Pendingin air peltier dengan rangkaian kaskade paralel.

(1)

ABSTRAK

Salah satu sistem pendingin yang sedang marak dikembangkan dengan menggunakan termoelektrik (peltier). Keunggulan yang dimiliki oleh peltier adalah a.) tidak berisik, b.) mudah dibawa kemana-mana, c.) ramah lingkungan. Selain memiliki beberapa keunggulan, peltier merupakan inovasi baru dalam bidang mesin pendingin.

Penelitian dilakukan penulis secara eksperimen untuk mengetahui karakteristik dari alat pendingin menggunakan variasi 1 peltier, 2 peltier dan 3 peltier total jumlah peltier yang digunakan 3 peltier dengan tipe TEC1-12706A yang dirangkai secara paralel dan disusun bertumpuk (kaskade) untuk 2 peltier dan 3 peltier, kapasitas air 0,7 liter. Catu daya untuk peltier menggunakan adaptor dengan kapasitas 12 volt 17 ampere dan catu daya untuk kipas menggunakan adaptor 15 volt 2 ampere.

(2)

2

ABSTRACT

One of the emerging cooling system developed using thermoelectric (Peltier). Advantages possessed by the peltier is a.) Is not noisy , b.) Easy to carry anywhere, c.) Environmentally friendly . In addition to having several advantages, Peltier is a new innovation in the field of refrigeration.

The study authors conducted experimentally to determine the characteristics of the cooling device uses peltier variation 1, 2 and 3 peltier peltier peltier used the total number of type 3 Peltier TEC1 - 12706A are arranged in parallel and arranged overlap (cascade) for 2 and 3 peltier peltier , water capacity of 0.7 liters . The power supply for the peltier use an adapter with a capacity of 17 amperes and 12 volts power supply to the fan using a 15 volt adapter 2 amperes .

(3)

i

PENDINGIN AIR PELTIER DENGAN RANGKAIAN

KASKADE PARALEL

TUGAS AKHIR

Ditujukan untuk memenuhi sebagian persyaratan

Mencapai derajat Sarjana S-1

Program Studi Teknik Mesin

Diajukan Oleh :

ANDREAS HERMAWAN SETYADI

095214060

Kepada :

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

(4)

ii

PELTIER WATER COOLER WITH CASCADE PARALLEL

CIRCUIT

FINAL PROJECT

Presented as partial fulfilment of the requirements

to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

Submitted by :

ANDREAS HERMAWAN SETYADI

095214060

TO

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

DEPARTMENT OF MECHANICHAL ENGINEERING

FACULTY OF SCIENCE AND TECHNOLOGY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

(5)

PENDINGIN

AN

Pembimbing Utama

Ir. Petrus Kanisius Purw

TUGAS AKHIR

N AIR PELTIER DENGAN RANGKAIA

KASKADE PARALEL

Disusun oleh :

ANDREAS HERMAWAN SETYADI

095214060

Telah disetujui oleh :

Yogyakarta, 21 M

rwadi, M.T.

iii

IAN

(6)

PENDINGIN

Y AN Telah dipertahankan dan d Nama Lengkap

Ketua : Dodd

Sekretaris : Wibo

Anggota : Ir. Pe

TUGAS AKHIR

KASKADE PARALEL

Yang dipersiapkan dan disusun oleh

ANDREAS HERMAWAN SETYADI

095214060

an di depan Dewan Penguji pada tanggal 21 Mare

dinyatakan telah lulus memenuhi syarat.

Susunan Dewan Penguji :

Tanda Tan

ddy Purwadianto, S.T., M.T. ………

bowo Kusbandono, S.T., M.T. ………

Petrus Kanisius Purwadi, M.T. ………….…

Yogyakarta, 21 Maret 201

Fakultas Sains dan Teknolo

Universitas Sanata Dharm

(7)

PERN

“ Dengan ini penulis m

karya yang pernah d

pengetahuan penulis jug

pernah diterbitkan oleh

dan disebutkan dalam da

NYATAAN KEASLIAN KARYA

menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tida

diajukan di suatu Perguruan Tinggi, dan

juga tidak terdapat atau pendapat yang pernah d

h orang lain, kecuali secara tertulis diacu dalam

daftar pustaka.”

Surakarta, 21 Mare

Andreas Hermawa

v

dak terdapat

n sepanjang

ditulis atau

m naskah ini

aret 2014

(8)

LEMBAR PER

KARYA ILMIA

Yang bertanda tangan di

Nama

Nomor Mahasiswa

Demi pengembangan ilm

Universitas Sanata Dhar

PENDINGIN

Beserta perangkat yang

Perpustakaan Universita

dalam bentuk media

mendistribusikan secara

lain untuk kepentingan

memberikan royalti kep

penulis.

Demikian pernyataan ini

Yogyakarta, 21 Maret 20

Yang menyatakan

Andreas Hermawan Sety

RNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIK

IAH UNTUK KEPENTINGAN AKADE

di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata

: Andreas Hermawan Setyadi

: 095214060

ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Pe

arma karya ilmiah saya yang berjudul :

KASKADE PARALEL

ng diperlukan. Dengan demikian saya memberik

itas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me

a lain, mengelolanya dalam bentuk pangka

ra terbatas, dan mempublikasikannya di internet a

an akademis tanpa perlu meminta ijin dari say

epada saya selama tetap mencantumkan nama sa

ini yang saya buat dengan sebenarnya.

2014

etyadi

vi

IKASI

EMIS

ta Dharma :

Perpustakaan

IAN

rikan kepada

mengalihkan

kalan data,

t atau media

aya maupun

(9)

vii

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ……... i

HALAMAN PERSETUJUAN ... iii

HALAMAN PENGESAHAN ... iv

PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ………....……….……. v

LEMBAR PERSETUJUAN PUBLIKASI ………. vi

DAFTAR ISI ……….…. vii

KATA PENGANTAR ... x

ABSTRAK ... xii

BAB I PENDAHULUAN ... 1

1.1 Latar Belakang ... 1

1.2 Tujuan Penelitian ... 5

1.3 Batasan-batasan ... 5

1.4 Prinsip Kerja Dan Skema Rancangan ... 6

1.5 Manfaat Penelitian …... 7

BAB II DASAR TEORI ... 8

2.1 Perpindahan Kalor ... 8

2.1.1 Perpindahan Kalor Konduksi ... 8

2.1.2 Perpindahan Kalor Konveksi ... 10

2.2 Peltier (termoelektrik) ... 12

2.3 Efek Peltier ... 21

(10)

viii

2.5 Kipas ... 25

2.6 Isolator ... 26

2.7 Material Dinding Alat Pendingin Air Dengan Peltier ... 27

2.8 Perhitungan Kalor Yang Dilepas Air ... 28

2.9 Perhitungan Efisiensi Alat Pendingin ... 29

2.10 Referensi ... 29

BAB III PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN ... 33

3.1 Komponen Alat Pendindingin Air Menggunakan Peltier ... 33

3.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Alat Pendingin Air ... 32

3.3 Skema Rancangan Alat Pendingin Air Menggunakan Peltier ... 34

3.4 Pembuatan Alat Pendingin Air Menggunakan Peltier ... 36

3.5 Variasi Penelitian Alat Pendingin Menggunakan Peltier ... 39

3.6 Metode Pengambilan Data Alat Pendingin Menggunakan Peltier ... 40

3.6.1 Pengambilan Data Penelitian 1 ... 40

3.6.2 Pengambilan Data Penelitian 2 ... 41

3.7 Metode Pengolahan Data ... 44

3.8 Mendapatkan Kesimpulan ... 45

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 46

(11)

ix

4.1.1 Penelitian 1 ... 46

4.1.2 Penelitian 2 ... 48

4.1.3 Penelitian 3 ... 48

4.1.4 Penelitian 4 ... 50

4.1.5 Penelitian 5 ... 51

4.1.6 Penelitian 6 ... 53

4.2 Pembahasan ………..………...………... 53

4.2.1 Perbandingan Kalor Maksimal Yang Dilepas Air ..………...…. 53

4.2.2 Perbedaan Suhu ( T) Sisi Panas Dan Sisi Dingin Peltier ... 54

4.2.3 Efisiensi Maksimal Dari Alat Pendingin …...………..……… 56

BAB V KESIMPULAN DAN PENUTUP ... 58

5.1 Kesimpulan ……….……... 58

5.2 Saran ………...… 58

DAFTAR PUSTAKA ... 59

(12)

x

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa karena atas berkat dan rahmat

yang diberikan, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul

“PENDINGIN AIR PELTIER DENGAN RANGKAIAN KASKADE PARALEL”.

Tugas Akhir ini merupakan salah satu persyaratan kelulusan sarjana S1 pada

jurusan Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

Pada kesempatan ini penulis juga mengucapkan terima kasih atas segala

bantuannya sehingga tugas ini dapat terselesaikan dengan baik, kepada :

1. Paulina Heruningsih Prima Rosa, S.Si., M.Sc. selaku Dekan Fakultas Sains

dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.

2. Ir. Petrus Kanisius Purwadi, M.T. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta dan

sekaligus dosen pembimbing yang sudah banyak memberi petunjuk,

pengarahan dan saran serta dukungan baik moral dan spiritual kepada penulis

selama pengerjaan alat dan naskah.

3. Albertus Murdianto, M.Pd. selaku Kepala SMK Katolik Mikael yang telah

memberi dukungan baik moral dan spiritual kepada penulis.

4. P. C. Wisnu Haryanto, S.Pd., M.M. selaku Kepala Unit Kerja Workshop

SMK Katolik Mikael yang selalu memberi dukungan dan bantuan sarana dan

prasarana di SMK Katolik Mikael untuk pembuatan tugas akhir ini.

5. Rekan-rekan kerja terutama Kristo yang selalu memberikan masukan dan

(13)

6. Para guru dan siswa

7. Orang tua yang te

saudara yang selalu

8. Berbagai pihak yang

Penulis menya

terdapat banyak kekura

kritik yang diberikan.

Akhir kata, sem

bermanfaat bagi banyak

Surakarta, 21 Maret 201

Penulis

wa SMK Katolik Mikael, terima kasih atas dukung

telah membesarkan dan merawat penulis serta

lu memberi motivasi kepada penulis.

ang tidak dapat penulis sebutkan satu per satu.

yadari dalam pembuatan rancangan dan penuli

rangan,maka penulis menerima segala bentuk

semoga Tugas Akhir yang telah penulis selesai

k orang dan menambah pengetahuan.

014

xi

ngannya.

rta

saudara-ulisan masih

k saran dan

(14)

xii

ABSTRAK

Salah satu sistem pendingin yang sedang marak dikembangkan dengan menggunakan termoelektrik (peltier). Keunggulan yang dimiliki oleh peltier adalah a.) tidak berisik, b.) mudah dibawa kemana-mana, c.) ramah lingkungan. Selain memiliki beberapa keunggulan, peltier merupakan inovasi baru dalam bidang mesin pendingin.

Penelitian dilakukan penulis secara eksperimen untuk mengetahui karakteristik dari alat pendingin menggunakan variasi 1 peltier, 2 peltier dan 3 peltier total jumlah peltier yang digunakan 3 peltier dengan tipe TEC1-12706A yang dirangkai secara paralel dan disusun bertumpuk (kaskade) untuk 2 peltier dan 3 peltier, kapasitas air 0,7 liter. Catu daya untuk peltier menggunakan adaptor dengan kapasitas 12 volt 17 ampere dan catu daya untuk kipas menggunakan adaptor 15 volt 2 ampere.

(15)

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Sistem pendingin banyak digunakan untuk berbagai keperluan, misalnya

menyimpan bahan makanan dan minuman, tempat menyimpan obat-obatan,

vaksin serta bahan-bahan yang lain agar tahan lama dan tidak cepat rusak. Salah

satu sistem pendingin yang banyak dipakai sekarang ini adalah dengan

menggunakan siklus kompresi uap yang menggunakan alat-alat pendukung seperti

kompesor, katup ekspansi, kondensor dan evaporator. Kelebihan menggunakan

siklus kompresi uap menghasilkan suhu yang sangat rendah dan kapasitas yang

besar, akan tetapi ada beberapa kekurangan, antara lain harganya mahal,

ukurannya relatif besar, bobotnya relatif berat dan perawatannya relatif susah.

Cara lain sistem pendinginan yang lebih sederhana yaitu dengan menggunakan

termoelektrik atau disebut juga dengan peltier seperti terlihat pada Gambar 1.1.

Gambar 1.1 Peltier

(16)

2

Ada beberapa keunggulan dalam penggunaan peltier dibandingkan

menggunakan sistem pendingin dengan siklus kompresi uap, diantaranya adalah :

a. Alat pendingin dapat dibawa kemana-mana (portabel) karena dapat

menggunakan sumber daya dari baterai atau aki.

b. Peralatan pendingin yang relatif kecil dan tidak berat.

c. Ekonomis, karena harga komponen pendinginnya murah.

d. Mudah dalam pembuatan, perakitan dan perawatan.

Dengan keunggulan-keunggulan tersebut, banyak dikembangkan sistem

pendingin menggunakan peltier. Beberapa contoh penggunan peltier untuk

pendingin adalah peltier yang diaplikasikan pada dispenser (Gambar 1.2), kotak

pendingin obat-obatan (Gambar 1.3), kulkas mini (Gambar 1.4), pendingin

prosesor komputer (Gambar 1.5) dan pendingin pada kursi (Gambar 1.6).

Gambar 1.2 Dispenser termoelektrik.

(17)

3

Gambar 1.3 Kotak pendingin obat-obatan.

(http://www.aliexpress.com)

Gambar 1.4 Kulkas mini.

(18)

4

Gambar 1.5 Pendingin prosesor komputer.

(http://www.pcper.com)

Gambar 1.6 Pendingin pada kursi.

(http://www.nature.com/nnano/journal/v8/n7/fig_tab/nnano.2013.129_F2.html)

Mengingat bahwa mesin pendingin mempunyai perananan yang sangat

penting pada saat ini, maka penulis bermaksud memahami dan mengenal lebih

(19)

5

mesin pendingin kapasitas ukuran mesin pendingin untuk rumah tangga

menggunakan peltier.

1.2 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian terkait peralatan pendingin dengan mempergunakan

peltier ini adalah :

a. Mengetahui besarnya suhu pendinginan paling maksimal yang dihasilkan alat

pendingin dari masing-masing penelitian.

b. Mengetahui besarnya kalor maksimal yang dilepas air pada masing-masing

penelitian.

c. Mengetahui rata-rata perbedaan suhu sisi panas dan sisi dingin peltier dari

alat pendingin air dengan pendinginan sisi panas menggunakan kipas pada

setiap penelitian.

d. Mengetahui efisiensi paling maksimal dari masing-masing penelitian.

1.3 Batasan-batasan

Batasan-batasan pada pembuatan alat pendingin yang dipergunakan

dalam penelitian adalah :

a. Peltier yang dipergunakan mempunyai spesifikasi TEC1-12076A.

b. Variasi jumlah modul dengan menggunakan 1 peltier, 2 peltier dan 3 peltier

yang dirangkai secara paralel dan disusun bertumpuk (kaskade).

(20)

6

d. Arus listrik searah, dengan besar arus 6 ampere untuk mesin pendingin

dengan 1 peltier, 12 ampere untuk 2 peltier dan 18 ampere untuk 3 peltier.

e. Tegangan listrik sebesar 12 volt untuk mesin pendingin dengan 1 peltier, 2

peltier dan 3 peltier.

f. Pembuangan panas pada sisi panas peltier menggunakan (1) heatsink, (2)

heatsink dan kipas.

g. Kipas pendingin menggunakan adaptor dengan besar tegangan 12 volt dan

besar arus 0,19 ampere.

1.4 Prinsip Kerja Dan Skema Rancangan

Peltier akan menimbulkan panas dan dingin pada kedua buah sisinya

jika diberi energi listrik. Panas akan terjadi pada sisi peltier yang ada tulisan kode

peltier, sedangkan sisi yang satu lagi akan dingin bila pemasangan kabel positif

dan negatif dari sumber listrik dihubungkan dengan benar. Pemasangan kabel

positif dan negatif yang terbalik tidak akan menyebabkan kerusakkan pada peltier

melainkan sisi panas dan dinginnya akan terbalik.

Pemanfaatan yang digunakan adalah sisi dingin peltier yang dirangkai

secara paralel bertingkat (kaskade) seperti yang ditunjukkan pada Gambar 1.7,

pendinginan pada sisi dingin diteruskan melalui sirip yang tercelup di dalam air

(coldsink), sedangkan sisi panas peltier didinginkan menggunakan beberapa

variasi pendinginan. Skema rancangan peltier yang digunakan untuk pendingin air

(21)

7

Gambar 1.7 Rangkaian paralel bertumpuk (kaskade).

(http://www.peltiertec.net)

Gambar 1.8 Skema rancangan alat pendingin.

1.5 Manfaat Penelitian

a. Menambah wawasan tentang jenis mesin pendingin selain menggunakan

sistem kompresi uap (menggunakan refrijeran).

b. Dapat digunakan sebagai bahan referensi untuk penelitian lain yang

(22)

8

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Perpindahan Kalor

Perpindahan kalor adalah proses perpindahan energi kalor dari benda

yang memiliki suhu tinggi ke benda yang bersuhu rendah. Adanya perbedaan

suhu, energi kalor dapat mengalir baik pada benda padat maupun fluida.

Perpindahan kalor dibagi menjadi tiga jenis, yaitu perpindahan kalor secara

konduksi, konveksi dan radiasi seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.1.

Gambar 2.1 Proses perpindahan kalor.

(http://1.bp.blogspot.com)

2.1.1 Perpindahan Kalor Konduksi

Perpindahan kalor konduksi adalah proses terjadinya perpindahan kalor

dari suatu benda ke benda yang lain yang biasanya terjadi pada benda padat

(23)

9

juga dapat terjadi perpindahan kalor secara konduksi dengan syarat fluida harus

dalam keadaan diam.

Gambar 2.2 Perpindahan kalor konduksi.

(http://guraru.org/wp-content/uploads/2013/10/konduksi-2.jpeg)

Laju perpindahan kalor secara konduksi dapat dihitung dengan

Persamaan 2.1 berikut ini :

Q = k ∙ A ∙ ∆_∆ ... ( 2.1)

Keterangan pada Persamaan (2.1) :

Q : laju perpindahan kalor konduksi (watt).

k : konduktivitas termal atau koefisien perpindahan kalor konduksi (W/moC).

A : luas permukaan yang tegak lurus dengan arah perpindahan kalor (m2).

∆T : perbedaan suhu (oC).

(24)

10

Nilai konduktivitas termal berbagai bahan disajikan pada Lampiran Tabel 1 Sifat

material pada 21 °C.

2.1.2 Perpindahan Kalor Konveksi

Perpindahan kalor secara konveksi tidak dapat terjadi pada benda padat,

karena proses perpindahan kalor konveksi hanya terjadi pada fluida baik zat cair

maupun gas yang disertai dengan perpindahan zat perantaranya (Gambar 2.3).

Gambar 2.3 Perpindahan kalor konveksi.

(http://3.bp.blogspot.com)

Ada dua jenis perpindahan kalor konveksi, yaitu :

a. Konveksi paksa, terjadi karena ada alat tambahan yang digunakan untuk

mengalirkan fluida seperti yang diperlihatkan pada Gambar 2.4.

(25)

11

b. Konveksi bebas atau konveksi alami, terjadi karena adanya perbedaan

suhu yang menyebabkan perbedaan kerapatan massa. Jadi konveksi bebas

terjadi secara alami dan tidak menggunakan bantuan alat untuk

mengalirkan fluida. (Gambar 2.5).

Gambar 2.5 Konveksi bebas.

Gambar 2.6 Skema perpindahan kalor konveksi.

(26)

12

Perpindahan kalor konveksi dapat dihitung dengan Persamaan 2.2 :

Q = h ∙ A ∙ ∆T = h ∙ A ∙ T − T ... (2.2)

Keterangan pada Persamaan (2.2) :

Q : Laju perpindahan kalor konveksi (watt).

h : Koefisien perpindahan kalor konveksi (W/m2oC).

As : Luas permukaan benda yang bersentuhan dengan fluida (m2).

Ts : Suhu permukaan (oC).

T : Suhu fluida (oC).

Untuk beberapa kasus tertentu, nilai koefisien konveksi disajikan pada Tabel 2.2:

Tabel 2.2 Nilai koefisien perpindahan kalor konveksi.

No Proses Nilai koefisien konveski

(W/m2K)

1 Konveksi bebas, udara 2 – 25

2 Konveksi bebas, air 10 – 1000

3 Konveksi paksa, udara 25 – 250

4 Konveksi paksa, air 50 – 20000

5 Air mendidih 2500 – 100000

2.2 Peltier (termoelektrik)

Peltier atau juga disebut dengan termoelektrik adalah suatu alat yang

bekerja dengan cara mengkonversi energi lisrtik menjadi kalor atau sebaliknya

dari energi kalor menjadi energi listrik secara langsung, sehingga aliran kalor

(27)

13

Peltier yang banyak beredar dipasaran ada dua jenis, yaitu tipe TEG

(Thermo Electric Generator) yang digunakan untuk menghasilkan energi listrik

dengan aliran kalor dan tipe TEC (Thermo Electric Cooler) yang digunakan untuk

pendinginan. Prinsip kerja peltier tipe TEG dan TEC sama, yang membedakan

adalah bahan/material yang digunakan. Peltier tipe TEG menggunakan bahan

PbTe dan Si/Ge sedangkan peltier tipe TEC menggunakan bahan Bismuth

Telluride (Bi2Te3), Lead Selenium (PbSe) dan Silicon Germanium (SiGe).

Gambar 2.7 memperlihatkan efisiensi dari bereberapa tipe dari elemen pendingin.

Gambar 2.7 Grafik kurva efisiensi beberapa jenis elemen pendingin peltier.

(28)

14

Batas maksimal ketahanan panas untuk peltier tipe TEG dapat

mencapai 228 °C, untuk tipe TEC batas ketahanan panas maksimalnya lebih

rendah, yaitu sampai 138 °C dan umur pakai (lifetime) dari peltier dapat mencapai

100000 sampai 200000 jam. Dari segi harga, peltier tipe TEG bisa mencapai 10

kali lipat dari harga peltier tipe TEC. Spesifikasi kinerja peltier TEC dari pabrikan

disajikan pada Tabel 2.3:

Tabel 2.3 Spesifikasi kinerja peltier TEC.

Spesifikasi Kinerja Suhu

25 °C 50 °C

Qmaks. (°C) 50 57

Tmaks. (°C) 66 75

Imaks. (ampere) 6,4 6,4

Vmaks. (volt) 14,4 16,4

Resistensi modul ( ) 1,98 2,30

Pengujian yang dilakukan salah satu perusahaan pembuat peltier Hebei I.T.

(Shanghai) Co., Ltd. mendapatkan beberapa hasil terkait dengan kinerja peltier

TEC pada suhu 25 °C yang dapat dilihat pada Gambar grafik 2.8 dan Gambar

grafik 2.9, sedangkan kinerja pada suhu 50 °C dapat dilihat pada Gambar grafik

(29)

15

Gambar 2.8 Grafik kinerja peltier (Qc vs ∆T) pada suhu 25 °C.

(http://www.hebeiltd.com.cn/?p=peltier.module)

Gambar 2.9 Grafik kinerja peltier (V vs _∆T) pada suhu 25 °C.

(30)

[image:30.612.103.509.97.638.2]

16

Gambar 2.10 Grafik kinerja peltier (Qc vs ∆T) pada suhu 50 °C.

(http://www.hebeiltd.com.cn/?p=peltier.module)

Gambar 2.11 Grafik kinerja peltier (V vs _∆T) pada suhu 50 °C.

(31)

17

Peltier memiliki rangkaian tertutup dengan dua semikonduktor yang

berbeda jenis yaitu tipe P dan tipe N. Jika semikonduktor pertama dihubungkan

dengan kutub positif (+) dan semikonduktor kedua dihubungkan pada kutub

negatif (-) pada sumber listrik searah (DC) maka pada salah satu sambungan akan

terjadi proses penyerapan kalor (proses pemanasan) dan sambungan yang lain

[image:31.612.102.511.236.659.2]

akan melepaskan kalor (proses pendinginan) seperti yang terlihat pada

Gambar 2.12 dan Gambar 2.13.

Gambar 2.12 Aliran kalor untuk jenis N dari efek peltier.

(http://www.tellurex.com/technology/peltier-faq.php)

Gambar 2.13 Aliran kalor untuk jenis P dari efek peltier.

(32)

18

Apabila salah satu dari sisi sambungan yang menyerap kalor

(sambungan bersuhu Tc) ditempatkan pada suatu ruangan yang terisolasi maka

kalor di dalam ruangan tersebut akan mengalir ke sambungan bersuhu Tc dari

peralatan pendingin. Dengan berjalannya waktu, suhu ruangan yang terisolasi

akan mengalami penurunan suhu sampai pada batas tertentu sehingga suhu

ruangan menjadi dingin.

Semikonduktor tipe P dan tipe N dapat dirangkai baik secara seri

(Gambar 2.14) maupun dirangkai secara paralel (Gambar 2.15) atau dirangkai

secara gabungan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.16 dan Gambar 2.17.

Pada umumnya peltier menggunakan gabungan semikonduktor tipe P dan tipe N

[image:32.612.103.506.220.557.2]

seperti yang ditunjukkan pada Gambar 2.18

Gambar 2.14 Aliran kalor untuk beberapa jenis N terhubung paralel.

(33)

[image:33.612.101.510.97.550.2]

19

Gambar 2.15 Aliran kalor untuk beberapa jenis N terhubung seri.

Gambar 2.16 Aliran kalor pada gabungan jenis N dan P dari Efek peltier.

(34)

[image:34.612.104.505.106.543.2]

20

Gambar 2.17 Aliran kalor pada gabungan beberapa jenis N dan P dari Efek

peltier.

Gambar 2.18 Konfigurasi beberapa susunan P dan N dari sistem pendingin dengan

efek peltier.

(http://www.microwaves101.com)

Ukuran peltier umumnya 40 mm × 40 mm × 4 mm biasanya berisikan

rangkaian beberapa batang Bismuth Telluride di dalamnya dengan dua jenis

material semikonduktor P dan ssemikonduktor N dan dibungkus dengan keramik

(35)

21

TEC dengan kode 12706 yaitu peltier terdiri dari 127 pellet dengan input tegangan

maksimal 12 volt dan input arus maksimal 6 ampere. Beda suhu antara sisi panas

[image:35.612.104.509.174.485.2]

dan dingin bisa mencapai 65 ºC.

Gambar 2.19 Keping panas dingin yang ada dipasaran.

(i01.i.aliimg.com/wsphoto/v0/597376229/5-PCS-LOT-TEC1-12705-Thermoelectric-font-b-Peltier-b-font-40x40mm-TEC-font-b-Thermo.jpg)

Untuk dapat lebih memahami prinsip kerja peltier dengan baik, perlu

pemahaman tentang beberapa teori yang terkait dengan peltier antara lain efek

Seebeck, efek Peltier dan efek Thomson. Efek yang digunakan pada sistem

pendingin adalah efek Peltier, sehingga penulis menggunakan peltier jenis TEC

dalam penelitian ini karena percobaan yang akan diteliti adalah tentang pendingin

air.

2.3 Efek Peltier

Efek Peltier pertama kali ditemukan tahun 1834 oleh Jean Charles

(36)

22

jenis penghantar yang berbeda, dan pada masing-masing kedua ujung penghantar

tersebut disambungkan (sambungan A dan sambungan B) sehingga membentuk

rangkaian tertutup seperti terlihat pada Gambar 2.20, maka akan timbul perbedaan

suhu antara sambungan A dengan sambungan sambungan B. Sambungan A

bersuhu lebih rendah (Tc) dan sambungan B bersuhu lebih tinggi (Th).

Beda suhu sambungan A dan sambungan B adalah T. Pada

sambungan A terjadi proses penyerapan kalor sebesar Qc dan pada sambungan B

akan terjadi pelepasan kalor sebesar Qh. Besar kalor yang diserap Qc sama dengan

besar kalor yang dilepaskan Qh atau (Qc = Qh).

Persamaan yang menghubungkan jumlah kalor yang diserap atau

dilepaskan di sambungan dengan arus searah yang mengalir adalah :

Q = Q = π ∙ I ... (2.3)

Pada Persamaan (2.3) :

Qc : jumlah perpindahan kalor yang diserap pada sambungan A (watt).

Qh : jumlah perpindahan kalor yang dilepaskan pada sambungan B (watt).

π : koefisien relatif peltier dari material X terhadap material Y (volt).

(37)

[image:37.612.100.512.107.564.2]

23

Gambar 2.20 Efek peltier.

(https://www.ferrotec.com/technology/thermoelectric/thermalRef01/)

Berdasarkan Gambar 2.20, koefisien Peltier XY (material X terhadap

material Y) akan berharga positif jika kalor dilepaskan oleh sambungan B yang

bersuhu Th (dimana Th>Tc) ketika arus searah mengalir dari material X ke

material Y. Efek Peltier merupakan efek yang reversibel, jika arah arus dibalik

maka pada sambungan yang awalnya melepaskan kalor akan berubah menjadi

menyerap kalor dan yang awalnya menyerap kalor akan berubah melepaskan

kalor. Untuk arus listrik tertentu, kecepatan penyerapan kalor atau pelepasan kalor

per detik pada sambungan dua penghantar bergantung kepada daya termoelektrik

dan tidak bergantung kepada bentuk dan dimensi penghantar.

Dasar termoelektrik pendingin adalah terjadinya efek penyerapan kalor

lingkungan oleh sambungan, bila arus listrik searah mengalir searah dengan

kenaikan gradient potensial. Besarnya kalor diserap atau dilepaskan di suatu

sambungan sebanding dengan arus yang dialirkan dan arah arus yang dialirkan

(38)

24

2.4 Sirip

Sirip berfungsi untuk memperluas permukaan dari benda yang

dipasangi sirip. Apabila dipasang pada sisi panas (heatsink) dari elemen pendingin

maka sirip akan dapat membantu memperbesar pembuangan kalor, sehingga suhu

pada sisi panas dari elemen tidak melebihi batas kerja. Semakin besar luas

permukaan sirip yang dipasang, akan semakin besar kalor yang akan dipindahkan

ke fluida sekitar. Demikian juga semakin banyak sirip yang dipasang maka akan

semakin besar kalor yang mampu dipindahkan. Hal ini juga berlaku pada sirip

yang dipasang pada sisi dingin peltier (coldsink) baik yang bersinggungan secara

langsung dengan fluida atau tidak.

Pemilihan bahan sirip berpengaruh terhadap besarnya kalor yang dapat

dipindahkan. Semakin besar nilai konduktivitas termal bahan sirip, semakin besar

kalor yang dapat dilepas oleh sirip. Pengaruh luas penampang (A) dan pengaruh

bahan sirip terhadap efisiensi sirip, diperlihatkan pada Gambar 2.21. Semakin

tinggi efisiensi, semakin besar kalor yang mampu dipindahkan. Dengan logika

sama, hal yang sama juga terjadi jika sirip dipasang di sisi permukaan dingin dari

elemen pendingin. Dalam hal ini, sirip dipergunakan membantu mempercepat

(39)

[image:39.612.101.508.101.520.2]

25

Gambar 2.21 Hubungan efisiensi sirip dengan ξ.

(http://www.mhhe.com/cengel)

2.5 Kipas

Kipas berfungsi untuk mengalirkan udara. Kecepatan aliran udara di

sekitar lokasi pelepasan kalor dapat diperbesar dengan adanya pemasangan kipas.

Kecepatan udara berpengaruh terhadap laju perpindahan kalor konveksi. Semakin

besar kecepatan aliran udara, semakin besar nilai koefisien perpindahan kalor

konveksi yang dihasilkan. Semakin besar nilai koefisien perpindahan kalor (h),

semakin besar laju perpindahan kalor konveksi yang dihasilkan. Laju perpindahan

kalor konveksi berbanding lurus dengan nilai koefisien perpindahan kalor

(40)

26

pasaran, sebaiknya dipilih dengan daya listrik dan debit aliran yang besar. Contoh

kipas yang biasa digunakan untuk membantu sirkulasi pengaliran kalor dapat

[image:40.612.103.509.175.514.2]

dilihat pada Gambar 2.22.

Gambar 2.22 Kipas pendingin.

(http://2.bp.blogspot.com/-EwnyBcp21sc/TZQALJKjweI/

AAAAAAAAAAc/1eZtJgOYOBk /s320/fanfp6.jpg)

2.6 Isolator

Isolator harus memmiliki nilai konduktivitas termal yang rendah karena

dipergunakan untuk menghambat proses perpindahan kalor. Isolator dibedakan

menjadi 2 macam, yaitu isolator yang tahan terhadap suhu dingin dan isolator

yang tahan terhadap suhu panas. Bahan isolator yang tahan terhadap suhu dingin,

misalnya gabus sedangkan isolator yang tahan terhadap suhu panas dan juga tahan

terhadap suhu dingin misalnya serat gelas (glasswool) dan udara. Nilai

(41)

27

konduktivitas termal yang dimiliki udara. Sedangkan nilai kondukivitas termal

bahan serat gelas (glasswool) adalah 0,04 watt/moC.

2.7 Material Dinding Alat Pendingin Dengan Peltier

Pemilihan dinding kotak pendingin pada peralatan pendingin dapat

mengambil referensi dari Tabel 2.4 yang menyajikan beberapa material dinding

non logam beserta dengan sifat-sifatnya. Penggunaan material dinding non logam

jika sisi dingin peltier diberi sirip dan bersentuhan dengan fluida yang

didinginkan.

Kotak pendingin yang bersentuhan langsung dengan peltier biasanya

menggunakan bahan dengan nilai konduktivitas termal yang tinggi, seperti

[image:41.612.105.509.267.584.2]

material dari alumunium atau tembaga.

Tabel 2.4 Material dinding.

Material k

(W/mK)

Ρ (kg/m3)

mq” * (kgW/m2)

Busa Polistiren (Expanded) 0.03 15 0,108

Poliuretana 0.02 1050 5,04

Silika Aerogel 0.003 1,9 0,0014

Serat kaca 0.038 32 0,292

Gabus 0.039 120 1,123

* : untuk dinding dengan luas 160 _× 100 mm2, ketebalan 10 mm dan T = 15 °C.

Pemilihan material dinding untuk alat pendingin yang baik adalah

menggunakan Silika Aerogel, tetapi karena harganya yang relatif mahal material

dinding alat pendingin bisa diganti menggunakan gabus yang harganya relatif

(42)

28

2.8 Perhitungan Kalor Yang Dilepas Air

Kalor yang dilepas air pada mesin pendingin selama selang waktu dari

mesin pendingin (Gambar 2.23) dapat dihitung dengan Persamaan (2.4) berikut :

Q = m ∙ C ∙ Ti − Ta ... (2.4)

Pada Persamaan (2.4) :

Q : kalor yang dilepas air (watt).

m : massa air (kg).

Cv : kalor jenis air(J/kgoC).

Ti : Suhu awal air (oC).

[image:42.612.104.509.174.648.2]

Ta : Suhu akhir air setelah selang waktu detik (oC).

Gambar 2.23 Kalor yang dilepas air.

(43)

29

2.9 Perhitungan Efisiensi Alat Pendingin

Perhitungan efisiensi adalah perbandingan antara energi yang dapat

dipergunakan mesin pendingin dengan energi yang diberikan ke mesin pendingin.

η =!_"... (2.5)

Pada Persamaaan (2.5) :

η : efisiensi.

Q : kalor yang dilepas air (watt)

P : daya yang diberikan ke mesin pendingin (watt)

2.10 Referensi

Pendingin menggunakan peltier mulai banyak diteliti sebagai salah satu

alternatif mesin pendingin karena murah, tidak berisik dan ramah lingkungan,

beberapa penelitian yang telah dilakukan antara lain sebagai berikut :

Penelitian dilakukan oleh Sandya Priyambada (2012) menggunakan

empat buah peltier yang dirangkai secara paralel untuk pendingin kabin mobil

dengan sumber listrik dari aki. Dari hasil pengujian yang dilakukan, peltier dapat

mengurangi suhu pada kabin mobil yang di parkir di tempat terbuka di bawah

sinar matahari langsung. Suhu dalam kabin mobil jenis city carmencapai 52,4 oC,

setelah kabin diberi alat pendingin menggunakan peltier, suhunya dapat berkurang

menjadi 48 oC. Alat pendingin dipasangkan pada bagian dalam mobil di atas

(44)

[image:44.612.102.512.100.514.2]

30

Gambar 2.24 Pemasangan alat pendingin kabin mobil.

Penelitian dilakuakan oleh Stephanus Riosetiawan (2012)

menggunakan 2 peltier untuk pendingin dan penghangat pada alat penyimpan

makanan menggunakan aki kering 12 V 12 Ah sebagai sumber listrik. Alat

tersebut memiliki dua buah ruangan yang terdiri dari satu ruang berfungsi untuk

pendingin dan ruang yang lain berfungsi sebagai penghangat seperti ilustrasi yang

ditunjukkan pada Gambar 2.25. Dengan menggunakan kendali PID, suhu pada

ruang pendingin dapat ditentukan sampai suhu 10 oC, sedangkan suhu pada ruang

penghangat dapat ditentukan dari 40 oC sampai 60 oC. Cooler-warmer box dapat

(45)

[image:45.612.104.506.103.551.2]

31

Gambar 2.25 Cooler-warmer box.

(http://cdn.dealsdirect.net/m/products/913/3913/1/product1_3913.jpg?file=Electri

c+Cooler+Warmer+Box+18L+-+Great+For+Picnics+Camping)

Penelitian dilakukan oleh Peri Permana (2006) menggunakan tiga buah

peltier sebagai pendingin ruang untuk pendinginan jamur merang. Ruang

pendingin terdiri dari lima bagian, yaitu 1.) ruang pendingin, 2.) modul

termoelektrik, 3.) sistem sirkulasi udara dingin, 4.) sistem pembuangan panas, dan

5.) rak pendingin. Ruang pendingin terdiri dari kotak pendingin dari plat

alumunium dan dinding insulasi terbuat dari bahan multiplek dan Styrofoam.

Sistem sirkulasi udara dingin hanya menggunakan bantuan kipas DC, sedangkan

sistem pembuangan panas terdiri dari heatsink, bak air, pompa AC, dan menara

(46)

32

hal ini dikarenakan suhu di ruang pendingin hanya bisa mencapai suhu rata-rata

sebesar 26,93 °C. Suhu yang baik untuk penyimpanan jamur merang sekitar 15 °C

dan apabila suhu diatas 20 °C maka jamur akan membusuk. Suhu terendah ruang

pendingin pada 3 pengujian tanpa produk hari pertama 26,93 °C tercapai pada

menit ke 40, pada hari kedua adalah 27,02 °C tercapai pada menit ke 20, dan pada

hari ketiga adalah 26,48 °C tercapai pada menit ke 10. Besarnya arus listrik yang

masuk ke dalam peltier mempengaruhi kapasitas pendinginan. Semakin besar arus

listrik yang masuk ke dalam peltier, semakin besar pula kapasitas pendinginan

(47)

33

BAB III

PEMBUATAN ALAT DAN METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Komponen Alat Pendindingin Air Menggunakan Peltier

Pembuatan pendingin air menggunakan peltier memerlukan beberapa

komponen, antara lain sebagai berikut :

a. Peltier (termoelektrik) tipe TEC1-12706A

b. Sirip pendinginsisi panas peltier (heatsink)

c. Sirip pada sisi dingin peltier (coldsink)

d. Sumber listrik arus searah (DC) 12 volt 17 ampere untuk peltier

e. Sumber listrik arus searah (DC) 15 volt 2 ampere untuk kipas pendingin

f. Kipas pendingin kapasitas 12 volt 0,19 ampere

g. Tangki air kapasitas 0,7 liter

h. Voltmeter

i. Amperemeter

j. Termometer digital 3 buah

3.2 Peralatan Pendukung Pembuatan Alat Pendingin Air

Dalam pembuatan alat pendingin air ada beberapa alat pendukung yang

dipergunakan, antara lain :

a. Mesin frais

Mesin frais digunakan untuk meratakan sirip yang bersentuhan dengan peltier

(48)

34

b. Mata bor Ø 3,3 mm

Mata bor Ø 3,3 mm digunakan untuk membuat lubang yang nantinya lubang

tersebut dibuat ulir dalam M4.

c. Mata bor Ø 5 mm

Mata bor Ø 5 mm digunakan untuk membuat lubang tempat baut M4

d. Tap tangan M4

Tap tangan M4 digunakan untuk membuat ulir dalam pada heatsink dan

coldsink.

e. Handle tap ukuran 1-8

Handle tap ukuran 1-8 digunakan untuk memegang tap M4 pada saat proses

pembuatan ulir dalam.

f. Obeng (+)

Obeng (+) digunakan untuk memasang baut antara heatsink dengan coldsink.

g. Gergaji

Gergaji digunakan untuk membuat alur pada heatsink dan coldsink yang

berfungsi sebagai tempat termokopel agar tidak mengganjal.

h. Cutter

Cutter digunakan untuk memotong kabel peltier yang akan disambung.

3.3 Skema Rancangan Alat Pendingin Air Mengguanakan Peltier

Rancangan alat pendingin air menggukanan peltier seperti yang

(49)

[image:49.612.104.501.105.565.2]

35

Gambar 3.1 Pendingin air menggunakan peltier.

Peltier dirangkai secara paralel dengan tujuan untuk menyiasati

penggunaan trafo yang harganya refatif mahal untuk kapasitas 10 ampere 36 volt.

Adaptor yang dipakai sebagai sumber listrik menggunakan power supply dari

komputer dengan kapasitas 12 volt 17 ampere. Rangkaian alat pendingin dapat

(50)

[image:50.612.101.507.104.575.2]

36

Gambar 3.2 Rangkaian alat pendingin.

3.4 Pembuatan Alat Pendingin Air Menggunakan Peltier

Setelah bahan-bahan yang diperlukan dan alat yang akan digunakan

telah siap semua, proses pembuatan alat pendingin air adalah sebagai berikut :

a. Pembuatan alat pendingin air menggunakan peltier.

Proses pertama yang dilakukan adalah meratakan heatsink, membuat

lubang yang telah ditentukan jaraknya dengan mata bor Ø 5 mm untuk lubang

baut M4 sebagai pengikat antara heatsink dan coldsink.

Proses kedua adalah membuat lubang Ø_{3,3 mm pada sisi samping}

heatsink yang sudah ditentukan jaraknya sebanyak 4 lubang, setelah lubang

terbentuk kemudian dilakukan pembuatan ulir dalam M4 menggunakan tap

tangan M4, lubang ulir ini nantinya berfungsi untuk pengikat kipas dengan

(51)

37

Proses ketiga membuat alur untuk tempat termokopel menggunakan

gergaji, kedalaman penyayatan tergantung pada besarnya termokopel yang

digunakan. Fungsi dari pembuatan alur adalah supaya termokopel tidak

mengganjal peltier dengan heatsink maupun coldsink, sehingga proses

penyerapan kalor atau pelepasan kalor dapat maksimal.

b. Perakitan komponen alat pendingin air menggunakan peltier.

Peltier diberi pasta termal pada bagian sisi panas dan sisi dingin agar

proses penyerapan dan pelepasan panas dapat lebih maksimal sebelum

ditempelkan pada heatsink dan coldsink. Tahap selanjutnya adalah memasang

baut untuk pengikat ukuran M4 yang sudah diberi ring pada heatsink dan

coldsink kemudian peltier dirangkai secara paralel seperti yang ditunjukkan

pada Gambar 3.3, Gambar 3.4 dan Gambar 3.5. Tahap terakhir adalah

menyambungkan sumber listrik dari adaptor ke kutub positif dan kutub

[image:51.612.101.507.200.667.2]

negatif pada rangkaian peltier.

(52)

[image:52.612.105.509.99.535.2]

38

Gambar 3.4 Pendingin air menggunakan peltier (1).

(http://www.tokobagus.com/iklan/peltier-heatsink-pendingin-aquarium-air-laut-dispenser-23445898.html)

Gambar 3.5 Pendingin air menggunakan peltier (2).

(http://www.tokobagus.com/iklan/peltier-heatsink-pendingin-aquarium-air-laut-dispenser-23445898.html)

c. Ujicoba alat pendingin

Ujicoba alat pendingin dilakukan dengan cara mengukur suhu pada air,

suhu pada sisi dingi peltier, suhu pada sisi panas peltier, arus listrik yang

(53)

39

kotak pendingin. Sisi panas dan sisi dingin peltier dipastikan terjadi

perbedaan suhu ( T) sehingga terjadi proses pendinginan, ujicoba alat

pendingin dapat dinyatakan berhasil jika air yang didinginkan suhunya dapat

berkurang sampai batas maksimal yang diinginkan, dengan batasan waktu

selama 60 menit jika heatsink menggunakan kipas dan dengan batasan suhu

pada sisi panas 80 °C jika heatsnink tidak menggunakan kipas.

3.5 Variasi Penelitian Alat Pendingin Menggunakan Peltier

Penelitian dilakukan dengan variasi jumlah peltier dan variasi

pendinginan sisi panas peltier. Untuk penjelasan variasi yang digunakan adalah

sebagai berikut :

a. Pernelitian 1

Menggunakan 1 peltier dengan pendinginan sisi panas peltier

menggunakan kipas.

b. Pernelitian 2

Menggunakan 1 peltier dengan pendinginan sisi panas peltier tanpa

menggunakan kipas.

c. Pernelitian 3

menggunakan kipas.

d. Pernelitian 4

(54)

40

e. Pernelitian 5

menggunakan kipas.

f. Pernelitian 6

menggunakan kipas.

3.6 Metode Pengambilan Data Alat Pendingin Menggunakan Peltier

Pengambilan data dilakukan pada rangkaian tunggal untuk 1 peltier dan

rangkaian paralel bertumpuk (kaskade) untuk 2 peltier dan 3 peltier. Berdasarkan

ilmu fisika kebutuhan tegangan untuk variasi jumlah peltier pada rangkaian

paralel besarnya tetap yaitu 12 volt, sedangkan konsumsi arus listrik berbeda-beda

untuk setiap jumlah peltier. Arus yang dibutuhkan untuk 1 peltier sebesar 6

ampere, untuk 2 peltier besarnya 12 ampere dan untuk 3 peltier besarnya 18

ampere meskipun arus listrik dari adaptor sebesar 17 ampere, peltier hanya akan

memakai arus sebesar kapasitas maksimal yang dibutuhkan saja.

3.6.1 Pengambilan Data Penelitian 1

Urutan pengambilan data alat pendingin menggunakan 1 peltier dengan

pendinginan sisi panas peltier menggunakan kipas.

1. Pasang termokopel pada sisi panas dan sisi dingin peltier yang bersentuhan

dengan heatsink dan coldsink serta celupkan termokopel ke dalam air yang

(55)

41

2. Isi kotak pendingin dengan air sampai dengan kapasitas 0,7 liter.

3. Pasang voltmeter pada kutub positif (+) dan kutub negatif (-) pada peltier.

4. Pasang amperemeter pada kutub positif (+) dan kutub negatif (-) pada peltier.

5. Nyalakan adaptor dan catat keluaran tegangan listrik, keluaran arus listrik,

suhu pada sisi panas, suhu pada sisi dingin peltier dan suhu air.

6. Catat perubahan suhu pada sisi panas, suhu pada sisi dingin, suhu air,

keluaran tegangan dan keluaran arus listrik setiap 3 menit selama 60 menit.

7. Matikan adaptor.

8. Buang air yang sudah dipakai dan bersihkan kotak pendingin.

3.6.2 Pengambilan Data Penelitian 2

pendinginan sisi panas peltier tanpa menggunakan kipas.

2. Matikan kipas pendingin pada sisi panas peltier.

suhu pada sisi panas,suhu pada sisi dingin peltier dan suhu air.

keluaran tegangan dan keluaran arus listrik setiap 1 menit sampai suhu pada

sisi panas peltier mencapai 80 ºC.

5. Matikan adaptor.

6. Lepaskan semua alat ukur yang terpasang.

(56)

42

3.6.3 Pengambilan Data Penelitian 3

pendinginan sisi panas peltier menggunakan kipas.

1. Pasang sisi dingin peltier pada sisi panas peltier yang pertama, kedua sisi

peltier harus diberi termal pasta terlebih dahulu dan sambung secara paralel.

dengan heatsink dan coldsink serta celupkan termokopel ke dalam air yang

ada di tangki alat pendingin.

8. Matikan adaptor.

3.6.4 Pengambilan Data Penelitian 4

pendinginan sisi panas peltier tanpa menggunakan kipas.

(57)

43

5. Matikan adaptor.

3.6.5 Pengambilan Data Penelitian 5

Urutan pengambilan data 3 peltier dengan pendinginan sisi panas peltier

menggunakan kipas.

1. Pasang sisi dingin peltier pada sisi panas peltier yang kedua, kedua sisi peltier

harus diberi termal pasta terlebih dahulu dan sambung secara paralel.

dengan heatsink dan coldsink serta celupkan termokopel ke dalam air yang

ada di tangki alat pendingin.

(58)

44

8. Matikan adaptor.

3.6.6 Pengambilan Data Penelitian 6

Urutan pengambilan data 3 peltier dengan pendinginan sisi panas peltier

tanpa menggunakan kipas.

2. Matikan kipas pendingin pada sisi panas peltier.

5. Matikan adaptor.

3.7 Metode Pengolahan Data

Pengolahan data hasil penelitian dilakukan sebagai berikut :

a. Data suhu yang diperoleh dirangkum dalam bentuk tabel untuk

(59)

45

b. Data tegangan dan arus listrik yang digunakan pada masing-masing penelitian

dihitung untuk mengetahui besarnya daya.

c. Membandingkan suhu pendinginan dengan besarnya daya yang dibutuhkan

pada masing-masing penelitian.

3.8 Mendapatkan Kesimpulan

Untuk memperoleh kesimpulan hasil penelitian dilakukan sebagai

berikut :

a. Mengetahui besarnya suhu pendinginan air paling optimal dari mesin

pendingin pada masing-masing penelitian.

b. Mengetahui daya paling besar yang dibutuhkan pada penelitian dengan

menggunakan 1 peltier, 2 peltier atau 3 peltier yang dirangkai secara paralel

bertumpuk (kaskade).

c. Mengetahui penelitian yang paling efisiensi dari variasi penggunaan jumlah

peltier dan variasi pendinginan pada sisi panas peltier.

d. Mengetahui hubungan _∆T dan besarnya daya yang diperlukan.

e. Mengetahui perbedaan suhu sisi panas dan suhu sisi dingin peltier dari waktu

(60)

46

BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Hasil penelitian disajikan dalam bentuk tabel dan gambar untuk

mempermudah melihat dan menganalisa data tiap penelitian.

4.1.1 Penelitian 1

Perolehan data yang dilakukan pada penelitian 1 menggunakan alat

pendingin air dengan 1 peltier dan pendinginan sisi panas peltier menggunakan

[image:60.612.104.505.231.698.2]

kipas. Hasil perolehan data disajikan pada Tabel 4.1 dan Gambar 4.1.

Tabel 4.1 Hasil alat pendingin air menggunakan 1 peltier dengan pendinginan sisi

panas menggunakan kipas.

Waktu (menit) Tegangan (volt) Arus (ampere) Tair (ºC) Th (ºC) Tc (ºC)

3 11,82 3,56 26 47 15

6 11,82 3,55 25,5 47 14,5

9 11,82 3,54 25 47 14

12 11,82 3,54 24,5 47 13,5

15 11,82 3,54 24 47 13

18 11,82 3,54 23,5 46,5 12,5

21 11,82 3,54 23 46,5 12

24 11,82 3,53 22 46 11,5

27 11,82 3,53 21,5 46 11

30 11,82 3,53 21 45,5 10,5

33 11,82 3,53 20,5 45,5 10

(61)

47 Waktu (menit) Tegangan (volt) Arus (ampere) Tair (ºC) Th (ºC) Tc (ºC)

39 11,82 3,53 19,5 45,5 9

42 11,82 3,53 19 45,5 9

45 11,82 3,53 19 45,5 8,5

48 11,82 3,53 18,5 45 8

51 11,82 3,53 18 45 8

54 11,82 3,53 17,5 45 7,5

57 11,82 3,52 17 45 7

[image:61.612.102.506.99.613.2]

60 11,82 3,52 16,5 45 6,5

Gambar 4.1 Grafik laju pendinginan air menggunakan 1 peltier dengan

pendinginan sisi panas menggunakan kipas. Tair = -0,1703t + 26,468

16 16.5 17 17.5 18 18.5 19 19.5 20 20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 24 24.5 25 25.5 26 26.5 27 27.5

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63

Suhu air (°C)

(62)

48

4.1.2 Penelitian 2

pendingin air dengan 1 peltier dan pendinginan sisi panas peltier tanpa

[image:62.612.101.509.238.486.2]

menggunakan kipas. Hasil perolehan data disajikan pada Tabel 4.2.

panas tanpa menggunakan kipas.

Waktu (menit)

Tegangan (volt)

Arus (ampere)

Tair (ºC)

Th (ºC)

Tc (ºC)

1 11,82 2,81 26 56,1 17,5

2 11,81 2,77 25 66,2 18,8

3 11,81 2,74 24,9 73,5 20

4 11,82 2,71 24,9 78,7 21,1

5 11,82 2,68 25 82,5 21,7

4.1.3 Penelitian 3

(63)

[image:63.612.97.511.163.565.2]

49

3 11,63 6,06 26,5 50 24

6 11,63 6,05 26 50 23

9 11,63 6,04 25 51 22,5

12 11,63 6,04 24,5 51 22,5

15 11,63 6,04 24 52 22

18 11,63 6,04 23,5 52 21,5

21 11,63 6,04 23 51 21

24 11,63 6,04 22,5 51 20,5

27 11,63 6,04 22 51 20

30 11,63 6,05 21,5 51 19,5

33 11,63 6,05 21 51 19,5

36 11,63 6,05 20,5 51 19,5

39 11,63 6,05 20 50,5 19

42 11,62 6,05 19,5 50,5 18

45 11,63 6,04 19 51 18

48 11,62 6,04 18,5 51 17,5

51 11,63 6,05 18 51 17

54 11,63 6,05 17,5 50,5 17

57 11,62 6,06 17 50 16

(64)

[image:64.612.101.507.105.525.2]

50

pendinginan sisi panas menggunakan kipas.

4.1.4 Penelitian 4

Tair = -0,1703t + 26,706

16 16.5 17 17.5 18 18.5 19 19.5 20 20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 24 24.5 25 25.5 26 26.5 27 27.5

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63

Suhu air (°C)

(65)

51

1 11,67 5,42 25,9 55,6 21

2 11,67 5,33 25,7 71,2 22,4

3 11,68 5,24 25,8 81,9 23,9

4.1.5 Penelitian 5

[image:65.612.104.505.153.693.2]

kipas. Hasil perolehan data disajikan pada Tabel 4.5 dan Gambar 4.3.

3 11,5 7,68 25 50 23

6 11,5 7,68 25 51 23

9 11,5 7,68 24 51,5 22

12 11,5 7,69 23,5 51,5 22

15 11,5 7,7 23,5 51,5 22

18 11,5 7,68 23 52 21,5

21 11,5 7,68 22,5 52 21

24 11,49 7,67 22 51 21

27 11,49 7,69 22 51 21

30 11,49 7,67 21,5 50,5 20

(66)

52 Waktu (menit) Tegangan (volt) Arus (ampere) Tair (ºC) Th (ºC) Tc (ºC)

36 11,49 7,67 20,5 51 20

39 11,49 7,68 20 51 19,5

42 11,49 7,68 20 51 19,5

45 11,48 7,68 20 51 19

48 11,49 7,68 19,5 51 19

51 11,49 7,68 19 51 19

54 11,48 7,68 19 51,5 18,5

57 11,48 7,68 19 51,5 18

[image:66.612.104.509.101.662.2]

60 11,49 7,67 18,5 51 18

pendinginan sisi panas menggunakan kipas. Tair = -0,1242t + 25,418

16 16.5 17 17.5 18 18.5 19 19.5 20 20.5 21 21.5 22 22.5 23 23.5 24 24.5 25 25.5 26 26.5 27 27.5

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63

Suhu air (°C)

(67)

53

4.1.6 Penelitian 6

1 11,49 7,26 26,6 61,8 23,3

2 11,51 6,91 26,7 80,8 25,1

4.2 Pembahasan

Berdasarkan data yang diperoleh dalam setiap penelitian, maka hasil

pengambilan data alat pendingin air menggunakan 1 peltier, 2 peltier dan 3 peltier

dengan pendinginan sisi panas tidak menggunakan kipas tidak dibahas secara

detail karena alat pendingin tidak menunjukkan hasil yang maksimal. Pembahasan

yang diambil hanya pada alat pendingin menggunakan 1 peltier, 2 peltier dan 3

peltier dengan pendinginan sisi panas menggunakan kipas. Berikut ini adalah

pembahasan dari alat pendingin dengan pendinginan sisi panas menggunakan

kipas :

4.2.1 Perbandingan Kalor Maksimal Yang Dilepas Air

Kalor maksimal yang dilepas dapat dihitung menggunakan persamaan

(68)

54

Tabel 4.7 Perhitungan kalor maksimal yang dilepas air.

Penelitian m

(kg) Cv (J/kgºC) t (menit) Ti air (ºC) Ta air (ºC) Q (W)

Penelitian 1 0,7 4186 ₆₀ ₂₇ _16,5 _8,55

Penelitian 3 0,7 4186 60 27 17 8,14

[image:68.612.103.515.139.549.2]

Penelitian 5 0,7 4186 60 27 18,5 6,92

Gambar 4.4 Grafik perbandingan kalor maksimal yang dilepas air.

4.2.2 Perbedaan Suhu ( T) Sisi Panas dan Sisi Dingin Peltier

Perbedaan suhu ( T) diasumsikan sudah steady pada menit ke-60.

Pendinginan sisi panas dengan menggunakan kipas. Hasil pengujian disajikan

pada Tabel 4.8 dan ditunjukkan pada Gambar 4.5.

8,55 W 8,14 W 6,92 W 0.00 1.00 2.00 3.00 4.00 5.00 6.00 7.00 8.00 9.00

Penelitian 1 Penelitian 3 Penelitian 5

Q (W)

Penelitian 1

Penelitian 3

(69)

[image:69.612.106.508.152.565.2]

55

Tabel 4.8 Perbedaan suhu ( T) sisi panas dan sisi dingin peltier alat pendingin

dari waktu ke waktu.

Waktu (menit)

T 1 peltier (°C)

T 2 peltier (°C)

T 3 peltier (°C)

3 32 26 27

6 32,5 27 28

9 33 28,5 29,5

12 33,5 28,5 29,5

15 34 30 29,5

18 34 30,5 30,5

21 34,5 30 31

24 34,5 30,5 30

27 35 31 30

30 35 31,5 30,5

33 35,5 31,5 31

36 36 31,5 31

39 36,5 31,5 31,5

42 36,5 32,5 31,5

45 37 33 32

48 37 33,5 32

51 37 34 32

54 37,5 33,5 33

57 38 34 33,5

(70)

[image:70.612.105.506.103.492.2]

56

Gambar 4.5 Grafik perubahan suhu ( T) dari waktu ke waktu.

4.2.3 Efisiensi Maksimal Dari Alat Pendingin

Efisiensi paling maksimal dari alat pendingin menggunakan peltier dapat

dihitung menggunakan persamaan 2.5. Hasil dari perhitungan disajikan pada

Tabel 4.9 dan Gambar 4.6.

Tabel 4.9 Perhitungan efisiensi dari alat pendingin menggunakan 1 peltier.

Penelitian t

(menit) P (W) Q (W) efisiensi (%)

Penelitian 1 60 41,78 8,55 20 %

Penelitian 3 60 70,31 8,14 12 %

Penelitian 5 60 88,27 6,92 8 %

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39

0 3 6 9 12 15 18 21 24 27 30 33 36 39 42 45 48 51 54 57 60 63

Suhu (°C)

Waktu (menit)

T 1 peltier

T 2 peltier

(71)

[image:71.612.102.512.102.572.2]

57

Gambar 4.6 Grafik perbandingan efisiensi alat pendingin. 20%

12%

8%

0% 3% 6% 9% 12% 15% 18% 21%

Penelitian 1 Penelitian 3 Penelitian 5

η

Penelitian 1

Penelitian 3

(72)

58

BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Dari masing-masing penelitian yang dilakukan, diperoleh beberapa

kesimpulan sebagai berikut :

a. Suhu sisi dingin peltier paling maksimal adalah penelitian dengan

mengunakan 1 peltier dengan pendinginan sisi panas peltier menggunakan

kipas, yaitu sebesar 6,5 °C.

b. Kalor maksimal yang dilepas air adalah pada penelitian 1, yaitu sebesar

8,55 W.

c. Rata-rata perbedaan suhu pada sisi panas dan sisi dingin peltier adalah

35,38 °C pada penelitian dengan 1 peltier, 31,13 °C pada penelitian dengan 2

peltier, dan 30,80 °Cpada penelitian dengan 3 peltier.

d. Efisiensi paling maksimal pada penelitian 1, yaitu sebesar 20 %.

5.2 Saran

a. Catu daya (power supply) yang digunakan harus stabil ketika diberi beban.

b. Isolator panas harus dibuat serapat mungkin agar panas udara luar tidak

masuk ke sistem pendinginan.

c. Penelitian selanjutnya dapat menggunakan metode berjajar (tiled).

d. Penggunaan heatsink dan kipas yang lebih besar dapat meningkatkan

(73)

59

DAFTAR PUSTAKA

Yunus A, Cengel. (2013). Heat Tranfer – A Practical Approach. Diambil Oktober

16, 2013, dari http://www.mhhe.com/cengel.

Priyambada, Sandya. (2012). Pendingin Kabin Mobil Berbasis

Termoelektrik.Jakarta : Universitas Indonesia.

Riosetiawan, Stephanus. (2012). Alat Pendingim-Penghangat (Cooler-Warmer

Box) Portabel Menggunakan Elemen Peltier. Salatiga : Universitas Kristen

Satya Wacana.

Permana, Peri (2006). Rancang Bangun Dan Kajian Sistem Pembuangan Panas

Dari Ruang Pendingin Sistem Termoelektrik Untuk Pendinginan Jamur

Merang (Volvariella volvaceae). Bogor :Institut Pertanian Bogor.

Munis, Agastya Kristoforus.(2013). Karakteristik Generator Termoelektrik.

Yogyakarta : Universitas Sanata Dharma.

Prabowo, Anondo. (1981). Perencanaan Dan Pembuatan Pendingin Efek Peltier.

Bandung : Institut Teknologi Bandung.

Surjatmo, Tony. (1997). Perencanaan Dan Pembuatan Kotak Pendingin

Menggunakan Efek Peltier. Bandung : Institut Teknologi Bandung.

Custom Thermoelectric. (2008-2010). How to Tell What Kind of Peltier Module

You Have. Diambil Februari 10, 2014, dari

(74)

60

Peltier Thermoelectric Cooling Modules. (2014). Thermoelectric Cooler

TEC1-12706. Diambil Januari 2, 2014, dari

http://www.hebeiltd.com.cn/?p=peltier.module

Ferrotec. (2014). Thermoelectric Technical Reference-Introduction to

Thermoelectric Cooling. Diambil Januari 9, 2013, dari

https://www.ferrotec.com/technology/thermoelectric/thermalRef01/

Thermoelectrics Caltech Materials Science, (2014). Brief History of

Thermoelectrics. Diambil Januari 15, 2014, dari

http://www.thermoelectrics.caltech.edu/thermoelectrics/history.html.

Adhitya, M., Artono, Koestoer Raldi., Putra, Nandy., Roekettino, Ardian., &

Trianto, Bayu. (2009). Potensi Pembangkit Daya Termoelektrik untuk

(75)

61

[image:75.612.105.507.182.706.2]

LAMPIRAN

Tabel 2.1 Sifat material pada suhu 21 °C.

No Material Berat Jenis,

(kg/m3) Konduktifitas Termal, (W/m°C) Kalor Jenis, (J/kg°C)

1 Air (pada suhu 70°F) 1000 0,61 4186

2 Aluminum 2710 204 900

3 Argon (Gas) 1.66 0,016 518

4 Baja (Karbon Rendah) 7850 48 460

5 Bakelit 1280 0,23 1590

6 Besi (Tuang) 7210 83 460

7 Beton 2880 1,09 653

8 Bismuth Telluride 7530 1,5 544

9 Busa Poliuretana 29 0,035 1130

10 Emas 9320 310 126

11 Etilen Glikol 1116 0,242 2385

12 Gabus 29 – 56 0,026 1,22

13 Grafit 1625 25 – 470 770

14 Intan 500 2300 509

15 Kaca (Biasa) 2580 0,8 795

16 Karet 960 0,16 2009

17 Kayu (Oak) 610 0,15 2386

18 Kayu (Pinus) 510 0,11 2805

19 Keramik Alumina -96% 3570 35,3 837

20 Keramik Berillia-99% 2880 230 1088

21 Keramik Nitrida Aluminum 3300 170 – 230 920

22 Konstantan 8390 22,5 410

(76)

62

No Material Berat Jenis,

(kg/m3)

Konduktifitas

Termal,

(W/m°C)

Kalor Jenis,

(J/kg°C)

24 Kuningan 8490 111 343

25 Molibdenum 10240 142 251

26 Nikel 8910 10 448

27 Nitrogen (Gas) 1,14 0,026 1046

28 Pasta Termal 2400 0,87 2093

29 Patri (Timah/Timbal) 9290 48 167

30 Perak 10500 430 235

31 Perunggu 8150 64 435

32 Platina 21450 70,9 133

33 Plexiglass (Akrilik) 1410 0,26 1448

34 Seng 7150 112 3813

35 Serat Gelas 200 0,04 670

36 Silikon (Undoped) 2330 144 712

37 Stainless Steel 80101 13,8 460

38 Teflon 2200 0,035 -

39 Tembaga 8960 386 385

40 Tembaga Tungsten 15650 180 – 200 385

41 Timah 7310 64 226

42 Timbal 11210 35 130

43 Titanium 473