BAB II
TEORI DASAR
2.1 Definisi Pendingin
Pendinginan atau refregeransi adalah proses pengambilan panas dari suatu benda atau bahan sehingga suhunya akan menjadi lebih rendah dari sekelilingnya. Bila suatu medium pendingin kotak dengan benda lain misalnya bahan pangan, maka akan terjadi pemindahan panas dari bahan pangan tersebut ke medium pendingin sampai suhu keduanya sama atau hampir sama. Penggunaan suhu rendah pada pendingin dengan pembekuan suhu yang digunakan pada pendingin masih berada di atas titik beku bahan (-2 sampai -10 °C). Sedangkan pada pembekuan ada di bahan titik beku bahan (-12 samapi -40 °C). Pendingin telah lama digunakan sebagai salah satu pengawetn bahan pangan dan pendinginan minuman.
2.2 Jenis-jenis mesin pendingin 2.2.1 Refrigerant
Sebuah kulkas (biasa disingkat lemari es) adalah alat pendingin. Yang umum peralatan rumah tangga terdiri dari termal terisolasi kompartemen dan pompa panas kimia atau mekanis berarti untuk mentransfer panas dari ke
lingkungan eksternal (misalnya, ruang di mana ia berada), pendinginan isi ke suhu di bawah lingkungan. Pendinginan adalah suatu teknik penyimpanan makanan, minuman dan bekerja dengan menurunkan tingkat reproduksi bakteri. Demikian kulkas digunakan untuk mengurangi proses pembusukan bahan pangan dan untuk menjaga minuman agar tetap dingin.
Gambar 2.1 Refrigerant
Tipe kukas bermacam–macam pada umumnya digunakan untuk rumah tangga. Fungsinya tidak lain adalah untuk mendinginkan minuman, mengawetkan bahan makanan seperti sayur–sayuran, daging, ikan laut. Untuk kapasitas besar dapat digunakan untuk pembuatan es batu.
2.2.2 Freezer
Jenis pendingin yang satu ini tidak berbeda dengan kulkas atau lemari es, hanya saja kapasitasnya jauh lebih besar. Sebab umumnya digunakan oleh
perusahaan-perusahaan pembuat es batu maupun untuk penyimpan bahan makanan dalam jumlah banyak.
Gambar 2.2 Freezer
Mesin pendingin ini menjaga suhu beberapa derajat di atas titik beku air. Kisaran suhu optimum untuk penyimpanan makanan mudah busuk adalah 3 sampai 5 °C (37 sampai dengan 41 °F). Sebuah perangkat serupa yang mempertahankan suhu di bawah titik beku air disebut sebagai freezer.
2.2.3 Air Conditioner (AC)
Pada waktu yang lalu peralatan penghasil ruangan sejuk yang dinamakan AC ini masih tergolong barang mewah dan hanya gedung-gedung tinggi saja yang mempergunakanya seperti kantor-kantor, gedung-gedung pemerintahan, hotel-hotel maupun restaurant-restourant besar.
Gambar 2.3 Air Conditioner (AC)
Tetapi sejak pabrik-pabrik penghasil AC mulai berlomba dengan produknya, dan mengeluarkan berbagai tipe untuk berbagai keperluan, seperti untuk mobil, untuk ruangan kamar rumah dan sebagainya dan dengan harga yang bersaing, sejak itu AC menjadi barang umum dan kian memasyarakat. Sehingga tidak hanya gedung–gedung saja melainkan ruangan dalam kamar sudah banyak terpasang pendingin ini.
2.2.4 Kipas angin
Walaupun pada dasarnya peralatan yang satu ini tidak menghasilkan udara atau suhu yang dingin sebagaimanan kulkas atau AC, tetapi karena putaran kipas dan sistem kerjanya mirip dengan kerja dari kedua peralatan di atas, maka kipas angin salah satu dari mesin pendingin.
2.2.5 Thermoelectric Cooler ( Peltier )
Peltier adalah suatu modul Thermoelectric yang dimana karaktristik komponennya dibungkus oleh bahan keramik tipis yang terdiri dari batang-batang Bismuth Telluride di dalamnya. Ketika diberikan tegangan DC sebesar +12V – +15V pada salah satu sisi modul akan menjadi panas, sementara sisi lainnya akan menjadi dingin.
Gambar 2.5 Thermoelectric Cooler ( Peltier )
Efek Peltier untuk membuat panas fluks antara persimpangan dua jenis bahan. Sebuah pendingin Peltier, pemanas, atau thermoelectric pompa panas adalah pompa panas yang mentransfer panas dari satu sisi perangkat ini di sisi lain terhadap gradien suhu (dari dingin ke panas), dengan konsumsi energi listrik. Instrumennya juga disebut perangkat Peltier, Peltier pompa panas, kulkas solid state, atau pendingin thermoelectric (TEC). Perangkat Peltier adalah panas pompa ketika berjalan lancar langsung melalui itu, panas dipindahkan dari satu sisi ke sisi lain. Oleh karena itu dapat digunakan baik untuk pemanasan atau pendinginan (pendinginan), meskipun dalam praktek aplikasi utama adalah pendinginan.
Hal ini juga dapat digunakan sebagai pengatur suhu yang baik panas atau dingin. Peltier bisa menghasilkan panas maupun dingin. Bentuknya tipis, berukuran 4 x 4cm dengan tebal hanya 4mm. Komponen ini dikenal dengan nama PELTIER. Untuk kalangan penggemar Over Clocking komputer, Peltier cukup populer digunakan untuk mendinginkan prosesor. Namun kelemahan Peltier adalah Arus yang dibutuhkan cukup besar, hingga 5-7 Amper agar bisa bekerja optimal. Peltier juga digunakan pada Car COOLBOX, yaitu pendingin minuman kaleng untuk di mobil. Cara kerja Peltier, dengan membuat panas disatu sisi, kemudian di sisi lain, panas akan terserap hingga terasa dingin. Beda suhu antara sisi panas dan dingin bisa mencapai 65 derajat Celcius.
2.3 Zona suhu dan peringkat
Beberapa kulkas sekarang dibagi menjadi empat zona untuk menyimpan berbagai jenis makanan:
-18 ° C (-0 ° F) (pembeku)
0 ° C (32 ° F) (daging)
5 ° C (41 ° F) (pendingin)
10 ° C (50 ° F) (sayuran)
Kapasitas kulkas diukur dalam liter atau kaki kubik. Biasanya volume lemari es-lemari es gabungan dibagi untuk 100 liter (3,53 kaki kubik) untuk freezer dan 140 liter (4,94 meter kubik) untuk kulkas, walaupun nilai-nilai ini sangat bervariasi. Pengaturan suhu untuk lemari es dan freezer kompartemen sering diberi nomor sewenang-wenang oleh produsen (misalnya, 1 sampai 9, hangat ke dingin), tetapi pada umumnya 3 sampai 5 ° C (37 sampai dengan 41 ° F). Sangat ideal untuk ruang pendingin dan -18 ° C (-0 ° F) untuk freezer.
Beberapa kulkas diharuskan untuk berada dalam parameter tertentu suhu eksternal untuk menjalankan dengan benar.
Frezer digunakan untuk kompartemen makanan beku yang hanya cocok untuk menyimpan makanan beku memperkenalkan makanan segar menjadi seperti kompartemen tersebut cenderung mengakibatkan kenaikan suhu tidak dapat diterima. kulkas Eropa Kebanyakan termasuk bagian kulkas lembab dingin (yang tidak membutuhkan (otomatis) pencairan pada interval yang tidak teratur) dan bagian freezer (jarang embun beku gratis)
2.4. Pemanfaatan Termo Elektrik
2.4.1 Pembangkit daya (Power generation)
Sampai saat ini pembangkitan listrik dari sumber panas harus melalui beberapa tahap proses. Bahan bakar fosil akan menghasilkan putaran turbin apabila dibakar dengan tekanan yang sangat tinggi. Hasil putaran turbin tersebut akan dipakai untuk memproduksi tenaga listrik. Kira-kira 90 persen energi listrik dunia yang berasal dari sumber panas masih memakai cara ini. Sehingga efisiensi energi masih sangat rendah akibat beberapa kali proses konversi. Panas yang dihasilkan banyak yang dilepas atau terbuang percuma. Apabila proses konversi ini dapat diubah, efisiensi energi akan menjadi lebih besar karena listrik bisa didapatkan langsung dari sumber panas tanpa melalui beberapa kali tahap konversi.
Namun, beberapa pembangkit tenaga listrik sudah menggunakan metode yang dikenal sebagai cogeneration di mana di samping tenaga listrik yang dihasilkan, panas yang dihasilkan selama proses ini digunakan untuk tujuan alternatif. Dengan menggunakan Termoelekrik, panas yang dihasilkan selama
proses yang alami pembangkit akan diubah menjadi listrik, sehingga panas yang dihasilkan tidak terbuang secara percuma dan energi yang dihasilkan oleh pembangkit menjadi lebih besar, serta efisiensi energi menjadi lebih tinggi. Termoelektrik juga mengkin dapat digunakan pada sistem solar thermal energy.
2.4.2 Kendaraaan bermotor
Saat ini untuk meningkatkan efisiensi dari kendaraan bermotor, dilakukan berbagai macam usaha atau teknologi yang dikembangkan, saat ini sedang popular adalah sistem hybrid. Pada sistem hybrid pada kendaraan bermotor adalah gabungan sistem kendaran bermotor dengan mesin pembakaran dalam dan dengan motor listrik. Energi listrik untuk menggerakan motor listrik diperoleh dari altenantor dan juga dynamic brake, dimana energy gerak (putaran) diubah menjadi energi listrik. Keuntungan dari kendaraan hybrid adalah bahwa kendaraan hybrid dapat mengurangi konsumsi bahan bakar melalui 2 mekanisme yakni:
1) Pengurangan energi terbuang selama kondisi „idle” atau keluaran rendah, dan biasanya mesin motor bakar dalam keadaan mati.
2) Pengurangan ukuran dan tenaga mesin motor bakar, dalam hal kekurangan tenaga akan dipenuhi oleh motor listrik, menyerap energi terbuang.
Sementara energi panas yang dibuang belum dimanfaatkan untuk sistem Hybrid ini. Muncullah suatu konsep memanfaatan energi panas yang terbuang pada kendaraan bermotor yang akan dijadikan energi listrik. Konsep yang digunakan adalah konsep Seebeck. Apabila terdapat dua sumber temperatur yang berbeda pada dua material semi konduktor makan akan mengalir arus listrik pada material tersebut. Konsep ini lebih dikenal dengan pembangkit termoelektrik. Dengan menggunakan Teknologi Termoelektrik ini apabila diterapkan pada
kendaraan bermotor dimana gas buang pada mesin motor bakar berkisar antara 200-300 °C sementara temperatur lingkungan bekisar antara 30-35 °C maka dengan adanya beda temperatur ini akan diperoleh gaya gerak listrik yang kemudian dapat digunakan untuk menggerakan motor listrik atau disimpan di dalam batere. Apabila dapat diterapkan di kendaraan hybrid maka konsumsi bahan bakar pada kendaraan bermotor akan semakin hemat.
Kombinasi ketiga keuntungan hybrid bisa diterapkan pada kendaraan sehingga mesin menjadi lebih kecil, ringan, dan lebih efisien dibanding kendaraan konvensional. Dengan demikian diharapkan dapat mengurangi konsumsi bahan bakar pada kendaraan bermotor lebih banyak lagi karena batere pada kendaraan dimana berfungsi sebagai sumber utama energi motor listrik akan selalu penuh karena mendapat suplai dari pembangkit thermoelektrik. Dengan berkurangnya konsumsi bahan bakar maka dapat pula mengurangi emisi gas buang ke lingkungan.
2.4.3 Mesin pendingin
Termoelektrik sebagai pendingin dibuat menjadi sebuah modul semikonduktor yang jika dialiri arus listrik DC maka kedua sisi modul termoelektrik ini akan mengalami panas dan dingin. Sisi dingin inilah yang dimanfaatkan sebagai pendingin produk. Dalam bidang kedokteran dan kesehatan, ketersediaan darah sangat dibutuhkan oleh pasien untuk proses penyembuhannya. Seperti pasien yang mengalami kecelakaan, melahirkan, dioperasi atau yang memiliki penyakit berat lainnya setidaknya membutuhkan darah minimal 1000 –
1500 mL. Darah yang tersedia hasil donor dari orang sehat sekitar 250 – 300 mL disimpan dalam labu plastik dan harus dijaga agar tidak rusak.
Darah harus disimpan pada kondisi temperatur tertentu agar sel darah mengalami proses metabolisme yang minimal sehingga tidak mengalami kerusakan dan dapat digunakan untuk jangka waktu yang cukup lama. Untuk menjawab permasalahan di atas maka diperlukan suatu tempat penyimpan darah (carrier) hasil donor yang kondisinya dijaga pada suhu 1 – 6 ºC sehingga bisa digunakan sampai 28 hari ke depan. Adapun solusi yang ditawarkan adalah membuat suatu kotak penyimpan darah portabel yang temperaturnya dijaga konstan.
Teknologi termoelektrik memungkinkan untuk mendinginkan darah dalam kapasitas kecil. Sisi dingin pada modul termoelektrik digunakan untuk mendinginkan darah pada suhu yang diinginkan. Untuk menjaga agar suhunya konstan maka biasanya digunakan alat kontrol termostat. Dalam merancang sistem ini, langkah awalnya adalah merencanakan disain konstruksi kotak penyimpan darah beserta sistem kontrol dan kelistrikan. Langkah selanjutnya melakukan perhitungan beban pendinginan yang meliputi beban pendinginan darah, beban kalor konduksi dinding, beban infiltrasi dan beban yang ditimbulkan oleh peralatan listrik. Semua beban dijumlah total sebagai beban kalor yang harus didinginkan oleh modul termoelektrik. Pemilihan spesifikasi modul termoelektrik didasarkan pada beban kalor, beda suhu dan parameter listrik yang digunakan.
Kelebihan sistem pendingin termoelektrik adalah tidak berisik, mudah perawatan, ramah lingkungan dan tidak memerlukan banyak komponen tambahan. Selain itu manfaat lain dari termoelektrik sebagai mesin pendingin adalah dapat
mengurangi polusi udara. Hydrochlorofluorocarbons (HCFCs) dan chlorofluorocarbons (CFC) dikenal sebagai ozone depleting substances (ODSs), yaitu substansi yang meyebabkan penipisan lapisan ozon merupakan zat yang sudah lama dipakai dalam mesin pendingin. Namun, baru-baru ini telah diterbitkan regulasi mengenai penggunaan zat-zat tersebut dalam mesin pendingin, sehingga mesin pendingin berteknologi termoelektrik menjadi solusi cerdas dalam masalah ini. Dengan teknologi ini dapat mengurangi penggunaan bahan kimia berbahaya seperti itu dan mungkin akan berjalan lebih tenang (karena mereka tidak memerlukan bising Kompresor).
Keunggulan dari teknologi termoelektrik pada mesin pendingin dari teknologi lainnya adalah:
a) Pendingin Termoelektrik tidak memiliki bagian yang bergerak, dan karena itu kebutuhan pemeliharaan tidak terlalu penting.
b) Pengujian ketahanan telah menunjukkan kemampuan perangkat untuk thermoelectric melebihi 100.000 jam operasi yang stabil di berbagai negara. c) Temperatur kontrol dari masing-masing bagian dapat dijaga menggunakan
perangkat thermoelectric dan dukungan yang sesuai dari sirkuit.
d) Fungsi dari Pendingin Termoelektrik dalam lingkungan yang terlalu parah, terlalu sensitif, atau terlalu kecil untuk pendinginan konvensional.
e) Pendingin Termoelektrik tidak bergantung pada posisi.
2.5 Sistem Pendingin Termoelektrik
Bagian penting dari sebuah sistem pendingin termoelektrik adalah alat penukar panas (heat exchanger), seperti heatsink, heatpipe. Bagian ini mutlak diperlukan, sebab jika sisi panas peltier dapat dipertahankan konstan,
maka sisi dingin dari elemen peltier akan mampu menyerap panas secara konstan pula.
Sistem pendingin termoelektrik memerlukan heatsink yang berfungsi untuk menyerap panas pada sisi dingin elemen peltier dan membuang panas padasisi panas peltier. Susunan dasar sistem pendingin termoelektrik setidaknya terdiri dari elemen peltier dan heatsink baik pada sisi dingin elemen peltier maupun pada sisi panas peltier, seperti pada Gambar 2.6.
Gambar 2.6 Susunan dasar sistem Bagian yang akan didinginkan
Dapat juga dihubungkan terlebih dahulu dengan alat penukar panas sebelum dihubungkan dengan sisi dingin elemen peltier. Alat penukar panas tersebut dapat berupa fluida atau dengan konveksi udara.Sedangkan panas yang dihasilkan pada sisi panas elemen peltier juga dapat disalurkan ke lingkungan melalui udara baik secara alami maupun konveksi paksa atau dengan media pendingin air maupun fluida lainnya. Alat penukar panas ini dapat divariasikan penggunaannya sepertiyang terlihat pada Gambar 2.7. Penyusunan sistem pendingin termoelektrik ini bergantung pada media penukar panas yang digunakan. Media penukar panas dapat berupa zat gas/udara, cair, dan padat.
Pendingin Termoelektrik Bertingkat Sistem bertingkat pada modul termoelektrik digunakan jika modul tunggal tidak bisa mencapai perbedaan temperatur yang diinginkan. Penambahan modulakan mengakibatkan daya yang dibutuhkan semakin besar.
Gambar 2.7 Modul termoelektrik bertingkat:(a) Peltier paralel (b) Peltier Cascade
Kemampuan memompa panas dari beban pada sistem bertingkat dapat ditingkatkan tergantung pada jumlah tingkat modul. Semakin banyak tingkat,maka semakin besar selisih antara Th dengan Tc atau ∆T. Karena ∆T yangsemakin besar, maka panas yang dapat dipindahkan dari beban juga semakin besar.
2.6 Catu Daya (Power Supply)
Catu Daya adalah sebuah rangkaian yang mengubah rangkaian AC menjadi DC. Catu daya merupakan kombinasi atau gabungan dari beberapa komponen elektronika yang difungsikan sebagai pemberi tegangan pada peralatan elektronika. Pada rangkaian ini catu daya hanya sebagai pendukung kerja dari rangkaian diantaranya adalah trafo, dioda, kapasitor, dan regulator.
Gambar 2.8 Rangkaian Catu daya
Transformator disini berfungsi sebagai komponen yang digunakan sebagai penurun tegangan. Tegangan dari sumber bolak – balik 220 V diturunkan menjadi 15 V AC. Setelah melewati dioda bridge, maka tegangan 15 V AC akan diubah menjadi tegangan DC. Lalu tegangan akan diubah kembali menjadi +12 V DC setelah melewati IC Regulator (IC 7812).
2.7 Heatsink
Pada dasarnya, titik dari heat sink adalah untuk memindahkan panas melalui Peltier seefisien mungkin. Heatsink biasanya terbuat dari aluminium atau tembaga dan memiliki banyak sirip yang meningkatkan luas permukaan mereka. Lebih luas permukaan perpindahan panas lebih efisien. Kedua heat sink memiliki fans yang bergerak udara melalui mereka dan juga membantu dalam transfer panas. Salah satu heat sink sebenarnya adalah "dingin" tenggelam karena digunakan untuk menghisap panas keluar dari bagian dalam lemari es.
Salah satu dari berbagai varian jenis model pendinginan komponen pada komputer atau alat elektronik yang terbuat dari bahan metal. Bahan pembuat heatsink ada berbagai macam seperti alumunium, tembaga bahkan silver. Selain
bahan, bentuk dan ukuran heatsink bermacam- macam tergantung perancangan sang produsen heatsink dengan berbagai teknik, tetapi memiliki output atau tujuan yang sama yaitu mendinginkan komponen elektronik.
Gambar 2.9 Heatsink
Fungsi heatsink adalah membantu proses pendinginan sebuah komponen elektronika. Secara teknik, semakin luas permukaan perpindahan panas sebuah benda maka akan semakin cepat proses pendinginan benda tersebut. Fungsi sebenarnya dari Heatsink adalah memperluas daerah perpindahan panas dari sebuah komponen elektronika yang menghasilkan panas sehingga proses pembuangan panas dari komponen elektronika dapat terjadi dengan cepat. Salah satu teknik memperluas bidang penguapan panas adalah dengan mebuatkan sirip-sirip yang ada disamping atau atas dari heatsink , sehingga dengan ukuran luas penampang yang sama akan menghasilkan luas perpindahan panas yang besar. Tebal tipisnya sirip juga berpengaruh dari proses perpindahan panas, semakin tebal akan semakin sukar / lama panas menjalar keseluruh bagian heatsink . Bentuk Fin (sirip) sebaiknya yang berupa irisan langsung dari dasar heatsink, pada beberapa jenis
Heatsink fin (sirip) hanya berupa tempelan. Jelas bahan penempel tersebut merupakan hambatan proses perambatan panas. Setelah luas areal perpindahan
panas menjadi luas, ditambahkan kipas (fan) yang berperan aktif, karena laju aliran udara yang ada pada suatu casing peralatan elektronik sangat kecil sehingga tidak mampu membantu mempercepat proses pembuangan panas dari heatsink maka diperlukan sebuah kipas (fan) yang dipasang pada bagian tertentu pada heatsink (diatas atau disamping). Putaran kipas dan sudu (propeler) kipas sangat pula menentukan proses pembuangan panas, karena kipas dengan kecepatan rendah akan menghasiklan aliran udara yang rendah begitu juga sebaliknya semakin tinggi putaran kipas maka semakin cepat aliran udara pada heatsinkmaka semakin cepat pula proses pembuangan panas.
Kecepatan kipas yang biasa digunakan pada heatsink sekitar 2500 rpm (putaran per menit). Selain putaran sepeti yang telah disebutkan diatas sudu / propeler juga berpengaruh, banyak dan besarnya sangat mempengaruhi jumlah udara yang dihasikkan. Kemudian setelah fungsi fan dan heatsink dipadukan banyak orang menyebutnya sebagai HSF (Heatsink Fan).Jenis heatsink seperti ini disebut sebagai heatsink aktif sedangkan yang tanpa kipas (fan) merupakan heatsink jenis pasif ( heatsink pasif).
Cepat rambatnya proses perpindahan panas bergantung pada bahan dasar yang digunakan untuk membuat heatsink . karena proses perpindahan panas pada Heatsink terjadi secara konduksi maka besarnya konduktivitas dari sebuah bahan baku (metal) sangat menentukan. Semakin besar nilai konduktivitas dari sebuah bahan (metal) maka akan semakin cepat proses perpindahan panas berlangsung.
2.8 Kipas Angin (fan)
Pada Kipas Angin Processor, kumparan medan yang dialiri arus listrik akan menghasilkan medan magnet yang melingkupi kumparan jangkar dengan arah tertentu. Konverter energi baik energi listrik menjadi energi mekanik (motor) maupun sebaliknya dari energi mekanik menjadi energi listrik (generator) berlangsung melalui medium medan magnet. Energi yang akan diubah dari suatu sistem ke sistem yang lain, sementara akan tersimpan pada medium medan magnet untuk kemudian dilepaskan menjadi energi sistem lainya. Dengan demikian, medan magnet disini selain berfungsi sebagi tempat penyimpanan energi juga sekaligus proses perubahan energi.
2.9 Prinsip Termoelektrik
Pendingin termoelektrik merupakan solid stste technology yang bisa menjadi alternatif pendingin selain sistem kompresi uap. Dibandingkan dengan teknologi kompresi uap yang masih menggunakan refrigeran sebagai media penyerap panas, teknologi pendingin termoelektrik relatif lebih ramah lingkungan,tahan lama, dan bisa digunakan dalam skala besar.
Pendingin termoelektrik ini mempunyai kemampuan mendinginkan dan memanaskan sekaligus dimana perubahan polaritas tegangan akan membalikkanfungsi dari panas ke dingin dan sebaliknya. Jika sebuah elemen termoelektrik dialiri arus listrik DC maka kedua sisi elemen ini akan menjadi panas dan dingin.Sisi dingin inilah yang dimanfaatkan sebagai pendingin udara ruangan denganbantuan heatsink dan fan. Dengan demikian tidak diperlukan kompresor sepertihalnya di mesin-mesin pendingin konvensional, sehingga tidak menimbulkansuara bising.
Termoelektrik dengan berdasarkan Efek Seebeck yaitu “jika 2 buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujunganya, kemudian diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain. Fenomena termoelektrik pertama kali ditemukan tahun 1821 oleh ilmuwan Jerman, Thomas Johann Seebeck. Ia menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah rangkaian. Di antara kedua logam tersebut lalu diletakkan jarum kompas.
Ketika sisi logam tersebut dipanaskan, jarum kompas ternyata bergerak. Belakangan diketahui, hal ini terjadi karena aliran listrik yang terjadi pada logam menimbulkan medan magnet. Medan magnet inilah yang menggerakkan jarum
kompas. Fenomena tersebut kemudian dikenal dengan efek Seebeck. Penemuan Seebeck ini memberikan inspirasi pada Jean Charles Peltier untuk melihat kebalikan dari fenomena tersebut. Dia mengalirkan listrik pada dua buah logam yang direkatkan dalam sebuah rangkaian. Ketika arus listrik dialirkan, terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam tersebut dan pelepasan panas pada sambungan yang lainnya. Pelepasan dan penyerapan panas ini saling berbalik begitu arah arus dibalik. Penemuan yang terjadi pada tahun 1934 ini kemudian dikenal dengan efek Peltier. Efek Seebeck dan Peltier inilah yang kemudian menjadi dasar pengembangan teknologi termoelektrik.
Teknologi termoelektrik bekerja dengan mengonversi energi panas menjadi listrik secara langsung (generator termoelektrik), atau sebaliknya, dari listrik menghasilkan dingin (pendingin termoelektrik). Untuk menghasilkan listrik, material termoelektrik cukup diletakkan sedemikian rupa dalam rangkaian yang menghubungkan sumber panas dan dingin. Dari rangkaian itu akan dihasilkan sejumlah listrik sesuai dengan jenis bahan yang dipakai. Kerja pendingin termoelektrik pun tidak jauh berbeda. Jika material termoelektrik dialiri listrik, panas yang ada di sekitarnya akan terserap. Dengan demikian, untuk mendinginkan udara, tidak diperlukan kompresor pendingin seperti halnya di mesin-mesin pendingin konvensional.Untuk keperluan pembangkitan lisrik tersebut umumnya bahan yang digunakan adalah bahan semikonduktor.
Semikonduktor adalah bahan yang mampu menghantarkan arus listrik namun tidak sempurna. Semikonduktor yang digunakan adalah semikomduktor tipe n dan tipe p. Bahan semikonduktor yang digunakan adalah bahan semikonduktor ekstrinsik. Persoalan untuk Termoelektrik adalah untuk
mendapatkan bahan yang mampu bekerja pada suhu tinggi. Terdapat tiga sifat bahan Termoelektrik yang penting, yaitu : Koefisien Seebeck(s), Konduktifitas panas(k) dan Resistivitas.
Prinsip Kerja Pendingin Termoelektrik Komponen pendingin termoelektrik (TEC) terdiri dari semikonduktor tipeP dan N yang masing-masing terhubung seri secara elektris, namun terhubungparalel secara thermis. Prinsip kerja pendingin termoelektrik berdasarkan efek Peltier, yaitu ketika arus DC dialirkan ke elemen Peltier, maka salah satu sisielemen Peltier menjadi dingin (panas diserap) dan sisi lainnya menjadi panas(panas dilepaskan), seperti pada Gambar 2.
Gambar 2.12 Susunan Elemen Peltier
Hal yang menyebabkan sisi dingin elemen Peltier menjadi dingin adalahadanya aliran elekton dari tingkat energi yang lebih rendah pada semikonduktortipe-P, ke tingkat energi yang lebih tinggi yaitu semikonduktor tipe-N. Supayaelektron tipe P yang mempunyai tingkat energi yang lebih rendah
dapat mengalirmaka elektron menyerap energi yang mengakibatkan sisi tersebut menjadi dingin.
Gambar 2.13 Prinsip Kerja TEC
Sebaliknya pada sambungan sisi panas, elektron mengalir dari tingkat energi yang lebih tinggi (semikonduktor tipe-N) ke tingkat energi yang lebih rendah (semikonduktor tipe-P). Agar elektron dapat mengalir ke semikonduktortipe-P, kelebihan energi pada tipe-N dibuang ke lingkungan, sehingga sisi tersebutmenjadi panas.Berdasarkan Gambar 2.4, elektron mengalir dari semikonduktor pada tipeP yang kekurangan energi, menyerap panas pada bagian yang didinginkankemudian mengalir ke semikonduktor tipe N. Semikonduktor tipe N yangkelebihan energi membuang energi tersebut ke lingkungan dan mengalir kesemikonduktor tipe P dan seterusnya. Dengan teknologi ini dapat mengurangi penggunaan bahan kimia berbahaya seperti itu dan mungkin akan berjalan lebih tenang (karena mereka tidak memerlukan bising Kompresor).
Keunggulan dari teknologi termoelektrik pada mesin pendingin dari teknologi lainnya adalah:
a) Pendingin Termoelektrik tidak memiliki bagian yang bergerak, dan karena itu kebutuhan pemeliharaan tidak terlalu penting.
b) Pengujian ketahanan telah menunjukkan kemampuan perangkat untuk thermoelectric melebihi 100.000 jam operasi yang stabil di berbagai negara. c) Temperatur kontrol dari masing-masing bagian dapat dijaga menggunakan
perangkatthermoelectric dan dukungan yang sesuai dari circuit.
d) Fungsi dari Pendingin Termoelektrik dalam lingkungan yang terlalu parah, terlalu sensitif, atau terlalu kecil untuk pendinginan konvensional.
e) Pendingin Termoelektrik tidak bergantung pada posisi.
f) Arah panas pemompaan dalam sistem thermoelectric sepenuhnya dapat dibatalkan. dengan mengubah polaritas dari DC power supply menyebabkan panas yang akan dipompa ke arah-yang dingin kemudian dapat menjadi panas
2.10 H - Bridge
H-Bridge atau jembatan H adalah suatu cara pengaturan arah putaran pada Supply tegangan dengan merubah-rubah kutub input tegangannya. H-Bridge digunakan untuk memutar kutub masukan arus DC menuju ke Peltier. Terdapat dua jenis arus pada H-bridge ini, yaitu source current dan sinking current. Source current adalah arus yang mengendalikan supply positif Peltier. Sinking current adalah arus yang mengendalikan Supply negatif Peltier , biasanya ground.
Ketika switch 1 bernilai high dan switch 2 bernilai high juga, maka Peltier akan menghasilkan dingin sisi atas dan panas pada sisi bawah Peltier. Ketika switch 3 dan switch 4 bernilai high, maka Peltier akan menghasilkan hal yang berkebalikan yaitu sisi bagian atas akan menjadi panas dan sisi bagian bawah akan menjadi dingin. Dioda digunakan untuk melindungi transistor dari tegangan balik yang dihasilkan oleh Peltier ketika power dihidupkan dan dipadamkan.
