RANCANG BANGUN PENYIMPAN DAYA LISTRIK

DARURAT (EMERGENCY POWER BANK)

DENGAN PRINSIP TERMOELEKTRIK

LAPORAN TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan

Program Pendidikan Diploma III

Program Studi Teknik Konversi Energi

Oleh:

Alfi Syahri Ramadhan

NIM: 1505051021

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

MEDAN

2018

RANCANG BANGUN PENYIMPAN DAYA LISTRIK

DARURAT (EMERGENCY POWER BANK)

DENGAN PRINSIP TERMOELEKTRIK

LAPORAN TUGAS AKHIR

Diajukan untuk Memenuhi Sebagian Persyaratan dalam Menyelesaikan

Program Pendidikan Diploma III

Program Studi Teknik Konversi Energi

Oleh:

Alfi Syahri Ramadhan EN – 6B 1505051021

Ilham Wahyudi EN – 6B 1505051028

JURUSAN TEKNIK MESIN

POLITEKNIK NEGERI MEDAN

MEDAN

2018

v

KATA PENGANTAR

Puji dan syukur penulis panjatkan kepada Allah S.W.T., Tuhan yang Maha

Esa dimana telah memberikan kesehatan,kekuatan serta kecukupan bagi penulis

sehingga dapat menyelesaikan laporan tugas akhir ini.

Laporan yang berjudul “Rancang Bangun Penyimpan Daya Listrik

Darurat (Emergency Power Bank) Dengan Prinsip Termoelektrik” ini

dimaksudkan sebagai salah satu syarat dalam menyelesaikan Program Pendidikan

Diploma III, Program Studi Teknik Konversi Energi, Jurusan Teknik Mesin,

Politeknik Negeri Medan.

Dalam proses pembuatan Laporan Tugas Akhir ini, penulis telah

mendapatkan arahan dan bimbingan dari berbagai pihak, baik itu berupa material,

spiritual, informasi maupun dari segi administrasi. Untuk itu, sudah selayaknya

penulis mengucapkan terima kasih kepada:

1. Bapak M. Syahruddin, S.T.,M.T., selaku Direktur Politeknik Negeri Medan;

2. Bapak Idham Kamil, S.T.,M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin

Politeknik Negeri Medan;

3. Bapak Aulia Salman, S.T.,M.T.., selaku Kepala Program Studi Teknik

Konversi Energi Politeknik Negeri Medan sekaligus dosen pembimbing yang

telah memberikan saran, arahan, bimbingan serta motivasi yang sangat

membantu dalam menyelesaikan tugas akhir ini;

4. Seluruh Staf Dosen dan Pegawai Program Studi Teknik Konversi Energi,

Jurusan Teknik Mesin Politeknik Negeri Medan;

5. Ayahanda Suaib, dan Ibunda Marlisa, yang selalu menjadi panutan, memberi

dukungan baik dari segi materi maupun segi moriil, dan senantiasa

mendoakan yang terbaik untuk penulis;

6. Abang dan kakak terkasih (Bang Muhammad Reza, Kak Nurhasanah Harahap,

Kak Fika Yolanda, dll) yang telah memberikan dukungan dan semangat

kepada penulis;

vi

7. Adik-adik dan teman-teman dari FUITEN Polmed terkhusunya Fajar, Diva,

Nita, Fauzal, Rafqi, dll yang selalu ada untuk mendukung dan menjadi teman

bertukar pikiran penulis;

8. Kerabat-kerabat tercinta dari masa SMA (Rizky Aidil, Arini Sabila Putri,

Raka Putra Pratama, dkk) yang selalu ada untuk mendukung dan menemani

penulis;

9. Rekan-rekan mahasiswa khususnya kelas EN-6B Program Studi Teknik

Konversi Energi Politeknik Negeri Medan;

10. Seluruh pihak yang telah membantu dalam penyelesaian tugas akhir ini.

Penulis menyadari masih terdapat kekurangan dalam penulisan tugas akhir

ini mengingat keterbatasan waktu dan pengetahuan yang dimiliki penulis. Oleh

karena itu, penulis mengharapkan kritik dan saran yang membangun dari setiap

pembaca.

Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga tugas akhir ini

bermanfaat bagi penulis maupun pembaca.

Medan, Agustus 2018

Hormat saya,

Alfi Syahri Ramadhan

vii

DAFTAR ISI

SPESIFIKASI TUGAS AKHIR ..................................................................... i

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

LEMBAR PENGESAHAN ............................................................................. iii

PERNYATAAN KEASLIAN TUGAS AKHIR ............................................ iv

KATA PENGANTAR ...................................................................................... v

DAFTAR ISI ..................................................................................................... vii

DAFTAR GAMBAR ........................................................................................ x

DAFTAR TABEL ............................................................................................ xii

INTISARI ......................................................................................................... xiii

ABSTRACT ....................................................................................................... xiv

BAB I PENDAHULUAN

A. Latar Belakang ............................................................................ 1

B. Rumusan Masalah ...................................................................... 2

C. Tujuan Percobaan ....................................................................... 2

D. Batasan Masalah ......................................................................... 3

E. Manfaat Penulisan ...................................................................... 3

F. Metode Pengumpulan Data ........................................................ 3

BAB II DASAR TEORI

A. Termoelektrik .............................................................................. 4

1. Generator Termoelektrik ......................................................... 4

2. Elemen Peltier/Modul Termoelektrik ..................................... 7

3. Aplikasi Termoelektrik Sebagai Sumber Tenaga Listrik ........ 9

B. Baterai .......................................................................................... 11

1. Komponen-komponen Baterai ................................................ 11

2. Macam-macam Baterai ........................................................... 12

C. Power Bank .................................................................................. 17

viii

1. Jenis-jenis Power Bank ........................................................... 17

2. Cara Kerja Power Bank .......................................................... 19

D. Regulator Tegangan .................................................................... 20

1. Cara Kerja Regulator Tegangan .............................................. 20

2. Jenis-Jenis Regulator Tegangan .............................................. 21

E. Regulator Switching .................................................................... 22

BAB III PERANCANGAN ALAT

A. Alat dan Bahan ............................................................................ 25

1. Alat .......................................................................................... 25

2. Bahan ...................................................................................... 25

B. Komponen .................................................................................... 26

1. Peltier/Generator Termoelektrik ............................................. 26

2. Regulator Tegangan ................................................................ 27

3. Modul Power Bank ................................................................. 29

4. Baterai ..................................................................................... 31

5. Kotak Plat Besi Stainless ........................................................ 32

C. Diagram Blok dan Sistematika Kerja Alat ............................... 33

D. Pengoperasian Alat ..................................................................... 35

E. Gambar Alat ................................................................................ 36

BAB IV PENGUJIAN ALAT

A. Prosedur Pengujian .................................................................... 37

B. Pelaksanaan Pengujian ............................................................... 38

1. Pengujian Tanpa Beban .......................................................... 38

2. Pengujian Beban Gawai/Gadget .............................................. 40

3. Pengujian Beban Baterai ......................................................... 43

BAB V PENUTUP

A. Kesimpulan .................................................................................. 45

B. Saran ............................................................................................ 46

ix

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

x

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Arah Aliran Elektron Ketika Termoelektrik Dipanaskan .......... 4

Gambar 2.2 Prinsip Kerja Generator Termoelektrik ...................................... 5

Gambar 2.3 Modul Termoelektrik/Elemen Peltier ........................................ 7

Gambar 2.4 Struktur Elemen Peltier ............................................................... 8

Gambar 2.5 Prinsip Kerja Elemen Peltier ...................................................... 9

Gambar 2.6 Generator Termoelektrik Jenis RTG Bertenaga Nuklir

Stronium ..................................................................................... 10

Gambar 2.7 Memasang Bahan Bakar Plutonium 228 Untuk RTG pada

SNAP 27 .................................................................................... 10

Gambar 2.8 Komponen Baterai Secara Umum .............................................. 12

Gambar 2.9 Baterai-baterai Primer ................................................................ 14

Gambar 2.10 Baterai-baterai Sekunder ............................................................ 16

Gambar 2.11 Fitur pada Power Bank Secara Umum ........................................ 17

Gambar 2.12 Universal Power Bank ................................................................ 18

Gambar 2.13 Solar Power Bank ....................................................................... 18

Gambar 2.14 Rangkaian Paralel Power Bank ................................................... 19

Gambar 2.15 Switching Regulator .................................................................... 22

Gambar 2.16 Switching Regulator Posisi ON ................................................. 23

Gambar 2.17 Switching Regulator Posisi OFF ................................................ 24

Gambar 3.1 Peltier/Generator Termoelektrik TEC1-12706 .......................... 26

Gambar 3.2 Regulator Tegangan LM2596 .................................................... 27

Gambar 3.3 Regulator Tegangan Mini .......................................................... 28

Gambar 3.4 Modul Power Bank ..................................................................... 29

Gambar 3.5 Skema Pemasangan Modul Power Bank ................................... 30

Gambar 3.6 Rechargabel Batteray Panasonic Eneloop Lite 1000 mAH ....... 31

Gambar 3.7 Kotak Plat Besi Stainless ........................................................... 32

Gambar 3.8 Diagram Blok Sistematika Kerja Emergency Power Bank

dengan Prinsip Termoelektrik .................................................... 33

xi

Gambar 3.9 Sambungan Komponen Alat ...................................................... 36

Gambar 3.10 Pengujian Alat ............................................................................ 36

Gambar 4.1 Grafik Pengujian Tanpa Beban .................................................. 39

Gambar 4.2 (a) dan (b) Dokumentasi pengujian tanpa beban (menit ke-8).... 39

Gambar 4.3 Grafik Pengujian Beban Gawai .................................................. 41

Gambar 4.4 (a) dan (b) Dokumentasi pengujian beban gawai (menit ke-6) ... 42

Gambar 4.5 Grafik Prngujian Beban Baterai ................................................. 44

Gambar 4.6 (a) dan (b) Dokumentasi pengujian beban baterai (menit ke-

8) ................................................................................................. 44

xii

DAFTAR TABEL

Tabel 2.1 Koefisien Seebeck Bahan ........................................................... 6

Tabel 3.1 Spesifikasi Peltier TEC1-12706 ................................................. 26

Tabel 3.2 Spesifikasi Regulator Tegangan LM25096 ............................... 27

Tabel 3.3 Spesifikasi Regulator Tegangan Mini ........................................ 28

Tabel 3.4 Spesifikasi Modul Power Bank .................................................. 30

Tabel 3.5 Spesifikasi Baterai ..................................................................... 31

Tabel 3.6 Spesifikasi dan Dimensi Kotak Plat ........................................... 32

Tabel 4.1 Pengujian Tanpa Beban ............................................................. 38

Tabel 4.2 Pengujian Beban Gawai ............................................................. 40

Tabel 4.3 Pengujian Beban Baterai ............................................................ 43

xiii

INTISARI

Generator termoelektrik adalah perangkat generator listrik yang mengkonversi

panas (perbedaan suhu) langsung menjadi energi listrik, menggunakan fenomena

yang disebut efek Seebeck (bentuk efek termoelektrik). Generator termoelektrik

digunakan pada penyimpan daya listrik darurat sehingga dapat menghasilkan

listrik hanya dengan menambahkan air pada sisi atasnya dan memanaskan sisi

bawahnya. Besar tegangan keluaran maksimum dapat bertambah besar jika

perbedaan suhu semakin besar. Sesuai pengujian, tegangan keluaran maksimum

generator termoelektrikpada kondisi tanpa beban sebesar 11,7 V. Ketika dipasang

dengan beban gawai tegangan keluaran turun menjadi 5,9 V dan ketika dipasang

dengan beban baterai tegangan keluaran rata-rata 9,6 V.

Kata kunci : generator termoelektrik, efek seebeck, perbedaan suhu, tegangan

keluaran

xiv

ABSTRACT

Thermoelectric generators are electrical generator devices that convert heat

(temperature difference) directly into electrical energy, using a phenomenon

called the Seebeck effect (a form of thermoelectric effect). Thermoelectric

generators are used in emergency power bank so that it can generate electricity

simply by adding water to the upper side and heating the underside. The

maximum output voltage can increase if the temperature difference increases. As

per testing, the maximum output voltage of the thermoelectric generator is 11,7 V

with no-load condition. When installed with a gadget the output voltage drops to

5,9 V and when installed with a battery the output voltage is 9,6 V.

Keywords: thermoelectric generator, seebeck effect, temperature difference,

output voltage

1

BAB I

PENDAHULUAN

A. Latar Belakang

Listrik telah menjadi kebutuhan primer di masyarakat modern dewasa ini.

Berbagai peralatan rumah tangga hampir seluruhnya telah beralih menggunakan

listrik. Terlebih lagi teknologi informasi yang terus berkembang dan kebutuhan

masyarakat akan informasi terbaru terus meningkat mengakibatkan kebutuhan

akan listrik melonjak pesat. Gawai/gadget merupakan salah satu contoh dari

teknologi informasi dimana dulunya merupakan barang tersier sekarang telah

menjadi barang primer. Namun, gawai memiliki satu kelemahan yakni

keterbatasan daya baterai nya yang hanya tahan 5 hingga 6 jam dengan pemakaian

intens. Akibat ini juga sekarang di berbagai tempat umum kini telah dilengkapi

dengan stop kontak listrik dengan jumlah banyak sebagai fasilitas pengisian

baterai. Menggunakan stop kontak setiap kali melakukan pengisian baterai

tentunya kurang praktis, maka dari itu masyarakat mulai menggunakan power

bank. Selain mudah untuk dibawa, power bank juga memiliki kapasitas baterai

yang cukup besar sehingga dapat digunakan untuk beberapa kali pengisian baterai

gawai.

Tentunya power bank ini bukanlah power supply yang dapat mengisi

baterai nya sendiri. Sehingga power bank perlu di-charge terlebih dahulu agar

dapat digunakan nantinya, pada akhirnya memerlukan suplai listrik dari stop

kontak. Bagi masyarakat yang sering berpergian ke suatu daerah dimana akses

listrik belum ada atau ke daerah hutan atau gunung (daerah perkemahan) ataupun

bagi regu penolong di daerah bencana tentu akan kesulitan mencari stop kontak

untuk sekedar mengisi baterai alat komunikasi ataupun power bank nya.

Dari permasalahan tersebut penulis ingin mengembangkan power bank

yang mana dapat mengisi baterainya sendiri dengan memanfaatkan perbedaan

suhu sebagai sumber tenaganya sehingga tetap bekerja di segala kondisi. Maka

dengan itu penulis mengangkat judul tugas akhir “Rancang Bangun Penyimpan

2

Daya Listrik Darurat (Emergency Power Bank) Dengan Prinsip

Termoelektrik” untuk memenuhi kebutuhan masyarakat akan suplai listrik agar

dapat mengisi baterai perangkat mereka tanpa terpengaruh oleh kondisi.

B. Rumusan Masalah

Untuk lebih terarahnya proses pembahasan tugas akhir ini maka diberi

rumusan masalah yang meliputi:

1. Bagaimana bentuk rancang bangun penyimpan daya listrik darurat

(emergency power bank) dengan prinsip termoelektrik?

2. Bagaimana cara kerja generator termoelektrik sebagai penghasil listrik

yang memanfaatkan perbedaan suhu?

3. Bagaimana sistematika pemanfaatan listrik yang dihasilkan generator

termoelektrik agar dapat digunakan untuk pengecasan?

C. Tujuan Penulisan

Adapun tujuan umum penulisan tugas akhir ini adalah memberikan

kesempatan kepada mahasiswa Teknik Konversi Energi Politeknik Negeri Medan

untuk memperluas wawasan mengenai masalah yang terjadi pada bidang-bidang

tertentu dan dapat membandingkan materi yang diperoleh selama perkuliahan

dengan keadaan sebenarnya.

Adapun tujuan khusus dari tugas akhir ini adalah:

1. Untuk mengaplikasikan efek Seebeck, yakni memanfaatkan perbedaan

suhu menjadi sumber tenaga

2. Mengetahui dan memahami cara kerja dan alat-alat apa saja yang

digunakan dalam perancangan

3. Memenuhi kebutuhan masyarakat akan power bank yang dapat diisi ulang

tanpa harus menggunakan sumber PLN

3

D. Batasan Masalah

Dalam penulisan tugas akhir ini memfokuskan pada kajian dan analisa

sebagai berikut :

1. Penulis tidak membahas dan memaparkan tentang perhitungan panas yang

diterima generator termoelektrik

2. Penulis tidak membahas pembuatan regulator tegangan dan modul power

bank dan menjelaskan cara kerjanya secara rinci

E. Manfaat Penulisan

Manfaat dari penulisan tugas akhir ini adalah:

1. Terciptanya sebuah teknologi baru dalam pemanfaatan generator

termoelektrik

2. Agar dapat memudahkan masyarakat akan akses suplai listrik DC untuk

pengisian baterai perangkat di daerah dengan akses listrik minim

3. Memberikan pengalaman kepada mahasiswa dalam membuat dan terlibat

dalam proyek ilmiah

4. Menambah pengetahuan di bidang elektronika

F. Metode Pengumpulan Data

Metode pengamatan data yang digunakan dalam penulisan tugas akhir ini

adalah:

1. Studi literatur, yaitu mempelajari referensi yang dapat menunjang dalam

penulisan tugas akhir ini. Adapun referensi yang dapat digunakan yaitu

dengan mempelajari buku-buku, artikel, karya ilmiah, sumber dari internet

dan sumber bacaan lain yang erat kaitannya dengan kajian rancang bangun

2. Konsultasi dengan dosen pembimbing maupun orang-orang yang

berkompeten tentang permasalahan tugas akhir ini

3. Eksperimen, yaitu terdiri dari merancang dan mengembangkan power

bank biasa agar dapat diisi tanpa menggunakan listrik PLN

4. Metode observasi, dalam metode ini data diperoleh secara langsung dari

alat melalui pengukuran dan pengujian.