KOLABORASI KIPAS ANGIN DENGAN ELEMEN PELTIER UNTUK MENDAPATKAN UDARA SEJUK MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLLER Atmega8535
SKRIPSI
MUHAMMAD ABRAL 140821031
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN
ALAM
UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
MEDAN
KOLABORASI KIPAS ANGIN DENGAN ELEMEN PELTIER UNTUK MENDAPATKAN UDARA SEJUK MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLLER Atmega8535
SKRIPSI
Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains
MUHAMMAD ABRAL 140821031
DEPARTEMEN FISIKA
FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA
LEMBAR PERSETUJUAN
Judul : Kolaborasi Kipas Angin Dengan Elemen Peltier Untuk
Mendapatkan Udara Sejuk Menggunakan Mikrokontroller
Atmega 8535
Kategori : Skripsi
Nama : Muhammad Abral
Nim : 140821031
Program Studi : Fisika Ekstensi
Departemen : Fisika
Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam
Universitas Sumatera Utara
Diluluskan di
Medan, Agustus 2016
Disetujui Oleh
Departemen Fisika FMIPA USU
Ketua, Pembimbing,
Dr. Marhaposan Situmorang
NIP. 195510301980031003 NIP. 196009301986011001
PERNYATAAN
KOLABORASI KIPAS ANGIN DENGAN ELEMEN PELTIER UNTUK MENDAPATKAN UDARA SEJUK DENGAN MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLLER ATMEGA8535
SKRIPSI
Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya.
KATA PENGANTAR
Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat-Nya akhirnya
skripsi dengan judul “Kolaborasi Kipas Angin Dengan Elemen Peltier Untuk
Mendapatkan Udara Sejuk Menggunakan Mikrokontroller Atmega 8535” dapat
diselesaikan.
Skripsi ini merupakan satu persyaratan guna menyelesaikan pendidikan
untuk meraih gelar Sarjana Sains di Departemen Fisika Universitas Sumatera
Utara.
Atas bantuan serta dorongan yang telah diberikan penulis mengucapkan
terima kasih kepada Bapak Drs. Kurnia Brahmana,M.Si. selaku dosen
pembimbing yang dengan sabar membimbing dan memberikan arahan hingga
terselesainya skripsi ini, dan juga Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua
departemen Fisika Universitas Sumatera Utara, serta kepada seluruh staff pengajar
di Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara yang telah memberikan bekal
pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi.
Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua
orang tua tercinta dan abang Al Azmi,SE atas didikan, nasehat dan doa selama ini
kepada penulis, dan juga kepada rekan-rekan yang ada di Departemen Fisika
Ekstensi stambuk 2014khususnya Junita M Sinambela, Putri Puspita Sari, Prima
Ayuni, Juli Suhartika terima kasih atas bantuannya.
Penulis mengharapkan koreksi dari pembaca yang sifatnya membangun
kearah satu penyempurnaan. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih,
semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua.
Medan, Agustus 2016
Penulis,
KOLABORASI KIPAS ANGIN DENGAN ELEMEN PELTIER UNTUK MENDAPATKAN UDARA SEJUK DENGAN MENGGUNAKAN
MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535
ABSTRAK
Sistem pendingin ruangan yang umum digunakan sekarang adalah Air Conditioner (AC), yang manapenggunaan zat kimia seperti gas freon atau zat refrigran tidak ramah lingkungan dapat merusak lapisan ozon di atmosfer bumi yang berdampak terhadap pemanasan global. Oleh karena itu, diperlukan alternatif/terobosan baru dari sistem pendingin yang tidak menggunakan zat kimia sehingga ramah lingkungan yaitu menggunakan modul pendingin Thermo Electric Cooler (TEC) yang memanfaatkan sisidingin pada Thermo Electric Cooler (TEC). Thermo Electric Cooler (TEC) ketika disupply tegangan DC (arus searah) salah satu sisi akan menjadi panas, sementara sisi satunya akan menjadi dingin, untuk memaksimalkan proses pendinginan, maka sisi panas Thermo Electric Cooler (TEC) harus diturunkan serendah mungkin dengan menggunakan kipas(fan), heat sink dan Thermal pasta(Thermal grease). Dimensi ruangan yang didinginkan Panjang 20 cm, Lebar 20 cm dan Tinggi 20 cm.
Jumlah ThermoElectric Cooler (TEC) 2 buah bertegangan 12 volt, arus 6 Ampere, dimensi 40 x 40 mm dan tebal 3 mm. Thermo Electric Cooler (TEC) disusun secara paraler dan kelistrikan disusun secara seri. Jumlah kipas(fan) 2 buah (2 buah kipas sisi panas dan 1 buah kipas sisi dingin) dan komponen sistem pendingin ruangan ini meliputi Power supply, Thermo Electric Cooler (TEC), Heat sink, Kipas(fan), Junction terminal, Sterofoam/Isolator dan Thermal pasta(Thermal grease). Sistem pendingin ini membutuhkan daya 277,2 Watt. Pengerjaan pada sistem pendingin ruangan ini meliputi proses perancangan desain alat, pemilihan material, perakitan komponen, perakitan kelistrikan dan memasang unit sistem pendingin dengan ruang pendingin. Setelah tahap pemasangan komponen selesai maka dilakukan tahap pengujian. Pengujian kedua
kipas menghembuskan udara ke arah heat sink sisi panas didapat hasil 24,6 0C dan
pengujian kedua kipas menarik udara panas dari heat sink sisi panas didapat hasil
24,8 0C pengujian dilakukan selama 30 menit dengan temperatur awal ruangan
30,8 0C, semakin lama proses pendinginan, maka semakin optimal suhu
ruanganyang didinginkan, untuk pengembangan Thermo Electric Cooler (TEC) pada sistem pendingin ruanganselanjutnya bisa difokuskan menurunkan panas serendah mungkin pada heat sink sisi panas. Hasilpengujian menghasilkan suhu ruangan sesuai dengan yang diinginkan, maka pembuatan alat sistempendingin berhasil dibuat dan siap digunakan sebagai alat pendingin ruangan yang efektif, efisien danramah lingkungan.
COLLABORATION WITH FAN PELTIER ELEMENT COOL AIR TO OBTAIN BY USING MICROCONTROLLER ATMEGA 8535
ABTRACT
Air conditioning systems commonly used today is the Air Conditioning (AC), in which the use ofchemical substances such as freon gas or environmentally unfriendly substances refrigran can damage the ozone layer in the earth's atmosphere that have an impact on global warming. Therefore, needed alternative/new breakthrough of the cooling system that does not use chemicals that are environmentally friendly using cooling module Thermo Electric Cooler (TEC) which utilizes the cold side of the Thermo Electric Cooler (TEC). Thermo Electric Cooler (TEC) when the supply voltage of the DC (direct current) one side will be hot, while the other side would be cool, to maximize the cooling process, the hot side Thermo Electric Cooler (TEC) should be lowered as low as possible by using a fan, heat sink and thermal paste (thermal grease). A refrigerated room dimensions Length 20cm, width 20 cm and 20 cm High. Number of Thermo Electric Cooler (TEC) 8 pieces of voltage 12 volt, 6 Ampere current, dimensions 40 x 40 mm and 4 mm thick. Thermo Electric Cooler (TEC) are arranged in parallel and electricity are arranged in series. Number of fan 3 pieces (2 pieces fan hot side and 1 fan cool side) and components of air conditioning systems include power supply, Thermo Electric Cooler (TEC), heat sink, fan, Junction terminal, Sterofoam/isolator and Thermal paste (thermal grease). This cooling system requires power 277.2 Watt. Work on this air conditioning system includes process design tool design, material selection.
DAFTAR ISI
1.5 Manfaat Penelitian 4
1.6 Metedologi Peneletian 4
1.6 Sistematika Penulisan 5
BAB 2 TEORI DASAR 6
2.1 Kipas Angin 6
2.2 Pengertian Thermoelektrik 7
2.3 Perkembangan Thermoelektrik 7
2.4 Pendingin Thermo-Electric (TEC) 8
2.4.1 Efek Peltier 9
2.2.3 Prinsip Kerja Thermo-Electric (TEC) 10
2.5 Bahan Thermo-Electric (TEC) 11
2.6 Kontruksi Thermo-Electric (TEC) 11
2.6.1 Komponen Dasar Sistem Termoelektrik Peltier 13
2.7 Daya Guna Thermo-Electric (TEC) 14
2.8 Aplikasi Thermoelektrik Secara Garis Besar 15
2.9 Kalor Jenis 17
2.10 Hubungan antara Kalor dengan Energi Listrik 17
2.11 Perpindahan Panas 18
2.11.1 Perpindahan Panas Konduksi 18
2.11.2 Perpindahan Panas Konveksi 19
2.12 Heatsink 20
2.13 Coldsink 22
2.14 Sensor Suhu 22
2.14.1 Sensor LM35 23
2.14.2 Struktur Sensor LM35 24
2.14.3 Prinsip Kerja Sensor LM35 26
2.15 Rangkaian RS 232 27
BAB 3 PERANCANGAN DAN CARA KERJA SISTEM 30
3.1 Diagram Blok Sistem 30
3.2 Perancangan Rangkaian Tiap Blok 32
3.2.1 Perancangan Ruangan 32
3.2.2 Pemasangan Peltier pada Heatsink 33
3.2.3 Rangkain Sensor Suhu 35
3.2.4 Rangkaian Mikrokontroller 36
3.2.5 Rangkaian MOSFET 37
3.2.6 Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) 38
3.2.7 Rangkain Driver Regulator Arus 40
3.2.8 Power Supplay 41
3.3 Diagram Alir Sistem 44
BAB 4 PENGUJUAN DAN HASIL 45
4.1 Pengujian Driver Arus 45
4.2 Pengujian Daya Terpasang Pada Sistem 46
4.3 Skema Pengukuran Temperatur 47
4.4 Grafik Analisa Pengujian Temperatur Selama 60 Menit 51
4.5 Pengujian Sistem Radiator Ruangan 52
4.6 Analisa Grafik Sistem Radiator Ruangan 56
BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN 59
5.1 Kesimpulan 59
5.2 Saran 59
DAFTAR REFERENSI 60
DAFTAR TABEL
Halaman
Tabel 4.1 Pengujian Driver Regulator Arus 46
Tabel 4.2 Daya Terpasang 47
Tabel 4.3 Pengujian Temperatur Selama 60 Menit 49
Tabel 4.4 Hasil Pengujian Sistem Radiator Ruangan Kipas
Menghembus Udara Panas pada Heatsink 53
Tabel 4.5 Hasil Pengujian Sistem Radiator Ruangan Kipas
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 2.1 Bentuk peltier 9
Gambar 2.2 Penampang Thermo-Electric 12
Gambar 2.3 Proses Perpindahan Panas 12
Gambar 2.4Susun dasar pendingin termoelektrik peltier cooler 14
Gambar 2.5 Ukuran Thermo-Electric 15
Gambar 2.6 Susunan sistem termoelektrik 16
Gambar 2.7 Jenis Heatsink 20
Gambar 2.8 Coldsink aluminium 22
Gambar 2.9 Sensor Suhu LM35 24
Gambar 2.10 Rangkaian dasar sensor suhu LM35-DZ 25
Gambar 2.11 Rangkaian RS232 27
Gambar 2.12 Bentuk dan simbol relay 29
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem 30
Gambar 3.2 Diagram Blok System mekanik alat 32
Gambar 3.3 Pemasangan peltier pada heatsink 34
Gambar 3.4 Rangkain Sensor Suhu Pada Pendingin Peltier 35
Gambar 3.5 Rangkain Mikrokontroller Atmega 8535 36
Gambar 3.6 Rangkain MOSFET 38
Gambar 3.7 Rangkain LCD 39
Gambar 3.8 Rangkaian Driver Regulator Arus 40
Gambar 3.9 Power Supplay 42
Gambar 3.10 Diagram Alir Sistem 44
Gambar 4.1 Sistem Pengujian Regulator Arus 45
Gambar 4.2 Skema Pengukuran Daya Terpasang 46
Gambar 4.3 Skema Pengukuran Suhu 48
Gambar 4.4 Grafik Pengujian Temperatur Ruangan 51
Gambar 4.5. Grafik pengujian kedua kipas menghembuskan udara ke arah heat sink sisi panas dan kedua kipas menarik
