“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 oleh Ketua Jurusan Teknik Elektro
Iwa Sudradjat, ST., MT NIP. 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,Kipas DC,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 pasanganpasangan 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 PROSES
INPUT
OUTPUT
LM35
LCD
PEMONITOR SUHU
Mikrokontroler Push Button
Kipas DC PENGONTROL SUHU Relay Sensor Termoelektrik
Pemanas atau Pendingin
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
digunakan
pada
alat
datanya
oleh
mikrokontroler. b. Mikrokontroler : Kontroler
yang
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
:5A
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 1. Modul Minimum System ATMega16 2. Modul Relay 1
5
Rangkaian Sub Sistem
4
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.
28
3. Menghubungkan semua rangkaian tersebut dengan multimeter sesuai dengan pengukuran yang diinginkan.
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
Tegangan
DC maks : 1000 V
± ( 0, 05% + 1)
AC maks : 1000 V
± ( 0, 7% + 2)
2
Arus
DC 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)
29
5
Suhu Operasi
-20 ° C sampai + 55 ° C
6
Kelembaban Operasi
7
Ukuran
8
Berat
0% - 90% ( 0 ° C - 35 ° C) 0% - 70% ( 35 ° C - 55 ° C) 201 x 98 x 52 mm 355
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.
Waktu
Suhu Terminal Panas
Suhu Terminal Dingin
(C)
(C)
1 2 3 5 7 8
Table 4.4 Data hasil Pengukuran No. 1 2
Arus
Tegangan
30
BAB IV PENUTUP 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
