PEMANFAATAN PANAS KOMPOR BERBAHAN BAKAR BIOMASSA SEBAGAI SUMBER ENERGI LISTRIK DENGAN MENGGUNAKAN TEG
(THERMOELECTRIC GENERATOR)
Oleh Gam Robert Mada
NIM : 612013047
Skripsi
Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer
Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga
INTISARI
Mayoritas penduduk yang tinggal di daerah-daerah tertinggal, terluar, dan terdepan di Indonesia masih belum tersentuh oleh sumber listrik negara. Keadaan ini menyebabkan terganggunya aktivitas yang mereka lakukan pada malam hari. Fakta lainnya adalah mayoritas dari masyarakat tersebut masih menggunakan kayu bakar sebagai bahan bakar untuk memasak kebutuhan sehari-hari mereka. Dengan memanfaatkan keadaan tersebut, panas yang dihasilkan selama kegiatan memasak dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan sumber energi listrik yang akan digunakan untuk penerangan ketika malam hari. Terkhusus digunakan oleh anak-anak yang masih duduk dibangku sekolah untuk dapat belajar dengan lebih baik.
Pada skripsi ini akan dibuat alat yang mampu memanen energi dari panas kompor biomassa yang digunakan untuk kegiatan memasak yang kemudian diubah menjadi energi listrik. Alat ini akan menggunakan modul TEG dengan tipe TEG1-PB-12611-6.0 yang bekerja dengan memanfaatkan perbedaan temperatur pada kedua sisi modul pemanen. Ketika kegiatan memasak dilakukan, panas dari pembakaran bahan bakar biomassa akan dialirkan pada penampang yang menempel dengan sisi panas modul TEG. Pada sisi dingin modul TEG akan ditempelkan pada sistem pendingin yang menggunakan air sebagai cairan pendinginnya. Kemudian sisi pendingin yang
lain akan ditempelkan pada heat sink. Keluaran modul TEG yang berupa tegangan DC
akan diproses dalam rangkaian dc-dc step up converter yang menggunakan IC MAX
756 ini akan mengubah VOUT modul TEG menjadi 5V agar dapat digunkan untuk
menghidupkan lampu LED 3V 2W atau untuk mengisi baterai powerbank.
Hasil pengujian menunjukkan bahwa modul pemanen, dihasilkan tegangan
1,2V pada keluaran TEG. Keluaran dari modul dc-dc step up converter sebesar 4,9V.
Daya yang dihasilkan sebesar 1,4W pada perbedaan temperatur sebesar 720C. Efisiensi
dari pemanen didapat sebesar 2,65%.
ABSTRACT
The majority of the population living in disadvantaged, outermost, and foremost areas in Indonesia is still untouched by the country's electricity sources. This situation causes disruption of activities that they do at night. Another fact is that the majority of these people still use firewood as fuel to cook their daily needs. By utilizing these conditions, the heat generated during cooking can be used to produce a source of electrical energy that will be used for lighting at night. Especially used by children who are still in school to learn better.
In this thesis, a tool that is capable of harvesting energy from the heat of a biomass stove is used for cooking which is then converted into electrical energy. This tool will use TEG module with type TEG1-PB-12611-6.0 that work by utilizing temperature differences on both sides of the harvester module. When cooking is carried out, the heat from combustion of biomass fuel will flow to the section attached to the hot side of the TEG module. On the cold side, the TEG module will be attached to a cooling system that uses water as the coolant. Then the other side of the cooler will be attached to the heat sink. The TEG module output in the form of DC voltage will be processed in a dc-dc step up converter circuit that uses the MAX 756 IC will
convert the VOUT TEG module to 5V so that it can be used to turn on 3V 2W LED
lights or to charge Powerbank batteries.
The test results showed that the harvester module produced a voltage of 1,2V at TEG output. The output of the dc-dc step up converter module is 4,9V. The power
generated is 1,4W at a temperature difference of 720C. The efficiency of harvesters is
2.65%.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa yang telah dan akan selalu menyertai dan membimbing penulis, sehingga penulis mampu menyelesaikan perancangan serta penulisan tugas akhir berjudul “Pemanfaatan Panas Kompor Berbahan Bakar Biomassa Sebagai Sumber Energi Listrik Dengan
Menggunakan TEG (Thermoelectric Generator)” ini, sebagai syarat kelulusan di
Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana. Penulis juga mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang telah secara langsung maupun tidak langsung membantu dalam penyelesaian pembuatan dan penulisan tugas akhir. Penulis mengucapkan terima kasih terkhusus kepada :
1. Tuhan Yesus Kristus yang selalu menyertai selama menempuh pendidikan
S1 di FTEK UKSW dari awal hingga akhir.
2. Bapak Marius dan Ibu Farida selaku orang tua penulis yang selalu
mendukung dan mendoakan serta memberikan motivasi.
3. Bapak Deddy Susilo, S.T., M.Eng. serta bapak F. Dalu Setiaji, M.T. selaku
dosen pembimbing yang telah memberikan banyak pengarahan dan bimbingan selama pembuatan tugas akhir.
4. Teman-teman angkatan 2013 yang telah membantu selama pengerjaan
tugas akhir.
5. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari bahwa tugas akhir ini masih jauh dari sempurna, oleh sebab itu penulis mengharapkan saran dan kritik agar tugas akhir ini dapat lebih bermanfaat bagi kemajuan pendidikan di FTEK UKSW.
Salatiga, 24 April 2019
DAFTAR ISI
INTISARI ... i
ABSTRACT ... ii
KATA PENGANTAR ... iii
DAFTAR ISI ...iv
DAFTAR GAMBAR ...vi
DAFTAR TABEL ...ix
DAFTAR LAMBANG ... x
DAFTAR SINGKATAN ...xi
BAB I PENDAHULUAN... 1
1.1. Tujuan... 1
1.2. Latar Belakang ... 1
1.3. Spesifikasi Sistem ... 2
1.4. Sistematika Penulisan... 2
BAB II LANDASAN TEORI ... 4
2.1. Efek Termoelektrik ... 4 2.1.1. Efek Seebeck ... 4 2.1.2. Efek Peltier ... 6 2.1.3. Efek Thomson ... 7 2.2. Elemen Termoelektrik ... 8 2.2.1. Figure of Merit ... 9
2.2.2. Efisiensi, perbedaan Temperatur, Figure of Merit ... 11
2.3. Modul Termoelektrik ... 12
2.3.1. TEG ... 12
2.3.2. TEC ... 13
2.3.3. Efisiensi modul termoelektrik ... 14
2.4. Perpindahan Kalor ... 15
2.4.1. Konduksi ... 15
2.4.2. Konveksi ... 15
2.5. Dc-dc Step Up Converter ... 16
2.6. Kompor Biomassa ... 17
BAB III PERANCANGAN SISTEM ... 18
3.1. Gambaran Alat ... 18
3.2. Perancangan Mekanik ... 19
3.3. Termoelektrik Generator ... 22
3.3.1. Termoelektrik generator TEG1-PB-12611-6.0 ... 23
3.4. Perancangan Perangkat Keras... 26
3.4.1. Dc-dc Step Up Converter ... 27
BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS ... 29
4.1. Pengujian Termoelektrik Generator ... 29
4.2. Pengujian Dc-dc Step Up Converter ... 36
4.3. Pengujian Alat Keseluruhan ... 38
4.4. Pengujian Pengisian Baterai dan Penggunaan pada Lampu LED 3V 2W ... 43
4.4.1. Proses Pengisian Baterai ... 43
4.4.2. Proses Penggunaan Pada Lampu LED 3V 2W ... 44
BAB V KESIMPULAN DAN SARAN ... 45
5.1. Kesimpulan ... 45
5.2. Saran Pengembangan ... 46
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1. Diagram untai Seebeck A dan B adalah logam ... 5
yang berbeda Gambar 2.2. Skema efek Seebeck ... 6
Gambar 2.3. Skema efek Peltier ... 7
Gambar 2.4. Pergerakan ion pada logam ... 9
Gambar 2.5. Nilai figure of merit dari bahan semikonduktor ... 11
yang berbeda-beda Gambar 2.6. Efisiensi terhadap beda temperatur dalam pengaruh ZT ... 12
Gambar 2.7. Termoelektrik generator ... 13
Gambar 2.8. Termoelektrik cooler ... 13
Gambar 2.9. Perbandingan efisiensi peltier dengan pembangkit ... 14
daya yang lain Gambar 2.10. Konfigurasi pin IC MAX 756 ... 16
Gambar 2.11. Kompor biomassa Prime ... 17
Gambar 3.1. Blok diagram alat ... 18
Gambar 3.2. Kompor biomassa prime yang digunakan ... 19
Gambar 3.3. Batang-batang logam ... 19
Gambar 3.4. Penampang awal ... 20
Gambar 3.5. Water cooling block ... 20
Gambar 3.6. Heat sink ... 21
Gambar 3.7. Antarmuka permukaan yang tidak rata ... 21
Gambar 3.8. Antarmuka permukaan dengan menggunakan pasta termal ... 22
Gambar 3.9. Termoelektrik generator TEG1-PB-12611-6.0 ... 24
Gambar 3.10. Grafik keluaran tegangan dengan beban terhadap ... 24
TH (T panas) dan variasi TC (T dingin) Gambar 3.11. Grafik keluaran arus dengan beban terhadap ... 25
TH (T panas) dan variasi TC (T dingin) Gambar 3.12. Grafik keluaran daya dengan beban terhadap ... 25
TH (T panas) dan variasi TC (T dingin) Gambar 3.13. Skema modul dc-dc step up converter ... 27
Gambar 3.14. Realisiasi untai dc-dc step up converter ... 27
Gambar 4.1. Kompor biomassa Prime sebagai sumber panas ... 29
Gambar 4.2. Sistem pemanen energi yang sudah terpasang ... 30
Gambar 4.3. Grafik percobaan awal tanpa menggunakan sistem ... 31
pendingin water cooling block dalam waktu yang singkat dan keadaan penampang sudah panas Gambar 4.4. Grafik percobaan awal dengan menggunakan sistem ... 32
pendingin water cooling block dalam waktu yang singkat dan keadaan penampang yang sudah panas Gambar 4.5. Grafik percobaan dengan menggunakan sistem ... 33
pendingin water cooling block ketika keadaan sumber api kompor sudah stabil perbedaan temperatur terhadap waktu Gambar 4.6. Grafik percobaan dengan menggunakan sistem pendingin ... 34
water cooling block ketika keadaan sumber api kompor sudah stabil, perubahan tegangan terhadap perbedaan temperatur Gambar 4.7. LED indikator sudah menyala menandakan ... 35
sudah bisa bekerja Gambar 4.8. Pengujian dc-dc step up converter dengan ... 36
masukan 0,7 volt Gambar 4.9. Pengujian modul dc-dc step up converter ... 37
masukan dan keluaran Gambar 4.10. Grafik percobaan perbedaan temperatur terhadap waktu ... 39
Gambar 4.11. Grafik percobaan perbedaan tegangan pada keluaran ... 39
modul TEG terhadap beda temperatur Gambar 4.12. Grafik percobaan perbedaan temperatur tegangan ... 40
masukan dc-dc step up converter terhadap perbedaan temperatur Gambar 4.13. Grafik percobaan perbedaan temperatur tegangan ... 40
keluaran dc-dc step up converter terhadap perbedaan temperature Gambar 4.14. Grafik percobaan perbedaan arus terhadap perbedaan ... 41 temperatur
Gambar 4.15. Grafik percobaan perbedaan tegangan terhadap ... 41 perbedaan temperatur
Gambar 4.16. pengujian pengisian baterai ... 43 Gambar 4.17. pengujian penggunaan pada lampu LED 3V 2W ... 44
DAFTAR TABEL
Table 2.1. Deskripsi pin IC MAX 756 ... 17 Tabel 3.1. Spesifikasi TEG1-PB-12611-6.0 ... 23 Tabel 4.1. Percobaan awal tanpa menggunakan sistem ... 30
pendingin water cooling block dalam waktu yang
singkat dengan kondisi penampang sudah mulai panas
Tabel 4.2. Hasil pengujian keluaran tegangan modul TEG ... 31 dengan hambatan yang di variasikan
Tabel 4.3. Percobaan awal dengan menggunakan sistem ... 32
pendingin water cooling block dalam waktu yang
singkat dan keadaan penampang yang sudah panas
Tabel 4.4. Percobaan dengan menggunakan sistem pendingin water ... 33
cooling block ketika keadaan sumber api kompor sudah stabil Tabel 4.5. percobaan keseluruhan alat ... 38
DAFTAR SINGKATAN
TEG Thermoelectric Generator
TEC Thermoelectric cooler
LED Light Emitting Diode
EMF Electromotive Force
IC Integrated Circuit
CSI Clean Stove Initiative
