iii

STUDI EKSPERIMENTAL PENDINGINAN DENGAN TEC

(THERMOELECTRIC COOLING SYSTEM) SEBAGAI APLIKASI

PENDINGINAN VAKSIN PORTABEL

Oleh : Erlanda Kurnia Saputra

Dosen Pembimbing : Dr. Wayan Nata Septiadi, ST., MT.

Ketut Astawa, S.T. M.T

Abstrak

Imunisasi sangat penting untuk melindungi bayi dari penyakit menular yang

bahkan bisa membahayakan jiwa. Pekan Imunisasi Nasional (PIN) merupakan

program pemerintah nasional yang bertujuan untuk memberikan imunisasi kepada

balita di Indonesia secara gratis. namun dalam penyelenggaraannya di setiap daerah

memiliki kendala tentang terbatasnya termos vaksin. termos yang digunakan tidak

bisa membuat suhu bertahan. suhu pendinginan yang diperlukan vaksin adalah 2-8 0C. Perancangan pendinginan dilakukan dengan menggunakkan termoelektrik

sebagai sumber dingin yang diatur oleh control suhu autonics. pengujian dilakukan

pada rangkaian pemasangan termoelektrik yang akan diaplikasikan untuk pembuatan

vaksin portabel. termoelektri yang dipasang bertumpuk adalah seri dan temoelektrik

yang kedua sisi menempel pada kaleng adalah pararel. dengan menggunakkan heat

pipe-sink sebagai media pendingin pada sisi panas termoelektrik, hasil suhu

pendinginan maksimum yang didapat adalah 6 0C pada rangkaian seri.

kata kunci : Vaksin, Termos vaksin, Termoelektrik

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis panjatkan kehadirat Tuhan Yang Maha Esa karena atas

berkat dan rahmad-Nya maka penulis dapat menyusun skripsi yang berjudul “Studi

Eksperimental Pendinginan Dengan TEC (Thermoelectric Cooling System)

Sebagai Aplikasi Pendinginan Vaksin Portabel” Penulisan laporan ini bertujuan

untuk memenuhi syarat perkuliahan agar dapat menyelesaikan studi S1 sebagai

mahasiswa di Fakultas Teknik Universitas Udayana

Dalam menyelesaikan skripsi ini, penulis banyak mendapatkan bantuan serta

bimbingan dari beberapa pihak, maka melalui kesempatan ini penulis mengahaturkan

terima kasih kepada :

1. Bapak Dr. Ir. Ketut Gede Sugita, MT selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

Universitas Udayana.

2. Bapak Ketut Astawa S.T. M.T. selaku Koordinator Skripsi.

3. Bapak Dr Wayan Nata S.T, M.T. selaku Dosen Pembimbing I.

4. Bapak Ketut Astawa S.T. M.T. selaku Dosen Pembimbing II.

5. Orang Tua yang mendukung baik secara finansial juga spiritual.

6. Serta kepada teman-teman yang memberi dukungan dan semangat selama

proses penulisan proposal skripsi.

Demikian kata pengantar skripsi ini, kiranya dapat menambah ilmu dan

wawasan pembaca. Sekian atas perhatiannya penulis ucapkan terima kasih.

Bukit Jimbaran, juli 2017

Penulis

v

DAFTAR ISI

HALAMAN KULIT LUAR............................................................................... i

LEMBAR PERSETUJUAN .............................................................................. ii

ABSTRAK ......................................................................................................... iii

KATA PENGANTAR ........................................................................................ iv

DAFTAR ISI ...................................................................................................... v

DAFTAR GAMBAR .......................................................................................... vii

DAFTAR TABEL .............................................................................................. ix

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang ............................................................................................ 1

1.2 Perumusan Masalah .................................................................................... 2

1.3 Tujuan Penelitian ........................................................................................ 2

1.4 Batasan Masalah ......................................................................................... 2

BAB II DASAR TEORI

2.1 Vaksin dan Suhu Penyimpanannya .............................................................. 3

2.2 Termoelektrik ............................................................................................. 3

2.2.1 Sejarah Termoelektrik ...................................................................... 3

2.2.2 Prinsip Kerja Termoelektrik .............................................................. 4

2.2.3 Parameter Penggunaan Termoelektrik ................................................ 5

2.3 Perpindahan Panas ...................................................................................... 5

2.3.1 Konduksi ......................................................................................... 6

2.3.2 Konveksi ......................................................................................... 7

2.4 Penyelesaian masalah………………………………………………………... 9

2.4.1 Laju Perpindahan Panas Tanpa Pembebanan…………………………. 9

2.4.2 Laju Perpindahan Panas Dengan Pembebanan……………………….. 10

BAB III METODOLOGI

3.1 Metode ........................................................................................................ 12

3.2 Pembuatan Alat ........................................................................................... 13

3.2.1 Alat dan Bahan………………………………………………………… 14

vi

3.3 Karakterisasi Termoelektrik ………………………………………………… 17

3.4 Pengujian .................................................................................................... 18

3.4.1 Alat Pengujian…………………………………………………………. 18

3.4.2 Skematik Pengujian……………………………………………………. 19

3.4.3 Variabel Pengujian…………………………………………………….. 20

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Karakteristik Termoelektrik…………………………………………………. 22

4.2 Hasil Pengujian………………………………………………………………. 25

4.2.1 Rangkaian Seri ................................................................................... 25

4.2.2 Rangkaian Pararel .............................................................................. 27

4.3 Laju Perpindahan Panas Seri .......................................................................... 29

4.3.1 Laju Perpindahan Panas Seri tanpa Pembebanan................................. 30

4.3.2 Laju PerPindahan Panas Seri dengan pembebanan .............................. 31

4.4 Laju Perpindahan Panas Pararel ..................................................................... 32

4.5 Koefien Performa Pendinginan (COP) ........................................................... 32

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan .................................................................................................... 35

5.2 Saran.............................................................................................................. 35

DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................ 36

LAMPIRAN

vii

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 skema aliran termoelektrik .............................................................. 4

Gambar 2.2 profil temperatur modul TEC .......................................................... 5

Gambar 2.3 proses perpindahan panas secara konduksi ...................................... 6

Gambar 2.4 Proses Perpindahan Secara Konveksi .............................................. 7

Gambar 2.5 Perpindahan panas konveksi dari permukaan padat ke cair .............. 8

Gambar 2.6 Free Body diagram tanpa pembebanan ............................................ 9

Gambar 2.7 Free body diagram dengan pembebanan .......................................... 10

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian .................................................................... 12

Gambar 3.2 Rancangan box vaksin ..................................................................... 13

Gambar 3.3 Termoelektrik ................................................................................. 14

Gambar 3.4 Termokopel ..................................................................................... 14

Gambar 3.5 Heat Pipe dan Heat Sink .................................................................. 14

Gambar 3.6 Fan DC ........................................................................................... 15

Gambar 3.7 Kaleng Uji ...................................................................................... 15

Gambar 3.8 Pulyurethane ................................................................................... 15

Gambar 3.9 data akusisi chasis ……...………………………………………….. 16

Gambar 3.10 data akusisi input module .............................................................. 16

Gambar 3.11 Kontroler Suhu .............................................................................. 16

Gambar 3.12 Rangkaian pendinginan Vaksin……………………………………. 18

Gambar 3.13 Skema Rangkaian Pengambilan Data Menggunakkan National

Instrumen ............................................................................................................ 19

Gambar 3.14 variasi rangkaian termoelektrik ..................................................... 20

Gambar 4.1 Karakteristik 1 termoelektrik ......................................................... 22

Gambar 4.2 8 Volt ............................................................................................ 22

Gambar 4.3 10 volt ........................................................................................... 23

Gambar 4.4 12 volt ........................................................................................... 23

Gambar 4.5 14volt ............................................................................................ 24

Gambar 4.6 16 volt ........................................................................................... 24

Gambar 4.7 Grafik pendinginan 6 C seri tanpa pembebanan ............................. 25

Gambar 4.8 Grafik Pendinginan 8 C Seri Tanpa Pembebanan........................... 26

viii

Gambar 4.9 grafik pendinginan 6 C dengan air .................................................. 27

Gambar 4.10 grafik pendinginan 8 C dengan air ................................................. 27

Gambar 4.11 percobaan pertama pararel ............................................................. 28

Gambar 4.12 grafik percobaan pararel 5,5 V ...................................................... 28

Gambar 4.13 grafik percobaan pararel 4 V ......................................................... 29

Gambar 4.14 suhu pada kaleng pengujian ........................................................... 29

ix

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 karakteristik termoelektrik ................................................................... 24

Tabel 4.2 data hasil pendinginan rangkaian seri ................................................... 30

Tabel 4.3 konduktivitas termal ............................................................................ 30

Tabel 4.4 nilai R dan q rangkaian seri.................................................................. 32

Tabel 4.5 COP rangkaian seri .............................................................................. 33

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Imunisasi adalah suatu proses untuk meningkatkan sistem kekebalan

tubuh dengan cara memasukkan vaksin, yakni virus atau bakteri yang sudah

dilemahkan, dibunuh, atau bagian-bagian dari bakteri (virus) tersebut telah di

modifikasi[1]. Imunisasi sangat penting untuk melindungi bayi dari penyakit

menular yang bahkan bisa membahayakan jiwa. Pekan Imunisasi Nasional (PIN)

merupakan program pemerintah nasional yang bertujuan untuk memberikan

imunisasi kepada balita di Indonesia secara gratis. Baiknya program pemerintah

itu selalu memiliki kendala sama. Indonesia Negara yang terdiri dari banyak

pulau dan kepulauan yang dipisah oleh laut yang luas, membuat pendistribusian

vaksin menjadi bermasalah. Dikutip dari tribun Lampung, Dinas Kesehatan

Tanggamus mengatakan bahwa kendala pendistribusian vaksin polio tidak

menyeluruh dikarenakan vaksin carrier (termos vaksin) yang tidak memadai[2].

Dari kasus tersebut muncul ide pembuatan termos vaksin yang dapat

mendinginkan dan bisa dibawa. Sebelumnya telah ada penelitian yang dilakukan

oleh peneliti Indonesia salah satunya Nandy Putra yang membuat vaksin dengan

metode pendinginan termoelektrik. Termoelektrik adalah teknologi yang bekerja

dengan mengkonversi energi panas menjadi listrik secara langsung (generator

termoelektric), atau sebaliknya dari listrik menghasilkan dingin (pendingin

termoelektrik) [3]. Beberapa penelitian tentang teknologi termoelektrik ini, C.A.

Gould, dkk, yang merancang teknologi termoelektrik sebagai media

pendingin prosesor dan grafis pada computer kemudian memanfaatkan

limbah panas pada perangkat computer menjadi energi listrik[4]. A.

Rodríguez, dkk membuat model komputasi generator termoelektrik yang dapat

membangkitkan daya listrik dengan perbedaan suhu pada model yang dibuat [5].

D. ILZYCER, dkk yang melakukan uji coba pendinginan material termoelektrik

terhadap arus listrik dengan komputerisasi secara berulang ulang agar

mendapatkan sifat dari material termoelektrik[6]. Yu-Wei Chang a, dkk

mengaplikasikan teknologi termoeletrik sebagai pendingin untuk perangkat

elektronik[7]. Lin Zhu, dkk melakukan analisis perpindahan panas pada teknologi

2

pendinginan termoelektrik pada perangkat elektronik dengan model matematika

sistem dalam desain dan penerapan perangkat elektronik[8]. Dari latar belakang

diatas, maka peneliti ingin melakukan penelitian tentang eksperimen pendinginan

menggunakkan termoelektrik cooling system (TEC) untuk termos vaksin portabel

dengan heat sink-pipe-fan sebagai pendinginan sisi panas.

1.2 Perumusan Masalah

Dari latar belakang tersebut penulis mengangkat judul “Studi Eksperimental

Pendinginan Dengan TEC (Thermoelectric Cooling System) Sebagai Aplikasi

Pendinginan Vaksin Portabel” dengan rumusan sebagai berikut

1. Bagaiamana pengaruh penggunaan termoelektrik cooling (TEC) terintegrasi

heat pipe dan heat sink terhadap laju pendinginan box vaksin pada rangkaian

seri.

2. Bagaiamana pengaruh penggunaan termoelektrik cooling (TEC) terintegrasi

heat pipe dan heat sink terhadap laju pendinginan box vaksin pada rangkaian

pararel.

3. Bagaimana pengaruh susunan termoelektrik cooling (TEC) terhadap efisiensi

pendinginan box vaksin.

1.3 Tujuan Penelitian

1. Mengetahui laju pendinginan box vaksin pada rangkaian seri

2. Mengetahui laju pendinginan box vaksin pada rangkaian pararel

3. Mengetahui tingkat efisiensi pendinginan box vaksin

1.4 Batasan Masalah

1. percobaan dilakukan pada tabung yang akan di dinginkan dengan 2

termoelektrik dipasang seri, dan 2 termoelektrik dipasang pararel.

2. Percobaan dibagi menjadi 2: (a.) percobaan tanpa pembebanan

(b.) percobaan dengan pembebanan