KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK SKRIPSI. Diajukan Oleh : BAGINDA HELBIN

Transkripsi

1 1 KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK SKRIPSI Diajukan Oleh : BAGINDA HELBIN DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

2 2 KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains Diajukan Oleh : BAGINDA HELBIN DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2015

3 i PERSETUJUAN Judul : KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADILISTRIK Kategori : SKRIPSI Nama : BAGINDA HELBIN Nomor Induk Mahasiswa : Program Studi : SARJANA (S1) FISIKA Departemen Fakultas : FISIKA : MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM (FMIPA) USU Disetujui di : Medan, Februari 2016 Komisi Pembimbing : Pembimbing 2, Pembimbing 1, Drs. Kurnia Brahmana, M.Si Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc NIP: NIP: Disetujui oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Dr. Marhaposan Situmorang NIP

4 ii PERNYATAAN KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil karya sendiri. Kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sebelumnya. Medan, Februari 2016 BAGINDA H

5 iii UCAPAN TERIMA KASIH Pertama-tama penulis mengucapkan puji dan syukur kepada Tuhan Yang MahaKuasa atas selesainya skripsi ini. Penulis menyadari bahwadalam penyusunan skripsi ini penulis mendapat banyak bimbingan, arahan, motivasi, semangat maupun saran dari berbagai pihak, sehingga setiap kesulitan yang dihadapi penulis dapat terselesaikan. Pada kesempatan ini dengan ketulusan hati penulis mengucapkan terima kasih kepada : 1. Orang tua penulis tercinta yang telah merawat dan mendidik penulis dan juga selalu memberikan doa dan dukungan dari segi moril maupun materil, serta memberikan perhatian dan kasih sayang kepada penulis. 2. Bapak Dr. Marhaposan Situmorang., selaku Ketua Departemen Fisika. 3. Bapak Drs. Takdir Tamba, M.Eng.Sc., selaku Dosen Pembimbing I dan Bapak Drs. Kurnia Brahmana, MS., selaku Dosen Pembimbing II yang tiada henti membimbing, dan memotivasi penulis dalam penulisan tugas akhir ini hingga akhirnya dapat selesai. 4. Bapak Tuaraja Simbolon, S.Si, M.Si., selaku dosen wali yang selalu memberikan arahan dan nasihat-nasihatselama perkuliahan hingga akhirnya penulis dapat mencapai tahap penulisan tugas akhir. 5. Kepada Dosen-dosen FISIKA USU yang tidak dapat disebutkan satu per satu namanya, yang telah mendidik penulis. 6. Kepada Keluarga besar Sitorus dan Napitupulu, yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam penyelesaian skripsi ini. 7. Adik-adik penulis, Bilian dan Aurora juga kepada sepupu penulis, Jernih, Naomi, Lady, dan Rahel yang telah memberikan semangat yang luar biasa kepada penulis. 8. Teman-teman stambuk 2010 Physics Inside yang selama ini berjuang bersama-sama dalam perkuliahan di Departemen Fisika USU.

6 iv 9. Adik-adik Physics Glory terutama Kristin, Samuel, Kristian yang telah membantu selama penulisan tugas akhir ini dan memberikan dukungan kepada penulis. 10. Kepada teman-teman penulis yang namanya tidak dapat disebutkan satu per satu, terima kasih buat dukungan yang diberikan dalam penulisan skripsi ini. Hormat Penulis, Baginda H

7 v KARAKTERISASI ELEMEN PELTIER TEC UNTUK KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK ABSTRAK Telah dilakukan pengujian untuk menentukan karakteristik elemen Peltier TEC dalam penggunaannya sebagai termoelektrik generator dengan sistem kerja berdasarkan efek Seebeck. Dengan mempertahankan temperatur pada sisi dingin elemen Peltier dan memfariasikan temperatur pada sisi panas, dengan menggunakan termokopel untuk mengukur nilai temperatur pada kedua sisi dan dengan menggunakan sensor arus ACS-712 untuk mengukur nilai keluaran arus, dan sensor tegangan untuk melihat nilai tegangannya. Dengan demikian kita dapat melihat seberapa besar nilai daya maksimum yang mampu dihasilkan oleh elemen Peltier TEC Dalam perannya sebagai TEG (Termoelektrik Generator). Kata kunci : TEG (Termoelektrik Generator), Elemen Peltier, Karakteristik Elemen Peltier

8 vi KONVERSI ENERGI TERMAL MENJADI ENERGI LISTRIK MEMANFAATKAN ELEMEN PELTIER TEC ABSTRACT Research have been done for characterise Peltier element TEC in its usage as a thermoelectric generator with a function system based on the Seebeck effect. By maintaining the temperature on the cool side of the Peltier element and temperature variation on the hot side, using a thermocouple to measure the temperature value on both sides and using the ACS current sensor to measure the value of output current and voltage sensors to see the value of the voltage. Thus we can see how much the value of the maximum power that can be produced by a Peltier element TEC In his role as TEG ( Thermoelectric Generator ). Keywords : TEG (Termoelectric Generator), Peltier Element, Characterization Peltier Element

9 vii DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar isi Daftar tabel Daftar gambar Daftar lampiran Halaman i ii iii v vi vii ix x xi Bab 1. Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Rumusan Masalah Tujuan Batasan Masalah Manfaat penelitian Sistematika penulisan 3 Bab 2. Tinjauan Pustaka 2.1 Termoelektrik Efek termoelektrik Efek Seebeck Efek Peltier Modul termoelektrik Pendingin termoelektrik Termoelektrik Generator Sensor Sensor termal Sensor arus Sensor tegangan MAX MAX-232 dan RS Mikrokontrol Heatsink 34 Bab 3. Perancangan alat 3.1 Diagram blok Rangkaian alat Rangkaian Sensor arus (ACS-712) Rangkaian Sensor tegangan 41

10 viii Rangkaian MAX Rangkaian MAX Rangkaian Mikrokontrol Diagram alir penelitian 46 Bab 4. Hasil dan Pembahasan 4.1 Pengujian alat Variasi pengujian pengujian alat tanpa pemberian beban pengujian alat dengan beban sebesar 10Ω 66 Bab 5. Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan Saran 84 DAFTAR PUSTAKA 85 LAMPIRAN 86

11 ix DAFTAR TABEL Nomor Tabel Judul Halaman 2.1 Interface RS Data pengujian tanpa beban pengujian I Data pengujian tanpa beban pengujian II Data pengujian tanpa beban pengujian III Data pengujian tanpa beban pengujian IV Data pengujian tanpa beban pengujian V Data pengujian tanpa beban pengujian VI Data pengujian tanpa beban pengujian VII Data pengujian tanpa beban pengujian VIII Data rata-rata pengujian tanpa beban Data pengukuran tegangan dan arus pengujian I Data pengukuran tegangan dan arus pengujian II Data pengukuran tegangan dan arus pengujian III Data pengukuran tegangan dan arus pengujian IV Data pengukuran tegangan dan arus pengujian V Data pengukuran tegangan dan arus pengujian VI Data pengukuran tegangan dan arus pengujian VII Data pengukuran tegangan dan arus pengujian VIII Data rata-rata pengukuran tegangan dan arus 81

12 x DAFTAR GAMBAR Nomor Gambar Judul Halaman 2.1 Efek Seebeck Efek Peltier Efek Seebeck Efek Peltier Contoh modul termoelektrik Pendingin termoelektrik Termoelektrik generator Termokopel Sensor arus IC ACS Diagram dari ACS Sensor tegangan digital rangkaian pembagi tegangan sebagai sensor tegangan analog IC MAX Heatsink Diagram blok kerja alat Rangkaian Sensor Arus Rangkaian Pembagi tegangan (sensor tegangan) Rangkaian MAX Rangkaian Standar MAX Rangkaian ATMEGA Diagram Alir sistem kerja alat Grafik ΔT vs V pengujian I Grafik ΔT vs V pengujian II Grafik ΔT vs V pengujian III Grafik ΔT vs V pengujian IV Grafik ΔT vs V pengujian V Grafik ΔT vs V pengujian VI Grafik ΔT vs V pengujian VII Grafik ΔT vs V pengujian VIII Grafik ΔT vs V rata-rata Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian I Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian II Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian III Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian IV Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian V Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VI Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VII Grafik data pengukuran tegangan dan arus pengujian VIII Grafik data rata-rata pengukuran tegangan dan arus 83

13 xi DAFTAR LAMPIRAN Nomor Judul halaman Lampiran 1 Pemasangan dan pengujian alat 86 2 Program pada alat 90 3 Program tampil pada visual basic 99 4 Rangkaian utuh alat Data sheet tec sebagai thermoelectric generator 103