1
Pemanfaatan panas knalpot sepeda motor menjadi energi listrik DC
Ajit Pabriansyah*, Mirmanto, Hendry Sakke Tira.
Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Mataram, Jln. Majapahit No. 62 Mataram Nusa Tenggara Barat Kode Pos : 83125, Telp. (0370) 636087; 636126; ext 128 Fax (0370) 636087.
*Email: ajitfebrian58@gmail.com.
The need for energy consumption nowadays becomes very important things, especially the need for electrical energy. Technology to convert heat into electricity directly can be conducted using thermoelectric generators. Thermoelectric generator can convert waste heat to be DC electric. Thermoelectric generator is one of the green technologies needed as an alternative energy.
This research uses motorcycle exhaust waste heat at idle (neutral) condition with rotations of 1600 rpm, 2100 rpm, 3100 rpm, and employs 3 identical thermoelectric generators type TE-MOD-5W5V-35S. Due to lack of heat, this research was extended using heater as the heat source. All temperatures in the test were recorded using DAQ MX 9714 NI data logger that was connected to the PC using LabView program. The research was carried out with and without loads. The load used in this experiment was DC fan 12 V-0.13 A and thermoelectric cooler type SP1848.
The results show that the experiments without load produce the highest voltage of 1.94 V at 3100 rpm with a series circuit, while the test with the load results in the highest power of 0.038 W with a parallel circuit. Moreover, the test using heater without load produces the highest
Kebutuhan akan konsumsi energi sekarang ini dari masa ke masa dirasa semakin menjadi urusan yang sangat penting, terutama kebutuhan energi listrik yang sudah umum bagi siapa saja dalam menjalankan aktifitas sehari hari, selain karena energi listrik tersebut yang memang menjadi sumber tenaga bagi alat - alat yang dipakai sehari - hari seperti peralatan rumah tangga, peralatan pertukangan dan sebagainya. Kemajuan teknologi serta penemuan-penemuan para ahli di bidang teknologi pun menunjang dalam pemanfaatan komponen - komponen semikonduktor yang tentunya dapat dimodifikasi atau direkayasa dengan kombinasi dari ilmu pengetahuan yang telah ada untuk bisa menghasilkan energi terbarukan yaitu energi listrik yang telah menjadi energi utama masyarakat dalam mengoperasikan berbagai alat, seperti alat rumah tangga, alat produksi industri, maupun alat transportasi yang menunjang penggunaan energi listrik sebagai
sumber energi dalam pengoperasiannya.
Teknologi yang lain untuk proses konversi panas menjadi listrik langsung menggunakan Thermoelectric generator (TEG), yang sumber energinya dapat menggunakan limbah panas, merupakan salah satu teknologi hijau yang dibutuhkan sebagai alternatif sumber energi masa depan. Teknologi ini mempunyai beberapa kelebihan, yaitu dapat diandalkan keawetannya, tanpa suara saat dioperasikan, tidak membutuhkan pemeliharaan, sederhana, kompak dan aman, memiliki ukuran yang sangat kecil dan sangat ringan, mampu beroperasi pada suhu tinggi, mampu beroperasi untuk skala kecil, ramah lingkungan, dan sumber energi yang fleksibel. Prinsip dasar dari thermoelectric generator adalah memanfaatkan perbedaan suhu yang terjadi di lingkungan menjadi energi listrik.
2 saluran pembuangan harus tahan panas dan cepat melepaskan panas. Saluran pembuangan tidak boleh melewati atau berdekatan dengan material yang mudah terbakar atau mudah rusak karena panas. Meskipun tampak sederhana, desain sistem pembuangan cukup berpengaruh terhadap performa mesin
Aprianus dkk. (2011) meneliti tentang panen listrik alternatif dengan memanfaatkan teknologi termoelektrik pada aspal jalan raya. Dilatarbelakangi Sisitem Pembangkit Listrik Tenaga Surya (PLTS) lebih diminati. Selain persediaanya tanpa batas, tenaga surya nyaris tanpa dampak buruk terhadap lingkungan. Indonesia adalah negara yang memiliki potensi energi surya, tetapi pemanfaatannya belum optimal. Begitu pula dengan suhu aspal yang relatif tinggi, disebabkan oleh penyerapan energi matahari yang cukup efektif, sehingga menyebabkan peningkatan konsumsi energi bangunan disekitarnya. Salah satu teknologi yang bekerja untuk mengkonversi energi panas aspal menjadi listrik secara langsung adalah generator termoelektrik. Hasil uji coba dan pengukuran menunjukkan bahwa pada kurun waktu 1 jam, termoelektrik mampu menghasilkan tegangan 3,514 volt dengan perbedaan temperatur antara aspal dan tanah sekitar 26,90
⁰C hingga 38,00 ⁰C. Semakin tinggi perbedaan temperature yang dihasilkan maka tegangan yang dihasilkan juga semakin besar, sehingga dapat disimpulkan bahwa, untuk menghasilkan tegangan yang maksimal dibutuhkan perbedaan temperature antara aspal dan tanah yang cukup tinggi.
Sugiyanto dan Soeadgihardo (2014) meneliti tentang pemanfaatan panas pada kompor gas LPG untuk pembangkitan energi listrik menggunakan generator thermoelektrik. Penelitian ini memanfaatkan panas dari kompor gas LPG RI-511A dan RI-300HP dengan menggunakan thermoelectric generator tipe TEG 127-40A dan TEG 126-40A. Panas ini dikonversi menjadi energi listrik mengunakan efek Seebeck yang ada pada thermoelektrik. Dari pengujian dan analisa data TEG 126-40A lebih baik dalam pembangkitan tegangan dan arus dibandingkan TEG 127-40A. Pengujian dengan kompor RI-551A, nilai tegangan dan arus mencapai 2.69 V, 0,12 A lebih kecil dibandingkan menggunakan TEG 126-40A yang mencapai 3,59 V dan 0,34 A. Sedangkan nilai tegangan dan arus yang dibangkitkan TEG 127-40A pada kompor RI-300HP mencapai 3,77 V dan 0,39 A, masih lebih kecil dibandingkan menggunakan TEG126-40A yang mencapai 4,17 V dan 0,48 A.
Sugiyanto dkk. (2015) melakukan penelitian mengenai rancang bangun kontruksi TEG (Thermoelectric Generator) pada knalpot sepeda motor untuk pembangkitan listrik mandiri. Metode yang digunakan adalah merancang
konstruksi TEG dengan baik dengan bahan Aluminium yang akan dipasang dengan benar di permukaan pipa knalpot motor tanpa mengganggu perpindahan panas dari permukaan ke kedua sisi TEG. Desain ini memungkinkan TEG dapat dirakit dengan mudah tanpa merusak modul TEG itu sendiri juga. Kemudian sebelum pengujian sepeda motor, desain konstruksi dijalankan dengan pengujian perangkat lunak perpindahan panas untuk mengamati berapa banyak panas yang dihasilkan dari permukaan dan ditransfer ke kedua sisi TEG. Modul TEG yang digunakan adalah HZ-14 yang memiliki dimensi 6,25 cm x 6,25 cm dan motor yang dipilih adalah tipe sport motor tipe 150 cc.
Andriyanto (2015) menjelaskan 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 Seebeck adalah konversi langsung dari perbedaan temperatur menjadi energi listrik. Ditemukan pertama kali tahun 1821 oleh ilmuwan Jerman, Thomas Johann Seebeck. 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.
Gambar 1. Skema Efek Seebeck
3 kerapatan pembawa muatan akan menimbulkan difusi elektron dari daerah rapatan muatan yang tinggi ke daerah rapatan muatan yang rendah dan temperatur tinggi ke temperatur rendah. Hal ini disebabkan karena kepadatan elektron dari material logam yang berbeda. Inilah yang menyebabkan arus mengalir berlawanan dan menimbulkan tegangan (EMF) yang disebut dengan fenomena thermoelectric. Tetapi jika junction pada material ini dialiri dengan temperatur yang sama, maka difusi elektron pada junction juga sama. Karena arus berlawanan dan bernilai sama maka jumlah arusnya adalah nol.
Laju hantaran energi listrik dalam rangkaian listrik. Satuan SI daya listrik adalah W yang menyatakan banyaknya tenaga listrik yang mengaliri per satuan waktu (joule/detik).
Secara matematis, daya listrik ditulis sebagai berikut :
P = V. I (1)
Dimana Padalah daya listrik yang dihasilkan (W), V adalah tegangan (V) dan I adalah besarnya arus (A).
METODE PENELITIAN
Metode yang digunakan adalah eksperimen Adapun Skema alat penelitian seperti berikut :
Gambar 2. Desain alat.
Sedangkan set up alat penelitian keseluruhan ditunjukkan pada gambar 3.
Termperatur diukur menggunakan termokopel yang dipasang pada beberapa sisi alat dan terhubung ke data logger DAQ. Kemudian sinyal dari DAQ diterima oleh komputer untuk kemudian diolah menjadi data temperatur yang disimpan dalam bentuk file excel.
Gambar 3. Set up alat.
Pengujian
Sebelum memulai pengujian terlebih dahulu merakit alat penelitian dan alat ukur kemudaian mengecek kondisi alat penelitian dan alat ukur tersebut, mengkalibrasi alat ukur yang perlu dikalibrasi. Selain melakukan penelitian pada sumber panas knalpot sepeda motor, penelitian ini juga melakukan peneltian pada sumber panas heater sebagai pembanding.
Langkah-langkah pengujian sumber panas knalpot sepeda motor adalah sebagai berikut :
1. Pasang alat yang telah dibuat di knalpot motor dan susun rangkaian yang ditentukan.
2. Menyalakan motor dan mengatur putaran mesin
Adapun langkah-langkah pengujian sumber panas heater adalah sebagai berikut :
1. Meletakan alat yang sudah dirakit diatas heater dan susun rangkaian yang ditentukan.
2. Menyalakan heater dan mengatur ke suhu yang
4 merupakan suhu sisi dingin termoelektrik 1, 2, dan 3, sedangkan T4, T5, dan T6 merupakan suhu sisi panas termoelektrik 1, 2, dan 3. Sementara T7 merupakan suhu knalpot dan T8 merupakan suhu lingkungan.
Dari gambar 4. dapat dilihat bahwa semakin tinggi putaran mesin akan mengakibatkan semakin
tinggi juga suhu knalpot yang dihasilkan, dimana suhu pada knalpot motor berbanding lurus dengan suhu sisi panas termoelektrik dan sisi dingin termoelektrik, semakin tinggi suhu knalpot semakin tinggi juga suhu sisi panas termoelektrik dan suhu sisi dingin termoelektrik tetapi tidak naik terlalu tinggi dibanding sisi panas termoelektrik.
Gambar 4. Hubungan antara putaran mesin terhadap suhu yang dihasilkan
Gambar 5. Hubungan antara perbedaan suhu terhadap tegangan yang dihasilkan sumber panas knalpot motor dengan 3 rangkaian berbeda dantanpa beban.
0
20
40
60
80
100
120
140
160
180
1600
2100
3100
S
u
h
u
(
°C
)
Putaran mesin (rpm)
5
Gambar 6. Hubungan antara perbedaan suhu terhadap tegangan dan arus yang dihasilkan knalpot motor dengan 3 rangkaian berbeda dan dengan beban.
6 Dari gambar 5 diatas merupkan pengujian tanpa beban dengan sumber panas knalpot motor dapat dilihat tegangan meningkat seiring dengan naiknya perbedaan suhu (∆T) sisi panas termoelektrik dan sisi dingin termoelektrik, serta didapat tegangan paling tinggi yaitu pada rangkaian seri diikuti oleh rangkain gabungan dan yang paling kecil pada rangkaian paralel sebesar. Hal ini disebabkan karena pada rangkaian seri memiliki tegangan termoelektrik 1, 2, dan 3 dijumlahkan atau V total sama dengan V1 ditambah V2 ditambah V3. Berbeda dengan rangkain paralel, dimana tegangan termoelektrik 1, 2, dan 3 dianggap sama atau V total sama dengan V1 sama dengan V2 sama dengan V3.
Dari gambar 6 diatas merupkan pengujian menggunakan beban dengan sumber panas knalpot motor, Beban berupa Fan DC 12 V - 0,13 A dan Thermoelectric tipe SP1848 Peltier Cooler, dari sini dapat dilihat tegangan meningkat seiring dengan naiknya arus dan perbedaan suhu (∆T) sisi panas termoelektrik dan sisi dingin termoelektrik, serta didapat arus dan tegangan paling tinggi yaitu pada rangkaian paralel, diikuti oleh rangkain gabungan dan yang paling kecil pada rangkaian seri dengan arus. Hal ini sesuai dengan hukum Ohm menyatakan bahwa tegangan melintasi berbagai jenis bahan pengantar adalah berban-
ding lurus dengan arus yang mengalir melalui bahan tersebut.
Dari gambar 7 dapat dilihat perbedaan suhu (∆T)berpengaruh juga terhadap daya yang dihasilkan, semakin tinggi perbedaan suhu antar kedua sisi termoelektrik menghasilkan arus serta tegangan yang dihasilkan meningkat sehingga menyebabkan daya yang dihasilkan juga meningkat Dari pengujian ini didapat daya paling tinggi yaitu pada rangkaian paralel diikuti oleh rangkain gabungan dan yang paling kecil pada rangkaian seri.
Selanjutnya dilakukan pengujian dengan menggunakan sumber panas heater, hal ini dilakukan sebagai pembanding serta menambah suhu sumber panas yang tidak dilakukan di sumber panas knalpot sepeda motor karena di khawatirkan terjadi kerusakan pada motor dikarenakan penelitian dilakukan dalam kondisi motor diam ditempat. Adapun suhu sebanyak 5 variasi yaitu 65˚C, 80˚C,
110 ˚C, 140˚C, dan 160˚C.
Dari gambar 8 dapat dilihat tegangan meningkat seiring dengan naiknya perbedaan suhu (∆T) sisi panas termoelektrik dan sisi dingin termoelektrik, hal ini sama dengan yang terjadi pada pengujian dengan menggunakan sumber panas knalpot. Pada pengujian tanpa beban sumber panas heater, rangkaian yang paling tinggi menghasilkan listrik tidak berbeda dengan pengujian tanpa beban sumber panas knalpot motor, namun angkanya saja yang berbeda.
7
Gambar 9. Hubungan antara perbedaan suhu terhadap tegangan dan arus yang dihasilkan sumber panas heater dengan 3 rangkaian berbedadengan beban.
8 Dari gambar 9 diatas dapat dilihat tegangan meningkat seiring dengan naiknya arus dan perbedaan suhu (∆T) sisi panas termoelektrik dan sisi dingin termoelektrik. Pada pengujian dengan beban bahwa didapat arus dan tegangan paling tinggi yaitu pada rangkaian paralel, diikuti oleh rangkain gabungan dan yang paling kecil pada rangkaian seri. Hal ini sesuai dengan pengujian dengan sumber panas knalpot sepeda motor.
Dari gambar 10 dapat dilihat pada pengujian dengan beban bahwa didapat daya paling tinggi yaitu pada rangkaian paralel diikuti oleh rangkain gabungan dan yang paling kecil pada rangkaian seri. Hal ini juga sesuai dengan pengujian dengan sumber panas knalpot sepeda motor.
KESIMPULAN
Berdasarakan hasil penelitian, kemudian melakukan analisa data dan pembahasan dapat ditarik kesimpulan sebagai berikut :
1. Pada pengujian sumber panas knalpot motor didapat pada putaran 1600 rpm, suhu sisi panas rata-rata yang dihasilkan sebesar 67,654 °C dan suhu sisi dingin rata-rata yang dihasilkan sebesar 46,683 °C. Sedangkan pada putaran 2100 rpm, suhu sisi panas rata-rata yang dihasilkan sebesar 84,717 °C dan suhu sisi dingin rata-rata yang dihasilkan sebesar 55,718 °C. Dan pada putaran 3100 rpm, suhu sisi panas rata-rata yang dihasilkan sebesar 108,020 °C dan suhu sisi dingin rata-rata yang dihasilkan sebesar 69,059 °C.
2. Pada pengujian tanpa beban, dengan sumber panas knalpot motor didapat tegangan paling tinggi pada putaran 3100 rpm dengan jenis rangkaian seri sebesar 1,939 V, dan pada sumber panas heater didapat tegangan paling tinggi pada pengaturan suhu 160 °C dengan jenis rangkaian seri sebesar 3,302 V.
3. Pada pengujian dengan beban, sumber panas knalpot motor didapat daya paling tinggi pada putaran 3100 rpm dengan jenis rangkaian paralel sebesar 0,038 watt , dan pada sumber panas heater didapat tegangan paling tinggi pada pengaturan suhu 160 °C dengan jenis rangkaian paralel sebesar 0,133 watt .
UCAPAN TERIMA KASIH
Penulis pada kesempatan ini mengucapkan terimakasih kepada semua pihak yang membantu baik berupa materi maupun pikiran sehingga penelitian dan paper ini dapat terselesaikan, penulis juga mengapresiasi Jurusan Teknik Mesin atas fasilitas yang dipergunakan dalam penelitian ini. SAB = Koefisien Seebeck (V/K)
Tc = Temperatur sisi dingin termoelektrik (°C) Th = Temperatur sisi panas termoelektrik (°C) t = waktu (s)
V = Tegangan (V)
DAFTAR PUSTAKA
Andriyanto, 2015, Pemanfaatan Modul Termoelektrik Generator untuk Mengisi Baterei Ponsel T1
Aprianus, Rivaldo, M.B., Priskila, H.S., Wahyu, K., Setiawan, A., 2011, Panen Energi Listrik Alternatif Dengan Memanfaatkan Teknologi Termoelektrik Pada Aspal Jalan Raya.
Ismail, B.I, Ahmad, W.H., 2009, Thermoelectric Power Generation Using Waste-Heat Energy as an Alternative Green Technology, Recent Patents on Electricals Engineering.
Kementrian ESDM, 2017, Buku Statistik Ketenagalistrikan No. 30 – 2017
Ramdhani, M., 2008, Rangkaian Listrik, Erlangga, Bandung.
Sanata, A., 2011, Pengaruh Diameter Pipa Saluran Gas Buang Tipe Straight Throw Muffler Terhadap Unjuk Kerja Motor Bensin Empat Langkah
Sudirham, S., 2013, Analisis Rangkaian Listrik Kawasan Waktu Dan Kawasan Fasor, Darpublic, Bandung.
Sugiyanto, Soeadgihardo S., 2014, Pemanfaatan Panas Pada Kompor Gas LPG Untuk Pembangkitan Energi Listrik Menggunakan Generator Thermoelektrik, Program Diploma Teknik Mesin Sekolah Vokasi Universitas Gadjha Mada
Sugiyanto, Umam, M.T., Suciawan, E., 2015, Rancang Bangun Kontruksi TEG (Thermoelectric Generator) pada Knalpot Sepeda Motor untuk Pembangkitan Listrik Mandiri, Program Diploma Teknik Mesin Sekolah Vokasi Universitas Gadjha Mada Syafriyudin, Susastriawan, Sabdulah, M., Gulo,
F., 2013, Pembangkit Listrik Tenaga Panas Matahari Berbasis Mesin Starling untuk Skala Rumah Tangga, Jurnal Teknologi, Vol 6 No 2, p.187-192.
Wikipedia, 2017, /Termoelektrik Generator/. Jakarta.https://id.wikipedia.org/wiki
