PENYIMPAN ENERGI YANG TERBUANG DARI PANAS SETRIKA LISTRIK MENGGUNAKAN THERMOELECTRIC GENERATOR (TEG) Oleh Tri Wahyu Yulianingrum NIM:

Transkripsi

1 PENYIMPAN ENERGI YANG TERBUANG DARI PANAS SETRIKA LISTRIK MENGGUNAKAN THERMOELECTRIC GENERATOR (TEG) Oleh Tri Wahyu Yulianingrum NIM: Skripsi Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Elektro Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga Oktober 2015

2

3

4

5

6 INTISARI Setrika merupakan salah satu perangkat elektronik yang menggunakan relatif banyak energi listrik. Ketika sedang digunakan, setrika tidak secara terus menerus digosokkan pada kain, akan tetapi terdapat jeda seperti saat pengguna menyiapkan pakaian, melipat pakaian, memasang pakaian pada hanger, memasang kancing pada pakaian ataupun saat beristirahat sejenak. Saat jeda ini, setrika biasanya hanya diletakan berdiri atau pada alas setrika konvensional sehingga energi panasnya terbuang sia- sia. Panas setrika yang terbuang ini akan dimanfaatkan sebagai sumber energi yang diubah menjadi energi listrik. Pada skripsi ini akan dibuat suatu alas setrika yang mampu mengubah panas terbuang dari setrika listrik yang kemudian diubah menjadi energi listrik. Alat ini nantinya akan digunakan sebagai alas setrika yang bersifat portable menggunakan TEG tipe TE-MOD-5W5V-30S yang bekerja bila terdapat gradien temperatur pada kedua sisinya. Ketika setrika listrik yang telah panas sedang tidak digunakan menyetrika, posisi setrika yang biasanya diletakkan secara tegak, berdiri atau pada alas konvensional, akan diletakkan pada kolektor panas alas setrika. Pada sisi dingin terdapat heat sink dan oli yang berfungsi sebagai pendingin. TEG yang terdapat pada kolektor panas akan mengubah energi panas menjadi energi listrik. Keluaran dari TEG berupa tegangan DC akan diproses dalam rangkaian buck-boost converter yang menggunakan IC LM2577- Adj. Converter ini akan mengubah VOUT TEG menjadi 4,7V agar dapat mengisi baterai kering lithium polymer 3,7V 380mAh. Energi yang diperoleh dalam proses setrika selama satu jam adalah sebesar 404,45J atau 0,11Wh dari kapasitas total baterai 1,41Wh atau sebesar 7,99%. Kata kunci : setrika, TEG (Thermoelectric Generator), alas setrika. i

7 ABSTRACT Iron is one of the electronic devices that use relatively much electrical energy. On the process of ironing, the iron doesn t rub on the fabric all the time, but there are some pauses when users prepare clothes, fold clothes, put clothes on a hanger, put the buttons on garments or while take a break. During this pause, irons are usually only placed standing or put on the ironing board and the heat energy dissipates. The waste heat of iron will be utilized as a source of energy that is converted into electrical energy. In this final project, an ironing board which is capable of converting waste heat from electric iron into electrical energy will be made. This tool will be used as a portable ironing board using TEG TE-MOD-30S 5W5V type that will work if there is a temperature gradient on both sides. When a heated electric iron is not being used, it will be put on the ironing board heat collector. On the cold side there is a heat sink equipped with oil served as a coolant. TEG placed in the heat collector will convert heat energy into electrical energy. The output of TEG is the DC voltage that will be processed by buck-boost converter using IC LM2577-Adj. This converter will convert TEG output to 4.7V so it can charge a 3.7V 380mAh lithium polymer battery. The energy obtained in the process of ironing for one hour is equal to J or 0.11Wh from 1.41Wh of the total batery capacity or 7.99%. Key words : iron, TEG (Thermoelectric Generator), ironing board ii

8 KATA PENGANTAR Puji dan syukur penulis ucapkan kepada Alloh swt atas segala berkat rahmat karunia yang senantiasa penulis terima dalam menyelesaikan perancangan serta penulisan skripsi sebagai syarat untuk menyelesaikan studi di Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer Universitas Kristen Satya Wacana. Pada kesempatan ini penulis juga hendak mengucapkan terima kasih kepada berbagai pihak yang baik secara langsung maupun tidak, yang telah membantu penulis dalam menyelesaikan skripsi ini : 1. Bapak Nal, Buk Mar, Mbak Retno, Mas Luluk, Bimo, Gendis, terimakasih untuk cinta dan kasih sayang yang luar biasa, nasehat dan semangat, serta segala dukungan dalam bentuk apapun yang selalu diberikan kepada penulis selama ini. You re all my motivation and inspiration, I love you 2. Bapak Ir. F. Dalu Setiaji, M.T. dan Bapak Ir. Lukas B. Setyawan, M.Sc. selaku pembimbing, terimakasih atas kesabaran, bimbingan, pengarahan, solusi, nasehat, dukungan dan semua masukan yang tidak dapat disebutkan selama mengerjakan skripsi ini. 3. Januar Nur Arifin, terimakasih untuk support yang luar biasa pada detik- detik terakhir penyelesaian skripsi ini. I love you. 4. Teman-teman FTEK angkatan 2009, Pakdhe Andien dan Gigih Budi selaku pembimbing III dan IV, Anel dan Wikan yang selalu ada setia setiap saat dalam tangis dan tawa, Agung, Daniel, Ardit, Angga yang sudah merelakan meja lab nya dijajah, Aksa, Adi Codot, Martino, Herlambang, Andre, Sunaryo, Vonso, ciwi- ciwi kece Vita, Nisa, Ane, Vinlux, Mbak Cik, Tiara, Enjel, serta temanteman lain yang tak bisa disebutkan satu persatu. You re the best I ve ever had!!! 5. Para penghuni Lab skripsi dan rekan- rekan FTEK, mbak- mas,cici-koko,adekadek, nonik- nyonyo, serta mas arie 04 yang sudah memberikan modal dalam skripsi ini. 6. Dosen-dosen pengajar, karyawan dan laboran FTEK, Mbak Rista, Mbak Dita dan Mbak Yola terimakasih atas bantuannya. iii

9 7. Berbagai pihak yang tidak dapat disebutkan satu persatu yang telah turut andil dalam proses pengerjaan skripsi ini. Penulis menyadari bahwa skripsi ini masih jauh dari kata sempurna, oleh karena itu penulis sangat mengharapkan kritik maupun saran dari pembaca sekalian sehingga skripsi ini dapat berguna bagi kemajuan teknik elektronika. Salatiga, Oktober 2015 Penulis iv

10 DAFTAR ISI INTISARI... ABSTRACT... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR TABEL... DAFTAR ISTILAH... i ii iii v vii x xi BAB I PENDAHULUAN Tujuan Latar Belakang Permasalahan Spesifikasi Sistem Sistematika Penulisan... 5 BAB II LANDASAN TEORI Setrika Listrik Thermoelectric Generator (TEG) Karakteristik Pendingin Perpindahan Kalor Konduksi Konveksi Regulator Switching IC (Integrated Circuit) LM2577-Adj BAB III PERANCANGAN SISTEM Cara Kerja Alat Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras v

11 Kolektor Panas Alas Setrika Thermoelectric Generator (TEG) Buck-Boost Converter Baterai Kering BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS Pengujian Cairan Pendingin Pengujian Thermoelectric Generator (TEG) Pengujian Buck-Boost Converter Pengujian Penyimpanan Energi pada Baterai Kering Pengujian Keseluruhan Alat Perbandingan Dengan Spesifikasi BAB V KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran Pengembangan DAFTAR PUSTAKA LAMPIRAN CARA MENGGUNAKAN ALAT DATASHEET LM2577-ADJ DATASHEET TEG TE-MOD-5W5V-30S vi

12 DAFTAR GAMBAR Gambar 1.1. Alas Setrika Konvensional... 2 Gambar 1.2. Pakaian yang Disetrika dengan Setrika Tidak Ditempelkan pada Alas... 3 Gambar 1.3. Pakaian yang Disetrika dengan Setrika Ditempelkan pada Alas.. 4 Gambar 2.1. Bagian Setrika Listrik... 7 Gambar 2.2. Cara Kerja TEG Berdasar Efek Seebeck... 8 Gambar 2.3. Konstruksi Elemen Thermoelectric Generator... 8 Gambar 2.4. Skema Buck-Boost Converter Gambar 2.5. Susunan Pin IC LM2577-Adj Gambar 2.6. Blok Diagram IC LM2577-Adj sebagai Boost Converter Gambar 2.7. Grafik Pemilihan Nilai Induktor Pada LM2577-Adj Gambar 3.1. Diagram Kotak Keseluruhan Alat yang Dibuat Gambar 3.2. Gambaran Alat yang Akan Dibuat Tampak Depan Gambar 3.3. Gambaran Alat yang Akan Dibuat Tampak Samping Gambar 3.4. Lempeng Alumunium yang Digunakan Gambar 3.5. Heat Sink yang Digunakan Gambar 3.6. Wadah Kaca sebagai Tempat Cairan Pendingin Gambar 3.7. TEG tipe TE-MOD-5W5V-30S yang Digunakan Gambar 3.8. Grafik POUT TE-MOD-5W5V-30S Terhadap Variasi Suhu Gambar 3.9. Susunan TEG Secara Seri Gambar Untai Buck-Boost Converter dengan LM2577-Adj Gambar Buck-Boost Converter yang Digunakan Gambar Baterai Lithium- Polymer 3,7V 380mAh Gambar Skema Rangkaian LED Indikator Gambar 4.1. Konstruksi Alat yang Dibuat Gambar 4.2. Rangkaian Pengujian VOUT TEG Gambar 4.3. Pengujian VOUT TEG Gambar 4.4. Grafik Perubahan VOUT terhadap ΔT Gambar 4.5. Rangkaian Pengujian IOUT Buck-Boost Converter Gambar 4.6. Rangkaian Pengujian VOUT Buck-Boost Converter vii

13 Gambar 4.7. Pengujian modul Buck-Boost Converter Gambar 4.8. Grafik Efisiensi Modul Buck-Boost Converter Terhadap Tegangan Masukan(VIN) Gambar 4.9. Baterai dengan LED Indikator Gambar Grafik Tegangan Baterai (Vbat) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengisian Gambar Grafik Arus Baterai (Ibat) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengisian Gambar Grafik Tegangan Baterai (Vbat) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengisian, dengan Panas Setrika Diatur Minimal Gambar Grafik Arus Baterai (Ibat) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengisian, dengan Panas Setrika Diatur Minimal Gambar Grafik Gradien Temperatur (ΔT) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengisian, dengan Panas Setrika Diatur Minimal Gambar Grafik Tegangan Baterai (Vbat) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengosongan Baterai Gambar Grafik Energi yang Dikeluarkan Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengosongan Baterai Gambar Grafik Tegangan Baterai (Vbat) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengisian, dengan Panas Setrika Diatur Maksimal Gambar Grafik Arus Baterai (Ibat) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengisian, dengan Panas Setrika Diatur Maksimal Gambar Grafik Gradien Temperatur (ΔT) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengisian, dengan Panas Setrika Diatur Maksimal Gambar Grafik Tegangan Baterai (Vbat) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengosongan Gambar Grafik Energi yang Dikeluarkan Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengosongan Gambar Grafik Tegangan Baterai (Vbat) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengisian, dengan Sisa Panas Setrika yang Masih Panas (Catu Daya Setrika Diputus) viii

14 Gambar Grafik Arus Baterai (Ibat) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengisian, dengan Sisa Panas yang Masih Panas (Catu Daya Setrika Diputus) Gambar Grafik Gradien Temperatur (ΔT) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengisian, dengan Sisa Panas Setrika yang Masih Panas (Catu Daya Setrika Diputus) Gambar Baterai yang Telah Diisi Dapat Diambil dan Digunakan untuk Menyalakan Lampu Senter LED Tunggal Gambar Grafik Tegangan Baterai (Vbat) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengosongan dari Proses Menyetrika Wajar Satu Jam Gambar Grafik Arus Baterai (Ibat) Sebagai Fungsi Waktu Selama Pengosongan dari Proses Menyetrika Wajar Satu Jam Gambar Gambar Alat Keseluruhan yang Dibuat Tampak Depan Gambar Gambar Alat Keseluruhan yang Dibuat Tampak Samping Gambar Gambar Alat Keseluruhan yang Dibuat Tampak Atas Gambar Gambar Alat Keseluruhan Saat Sedang Digunakan Dengan Penempatan Setrika di Atasnya ix

15 DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Spesifikasi TEG TE-MOD-5W5V-30S yang Digunakan Tabel 4.1. Hasil Pengujian TEG dengan Hambatan yang Divariasikan x

16 DAFTAR ISTILAH DC IC LED TEG Direct Current Integrated Circuit Light Emitting Dioda Thermoelectric Generator xi