PERANCANGAN INKUBATOR MEMANFAATKAN SISI PANAS DARI ELEMEN PELTIER BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535
SKRIPSI
140821030 PUTRI PUSPITA SARI
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN 2016
PERANCANGAN INKUBATOR MEMANFAATKAN SISI PANAS DARI ELEMEN PELTIER BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas akhri dan memenuhi syarat memperoleh gelar Sarjana Sains
PERSETUJUAN
Judul : PERANCANGAN INKUBATOR MEMANFAATKAN
SISI PANAS DARI ELEMEN PELTIER BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535
Kategori : SKRIPSI
Nama : PUTRI PUSPITA SARI
No IndukMahasiswa : 140821030
Program Studi : FISIKA EKSTENSI
Departement : FISIKA
Fakultas : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
Disetujui di Medan, Agustus 2016
Ketua Departemen Fisika Pembimbing
Dr. Marhaposan Situmorang
NIP. 195510301180031003 NIP.196009301986011001 Drs. Kurnia Brahmana, M. Si
PERNYATAAN
PERANCANGAN INKUBATOR MEMANFAATKAN SISI PANAS DARI ELEMEN PELTIER BERBASIS MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerya saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
Medan, Agustus 2016
PENGHARGAAN
Alhamdulillahirobbila’lamin, Puji syukur penulis ucapkan kehadiran Allah SWT Tuhan Yang Maha Kuasa, karena atas limpahan Rahmat, Taufik dan Hidayahnya yang senantiasa selalu memberikan kekuatan sehingga penulis dapat menyelesaikan tugas akhir ini.
Dalam penyusunan tugas akhir ini, penulis banyak mendapatkan bimbingan dan bantuan dari berbagai pihak baik secara moril maupun material. Untuk itu penulis mengucapkan terimakasih yang sebesar besarnya kepada :
1. Orang tua penulis, ayahnda tercinta H. Muhlis M Sitepu, SH dan ibunda
tercinta Hj. Manisen Br Bangun saya ucapkan banyak terima kasih yang senantiasa membimbing, mendukung dan selalu memberikan penulis motivasi – motivasi yang sangat berguna dan membangun untuk penulis dapat menyelesaikan penulisan skripsi ini dengan cepat. Dan terima kasih juga penulis ucapkan untuk setiap doa – doa yang diberikan kepada penulis.
2. Drs. Kurnia Brahmana,M.si, selaku dosen pembimbing penulis yang telah
memberikan bimbingan dan arahan kepada penulis selama pengerjaan skripsi ini. Terima kasih atas kesabaran, dukungan dan nasehat yang diberikan kepada penulis.
3. Dr. Marhaposan Situmorang dan Drs. Syahrul Humaidi, M.Sc selaku ketua
dan sekretaris Departemen FISIKA, serta seluruh staf pengajar dan pegawai Departemen FISIKA yang selalu memperhatikan penulis terutama dalam proses perkuliahan di Departemen FISIKA FMIPA USU.
4. Kakak saya Muharromatunnisa, S.Kep, Ns, Abang saya Muhammad Syamsir
Alam, dan adik – adik saya Atiqah Amliah, Fatimah Nurul Muhlis yang tak jemu-jemu selalu memberikan doa dan semangat bagi penulis dalam menyelesaikan skripsi.
5. Sahabat – sahabat seperjuangan saya Muhammad Abral, Prima Ayuni, Junita
Sinambela, yang selalu setia membantu dan menemani penulis dalam menyusun skripsi ini.
ii
6. Sahabat karibku tercinta Nanda Ahitya Kalo, SH, Dessy Putri AL, SE, Aulia Adam, S.IP dan yang terkasih abang Sudianto Sembiring, S.STP yang tak henti-henti memberikan semangat dan dukungan untuk menyelesaikan penulisan skripsi ini.
7. Teman-teman sejawat, Abang kakak Alumni dan adik – adikku stambuk
2013, 2014, dan juga adik – adikku stambuk 2015, yang telah memberikan dukungan dan motivasi yang luar biasa sehingga penulis lebih bersemangat lagi untuk menyelsaikan penulisan skripsi ini.
Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari sempurna, untuk itu penulis mengharapkan saran dan kritik yang menbangun demi penyempurnaan isi dan analisa yang disajikan. Akhir kata, semoga tulisan ini dapat bermanfaat bagi yang membutuhkannya.
Medan, Agustus 2016
PERANCANGAN INKUBATOR MEMANFAATKAN SISI PANAS
DARI ELEMEN PELTIER BERBASIS MIKROKONTROLLER
ATMEGA 8535
ABSTRAK
Telah dirancang dan dianalisis alat inkubator dengan memanfaatkan sisi panas elemen Peltier. Penelitian ini menggunakan Peltier TEC1-12706. Penelitian ini menganalisis dan berkerja dengan memanfaatkan efek Seebeck pada Peltier, dimana saat peltier dialiri arus listrik terjadi penyerapan dingin pada satu sisi dan pelepasan panas pada sisi lainnya. Sisi panas dimanfaatkan untuk memanaskan ruangan inkubator, yang suhunya dideteksi dengan sensor LM35. Nilai temperature indicator di baca pada LCD. Beban yang dipanaskan berupa telur yang volumenya divariasikan mulai dari 100 gram, 150 gram, 200 gram, 250 gram, 300 gram, 400 gram, 450 gram, 500 gram, 550 gram, 650 gram. Waktu yang dibutuhkan untuk mencapai suhu masing-masing 0,5 menit, 0,72 menit, 2,64 menit, 5 menit, 11,16 menit, 17,92 menit, 23,76 menit, 35 menit, 43,56 menit, 64,22 menit. Dari data yang diperoleh dapat disimpulkan waktu yang dibutuhkan pemanas peltier berbanding lurus dengan beban, dimana semakin besar beban yang dipanaskan semakin banyak waktu yang dibutuhkan untuk mencapai suhu maksimum. Pada saat beban 100 liter untuk mencapai suhu 25°C dibutuhkan waktu 0,5 menit, pada saat beban 650 gram untuk mencapai suhu maksimum 38°C dibutuhkan waktu 64,22 menit.
Kata Kunci : Termoelektrik, Peltier TEC1-17206, Inkubator.
iv
PERANCANGAN INKUBATOR MEMANFAATKAN SISI PANAS
DARI ELEMEN PELTIER BERBASIS MIKROKONTROLLER
ATMEGA 8535
ABSTRACT
It has been designed and analyzed utilizing the tool incubator with Peltier element hot side. This study uses a Peltier TEC1-12706. This study analyzes and works by utilizing the Peltier Seebeck effect, which is currently electrified peltier cooler absorption occurs on one side and the release of heat on the other side. Hot side incubator is used to heat the room, where the temperature detected by sensor LM35. Temperature values read on the LCD indicator. Expenses are heated in the form of egg volume varied from 100 grams, 150 grams, 200 grams, 250 grams, 300 grams, 400 grams, 450 grams, 500 grams, 550 grams, 650 grams. The time needed to reach the temperature of each 0.5 minutes, 0.72 minutes, 2.64 minutes, 5 minutes, 11.16 minutes, 17.92 minutes, 23.76 minutes, 35 minutes, 43.56 minutes, 64.22 minutes. From the data obtained can be concluded peltier heating time required is directly proportional to the load, where the greater the burden that is heated the more time it takes to reach maximum temperature. When the load of 100 liters to reach 25 ° C takes 0.5 minutes, when the load of 650 grams to achieve a maximum temperature of 38 ° C takes 64.22 minutes.
PERANCANGAN INKUBATOR MEMANFAATKAN SISI PANAS
DARI ELEMEN PELTIER BERBASIS MIKROKONTROLLER
ATMEGA 8535
ABSTRACT
It has been designed and analyzed by utilizing the tools incubator hot side of the Peltier element. This study used a Peltier TEC1-12706. This study analyzes and It works by utilizing the Peltier Seebeck effect, which is currently electrified peltier cooler absorption occurs on one side and the release of heat on the other side. Hot side Incubator utilized to heat the room, where the temperature will be read by the sensor LM35. Load the heated form of egg volume varied from 100 grams, 150 grams, 200 grams, 250 grams, 300 grams, 400 grams, 450 grams, 500 grams, 550 grams, 650 grams. The time needed to reach the temperature of each 0.5 minutes, 0.72 minutes, 2.64 minutes, 5 minutes, 11.16 minutes, 17.92 minutes, 23.76 minutes, 35 minutes, 43.56 minutes, 64.22 minutes.
Keywords : Thermoelectric, Peltier TEC1-17206, Incubator.
DAFTAR ISI
1.1 Latar Belakang 1
1.2 Rumusan Masalah 2
1.3 Batasan Masalah 2
1.4 Tujuan Penelitian 3
1.5 Manfaat Penelitian 3
1.6 Metodologi Penelitian 3
1.7 Sistematika Penulisan
4 BAB 2 LANDASAN TEORI
2.1 Termoelektrik 6
2.1.1 Sejarah Singkat Termoelektrik 6
2.2 Efek-efek Pendingin Termoelektrik 6
2.2.1 Efek Seebeck 6
2.2.2 Efek Joule 8
2.2.3 Efek Konduksi 8
2.2.4 Efek Peltier 8
2.2.5 Efek Thomson 8
2.3 Elemen Termoelektrik Peltier 10
2.4 Prinsip Kerja Termoelektrik 11
2.4.1 Prinsip Kerja Termoelektrik Sebagai Pendingin 11
2.4.2 Parameter Penggunaan Modul Termoelektrik 13
2.5 Perhitungan Pendingan Sistem Termoelektrik 13
2.6 Efek-efek Perpindahan Panas Termoelektrik 14
2.6.1 Perpindahan Panas 14
2.6.2 Perpindahan Panas Konduksi 16
2.10Liquid Crystal Display (LCD) 24
2.11Mosfet 27
2.11.1 wilayah Cut-Off (Mosfet-OFF) 27
2.11.2 Wilayah Saturasi (Mosfet-ON) 28
BAB 3 PERANCANGANSISTEM
3.1 Perancangan Diagram Blok Sistem 30
3.2 Perancangan Rangkaian Tiap Blok 31
3.2.1 Perancangan Inkubator Pemanasan Termoelektrik 31
3.2.2 Perancangan Peltier Dengan Heatsink 32
3.2.3 LCD (Liquid Crystal Display) 32
3.2.4 Rangkaian Power Supply (PSA) 34
3.2.5 Rangkaian Driver Regulator Arus 35
3.2.6 Rangkaian Sensor Suhu 35
3.2.7 Rangkaian Komunikasi RS-232 37
3.2.8 Rangkaian Mosfet 38
3.2.9 Rangkaian Sederhana Mikrokontroller ATmega 8535 39
3.3 Flow Chart 40
BAB 4 PENGUJIAN DAN ANALISA
4.1 Komponen Pengujian dan Parameter yang Diukur 41
4.2 Pengujian Power Supply (PSA) 41
4.3 Pengujian Daya Terpasang Pada Sistem 43
4.4 Pengujian Driver Regulator Arus 43
4.5 Perhitungan Beban Pemanas 44
4.5.1 Beban Panas Dari Luar 44
4.5.2 Beban Panas Dari Beban 45
4.6 Pengujian Awal 46
4.7 Pengujian Waktu Pemanas 47
4.7.1 Pengujian Waktu Pemanas Pada Inkubator 47
4.7.2 Pengujian Waktu Pemanas Beban 48
4.8 Pengukuran Penaikan Suhu 49
4.8.1 Penaikan Suhu Dengan Beban 1 Butir 49
4.9 Pengukuran Menggunakan Komputer 50
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN
5.1 Kesimpulan 53
5.2 Saran 53
Daftar Pustaka 54
Lampiran
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Skema Efek Seebeck Pada Suatu Bahan 7
Gambar 2.2 Penampang Termoelektrik 11
Gambar 2.3 Semikondduktor Tipe N dan Tipe P 12
Gambar 2.4 LM 35 Basic Temperature Sensor 23
Gambar 2.5 LCD M1632 25
Gambar 2.6 Kurva Karakteristik Mosfet 27
Gambar 2.7 Rangkaian Mosfet Sebagai Saklar Pada Kondisi Cut-Off 28
Gambar 2.8 Rangkaian Mosfet Sebagai Saklar Pada Kondisi Saturasi 29
Gambar 3.1 Desain Blok Diagram Sistem 30
Gambar 3.2 Rangkaian LCD Karakter 2x16 33
Gambar 3.3 Rangkaian Power Supply 34
Gambar 3.4 Rangkaian Driver Regulator Arus 35
Gambar 3.5 Rangkaian Sensor Suhu Pada Pendingin Peltier 36
Gambar 3.6 Rangkaian Sensor Suhu Pada Pendingin Peltier Konvensional 36
Gambar 3.7 Rangkaian MAX-232 37
Gambar 3.8 Rangkaian Mosfet 38
Gambar 3.9 Rangkaian Mikrokontroller ATMega 8535 39
Gambar 4.1 Skema Pengujian PSA 42
Gambar 4.2 Skema Pengujian Daya Terpasang Pada Sistem 43
Gambar 4.3 Skema Pengujian Awal 46
Gambar 4.4 Grafik Suhu VS Waktu Pemanas Ruangan Tanpa Beban 48
DAFTAR TABEL
Table 2.1 Fungsi Pin-Pin Pada Liquid Crystal Dis 25
Table 4.1 Hasil Pengujian Power Supply dengan Menggunakan Lampu Mobil 42
Table 4.2 Hasil Pengujian Daya Terpasang Pada Komponen Peltier 43
Table 4.3 Hubungan Antara Waktu Pemanas Peltier Terhadap Massa Telur 49
Table 4.4 Pengujian Pengukuran Suhu Menggunakan Komputer 51
