T1__BAB II Institutional Repository | Satya Wacana Christian University: Alat Peraga Sistem Pemantauan Energi Menggunakan TEG (Thermo Electric Generator) dan TEC (Thermo Electric Cooler). T1 BAB II

BAB II DASAR TEORI

Bab ini membahas mengenai dasar teori dan hubungan antar perangkat keras yang digunakan yaitu mikrokontroler, TEG (Thermo Electric Generator), TEC (Thermo Electric Cooler), Thermostat, Sensor suhu, Sensor tegangan, Elemen pemanas, dan Elemen pendingin. Selain itu juga akan dibahas perangkat lunak yang digunakan untuk membuat User Interface. Berikut ini beberapa teori pendukung yang digunakan sebagai acuan skripsi ini.

2.1. Thermoelectric Generator

TEG merupakan modul yang akan mengubah energi panas dari gradien temperatur menjadi energi listrik berdasar efek Seebeck yang ditemukan oleh Thomas J. Seebeck pada tahun 1821. Ia melakukan pengamatan besar tegangan terhadap dua buah tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian yang di antaranya diletakkan jarum kompas. Saat sisi logam dipanaskan, jarum kompas bergerak karena disebabkan oleh medan magnet yang timbul akibat aliran listrik yang terjadi pada logam. Cara kerja TEG berdasar efek Seebeck ditunjukkan pada Gambar 2.1 berikut.

Gambar 2.2 Konstruksi elemen TEG [8]

Gambar 2.2 menunjukkan sebuah elemen TEG yang tersusun dari suatu elemen tipe-n (material dengan kelebihan elektron) dan tipe-p (material dengan kekurangan elektron). Aliran panas yang mengalir dari satu sisi dan dibuang ke sisi lain menghasilkan tegangan pada sambungan thermoelectric yang besarnya tergantung pada gradien temperatur dari kedua

sisi[9].

2.2. Thermoelectric Cooling

Gambar 2.3 Cara kerja TEC berdasar efek Peliter [10].

Elektron – elektron membuang kelebihan energi pada sambungan panas karena elektron mengalir dari tipe – n kembali ke bahan tipe – p melalui kolektor listrik. Membuang panas sisi panas akan menurunkan temperatur pada sisi dingin dengan cepat, besarnya penurunan bergantung dari arus lisrik yang diberikan [9].

2.3. Thermostat

2.3.1. Modul W1209

Thermostat digital adalah komponen yang dapat mendeteksi suhu dari sistem sehingga suhu sistem dapat dipertahankan mendekati setpoint yang diinginkan. Modul thermostat digital bekerja dengan cara digital, yaitu dengan menggunakan relay sebagai pengendali. Thermostat digital memiliki probe sebagai sensor. Kegunaannya untuk menstabilkan dan mengukur suhu, jika suhu sudah sesuai dengan suhu yang diset, relay akan aktif atau tidak aktif, tergantung mode yang telah dipilih (sebagai heating atau cooling mode).

Gambar 2.4 Thermostat Digital W1209 dan keterangan Spesifikasi:

• Model : W1209

• Dimensi : 48mm x 40mm

• Mode temperatur kontrol : ON/OFF • Temperature range : -50ᵒC to 110ᵒC • Akurasi pengendalian : 0,1ᵒC

• Refresh rate : 0,5S

• High temperature protection :0ᵒC to 110ᵒC

• Supply voltage : DC 12V

2.4. Sensor Suhu

Sensor suhu adalah suatu komponen yang dapat mengubah besaran panas menjadi besaran listrik sehingga dapat mendeteksi gejala perubahan suhu pada obyek tertentu[12]. Sensor suhu yang digunakan adalah NTC sebagai pengukur suhu pada modul thermostat dan DS18B20 sebagai penghitung suhu yang akan dibaca oleh arduino.

2.4.1. Sensor suhu NTC

Thermistor adalah salah satu jenis resistor yang nilai resistansi atau nilai hambatannya dipengaruhi oleh suhu. Thermistor terdiri dari 2 jenis, yaitu thermistor NTC (Negative Temperature Coefficient) dan thermistor PTC (Positive Temperature Coefficient).

2.4.2. Sensor Suhu (DS18B20)

Sensor suhu adalah suatu komponen yang dapat mengubah besaran panas menjadi besaran listrik sehingga dapat mendeteksi gejala perubahan suhu pada obyek tertentu. Sensor suhu melakukan pengukuran terhadap jumlah energi panas/dingin yang dihasilkan oleh suatu obyek sehingga memungkinkan kita untuk mengetahui atau mendeteksi gejala perubahan-perubahan suhu tersebut dalam bentuk output analog maupun digital[14].

Gambar 2.5 Sensor Suhu (DS18B20)[15].

2.5. Mikrokontroler AT-Mega 328

Arduino adalah sebuah board mikrokontroler yang berbasis At-Mega 328. Arduino memiliki 14 pin input/output yang mana 10 pin dapat digunakan sebagai output PWM (Pulse with modulation), 8 analog input, crystal osilator 16 MHz, koneksi USB, jack power, kepala ICSP, dan tombol reset. Arduino mampu men-support mikrokontroler dapat dikoneksikan dengan komputer menggunakan kabel

USB.

mikrokontroler, selain itu port USB tersebut bisa juga difungsikan sebagai port komunikasi serial. Arduino menyediakan 22 pin I/O, yang terdiri dari 8 pin input analog dan 14 pin digital input/output. Untuk 8 pin analog sendiri bisa juga

difungsikan sebagai output digital jika diperlukan output digital tambahan selain 14 pin yang sudah tersedia. Untuk mengubah pin analog menjadi digital cukup mengubah konfigurasi pin pada program. Dalam board terlihat bahwa pin I/O digital diberi keterangan D0-D13, jadi untuk menggunakan pin analog menjadi output digital, pin analog yang pada keterangan board A0-A7 kita ubah menjadi

pin 14-21. dengan kata lain pin analog A0-A7 berfungsi juga sebagi pin output

digital 14-21 [16]

Gambar 2.6 Board Arduino Nano[16].

Berikut ini adalah konfigurasi dari Arduino Nano : 1. Mikrokontroler At-Mega 328.

2. Beroperasi pada tegangan 5V.

3. Tegangan input (rekomendasi) 7 - 12V. 4. Batas tegangan input 6 - 20V.

5. Pin digital input/output 14 (8 mendukung output PWM). 6. Arus pin per input/output 40 mA.

7. Arus untuk pin 3.3V adalah 50 mA.

8. Flash Memory 32 KB (At-Mega 328) yang mana 2 KB. 9. SRAM 2 KB (At-Mega 328).

2.6. Elemen Pemanas 12V

Elemen pemanas menggunakan elemen pemanas bertipe thermistor PTC, untuk memanaskan suatu bidang yang akan digunakan untuk mencatu suhu panas pada perangkat keras.

Gambar 2.7 Elemen Pemanas[17]

Elemen pemanas yang digunakan mempunyai spesifikasi: 1. Daya : 30 W

2. Tegangan : 12V AC/DC 3. Ukuran : 35*21*5mm 4. Heat material : PTC Thermistor

2.7. Elemen Pendingin

2.8. Sensor Tegangan

Sensor tegangan adalah perangkat yang mendeteksi tegangan listrik (AC atau DC) di sebuah rangkaian, dan menghasilkan sinyal sebanding dengan itu. Sinyal yang dihasilkan bisa tegangan analog, arus, atau bahkan digital. Digunakan untuk menampilkan tegangan yang akan diukur dalam voltmeter atau dapat disimpan untuk analisis lebih lanjut dalam sistem akuisisi data atau dapat dimanfaatkan untuk tujuan kontrol.

2.9. Perangkat Lunak

Perangkat lunak yang digunakan untuk membuat aplikasi trainer “Alat Peraga Sistem Pemantauan Energi Menggunakan TEG (Thermo Electric Generator) dan TEC (Thermo Electric Cooler)” diantaranya adalah Processing. Berikut ini penjelasan dari aplikasi berikut:

2.9.1. Processing

Processing adalah bahasa pemprograman dan lingkungan pemprograman (development environment) yang open source untuk memprogram gambar, animasi, dan interaksi. Digunakan oleh pelajar, seniman, desainer, peneliti, dan hobbyist untuk belajar, membuat prototipe, dan produksi. Processing digunakan

untuk mengajarkan dasar-dasar pemprograman komputer dalam konteks rupa dan berfungsi sebagai buku sketsa perangkat lunak (software) dan tool produksi profesional. Processing menggunakan bahasa Java, bahasa sintaks yang digunakan hampir mirip dengan bahasa Java tetapi lebih sederhana, tetapi ada penambahan fitur custom untuk grafik dan interaksi[18].