laporan penelitian

(1)

PENELITIAN PENGEMBANGAN IPTEKS

PENENTUAN RASIO OPTIMUM LUAS PENYERAP PANAS TERHADAP THERMOELECTRIC SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK

PANAS MATAHARI

Oleh:

Rifky, S.T., M.M. (0305046501) Dr. Dan Mugisidi, ST., M.Si (0301126901) Agus Fikri, S.T., M.M., M.T. (0319087101)

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PROF. DR. HAMKA

TAHUN 2019

(2)

LAPORAN PENELITIAN

PENELITIAN PENGEMBANGAN IPTEKS

PENENTUAN RASIO OPTIMUM LUAS PENYERAP PANAS TERHADAP THERMOELEKTRIK SEBAGAI PEMBANGKIT LISTRIK

PANAS MATAHARI

Oleh:

Rifky, S.T., M.M. (0305046501) Dr. Dan Mugisidi, ST., M.Si (0301126901) Agus Fikri, S.T., M.M., M.T. (0319087101)

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH PROF. DR. HAMKA

TAHUN 2019

(3)

(4)

(5)

(6)

ABSTRAK

Panas matahari merupakan sumber energi terbarukan yang belum banyak dimanfaatkan. Sebagai bagian dari penelitian untuk memanfaatkan matahari sebagai sumber energi listrik, penelitian ini bertujuan untuk menentukan dimensi penyerap panas yang menghasilkan listrik dengan efisiensi yang tertinggi. Listrik dibangkitkan dengan menggunakan thermoelektrik yang banyak terdapat di pasaran. Penyerap panas menggunakan material Alumunium dengan tebal 3mm yang dikasarkan dan diwarnai hitam. Alumunium berbentuk persegi yang luasnya 2, 3 dan 4 kali luas thermoelektrik.

Penelitian akan dilaksanakan di laboratorium energi Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Prof DR Hamka di Jakarta, Indonesia. Hasil peneltian menunjukkan tegangan dan arus yang terbesar diperoleh dari plat penyerap yang memiliki luas 3 kali luas thermoelektrik.

Kata kunci: panas matahari, thermoelektrik, aluminium

i

(7)

DAFTAR ISI

HALAMAN SAMPUL HALAMAN PENGESAHAN

ABSTRAK i

DAFTAR ISI ii

DAFTAR TABEL iii

DAFTAR GAMBAR iv

BAB 1. PENDAHULUAN 1

BAB 2. KAJIAN PUSTAKA 3

BAB 3. METODE PENELITIAN 6

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN 9

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN 16

BAB 6. LUARAN YANG DICAPAI 17

DAFTAR PUSTAKA 18

ii

(8)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Data hasil pengukuran rasio penyerap panas dengan termoelektrik = 2:1... 10 Tabel 4.2 Data hasil pengukuran rasio penyerap panas dengan termoelektrik = 3:1... 11 Tabel 4.3 Data hasil pengukuran rasio penyerap panas dengan termoelektrik = 4:1... 11

iii

(9)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Skema thermoelectric generator ...4

Gambar 1.2 Termoelektrik yang tersedia di pasaran ...4

Gambar 2.2 Dinding pembangkit listrik tenaga matahari ...5

Gambar 3.1 Bagan Alir Penelitian ...6

Gambar 3.2 Desain Peralatan ...7

Gambar 4.1 Alat penelitian (tampak depan) ...9

Gambar 4.2 Alat penelitian (tampak belakang) ...9

Gambar 4.3 Grafik waktu terhadap temperatur, tegangan dan arus untuk rasio 2:1..12

Gambar 4.6 Grafik Radiasi terhadap daya...14

iv

(10)

BAB 1. PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Kebutuhan energi semakin meningkat sejalan dengan aktivitas manusia yang bertambah dan beranekaragam, mulai dari kebutuhan domestik, transportasi, industri, dan lain-lain. Ironisnya, penggunaan energi yang demikian besar masih sangat bergantung pada sumber energi fosil. Energi fosil yang berasal dari minyak bumi, batubara, dan gas alam merupakan sumber energi yang tidak terbaharukan.

Sumber energi yang tidak terbarukan tidak dapat diandalkan dalam jangka panjang, akan berkurang dan tidak dapat diisi kembali dalam waktu singkat. Ekstraksi sumber tidak terbarukan menjadi lebih sulit dengan peningkatan efek buruk terhadap lingkungan (Mona & Anderson, 2008).

Sumber energi terbarukan yang dapat dimanfaatkan berasal dari matahari, air, angin, dan biomassa. Matahari merupakan sumber energi yang berlimpah, bahkan jika ditinjau dari asal usulnya semua angin, bahan bakar fosil, hidro dan energi biomassa berasal dari matahari. Energi matahari yang jatuh di permukaan bumi dengan laju 120 petawatt, (1 petawatt = 10¹⁵ watt) (Mona & Anderson, 2008) dan (Mratyunjay, Nirapure & Mishra, 2015).

Energi matahari (energi surya) yang dipancarkan ke bumi dan dapat dimanfaatkan berasal dari radiasi termal dan radiasi elektromagnetik. Pemanfaatan radiasi termal sudah lama dilakukan manusia secara tradisional dalam proses pengeringan dan penguapan. Namun, ada beberapa aplikasi untuk energi matahari, misalnya:

pembangkit listrik, fotokimia, tenaga surya, desalinasi matahari, dan kontrol temperatur ruang (Mona & Anderson, 2008). Dua teknologi energi surya yang paling menonjol adalah fotovoltaik (PV) dan tenaga surya terkonsentrasi (CSP).

Sistem PV hanya menghasilkan listrik, sedangkan sistem CSP dapat menyediakan listrik serta daya termal. Termoelektrik surya menggunakan teknologi cakram parabola untuk menangkap energi termal yang berdasarkan pada efek Seebeck.

Listrik ini dihasilkan melalui generator thermoelektrik konsentrator (CTEG) (Mona

& Anderson, 2008) dan (Mratyunjay, Nirapure & Mishra, 2015).

Generator termolektrik mengubah energi termal menjadi energi listrik.

Termolektrik diletakkn antara sisi panas dan sisi dingin, sehingga energi listrik 1 2

(11)

dapat dihasilkan. Efisiensi termal dari generator termoelektrik berbanding lurus dengan kepekaan alat dari bahan termoelektrik yang didefinisikan sama dengan kuadrat koefisien Seebeck dibagi dengan konduktivitas termal dan tahanan listrik dari bahan (Sahin & Yilbas, 2016).

1.2 Rumusan Masalah

Penguraian dari latar belakang di atas menjadi dasar diperlukannya penelitian untuk mengungkap pengaruh rasio luas penyerap panas terhadap termoelektrik.

1.3 Tujuan Penelitian

Dari uraian yang melatarbelakangi permasalahan di atas, maka penelitian ini memiliki tujuan untuk mencari rasio optimum antara luas penyerap panas terhadap termoleketrik sebagai pembangkit listrik menggunakan panas matahari.

1.4 Urgensi (Keutamaan Penelitian)

Mengkonversi energi dari sumber energi menjadi energi yang termanfaatkan dihadapi permasalahan keterbatasan kelangsungan sumber energi yang ada. Sistem konversi energi yang sudah ada harus diinovasi dengan melakukan pengoptimalan kinerjanya. Namun, hal ini harus didukung dengan penggalakan yang masif untuk menggunkan energi terbarukan. Termolektrik adalah sistem konversi energi termal menjadi energi listrik. Termoelektrik bekerja antara dua sisi yang berbeda temperatur, yakni sisi panas dan sisi dingin. Kedua sisi tersebut memiliki luasan yang menyerap panas atau melepas panas. Pencapaian efisiensi yang maksimal bagi sebuah sistem adalah kebutuhan. Oleh karena itulah penelitian ini memiliki keutamaan dapat digunakan untuk memaksimalkan efisiensi termolektrik yang menghasilkan energi listrik.

2 1

(12)

BAB 2. KAJIAN PUSTAKA

2.1 State of the art

Thermoelectric ada generator listrik yang menggunakan perbedaan panas untuk menghasilkan tegangan. Meskipun dapat diandalkan, thermoelectric memiliki effisiensi yang rendah yaitu sekitar 5% (Rowe, 1999). Thermoelectric telah diaplikasikan untuk refrigrasi, pengkondisi udara dan pembangkit listrik (Xi, Luo,

& Fraisse, 2007). Dengan penggunaannya yang cukup luas dan ramah lingkungan maka thermoelectric diupayakan untuk ditingkatkan performance dengan menambahkan pipa panas sebagai pemanas awal (He, Su, Riffat, Hou, & Ji, 2011) dan pengumpul panas matahari (He, Su, Wang, Riffat, & Ji, 2012) untuk memperbesar perbedaan panasnya. Untuk memaksimalkan coefficient of performance (COP) thermoelectric yang digunakan pada pendingin maka pemodelan dibuat oleh Yuanyuan (Zhou & Yu, 2012). Aplikasi thermoelectric sebagai generator dapat ditingkatkan dengan menggunakan evacuated tubular solar collectors yang dihubungkan dengan pemindah panas (Zhang et al., 2013) dan panas matahari yang dipusatkan (Date, Date, Dixon, & Akbarzadeh, 2014). Pada perkembangan selanjutnya, thermoelectric dikombinasikan dengan solar cell menjadi hibrida dan berhasil meningkatkan efisiensinya secara signifikan (Kwan &

Wu, 2016). Untuk menjaga suhu sisi dingin thermoelectric tetap berada pada perbedaan yang optimal dengan suhu panasnya, maka konveksi paksa merupakan pendekatan yang paling menguntungkan (Sajid, Hassan, & Rahman, 2017). Aby menggunakan thermoelectric untuk menghasilkan listrik dari panas pada atap rumah (Putra, Rifky, & Fikri, 2018). Untuk penggunaan secara umum, rangkaian pemindah panasnya telah dipatenkan oleh Lloyd (US005584183A, 1996) sedangkan sebagai generator dengan pengkonsentrasi panas dipatenkan oleh (US 20090260667A1, 2009). Dari paparan sebelumnya, belum ada penelitian dan paten yang menggunakan thermoelekrik sebagai penghasil listrik yang ditempatkan pada dinding rumah atau gedung. Oleh karena itu, upaya untuk menggunakan termoelektrik sebagai penghasil listrik di dinding rumah dimulai dengan menentukan luas penyerap panas. Sejauh pengetahuan peneliti, belum ada penelitian mengenai perbandingan luas penyerap panas terhadap luas thermoelektrik. Oleh karena itu penelitian ini bertujuan untuk menentukan dimensi penyerap panas yang menghasilkan listrik dengan efisiensi yang tertinggi.

3

(13)

2.2 Termoelektrik

Thermoelektrik adalah alat yang mengubah perbedaan panas langsung menjadi energi listrik dan berfungsi seperti mesin panas tetapi dengan ukuran yang kecil dan tidak ada bagian yang bergerak (Patel, Mehta, & Shah, 2015). Apabila suhu yang memiliki perbedaan paling sedikit 30 derajat celcius diaplikasikan pada kedua sisi thermoelektrik, maka listrik langsung dihasilkan. Demikian juga sebaliknya, apabila thermoelektrik diberi perbedaan tegangan, maka kedua sisinya akan memiliki temperatur yang berbeda.

Gambar 2.3 Skema thermoelectric generator (Sajid et al., 2017)

Skema thermoelectric ditampilkan pada Gambar 1 sedangkan yang telah tersedia secara komersial dapat dilihat pada Gambar 2.

Gambar 4.2 Termoelektrik yang tersedia di pasaran (Amazon.com, n.d.)

Studi tentang TEG (generator termoelektrik) terus mengalami perkembangan, seperti pada pabrik industri, area panas bumi, mesin mobil, komputer dan tubuh manusia untuk memproduksi energi listrik serta pada daur ulang limbah panas (Ahıska & Mamur, 2014). Termoelektrik bekerja pada keadaan padat material konduktif untuk mengubah energi termal menjadi energi listrik. Perangkat termolektrik memiliki sifat skalabilitas (keterluasan), andal, tidak bising (Ahıska &

Mamur, 2014), dan sederhana (Bell, 2008). Bila dibandingkan dengan sistem penggerak yang lain, misalnya turbin yang mengkonversi energi termal menjadi energi mekanik yang kemudian menjadi energi listrik, dimana terdapat perubahan fasa pada fluida kerjanya. Disinilah aspek kesederhaan sistem termolektrik yang tidak memerlukan proses ekspansi dan kompresi fluida kerja.

4

(14)

Dalam perkembangannya telah dilakukan upaya untuk meningkatkan konversi daya pada termoelektrik dalam beberapa aspek sebagai berikut (Jarman, Khalil &

Khalaf, 2013):

1) Memaksimalkan perbedaan temperatur antara dua sisi perangkat termoelektrik dengan meningkatkan aliran panas melalui perangkat termoelektrik dengan metode seperti meningkatkan rasio konsentrasi matahari.

2) Meningkatkan karakteristik termoelektrik bahan. Mencari bahan termoelektrik yang lebih cocok, seperti bahan nanometer, adalah cara yang paling berguna dan efektif untuk meningkatkan efisiensi konversi termoelektrik saat ini.

3) Menerapkan pembuangan panas yang efektif pada sisi dingin, sehingga bahan termoelektrik dapat bekerja dalam kisaran temperatur yang paling sesuai.

4) Melakukan optimasi desain dan simulasi komputer untuk

mengoptimalkan struktur elemen termoelektrik dan meningkatkan teknologi kemasan alat.

2.1 Road map penelitian

Peta jalan atau road map penelitian sejalan dengan Rencana Induk Penelitian yang dikeluarkan oleh Lemlitbang UHAMKA yaitu menghasilkan energi terbarukan yang ramah lingkungan.

Gambar 2.5 Dinding pembangkit listrik tenaga matahari Penggunaan termoelektrik

sebagai penghasil listrik untuk atap seng (Putra, Rifky, &

Fikri, 2018) Penentuan luas penyerap panas, 2019,

Batch 2 - 18/19.

Penentuan debit aliran pendingin, 2019

Batch 1 - 19/20

Penelitian terapan penghasil listrik pada dinding, 2020 -2022

Pengajuan paten, 2022

Dinding Pembangkit listrik tenaga matahari, 2024

5

(15)

BAB 3. METODE PENELITIAN

3.1 Alur Penelitian

Alur penelitian ini terbagi menjadi beberapa tahapan seperti terlihat pada gambar 3.1 di bawah ini.

mulai

Persiapan

Pembuatan benda uji

Pengujian

Analisa data

Pembuatan laporan

Prosiding Seminar nasional/

Internasional

Prototipe alat

Gambar 3.1 Bagan Alir Penelitian

Tahapan penelitian dimulai dengan persiapan. Pada tahap ini, peneliti melakukan studi pustaka mencari state of the art berupa jurnal–jurnal yang mendukung dan dasar teori dari topik usulan penelitian ini. Tahap kedua, peneliti melakukan seperti terlihat pada gambar di bawah ini.

Persiapan, yaitu membuat rancangan desain peralatan dan alur peralatan penelitian 6

(16)

Sesuai dengan tujuan penelitian ini, luas penyerap panas dibuat menjadi 3, yaitu 2 kali luas thermoelektrik (a), 3 kali luas thermoelektrik (b) dan 4 kali luas thermo elektrik (c) yang akan diujikan secara bersamaan sehingga diketahui luasan yang memiliki efisiensi tertinggi. Pembuatan benda uji dan pengambilan data penelitian akan berkolaborasi dengan mahasiswa yang menulis skripsi pada topik penelitian yang sama dan menjadi turunan dari penelitian ini. Material yang akan digunakan untuk penyerap panas adalah Alumunium tebal 3mm dan insulatornya menggunakan karet silikon. Material pendingin menggunakan alumunium yang diberi saluran untuk dilewati oleh fluida pendingin.

Fluida pendingin dialirkan dengan menggunakan pompa dengan temperatur yang sama. Debit fluida pendingin diatur dengan menggunakan keran pengatur.

Pengujian dilakukan secara bersamaan selama 4 hari berturut-turut tanpa memperhatikan kondisi matahari. Benda uji akan dipasang di dinding dengan jarak antar benda uji 50 cm sehingga temperatur benda uji tidak saling mempengaruhi.

Efisiensi dihitung dengan membandingkan daya yang diperoleh dari thermolektrik dengan daya yang diterima oleh penyerap panas. Daya yang diperoleh penyerap panas akan diukur menggunakan solar meter sedangkan daya yang dihasilkan termo elektrik dihitung berdasarkan hasil pengukuran voltase yang diukur menggunakan volt meter.

(a) (b) (c)

(d)

A A

1

2

3 4 3

5 7 6

Gambar 3.2 Desain Peralatan. 1 = Penyerap panas, 2 = thermo elektrik, 3 = saluran pendingin, 4 = pendingin, 5 = insulator, 6 = penyerap panas, 7 = thermo elektrik. (d) = potongan A-A

7

(17)

3.2 Lokasi Penelitian

Penelitian akan dilaksanakan di teras atap gedung Fakultas Teknik UHAMKA.

3.3 Pengambilan Data

Metode pengambilan data yang dilakukan pada penelitian ini dengan cara pengamatan. Data dikumpulkan dalam bentuk tabulasi pada setiap variasi rasio luas penyerap panas dengan termoelektrik, yang terdiri dari rasio 1:2, 1:3, dan 1:4.

Data yang dikumpulkan terdiri dari intensitas cahaya matahari, temperatur,

kecepatan angin, kelembaban udara, debit air pendingin, tegangan listrik, dan kuat arus listrik.

3.4 Pengolahan Data

Setelah data diambil data tersebut dikumpulkan dalam bentuk tabulasi. Data yang dikumpulkan dalam tabel ini merupakan data mentah yang memerlukan

pengolahan dengan memasukkannya ke dalam rumus (persamaan) sehingga diperoleh hasil data baru yang berupa daya keluaran.

8

(18)

BAB 4. HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Hasil Penelitian

Hasil desain penelitian diperlihatkan pada gambar berikut:

a. Gambar tampak depan

Gambar 4.1 Alat penelitian (tampak depan)



b. Gambar tampak belakang

Gambar 4.2 Alat penelitian (tampak belakang)

9

(19)

Dari hasil pengukuran intensitas cahaya matahari, temperatur, kecepatan angin, kelembaban udara, tegangan listrik, dan arus listrik, serta daya listrik didapatkan data berikut.

1. Rasio penyerap panas dengan termoelektrik = 2 : 1

Untuk rasio penyerap panas dengan termoelektrik = 2:1 didapatkan temuan yang berupa data seperti yang diperlihatkan pada tabel di bawah ini.

Tabel 4.1 Data hasil pengukuran rasio penyerap panas dengan termoelektrik = 2:1

Dry bulb Wet bulb

1 08.00 36,6 38,8 32,5 26,1 27,7 22,1 27,3 26,6 26,8 26,9 1,9 0,16 0,03 924 0 31 23 11,5 0,0048

2 09.00 36 41,5 35,2 28,8 30,8 24,2 29,8 28,8 29,2 29,3 1,9 0,16 0,04 1018 0 37,5 27,5 11,7 0,0064

3 10.00 36,7 37,5 31,3 26 28,9 21,8 27,7 26,7 27,1 27,2 1,9 0,13 0,03 1050 0,8 37 27,5 9,8 0,0039

4 11.00 36,2 35,9 30,6 26 30,6 24,1 30,2 28,9 29,6 29,6 1,9 0,09 0,02 984 0,2 36 26,5 5,7 0,0018

5 12.00 35 32,5 27,2 25,2 31 22,4 28,7 27,8 28,2 28,2 1,9 0,06 0,02 742 1,2 34 26 3,8 0,0012

6 13.00 35,6 33,4 29 27 32,1 25,1 30,3 29,2 29,9 30 1,9 0,05 0,01 862 0,7 34,5 26 3,1 0,0005

7 14.00 36,3 33 28,2 26,4 32,3 24,1 29,8 28,6 29,2 29,3 1,9 0,06 0,01 638 1,4 35 26,5 3,2 0,0006

8 15.00 34,1 30,9 26,6 24,8 32,2 22,7 29 28 28,4 28,5 1,9 0,04 0,01 828 2,2 32,5 25 1,9 0,0004

9 16.00 32,8 29,5 25,2 23,7 31,1 21,8 28 27,1 27,5 27,5 1,9 0,04 0,01 653 1,6 32 25,5 1,5 0,0004

10 17.00 31,5 29,4 25,8 24,2 30,1 22,9 29,4 28,6 29,1 29,1 1,9 0,02 0,01 276 2,7 30,5 24 0 0,0002

11 18.00 29,8 27,3 23,6 22,7 27,5 21,9 28 27,3 27,7 27,7 1,9 0 0 0,03 1,3 29 23,5 -0,7 0

12 19.00 28,5 27,4 24,1 23,1 26,7 22,1 28,9 28,4 28,7 28,8 1,9 0 0 0 0 27,5 23,5 -1,5 0

13 20.00 28 27,9 24,6 23 26,1 23,1 29,7 29,3 29,6 29,6 1,9 0 0 0 1,2 27 23 -1,8 0

14 21.00 27,4 28,1 25 24,1 25,8 23,7 30,3 29,9 30,2 30,2 1,9 0 0 0 0,8 26,5 23 -2,2 0

15 22.00 27,3 28,4 25,2 24,7 25,8 24,2 30,8 30,4 30,7 30,8 1,9 0 0 0 0 26 23 -2,4 0

16 23.00 26,9 28,6 25,5 25 25,7 24,5 31,1 30,7 31 31 1,9 0 0 0 0 25,5 22,5 -2,5 0

17 00.00 26,4 28,5 25,4 25 25,2 24,5 31 30,7 31 31,1 1,9 0 0 0 0 25 22,5 -2,5 0

18 01.00 25,6 28,2 25,2 24,7 24,5 24,3 30,9 30,7 30,9 30,9 1,9 0 0 0 0 24,5 22 -2,7 0

19 02.00 25,5 28,1 25,1 24,6 24,5 24,3 30,7 31,7 30,7 30,8 1,9 0 0 0 0 24 22,5 -2,6 0

20 03.00 25,3 28,1 25,1 24,7 24,6 24,2 30,4 31,4 30,6 30,7 1,9 0 0 0 0 23,5 22,5 -2,3 0

21 04.00 25,2 28 25 24,6 24,5 24,2 30,3 31,3 30,5 30,5 1,9 0 0 0 0 23 22 -2,3 0

22 05.00 25 28 25 24,5 24,4 24 31 31 30,1 30,1 1,9 0 0 0 0 23 22 -3 0

23 06.00 27 29,3 25,7 24,6 23,7 23,8 30,3 29 30,2 30,3 1,9 0,01 0,01 135 0 26 23,5 -1 0,0001

24 07.00 29,7 31,6 27,7 25,6 24,8 24,3 30,5 29,9 30,3 30,4 1,9 0,03 0,01 246 0 29 25 1,1 0,0003

25 08.00 34,5 35 29,2 23,8 27,4 20,2 25,4 24,3 24,7 24,9 1,9 0,14 0,03 622 0 35 28 9,6 0,0042

A 2 V 2 Qw[LPM]

T10 [^oC]

T9 [^oC] v[m/s]

T7 [^oC] Kelembaban Udara

ΔT 2

No. Pukul T1 [ôC] T2 [ôC] T3 [ôC] T4 [ôC] T5 [ôC] T6 [ôC] T8 [ôC] Iv[w/m²] P (W) 2

Keterangan:

T1 = Qw =

T2 = V =

T3 = A =

T4 = Iv =

T5 = v =

T6 = ΔT =

T7 = P =

T8 =

T9 =

T10 =

temperatur Al-TEC temperatur bahan 1 temperatur bahan 2

temperatur TEC-Heatsink Perbedaan T2 - T7

temperatur heatsink temperatur air (bak) temperatur air masuk temperatur air keluar

Kecepatan angin (m/s) Intensitas cahaya (w/m²) Arus (Ampere) temperatur Lingkungan

temperatur Aluminium Tegangan (volt)

Debit Air (LPM)

Daya (W)

10

(20)

2. Rasio penyerap panas dengan termoelektrik = 3 : 1

Untuk rasio penyerap panas dengan termoelektrik = 3:1 didapatkan temuan yang berupa data seperti tabel berikut.

3. Untuk rasio penyerap panas dengan termoelektrik = 4 : 1

Untuk rasio penyerap panas dengan termoelektrik = 4:1 didapatkan temuan yang berupa data seperti tabel berikut.

Dry bulb Wet bulb

1 08.00 34,8 41,2 31,4 27,1 24,8 22,7 27,7 26,6 27 27,3 2 0,24 0,04 924 0 31 23 13,5 0,0096

2 09.00 36,1 44 33,6 29,5 27,2 25,2 30 28,8 29,4 29,7 2 0,24 0,05 1018 0 37,5 27,5 14 0,012

3 10.00 37,4 39,9 29,7 26,4 24,5 23 28,1 26,7 27,2 27,6 2 0,19 0,03 1050 0,8 37 27,5 11,8 0,0057

4 11.00 36,8 37,7 29,3 27,2 26 25 30,6 28,9 29,8 30,1 2 0,12 0,03 984 0,2 36 26,5 7,1 0,0036

5 12.00 35,5 34,4 26,7 25,4 24,5 23,7 29,1 27,8 28,4 28,7 2 0,09 0,02 742 1,2 34 26 5,3 0,0018

6 13.00 36,1 35,6 28,3 27,1 26,4 25,8 30,8 29,2 30,1 30,3 2 0,08 0,02 862 0,7 34,5 26 4,8 0,0016

7 14.00 36,7 35 27,4 26,1 25,1 24,4 30,1 28,6 29,3 29,6 2 0,08 0,02 638 1,4 35 26,5 4,9 0,0016

8 15.00 34,7 33 25,8 25 24,2 23,8 29,4 28 28,7 28,9 2 0,06 0,02 828 2,2 32,5 25 3,6 0,0012

9 16.00 33,5 31,5 24,4 23,7 23,1 22,7 28,4 27,1 27,6 28 2 0,06 0,02 653 1,6 32 25,5 3,1 0,0012

10 17.00 32,5 31,4 25,1 24,9 24,5 24,5 29,9 28,6 29,3 29,6 2 0,03 0,01 276 2,7 30,5 24 1,5 0,0003

11 18.00 30,7 29,1 23 23 22,8 22,9 28,3 27,3 27,8 28,1 2 0 0 0,03 1,3 29 23,5 0,8 0

12 19.00 29,4 29,2 23,5 23,7 23,7 23,8 29,2 28,4 29 29,2 2 0 0 0 0 27,5 23,5 0 0

13 20.00 29 29,6 24,1 24,2 24,4 24,6 30 29,3 29,8 29,9 2 0 0 0 1,2 27 23 -0,4 0

14 21.00 28,2 29,9 24,5 24,7 24,8 25,1 30,6 29,9 30,6 30,6 2 0 0 0 0,8 26,5 23 -0,7 0

15 22.00 28,3 30,3 24,8 25 25,2 25,7 31 30,4 30,9 31,1 2 0 0 0 0 26 23 -0,7 0

16 23.00 28 30,4 25 25,4 25,5 25,9 31,3 30,7 31,2 31,2 2 0 0 0 0 25,5 22,5 -0,9 0

17 00.00 27,4 30,2 25 25,2 25,5 25,9 31,3 30,7 31,3 31,5 2 0 0 0 0 25 22,5 -1,1 0

18 01.00 26,5 30 24,8 25,1 25,4 25,8 31,2 30,7 31,2 31,4 2 0 0 0 0 24,5 22 -1,2 0

19 02.00 26,4 29,9 24,8 25,1 25,2 25,7 31,1 30,5 31,2 31,3 2 0 0 0 0 24 22,5 -1,2 0

20 03.00 26,3 29 24,7 25 25,1 25,6 31,1 30,4 31,1 31,2 2 0 0 0 0 23,5 22,5 -2,1 0

21 04.00 26,1 30,1 24,6 25 25,1 25,5 30 29,8 31,1 31,2 2 0 0 0 0 23 22 0,1 0

22 05.00 26 30,1 24,5 25,1 25,2 25,4 30,2 30 31 31,1 2 0 0 0 0 23 22 -0,1 0

23 06.00 27,3 31,1 25,4 25,1 25,1 25,2 30,5 29 30,4 30,6 2 0,02 0,01 135 0 26 23,5 0,6 0,0002

24 07.00 29,4 33,5 27,1 26,2 25,8 25,5 30,7 29,9 30,6 30,8 2 0,05 0,01 246 0 29 25 2,8 0,0005

25 08.00 33,9 32,2 31,4 28 24,5 22,7 20,9 25,7 24,5 25,1 2 0,2 0,04 622 0 35 28 11,3 0,008

T4 [ôC] T5 [ôC] T6 [ôC] T8 [ôC] T9 [ôC] T10 [ôC] Qw[LPM] V 3 A 3 Iv[w/m²] v[m/s] Kelembaban Udara

No. Pukul T1 [ôC] T2 [ôC] T3 [ôC] T7 [ôC] ΔT 3 P (W) 3

Dry bulb Wet bulb

1 08.00 36,5 40,3 37,4 32,7 29,5 29,7 26,8 26,6 27,5 27,4 1,2 0,24 0,04 924 0 31 23 13,5 0,0096

2 09.00 37 43 39,4 35,6 31,6 31,7 29,3 28,8 30 30 1,2 0,23 0,05 1018 0 37,5 27,5 13,7 0,0115

3 10.00 37,7 38,7 35,5 32,1 29,1 29,1 27,3 26,7 28 28 1,2 0,18 0,03 1050 0,8 37 27,5 11,4 0,0054

4 11.00 37,2 36,8 34,7 32,6 30,8 30,8 29,7 28,9 30,4 30,5 1,2 0,12 0,03 984 0,2 36 26,5 7,1 0,0036

5 12.00 35,8 33,8 32,1 30,9 29,4 29,4 28,3 27,8 29 29 1,2 0,08 0,02 742 1,2 34 26 5,5 0,0016

6 13.00 36,3 35 33,5 32,4 31,4 31,4 30 29,2 30,6 30,8 1,2 0,08 0,02 862 0,7 34,5 26 5 0,0016

7 14.00 37,1 34,3 38,8 31,6 30,2 30,2 29,2 28,6 29,8 30 1,2 0,08 0,02 638 1,4 35 26,5 5,1 0,0016

8 15.00 34,9 32,4 31 30,5 29,2 29,2 28,5 28 29,3 29,3 1,2 0,06 0,02 828 2,2 32,5 25 3,9 0,0012

9 16.00 33,6 31,1 29,8 29,3 28,2 28,2 27,5 27,1 28,2 28,2 1,2 0,06 0,02 653 1,6 32 25,5 3,6 0,0012

10 17.00 32,5 30,9 30,3 30,3 29,7 29,6 29,1 28,6 30 32,2 1,2 0,03 0,01 276 2,7 30,5 24 1,8 0,0003

11 18.00 30,8 28,6 28,3 28,6 28,2 28,2 27,4 27,3 28,4 32,6 1,2 0 0 0,03 1,3 29 23,5 1,2 0

12 19.00 29,5 28,9 28,9 29 29 29 28,3 28,4 29,5 30,4 1,2 0 0 0 0 27,5 23,5 0,6 0

13 20.00 28,9 29,3 29,5 29,6 29,8 29 29,1 29,3 30,3 33,6 1,2 0 0 0 1,2 27 23 0,2 0

14 21.00 28,3 29,7 30 30,1 30,4 30,4 29,6 29,9 31 31,3 1,2 0 0 0 0,8 26,5 23 0,1 0

15 22.00 28,3 29,9 30,3 30,5 30,8 30,8 30,1 30,43 31,4 31,1 1,2 0 0 0 0 26 23 -0,2 0

16 23.00 28 30,1 30,5 30,7 31,1 31,2 30,4 30,7 31,8 31,4 1,2 0 0 0 0 25,5 22,5 -0,3 0

17 00.00 27,4 29,9 30,5 30,7 31,1 31,2 30,4 30,7 31,8 31,7 1,2 0 0 0 0 25 22,5 -0,5 0

18 01.00 26,5 29,8 30,3 30,5 30,9 31 30,3 30,7 31,7 32,1 1,2 0 0 0 0 24,5 22 -0,5 0

19 02.00 26,4 29,7 30,2 30,4 30,8 31 30,1 30,5 31,6 32 1,2 0 0 0 0 24 22,5 -0,4 0

20 03.00 26,3 29,6 30,2 30,3 30,7 30,9 30 30,4 31,5 32 1,2 0 0 0 0 23,5 22,5 -0,4 0

21 04.00 26,2 29,6 30,1 30,3 30,7 30,8 29,9 29,8 31,1 31,9 1,2 0 0 0 0 23 22 -0,3 0

22 05.00 26 29,5 30 30,2 30,6 30,7 29,8 30 31 31,9 1,2 0 0 0 0 23 22 -0,3 0

23 06.00 27,7 30,8 30,8 30,3 30,6 30,6 29,6 29 30,9 31.4 1,2 0,02 0,01 135 0 26 23,5 1,2 0,0002

24 07.00 29,9 33,1 32,7 31,4 31 31,1 29,8 29,9 31,1 31,6 1,2 0,05 0,01 246 0 29 25 3,3 0,0005

25 08.00 35,5 36,2 33,7 30,1 27,3 27,4 24,9 24,5 25,3 25,8 1,2 0,2 0,04 622 0 35 28 11,3 0,008

V 4 A 4

T7 [ôC] T8 [ôC] T9 [ôC] T10 [ôC] Qw[LPM] v[m/s]

T5 [^oC] T6 [^oC] Kelembaban Udara

No. Pukul T1 [ôC] T2 [ôC] T3 [ôC] T4 [ôC] Iv[w/m²] ΔT 4 P (W) 4

11

(21)

4.2 Pembahasan

Seperti telah diulas di muka bahwa termoelektrik dapat menghasilkan tegangan dan arus listrik karena ada perbedaan temperatur antara sisi panas dan sisi dingin.

Sisi panas termolektrik mendapat panas dari penyerap panas aluminium yang menerima panas hasil pancaran matahari, sedangkan sisi dingin diperoleh dari heatsink yang dialiri pendingin air. Pancaran sinar matahari diharapkan

memberikan panas setinggi mungkin, stabil dan kontinu agar diperoleh perbedaan temperatur yang besar. Namun, banyak faktor yang menyebabkan ketidakstabilan dan ketidakkontinuitas diantaranya kecepatan angin, kelembaban udara, awan, dan lain-lain. Oleh karena itu menjadi alasan faktor diluar kendali tersebut diukur dan disajikan datanya

Hubungan antara variabel bebas dan variabel terikat diuraikan berikut ini.

1. Pengaruh waktu terhadap termperatur, tegangan, dan arus.

Hasil pengukuran selama 24 jam yang mengkorelasikan waktu pengukuran terhadap faktor temperatur, tegangan, dan arus sehingga dihasilkannnya listrik oleh termoelektrik.

a. Rasio penyerap panas dengan termoelektrik = 2:1

Gambar 4.3 Grafik waktu terhadap temperatur, tegangan dan arus untuk rasio 2:1

Dari grafik di atas tampak bahwa tegangan dan arus mengalami penurunan seiring dengan penurunan perbedaan temperatur aluminium dan heatsink. Penurunan tersebut semakin jelas ketika malam hari setelah tidak ada panas dimana perbedaan temperatur menjadi nol. Kenaikan temperatur dimulai kembali pada pagi hari ketika sudah ada panas.

0 0,05 0,1 0,15 0,2

-10 10 30 50

08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 00.00 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00 08.00

Waktu terhadap Temperatur, Tegangan & Arus Skala 2:1

T. Lingkungan T. Alumunium T. Heatsink T. Air Bak

ΔT 2 V 2 A 2

12

(22)

b. Rasio penyerap panas dengan termoelektrik = 3:1

Gambar 4.4 Grafik waktu terhadap temperatur, tegangan dan arus untuk rasio 3:1

Dari grafik dengan rasio 3:1 di atas tampak bahwa tegangan dan arus mengalami penurunan seiring dengan penurunan perbedaan temperatur aluminium dan heatsink. Penurunan tersebut semakin jelas ketika malam hari setelah tidak ada panas dimana perbedaan temperatur menjadi nol. Namun, kenaikan temperatur dimulai kembali pada pagi hari terjadi lebih awal ketika sudah ada panas. Hal ini disebabkan perpindahan panas yang terjadi dari penyerap panas ke termoelektrik semakin besar bila dibandingkan dengan rasio 1:2.

c. Rasio penyerap panas dengan termoelektrik = 4:1

Gambar 4.5 Grafik waktu terhadap temperatur, tegangan dan arus untuk rasio 4:1 0 0,1 0,2 0,3

-20 0 20 40 60

08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 00.00 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00 08.00

Waktu terhadap Temperatur, Tegangan & Arus Skala 3:1

ΔT 3 V 3 A 3

0 0,1 0,2 0,3

-10 0 10 20 30 40 50

08.00 09.00 10.00 11.00 12.00 13.00 14.00 15.00 16.00 17.00 18.00 19.00 20.00 21.00 22.00 23.00 00.00 01.00 02.00 03.00 04.00 05.00 06.00 07.00 08.00

Waktu terhadap Temperatur, Tegangan & Arus Skala 4:1

ΔT 4 V 4 A 4

13

(23)

Pada grafik dengan rasio 4:1 di atas tampak bahwa tegangan dan arus mengalami penurunan seiring dengan penurunan perbedaan temperatur aluminium dan heatsink. Penurunan tersebut semakin jelas ketika malam hari setelah tidak ada panas dimana perbedaan temperatur menjadi nol. Pada rasio ini tidak ada perubahan yang signifikan. Hal ini disebabkan besarnya luasan sisa penyerap panas yang dibandingkan dengan luasan termoelektrik menghasilkan perpindahan panas yang terjadi dari penyerap panas ke termoelektrik sudah tidak efektif, sehingga panas terbuang.

2. Pengaruh intensitas cahaya matahari terhadap daya.

Intensitas radiasi cahaya matahari memberikan panas kepada penyerap panas sehingga penyerap panas memiliki besar temperatur tertentu yang melekat pada sisi panas termolektrik. Sementara sisi dingin termoelektrik mendapat temperatur dari heatsink yang dialirkan pendingin air. Dari ketiga rasio luas penyerap panas terhadap luas termoelektrik, yaitu rasio 2:1, 3:1, dan 4:1 tidak memberikan hasil yang signifikan dalam menghasilkan daya seperti yang diperlihatkan pada gambar di bawah ini.

Gambar 4.6 Grafik Radiasi terhadap daya

Daya keluaran yang dihasilkan sangat tergantung pada perbedaan temperatur antara sisi panas dan sisi dingin termoelektrik, dimana panas yang diserap penyerap panas masih disimpan walaupun radiasi sudah melemah. Perbedaan rasio yang semakin besar antara luasan penyerap panas dengan termoelektrik yang diharapkan ada kontribusi perpindahan panas lebih besar dari penyerap panas ke

0 0,002 0,004 0,006 0,008 0,01 0,012 0,014

924 1018 1050 984 742 862 638 828 653 276 0,03 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 135 246 622

Daya vs Radiasi

P (W) 2 P (W) 3 P (W) 4

14

(24)

termolektrik terjadi pada rasio 3:1, sedangkan pada rasio 4:1 tidak memberikan hasil panas yang lebih besar. Kelebihan panas terbuang kembali ke lingkungan.

15

(25)

BAB 5. KESIMPULAN DAN SARAN

Dari ketiga rasio luas penyerap panas terhadap luas termoelektrik, maka yang menghasilkan daya keluaran terbesar adalah rasio 3:1 yaitu sebesar 0,012 watt. Hal ini disebabkan kontribusi perpindahan panas dari penyerap panas pada keadaan optimum.

Daya keluaran dari sistem termoelektrik masih dapat ditingkatkan dengan mengatur besarnya perbedaan temperatur antara sisi panas dengan sisi dingin termoelektrik.

Perbedaan temperatur ini dapat diatur dengan konsumsi panas yang besar dan stabil pada sisi panas termolektrik dan menjaga temperatur sisi dingin yang tetap.

16

(26)

(27)

DAFTAR PUSTAKA

Azarbayjani, Mona & Jim Anderson. (2008). Assessment of Solar Energy Conversion Technology-Application of Thermoelectric Device in Retrofit an Office Building. Proceedings of the Sixteenth Symposium on Improving Building Systems in Hot and Humid Climates, Plano, TX, December 15-17.

Singh, Mratyunjay, Sanjay Nirapure & Ashutosh Mishra. (2015).

Thermoelectric Generator:A Review. IOSR Journal of Mechanical and Civil Engineering (IOSR-JMCE). e-ISSN: 2278-1684,p-ISSN: 2320-334X, Volume 12, Issue 3 Ver. III (May. - Jun. 2015), PP 40-45.

www.iosrjournals.org.

Sahin, Ahmet Z & Bekir S. Yilbas. (2016). Performance Analysis of Thermoelectric Power Generator Under Volumetric Constraint. Transactions of the Canadian Society for Mechanical Engineering, Vol. 40, No. 1,

Amazon.com. (n.d.). Thermoelectric Cooler Peltier. Retrieved December 26, 2018, from https://www.amazon.com/YKS-TEC1-12706-Thermoelectric- Cooler-Peltier/dp/B007H2IXV2

Chen. (2009). US 20090260667A1. United state. Retrieved from

https://patentimages.storage.googleapis.com/ae/00/7d/dc3e96db15798f/US20 090260667A1.pdf

Date, A., Date, A., Dixon, C., & Akbarzadeh, A. (2014). Theoretical and

experimental study on heat pipe cooled thermoelectric generators with water heating using concentrated solar thermal energy. Solar Energy, 105, 656–

668. https://doi.org/10.1016/j.solener.2014.04.016

He, W., Su, Y., Riffat, S. B., Hou, J. X., & Ji, J. (2011). Parametrical analysis of the design and performance of a solar heat pipe thermoelectric generator unit.

Applied Energy, 88(12), 5083–5089.

https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2011.07.017

He, W., Su, Y., Wang, Y. Q., Riffat, S. B., & Ji, J. (2012). A study on

incorporation of thermoelectric modules with evacuated-tube heat-pipe solar collectors. Renewable Energy, 37, 142–149.

https://doi.org/10.1016/j.renene.2011.06.002

Kwan, T. H., & Wu, X. (2016). Power and mass optimization of the hybrid solar panel and thermoelectric generators. Applied Energy, 165, 297–307.

Lloyd F. Wright, & Wright, C. C. (1996). US005584183A. United States Patent.

Putra, A. E., Rifky, & Fikri, A. (2018). Pemanfaatan Panas Buang Atap Seng dengan menggunakan Generator Termoeletrik sebagai Sumber Energi Listrik Terbarukan. In Teknoka 3.

18

(28)

Ahıska, Raşit & Hayati Mamur.(2014). A review: Thermoelectric Generators in Renewable Energy. International Journal of Renewable Energy

Research.Vol.4, No.1.

Bell, Lon E. (2008). Cooling, Heating, Generating Power, and Recovering Waste Heat with Thermoelectric Systems. Science. Vol 321 12 September 2008.

Retrieved from www.sciencemag.org

Jarman, Jarman T., Essam E. Khalil & Elsayed Khalaf. (2013). Energy Analyses of Thermoelectric Renewable Energy Sources. Open Journal of Energy Efficiency, 2, 143-153. Published Online December

2013.(http://www.scirp.org/journal/ojee).http://dx.doi.org/10.4236/ojee.2013.2 4019

Rowe, D. M. (1999). Thermoelectrics, an environmentally-friendly source of electrical power. Renewable Energy, 16(1–4), 1251–1256.

https://doi.org/10.1016/S0960-1481(98)00512-6

Sajid, M., Hassan, I., & Rahman, A. (2017). An overview of cooling of thermoelectric devices. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 78(May), 15–22. https://doi.org/10.1016/j.rser.2017.04.098

Xi, H., Luo, L., & Fraisse, G. (2007). Development and applications of solar- based thermoelectric technologies. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 11, 923–936. https://doi.org/10.1016/j.rser.2005.06.008

Zhang, M., Miao, L., Pu Kang, Y., Tanemura, S., Fisher, C. A., Xu, G., Zhu Fan, G. (2013). Efficient, low-cost solar thermoelectric cogenerators comprising evacuated tubular solar collectors and thermoelectric modules.

Zhou, Y., & Yu, J. (2012). Design optimization of thermoelectric cooling systems for applications in electronic devices.

https://doi.org/10.1016/j.ijrefrig.2011.12.003

19

(29)