KARAKTERISTIK TERMOELEKTRIK UNTUK PEMBANGKIT LISTRIK TENAGA SURYA
DENGAN PENDINGIN AIR TUGAS AKHIR
Untuk memenuhi sebagian persyaratan Mencapai derajat sarjana S-1
Program Studi Teknik Mesin Jurusan Tenik Mesin
Disusun oleh :
HENDRO SIMATUPANG
NIM : 045214026
Kepada
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA
i
THE CHARACTERISTIC OF WATER COOLED
THERMOELECTRIC FOR SOLAR POWER GENERATOR
A FINAL PROJECT
Submitted For The Partial Fulfillment Of The Requirements To abstain The Sarjana Teknik Degree
In Mechanical Engineering Program Study
By :
HENDRO SIMATUPANG
NIM : 045214026
FOR
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM SCIENE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY YOGYAKARTA
vi
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis hanturkan kepada Tuhan atas berkat, rahmat dan
bimbinganNya selalu sehingga penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir dengan
judul Karakteristik Termoelektrik Untuk Pembangkit Listrik Tenaga Surya
Dengan Pendingin Air. Dalam penulisan Tugas Akhir ini penulis banyak
mendapat bantuan, sehingga Tugas Akhir ini dapat selesai pada waktunya. Oleh
karena itu pada kesempatan ini penulis ingin menyampaikan ucapan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada:
1. Romo Dr.Ir.Paulus Wiryono Priyotamtama, S.J selaku Rektor Universitas
Sanata Dharma Yogyakarta.
2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T.selaku Dekan Fakultas Sains dan
Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.
3. Budi Sugiharto S.T., M.T. selaku ketua Program Studi Teknik Mesin.
4. Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T. selaku dosen pembimbing Tugas Akhir.
5. Ir. Fx. Agus Unggul Santoso selaku dosen pembimbing akademik.
6. Mas Ag. Ronny Windaryawan selaku Laboran laboratorium mekanika
fluida
7. Seluruh Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Sains dan Teknologi
vii
Tugas Akhir ini baru permulaan dan masih perlu banyak pembenahan.
Oleh karena itu kritik dan saran yang membangun dari semua pihak diterima
penulis dengan senang hati. Harapan penulis semoga Tugas Akhir ini bermanfaat
bagi para pembaca.
Yogyakarta, Oktober 2009
viii
INTISARI
Tugas Akhir ini dibuat untuk mengatasi masalah yang sedang dihadapi di
Indonesia khususnya daerah yang terpencil. Di daerah perkotaan dan desa-desa
yang sudah maju energi listrik amat mudah didapatkan tetapi di daerah-daerah
terpencil yang belum terdapat jaringan listrik, energi listrik tidak mudah
didapatkan atau bahkan tidak tersedia.
Tujuan yang ingin dicapai dalam tugas akhir ini untuk menjajaki
kemungkinan penggunaan termoelektrik sebagai pembangkit energi listrik dengan
energi surya, membuat model pembangkit energi listrik tenaga surya dengan
menggunakan termoelektrik dan mengamati karakteristik (unjuk kerja dan batasan
kondisi operasi) termoelektrik sebagai pembangkit listrik tenaga surya.
Karakteristik termoelektrik susunan seri pembangkit listrik tenaga surya dengan
pendingin air merupakan salah satu solusi alternatif masalah krisis energi. Alat ini
terdiri dari modul termoelektrik TEC1-12706 yang dapat mengkonversi energi
panas menjadi energi listrik, termoelektrik ini berbahan bismuth telluride dan
berukuran 4cm x 4cm. Alat ini juga dilengkapi dengan kolektor surya pelat rata
tipe pipa paralel berukuran 0,6m x 1m. Di tempat inilah fluida minyak dipanaskan
sehingga tangki penyimpan panas dapat mentransferkan panas ke salah satu sisi
termoelektrik. Sisi bersebelahan didinginkan oleh tangki air pendingin. Perbedaan
temperatur pada kedua sisi termoelektrik mengakibatkan munculnya energi listrik.
Termoelektrik yang digunakan pada penelitian sebanyak 20 buah disusun dengan
2 variasi yaitu : susunan seri dan susunan seri-paralel.
Hasil yang dicapai dari penelitian adalah rangkaian termoelektrik yang
disusun secara seri-paralel merupakan susunan yang paling baik untuk
menghasilkan efisiensi total dan daya. Susunan seri-paralel menghasilkan efisiensi
total 0,0109 % dan daya 0,716 W susunan seri menghasilkan efisiensi total
ix
DAFTAR ISI
TITLE PAGE ... i
HALAMAN PENGESAHAN ... ii
DAFTAR DEWAN PENGUJI ... iii
LEMBAR PERNYATAAN ... iv
LEMBAR PERNYATAAN PUBLIKASI ... v
KATA PENGANTAR ... vi
INTISARI ... vii
DAFTAR ISI ... viii
DAFTAR GAMBAR ... xi
DAFTAR TABEL ... xiii
BAB I PENDAHULUAN 1.1Latar Belakang ... 1
1.2Perumusan Masalah ... 2
1.3Tujuan Penelitian ... 3
1.4Manfaat Penelitian ... 3
1.5Batasan Masalah ... 4
ix
2.2 Perhitungan Pada Termoelektrik ... 7
x
2.2.2 Perhitungan Pada Rangkaian Termoelektrik ... 12
2.3 Perhitungan Pada Radiasi Surya ... 13
2.4 Perhitungan Pada Kolektor ... 14
2.5 Perhitungan Efisiensi Alat Penelitian ... 16
BAB III METODE PELAKSANAAN PENELITIAN 3.1 Skema Alat ... 17
3.2 Peralatan Penelitian ... 18
3.3 Langkah Penelitian ... 19
3.3.1 Pembuatan Alat ... 19
3.3.2 Pelaksanaan Penelitian ... 20
3.3.3 Pengolahan dan Analisa Data ... 21
3.4 Parameter yang Diukur ... 21
BAB IV HASIL PENGAMBILAN DATA 4.1 Data Penelitian Susunan Seri ... 22
4.2 Data Penelitian Susunan Seri-Paralel ... 24
BAB V ANALISA PENELITIAN 5.1 Perhitungan ... 26
5.2 Grafik Karakteristik Modul Termoelektrik ... 39
5.3 Pembahasan ... 47
BAB VI PENUTUP 6.1 Kesimpulan ... 50
xi
DAFTAR PUSTAKA ... 52
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Pembangkit energi listrik termoelektrik ... 5
Gambar 2.2 Cara kerja termoelektrik ... 7
Gambar 2.3 Modul termoelektrik yang terangkai seri dan paralel... 12
Gambar 2.4 Bagian-bagian kolektor datar ... 15
Gambar 3.1. Skema alat penelitian ... 17
Gambar 3.2. Detil pemasangan pembangkit listrik termoelektrik ... 19
Gambar 5.1 Grafik hubungan arus generator (Io) dengan temperatur sisi panas (TH) pada susunan seri dan seri-paralel ... 39
Gambar 5.2 Grafik hubungan tegangan generator (Vo) dengan temperatur sisi panas (TH) pada susunan seri dan seri-paralel ... 40
Gambar 5.3 Grafik hubungan daya generator (Po) dengan temperatur sisi panas (TH) pada susunan seri dan seri-paralel ... 40
Gambar 5.4 Grafik hubungan efisiensi generator (ηG) dengan temperatur sisi panas (TH) pada susunan seri dan seri-paralel ... 41
Gambar 5.5 Grafik hubungan efisiensi total (ηtotal) dengan temperatur sisi panas (TH) pada susunan seri dan seri-paralel ... 41
xiii
Gambar 5.7 Grafik hubungan tegangan generator (Vo) dengan temperatur
sisi dingin (TC) pada susunan seri dan seri-paralel ... 42
Gambar 5.8 Grafik hubungan daya generator (Po) dengan temperatur
sisi dingin (TC) pada susunan seri dan seri-paralel ... 43
Gambar 5.9 Grafik hubungan efisiensi generator (ηG) dengan temperatur
sisi dingin (TC) pada susunan seri dan seri-paralel ... 43
Gambar 5.10 Grafik hubungan efisiensi total (ηtotal) dengan temperatur
sisi dingin (TC) pada susunan seri dan seri-paralel ... 44
Gambar 5.11 Grafik hubungan arus generator (Io) dengan selisih
temperatur (∆T) pada susunan seri dan seri-paralel ... 44
Gambar 5.12 Grafik hubungan tegangan generator (Vo) dengan selisih
temperatur (∆T) pada susunan seri dan seri-paralel ... 45
Gambar 5.13 Grafik hubungan daya generator (Po) dengan selisih
temperatur (∆T) pada susunan seri dan seri-paralel ... 45
Gambar 5.14 Grafik hubungan efisiensi generator (ηG) dengan selisih
temperatur (∆T) pada susunan seri dan seri-paralel ... 46
Gambar 5.15 Grafik hubungan efisiensi total (ηtotal) dengan selisih
xiiii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Data hasil pengukuran untuk termoelektrik susunan seri ... 24
Tabel 4.2 Data hasil pengukuran untuk termoelektrik susunan seri-paralel ... 26
Tabel 5.1 Hasil perhitungan koefisien Seebeck, tahanan termal dan konduktansi
termal variasi rangkaian seri termoelektrik ... 36
Tabel 5.2 Hasil perhitungan efisiensi kolektor dan efisiensi total variasi
pemasangan termoelektrik secara seri ... 37
Tabel 5.3 Hasil perhitungan koefisien Seebeck, tahanan termal dan konduktansi
termal variasi rangkaian seri-paralel termoelektrik... 38
Tabel 5.4 Hasil perhitungan efisiensi kolektor dan efisiensi total variasi
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Energi listrik memegang peranan penting dalam kehidupan manusia
sehari-hari, hampir semua aktivitas manusia saat ini sangat tergantung pada energi
ini baik di industri, rumah tangga, kantor-kantor, hotel, dan sebagainya. Di daerah
perkotaan dan desa-desa yang sudah maju energi listrik amat mudah didapatkan
tetapi di daerah-daerah terpencil yang belum terdapat jaringan listrik, energi listrik
tidak mudah didapatkan atau bahkan tidak tersedia.
Banyak penelitian dan pengembangan teknologi dilakukan untuk mencari
pembangkit energi listrik alternatif guna memenuhi kebutuhan energi listrik di
daerah-daerah terpencil yang belum terjangkau jaringan listrik. Selain itu
penelitian mencari pembangkit energi listrik alternatif ini dilakukan secara
intensif terutama sejak krisis energi (1973) yang bertujuan mengantisipasi
habisnya sumber energi alam yang tidak terbarukan seperti bahan bakar minyak
yang saat ini merupakan salah satu sumber pembangkit energi listrik.
Sumber alam yang terbarukan dan tersedia di daerah seperti energi surya,
angin, air, panas bumi, biomassa, dan sebagainya menjadi perhatian para peneliti
untuk dimanfaatkan dan dikembangkan menjadi sumber pembangkit energi listrik
mengkonversikan panas menjadi energi listrik, panas yang diperlukan dapat berasal dari surya, uap atau panas buangan suatu proses produksi.
Pada prinsipnya termoelektrik mengkonversi panas menjadi listrik berdasarkan efek Seebeck. Metode ini sangat sesuai terutama jika sumber panasnya mempunyai temperatur di bawah 500 K. Pada umumnya termoelektrik digunakan sebagai pendingin atau pemanas sehingga literatur tentang penggunaan termoelektrik sebagai pembangkit energi listrik belum banyak.
1.2 Perumusan Masalah
Penggunaan termoelektrik sebagai salah satu cara alternatif pembangkit energi listrik dapat menjadi jawaban untuk memenuhi kebutuhan energi listrik terutama di daerah terpencil seperti yang banyak terdapat di Indonesia. Hal ini disebabkan termoelektrik dapat mengkonversikan panas dari energi surya menjadi energi listrik. Tetapi energi surya hanya tersedia pada pagi sampai sore dengan jumlah yang tidak konstan karena sangat tergantung pada cuaca.
3
dilakukan walaupun cuaca mendung atau pada malam hari. Selain itu peralatan termoelektrik dapat diletakkan di dalam rumah sehingga terlindung dari cuaca.
Penelitian ini mengamati karakteristik (unjuk kerja dan batasan operasional yang ada) termoelektrik yang ada di pasaran di Yogyakarta jika digunakan sebagai pembangkit energi listrik menggunakan sumber panas energi surya dengan menggunakan kolektor termal pelat datar.
1.3 Tujuan Penelitian
Tujuan yang ingin dicapai oleh peneliti yaitu :
1. Menjajagi kemungkinan penggunaan termoelektrik sebagai pembangkit energi listrik dengan energi surya.
2. Membuat model pembangkit energi listrik tenaga surya dengan menggunakan termoelektrik.
3. Mengamati karakteristik (unjuk kerja dan batasan kondisi operasi) termoelektrik sebagai pembangkit listrik energi surya.
1.4 Manfaat Penelitian
Manfaat yang dapat diperoleh dari penelitian ini :
2. Dapat dikembangkan untuk membuat prototipe pembangkit listrik energi surya dengan termoelektrik yang sesuai dengan kondisi daerah terpencil yang ada di Indonesia.
3. Menambah kepustakaan teknologi pembangkit listrik alternatif menggunakan termoelektrik.
1.5Batasan Penelitian
Batasan penelitian karakteristik termoelektrik pembangkit listrik tenaga surya dengan pendingin air adalah
1. kateristik termoelektrik yang diamati adalah effisiensi keseluruhan pada model pembangkit listrik tenaga surya.
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Prinsip Kerja Termoelektrik
Modul termoelektrik berbahan dasar bismuth telluride umumnya
digunakan untuk pendinginan dengan arus listrik DC sebagai masukkannya.
Dengan modul termoelektrik yang sama tetapi penggunaannya yang dibalik yakni
masukkannya bukan arus listrik DC tetapi justru energi panas maka dimungkinkan
untuk membangkitkan daya listrik. Skema modul termoelektrik untuk pembangkit
energi listrik dapat dilihat pada gambar 2.1.
Gambar 2.1 Pembangkit energi listrik termoelektrik
Di dalam sebuah termoelektrik terdapat banyak pembawa bebas muatan dan panas.
Prinsip kerja termoelektrik lebih mudah dijelaskan dengan menggunakan sebuah
kotak berisi gas partikel bermuatan. Pada sisi kotak ditempel pada permukaan yang
panas dan sisi bersebelahan pada permukaan dingin. Molekul di sisi panas akan
bergerak lebih cepat dibanding sisi dingin. Molekul panas yang lebih cepat akan
menyebar lebih lanjut dibanding molekul dingin sehingga akan terbangun molekul
dengan kerapatan tinggi di sisi dingin. Perbedaan kerapatan akan menyebabkan
molekul berdifusi kembali ke sisi panas. Dalam keadaan steadi, secara persis efek
dari perbedaan kerapatan berbanding terbalik dengan perbedaan temperatur sehingga
tidak ada aliran molekul. Termoelektrik terdapat molekul-molekul bermuatan maka
bangunan muatan pada sisi dingin juga akan menghasilkan pulsa gaya elektrostatik
(tegangan listrik) untuk mendorong muatan balik ke sisi panas. Tegangan listrik
dihasilkan oleh perbedaan temperatur dikenal sebagai Efek Seebeck dan secara
perbandingan konstan dinamakan koefisien Seebeck. Oleh karena itu, pembawa bebas
semikonduktor tipe n akan memproduksi potensial negatif pada sisi dingin dan
potensial potensial positif pada sisi panas sehingga elektron akan bergerak dari
potensial positif ke negatif, sedangkan pembawa bebas semikonduktor tipe p
7
Gambar 2.2 Cara kerja termoelektrik
(sumber : www.PELTIER-INFO.com)
2.2 Parameter - parameter pada Termoelektrik
Harga-harga koefesien Seebeck (SM), tahanan listrik (RM), dan
konduktansi termal (KM) pada modul termoelektrik tergantung dari temperatur
dan harga-harganya dapat dihitung dengan persamaan (berlaku untuk kisar
temperatur –100OC sampai +150OC) :
• Koefisien Seebeck (Buist, halaman 4):
4 T s
3 T s
2 T s T s S
atau S
4 4 3 3 2 2 1 MTC
MTH = + + + (1)
dengan :
SMTH : koefisien Seebeck modul pada sisi panas TH (V/K)
SMTC : koefisien Seebeck modul pada sisi dingin TC (V/K)
Koefisien untuk modul dengan 71 pasang semikonduktor dan arus 6 amper :
s1 = 1,3345 x 10-2, s2 = - 5,37574 x 10-5 , s3 = 7,42731 x 10-7, s4 = - 1,27141 x 10-9
• Tahanan listrik modul termoelektrik (Buist, halaman 5):
4 T r 3 T r 2 T r T r R atau R 4 4 3 3 2 2 1 MTC
MTH = + + + (3)
RM = (RMTH - RMTC) / DT (4)
dengan :
RM : tahanan listrik modul (ohm)
T : temperatur rata-rata modul (K)
RMTH : tahanan listrik modul pada sisi panas TH (ohm)
RMTC : tahanan listrik modul pada sisi dingin TC (ohm)
Koefisien untuk modul dengan 71 pasang semikonduktor dan arus 6 amper :
r1 = 2,08317, r2 = - 1,98763 x 10-2 , r3 = 8,53832 x 10-5, r4 = - 9,03143 x 10-8
• Konduktansi termal modul (Buist, halaman 5):
4 T k 3 T k 2 T k T k K atau K 4 4 3 3 2 2 1 MTC
MTH = + + + (5)
KM = (KMTH - KMTC) / DT (6)
9
KM : konduktansi termal modul (W/K)
T : temperatur rata-rata modul (K)
KMTH : konduktansi termal modul pada sisi panas TH (W/K)
KMTC : konduktansi termal modul pada sisi dingin TC (W/K)
Koefisien untuk modul dengan 71 pasang semikonduktor dan arus 6 amper :
k1= 4,76218x10-1 , k2 = -3,89821x10-6, k3= -8,64864x10-6 , k4= 2,20869x10-8
Untuk modul termoelektrik dengan jumlah semikonduktor dan arus selain
71 pasang dan 6 amper maka harga SM, RM, dan KM diatas harus dikonversi
dengan menggunakan persamaan-persamaan berikut (Buist, halaman 6):
71 N x S
Snew = M new (7)
71 N x I
6 x R
R new
new M
new = (8)
71 N x 6 I x K
Knew = M new new (9)
dengan :
Snew : koefisien Seebeck untuk modul yang baru (V/K)
Rnew : tahanan listrik untuk modul yang baru (Ω)
Knew : konduktansi termal untuk modul yang baru (W/K)
Nnew : jumlah pasangan semikonduktor untuk modul yang baru
Perhitungan daya keluaran dan efisiensi pada termoelektrik dapat dihitung
tergantung pada jumlah termoelektrik yaitu satu termoelektrik dan beberapa
termoelektrik.
2.2.1 Termoelektrik Tunggal
Pada keadaan tanpa beban (RL) tegangan open circuit adalah
V = S x DT (10)
dengan :
V : tegangan keluaran dari termoelektrik (generator) (V)
S : koefisien Seebeck rata-rata (V/K)
DT : beda temperatur sisi panas dan sisi dingin (K) = TH – TC
Pada saat beban dihubungkan tegangan keluaran turun dan karena adanya
tahanan dalam generator. Arus yang melalui beban dapat dihitung dengan
persamaan (Duffie, halaman 22) :
L C R
R DT x S I
+
= (11)
dengan :
I : arus keluaran generator (A)
RC : tahanan dalam rata-rata termoelektrik (ohm)
RL : tahanan beban (ohm)
Total masukkan energi panas (QH) dapat dihitung dengan menggunakan
11
QH = (S x TH x I) – (0,5 x I2 x RC) + (KC x DT) (12)
dengan :
QH : masukkan energi panas (watt)
KC : konduktansi termal termoelektrik (W/K)
TH : temperatur sisi panas termoelektrik (K)
Efisiensi generator (ηG) dapat dihitung dengan menggunakan persamaan (Duffie,
halaman 26): H G Q I x V =
η (13)
Persamaan di atas berlaku untuk sepasang semikonduktor dalam sebuah
modul termoelektrik tetapi karena sebuah modul termoelektrik terdiri dari
sejumlah pasangan semikonduktor maka persanaan-persamaan di atas harus
disesuaikan dengan keadaan sebenarnya sebagai berikut (Duffie, halaman 30):
VO = SM x DT = I x (RM + RL) (14)
dengan :
VO : tegangan keluaran generator (V)
SM : koefisien Seebeck rata-rata modul termoelektrik (V/K)
RM : tahanan rata-rata modul termoelektrik (ohm)
Daya keluaran modul termoelektrik (PO) dapat dihitung dengan menggunakan
persamaan (Duffie, halaman 37) :
2 L M M L O R R DT x S x R P ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎣ ⎡ +
2.2.2 Rangkaian Termoelektrik
Pada pemakaiannya generator termoelektrik terdiri dari beberapa modul yang
terhubung seri atau pararel, seperti dapat dilihat pada gambar 2.3.
Gambar 2.3 Modul termoelektrik yang terangkai seri dan paralel
Satu rangkaian seri terdiri atas NS modul dan satu rangkaian paralel terdiri atas NP
modul, total modul NT dapat dihitung dengan persamaan (Duffie, halaman 32):
NT = NS x NP (16)
Arus (I) dalam Amper yang melewati tahanan beban RL dapat dihitung dengan
persamaan (Duffie, halaman 34) :
L M M R NP R x NS DT x S x NS I +
= (17)
Tegangan keluaran generator (VO) dalam Volt dapat dihitung dengan persamaan
(Duffie, halaman 36) :
⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + = 2 L M M L O R NP R x NS DT x S x NS x R
13
Daya keluaran generator (PO) dalam watt dapat dihitung dengan persamaan
(Duffie, halaman 37):
(
)
M 2 M O O R x 4 DT x S x NT I x VP = = (19)
Total energi panas masuk ke generator QH dalam watt dapat dihitung dengan
persamaan (Buist, halaman 8):
⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + ⎥⎦ ⎤ ⎢⎣ ⎡ −
= x R K x DT
NP I x 0,5 NP I x T x S x NT
Q M M
2 H
M
H (20)
Efisiensi generator (ηG) dapat dihitung dengan persamaan (Buist, halaman 10):
% 0 10 x Q P H O G =
η (21)
2.3 Radiasi Surya yang datang
Pengukuran radiasi matahari dengan menggunakan sel surya tidak bisa
langsung diukur tetapi berupa tegangan keluaran dari sel surya (VG). Oleh karena
itu tegangan keluaran diubah menjadi arus (IG). Arus sel surya dapat dihitung
dengan persamaan :
G G G
R V
I = (22)
Dengan :
Radiasi yang datang yang dihitung dengan persamaan (23) dan mengukur
arus pada sel surya (buku panduan alat):
1000 x 4 , 0
I
G = G (23)
2.4 Efisiensi Kolektor
Efisiensi kolektor termal surya sangat menentukan unjuk kerja secara
keseluruhan pembangkit listrik dan bagian-bagian kolektor pelat datar yang
terlihat pada gambar 2.4. Efisiensi kolektor merupakan fungsi temperatur fluida
kerja masuk kolektor, temperatur lingkungan dan radiasi matahari. Efisiensi
kolektor dapat dinyatakan dengan persamaan (Arismunandar, halaman 68):
( )
⎟⎠ ⎞ ⎜
⎝
⎛ −
− τα =
η
G T T U F
FR R L i a (24)
dengan :
FR : faktor pelepasan panas
G : radiasi yang datang (W/m2)
Ta : temperatur sekitar (K)
Ti : temperatur fluida kerja masuk kolektor (K)
UL : koefisien kerugian (W/(m2.K))
15
Gambar 2.4 Bagian-bagian kolektor datar
Faktor pelepasan panas kolektor (FR) dihitung dengan persamaan (Arismunandar,
halaman 218):
(
)
(
)
[
L i a]
C
i O PF F .
R
T T U ) ( G A
T T C . m F
− −
τα
−
= (25)
dengan :
AC : luasan kolektor (m2)
CPF : panas jenis fluida kerja (J/(kg.K))
G : radiasi yang datang (W/m2)
mF : massa fluida kerja dalam pipa di kolektor (kg)
Ta : temperatur sekitar (K)
Ti : temperatur fluida kerja masuk kolektor (K)
TO : temperatur fluida kerja keluar kolektor (K)
UL : koefisien kerugian (W/(m2.K) ≈ 8 W/(m2.K)
2.5 Perhitungan Efisiensi Alat Penelitian
Efisiensi secara keseluruhan (ηTOTAL) dapat dihitung dengan persamaan :
η η =
17
BAB III
METODE PELAKSANAAN PENELITIAN
3.1 Skema Alat
Gambar 3.1. Skema alat penelitian
Keterangan :
Ti : Temperatur fluida masuk kolektor.
To : Temperatur fluida keluar kolektor.
Ta : Temperatur lingkungan.
Th : Temperatur sisi panas termoelektrik.
Peralatan-peralatan yang terdapat pada penelitian terlihat pada gambar 3.1 dan
detil pembangkit listrik termoelektrik dapat ditunjukkan pada gambar 3.2 :
Gambar 3.2. Detil pemasangan pembangkit listrik termoelektrik
3.2
Peralatan Penelitian
Peralatan-peralatan yang digunakan saat penelitian sebagai berikut :
• Termoelektrik dengan seri TEC1-12706 sebanyak 20 buah
• Kolektor plat datar pipa paralel
• Tangki penyimpan panas
• Tangki pendingin termoelektrik dan tangki suplai air
• Penampil termokopel dan termokopel
• Multitester
• Hambatan 10 ohm dan 2 ohm
• Tangki ekspansi
• Pompa
19
3.3 Langkah Penelitian
Jalannya penelitian yang dilakukan dengan 3 tahap yaitu pembuatan alat,
pelaksanaan penelitian, pengolahan dan analisa data. Langkah-langkah pada tiap
tahap sebagai berikut :
3.3.1 Pembuatan Alat
Sebelum pembuatan alat, penelitian diawali dengan konsultasi pembuatan
alat, survei termoelektrik dan survei harga termokopel. Setelah melakukan survei
maka peralatan dan perlengkapan dipersiapkan. Kolektor plat datar tidak dibuat
dalam penelitian tetapi meminjam dari laboratorium mekanika fluida. Pembuatan
alat penelitian dapat dilakukan dengan langkah-langkah sebagai berikut :
1. Perancangan dan pembuatan tangki penyimpan panas.
2. Pengisolasian tangki penyimpan panas.
3. Perancangan dan pembuatan rangka.
4. Perancangan dan pembuatan tangki pendingin air.
5. Pemasangan tangki penyimpan panas dan kolektor plat datar
pada rangka.
6. Pemasangan selang, pipa ekspansi dan termoelektrik.
3.3.2 Pelaksanaan Penelitian
Sebelum ujicoba maka perlu pengisian fluida pada alat. Fluida yang
digunakan adalah minyak goreng. Penelitian dilakukan dengan langkah-langkah
sebagai berikut :
1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti pada gambar 3.1.
2. Pengambilan data dilakukan dengan mevariasikan susunan yaitu
susunan paralel pada 20 buah termoelektrik.
3. Variasi susunan dilakukan pengambilan data sebanyak 19 data tiap
10 menit.
4. Data yang dicatat adalah temperatur sisi panas termoelektrik,
temperatur sisi dingin termoelektrik, arus keluaran, tegangan keluaran,
temperatur udara sekitar, temperatur fluida kerja masuk kolektor,
temperatur fluida kerja keluar kolektor, radiasi surya yang datang pada
permukaan kolektor dan waktu. Pengukuran temperatur digunakan
termokopel dan pengukuran radiasi surya digunakan sel surya yang
telah dikalibrasi.
5. Sebelum melanjutkan pengambilan data untuk variasi berikutnya
kondisi alat harus didiamkan agar kembali ke kondisi awal sebelum
dilakukan penelitian
6. Penelitian dilanjutkan dengan variasi susunan termoelektrik
21
3.3.3 Pengolahan dan Analisa Data
Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada
parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (1)
sampai dengan persamaan (26). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan
membuat grafik hubungan arus (IO), tegangan (VO), daya (PO), efisiensi generator
(ηG) dan efisiensi total (ηtotal) dengan TH, TC dan ∆T.
3.4 Parameter yang Diukur
Data-data penelitian yang diperlukan dalam pengolahan dan analisa
dengan mengukur parameter-parameter sebagai berikut :
• TH : temperatur sisi panas termoelektrik
• TC : temperatur sisi dingin termoelektrik
• IO : arus keluaran
• VO : tegangan keluaran
• Ta : temperatur udara sekitar
• Ti : temperatur fluida kerja masuk kolektor
• TO : temperatur fluida kerja keluar kolektor
22
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Data Penelitian Susunan seri
Penelitian karakteristik termoelektrik dengan susunan seri dilaksanakan
dengan keterangan sebagai berikut :
Tanggal : 08 Agustus 2007
Tempat Percobaan : Depan Laboratorium Konversi Energi,
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
Jam : 11:00
Lama percobaan : 3 jam
Jenis kolektor : pelat datar pipa paralel
Kemiringan kolektor : 60o
Luasan kolektor : 0,6 m2
Termoelektrik yang digunakan : TEC-12706
Jumlah termoelektrik pada rangkaian : Seri 1 buah dan paralel 20 buah
Tahanan beban (Resistor) : 2 ohm
Hasil pengambilan data variasi susunan termoelektrik secara seri dapat dilihat
23
Tabel 4.1 Data hasil pengukuran untuk termoelektrik susunan seri
Jam TH (OC)
TC
(OC)
VO
(volt)
IO
(amper)
Ta (OC)
Ti (OC)
TO
(OC)
VG
(volt)
TAtas
(OC) 11:00 45,1 32,5 0,0267 0,1105 30 44,4 82,2 3,75 75,6 11:10 46,1 31,6 0,0302 0,1271 31,5 47,1 90,0 3,66 74,6 11:20 46,2 31,9 0,0340 0,1254 28,4 44,5 86,9 3,91 78,6 11:30 46,9 30,7 0,0370 0,1420 30,2 46,6 88,1 4,00 77,0 11:40 47,0 29,8 0,0320 0,1509 33,2 46,2 83,5 3,43 75,8 11:50 45,6 32,0 0,0288 0,1193 29,7 45,5 79,0 3,68 70,3 12:00 49,0 33,2 0,0345 0,1383 31,0 49,2 88,0 4,00 78,1 12:10 49,6 38,0 0,0335 0,1013 32,2 47,5 78,5 3,96 78.0 12:20 50,0 36,7 0,0313 0,1162 30,0 45,1 77,5 0,69 79,0 12:30 48,5 38,0 0,0264 0,0917 30,0 44,6 73,8 0,58 72,1 12:40 46,8 35,7 0,0232 0,0972 32,4 46,3 72,3 3,00 65,6 12:50 44,0 37,5 0,0187 0,0569 32,0 47,2 72,1 3,55 65,9 13:00 44,4 37,0 0,0195 0,0648 35,0 47,6 75,8 3,26 68,7 13:10 43,5 33,5 0,0191 0,0877 30,0 45,2 72,9 1,32 70,5 13:20 44,1 37,5 0,0191 0,0578 30,0 43,2 65,1 0,66 68,4 13:30 42,4 36,9 0,0158 0,0482 30,0 43,0 63,5 1,35 59,7 13:40 41,8 37,3 0,0134 0,0394 30,4 41,5 58,0 0,72 57,9 13:50 41,9 38,4 0,0109 0,0307 32,0 41,1 57,1 0,81 55,1 14:00 39,2 35 0,0086 0,0369 33,1 40,0 56,4 2,62 50,7
* TAtas : Temperatur fluida minyak goreng pada selang aliran minyak goreng
4.2 Data Penelitian Susunan Seri-Paralel
Penelitian karakteristik termoelektrik dengan susunan seri-paralel dilaksanakan
dengan keterangan sebagai berikut :
Tanggal : 7 Agustus 2007
Tempat Percobaan : Depan Laboratorium Konversi Energi,
Universitas Sanata Dharma Yogyakarta
Jam : 11:00
Lama percobaan : 3 jam
Jenis kolektor : pelat datar pipa paralel
Kemiringan kolektor : 60o
Luasan kolektor : 0,6 m2
Termoelektrik yang digunakan : TEC-12706
Jumlah termoelektrik pada rangkaian : Seri 10 buah dan paralel 2 buah
Tahanan beban (Resistor) : 2 ohm
Hasil pengambilan data variasi rangkaian termoelektrik secara seri-paralel dapat
25
Tabel 4.2 Data hasil pengukuran untuk termoelektrik susunan seri-paralel
Jam TH (OC)
TC
(OC)
VO
(volt)
IO
(amper)
Ta (OC)
Ti (OC)
TO
(OC)
VG
(volt)
TAtas
(OC) 11:00 44,5 34,8 0,0208 0,0103 28,6 45,3 89,5 3,52 81,4 11:10 46,0 30,6 0,0206 0,0103 32,5 49,8 90,1 3,46 80,2 11:20 45,0 35,9 0,0209 0,0102 30,1 50,7 90,0 3,42 80,4 11:30 41,6 32,0 0,0206 0,0103 29,1 51,4 86,9 3,44 80,8 11:40 46,5 36,1 0,0210 0,0105 31,5 50,6 89,3 3,46 82,4 11:50 44,2 31,3 0,0224 0,0112 29,0 51,8 88,3 3,38 81,9 12:00 48,8 36,6 0,0219 0,0110 29,1 52,2 89,6 3,39 82,4 12:10 49,4 31,7 0,0205 0,0103 27,2 53 90,1 3,16 81,8 12:20 48,5 40,3 0,0179 0,0091 30,0 50,3 85,8 3,27 81,0 12:30 50,4 38,6 0,0191 0,0096 29,5 52,3 88,5 3,30 81,9 12:40 49,7 39,1 0,0188 0,0094 31,0 51,9 85,5 3,07 81,7 12:50 48,8 38,0 0,0180 0,0090 29,0 51,2 85,7 2,63 81,4 13:00 47,5 41,3 0,0161 0,0081 31,9 44,5 68,5 1,60 74,5 13:10 46,5 37,9 0,0119 0,0060 33,4 48,2 73,3 2,92 63,8 13:20 43,3 35,5 0,0101 0,0051 28,7 48,1 73,3 2,75 65,1 13:30 46,5 37,0 0,0091 0,0045 32,2 49,2 70,8 2,55 69,7 13:40 45,7 36,5 0,0093 0,0047 29,3 48,9 75,1 2,63 69,8 13:50 47,9 36,3 0,0125 0,0063 31,2 49,6 77,3 2,40 74,2 14:00 47,8 39,8 0,0208 0,0061 30,4 44,2 66,3 0,53 72,2
* TAtas : Temperatur fluida minyak goreng pada selang aliran minyak goreng
26
BAB V
ANALISA PENELITIAN
5.1 Perhitungan
Berdasarkan data pertama pada variasi pemasangan termoelektrik secara
paralel, maka didapatkan :
1. Beda temperatur sisi panas dan sisi dingin (∆T)
∆T = TH – TC
= 318,1 - 305.5
= 12,6 K
2. Koefisien Seebeck (Sm)
Koefisien Seebeck dapat dihitung dengan persamaan (1) dan (2):
SMTH 4 T s 3 T s 2 T s T s 4 4 3 3 2 2
1 + + +
= = + + + 3 .318,1 7,42731.10 2 .318,1 5,37574.10 -.318,1 1,3345.10 3 -7 2 -5 2 4 .318,1 1,27141.10
- -9 4
27 4 T s 3 T s 2 T s T s S 4 4 3 3 2 2 1
MTC = + + +
= + + + 3 5 , 05 .3 7,42731.10 2 5 , 05 .3 5,37574.10 -.305.5 1,3345.10 3 -7 2 -5 2 - 4 5 , 05 .3 1,27141.10
- -9 4
= 5,85 V/K
SM = (SMTh - SMTc) / DT
= (6,24 - 5,85)/12,6 = 0,03 V/K
3. Koefisien Seebeck untuk jumlah modul yang dipakai (Snew)
Modul termoelektrik dengan jumlah semikonduktor 127 pasang dan arus 6 ampere maka harga S dikonversi menjadi M Snew dengan menggunakan persamaan (7) :
new S 71 N x S new M = 71 127 x 0,03 =
4. Tahanan listrik (Rm)
Tahanan listrik dapat dihitung dengan persamaan (3) dan (4) :
RMTH 4 T r 3 T r 2 T r T r 4 4 3 3 2 2
1 + + +
= = + + + 3 .318,1 8,53832.10 2 .318,1 1,98763.10 -8,1 2,08317.31 3 -5 2 -2 4 .318,1 9,03143.10
- -8 4
= 341,94 ohm
RMTC 4 T r 3 T r 2 T r T r 4 4 3 3 2 2
1 + + +
= = + + + 3 .305.5 8,53832.10 2 .305.5 1,98763.10 -5.5 2,08317.30 3 -5 2 -2 4 .305.5 9,03143.10
- -8 4
= 323,7 ohm RM = (RMTh -RMTc) / DT
= (341,94 – 323,7) / 12,6
29
5. Tahanan listrik untuk jumlah modul yang dipakai (Rnew)
Modul termoelektrik dengan jumlah semikonduktor 127 pasang dan arus 6 ampere maka harga RMdikonversi menjadi Rnew dengan menggunakan persamaan (8) :
= new R 71 N x I 6 x R new new M = 71 127 x 6 6 x 1,447
= 2,588 ohm
6. Konduktansi termal (Km)
Konduktansi termal dapat dihitung dengan persamaan (5) dan (6):
KMTH =
4 T k 3 T k 2 T k T k 4 4 3 3 2 2
1 + + +
= + + + 3 .318,1 8,64864.10 -2 .318,1 3,89821.10 -.318,1 4,76218.10 3 -6 2 -6 1 - 4 .318,1 2,20869.10-8 4
MTC
K =
4 T k 3 T k 2 T k T k 4 4 3 3 2 2
1 + + +
= + + + 3 .305.5 8,64864.10 -2 .305.5 3,89821.10 -.305.5 4,76218.10 3 -6 2 -6 1 - 4 .305.5 2,20869.10-8 4
= 111,188 W/K 145,47+(- 0,182)+(-82,19)+ 48,09 = 111,188 KM = (KMTH - KMTC) / DT
=(115,033 ‐111,188) / 12,6
= 0,305 W/K
7. Konduktansi termal (Km)
Modul termoelektrik dengan jumlah semikonduktor 127 pasang dan arus 6 ampere maka harga KMdikonversi menjadi Knew dengan menggunakan persamaan (9) :
new K = 71 N x 6 I x
K new new
M = 71 127 x 6 6 x 0,305
31
8. Total modul
Satu rangkaian seri terdiri atas NS 1 modul dan NP 20 modul, total modul NT
dapat dihitung dengan persamaan (16) :
NT = NS x NP
= 1 x 20
= 20
9. Arus keluaran generator (I)
Arus yang melewati tahanan beban RL dapat dihitung dengan persamaan (17) :
A x x x R NP R x NS DT x S x NS I L M M 32 , 0 2 20 2,588 1 6 , 2 1 0,054 1 = + = + =
10.Tegangan keluaran generator (VO)
Tegangan keluaran generator dapat dihitung dengan persamaan (18) :
V 329 , 0 2 20 2,588 1 12,6 0,054 1 2 2 = ⎥ ⎥ ⎥ ⎥ ⎦ ⎤ ⎢ ⎢ ⎢ ⎢ ⎣ ⎡ + = x x x x
11.Daya keluaran generator (PO)
Daya keluaran generator dapat dihitung dengan persamaan (19) :
(
)
(
)
Watt 89 , 0 2,588 x 4 12,6 x 0,054 x 20 R x 4 DT x S x NT 2 M 2 M = = = O P12.Total energi panas masuk ke generator (QH)
33
13.Efisiensi generator (ηG)
Efisiensi generator dapat dihitung dengan persamaan (21) :
% 62 , 0 % 0 10 x 142,83 0,89 % 0 10 x Q P H O = = = G η
14.Radiasi matahari (G)
Radiasi matahari yang datang dapat dihitung menggunakan persamaan (22) dan (23) :
2 W/m 5 , 937 1000 4 , 0 375 , 0 1000 4 , 0 = = = x x I G G A 0,375 10 75 , 3 = = = L G R V I
15.Faktor pelepasan panas kolektor (FR)
Pencarian nilai panas jenis fluida minyak goreng dapat dilihat dalam lampiran 2. Nilai Faktor transmitan-absorpan kolektor dapat dilihat pada lampiran 3. Faktor pelepasan panas kolektor dapat dihitung menggunakan persamaan (25) dengan :
• Massa fluida kerja dalam pipa di kolektor : 0,12 kg
• Luasan kolektor : 0,6 m2
• faktor transmitan-absorpan kolektor : 0,84
(
)
(
)
[
]
(
)
(
)
[
]
0,055 317,4 355,2 8 84 , 0 . 5 , 937 . 6 , 0 355,2 590,4 . 72 , 2927 . 0,0002 ) ( . . = − − − = − − − = a i L C i O PF F R T T U G A T T C m F τα16.Efisiensi kolektor (η)
Efisiensi kolektor dapat dihitung menggunakan persamaan (24) :
( )
% 3,935 % 100 5 , 937 4 , 317 355,2 . 8 . 055 , 0 84 , 0 . 055 , 0 % 100 = × ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − − = × ⎟⎟ ⎠ ⎞ ⎜⎜ ⎝ ⎛ ⎟ ⎠ ⎞ ⎜ ⎝ ⎛ − − = G T T U FF i a
L R R τα η
17.Efisiensi total (ηTOTAL)
Efisiensi secara keseluruhan dapat dihitung dengan persamaan (26) :
% 0013 , 0 % 3.935 % 0336 . 0 x = = = x G
TOTAL η η
η
35
Tabel 5.1 Hasil perhitungan koefisien Seebeck, tahanan termal dan konduktansi termal variasi rangkaian seri termoelektrik
Jam DT I VO PO QH ηG IG G
2 FR η ηtotal
11:00 12,6 0,2532 0,506 0,128 147,667 0,087 0,375 937,5 0,055 3,935 0,003 11:10 14,5 0,2914 0,583 0,170 170,012 0,100 0,366 915,0 0,065 4,576 0,005 11:20 14,3 0,2871 0,574 0,165 167,827 0,098 0,391 977,5 0,060 4,233 0,004 11:30 16,2 0,3256 0,651 0,212 189,937 0,112 0,400 10000 0,057 4,050 0,005 11:40 17,2 0,3461 0,692 0,240 201,295 0,119 0,343 857,5 0,059 4,245 0,005 11:50 13,6 0,2733 0,547 0,149 159,404 0,094 0,368 920,0 0,051 3,554 0,003 12:00 15,8 0,3150 0,630 0,199 187,352 0,106 0,400 1000,0 0,055 3,787 0,004 12:10 11,6 0,2292 0,458 0,105 139,365 0,075 0,396 990,0 0,043 3,056 0,002 12:20 13,3 0,2632 0,526 0,139 159,453 0,087 0,069 172,5 1,312 18,330 0,016 12:30 10,5 0,2079 0,416 0,086 125,785 0,069 0,058 145,0 5,699 19,653 0,014 12:40 11,1 0,2212 0,442 0,098 131,651 0,074 0,300 750,0 0,049 3,383 0,003 12:50 6,5 0,1298 0,260 0,034 76,871 0,044 0,355 887,5 0,039 2,738 0,001 13:00 7,4 0,1478 0,296 0,044 87,499 0,050 0,326 815,0 0,047 3,377 0,002 13:10 10 0,2012 0,402 0,081 116,994 0,069 0,132 330,0 0,174 8,192 0,006 13:20 6,6 0,1318 0,264 0,035 78,074 0,044 0,066 165,0 0,648 12,953 0,006 13:30 5,5 0,1102 0,220 0,024 64,688 0,038 0,135 337,5 0,111 5,928 0,002 13:40 4,5 0,0902 0,180 0,016 52,897 0,031 0,072 180,0 0,258 8,946 0,003 13:50 3,5 0,0700 0,140 0,010 41,262 0,024 0,081 202,5 0,160 7,711 0,002 14:00 4,2 0,0849 0,170 0,014 48,783 0,030 0,262 655,0 0,032 2,443 0,001 RATA-RATA 10,5 0,2094 0,419 0,103 123,517 0,071 0,258 644,1 0,472 6,584 0,004
37
Tabel 5.3 Hasil perhitungan koefisien Seebeck,, tahanan termal dan konduktansi termal variasi rangkaian seri-paralel termoelektrik
Jam DT (K)
I (A)
VO
(volt)
PO
(W)
QH
(W)
ηG
(%)
IG
(A)
G
(W/m2) FR
η
(%)
total
η
(%)
39
5.2 Grafik Karakteristik Modul Termoelektrik
Dari hasil perhitungan di atas maka karakteristik modul termoelektrik dapat
dilihat dengan membuat grafik hubungan arus (IO), tegangan (VO), daya (PO), efisiensi
generator (ηG) dan efisiensi total (ηtotal) dengan TH, TC dan ∆T. Grafik-grafik tersebut
dapat dilihat pada variasi rangkaian sebagai berikut :
Variasi rangkaian seri dan seri paralel
Gambar 5.1 Grafik hubungan arus generator (Io) dengan temperatur sisi panas (TH) pada
Gambar 5.2 Grafik hubungan tegangan generator (Vo) dengan temperatur sisi panas (TH)
pada susunan seri dan seri paralel.
Gambar 5.3 Grafik hubungan daya generator (Po) dengan temperatur sisi panas (TH) pada
41
Gambar 5.4 Grafik hubungan efisiensi generator (ηG) dengan temperatur sisi panas (TH)
pada susunan seri dan seri paralel.
Gambar 5.5 Grafik hubungan efisiensi total (ηtotal) dengan temperatur sisi panas (TH)
Gambar 5.6 Grafik hubungan arus generator (Io) dengan temperatur sisi dingin (TC) pada
susunan seri dan seri paralel.
Gambar 5.7 Grafik hubungan tegangan generator (Vo) dengan temperatur sisi dingin (TC)
43
Gambar 5.8 Grafik hubungan daya generator (Po) dengan temperatur sisi dingin (TC)
pada susunan seri dan seri paralel.
Gambar 5.9 Grafik hubungan efisiensi generator (ηG) dengan temperatur sisi dingin (TC)
Gambar 5.10 Grafik hubungan efisiensi total (ηtotal) dengan temperatur sisi dingin (TC)
pada susunan seri dan seri paralel.
Gambar 5.11 Grafik hubungan arus generator (Io) dengan selisih temperatur (∆T) pada
45
0.0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 1.2
5 10 15 20
ΔT, oC
VO
,
V
Seri Seri Paralel
Gambar 5.12 Grafik hubungan tegangan generator (Vo) dengan selisih temperatur (∆T)
pada susunan seri dan seri paralel.
Gambar 5.13 Grafik hubungan daya generator (Po) dengan selisih temperatur (∆T) pada
Gambar 5.14 Grafik hubungan efisiensi generator (ηG) dengan selisih temperatur (∆T)
pada susunan seri dan seri paralel.
Gambar 5.15 Grafik hubungan efisiensi total (ηtotal) dengan selisih temperatur (∆T) pada
47
5.3 Pembahasan
Unjuk kerja termoelektrik susunan seri sebagai pembangkit listrik tenaga surya
pendingin air dinyatakan dengan arus, tegangan, daya dan efisiensi yang dapat
dihasilkan. Dalam penelitian ini unjuk kerja termoelektrik susunan seri ditinjau pula
unjuk kerja susunan seri-paralel. Arus maksimal yang dapat dihasilkan susunan seri
sebesar 0.346 A, sementara susunan seri-paralel dapat menghasilkan arus 0,637 A. Arus
keluaran generator semakin besar dengan bertambahnya temperatur sisi panas (gambar
5.1) atau berkurangnya temperatur sisi dingin (gambar 5.16 ). Secara keseluruhan arus
listrik yang dapat dihasilkan oleh kedua susunan tersebut dapat dilihat pada gambar 5.11.
Gambar 5.11 menunjukkan arus pada susunan seri-paralel lebih tinggi dibandingkan
susunan seri disebabkan pada rangkaian termoelektrik. Arus keluaran generator
mengikuti persamaan 17. Dari persamaan tersebut dapat disimulasikan pengaruh jumlah
susunan seri dan paralel pada jumlah termoelektrik tertentu terhadap arus yang
dihasilkan.
Dilihat dari segi tegangan yang dihasilkan maka tegangan keluaran generator
meningkat dengan berkurangnya temperatur sisi dingin (gambar 5.7). Selain itu
bertambahnya temperatur sisi panas (gambar 5.2) dan selisih temperatur kedua sisi
termoelektrik (5.12). Gambar 5.12 menunjukkan tegangan yang dihasilkan pada susunan
Tegangan maksimum yang dicapai susunan seri sebesar 0,692 volt dan susunan
seri-paralel 1,124 volt. Tegangan pada susunan seri lebih rendah dari seri-seri-paralel disebabkan
hubungan tegangan dan sifat susunan pada termoelektrik mengikuti persamaan 18.
Penyebab lain juga berpengaruh terhadap hal ini adalah sistem pendinginan. Pada tiap
termoelektrik menghasilkan tegangan berbeda-beda yang disebabkan oleh permukaan
plat pemanas tidak merata dan panas minyak goreng tidak merata.
Daya merupakan kemampuan kerja alat untuk menghasilkan listrik. Kemampuan
alat dapat dilihat pada gambar 5.3, 5.8, 5.13. Gambar 5.8 menunjukkan daya berbanding
terbalik dengan temperatur sisi dingin. Gambar 5.3 menunjukkan daya berbanding lurus
dengan temperatur sisi panas. Demikian juga dengan gambar 5.13 menunjukan daya pada
susunan seri lebih rendah daripada seri-paralel. Daya pada susunan seri lebih rendah
daripada seri-paralel merupakan akibat dari tegangan dan arus yang dikeluarkan pada
susunan seri lebih rendah dibanding seri-paralel. Secara matematis daya adalah perkalian
antara tegangan dan arus.
Efisiensi total pada alat meningkat apabila temperatur sisi panas semakin
bertambah (gambar 5.5) atau selisih temperatur kedua sisi termoelektrik semakin besar
(gambar 5.15). Jika temperatur sisi dingin semakin besar maka efisiensi total menurun
(gambar 5.10). Perbandingan Efisiensi total pada kedua susunan termoelektrik dapat
49
Efisiensi pada termoelektrik susunan seri lebih rendah dibanding dengan susunan
paralel. Efisiensi maksimal yang dihasilkan pada susunan seri 0,0159 % dan susunan
seri-paralel 0,0109 %. Faktor-faktor yang menentukan efisiensi total termoelektrik sebagai
50
BAB VI
PENUTUP
6.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian karakteristik termoelektrik dengan susunan seri untuk
menghasilkan energi listrik dengan pendingin air maka dapat disimpulkan sebagai berikut
:
1. Termoelektrik bisa digunakan untuk pembangkit energi listrik dalam sekala
rumah tangga (apabila jumlah kapasistas termoelektrik ditambah).
2. Penelitian telah berhasil membuat model pembangkit energi listrik tenaga surya
dengan menggunakan termoelektrik
3. Arus, tegangan, daya dan efisiensi keseluruhan maksimal yang dapat dicapai oleh
alat penelitian termoelektrik penghasil listrik dengan menggunakan susunan
seri-paralel. Unjuk kerja dari termoelektrik sebagai pembangkit listrik adalah arus,
tegangan, daya, efisiensi keseluruhan maksimal yang dicapai 0,692 amper, 1,1242
volt, 0,716 watt, 0,0109 % dengan menggunakan termoelektrik susunan
51
6.2 Saran
Sebagai alat yang baru dikembangkan, alat ini meruapakan salah satu wujud
masyarakat-masyarakat di daerah terpencil yang tidak terjangkau pasokan listrik. Untuk
pengembangan alat ini dikemudian hari ada beberapa hal yang perlu diperhatikan :
1. Cara meningkatkan kapasitas termoelektrik untuk bisa digunakan sebagai
pembangkit enegi listrik pada sekala rumah tanggga dengan cara jumlah
termoelektrik ditambah.
2. Kontak permukaan pada plat aluminium harus rata supaya suhu panas maupun
dingin dari tangki penyimpan dapat merambat dengan baik ke termoelektrik.
3. Pada waktu saat mau mengisi fluida pada alat ini sebaiknya menggunakan atau
membuat katup T di saluran masuk pada kolektor sehingga tidak adanya udara
terjebak di dalam alat.
4. Tangki penyimpan panas hendaknya diisolasi dengan baik.
5. Celah antara plat aluminium dengan tangki penyimpan harus ditutup rapat dan
hindari kebocoran apabila menggunakan baut sebagai pengikat. Plat penyangga
tangki pendingin harus diisolasi supaya panas dari tangki penyimpan panas tidak
52
DAFTAR PUSTAKA
Arismunandar, W., 1995. “Teknologi Rekayasa Surya”. Jakarta : Pradnya Paramita.
Duffie, J.A.; Beckman, W.A., 1991. “Solar Engineering of Thermal Processes”, New
York : John Wiley.
Burke, E., Buist. R., (August 21-26, 1983), Thermoelectric Coolers as Power Generators,
18th Intersociety Energy Conversion Engineering Conference, Orlando, Florida.
Paul G. L. and Richard J. B., (August 26-29, 1997), Calculation of Thermoelectric Power
Generation Performance Using Finite Element Analysis, XVI International
Conference on Thermoelectrics, Dresden, Germany.
Richard J. B. and Paul G. L.,( August 26-29, 1997), Thermoelectric Power Generator
Design and Selection from TE Cooling Module Specifications, XVI International
Conference on Thermoelectrics, Dresden, Germany.
Menteri Energi Dan Sumber Daya Mineral (2003), Kebijakan Pengembangan Energi
Terbarukan Dan Konservasi Energi (Energi Hijau), Departemen Energi Dan
Sumber Daya Mineral, Jakarta
Thermoelectric/peltier cooling,www.thermo.com, 8 Agustus 2007
53
LAMPIRAN
Lampiran 1: Gambar –gambar alat
(a) Kolektor pelat rata tipe paralel
(c) Konstruksi pendinginan air
Lampiran 2: Perhitungan kalor jenis minyak goreng
Perhitungan kalor jenis minyak goreng dimulai dengan menyiapkan
peralatan-peralatan yang digunakan adalah panci, pemanas (heater), timbangan,
stopwatch, termokopel dan display termokopel. Pengambilan data dilakukan
pemanasan selama 5 menit. Data-data hasil pengamatan setelah melakukan
percobaan sebagai berikut :
Massa Panci = 230 gram
Massa total = 1200 gram
Tabel Data suhu fluida dengan pemanasan selama 5 menit
• Perhitungan kalor pemanasan air
Kalor pemanasan air dapat dihitung dengan Kalor jenis air pada tekanan
atmosfir dan temperatur 27 oC adalah 4183 J/kg oC.
Qair = M Cp ∆Tair/∆t
= 0,97 . 4183 . (53,5-28,2)/(5.60)
= 342,18 Watt
• Perhitungan kalor jenis minyak goreng (Cp minyak)
Kalor memanasi air dijadikan acuan untuk menghitung Cp minyak
Cpminyak =
minyak . . T M t Qair ∆ ∆ = ) 29 6 , 64 .( 97 , 0 60 . 5 . 18 , 342 −
= 2927,72 J/kg
o
CTransmisivitas kolektor terletak di kaca. Asumsi kaca yang digunakan
adalah kaca kadar besi rendah dengan ketebalan 6mm. Radiasi matahari sebagian
besar adalah radiasi visible. Radiasi visible rata-rata adalah 0,6 µm. Nilai
Absorptivitas kolektor terletak di pelat penyerap. Pelat penyerap berbahan besi
cor. Asumsi bahan besi pada pelat penyerap adalah besi cor maka nilai
absorptivitas pada kolektor berdasarkan daftar 8-3 adalah 0,9.
Faktor transmitan-absorpan kolektor merupakan perkalian nilai
transmisivitas kaca dengan nilai absorptivisitas pelat penyerap. Nilai faktor
transmitan-absorpan kolektor adalah :
τα = 0,9 x 0,94
