RANCANG BANGUN ENERGI TERBARUKAN DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI PANAS DARI KONDENSOR MESIN PENDINGIN

Transkripsi

1 RANCANG BANGUN ENERGI TERBARUKAN DENGAN MEMANFAATKAN ENERGI PANAS DARI KONDENSOR MESIN PENDINGIN Muhammad Gilang Satria* Prodi Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Pancasila* Abstrak Teknologi termoelektrik merupakan teknologi yang memanfaatkan konversi perbedaan temperatur menghasilkan sebuah beda tegangan, ataupun sebaliknya dari sumber tegangan menghasilkan beda temperatur. Untuk menghasilkan sebuah listrik, komponen termoelektrik cukup diletakan dalam suatu rangkaian yang menghubungkan sumber panas dan dingin, semakin besar beda temperatur pada sistem semakin besar pula tegangan yang dihasilkan. Besar kecilnya suatu tegangan yang dihasilkan dipengaruhi juga oleh jenis bahan yang digunakan. Efek termoelektrik dipengaruhi oleh beberapa efek yaitu efek Seebeck, efek Peltier, dan efek Thompson. Pada praktikum kali ini kita akan mengamati efek-efek tersebut dan menentukan koefisien seebeck pada sistem-sistem tersebut. Percobaan dilakukan dengan melakukan percobaan sesuai pada metoda percobaan. Berdasarkan hasil percobaan didapatkan koefisien Seebeck sebesar 0,00265 V/K. Kata kunci :Termoelektrik, efek Seebeck, efek Peltier Abstract Thermoelectric technology is a technology that utilizes the conversion of temperature differences generate a voltage difference, or otherwise of a voltage source produces a temperature difference. To generate an electric, thermoelectric components sufficiently placed in a circuit that connects a source of heat and cold, the greater the temperature difference on the system the greater the voltage generated. The size of a voltage generated is also influenced by the type of material used. The thermoelectric effect is influenced by several effects, namely the Seebeck effect, Peltier effect, and the effect of Thompson. In the lab this time we will observe these effects and determine the Seebeck coefficient on those systems. Experiments carried out by experimenting according to the experimental method. Based on the experimental results obtained Seebeck coefficient of V / K. Keywords :Thermoelectric, Seebeck Effect, Peltier Effect I PENDAHULUAN Pemanasan global adalah suatu proses meningkatnya suhu rata-rata atmosfer, laut, dan daratan bumi. Meningkatnya suhu global diperkirakan akan terjadi perubahanperubahan yang lain seperti, naiknya permukaan air laut, meningkatnya intensitas fenomena cuaca yang ekstrim, serta perubahan jumlah dan pola presipitasi. Akibat pemanasan global yang lain adalah terpengaruhnya hasil pertanian, hilangnya gletser, dan punahnya berbagai jenis hewan. Akibat pemanasan global tersebut disebabkan oleh efek rumah kaca, pembuangan bahan bakar kendaraan bermotor, alih fungsi lahan dan pembabatan hutan, sampah, serta bidang industri.kemajuan teknologi pada masa sekarang ini bukanlah merupakan hal yang dapat disanggah lagi.kemajuan teknologi khususnya kemajuan teknologi elektronika semakin lama semakin menggiring manusia dalam berbagai kemudahan. Diantaranya kemudahan berkomunikasi, kemudahan penggunaan alat rumah tangga, kemudahan penggunaan alat-alat listrik, dan sebagainya.jika kita bandingkan dengan teknologi masa lalu, semakin kedepan teknologi selalu menawarkan hal yang semakin praktis.seiring degan kemajuan teknologi di era modern ini, penyebab terjadinya pemanasan global dapat dimanfaatkan untuk kepentingan masyarakat, yaitu energi listrik.kebutuhan energi listrik saat ini berbanding terbalik dengan pasokan energi listrik yang 152

2 Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 5 No. 3 dihasilkan. Diperlukan inovasi energi listrik agar keseimbangan dapat tercapai.salah satunya energi listrik tenaga panas mesin. Tugas akhir ini dibuat untuk memanfaatkan energi panas yang dihasilkan oleh mesin yang akan dikonversi menjadi energi listrik dengan metoda termoelektrik. Hasil tegangan keluaran termoelektrik selanjutnya digunakan untuk penerangan lampu dan membuat kipas dc berputar.latar belakang lain dalam penelitian ini adalah ide untuk pemanfaatan penyebab dari pemanasan global dengan cara perubahan energi panas menjadi energi listrik. Sehingga pasokan listrik yang diperlukan tidak hanya bergantung kepada PLN yang akhir-akhir ini mengalami kendala dalam pasokan energi listrik. II METODOLOGI PENELITIAN a. Tempat dan waktu Uji coba alat Tempat Pelaksanaan Proyek Tugas Akhir, dilakukan dirumah dan di bengkel (bengkel teknik mesin dan teknik elektronika). Sehingga penulis akan lebih mudah dalam proses pembuatannya.. b. Perancangan Alat termoelektrik Teknik penggunaan modul termoelektrik setidaknya harus dilengkapi dengan beberapa komponen lain, yaitu: DC Power Supply, heatsink dan kipas (fan). Kemudian Thermal Interface Material juga diperlukan ketika meletakkan modul termoelektrik di heatsink. Gambar 1 Rangkaian Seri dari termoelektrik c. Perancangan Bahan Penyerapan Energi Panas Pembangkit Listrik Saluran udara panas berfungsi sebagai sumber energi panas yang dihasilkan dari kondensor mesin pendingin, maka dari itu saluran udara harus keringagar dapat menjaga kelembapan atau uap air yang dihasilkan oleh udara panas tersebut dan dapat memindahkan kalor dari dan ke fluida kerja. Biasanya berbentuk plat yang terbuat dari tembaga atau alumunium. Material pada plat memiliki nilai konduktivitas termal yang tinggi yang dapat menyerap dan menyalurkan panas dengan baik dan cepat. Pemilihan material dari saluran udara tergantung dari banyak faktor yaitu: 1) kompabilitas dengan fluida kerja serta lingkungan luar, 2) rasio kekuatan dengan massa material, 3) konduktivitas termal, 4) kemudahan fabrikasiseperti kemudahan untuk memotong plat, machineability, presisi pola untuk wadah termoelektrik. 5) kemampuan bekerja dalam kondisi panas konstan. d. Langkah - langkah Pelaksanaan Pembuatan 1) Memotong alumunium sesuai dengan ukuran yang telah dihitung. Bor disetiap sisi sisi alumunium sebagai pengikat dengan triplek dan asbes. Alumunium ini berfungsi sebagai penyerap udara panas dan menyimpan udara panas. 2) Pemasangan pada saluran udara dengan menggunakan kait kawat yang dipasangkan pada AC outdoor. 3) Pemasangan penyekat tengah dengan menggunakan triplek yang memiliki ketebalan 5 mm serta asbes dengan ketebalan yang sama, triplek ini berfungsi sebagai pencegah udara atau aliran panas dari alumunium yang mengalir dan sisi panas ke sisi dingin. 4) Pemasangan termoelektrik TEC pada plat aluminium penyerap panas dan pada heatsink. Oleskan thermal pasta di sisi panas modul termoelektrik. panas ditunjukkan oleh sisi yang tidak tertulis apa-apa. Sebenarnya sisi panas dan dingin dari sebuah modul termoelektrik bisa di ubah jika arusnya dibalik. Namun, dalam hal ini, standar kabel merah untuk kutub positif dan hitam untuk negatif digunakan untuk pemasangan kabel.letakkan modul termoelektrik yang sudah diolesi thermal pasta pada heatsink 153

3 III LANDASAN TEORI a. Efek Seebeck Efek seebeck merupakan fenomena yang mengubah perbedaan temperatur menjadi energi listrik. Jika ada dua bahan yang berbeda yang kemudian kedua ujungnya disambungkan satu sama lain maka akan terjadi dua sambungan dalam satu loop. Jika terjadi perbedaan temperatur diantara kedua sambunga ini, maka akan terjadi arus listrik akan terjadi. Koefisien seebeck dirumuskan sebagai berikut: Keterangan : S = Koefisien Seebeck[V/K] V=Beda Potensial [V] T=Perbedaan Temperatur [K] b. Efek Peltier Kebalikan dari dari efek Seebeck, yaitu jika dua logam yang berbeda disambungkan kemudian arus listrik dialirakan pada sambungan tersebut, maka akan terjadi fenomena pompa kalor. Persamaan dari efek Peltier adalah sebagai berikut: Keterangan: = Koefisien Peltier [Volt] q = Laju perpindahan panas [Watt] I = Arus [Ampere] c. Efek Thomson Pada tahun 1854, seorang berkebangsaan Inggris yang bernama William Thomson mengemukakan hasil penelitiannya bahwa terdapat penyerapan atau pengeluaran panas bolak-balik dalam konduktor homogen mengenai perbedaan panas dan perbedaan listrik secara simultan. Koefisien Thomson dapat dinyatakan sebagaimana berikut: Keterangan: = KoefisienThomson [Volt/K] q = Laju perpindahan panas [Watt] I = Arus[Ampere] = Perbedaan temperatur [K] d. Peredam Panas (Heatsink) Peredam panas yang optimal akan meningkatkan koefisien perfomansi dari sistem pendingin termoelektrik. Hal ini dapat dilakukan dengan memaksimalkan luas permukaan atau menggunakan peredam panas yang mempunyai kapasitas penyimpanan kalor yang besar sehingga dapat menjaga peredam panas pada temperatur rendah. Peredam panas plat bersirip banyak digunakan untuk meningkatkan pelepasan panas pada komponen mikroelektronik dan komponen elektronik penghasil panas lainnya. Plat bersirip peredam panas berfungsi untuk menurunkan tahanan termal dan temperatur operasi komponen. e. Perpindahan kalor secara konduksi Keterangan: = Laju perpindahan kalor [Watt] (T1-T2) = Gradien suhu ke arah perpindahan kalor [ o C/m] k=koefisien termal bahan [W/m. o C] Ac = Luas benda [m²] l = Tebal benda [m] f. Perpindahan kalor secara konveksi dirumuskan sebagai berikut: = Keterangan : = Laju perpindahan kalor [Watt] Ts = Suhu permukaan [ o C] T = Suhu fluida [ o C] A= Luas permukaan [m 2 ] g. Perpindahan kalor secara radiasi Keterangan : qrad= Laju perpindahankalor radiasi [Watt] = Emisivitas termal material. σ = Konstanta Stefan Boltzman [W/m².K 4 ] A = Luas permukaan [m²] T = Temperatur IV HASIL DAN PEMBAHASAN Beberapa hal yang harus diperhatikan saat akan melakukan proses pengujian alat pembangkit listrik dengan termoelektrik antara lain. a) Pemasangan modul termoelektrik TEC pada alat bantu uji 154

4 Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 5 No. 3 saluran udara sesuai dengan karakter tiap sisi termoelektrik, sisi panas bertemu dengan ruang saluran udara, serta sisi dingin bertemu dengan heatsink pendingin. b) Pada permukaan termoelektrik harus dipastikan tidak ada celah dengan sisi dingin termoelektrik, sehingga perpindahan kalor yang terjadi berlangsung secara lebih efisien. Penggunaan termal paste pada permukaan yang saling bersentuhan agar perpindahan kalor berlangsung lebih baik. c) Kabel pada termoelektrik dilapisi dengan isolator termal agar radiasi panas ataupun konduksi yang terjadi tidak menghanguskan atau mempengaruhi kinerja dari kabel pada termoelektrik yang digunakan. d) Pemasangan termoelektrik pada titik yang akan diukur dipastikan akurasinya dengan mengambil titik kontak pertama pada termoelektrik dengan permukaan yang diukur tempraturnya. e) Memastikan instalasi rangkaian pada termoelektrik yang digunakan terangkai dengan baik, adanya kesalahan pada rangkaian dapat menyebabkan terjadinya arus pendek yang menyebabkan kebakaran. f) Memastikan performa dari termoelektrik yang digunakan sebelum melakukan pengujian, apakah masih dapat berfungsi dengan baik atau tidak, cara untuk memastikan antara lain dengan menghubungkan tiap-tiap termoelektrik dengan power supply untuk diuji apakah arus listrik yang mengalir pada termoelektrik masih cukup besar atau tidak, biasanya dengan tegangan 1.5V, arus yang didapatkan pada termoelektrik yang berfungsi baik berkisar diantara 0,3 0,5 ampere. e. Variasi Pengujian Termoelektrik 1) Variasi tegangan yang diberikan dari voltage regulator. Variasi tegangan dilakukan dengan tujuan untuk melihat pengaruh perbedaan tegangan yang diberikan voltage regulator pada heater sehingga suhu ruang saluran berubah serta pengaruhnya terhadap keluaran tegangan yang dihasil oleh termoelektrik adapun variasi yang diujikan adalah dengan memberikan tegangan 160 Volt, 190 Volt dan 220 Volt. 2) Perbandingan dengan menggunakan heatsink single dan heatsink double pada sisi dingin termoelektrik. Perbandingan dilakukan untuk membandingkan suhu pada heatsink tersebut dalam melepas kalor yang dialirkan oleh sisi panas termoelektrik, Karena pada heatsink ini harus selalu dingin agar tegangan menjadi tinggi yang diakibatkan dari perbedaan suhu panas dan dingin. 1. Hasil dan Analisis PengujianAlat Pembangkit a. Pengujian pada outdoor ACPengujian alat termoelektrik generator (pembangkit termoelektrik). Dilakukan dengan melakukan variasi pada tegangan voltage regulator yang diberikan kepada heater, variasi ini untuk memodelkan variasi temperatur yang dihasilkan pada kondensor outdoor AC, baik pada saat putaran beban sedikit dengan kata lain bahwa orang yang berada di dalam ruangan sedikit. Pengujian dilakukan sampai mendapatkan temperatur yang stabil. Pengukuran Langusng Udara Panas KondensorAC. Dapat disimpulkan, pengukuran termoelektrik dengan menggunakan panas dari kondensor AC didapatkan daya sebagai berikut : Dimana: = Daya (Watt) = Hambatan (Ohm) = Tegangan (Volt) I = Kuat Arus (Ampere) Dimana tegangan yang didapatkan sebesar 10 Volt dan memakai hambatan sebesar 56 ohm (lampu LED), dapat dihitung : ; ; 155

5 a. Pengujian alat Termoelektrik Generator Tabel 1 Pengujian Pemberian TeganganInputVoltage Regulator 160 Volt Panas Tegangan 160 V Panas Tabel 2 Pengujian Pemberian TeganganInput Voltage Regulator 190 Volt Panas Tegangan 190 V Tabel 3 Pengujian Pemberian TeganganInput Voltage Regulator 220 Volt Panas Tegangan 220 V b. Analisa hasil pengujian alat Termoelektrik Pembangkit Tegangan V O L T Tabel 4 Data Perubahan Tegangan Tiap TemperaturPada Termoelektrik Sel Termoele ktrik Temperatur ( o C) T T T T T T T T T T

6 Jurnal Ilmiah TEKNOBIZ Vol. 5 No. 3 Pengujian alat dilakukan sampai data yang didapatkan cenderung stabil dan tidak mengalami kenaikan atau penurunan temperatur yang tegangan, yang temperatur pada heater akan mencapai titik puncak tertentu yang bergantung dari tegangan yang diberikan melalui voltage regulator. Apabila titik temperatur puncak pada heater tercapai, temperatur sisi panas yang diterima oleh masing-masing komponentermoelektrik juga akan mengalami stagnansi, dengan tidak meningkatnya temperatur pada sisi panas, maka pembuangan kalor pada sisi dingin juga tidak lagi mengalami peningkatan / menjadi stabil, sehingga dicapai temperatur keseluruhan yang stabil. Pengukuran termoelektrik dengan menggunakan panas dari heater didapatkan daya sebagai berikut : = Daya (Watt) = Hambatan (Ohm) = Tegangan (Volt) = Kuat Arus (Ampere) Dimana tegangan yang didapatkan sebesar 10 Volt dan memakai hambatan sebesar 56 ohm (lampu LED), dapat dihitung : ; ; c. Perhitungan Teoritis Dengan menggunakan data yang ada, yaitu perbedaan temperatur sisi dingin dan sisi panas besarnya tegangan yang didapat, dapat dihitung koefisien seebeck Sebagai berikut; Dimana S adalah koefisien seebeck yang di cari, dengan V sebagai tegangan yang didapatkan, serta T sebagai perbedaan temperatur antara sisi panas dan sisi dingin. Kemudian dengan mengetahui koefisien seebeck kita dapat menghitung figure of Merit (Z) Dimana Z : Dengan Z sebagai figure of merit, sebagai koefisien Seebeck, konduktivitas listrik termoelektrik dan k sebagai konduktivitas termal material termoelektrik. Semakin besar nilai Z pada pengujian, maka nilai efisien termodinamika dari modul termoelektrik yang dijalankan semakin baik nilainya. Namun yang menjadi masalah selama ini dalam pengembangan pemanfaatan pembangkit termoelektrik adalah efisien termalnya yang rendah, hanya berkisar 4% V KESIMPULAN dan SARAN 5.1 Kesimpulan Berdasarkan hasil pengolahan data yang ada serta analisa dari data yang didapatkan maka dalam penelitian ini dapat disimpulkan : 1) Termoelektrik dapat dimanfaatkan untuk menghasilkan energi listrik dari energi sisa panas buang berbagai sumber panas, misalkan dari sisa panas buang kondensor AC outdoor, kendaraan bermotor, kompor listrik, pemanas air, dll, dengan catatan instalasi alat harus diperhatikan dengan baik karena pada setiap sumber panas yang akan dimanfaatkan akan berbeda instalasi alatnya. 2) Dalam simulasi yang pertama dilakukan pada penelitian memakai panas dari heater ini didapatkan tegangan maksimal sebesar 13 V dengan susunan rangkaian seri 10 buah modul termoelektrik. Dengan daya yang dihasilkan sebesar 3.01 watt dengan menggunakan resistor 56 ohm (lampu LED)sebagai beban. 3) Simulasi kedua yang dilakukan pada penelitian memakai panas dari kondensor AC ini didapatkan tegangan maksimal sebesar 10 V pada suhu kondensor 50 o C dengan susunan rangkaian seri 10 buah modul termoelektrik. Dengan daya yang dihasilkan sebesar 1.78 watt dengan menggunakan resistor 56 ohm (lampu LED)sebagai beban. 4) Tingkat presisi instalasi alat pengujian akan sangat berpengaruh pada tegangan keluaran yang dihasilkan, begitu juga dengan instalasi pengukuran yang akan digunakan pada alat pengujian, akan sangat berperan dalam menentukan validnya data yang diambil atau tidak. 157

7 5) Proses pendinginan pada termolektrik pembangkit ini akan sangat menentukan besarnya tegangan yang dihasilkan, karena semakin besar delta T yang dihasilkan semakin besar tegangan keluaran yang didapatkan. 5.2 Saran Dalam penelitian berikutnya, dapat digunakan alternatif lain untuk mendinginkan sisi dingin dari termoelektrik, seperti misalnya penggunaan waterblock, pipa kondensor yang berisi nitrogen cair ataupun alat penukar kalor lainnya. Karena semakin besar jarak/range perbedaan suhu yang dihasilkan dari sisi panas dan sisi pendingin termoelektrik tersebut maka semakin besar daya yang dihasilkan. DAFTAR PUSTAKA 1) F. Keith dan A. Priyono, Prinsip- Prinsip Perpindahan Panas, ed.3, Jakarta, Indonesia: Erlangga, ) R. Wirawan, Analisa penggunaan heat pipe pada thermoelectric generator, Skripsi, Fakultas Teknik, Universitas Indonesia, ) Lyneykin and S. Ben-Yaakov, Modeling and analysis of thermoelectric modules, Power Electronics Laboratory, Department of Electrical and Computer Engineering, Ben-Gurion University of the Negev. 4) Paryatmo, W., Perpindahan Kalor dan Massa-Teori Dasar dan Aplikasi, Engineering Clinics, ) Holman, J.P., Heat Transfer, McGraw-Hill Book Co, ) S. L. Soo, Direct Energy Conversion, London, UK: Prentice Hall, ) Danusugondho, H. Hoesin, dan I. B. A. Putra, Dasar-Dasar Teknik Tata Udara 2, Jakarta, Indonesia: Depdikbud Dikmenjur,