam bentuk grafik untuk memudahkan analisis. Pembuatan grafik dilakukan dengan bantuan Microsoft Office Excel.
3.4.5. Cara Menyimpulkan
Dari grafik hasil penelitian yang telah dibuat, maka dapat diperoleh
28 BAB IV
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN
4.1. Hasil Penelitian
4.1.1. Data Penelitian variasi I
Penelitian karakteristik termoelektrik generator dilaksanakan di
Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dengan
keterangan sebagai berikut :
Hasil pengambilan data disajikan pada Tabel 4.1 dan Gambar 4.1 sampai
Gambar 4.3
Tabel 4.1. Data hasil penelitian untuk debit air 0,8 liter/menit pada tanggal
Waktu (menit) TH (°C) TH (°C) ∆T (°C) Tegangan (V) Arus(mA)
18 98,6 33,6 65 4,96 132
20 98,7 33,8 64,9 4,96 132,2
22 99,4 34,1 65,3 4,96 134,1
24 100,8 34,4 66,4 4,96 135,2
26 101,3 34,5 66,8 4,96 136,8
28 102,7 34,9 67,8 4,96 137,2
30 103,6 35,7 67.9 4,96 138,1
32 104,7 36,7 68 4,96 139
Gambar 4.1 Hubungan antara selisih suhu TH dan TC dengan waktu
Gambar 4.2 Hubungan antara tegangan dengan waktu pada debit air 0,8
liter/menit
4.1.2 Data Penelitian Variasi II
Penelitian karakteristik termoelektrik generator dilaksanakan di Laboratorium
Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dengan keterangan
sebagai berikut :
Hasil pengambilan data disajikan pada Tabel 4.2 dan Gambar 4.4 sampai Gambar
4.6.
Waktu (menit) TH (°C) TH (°C) ∆T (°C) Tegangan (V) Arus (mA)
26 39,7 29,7 10 4,95 123
28 39,7 29,7 10 4,95 131
38 38,7 29,6 9,1 4,83 113
40 39,1 29,6 9,5 4,62 107,7
42 39,1 29,6 9,5 4,64 111,9
44 39 29,6 9,4 4,79 111,2
46 38,9 29,8 9,1 4,74 109,1
48 39 29,7 9,3 4,6 108,8
50 39 29,8 9,2 4,64 107,7
52 38,9 29,9 9 4,49 103,4
54 38,8 29,8 9 4,58 103
56 39.4 30 9,4 4,76 112,8
58 39.7 29,8 9,9 4,94 120,4
Gambar 4.4 Hubungan antara selisih suhu TH dan TC dengan waktu
pada debit air 1,5 liter/menit
Gambar 4.5 Hubungan antara tegangan dengan waktu pada debit air 1,5
liter/menit 0
1 2 3 4 5 6
0 10 20 30 40 50 60 70
Tegan
g
an
(
V)
Gambar 4.6 Hubungan antara arus dengan waktu pada debit air
1,5 liter/menit
4.1.3. Data Penelitian Variasi III
Penelitian karakteristik termoelektrik generator dilaksanakan di
Laboratorium Konversi Energi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dengan
keterangan sebagai berikut :
Hasil pengambilan data disajikan pada Tabel 4.3 dan Gambar 4.7 sampai
Tabel (4.3) lanjutan
Waktu(Menit) TH (°C) TC (°C) ∆T (°C) Tegangan (V) Arus(mA)
38 42,6 31,5 11,1 4,95 139
40 42,6 31,2 11,4 4,95 146,1
42 41,8 32 9,8 4,95 141,2
44 40,9 31,8 9.1 4,95 126,3
46 40,6 31,7 8.9 4,95 136,2
48 40,2 31,7 9.13 4,95 137,4
50 40,1 31,6 8.5 4,94 128,6
Gambar 4.7 Hubungan antara selisih Suhu TH dan TC dengan waktu pada debit
Gambar 4.8 Hubungan antara tegangan dengan waktu pada debit air 2 liter/menit
4.2. Pembahasan
Berdasarkan Tabel 1, Tabel 2 dan Tabel 3 maka didapatkan grafik
perbandingan ΔT, V, dan I untuk berbagai debit air seperti disajikan pada Gambar
4.10, Gambar 4.11 dan Gambar 4.12.
Gambar 4.10 Hubungan antara ∆T dengan waktu pada berbagai debit air
Terlihat pada gambar 4.10 bahwa besarnya nilai ΔT dipengaruhi oleh debit air. Nilai debit air berbanding terbalik dengan nilai ΔT. Semakin kecil debit air yang diberikan semakin besar ΔT yang dihasilkan. ∆T tertinggi yang dihasilkan
alat pada debit air 0,8 liter/menit sebesar 68°C pada menit ke-32, Namun suhu
68°C ini adalah batas normal kerja efisien termolektrik TEC-12706 sehingga
pengambilan data langsung dihentikan untuk menghindari kerusakan modul
termoelektrik, pada debit air 1,5 liter/menit mengahasilkan ΔT sebesar 10°C
setelah menit ke-30 dan cenderung konstan sedangkan pada variasi debit air 2
liter/menit sebesar 9,1°C pada menit ke-30 dan cenderung konstan
Gambar 4.11 Hubungan antara tegangan dengan waktu pada berbagai debit air
Pada gambar 4.11 terlihat bahwa nilai tegangan sangat dipengaruhi debit
air, semakin kecil debit airnya semakin nilai tegangan tertinggi yang didapatkan
akan semakin cepat. Besarnya nilai Tegangan tertinggi yang dihasilkan alat pada
debit air 0,8 liter/menit sebesar 4,96 V mulai pada menit ke-4, debit air 1,5
liter/menit sebesar 4,95V pada menit ke-24 sedangkan pada variasi debit air 2
liter/menit sebesar 4,95V pada menit ke-38.Nilai voltase ini berada pada daerah
yang biasanya dipergunakan untuk charge handphone, yang memiliki kisaran :
3,7-5 V.
Gambar 4.12 Hubungan antara arusdengan waktu pada berbagai debit air
Pada gambar 4.12 terlihat bahwa nilai arus tertinggi yang didapatkan debit
air 0,8 liter/menit sebesar 139mA pada menit ke-32,debit air 1,5 liter/menit
41 BAB V
KESIMPULAN DAN SARAN
5.1. Kesimpulan
Berdasarkan penelitian yang telah dilakukan, dapat disimpulkan bahwa :
1. Thermoelektrik generator telah berhasil dibuat dan dapat dipergunakan untuk
Charger Handphone yang bekerja pada tegangan sekitar : 5 Volt.
2. Selisih suhu antara sisi panas dan sisi dingin dari thermoelektrik generator (∆T) saat keadaan stabil adalah (a) 10 ᴼC untuk debit 1,5 liter/menit, (b) 9,1 ᴼC untuk 2 liter/menit, (c) untuk debit 0,8 liter/menit nilai ∆T ≤ 68ᴼC hanya diberikan 32 menit pertama.
3. Nilai Arus listrik yang dihasilkan temoelektrik generator saat keadaan stabil
adalah : (a) 131mA untuk debit 0,8 liter/menit (b) 119 mA untuk debit air 1,5
liter/menit (c) 132,5 untuk debit air 2liter/menit.
5.2 Saran
1. Permukaan heatsink dan kotak penampung air harus rata agar perpindahan
kalor ke sisi panas dan sisi dingin termolektrik baik.
2. Debit air yang mengalir ke sisi pendingin tidak terputus dan dipertahankan
sama, karena debit air sangat mempengaruhi nilai ∆T, Arus dan Tegangan yang dihasilkan termoelektrik generator.
3. Penelitian dapat dikembangkan dengan mempergunakan jumlah peltier yang
42
DAFTAR PUSTAKA
Burke, E., Buist. R., 1983, Termoelectric Coolers as Power Generators, Texas
G. Jeffrey Snyder, 2008, The Electrochemical Society
Hendrata, 2005, Pembangkit Listrik Tenaga Panas Menggunakan Termoelektrik.
Hendro Simatupang, 2009 Karakterisik Termolektrik untuk Pembangkit Tenaga Surya dengan Pendingin Air, skripsi, Fakultas Teknik Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta
Holman, J.P, 1993, Perpindahan kalor, Edisi Keenan, Erlangga: Jakarta
http://majalahenergi.com/forum/energi-baru-dan-terbarukan/bentuk-energi-baru-termoelektrik-pemanfaatan-energi-panas-menjadi-energi-listrik,26
November 2012
http://www.pdfport.com/view/283812-arus-dan-tegangan-listtrik.hmtl, November 2012
Muliani, L, dkk, 2003, Perancangan Mini Refrigerator Tenaga Surya, Bandung
Peltier Device Information Directory,www.PELTIER-INFO.com, 25 November 2012
Roekettino, 2008, Thermoelectric Generator Menggunakan Dua Belas modul
Thermoelectric Untuk Aplikasi Kendaraan Hibrid, skripsi,Fakultas Teknik Universitas Indonesia
43
LAMPIRAN
Gambar alat charger HP terlihat dari samping
Gambar Pengukuran Debit Air
Gambar Pengambilan data arus
Spesifikasi Peltier TEC-12706
TEC1-12706 Size: 40*40*3.8mm
Internal resistance: 1.98 Ohm +/- 10% Imax.: 6.0 A
Vmax.: 15.4 V Qmax.: 53.3W Tmax.: 68 degree
