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
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.