Karakterisasi Elemen Peltier TEC-12706 untuk Konversi Energi Termal Menjadi Energi Listrik

BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Termoelektrik

Termoelektrik adalah suatu fenomena fisika yang menyangkut konversi energi, yaitu mengubah energi panas menjadi energi listrik dan juga berlaku sebaliknya mengubah energi listrik menjadi energi panas. Fenomena termoelektrik ini ditemukan pertama kali oleh Thomas Johann Seebeck pada tahun 1821 mengenai konversi energi termal menjadi energi listrik menggunakan dua buah konduktor yang berbeda jenis, yang kita kenal sekarang dengan efek Seebeck, dan kemudian penelitian dari pada Seebeck tersebut memberikan inspirasi bagi fisikawan lain dari perancis Jean Charles Peltier. Oleh Jean Charles Peltier pada tahun 1934, ia berhasil melakukan konversi energi listrik menjadi energi termal yang mana merupakan kebalikan dari efek Seebeck dan disebut dengan efek Peltier.

Efek Seebeck merupakan suatu awal bagi efek termoelektrik untuk dikenal oleh dunia, efek Seebeck tersebut dinamai dengan namanya untuk mengenang akan penemuannya. Efek termoelektrik ini ditemukan oleh Seebeck ketika dia sedang mempelajari mengenai fenomena atau gejala termoelektrik pertama kali melalui sebuah percobaan kecilnya. Fenomena termoelektrik tersebut menghasilkan energi listrik dari dua buah konduktor yang berbeda jenis, yang mana diberikan beda temperatur pada salah satu ujung dari konduktor tersebut. Panas tersebut akan mengalir dari sisi yang suhuya lebih tinggi ke sisi yang suhunya lebih rendah, dan mengalirlah arus pada sambungan konduktor tersebut, sampai terciptalah keseimbangan termal pada konduuktor tersebut.

Arus listrik yang tercipta sesuai dengan besar nilai dari gradient suhu antara sisi yang memiliki suhu yang lebih tinggi dengan sisi yang lainnya yaitu sisi yang suhunya lebih rendah. Pada pertama kali termoelektrik dikenal dengan istilah

termomagnetik, karena pada percobaannya Johann Seebeck menggunakan kompas

adanya perrgerakan, yang menandakan bahwa adanya medan magnetik timbul pada konduktor tersebut, dengan asumsi bahwa hanya medan magnetiklah yang tercipta Johann Seebeck menamakannya dengan istilah termomagnetik, hingga pada akhirnya fisikawan dari denmark Hans Christian Orsted menyempurnakan teori Seebeck tersebut, bahwa ada arus yang mengalir dalam proses tersebut tidak hanya medan magnetik saja dan jika kita menciptakan suatu loop tertutup untuk sistem tersebut, maka kita akan memperoleh EMF (Electromotion Force) dengan nilai sebesar microvolt per kelvin, atau kenaikan 1mV setiap 1 kelvinnya untuk EMF yang dapat dihasilkan oleh sistem tersebut.

Gambar 2.1 Efek Seebeck

dalam bidang kesehatan, cabin pendingin pada mobil dan masih banyak lagi contoh lainnya, dan sekarang terknologi termoelektrik ini menjadi pilihan utama dalam pembuatan pendingin ramah lingkungan. Setelah kedua penemu tersebut, percobaan mengenai termoelektrik sempat mengalamai kemunduran dikarenakan nilai efisiensi konfersi energi oleh termoelektrik sangat rendah pada saat itu, dan tidak ada perkembangan yang begitu mencolok, sampai pada AF Loffe mampu menaikkan nilai efisiensi dari pada proses konversi termoelektrik menjadi 4%.

Gambar 2.2 Efek Peltier

Untuk lebih mudah memahami dan mempelajari termoelektrik lebih lanjut maka dibuatlah sebuah modul termoelektrik seperti termokopel dan elemen Peltier. Bahan dalam pembuatan termokopel dan elemen peltier tersebut memiliki standar kelayakan agar tidak terlalu kecil nilai keluaran yang dihasilkan atau nilai konfersinya dari sebuah modul termoelektrik tersebut. Kelayakan dari sebuah bahan penyusun modul termoelektrik dilihat dari Figure of Meritnya (ZT).

��

=

�

2_�

�� ... (2.1)

hambatan elektrik, dan k adalah konduktivitas temal. Setelah percobaan dari Thomas Johann Sebeck penelitian mengenai fenomena termoelektrik ini sempat tidak tersentuh lagi sampai akhirnya pada tahun 1913 WW Coblenz kembali melakukan percobaan termoelektrik tersebut dengan menggunakan tembaga dan constantan (constantan merupakan logam campuran antara nikel dengan tembaga) dengan nilai efisiensi konversi sebesar 0,008%, untuk membuat sebuah

termophile detector yang digunakannya di LICK observatorium untuk mengukur

IR radiasi dari 110 bintang, dan planet mars, venus, dan jupiter. Sistem tersebut berhasil membangkitkan listrik sebesar 0,6mW. Dari percobaan penemu sebelumnya yang dilakukan oleh WW Coblenz, AF Loffe pada tahun 1956, melanjutkan percobaan dari fisikawan-fisikawan sebelumnya menggunakan bahan-bahan semikonduktor dalam percobaan termoelektrik dan hasilnya sangat mengejutkan, nilai efisiensi pada proses konfersi termoelektrik tersebut meningkat menjadi 4% dari yang hanya berkisar 0,008% pada penelitian sebelumnya, dan pencarian akan bahan yang sesuai untuk proses termoelektrikpun masih terus berlanjut hingga sekarang karena proses konversi pada termoelektrik termasuk proses konversi langsung tanpa harus mengubah suatu energi kepada tahap pengalihan sebelum menjadi energi listrik, contohnya seperti turbin yang ada pada PLTA. Turbin tersebut merubah daya dorong air pada kincir menjadi energi gerak untuk generator agar dapat menghasilkan listrik.

Sekarang sistem termoelektrik sedang banyak dikembangkan diberbagai negara agar dapat digunakan sebagai sumber energi alternatif, pengembangan termoelektrik tersebut sangat pesat, terutama pada negara-negara yang sedang bekembang. Termoelektrik kadang digunakan sebagai pengganti solarcell yaitu

solartermal, dengan mengubah nilai panas dari pada matahari menjadi energi

listrik. Efisiensi dari pada modul-modul termoelektrik yang ada pada saat ini masihlah terbilang rendah, oleh karena itu penelitian akan termoelektrik terus di tingkatkan oleh para pengembang serta peneliti untuk mencapai nilai efisiensi yang cukup tinggi agar dapat mendekati efisiensi Carnot.

semenjak tahun 1990-an penelitian akan termoelektrik ini bangkit kembali. Ada beberapa alasan kenapa penelitian mengenai termoelektrik ini dibangkitkan kembali, diawali dengan ditemukannya material superkonduktor High-Tc pada awal 1986 dari bahan yang tidak diduga-duga (ceramic material), diharapkan dengan ditemukannya bahan tersebut dapat meningkatkan efisiensi dari pada modul termoelektrik nantinya, sehingga dapat menjadi sumber enegi cadangan utama. Alasan kedua, semenjak tahun 1980-an teknologi material terus berkembang, salah satunya dengan kemampuan menyusun sebuah material tersebut dalam level nano. Teknologi XPS (X-ray Photoelectron Spectroscopy), UPS (Ultraviolet Photoelectron Spectroscopy), STM (Scanning Tunneling Microscopy) juga memudahkan peneliti dalam menganalisis struktur material. Alasan ketiga adalah pada awal tahun 1990 tuntutan dunia mengenai teknologi yang ramah lingkungan sangat besar, hal tersebut memberikan imbas kepada teknologi re-cycle energi, salah satunya teknologi termoelektrik yang dipandang dapat sebagai sumber energi alternatif diwaktu mendatang, sehingga berbagai jenis cara mengemas pun mulai menjadi sorotan para produsen dalam mengembangkan teknologi serta modul untuk termoelektrik ini, serta pemilihan bahan baku pun turut diperhatikan.

2.2 Efek Termoelektrik

2.2.1 Efek Seebeck

Efek Seebeck adalah konversi langsung energi panas menjadi energi listrik, ditemukan pada 1821 oleh fisikawan Jerman-Estonia Thomas Johann Seebeck, dengan percobaannya menyambungkan dua buah konduktor yang berbeda jenis dengan meletakkan kompas di bawah persambungan konduktor tersebut, sambil memanaskan salah satu ujung konduktor tersebut dan mempertahankan suhu konduktor yang lain, ternyata jarum kompas yang berada pada bawah persambungan tersebut bergerak dikarenakan adanya arus listrik dan medan magnet, namun Seebeck tidak menyadari adanya arus listrik yang mengalir dalam sistem tersebut sehingga Seebeck menyebut fenomena ini dengan termagnetik inilah awal mula lahirnya teori mengenai termoelektrik.

Fisikawan dari Denmark, Hans Christian Orsted memperbaiki teori Seebeck dimana adanya arus listrik yang mengalir pada proses tersebut tidak hanya medan magnet saja, sehinga istillah termomagnetik tadipun berubah menjadi

termoelektrik, seperti yang kita kenal sekarang ini. Dengan pengembangan dari

Gambar 2.3 Efek Seebeck

Dalam perhitungan tegangan yang dapat dihasilkan oleh proses termoelektrik ini adalah :

V=

∫ �α

_T1T2 _B

(T)

− α

_A

(T)

�

dT

... (2.2)

Dimana αA dan αB adalah koefisien Seebeck dari logam A dan B sebagai fungsi dari temperatur, T2 dan T1 adalah temperatur persambungan dari kedua konduktor. Koefisien Seebeck adalah besaran nonlinier sebagai fungsi dari temperatur. Jika nilai koefisien Seebeck konstant untuk jangkauan temperatur yang diukur maka rumus dapat disederhanakan menjadi :

V= (

α

_A

− α

_B

)*(T

₂

−

T

₁

)

... (2.3) Tegangan ataupun arus listrik dapat timbul pada persambungan dua buah konduktor pada proses termoelektrik dikarenakan adanya pergerakan dari elektron pada konduktor, yang diakibatkan oleh energi berlebih yang diberikan oleh beda suhu (∆T = T2 – T1) yang memaksa elektron pada konduktor berpindah, semakin besar nilai beda suhu pada konduktor maka akan semakin besar nilai arus dan tegangan yang dihasilkan.

atau jarak jangkau dari sebuah daya keluaran listrik oleh termoelektrik generator, secara matematis efisiensi modul termoelektrik adalah:

�

=

��

�ℎ ... (2.4)

Daya keluaran dari termoelektrik adalah nilai energi yang terdisipasi pada beban. Daya panas yang diterima modul termoelektrik pada sisi pans diberikan oleh :

q

_h

=

α

T

h

I+

1₂

I

2

R+K

Δ

T

... (2.5)

Dimana α adalah koefisien Sebeeck, Th adalah suhu pada sisi panas modul termoelektrik, I adalah arus, R adalah hambatan listrik (Ω), K adalah total

konduktansi termal dari modul pendingin termoelektrik dan ∆T adalah beda temperatur pada sisi panas dan dingin (Th - Tc). Dalam pembicaraan mengenai daya generator (termoelektrik generator), arah positif aliran arus, mengalir dari p parameter ke lengan n pada sisi dingin. Daya listrik yang dihasilkan adalah :

P

_O

=I

2

R

_l

=VI

... (2.6) Dimana RL adalah hambatan beban, maka nilai arus diberikan oleh :

�

=

���

(�+�_�) ... (2.7)

Karena nilai teganngan open loop diberikan oleh α∆T, ma ka efisiensi dari termoelektrik generator menjadi :

η

=

I Sekarang kita akan menghitung sistem kerja yang memaksimalkan efisiensi, kita anggap S = RL/R. Maka efisiensi menjadi :

Sekarang kita lihat jika, RK kita perkecil nilainya maka efisiensi akan mencapai nilai maksimum. Karena itu bentuk persamaan yang memeberikan efisiensi maksimum diberikan oleh :

Γn

η

=

�

Beban optimum dihitung dari efisiensi dengan membuat nilai s sama dengan nol. Maka keduanya sekarang akan mencapai nilai optimum, baik hambatan beban dan efisiensi adalah :

η

=

(ΔT T⁄ h)(ω+1)

[ω+(T_c⁄T_h)] ... (2.12)

Dalam keadaan optimum arus keluarannya adalah :

I=

αΔT

R(ω+1) ... (2.13)

Dan tegangan keluarannya adalah :

v=

αΔTω

(ω+1)

=

α

(

Δ

T)-IR

... (2.14)

Daya yang dihasilkan :

P

o

=

�ω_R� �_�ωαΔ₊₁T_�� ... (2.15)

Hamabatan dalamnya akan sama nilai dengan pendingin termoelektrik diberikan oleh:

Dalam persamaan sebelumnya, hambatan beban dan juga persamaan dibuat untuk mendapatkan nilai maksimum dari efisiensi, sekarang kita akan mengatur parameter untuk mencapai keluaran daya yang maksimum. Hambatan beban kita setting mendekati nol untuk mendapatkan nilai daya keluaran yang maksimum, maka persamaan yang akan berpengaruh adalah persamaan (2.11) dan (2.12). Maka akan kita dapatkan RL = R, dengan demikian maka teggangan keluarannya adalah :

v=

1

I=

αΔT

2R ... (2.19)

maka daya keluarannya :

P

o

=

�αΔT�

2

4R ... (2.20)

2.2.2 Efek Peltier

Efek Peltier ditemukan oleh seorang Fisikawan Perancis, Jean Charles Peltier Athanase pada, Tahun 1834. Peltier menemukan bahwa arus listrik akan menimbulkan beda suhu pada persambungan dari dua buah konduktor yang berbeda jenis. Pada tahun 1838, Lenz menunjukkan bahwa tergantung pada arah arus listrik bentuk panas yang terhasilkan, panas dapat dihilangkan dari persambungan untuk membekukan air, atau dengan membalik arah arus listriknya, kita dapat menghasilkan panas untuk mencairkan es. Panas yang diserap atau dihasilkan pada persambungan sebanding dengan besar arus listrik yang mengalir pada konduktor tersebut. Ketika EMC (Electromotive Current) melewati persambungan elektronik diantara dua buah konduktor (A dan B), panas di pindahkan dari persambungan. Untuk membuat pemompaan yang sesuai maka dibuat begitu banyak persambungan diantara kedua plat. Satu sisi panas dan sisi yang lainnya dingin. Sebuah alat disipasi panas ditambahkan pada sisi panas untuk mempertahankan keadaan dingin pada sisi dingin, dan nilai dari pada pelepasan panas serta penyerapan panasnya sesuai dengan arus yang mengalir pada persambungan. Konstanta perbandingan tersebut dikenal sebagai koefisien Peltier (Π).

Panas Peltier (Q) diserap oleh persambungan yang lebih rendah tiap satuan waktu adalah sama dengan :

Q=

Π

_AB

I=(

Π

_A

− Π

_B

)I

... (2.21)

Gambar 2.4 efek Peltier

Cara kerja Efek Peltier adalah dengan menciptakan aliran panas dalam persambungan konduktor yang berbeda jenis. Efek Peltier ini juga sering disebut dengan termoelektrik pompa panas atau dengan kata lain, panas yang tercipta akibat menyerap energi listrik pada satu sisi elemen dialirkan ke sisi yang satunya sehingga menciptakan beda suhu pada persambungan konduktor tersebut. Efek Peltier ini menjadi solusi dalam pembuatan pendingin yang ramah lingkungan, karena dengan pendingin termoelektrik ini kita bisa berpaling dari penggunaan pendingin dengan refrigan (freon).

2.3 Modul Termoelektrik

seri untuk meningkatkan tegangan keluaran yang dihasilkan oleh modul dan susunan paralel untuk meningkatkan arus keluaran dari modul termoelektrik. Dalam pembuatan sebuah modul termoelektrik yang harus diperhatikan adalah Figure of Merit dari bahan pembentuk. Figure of Merit merupakan faktor utama yang harus diperhatikan dari suatu bahan konduktor dalam pembuatan sebuah modul termoelektrik, kesanggupan bahan untuk menghantarkan listrik dengan baik, dapat terjadinya perpindahan elektron pada bahan, yang hanya dengan beda suhu yang relatif rendah dan kesanggupan bahan untuk menerima panas yang tinggi secara terus menerus dalam waktu yang lama itu semua diperlukan untuk membentuk modul yang baik.

Modul Termoelektrik yang sekarang beredar dipasaran menggunakan bahan semikondukktor sebagai komponen utamanya (Bi2Te3, PbTe, dan SiGe) dan tembaga (Cu) sebagai akselerator atau pembantu dalam proses perpindahan elektron untuk meningkatkan nilai keluaran dari modul. Pada saat ini Bi2Te3 memiliki Figure of Merit yang paling tinggi, namun karena terurai dan teroksidasi pada suhu 500oC pengguaannya masih terbatas. Rendahnya Figure of merit dari pada bahan penyusun modul menyebabkan rendahnya nilai efisiensi konversi yang dihasilkan oleh modul termoelektrik, yang mana saat ini nilai efisiensi dari pada modul termoelektrik masih dibawah 10% dan terus menurun pada penggunaannya sebagai sebuah generator, namun setelah pihak Yamaha.Co,Ltd berhasil menaikkan Figure of Merit dari pada bahan sebesar 40% dari yang ada selama ini, meningkatkan semangat para peneliti lain untuk ikut juga dalam pengembangan tersebut.

(a) (b)

Dalam pengaplikasiannya termoelektrik pada suatu peralatan membutuhkan penyetelan yang cukup baik, dikarenakan sebagian besar dari komponen-komponen listrik sangat sensitif dengan panas. Panas yang berlebih dapat mempengaruhi efisinsi bahkan kinerja komponen listrik yang lain. Pada tahun 1977, NASA menerbangkan sebuah pesawat ulang-aling pertama didunia yang menggunakan modul termoelektrik pada bagian sumber tenaganya yaitu pesawat voyager I dan voyager II, karena pesawat tersebut diperuntukkan untuk mencari informasi mengenai luar angkasa sehingga pesawat tersebut memerlukan tenaga yang stabil untuk dapat mengelola data sampel yang didapat.

Pada bagian modul termoelektrik yang digunakan oleh pesawat voyager I dan II adalah jenis RTGs (Radioisotop Terrmoelektric Generators). RTGs merupakan modul termoelektrik yang menggunakan radiasi sebagai sumber panasnya, dan pada bagian pemanasnya RTGs menggunakan Plutonium-238. Sistem tersebut mampu menghasilkan energi listrik sebesar 400W secara kontinu tanpa perawatan apapun.

Keberhasilan NASA ini memberikan peluang yang luas dalam aplikasi lainnya. Salah satunya adalah yang dikerjakan oleh salah satu perusahaan mobil yang cukup terkenal yaitu NISSAN, dengan memanfaatkan panas dari mesin mobil. Seperti yang kita ketahui, bahan bakar yang kita gunakan untuk kendaraan kita tidak semuanya berubah menjadi tenaga penggerak, jika kita persentasekan, dari 100% bahan bakar yang kita pakai, hanya sekitar 30% dari bahan bakar tersebut yang kita gunakan untuk menjalankan kendaraan kita, sebagian besar energi dari bahan bakar tersebut berubah menjadi bentuk panas di radiator dan gas buangan. Diantara kedua panas tersebut, gas buangan memiliki perbedaan panas yang lebih tinggi, yakni sekitar 300 - 700 derajat Celcius, sehingga lebih baik untuk dikonversikan menjadi energi penggerak mobil. Dengan memanfaarkan gas buangan ini, mobil-mobil produksi NISSAN mampu menghemat bahan bakar sebesar 10%.

Bahan yang digunakan pada modul termoelektrik yang ada pada jam tersebut adalah Bismuth-tellurium, jam tangan ini mampu menghasilkan listrik sebsar 0,2mV/oC. Jika 1000 buah material tersebut dipasang seri, tentu akan menghasilkan tegangan listrik sebesar 0,2V dalam tiap perbedaan 1oC. Untuk itu, SEIKO membuat unit pembangkit listrik yang terdiri atas 10 buah modul termoelektrik yang masing-masing berisikan 100 kawat mikro bismuth-tellurium. Dari setiap unit inilah dihasilkan energi listrik sebesar 0,15V untuk mengisi baterai litium pada jam tersebut.

2.3.1 Pendingin Termoelektrik

Pendingin termoelektrik merupakan sebuah alat yang mengaplikasikan sistem kerja dari pada efek Peltier, dimana ketika sepasang konduktor yang berbeda jenis dihubungkan dan dialirkan arus maka pada persambungan konduktor tersebut akan terjadi perbedaan suhu, pada konduktor yang satu akan melepaskan panasnya ke lingkungan dan konduktor yang satu lagi akan berusaha menyerap panas dari lingkungan. Besar beda suhu yang ada pada konduktor bergantung pada nilai arus yang mengalir.

Gambar 2.6 Pendingin Termoelektrik

Seperti pada gambar 2.6 penyusun modul termoelektrik merupakan dua buah semikonduktor yang berbeda jenis. Bahan semikonduktor yang sering digunakan adalah Bismuth Telluride (Bi2Te3) dan diberikan “doping” untuk membuat semikonduktor tipe-P dan semikonduktor tipe-N, atau dengan kata lain memaksa agar elektron valensi pada semikonduktor tersebut bertambah agar bersifat lebih negatif (tipe-N), dan juga semikonduktor yang lain menajdi kekurangan elektron agar bernilai lebih positif (tipe-P).

Cara kerja dari pada pendingin termoelektrik ini adalah besar nilai serapan panas pada sisi dingin tersebut sama besarnya dengan arus yang mengalir pada persambungan semikonduktor (A = ∆T), dan panas yang diserap oleh sisi dingin modul akan dialirkan ke sisi panas modul termoelektrik. Aplikasi dari pada pendingin termoelektrik ini sering digunakan pada kulkas portabel, tempat penyimpanan vaksin oleh rumah sakit, cabin pendingin pada mobil, dan masih banyak contoh-contoh lainnya.

Syarat sebuah alat pendingin dinyatakan ideal adalah : 1. Tidak ada pemanasan Joule

�

�

= (

�

�

− �

�

)

∗ �

... (2.22)

2. Tidak ada panas konduksi

Dalam kenyataannya tidak ada alat pendingin termoelektrik yang memiliki kriteria diatas, jika rumuskan dalam matematis, modul termoelektrik yang ada hanya memenuhi keadaan berikut :

�

�

= [(

�

�

− �

�

)

∗ �

]

− ��

2

∗

�₂

� −

[

� ∗

(

�

�

− �

�

)]

...

(2.24) Dimana R adalah hambatan listrik :

�

=

�� ��

+

��

��

...

(2.25) Dan K adalah konduksi termal :

�

=

���� ��

+

����

��

...

(2.26) Dan k adalah koefisien konduktifitas termal.

Fenomena efek Peltier ini juga disebut dengan pompa kalor. Jika dibandingkan dengan teknologi refrigerasi kompresi uap, termoelektrik memiliki berbagai macam kelebihan antara lain: pemanas ataupun pendingin dapat diatur dengan mudah hanya dengan meyesuaikan arah arusnya saja, kita tidak membutuhkan refrigan (freon), tidak ada getaran, tidak berisik dan tidak perlu perawatan khusus. Kelemahan dari termoelektrik ini adalah pada efisiensinya yang masih rendah. Aplikasi dari modul termoelektrik dalam hal alat pendingin cukup luas berkembang, seperti alat pendingin wine di hotel-hotel yang ada di jepang. Pendingin dengan termoelektrik ini sangat populer disana karena alat pendingin dengan termoelektrik ini tidak menimbulkan suara bising ataupun getaran seperti pada kulkas yang biasanya. Lalu ada MITSUBISHI dengan produksi kulkas termoelektriknya yang mampu menghemat energi sebesar 20% dibandingkan dengan kulkas biasa. Teknologi termoelektrik trus berkembang seiringnya jaman untuk menciptakan teknologi yang ramah lingkungan.

2.3.2 Termoelektrik Generator

arus yang mengalir, sedangkan termoelektrik generator menghasilkan arus dari beda suhu yang bekerja. Karena termoelektrik generator dalam kerjanya menerapkan efek Seebeck yang mana, besarnya arus yang mengalir pada persambungan konduktor setara dengan nilai beda suhu yang ada pada konduktor tersebut, dan efek ini akan terus berlangsung sampai kedua konduktor tersebut mencapai kesetimbangan dimana tidak ada lagi perbedaan suhu antara kedua konduktor tersebut (TH = TC).

Gambar 2.7 termoelektrik generator

Efisiensi dari pada termoelektrik generator pertama kali dimana bahan bimetal digunakan sebagai bahan konduktor pada modul termoelektrik sangatlah buruk karena nilai konversi panas yang dihasilkan tidak dapat memenuhi kebutuhan listrik dalam skala kecil sekalipun. Nilai efisiensi dari pada modul termoelektrik yang sekarang cukup memuaskan dan bahkan masih terus berkembang, dimana modul termoelektrik sekarang menggunakan bahan semikonduktor sebagai bahan konduktornya yaitu Bismuth Telluride (Bi2Te3), Timbal Telluride (PbTe), Kalsium Magnesium Okside (Ca2Mn3O8) dan kombinasi yang lainnya.

dinginnya. Termoelektrik generator sering digunakan pada peralatan yang membutuhkan sumber tenaga yang relatif kecil, walaupun masih belum dapat menghasilkan nilai yang memuaskan, termoelektrik generator sekarang ini sangat efisien digunakan pada peralatan yang simple. Pada pameran GOOGLE SCIENCE FAIR 2013 sebuah hollow lamp atau senter tanpa baterai, yang hanya menggunakan 3 buah modul termoelektrik dapat menyalakan senter. Dengan pameran tersebut di tunjukkan sebagai sebuah landasan pemikiran bahwa teknologi termoelektrik dapat kembali dilirik oleh para peneliti sebagai sumber energi cadangan yang patut di perhitungkan dimasa mendatang.

2.4 Sensor

Sensor sering didefinisikan sebagai “alat yang menerima dan merespon sebuah sinyal atau rangsangan” perihal tersebut tidak salah namun hanya definisi sensor secara meluas. Sensor mengontrol hampir semua hal dari pandangan manusia dan menjadikannya seperti sebuah pelatuk pistol, jika kita tarik pelatuk tersebut maka hampir secara bersamaan peluru akan langsung melesat keluar dari dalam pistol dan bergerak sesuai dengan arah yang ditentukan.

Sensor sebenarnya adalah alat yang menseleksi setiap data (sinyal) atau rangsangan, penjelasan yang satu inipun merupakan pengertian lain dari sensor secara meluas hanya saja lebih merinci, seperti ketika kita mengisi air pada sebuah wadah, untuk mengetahui wadah tersebut penuh atau tidak kita harus melihatnya, tapi mata itu sendiri bukanlah sebuah sensor, melainkan hubungan antara mata yang melihat wadah dan wadah itu sendiri dengan bentuknya yang sedemikian rupalah yang dinamakan sensor, maka sensor adalah sebuah sistem yang dapat membantu pekerjaan manusia sesuai dengan parameternya.

atau merasakan. Transducer bisa digunakan sebagai sebuah penggerak pada beberapa sistem tertentu. Sebuah penggerak sangat berlawanan dengan sensor, penggerak mengubah sinyal listrik menjadi bentuk sinyal lain. Sebagai contoh motor listrik adalah sebuah aktuator; motor listrik mengubah energi listrik menjadi energi gerak mekanik.

Transducer mungkin adalah bagian dari sebuah sensor yang kompleks, sebagai contoh sebuah sensor kimia mungkin memiliki bagian yang mengubah reaksi kimia menjadi panas (transducer) dan bagian yang lainnya adalah sebuah termokopel, yang mengubah panas menjadi sinyal listrik. Kombinasi dari keduanya membentuk sensor kimia, sebuah alat yang menghasilkan sinyal listrik sebagai respon terhadap sebuah reagent.

2.4.1 Sensor Termal

Sensor Termal adalah alat yang dapat mendeteksi perubahan suhu dengan keluarannya berupa signal listrik sehingga nilai tersebut dapat terukur. Nilai yang diukur oleh sensor termal adalah perubahan suhu pada suatu benda sumber panas, bukan intensitas panas dari benda tersebut. Jenis sensor termal begitu banyak beredar dipasaran, yaitu thermistor (NTC (Negative Termal Coeficient), PTC (Positive Termal Coeficient) dan CTR (Critical Temperatur Resistance)), termokopel, RTD (Resistance Temperature Detector), sensor termal rangkaian terpadu (IC) masing-masing sensor memiliki batasan-batasannya tersendiri dan bahkan memiliki kondisi khusus atau parameter tersendiri dalam melakukan indikasi terhadap panas, dan salah satu sensor termal yang paling sering digunakan dipasaran dan terutama diindustri adalah termokopel.

Termokopel memiliki jenis respon yang sama dengan sensor termal jenis IC, yaitu termokopel merasakan perubahan suhu dan mengindikasikannya dengan perubahan nilai tegangan. Termokopel mampu mengukur temperatur dalam jangkauan suhu yang cukup besar dengan batas kesalahan pengukuran kurang dari 1oC. Untuk mengukur perubahan panas yang terjadi pada benda, gabungan dua jenis konduktor sering digunakan pada ujung termokopel yang menyentuh benda panas yang akan diukur. Konduktor tersebut kemudian akan mengalami gradiasi suhu dan mengalami perubahan tegangan yang berbeda sesuai dengan kenaikan temperatur.

Termokopel mengukur temperatur diantara dua titik acuan, dan bukannya temperatur absolut. Cara kerja dari sebuah termokopel adalah dengan menetapkan suatu suhu referensi pada salah satu ujung termokopel (termokopel akan menjadikan suhu sekitar menjadi suhu acuannya) dan ujung termokopel yang lain diarahkan ke pada benda yang ingin diukur suhunya. Dipasaran termokopel banyak sekali jenisnya :

Termokople tipe K sering digunakan untuk pemakaian umum, harga lebih murah dibandingkan dengan termokopel jenis yang lainnya. Rentang suhu yang dapat diukur oleh tipe K -200oC - +1200oC

2. Tipe E (Chromel / Constantan (Cu-Ni alloy)

Tipe E memiliki output yang besar sehingga cocok digunakan pada temperatur rendah.

3. Tipe J (iron / Constantan)

Rentang suhu untuk pemakaian tipe J sangat kecil (-40oC - +750oC) membuat termokopel tipe J kurang populer digunakan. Tipe J memiliki sensitifitas sekitar - 52µV/oC

4. Tipe N (Nicrosil (Ni-Cr-Si alloy) / Nisil (Ni-Si alloy))

Stabil dan ketahanan yang tinggi terhadap oksidasi membuat tipe N cocok untuk pengukuran suhu yang tinggi tanpa platinum. Tipe N dapat mengukur suhu diatas 1200oC. Sesnsitifitas termokopel tipe N sekitar 39µV/oC pada 900oC, sedikit dibawah tipe K. Tipe N merupakan perbaikan dari tipe K

5. Tipe T (Copper / Constantan)

Termokopel tipe T cocok untuk pengukuran antara -200oC - +350oC. Termokopel tipe memiliki sensitifitas ~ 43µV/oC

Kelebihan termokopel dari pada sensor termal yang lain mengapa termokopel lebih sering digunakan adalah:

1. Respon yang cepat terhadap perubahan suhu 2. Akurasi yang tepat dalam pengukuran suhu

3. Baik digunakan untuk pengukuran variasi suhu dengan jarak kurang dari 1cm

4. Termokopel tidak mudah rusak dalam penggunaannya (pengukuran yang lari)

Adapun kelebihan termokopel, namun termokopel tidak luput dari pada beberapa kekurangannya:

1. Kalibrasinya yang sulit

Dalam penggunaannya yang membedakan suhu benda yang diukur dengan suhu ruangan membuat hal tersebut menjadi kelemahan terbesar bagi termokopel, oleh karena itu termokopel sering di bantu pada rangkaian standarnya dengan menambahkan diode atau komponen lain yang sensitif dengan kenaikan suhu pada persambungan komponen agar tidak mengalami gradiasi suhu yang tinggi.

Gambar 2.8 Termokopel

2.4.2 Sensor Arus

Sensor arus adalah perangkat yang mendeteksi arus listrik baik itu AC ataupun DC pada komponen listrik dan menghasilkan sinyal sebanding dengan arus yang dideteksi. Sinyal yang dihasilkan oleh sensor arus bisa dalam wujud tegangan analog atau digital dan bisa juga merupakan hambatan arus, respon inilah yang menjadi pembacaan oleh alat ukur.

Berdasarkan cara kerjanya sensor arus terbagi menjadi dua, yaitu sensor arus analog dan sensor arus terpadu. Sensor arus analog adalah sensor arus yang memanfaatkan sifat dari komponen-komponen listrik dasar seperti dioda atau resistor, dan disusun sedemikian rupa sehingga dapat memberikan suatu respon yang dibutuhkan oleh penggunanya. Sensor arus terpadu ialah sensor arus yang sudah terakit siap pakai untuk keperluan yang dibutuhkan.

digunakan sambungan tembaga didalam, untuk menciptakan medan magnet yang mana menggunakan medan magnet inilah ACS 712 menghitung arus.

Gambar 2.9 sensor arus IC ACS-712

Keakuratan dari ACS712 ini tergantung pada seberapa dekat sinyal magnet ke

transducer hall, ketepatan dan besar tegangan yang dihasilkan oleh ACS712

sudah diatur oleh low-offset, tembaga-penstabil BiCMOS Hall-IC, yang mana sudah rancang pada saat pembuatan oleh pabrik. Keluaran dari pada ACS712 merupakan slop yang positif, ketika sebuah arus yang meningkat nilainya melewati jalur tembaga konduksi primer (dari pin 1 dan 2 ke pin 3 dan 4), dimana yang mana jalur digunakan untuk mengukur nilai arus tersebut, hambatan dalam sebesar 1,2mΩ.

2.4.3 Sensor Tegangan

Sensor tegangan adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengukur nilai tegangan atau melakukan pembatasan pada tegangan tertentu. Jika dilihat dari sinyal keluarannya sensor tegangan ada dua tipe yaitu sensor tegangan digital dan sensor tegangan analog. Sensor tegangan digital adalah sensor tegangan yang telah terpabrikasi dan disusun sedemikian rupa, namun sensor tegangan digital tetap membutuhkan komponen-komponen tambahan untuk menghasilkan keluaran yang baik dan dapat dibaca oleh perangkat mikrokontrol.

Gambar 2.11 sensor tegangan digital

Sedangkan sensor tegangan analog hanya memanfaatkan sifat dari komponen dasar elektronik seperti halnya resistor yang dirangkai secara seri. Resistor yang dirangkai secara seri akan memisahkan tegangan sesuai dengan besar perbandingan nilai resistor yang kita pilih dengan nilai hambatan total dikalikan dengan tegangan masukannya.

�

���

=

_{������}�

∗ �

� ... (2.27)

Atau

�

_���

=

� ∗ �

_{�����} ... (2.28) Dalam hal ini kita memanfaatkan sifat resistor pada rangkaian seri, yaitu resistor sebagai pembagi tegangan. Dengan mengatur hambatan dengan parameter yang

kita inginkan maka kita dapat mendeteksi tegangan sesuai dengan parameter yang kita buat.

Sensor tegangan analog inipun tetap membutuhkan rangkaian tambahan agar keluaran yang dihasilkan oleh sensor dapat dibaca oleh mikrokontrol seperti halnya sensor digital yaitu, rangkaian pengkondisi sinyal. Rangkaian pengkondisi sinyal yang digunakan untuk setiap sensorpun disesuaikan dengan keluaran yang dihasilkan oleh masing-masing sensor.

DC

+

-VO

VI

R2

R1

I

VS

I

+

-Gambar 2.12 rangkaian pembagi tegangan sebagai sensor tegangan analog

2.5 MAX 6675

MAX 6675 adalah pengubah sinyal termokopel menjadi digital dengan masukan data 12-bit ADC (Analog to Digital Converter). MAX 6675 menyesuaikan masukan dari sisi dingin termokopel dan mengoreksinya, sebuah kontroler digital, interface SPI (Serial Peripheral Interface) yang compatibel, dan logic kontrol yang terasosiasi. MAX 6675 didesain untuk bekerja dengan mikrokontrol pengukur panas pintar lainnya, kontrol proses atau aplikasi monitoring

6675 yang berfungsi untuk mengurangi noise-noise yang ikut masuk bersamaan dengan input dari termokopel. Sebelum diubah tegangan dari termokopel menjadi temperatur yang ekuivalent, MAX 6675 melakukan penyelarasan terhadap sisi dingin termokopel dengan sebuah acuan 0oC virtual milik MAX 6675. Untuk tipe termokopel tipe-K tegangan berubah 41µV/oC, yang kira-kira karakteristik termokopelnya sama dengan persamaan liniear berikut :

�

���

= (41

��

/

℃

)

∗

(

�

�

− �

���

)

∗

5

... (2.29) Dimana :

- Vout adalah tegangan keluaran termokopel (µV)

- TR adalah temperatur remote persambungan termokopel (oC) - Tamb adalah temperatur sekitar (oC)

Fungsi dari termokopel adalah untuk merasakan perbedaan temperatur antara kedua ujung dari pada sisi termokopel. Sisi panas termokopel mampu membaca dari 0oC hingga +1023,75oC. Pada sisi dinginnya (udara sekitar MAX 6675) hanya dapat membaca mulai dari -20oC hingga +85oC.

MAX 6675 merasakan dan mengoreksi perbedaan antara udara sekitar dengan

cold-junction termokopel. MAX 6675 mengubah pembacaan temperatur udara

sekitar dengan menggunakan dioda pengecek suhu. Untuk membaca suhu sebenarnya dari termokopel, MAX 6675 mengukur tegangan keluaran dari

cold-junction termokopel dan dari dioda pengecek suhu. Rangkaian dalam alat

melewatkan tegangan dioda dan cold-junction termokopel ke ADC untuk pembacaan temperatur dari hot-junction termokopel.

Performa optimal dari MAX 6675 diperoleh pada saat temperatur pada

cold-junction termokopel dan MAX 6675 berada pada suhu yang sama. Untuk

mengurangi ralat dari pembacaan MAX 6675 usahakan menjauhkan MAX 6675 dari peralatan yang memiliki suhu yang cukup tinggi.

2.6 MAX-232 dan saluran serial RS 232

untuk logika high (1) dan +3 s.d +25 V untuk logika low (0). Oleh karena itu diperlukan sebuah interface yang dapat menyamakan level tegangan dari komunikasi serial pada komputer dengan mikrokontroler agar dapat saling berkomunikasi, yaitu IC RS-232 yang disebut IC MAX 232 yang diproduksi oleh MAXIM.

MAX-232 merupakan saluran bebas yang dibuat untuk saluran komunikasi dua arah (full-duplex). MAX-232 juga memiliki generator tegangan kapasitif, menggunakan empat kapasitor untuk mengubah isyarat TIA/EIA-232-F (Telecomunucations Industry Association [TIA] / Electronic Industries Alliance [EIA] alamat standar komunikasi kabel) agar menjadi isyarat tegangan menggunakan sebuah tegangan supply 5V. Setiap penerima mengubah masukkan TIA/EIA-232-F menjadi 5V, atau isyarat untuk TTL/CMOS.

Penerima memiliki nilai thresshold sebesar 1,3V dan tegangan histerisnya sebesar 0,5V dan dapat menerima tegangan masukkan sebesar ±30V. Setiap driver mengubah isyarat TTL/CMOS (tegangan 5V) menjadi isyarat TIA/EIA-232-F.

Driver, Penerima dan juga gerator tegangan yang kita bahas diatas semuanya

terdapat dalam paket IC MAX-232. Keluaran dari pada MAX-232 terlindungi dari short ke ground.

Gambar 2.13 IC MAX-232

Tabel 2.1 interface RS232

Sistem transmisi sinyal RS-232 menggunakan level tegangan respek to sistem common (power-ground). Tipe ini bagus untuk komunikasi data secara satu-satu (point to point communication). RS-232 dapat berfungsi dengan hubungan ke ground antara PC dengan alat (common ground). Saluran serial RS-232 hanya untuk komunikasi area lokal, dan hanya untuk singel driver dan singel receiver. Dalam setiap proses transfer data serial, RS-232 memerlukan sebuah Data

Terminal Equipment (DTE) dan Data Communication Equipment (DCE). Pada

masing-masing terminal. Pengiriman data dilakukan secara bit per bit. Kecepatan transfer data harus sama antara pengirim dan penerima, jika tidak sama maka akan terjadi overflow data. Kecepatan transmisi transfer data sering disebut dengan baudrate. Panjang data yang sering digunakan adalah 8-bit. Pada komunikasi data serial pada umumnya yang dikirimkan adalah tegangan dan kemudian dibaca dalam bit. Besar level tegangannya berkisar antara -25V sampai dengan +25V. Untuk bit dengan logika 1 maka besar level tegangannya ada antara -3V sampai dengan -25V, sedangkan untuk bit dengan logika 0 level tegangannya berkisar antara + 3V sampai dengan +25V.

2.7 Mikrokontrol

perangkat-perangkat peripheral seperti motor, penggerak, printer, dan komponen-komponen subsistem minor.

Mikrokontroller sesuai dengan namanya adalah suatu alat atau komponen pengontrol atau pengendali yang berukuran mikro atau kecil. Bila dibandingkan dengan mikroprosesor, mikrokontroller jauh lebih unggul karena terdapat berbagai alasan diantaranya :

1. Tersedianya Input/Outout

I/O dalam mikrokontroller sudah tersedia, sementara pada mikroprosesor dibutuhkan IC tambahan untuk menangani I/O tersebut, IC yang dimaksud adalah PPI 8255.

2. Memori Internal

Memori merupakan media untuk menyimpan program dan data sehingga mutlak harus ada. Mikroprosesor belum memiliki memori internal sehingga memerlukan IC memori eksternal

Dengan kelebihan-kelebihan diatas mikroprosesor tetap digunakan sebagai dasar dalam mempelajari mikrokontroller. Inti kerja dari keduanya adalah sama, yakni sebagai pegendali suatu sistem.

Dengan menggunakan mikrokontroller maka: 1. Sistem elektronik akan menjadi lebih ringkas.

2. Rancang bangun sistem elektronik akan lebih cepat karena sebagian besar dari sistem adalah perangkat lunak yang mudah dimodifikasi.

3. Pencarian gangguan lebih mudah ditelesuri karena sistemnya yang kompak. Namun tidak sepenuhnya mikrokontroller bisa komponen IC TTl dan CMOS yang sering kali masih diperlukan untuk aplikasi kecepatan tinggi atau sekedar menambah jumlah saluran input dan output (I/O) dengan kata lain, mikrokontroller adalah versi mini atau mikro dari sebuah komputer karena mikrokontroller sudah mengandung beberapa bagian yang langsung dimanfaatkan, misalnya port paralel, port serial, komparator, konversi digital ke analog (DAC), konversi analog ke digital (ADC), dan sebagainya hanya menggunakan Sistem Minimum yang tidak rumit.

tambah karena didalamnya sudah terdapat memori dan sistem input/output dalam suatu kemasan IC. Mikrokontroller AVR (Alf and Vegard’s RISC processor) standart memiliki arsitektur 8-bit, dimana semua instruksi dikemas dalam kode 16-bit dan sebagian besar instriksi dieksekusi dalam satu siklus clock. Berbeda dengan instruksi MCS-51 yang membutuhkan 12 siklus clock karena memiliki arsitektur CISC (seperti komputer).

Secara umum, AVR dapat dikelompokkan menjadi 4 kelas, yaitu keluarga ATTiny, keluarga AT90Sxx, keluarga ATMega dan AT89RFxx. Pada dasarnya yang membedakan masing-masing kelas adalah memori, peripheral, dan fungsinya. Dari segi arsitektur dan instruksi yang digunakan, mereka dikatakan hampir sama. Oleh karena itu, dipergunakan salah satu AVR produk Atmel sesuai dengan kebutuhan, yaitu ATMega8535. Selain mudah didapatkan dan lebih murah ATMega 8535 juga memiliki fasilitas yang lebih lengkap. Untuk tipe AVR ada 3 jenis yaitu ATTiny, AVR klasik, dan ATMega. Perbedaan dari 3 jenis AVR tersebut terletak hanya pada fasilitas dan I/O yang tersedia serta fasilitas lainnya seperti ADC, EEPROM, dan lain sebagainya. Salah satu contohnya adalah ATMega8535. Memiliki teknologi RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz membuat ATMega 8535 lebih cepat bila dibandingkan dengan varian MCS51. Dengan fasilitas yang lengkap tersebut menjadikan ATMega 8535 sebagai mikrokontroller yang powerfull.

Kapabilitas detail dari ATMega 8535 adalah sebagai berikut:

1. Sistem mikroprosesor 8 bit berbasis RISC dengan kecepatan maksimal 16 MHz.

2. Kapasitas memori flash 8 Kb, SRAM sebesar 512 byte, dan EEPROM (Electrically Erasable Programmable Read Only Memory) sebesar 512 byte.

3. ADC internal dengan fidelitas 10 bit sebanyak 8 channel.

4. Portal komunikasi serial (USART) dengan kecepatan maksimal 2,5 Mbps. 5. Enam pilihan mode sleep menghemat penggunaan daya listrik.

2.8 Heatsink

mendesain sebuah sistem. Pergantian dan perpindahan panas secara konduksi dapat menyebabkan meningkatnya temperatur maximum sambungan (Tjmax) pada peralatan semikonduktor dan menyebabkan kegagalan performa, rusak, dan hal terburuknya adalah terbakar. Bagaimanapun temperatur pada alat harus diperhitungkan jangan sampai melewati temperatur maximum sambungan. Untuk mendesain manajemen panas yang baik diusahakan agar temperatur berada pada temperatur operasi terendah.

Dengan bertambahnya disipasi panas pada peralatan mikroelektronik dan reduksi panas dari berbagai faktor. Manajemen panas menjadi hal yang sangat penting dalam mendesain sebuah peralatan elektronik. Dalam hal performa dan juga lama waktu aktif dari peralatan elektronik berbanding terbalik dengan temperatur komponen elektronik pada peralatan. Dengan mengatur temperatur operasi alat disekitar batas yang sudah ditentukan oleh pabrikan dapat memperpanjang penggunaan dari sebuah komponen dan mempertahankan performanya.

Heatsink adalah material yang dapat menyerap dan mendisipasi panas dari suatu tempat yang bersentuhan dengan sumber panas dan membuangnya, dengan mentransfer panas yang dihasilkan oleh peralatan elektronik atau peralatan mekanikal ke pada pendingin yang ada disekitar, dan sering kali pendingin ini adalah udara bebas. Setelah panas ditransfer ke pendingin meninggalkan alat, hal ini memungkinkan temperatur pada alat kembali ke pada suhu standar. Pada komputer heatsink digunakan untuk mendinginkan CPU (Central Processing

Unit) atau Graphic Processor. Pada komponen elektronik heatsink digunakan

oleh semikonduktor daya tinggi seperti transistor daya dan optoelektronik seperti laser, dimana ketika kemampuan menyerap panas oleh peralatan tersebut tidak lagi mampu menahan panas yang dihasilkan oleh alat selama alat bekerja. Teknologi pendingin ini ditemukan oleh Daniel L Thomas pada tahun 1982.

yang bernenergi panas tinggi ke medium gas atau cairan dengan panas yang lebih rendah. Medium yang sering digunakan adalah udara bebas, terkadang air, atau refrigrant (freon).

Heratsink dapat diaplikasikan pada beberapa jenis pendingin, sehingga performa dari heatsink sendiri berbeda tergantung pada tambahan pendingin yang menyertainya, jika medium pendingin berupa air maka heatsink sering disebut dengan plat pendingin. Dalam termodinamika heatsink adalah sebuah penyimpan panas yang dapat menyerap panas tanpa mengubah suhu. Dalam penggunaannya heatsink alat elektronik memiliki panas yang lebih tinggi dari pada sekitar untuk mentransfer panas secara konveksi, radiasi dan konduksi. Power Supply pada peralatan elektronik tidak 100% efisien menghasilkan energi, jadi akan timbul panas yang akan mengganggu kinerja dari pada alat. Heatsink kadang dimasukkan dalam sebuah rangkaian untuk menguragi panas agar meningkatkan efisiensi penggunaan energi.

Untuk mengetahui cara kerja heatsink, kita harus tahu bahwa energi panas adalah sebuah respon dari sebuah proses sebuah arus listrik melewati suatu benda atau hambatan panas akan dihasilkan, nilai panas tersebut setara dengan nilai tegangan jatuh. Dan kita harus mengetahui jenis bahan yang digunakan dan juga hambatan termal yang mana hambatan termal. Sifat dari hambatan termal sama seperti hambatan listrik, semakin tinggi nilai panas makan semakin tinggi pula nilai hambatan termal pada benda atau hambatan tersebut. Hal ini menyerupai hukum ohm adalah :

�

=

�

�

...

(2.30)

Jika kita masukkan keterangan diatas, bahwa jika panas meningkat maka nilai hambatan panas akan naik dan akan terjadi nilai tegangan jatuh, maka

�

�ℎ

=

��_�

...

(2.31)

Dimana dV/I adalah jatuh daya (dP), jika kita rumuskan maka :

Δ�=�� ∗ �_�ℎ ... (2.32) Dimana :

• ∆T adalah : beda temperatur

• Rth adalah hambatan termal

T

_j

T

c

T

_s

T

a

T

_a

T

s

T

c

T

j

R

sa

R

_sc

R

cj

Gambar 2.14 Heatsink

Dimana :

• Ta adalah suhu udara disekitar

• Ts adalah suhu pada heatsink

• Tc adalah suhu pada casing komponen

• Tj adalah suhu pada persambungan

• Rsa adalah hambatan termal pada heatsink dengan udara sekitar

• Rcs adalah hambatan termal pada casing dengan heatsink

• Rjc adalah hambatan termal pada persambungan dengan casing Maka Rth adalah total dari hambatan termal yang bekerja pada sistem

�

�ℎ

=

�

��

=

�

��

+

�

��

+

�

��

=

��−�_� �

...

(2.33)

Sebuah heatsink dirancang untuk meningkatkan luas kontak permukaan dengan fluida disekitarnya, seperti udara. Kecepatan udara pada lingkungan sekitar, pemilihan material, desain sirip (atau bentuk lainnya) dan surface treatment adalah beberapa faktor yang mempengaruhi tahanan thermal dari heatsink. Thermal

adhesive (juga dikenal dengan thermal grease) ditambahkan pada dasar

Ada beberapa karakteristik heatsink :

1. Luas area heatsink akan menyebabkan dispasi panas menjadi lebih baik karena akan memperluas area pendinginan yang dapat mempercepat proses pendinginan yang dapat mempercepat proses pembuangan panas yang diserap oleh heatsink.

2. Bentuk aerodinamik yang baik dapat mempermudah aliran udara panas agar cepat dikeluarkan melalui sirip-sirip pendingin. Khususnya pada heatsink dengan jumlah sirip banyak tetapi dengan jarak antara sirip berdekatan akan membuat aliran udara tidak sempurna sehingga perlu ditambahkan sebuah kipas untuk memperlancar aliran udara pada jenis heatsink tersebut.

3. Transfer panas yang baik pada setiap heatsink juga akan mempermudah pelepasan panas dari sumber panas ke bagian sirip-sirip pendingin. Desain sirip yang tipis memiliki konduktivitas yang lebih baik.

4. Desain permukaan dasar heatsink sampai pada tingkat kedataran yang tinggi sehingga dapat menyentuh permukaan sumber panas lebih baik dan merata. Hal ini dapat menyebabkan penyerapan panas lebih baik,tetapi untuk menghindari resistansi dengan sumber panas heatsink tetap harus menggunakan suatu pasta atau thermal compound agar permukaan sentuh juga lebih merata.

Karena heatsink terdiri dari plat dasar dan sejumlah sirip,maka daya total yang mampu diserap heatsink dinyatakan dengan rumus :

�=ℎ�� ∗ � ∗ �_�+��_�− � ∗ �_���Δ� ... (2.34) Dengan :

At : luas heatsink

Af : luas permukaan tiap sirip N : jumlah sirip

ΔT : beda suhu dasar dengan lingkungan

H : koefisien konfeksi