PROPOSAL METODE PENELITIAN(HMKK538)

BOLA TERMOELEKTRIK UNTUK MENINGKATKAN EFISIENSI MODUL TERMOELEKTRIK

DISUSUN OLEHAHMAD ARYADILLAH (H1F114059)

PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK

UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURATBANJARBARU

2016

i

TERIMAKASIH KEPADA

ii

Rektor Universitas Lambung Mangkurat

Prof. Dr. H. Sutarto Hadi, M.Si., M.Sc

Wakil Rektor Bidang Perencanaan, Kerjasama dan Humas

Prof. Dr. Ir. H. Yudi Firmanul

Arifin, M.Sc

Kepala Prodi Teknik Mesin

Achmad Kusairi S, ST,. MT., MM.

Mahasiswa

Ahmad Aryadillah

Wakil Rektor Bidang Akademik

Dr. Ahmad Alim Bachri, SE., M.Si

Wakil Rektor Bidang Kemahasiswaan dan Alumni

Dr. Ir. Abrani Sulaiman, M,Sc

Wakil Rektor Bidang Umum dan Keuangan

Dr. Hj Aslamiah, M.Pd., Ph.d

Dosen Pengampuh

Prof. Dr. Qomariyatus Sholihah Amd. Hyp, ST, M.Kes.

Dekan Fakultas Teknik

Dr. Ing. Yulian Firmana Arifin, ST., MT

KATA PENGANTAR

Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, yang telah memberikan

rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Proposal Metode

Penelitian ini dengan judul BOLA TERMOELEKTRIK UNTUK MENINGKATKAN

EFISIENSI MODUL TERMOELEKTRIK. Keberhasilan dalam penyusunan Proposal

Metode Penelitian ini tidak lepas dari bantuan dan kerja sama, serta dukungan dari

berbagai pihak. Ucapan terima kasih Penulis haturkan kepada :

1. Bapak Ach. Kusairi S, MM., MT. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin

Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat

2. Ibu Prof. Dr. Qomariyatus Sholihah, Amd.hyp., ST., M.Kes. selaku Dosen

Pengampu 1

Proposal ini disusun untuk memenuhi persyaratan kelulusan mata kuliah

Metode Penelitian (HMKK 538) dan bisa menjadi pengetahuan serta pengenalan

bagi mahasiswa tentang dunia Konversi Energi.

Penulis menyadari bahwa dalam menyusun proposal ini masih terdapat

banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan masukan-masukan dan saran

yang sifatnya membangun. Akhirnya penulis hanya bisa berharap nantinya proposal

ini bisa bermanfaat bagi semua pihak, terutama para mahasiswa dan saya sendiri.

Banjarbaru, 20 Oktober 2016

Penulis

iii

DAFTAR ISI

Judul Halaman

UCAPAN TERIMAKASIH................................................................................ i

KATA PENGANTAR ...................................................................................... ii

DAFTAR ISI .................................................................................................... iii

BAB I PENDAHULUAN

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

1.2 Rumusan Masalah...................................................................... 3

1.3 Batasan Masalah ....................................................................... 3

1.4 Tujuan Penelitian ....................................................................... 3

1.5 Manfaat Penelitian .................................................................... 3

BAB II DASAR TEORI

2.1 Penelitian Terdahulu.................................................................. 5

2.2 Pengertian Umum Termoelektrik................................................ 5

2.3 Efek Seebeck............................................................................. 6

2.4 Efek Peltier................................................................................. 6

2.5 Elemen Termoelektrik Peltier..................................................... 7

BAB III METODE PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian ....................................................................... 10

3.2 Alat dan Bahan .......................................................................... 10

3.3 Prosedur Penelitian.................................................................... 10

3.4 Flowchart Pembuatan Prototype................................................ 12

3.5 Teknik Pengumpulan Data......................................................... 13

3.6 Diagram Alur Penelitian............................................................. 13

3.7 Jadwal Pelaksanaan................................................................ 14

DAFTAR PUSTAKA..................................................................................... 15

iv

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Setiap tahun, jumlah penggunaan bahan bakar fosil sebagai sumber energi

semakin meningkat sedangkan bahan bakar fosil adalah sumber energi yang

tidak dapat diperbaharui dan jumlahnya terbatas. Untungnya dengan

berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, masalah ini dapat diimbangi

dengan penemuan-penemuan sumber energi alternatif yang terbarukan.

Ada banyak sumber energi terbarukan, yang dapat digunakan sebagai

alternatif pengganti bahan bakar fosil, salah satunya adalah energi panas. Energi

panas merupakan energi terbarukan yang sangat mudah untuk ditemukan.

Untuk memanfaatkan energi panas sebagai sumber energi, diperlukan

sebuah alat atau sebuah sistem yang dapat mengkonversi panas menjadi energi

lain, yaitu energi listrik. Salah satu alat yang dapat mengkonversi energi panas

menjadi energi listrik adalah modul termoelektrik.

Modul Termoelektrik adalah alat yang dapat mengkonversi energi listrik

secara langsung yaitu dengan memanfaatkan Efek Seebeck yang berbunyi “jika 2

buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujungnya, kemudian

diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan

tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain” ( Muhaimin, 1993).

Modul termoelektrik ini memiliki banyak kelebihan, namun dalam

penerapannya, efisiensi alat ini masih belum maksimal. Karena itu, penulis

1

membuat penelitian untuk meningkatkan efisiensi alat ini yaitu dengan merancang

modul termoelektrik hampa udara yang berbentuk bola.

2

1.2 Rumusan Masalah

Pertanyaan utama dalam penelitian ini adalah bagaimana desain bola

termoelektrik dan berapa perbandingan efisiensinya dengan modul termoelektrik

biasa .

1.3 Batasan Masalah

Dalam penilitian ini dilakukan pembatasan masalah agar pelaksanaan

serta hasil yang diperoleh sesuai dengan pelaksanaannya. Adapun batasan

masalahnya adalah sebagai berikut:

a. Penelitian ini dilakukan untuk membuat prototype ruang hampa udara.

b. Penelitian ini meneliti efisiensi modul termoelektrik dalam ruang hampa

udara.

1.4 Tujuan Penelitian

Tujuan penelitian ini adalah untuk membuat rancangan modul

termoelektrik yang lebih efisien.

1.5 Manfaat Penelitian

Penelitian ini memiliki manfaat bagi beberapa pihak yang terkait

didalamnya, yaitu sebagai berikut:

a. Bagi Peneliti: Penelitian ini memberikan manfaat bagi peneliti sehingga

peneliti mengetahui perbandingan efisiensi antara bola termoelektrik dengan

modul termoelektrik

3

b. Bagi Program Studi Teknik Mesin : Hasil penelitian ini dapat dijadikan

referensi tambahan bagi civitas akademik Program Studi Teknik Mesin

Universitas Lambung Mangkurat.

c. Bagi perusahaan pengembang termoelektrik : penelitian ini dapat menjadi

referensi untuk pengembangan termoelektrik

4

BAB II

DASAR TEORI

2.1 Penelitian Terdahulu

Saat ini, telah banyak berkembang berbagai macam sumber energi

alternatif, salah satunya adalah generator termoelektrik. Generator termoelektrik

adalah perangkat yang dapat menghasilkan listrik dari energi panas secara

langsung. Dalam pemanfaatannya, generator termoelektrik memerlukan

perbedaan suhu antara kedua sisi pada modul termoelektrik untuk

menghasilkan listrik. Semakin besar perbedaan suhunya, maka semakin besar

arus listrik yang dihasilkan.

2.2 Pengertian Umum Termoelektrik

Efek termoelektrik merupakan subjek paling penting dalam ilmu fisika di

bidang benda padat. Efek utama yang digunakan adalah efek Seebeck yang

ditemukan oleh Thomas Johann Seebeck pada tahun 1821 dan efek Peltier

yang ditemukan oleh Jean Charles Athanase Peltier pada tahun 1834. Yang

keduanya mempunyai peranan penting dalam aplikasi praktik. Termoelektrik

didasarkan pada Efek Peltier. Efek Peltier adalah salah satu dari tiga efek

termoelektrik, dua lainnya dikenal sebagai efek Seebeck dan efek Thomsont.

Sedangkan dua efek terakhir terdapat pada konduktor tunggal, efek Peltier

adalah fenomena khusus persimpangan pada dua batang semi konduktor.

5

2.3 Efek Seebeck

Efek Seebeck pertama kali diamati oleh dokter Thomas Johann Seebeck,

pada tahun 1821, ketika ia mempelajari fenomena thermoelectric. Ini terdiri

dalam produksi yang tenaga listrik antara dua semikonduktor ketika diberikan

perbedaan suhu. Panas dipompa ke satu sisi pasangan dan ditolak dari sisi

yang berlawanan. Sebuah arus listrik yang dihasilkan, sebanding dengan

gradien suhu antara panas dan dingin sisi. Perbedaan suhu di seluruh konverter

menghasilkan arus searah ke beban menghasilkan tegangan terminal dan arus

terminal. Tidak ada energy menengah proses konversi. Untuk alasan ini,

pembangkit listrik thermoelectric diklasifikasikan langsung sebagai daya

konversi.

2.4 Efek Peltier

Jean Charles Athanase Peltier pada tahun 1834 telah mendasari efek

termoelektrik pada sistem pendingin. Ketika arus listrik melewati persimpangan

dua plat bahan semikonduktor dengan sifat yang berbeda akan terjadi

penyerapan panas pada sambungan kedua plat tersebut dan pelepasan panas

pada sambungan yang lainnya. Penyerapan dan pelepasan panas yang terjadi

saling berbalik ketika arah polaritasnya dibalik.

6

Gambar 2.1 ilustrasi sederhana untuk mengamati efek peltier

Pada gambar 2.1 di atas, nilai W bisa saja positif atau negatif. Nilai

negatif menandakan pendingin dari junction. Berlawanan dengan pemanasan

joule, efek peltier sifatnya reversible dan tergantung dari arah arus listrik.

Efek peltier terjadi karena adanya arus listrik yang memiliki arus kalor

dalam konduktor homogeny, yang terjadi walaupun temperatur dalam keadaan

konstan. Akibat dari arus kalor menurut ∏ ∙ I . Persamaan kalor peltier

merupakan keseimbangan aliran kalor dari dan menuju interface. Arus kalor

bersama arus listrik dapat dijelaskan melalui perbedaan kecepatan aliran

elektron yang membawa arus listrik. Kecepatan aliran bergantung pada energi

dari elektron yang mengalami konduksi. Sebagai contoh, jika kecepatan aliran

suatu elektron dengan energi lebih dari potensi kimia (energi Fermi) lebih besar

dari elektron dengan energi yang rendah, arus listrik bersama arus kalor dengan

arah yang berlawanan (karena beban listrik negatif). Dalam hal ini koefisien

Peltier bernilai negatif. Dalam keadaan yang sama akan terjadi juga untuk ȵ

semikonduktor, dimana arus listirk yang dibawa oleh elektron dalam kedaan

ikatan konduksi.

2.5 Elemen Termoelektrik Peltier

Elemen termoelektrik Peltier merupakan semikonduktor tipe-p dan tipe-n

yang dihubungkan dalam suatu rangkaian listrik tertutup yang terdapat beban.

Dari perbedaan suhu yang yang ada pada tiap junction ditiap semikonduktor

tersebut akan menyebabkan elektron berpindah dari sisi panas menuju sisi

dingin. Jika pada batang logam semikonduktor berlaku prinsip kedua efek (efek

Seebeck dan efek Peltier), batang semikonduktor dipanaskan dan didinginkan

7

pada dua semikonduktor tersebut, meke elektrin pada sisi panas semikonduktor

akan bergerak aktif dan memiliki kecepatan aliran yang lebih tinggi

dibandingkan dengan sisi dingin semikonduktor. Dengan kecepatan yang lebih

tinggi pula, maka electron dari sisi panas akan mengalami difusi ke sisi dingin

dan menyebabkan timbulnya medan elektrik pada semikonduktor tersebut.

Gambar 2.2 Pergerakan ion – ion dalam semikonduktor

Elemen peltier atau pendingin termoelektrik (thermoelectric cooler)

merupakan alat yang dapat menimbulkan perbedaan suhu antara kedua sisinya

jika dialiri arus listrik searah pada kedua kutub materialnya, dalam hal ini

semikonduktor. Dalam hal refrigerasi, keutungan utama dari elemen peltier

adalah tidak adanya bagian yang bergerak atau cairan yang bersirkulasi dan

ukurannya kecil serta bentuknya sangat mudah untuk direkayasa. Sedangkan

kekurangan dari elemen peltier ada pada faktor efisiensi daya yang rendah dan

biaya perancangan sistem yang masih relative mahal. Namun kini banyak

peneliti yang sedang mencoba mengembangkan elemen peltier yang lebih

murah dan juga efisien. (Rio Wirawan, 2012).

8

Gambar 2.3 Elemen Peltier

Elemen peltier tersusun atas serangkaian dua tipe semikonduktor (tipe p

dan tipe n) yang dihubungkan secara seri. Pada setiap dua sambungan antara

dua tipe semikonduktor tersebut dari logam/tembaga. Interkoneksi konduktor

tersebut diletakkan masing-masing dibagian bawah semikonduktor. Konduktor

bagian atas ditunjukkan untuk membuang kalor dan konduktor bagian bawah

ditunjukkan untuk menyerap kalor. Pada kedua bagian interkoneksi ditampelkan

plat yang terbuta dari kramik. Plat tersebut dibuat untuk memusatkan kalor yang

ditimbulkan oleh konduktor.

Gambar 2.4 Struktur elemen peltier

9

BAB III

METODE PENELITIAN

3.1 Objek Penelitian

Penelitian dan pengambilan data ini dilakukan terhadap prototype

modul termoelktrik yang diletrakkan dalam ruang hampa udara.

3.2 Alat dan bahan

Alat dan bahan dalam pengolahan data penelitian ini adalah :

1. Modul Termoelektrik

2. Toples kaca

3. Katup 1 arah

4. Pompa tangan

5. Bor listrik

6. Lilin

7. Selang kecil

8. Solder listrik

9. Amperemeter

3.3 Prosedur Penelitian

Berikut adalah langkah pembuatan prototype ruang hampa

sederhana menggunakan toples kaca :

1. Lubangi tutup toples kaca sebesar diameter katup satu arah

dengan menggunakan bor, lalu pasangkan katup satu arah.

Pastikan arah jalannya udara menghadap keluar. Buat juga

lubang untuk kabel modul termoelektrik

2. Pasangkan katup satu arah pada pompa tangan dengan arah

udara keluar.

10

3. Tempelkan sisi panas modul termoelektrik pada sisi dalam toples

kaca, lalu keluarkan kabel modul termoelektrik melalui lubang

pada tutup toples kemudian pasangkan kabel pada ampermeter

4. Tutuplah toples dan pastikan tidak ada udara yang dapat keluar

atau masuk dengan mengisolasi semua lubang menggunakan

lelehan lilin

5. Hubungkan katup pada pompa tangan dan katup pada tutup

toples dengan menggunakan selang kecil

6. Pompa udara ke luar dari dalam toples

7. Panaskan toples kaca

8. Catat hasil pengamatan berdasarkan tabel :

no Suhu (oc) Kuat arus

1 60

2 80

3 100

9. Buka penutup toples, lalu ulangi langkah 7 dan 8

10. Bandingkan hasil pengamatan modul termoelektrik pada saat di

toples dalam keadaan hampa udara dengan modul termoelektrik

pada saat toples dalam keadaan terbuka

11

3.4 Flowchart Pembuatan Prototype

Gambar 3.1 Diagram alur penelitian

12

Modul termoelektrik

start

Toples kaca

Lubangi bagian-bagian toples kaca

Tempelkan modul termoelektrik pada bagian dalam toples kaca

Tutup toples kaca

Keluarkan udara dari dalam toples menggunakan pompa tangan

Panaskan toples kaca

Catat hasil pengamatan end

3.5 Teknik Pengumpulan Data

Teknik pengumpulan data yang dilakukan adalah dengan mencatat

suhu – suhu yang menjadi objek penelitian. Data – data yang diperlukan

antara lain temperatur dalam ruang hampa udara dan efisiensi modul

termoelektrik

3.6 Diagram Alur Penelitian

Gambar 3.2 Diagram alur karya ilmiah

13

Perumusan masalah

Studi literatur

Pembuatan prototype

Pengumpulan data

Penulisan propoosal

end

start

3.7 Jadwal Pelaksanaan

Pelaksanaan penelitian ini memiliki jadwal yang dilakukan agar

mendapat data-data yang diperlukan dalam menyelesaikan penelitian

No KegiatanSep Okt

13-18 19-24 25-30 1-6 7-12 13-19 20-26

1 Tahap Persiapan Penelitian

a. Penyusunan Judul

b. Penyusunan Kerangka

2 Tahap Pelaksanaan

a. Pengumpulan data

b. pengolahan data

3Tahap penyusunan Proposal

Gambar 3.3 Jadwal Pelaksanaan Penelitian

14

Daftar Pustaka

Abrar R dkk. (2014) : Optimasi Pemanfaatan Panas Buang Pada Tungku Gasifikasi

Biomasa Sebagai Penghasil Listrik. Riau : Simposium Nasional

Teknologi Terapan.

Buchori, Lukman. (2011). Perpindahan Panas (Heat Transfer). Semarang : UNDIP

Semarang.

C. Reynolds William, Henry C. Perkins. 1960 Termodinamika Teknik. Jakarta :

Erlangga.

Darsono Dkk. (1999). Dasar Disain Sistem Vakum Mesin Berkas Elektron (MBE).

Yogyakarta : PPNY-BATAN.

Ependi, Slamet. (2016) : Pengembangan Perangkat Konversi Energi Panas Menjadi

Energi Listrik. Lampung : Universitas Lampung.

Froning, H. David. (2009). Quantum Vacuum Engineering for Power and Propulsion

from the Energetics of Space. Washington DC : Third International

Conference on Future Energy.

G.Min, D.M. Roe.1994. Handbook of thermoelectric, peltier devices as generator.

Florida : CRC Press LLC.

Holgir, Amol. dkk. (2016). Study of applicatrion of vacuum technology. New delhi : international conference on emerging tends in engineering and management research.

Holman,J.P. (1994) . Perpindahan Kalor. Jakarta : Erlangga

Ilham, Muhammad, dkk. (2013). Modul 3 Termoelektrik. Bandung : Institut Teknologi

Bandung.

15

LIU, Changwei dkk. (2014). A 1 KW Thermoelectric Generator for Low-temperature

Geothermal Resources. California : Thirty-Ninth Workshop on

Geothermal Reservoir Engineering.

Ma’zum, Zuhdi dkk. (2012). Analisis Perpindahan Panas Dengan Konveksi Bebas

Dan Radiasi Pada Penukar Panas Jenis Pipa Dan Kawat. Surabaya :

Instititut Teknologi Sepuluh Nopember.

Puthoff, Harold E. (2010). Advanced Space Propulsion Based on Vacuum

(Spacetime Metric) Engineering. Austin : Institute for Advanced

Studies.

Putra, Nandy dkk.(2009). Potensi Pembangkit Daya Termoelektrik Untuk Kendaraan

Hibrid. Depok : Universitas Indonesia.

Rokhadi, Akhyar Wahyu. (2010). Pengujian Karakteristik Perpindahan Panas Dan

Penurunan Tekanan Dari Sirip - Sirip Pin Ellips Susunan Selang-

Seling Dalam Saluran Segiempat. Surakarta : Universitas Sebelas

Maret.

Rokhimi, Intan Nurul dan Pujayanto. (2015). Alat Peraga Pembelajaran Laju

Hantaran Kalor Konduksi. Surakarta : Prosiding Seminar Nasional

Fisika dan Pendidikan Fisika (SNFPF) Ke-6 2015

Sakharov, A.D. (2000). Vacuum Quantum Fluctuations in Curved Spac and the

Theory of Gravitation. New York : Plenum Publishing Corporation.

Simanjuntak, Jerri. (2015). Aplikasi Termoelektrik Generator Sebagai Sumber Energi

Listrik Dengan Lensa Fresnel Sebagai Kolektor Panas Matahari.

Medan : Universitas Sumatera Utara.

Wallace, B. Alan. (2001). The Potential of Emptiness: Vacuum States of Space and

Consciousness. Santa Barbara : The Scientific and Medical Network

16

Review

Yan, David. (2011). Modeling and Application of a Thermoelectric Generator.

Toronto : Electrical and Computer Engineering University of Toronto.

Klara, Syerly. (2008). Modul Klasifikasi dan Mekanisme Perpindahan Panas.

Makasar : Universitas Hasanuddin.

Tipler, Paul A. (2001). Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 2. Jakarta:

Erlangga.

Budi Utami, Setyo. (2008). Analisa Distribusi Aliran Panas pada Sebuah Pelat Besi

dengan Menggunakan Metode Volume Hingga. Surabaya : Institut

Teknologi Sepuluh Nopember.

White, Frank M. (1991). Viscous Fluid Flow. Singapore: McGraw-Hill

Zuhal. (1995). Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta :

Gramedia.

17