“MINI PORTABLE HOT AND COOL STORAGE”
KOTAK PEMANASDAN PENDINGIN PORTABEL BERBASIS
EFEK PELTIER
Sub Judul:
PENGGUNAAN ELEMENT TERMOELEKTRIK SEBAGAI
PENGKONDISI RUANG PADA ALAT
Tugas Akhir
Dibuat untuk Melengkapi Syarat-Syarat yang Diperlukan
untuk Memperoleh gelar Diploma III Politeknik
Oleh
Ika Kusumah
NIM. 1311010016
Program Studi Teknik Elektronika Industri
Jurusan Teknik Elektro
POLITEKNIK NEGERI JAKARTA
DEPOK
2014
LEMBAR PERSETUJUAN
Tugas akhir dengan judul : “Mini Portable Hot and Cool Storage” Kotak
Pendingin dan Pemanas Portable Berbasis Peltier pada Program Pendidikan
Diploma III Politeknik, Jurusan Teknik Elektro, Program Studi Elektronika Industri,
Politeknik Negeri Jakarta, disetujui untuk diajukan dalam sidang Tugas Akhir pada
bulan Juli 2014.
Depok, Juli 2013
Pembimbing
Drs. Syafrizal Syarief, ST.,MT
NIP. 195905081986031002
ii
LEMBAR PENGESAHAN
TUGAS AKHIR“MINI PORTABLE HOT AND COOL STORAGE”
KOTAK PENDINGIN DAN PEMANAS PORTABLE BERBASIS PELTIER
Tugas Akhir diajukan oleh :Nama : Ika Kusumah
NIM : 131101016
Program Studi : Teknik Elektronika Industri
Judul Tugas Akhir : “Mini Portable Hot and Cool Storage”Kotak Pendingin dan Pemanas Portable Berbasis Peltier
Telah diuji oleh tim penguji dalam Sidang Tugas Akhir pada (Hari…………. Tanggal……………………………….) dan dinyatakan LULUS.
Pembimbing I : Drs. SyafrizalSyarief, S.T.NIP. 195905081986031002
( )
Depok, …………………………
Disahkan olehKetua Jurusan Teknik Elektro
Iwa Sudradjat, ST., MTNIP. 196106071986011002
iii
KATA PENGANTAR
Puji syukur Saya panjatkan kepada Tuhan Yang Maha Esa, karena atas berkat dan
rahmat-Nya, penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir yang berjudul “Mini
Portable Hot And Cool Storage” Kotak Pemanas dan Pendingin portabel
Berbasis Efek Peltier”, dengan Sub Judul “Penggunaan Elemen Termoelektrik
Sebagai Pengkondisi Suhu Ruang Pada Alat”dapat diselesaikan dengan baik.
Penulis menyadari bahwa, tanpa bantuan dan bimbingan dari berbagai pihak,
sangatlah sulit bagi penulis untuk menyelesaikan Tugas Akhir in. oleh karena itu,
penulis mengucapkan terima kasih kepada:
1. Iwa Sudradjat, ST,,MT, selaku Ketua Jurusan Teknik Elektro.
2. Drs. Syafrizal Syarief, ST.,MT selaku dosen pembimbing yang telah
menyediakan waktu, tenaga, dan pikiran untuk mengarahkan penulis dalam
penyusunan Tugas Akhir ini.
3. Kedua orang tua penulis yang telah mendukung, memberikan motivasi dan
doanya.
4. Rekan satu tim Melvin Nurrohman dan Rahardito Dio Prastowo, yang sudah
mengerti dan bekerja sama dalam menyelesaikan tugas akhir ini dan juga
rekan-rekan Teknik Elektronika Industri angkatan 2011 yang telah
memberikan motivasi
Akhir kata, penulis berharap Tuhan Yang Maha Esa berkenan membalas segala
kebaikan semua pihak yang telah membantu. Semoga Tugas Akhir ini membawa
manfaat bagi penulis dan pembaca pada umumnya.
Depok,
Penulis
iv
ABSTRAK
Salah satu pemanfaatan teknologi sebagai penunjang kebutuhan dan aktivitas manusia dalam kehidupan sehari-hari adalah pemanfaatan teknologi pada alat pemanas dan pendingin makanan dan minuman yang menggunakan bantuan senyawa CFC (Chlor Fuoro Carbon) untuk pendinginnya. Namun penggunaan Freon atau CFC ini berdampak buruk terhadap bumi yaitu merusak lapisan ozon diangkasa yang berfungsi untuk melindungi bumi dari radiasi sinar ultraviolet yang dapat menyebabkan kanker. Dengan adanya masalah tersebut penulis membuat lemari pemanas dan pendingin menggunakan bahan yang ramah lingkungan khususnya untuk mengurangi rusaknya lapisan ozon yang disebabkan oleh CFC. “Mini Portabel Hot and Cool Storage” kotak pemanas dan pendingin portable berbasis efek peltier adalah sebuah alat pemanas-pendingin portable yang memanfaatkan efek termoelektrik melalui elemen peltier dengan beberapa komponen penunjang seperti heatsink dan kipas dalam merekayasa sistem pendingin. Suhu dingin dan suhu panas dapat meningkat ketika salah satu keeping direkatkan ke heatsink dan diberi angin dari kipas 12VDC. Lemari pendingin dan pemanas ini dilengkapi dengan sistem pengontrolan suhu otomatis. Proses pengontrolan suhu otomatis menggunakan mikrokontroler ATMega16, LM35 dan Relay. Sensor LM35 digunakan untuk mengukur suhu ruang alat dan Relay sebagai pemutus sistem saat suhu yang diinginkan tercapai.
KataKunci:Termoelektrik, Peltier, Heatsink, MikrokontrolerATMega16, Relay,KipasDC,LM35
v
DAFTAR ISI
HALAMAN SAMPUL..................................................................................... i
LEMBAR PERSETUJUAN.............................................................................. ii
LEMBAR PENGESAHAN............................................................................... iii
KATA PENGANTAR....................................................................................... vi
ABSTRAK......................................................................................................... v
DAFTAR ISI...................................................................................................... vii
DAFTAR TABEL.............................................................................................. viii
DAFTAR GAMBAR......................................................................................... ix
BAB I PENDAHULUAN.................................................................................. 1
1.1 Latar Belakang............................................................................................. 1
1.2 Perumusan Masalah..................................................................................... 2
1.3 Batasan Masalah.......................................................................................... 3
1.4 Tujuan.......................................................................................................... 3
1.5 Metode Penyelesaian Masalah..................................................................... 3
1.5.1 Metode Kepustakaan.......................................................................... 3
1.5.2 Metode Penelitian dan Percobaan....................................................... 3
BAB II TINJAUAN PUSTAKA..................................................................... 5
2.1 Konsep Dasar............................................................................................... 5
2.2 Termoelektrik............................................................................................... 5
2.3 Efek Seebeck................................................................................................ 5
2.4 Efek Peltier.................................................................................................. 6
vi
2.5 Elemen Peltier.............................................................................................. 6
2.5.1 Prinsip Kerja Elemen Peltier............................................................... 9
2.6 Bodi ............................................................................................................. 11
2.7 Kipas DC...................................................................................................... 11
2.8 Heat sink...................................................................................................... 12
BAB III PERENCANAAN DAN REALISASI................................................... 13
3.1 Perancangan Alat......................................................................................... 13
3.1.1 Deskripsi sistem........................................................................... 13
3.1.2 Cara Kerja Alat............................................................................ 13
3.1.3 Diagram Blok.............................................................................. 14
3.1.4 Spesifikasi Alat............................................................................ 15
3.2 Realisasi Alat............................................................................................... 16
3.2.1 Peltier.......................................................................................... 17
3.2.2 Cara Kerja Heat sink................................................................... 18
3.2.3 Spesifikasi Kipas DC................................................................... 18
BAB IV PEMBAHASAN................................................................................ 19
4.1 Pengujian.....................................................................................................
4.1.1 Deskripsi pengujian.....................................................................
4.1.2 Prosedur pengujian......................................................................
4.1.3 Data hasil pengujian....................................................................
4.2 Analisis Data................................................................................................
BAB V PENUTUP............................................................................................
5.1 Kesimpulan..................................................................................................
5.2 Saran............................................................................................................
Daftar Pustaka.................................................................................................
Daftar Lampiran..............................................................................................
vii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Daftar Peralatan Pengujian................................................................ 27
Tabel 4.2 Spesifikasi Instrumen Pengujian........................................................ 28
viii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Prinsip Kerja Elemen Peltier.......................................................... 7
Gambar 2.2 Sistem Pendingin Termoelektrik ................................................... 9
Gambar 2.3 Heatsink.......................................................................................... 11
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem..................................................................... 21
Gambar 3.2 Elemen Peltier ............................................................................... 24
Gambar 3.3 Kipas DC........................................................................................ 25
Gambar 4.1 Blok Diagram Pengujian Sub Sistem............................................. 28
ix
2
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Saat ini masih banyak ditemukan lemari pendingin yang menggunakan
senyawa CFC (Chlor Fuoro Carbon) sebagai bahan pendingin lemari tersebut.
Penggunan senyawa CFC ini berdampak buruk terhadap bumi khususnya lapisan
ozon di angkasa. Apabila senyawa CFC ini bocor atau lepas ke udara maka CFC
bereaksi dengan ozon. Akibat dari reaksi ini jumlah ozon menjadi berkurang.
Sehingga radiasi sinar ultraviolet yang berbahaya dapat masuk kepermukaan bumi
dengan mudah tanpa terfilter oleh lapisan ozon. Menipisnya lapisan ozon dalam
atmosfer bagian atas diperkirakan menjadi penyebab meningkatnya penyakit
kanker kulit dan katarak pada manusia, merusak tanaman pangan tertentu,
memengaruhi plankton yang akan berakibat pada rantai makanan di laut, dan
meningkatnya karbondioksida.
Salah satu solusi dari dampak buruk penggunaan CFC untuk mendinginkan
lemari pendingin adalah penggunaan komponen termoelektrik. Termoelektrik ini
memiliki dua sisi yang berbeda temperatur nya. Ketika disuplly tegangan DC
12volt-15volt salah satu sisi akan menjadi panas sementara sisi lainnya akan
dingin. Sehingga dengan penggunaan komponen termoeletrik ini tidak hanya suhu
dingin yang dapat dihasilkan namun suhu panas yang bisa difungsikan untuk
menghangatkan makanan dan minuman. Alat yang dirancang ini dimaksusdkan
untuk mengurangi penggunaan CFC pada lemari pendingin, penghematan energi
listrik dan penghematan tempat serta kemampuan dalam pengaturan suhu dengan
pemanfaatan mikrokontroler Atmega16,sensor LM35 dan relay.
1.2 Rumusan Masalah
Berdasarkan latar belakang yang telah dipaparkan sebelumnya, maka
permasalahan yang timbul dalam pembuatan tugas akhir ini adalah:
3
1. Bagaimana membuat alat pendingin dan pemanas portable yang ramah
lingkungan?
2. Bagaimana memanfaatkan sensor termoelektrik sebagai pemanas dan
pendingin suatu bahan?
3. Bagaimana memprogram mikrokontroler sebagai pengkondisi relay pada
rangkaian termoelektrik?
4. Bagaimana mengaplikasikan sensor LM35 sebagai pembaca suhu dan
ditampilkan di LCD?
1.3 Batasan Masalah
Berdasarkan perumusan masalah yang ada, maka batasan masalah yang akan
dijadikan laporan tugas akhir ini adalah tentang bagaimana memanfaatkan efek
peltier yang dikeluarkan oleh elemen termoelektrik sebagai pengkondisi suhu
ruang panas dan dingin.
1.4 Tujuan
Merancang alat pendingin dan pemanas makanan dan minuman portable dengan
memanfaatkan elemen termoelektrik, yang dapat digunakan dalam kehidupan
sehari-hari yang ramah lingkungan sebagai dukungan terhadap isu pemanasan
global dengan mengupayakan hemat energi dan efisiensi lebih baik dibanding
dengan saat menggunakan kompor dan kulkas dengan tujuan yang sama.
1.5 Metode Penyelesaian Masalah
Metode yang digunakan dalam hal penyelesaian masalah antara lain, studi
literatur dan juga meliputi metode kepustakaan dan metode percobaan.
1.5.1 Metode Kepustakaan
Metode ini dilakukan untuk memperoleh dasar teori sebagai penunjang
dalam proses perancangan serta penulisan tugas akhir. Penulis mempelajari
buku atau literatur, dokumen,catatan, katalo, jurnal dan melakukan pencarian
data yang berhubungan dengan bahasan yang akan disusun.
4
1.5.2 Metode Penelitian dan Percobaan
Metode ini dilakukan dengan melakukan beberapa pengujian, yaitu
pengujian sistem,pengujian hardware dan pengujian software. Pengujian
sistem dilakukan guna memastikan sistem berjalan dengan benar atau perlu
peningkatan kinerja. Pengujian hardware dan pengujian software dilakukan
dengan menguji beberapa rangkaian yang sudah dirancang. Setelah
pengujian dilakukan akan diperoleh data-data aktual yang akan
dibandingkan dengan landasan teori, sehingga dapat membuktikan
kebeneran teori tersebut.
5
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Konsep Dasar
Saat ini, alat pendingin yang kerap digunakan adalah kulkas.Sedangkan, alat
pemanas yang populer digunakan saat ini adalah kompor.Kompor hampir terdapat di
setiap rumah di Indonesia. Kompor yang sering terdapat di Indonesia, yaitu: kompor
gas LPG dan kompor minyak tanah.Kotak pemanas dan pendingin portable berbasis
efek peltier adalah alat yang dibuat untuk memudahkan manusia untuk menyimpan
berbagai macam benda alat ini dapat menggantikan fungsi kulkas dan juga fungsi dari
kompor sebagai alat pemanas dan pendingin makanan.
2.2 Efek Termoelektrik
Termoelektrik merupakan alat yang dapat mengubah energi elektrik menjadi
energi termal.Fenomena termoelektrik didasarkan kepada efek Seebeck yang
ditemukan oleh Thomas J. Seebeck pada tahun 1822. Efek peltier ditemukan oleh
J.C.A. [1] Peltier pada tahun 1844 dan efek Thomson yang ditemukan oleh William
Thomson atau Lord Kelvin pada tahun 1854. Joumot (1960) menyatakan, bahwa
yang dimaksud dengan efek termoelektrik adalah segal fenomena yang melibatkan
suatau pertukaran panas dan gaya gerak listrik (GGL).
2.3. Efek Seebeck
Penemuan pertama kali terkait dengan termoelektrik terjadi pada tahun 1821,
seorang fisikawan Jerman yang bernama Thomas Johan Seebeck melakukan
eskperimen dengan menggunakan dua material logam yang berbeda yaitu tembaga
dan besi. Kedua logam itu dirangkai menjadi sebuah sambungan dimana salah satu
sisi logam dipanaskan dan sedangkan satu sisi logam yang lainnya tetap dijaga pada
suhu konstan sehingga arus akan mengalir pada rangkaian tersebut. Arus listrik yang
6
mengalir akan mengindikasikan adanya beda potensial antara ujung-ujung kedua
sambungan. Jarum kompas yang sebelumnya telah diletakan diantara dua plat
tersebut ternyata mengalami penyimpangan atau bergerak hal ini disebabkan adanya
medan magnet yang dihasilkan dari proses induksi elektromagnetik yaitu medan
magnet yang timbul karena adanya listrik pada logam.[2]
2.4 Efek Peltier
Pada tahun 1834 seorang fisikawan bernama Jean Charles Athanase Peltier,
menyelidiki kembali eksperimen dari efek Seebeck. Peltier menemukan kebalikan
dari fenomena Seebeck yaitu ketika arus listrik mengalir pada suatu rangkaian dari
material logam yang berbeda terjadi penyerapan panas pada sambungan kedua logam
tersebut dan pelepasan panas pada sambungan yang lainnya. Pelepasan dan
penyerapan bersesuaian dengan arah arus listrik pada logam. Hal ini dikenal dengan
efek Peltier.
2.5 Elemen Peltier
Pada abad ke 19 tahun 1834 Jeans Charles Athanase Peltier meneukan efek
pendingin. Dimana ketika arus listrik mengalir pada dua bahan konduktor yang
berbeda yang menyebabkan adanya penyerapan dan pelepasan panas. Namun peltier
gagal karena penjelasan fenomena fisika lemah hal ini tidak mematuhi hokum Ohm.
Tahun 1909 dan 1911 ilmuwan lainnya yaitu Altenkirch menunjuk bahwa bahan
termoelektrik pendingin membutuhkan koefisien Seebeck Tinggi [3]
Konsep dasar dari sel peltier yaitu efek Seebeck dan efek Peltier, dimana
elemen peltier ini merupakan bahan semikonduktor yang bertipe-p dan tipe-n.
semikondutor merupakan bahan setengah penghantar listrik yang disebsbkan
perbedaan daya ikat diantara atom-atom, ion-ion, atau molekul-molekul.
Seperti terlihat pada gambar 2.1 penyerapan kalor dari lingkungan terjadi pada
sisi dingin yang kemudian akan dibuang pada sisi panas dari modul peltier. Sehingga
7
nilai kalor yang dilepaskan pada sisi panas sama dengan nilai kalor yang diserap
ditambah dengan gaya yang diberikan ke modul. Semikonduktor terbagi menjadi dua
yaitu semikonduktor Instrinsik (murni) dan semikonduktor Ekstrinsik (tidak murni).
Gambar 2.1 Prinsip Kerja Elemen Peltier
[sumber http://zulfikaraliakbar.files.wordpress.com/2013/06/1.png]
Semikonduktor ekstrinsik merupakan semikonduktor tidak murni dimana
terjadi penambahan electron proses penambahan disebut doping untuk mendapatkan
elektron valensi bebas dalam jumlah lebih banyak dan permanen, yang diharapkan
agar dapat menghantarkan listrik. Doping dibagi menjadi dua tipe yaitu tipe-N dan
tipe-P, dimana semikonduktor tipe-N yang dihasilkan muatan negatife dan
merupakan donor untuk melepaskan elektron sedangkan semikonduktor tipe-P
menghasilkan muatan positif.[4]
Dalam penjelasan semikonduktor maka dapat disimpulkan bahwa di dalam
peltier (thermoelectric cooler peltier) terdapat bahan semikonduktor dengan tinpe-N
dan tipe-P yang apabila kedua tipe tersebut diberi arus listrik akan menimbulkan beda
potensial.
8
2.5.1 Prinsip Kerja Elemen Peltier
Sampai saat ini sistem pendingin dan pemanas termoelektrik masih
sering dibandingkan dengan sistem konvensional lainnya. Seperti pada sistem
pendingin konvensional yang menggunakan prinsip kompresi uap. Pada
sistem pedningin konvensional terdapat empat bagian fundamental yaitu
evaporator, kompresor, kondensor, dan katup expansi. Evaporator merupakan
komponen tempat terjadinya penguapan refrigeran. Refrigeran menguapa
karena menyerap kalor dari ruangan yang didinginkan. Refrigeran tentunya
memiliki temperatur yang lebih rendah dapat menyerap kalor dari lingkungan.
Oleh sebab itulah dibutuhkan bahan refrigerant yang mudah menguap pada
temperatur rendah dan dibantu dengan penggunaan katup ekspansi untuk
menurunkan tekanan. Pada tekanan rendah refrigeran akan lebih mudah
menyerap kalor. Kompresor merupakan komponen tempat dikompresinya
refrigeran yang telah menyerap kalor dari lingkungan dan berbentuk uap.
Dengan proses kompresi, refrigerant diperlambat gerakan molekulnya,
sehingga seakan-akan energi kalor dipaksa terlepas dari refrigeran. Kondensor
merupakan komponen dimana refrigeran yang terkompresi melepaskan kalor
ke lingkungan luar sehingga mengalami pengembunan dan berubah fase
menjadi cair kembali.[5]
Pendingin udara konvensional memiliki performa pendinginan yang
besar dan menggunakan energi listrik yang besar. Sedangkan pada sistem
termoelektrik penyerapan dan pelepasan kalor terjadi akibat perpindahan
elektron. Peripindahan elektron menyebabkan penyerapan energi dari
lingkungan dan pelepasan energi ke lingkungan. Perpindahan elektron ini
digerakan oleh beda potensial dari arus DC yang diberikan.
Sistem pendingin peltier pada gambar 2.3 tersusun dari pasangan-
pasangan balok kecil berbahan Bismuth Telluride yang dikotori (doted)
9
berupa semikonduktor tipe N dan tipe P. Semikonduktor tipe-N telah dikotori
oleh bahan-bahan yang memberikan elektron tambahan, sehingga terjadi
kelebihan jumlah elektron yang menyebabkan mudah melepas elektron.
Sebaliknya pada semikonduktor tipe-P dikotori bahan-bahan yang
mengurangi jumlah elektron, sehingga terdapat lubang-lubang yang
menyebabkannya mudah menerima elekton dari Tipe-N.
Pemberian arus listrik DC menyebabkan elektron dari semikonduktor
tipe-N mengallir menuju semikonduktor tipe P. semikonduktor tipe N yang
kelebihan elektron menjadi kelebihan energi kemudian membuang energi
tersebut ke lingkungan. Sedangkan semikonduktor tipe P yang dihubungkan
dengan kutub positif kekurangan elektron dan kekurangan energi sehingga
menyerap energi dari luar.
Gambar 2.2 Sistem Pendingin Peltier
[http://nurbuwana.files.wordpress.com/2008/11/peltier.jpg]
Apabila disisi panas suhu dibuat serendah mungkin, maka suhu dingin
akan bisa sangat dingin bahkan berbuih es. Untuk membuat suhu rendah pada
sisi panas diperlukan pemasangan heatsink dan ditambah dengan kipas. Jika
10
penggunaan heat sink lebih besar dan arus lebih optimal, maka hasilnya akan
sangat maksimal hingga terlihat bunga es pada bagian sisi pendingin.
2.6 Bodi
Fungsi utama bodi untuk alat ini adalah sebagai media penghantar panas dari
peltier ke lingkungan. Selain itu fungsi lainnya mampu menahan panas, mampu
menghantarkan panas dengan cepat (konduktifitas termal yang baik), memiliki
kekuatan tinggi.
2.7 Kipas DC
Dalam kipas angin terdapat suatu motor listrik. Motor listrik mengubah listrik
menjadi energi gerak. Dalam motor listrik terdapat suatu kumparan besi pada bagian
yang bergerak berserta sepasang pipih yang berbentuk magnet U pada
Dalam kipas angin terdapat suatu motor listrik. Motor listrik mengubah
listrik listrik menjadi energi gerak. Dalam motor listrik terdapat suatu kumparan besi
pada bagian yang bergerak beserta sepasang pipih yang berbentuk magnet U pada
bagian yang diam (permanen). Ketika listrik mengalir pada lilitan kawat dalam
kumparan besi hal ini membuat kumparan besi menjadi sebuah magnet, karena sifat
magnet yang saling tolak menolak pada kedua kutubnya maka gaya tolak-menolak
magnet antara kumparan besi dan sepasang membuat gaya berputar secara periodik
pada kumparan besi tersebut. Oleh karena itu baling-baling kipas angin dikaitkan ke
poros kumparan tersebut. Penambahan tegangan listrik pada kumparan besi dan
menjadi gaya kemagnetan ditunjukan untuk memperbesar hembusan angin pada kipas
angin. Kipas DC ini memakan tegangan sebesar 12Volt. Ukuran kipas angin DC
bermacam-macam dari yang berukuran 5cm – 12cm.[6]
2.8 Heat sink
11
Heatsink adalah logam dengan design khusus yang terbuat dari alumunium
atau tembaga ( bisa merupakan kombinasi kedua material tersebut) seperti gambar .
Heatsink umumnya digunakan untuk meningkatkan transfer panas dengan cara
memperluas permukaan konveksi. Semakin besar luas permukaan semakin besar
perpindahan panas konveksi karena bidang sentuh semakin besar. Akan tetapi
besarnya perpindahan panas konveksi juga dipengaruhi oleh besarnya koefisien
konveksi. Pada penggunaan heatsink nilah h terbesar terdapat pada ujung sirip dan
nilai terkecil terdapat pada dasar sirip, karena pada dasar sirip ruang aliran dikelilingi
oleh permukaan solid sehingga membatasi gerakan fluida. Oleh karena itu, perlu
dipertimbangkan jumlah sirip yang digunakan agar tidak menurunkan nilah h.[7]
Gambar 2.3 Heatsink
[ sumber http://www.ixbt.com/cpu/cpu-coolers-inquestion/extrusion-fin.jpg]
Selain itu panjang sirip juga berpengaruh pada koefisien perpindahan kalor
menyeluruh. Semakin panjang sirip maka semakin besar luas permukaan
konveksinya. Akan tetapi sirip yang terlalu panjang akan memperbesar hambatan
konduksi sehingga panas tidak bisa berpindah dengan baik sampai ke ujung sirip.
Hearsink berfungsi sebagai pelepas panas dari sistem termoelektrik. Heat sink sangat
12
jmempengaruhi kinerja dari sistem termoelektrik. Semakin baik heatsink melepaskan
kalor maka semakin baik kinerja dari sistem termoelektrik tersebut.
20
BAB III
PERANCANGAN DAN REALISASI
3.1 Perancangan Alat
Perancangan sistem alat pemanas dan pendingin ini meliputi perancangan
perangkat keras (hardware) dan perangkat lunak (software). Sistem pemanas dan
pendingin dilakukan dengan mengkondisikan suhu ruang yang dilakukan dengan
menggunakan elemen termoelektrik, sedangkan untuk pemonitor dan pengaturan nilai
suhu digunakan sensor LM35 dan relay sebagai saklar.
3.1.1 Deskripsi Alat
Nama Alat : “Mini Portable Hot and Cool Storage” Kotak Pendingin dan
Pemanas Portable Berbasis Peltier
Fungsi Sistem : Alat pemanas dan pendingin bahan makanan atau minuman.
Nama Subsistem : Penggunaan Termoelektrik sebagai Pengkondisi Suhu Ruang
pada Alat Mini Potable Hot and Cool Storage.
Fungsi Subsistem : Mengkondisikan suhu ruang alat pemanas dan pendingin sesuai
dengan yang dibutuhkan dengan memanfaatkan efek peltier pada
termoelektrik.
3.1.2 Cara Kerja Alat
Pada alat pemanas dan pendingin ini menggunakan sistem pemanasan dan
pendinginan yang berbeda dengan alat pemanas dan pendingin pada umumnya,
pemanasan dan pendinginan alat ini dihasilkan oleh elemen termoelektrik. Alat ini
menggunakan sistem kontrol suhu ruangan sehingga nilai suhu ruangan sesuai dengan
keinginan pengguna. Sistem pengaturan suhu yang digunakan pada alat pemanas dan
pendingin ini terdiri dari beberapa bagian yaitu input, proses, dan output. Sensor suhu
merupakan sumber input yang akan diproses oleh mikrokontroler yang hasilnya
21
berupa data suhu yang akan ditampilkan oleh LCD dan juga akan memberikan sinyal
kondisi pada relay yang akan menentukan proses pemanasan dan pendinginan masih
terus berjalan atau berhenti. Sensor yang akan digunakan pada alat ini adalah sensor
suhu LM35 dan relay yang digunakan pada rangkaian ini adalah relay tipe SPDT.
3.1.3 Diagram Blok
Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem
Fungsi masing-masing blok diagram :
Blok Pemonitor Suhu
a. Sensor LM35 : Instrumentasi ukur pada alat ini berupa sensor suhu. Sensor suhu
yang digunakan adalah sensor suhu dengan LM35. Sensor ini
berfungsi sebagai pendeteksi nilai suhu yang terdapat pada ruang
pendingin yang nantinya akan diolah datanya oleh
mikrokontroler.
b. Mikrokontroler : Kontroler yang digunakan pada alat ini menggunakan
mikrokontroler ATMega16. Mikrokontroler ini berfungsi untuk
22
mengolah data yang diberikan oleh sensor LmM35 yang
nantinya akan ditampilkan melalui LCD.
c. LCD : Display pada alat ini menggunakan LCD 16x2. 16 adalah
panjang karakter dan 2 adalah jumlah baris. Pada display
berfungsi untuk menampilkan data yang diolah oleh kontroler
berupa kondisi suhu yang terbaca pada alat.
Blok Pengontrol Suhu
a. Termoelektrik : Mengubah nilai energi listrik menjadi berasan fisis berupa panas
dan dingin yang dihasilkan pada kedua keping logam.
b. Mikrokontroler : Kontroler data yang diterima dari sensor LM35 dan juga
pengaturan suhu pada panel muka melalui input dari push button
yang kemudian akan diolah dan menghasilkan output yang akan
menjadi sinyal input bagi rangkaian relay.
c. Kipas DC : Komponen yang mensirkulasi udara pada alat ini menggunakan
kipas DC, sehingga suhu panas dan dingin yang dihasilkan oleh
komponen termoelektrik menyebar keseluruh ruangan alat serta
sebagai komponen yang meningkatkan kemampuan pemanasan
dan pendinginan pada elemen termoelektrik.
d. Relay : Komponen yang berfungsi sebagai saklar otomatis pada
rangkaian termoleketrik ini mengunakan relay tipe SPDT, relay
ini akan menerima sinyal keluaran dari mikrokontroler, yang
akan menentukan proses pemanasan dan pendinginan berhenti
atau tidak.
e. Push Button : Push button berfungsi untuk memilih nilai suhu yang diinginkan
oleh pengguna serta menentukan fungsi alat sebagai pemanas
atau pendingin.
3.1.4 Spesifikasi Alat
Alat ini mempunyai spesifikasi mekanik sebagai berikut :
23
Tegangan Input : 12 volt DC
Arus Input : 5 A
Panjang : 11 cm
Lebar : 25 cm
Tinggi : 30 cm
Berat :
Suhu Maks. Alat :
Suhu Min. Alat :
Sensor : Sensor LM35
Mikrokontroler : ATMega16
Display output : LCD 16x2
Sedangkan untuk spesifikasi sistem kontrol alat ini sebagai berikut :
1 Alat ini mempunyai tampilan suhu ruangan dengan menggunakan LCD.
2 Alat ini mampu mengatur suhu ruangan sebesar 5˚C - 50˚C sesuai dengan
kemampuan elemen termoelektrik.
3 Menggunakan kipas DC sebagai alat untuk mensirkulasikan udara.
4 Menggunakan relay sebagai saklar pada rangkaian pemanas dan pendingin.
3.2 Realisasi Alat
Komponen perangkat dan pendingin alat terdiri dari beberapa komponen yang
memiliki fungsi berlainan namun saling mendukung.
3.2.1 Elemen Peltier
Peltier atau pendingin termoelektrik (thermoelectric cooler) pada gambar
3.2 adalah alat yang dapat menimbulkan perbedaan suhu antara kedua sisinya
jika dialiri arus listrik searah pada kedua kutub materialnya, dalam hal ini
semikonduktor. Semikonduktor merupakan benda padat atau logam yang
mempunyai nilai-nilai resistansi konduktor dan isolator. Cold junction akan
menyerap panas dari produk yang dikondisikan, bagian ini sama fungsinya
24
dengan evaporator pada sistem pendingin kompresi uap. Hot junction yang
mengeluarkan atau membuang panas ke luar, bagian ini sama fungsinya dengan
kondensor. Sama halnya dengan kondensor yang menggunakan sirip-sirip untuk
mempercepat pembuangan panasnya, termoelektrik pada sisi hot junction juga
ditambahkan dengan heat sink untuk mempercepat pembuangan panas. Proses
pembuangan panas disini juga dimanfaatkan untuk memanaskan. Sumber arus
searah pada termoelektrik sama fungsinya dengan kompresor pada sistem
kompresi uap.
Spesifikasi elemen peltier yang digunakan adalah TEC-12706:
- Ukuran = (40x40x3.8) mm
- A = 1.69X10-6 m2
- L =0.0016 m
- Imax = 6.4 Ampere
- Vmax = 14.9 Volt
- Qmax = 53 Watt (T=0)
- Tmax = 680C
Gambar 3.2 Elemen Peltier
[sumber http://www.heatsink-guide.com/peltier.jpg]
25
3.2.2 Heat sink
Heat sink pada sisi dingin berfungsi sebagai penyerap panas di dalam
box. Heat sink ini berbahan alumunium.. Heat sink sisi panas berfungsi
sebagai pelepas panas dari sistem termoelektrik. Heat sink ini sangat
mempengaruhi kinerja dari sistem termoelektrik. Semakin baik heat sink
melepaska kalor maka semakin baik kinerja dari sistem termoelektrik tersebut.
3.2.3 Kipas DC
Perangkat pendingin termoelektrik ini menggunakan kipas DC 12V. Kipas ini
berfungai sebagai pembuat aliran udara pada sisi panas dan dingin. Berikut ini
Spesifikasi kipas DC yang digunakan:
Merk : Yote Loon
Model : D90SL-12
Ukuran : (92x92x25) mm
Voltage : 12V
Gambar 3.3 Kipas DC
[sumber
http://i.ebayimg.com/00/s/NDk5WDUwMA==/z/XvYAAOxyeR9TJc4b/$_35.JPG]
26
BAB IV
PEMBAHASAN
Bab ini membahas mengenai pengujian alat “Mini Portable Hot and Cool
Storage”. Pengujian dilakukan melalui pengukuran pada masing-masing modul.
Selain itu, bab ini juga membahas mengenai analisa data dari hasil pengujian yang
telah dilakukan.
4.1 Pengujian
Pengujian dilakukan dengan cara mengambil data dari percobaan untuk
mengetahui kinerja dan kekurangan dari sistem. Data tersebut akan dibandingkan
dengan teori yang ada guna mendapatkan hasil yang tepat dan akurat.
4.1.1 Deskripsi Pengujian
Pengujian dan analisis data dilakukan sesuai dengan perancangan alat.
Pengujian dilakukan pada :
1. Lokasi : Laboratorium Elektronika Industri Politeknik
Negeri Jakarta
2. Hari dan tanggal pelaksanaan :
3. Pelaksana
Ika Kusumah 1311010016
Melvin Nurrohman 1311010009
Rahardito Dio Prastowo 1311010046
27
4. Daftar Peralatan
Tabel 4.1 Daftar Peralatan Pengujian
No Nama Alat Jml Keterangan
1 Power Supply 5 Vdc 1 -
2 Power Supply 12 Vdc 1 -
3 Multimeter Digital Fluke 1 -
4 Termometer 1 Termometer Digital/Analog
5 Rangkaian Sub Sistem 4
1. Modul Minimum System ATMega16
2. Modul Relay 1
3. Modul LCD
4. Modul Adaptor 12 V; 5 A
5. Modul Adaptor 5 V; 1 A
5. Tujuan Pengujian
a. Mengetahui baik tidaknya proses pada keseluruhan sub sistem.
b. Membandingkan hasil perancangan skematik dengan hasil realisasi alat.
c. Mendapatkan hasil akhir yang sesuai dengan perencanaan dan data yang
akurat.
4.1.2 Prosedur Pengujian
Pengujian alat “Mini Portable Hot and Cool Storage” dilakukan dengan cara
sebagai berikut:
1. Menyiapkan semua rangkaian yang akan diuji dan dianalisa serta peralatan
pengujian.
2. Menghubungkan power supply dengan rangkaian sensor LM35, Minimum System
ATMega16, modul LCD, modul relay, termoelektrik dan kipas DC.
3. Menghubungkan semua rangkaian tersebut dengan multimeter sesuai dengan
pengukuran yang diinginkan.
28
Gambar 4.1 Blok Diagram Pengujian Sub Sistem
Pada Sub Sistem ini dilakukan pengujian dengan menggunakan multimeter
Fluke 87V True RMS Multimeter, untuk mengukur nilai tegangan dan arus yang yang
terdapat pada rangkaian relay dan push button saat tidak aktif dan saat aktif.
Tabel 4.2 Spesifikasi Instrumen Pengujian
No. Parameter Nilai Akurasi
1 TeganganDC maks : 1000 V ± ( 0, 05% + 1)
AC maks : 1000 V ± ( 0, 7% + 2)
2 ArusDC maks : 10 A ± ( 0, 2% + 2)
AC maks : 10 A ± ( 1, 0% + 2)
3 Kapasitansi maks : 9.999¼ F ± ( 1% + 2)
4 Frekuensi maks : 200 kHz ± ( 0, 005% + 1)
5 Suhu Operasi -20 ° C sampai + 55 ° C
6 Kelembaban Operasi0% - 90% ( 0 ° C - 35 ° C)
0% - 70% ( 35 ° C - 55 ° C)
29
7 Ukuran 201 x 98 x 52 mm
8 Berat355
4.1.3 Data Hasil Pengujian
1. Pengujian Elemen Peltier
Pengujian elemen peltier merupakan pengujian yang dilakukan untuk
memastikan elemen bekerja dengan baik.
Table 4.3 Data Hasil Pengujian Elemen Peltier
No. WaktuSuhu Terminal Panas
(C)
Suhu Terminal Dingin
(C)
1
2
3
5
7
8
Table 4.4 Data hasil Pengukuran
No. Arus Tegangan
1
2
BAB IV
PENUTUP
30
5.1 Kesimpulan
5.2 Saran
DAFTAR PUSTAKA
[1] Hendry, Marbun, Hogla, Tati., Pembuatan Alat Pemanas-Pendingin Makanan
Dan Minuman Portable Hemat Energi Berbasiskan Termoelektrik, Jutnal PKM 2011,
Maret 2011
[2] Oktarina, Dwi Handayani. 2006. Kajian Karakteristik Modul Termoelektriki Untuk
Sistem Penyimpanan Dingi . Skripsi program sarjana FTPIB:Bogor
[3] Umboh R, Wuwung J.O, Allo E.Kendek, Narasiang B.S., Perancangan alat
pendingin portable menggunakan elemen peltier. Jurnal UNSART
[4] Septa DH.2012. Rancang Bangun Sistem Pengukur Efisiensi Sel Peltier Berbasis
Mikrokontroler. Skripsi program sarjana FMIPAUI:Depok
[5] Fahrudin A’rasy. 2011. Kajian Simulasi Dan Eksperimen Sistem Pendingin Lemari
Radio Base System (RBS) Berbasis Termoelektik. Tesis program master FTUI:Depok
[6] Ayuningsih,Titis.2011.”Aplikasi Sensor LM35 Pengaturan Kipas Dua Atap
Otomatis”. Depok
[7]Rahman,Maman., Hardi, Inu., Komaro,Mumu.,Analisis Pendinginan Coolbox
Termoelektrik Dengan Menggunakan Photovoltaic Sebagai Sumber Energi, Portal
Jurnal UPI, Vol. 11, No. 1, Januari 2013