“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