KOLABORASI KIPAS ANGIN DENGAN ELEMEN PELTIER UNTUK MENDAPATKAN UDARA SEJUK MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER Atmega8535 SKRIPSI MUHAMMAD ABRAL

Transkripsi

1 KOLABORASI KIPAS ANGIN DENGAN ELEMEN PELTIER UNTUK MENDAPATKAN UDARA SEJUK MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER Atmega8535 SKRIPSI MUHAMMAD ABRAL DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

2 KOLABORASI KIPAS ANGIN DENGAN ELEMEN PELTIER UNTUK MENDAPATKAN UDARA SEJUK MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER Atmega8535 SKRIPSI Diajukan untuk melengkapi tugas dan memenuhi syarat mencapai gelar Sarjana Sains MUHAMMAD ABRAL DEPARTEMEN FISIKA FAKULTAS MATEMATIKA DAN ILMU PENGETAHUAN ALAM UNIVERSITAS SUMATERA UTARA MEDAN 2016

3 LEMBAR PERSETUJUAN Judul : Kolaborasi Kipas Angin Dengan Elemen Peltier Untuk Mendapatkan Udara Sejuk Menggunakan Mikrokontroller Atmega 8535 Kategori : Skripsi Nama : Muhammad Abral Nim : Program Studi : Fisika Ekstensi Departemen : Fisika Fakultas : Matematika Dan Ilmu Pengetahuan Alam Diluluskan di Medan, Agustus 2016 Disetujui Oleh Departemen Fisika FMIPA USU Ketua, Pembimbing, Dr. Marhaposan Situmorang Drs. Kurnia Brahmana,M.Si NIP NIP ii

4 PERNYATAAN KOLABORASI KIPAS ANGIN DENGAN ELEMEN PELTIER UNTUK MENDAPATKAN UDARA SEJUK DENGAN MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ATMEGA8535 SKRIPSI Saya mengakui bahwa skripsi ini adalah hasil kerja saya sendiri, kecuali beberapa kutipan dan ringkasan yang masing-masing disebutkan sumbernya. Medan, Agustus 2016 MUHAMMAD ABRAL iii

5 KATA PENGANTAR Puji syukur penulis ucapkan kehadirat Allah SWT atas rahmat-nya akhirnya skripsi dengan judul Kolaborasi Kipas Angin Dengan Elemen Peltier Untuk Mendapatkan Udara Sejuk Menggunakan Mikrokontroller Atmega 8535 dapat diselesaikan. Skripsi ini merupakan satu persyaratan guna menyelesaikan pendidikan untuk meraih gelar Sarjana Sains di Departemen Fisika Universitas Sumatera Utara. Atas bantuan serta dorongan yang telah diberikan penulis mengucapkan terima kasih kepada Bapak Drs. Kurnia Brahmana,M.Si. selaku dosen pembimbing yang dengan sabar membimbing dan memberikan arahan hingga terselesainya skripsi ini, dan juga Bapak Dr. Marhaposan Situmorang selaku ketua departemen Fisika, serta kepada seluruh staff pengajar di Departemen Fisika yang telah memberikan bekal pengetahuan kepada penulis hingga akhir studi. Pada kesempatan ini penulis mengucapkan terima kasih kepada kedua orang tua tercinta dan abang Al Azmi,SE atas didikan, nasehat dan doa selama ini kepada penulis, dan juga kepada rekan-rekan yang ada di Departemen Fisika Ekstensi stambuk 2014khususnya Junita M Sinambela, Putri Puspita Sari, Prima Ayuni, Juli Suhartika terima kasih atas bantuannya. Penulis mengharapkan koreksi dari pembaca yang sifatnya membangun kearah satu penyempurnaan. Akhir kata penulis mengucapkan terima kasih, semoga skripsi ini bermanfaat bagi kita semua. Medan, Agustus 2016 Penulis, Muhammad Abral NIM iv

6 KOLABORASI KIPAS ANGIN DENGAN ELEMEN PELTIER UNTUK MENDAPATKAN UDARA SEJUK DENGAN MENGGUNAKAN MIKROKONTROLLER ATMEGA 8535 ABSTRAK Sistem pendingin ruangan yang umum digunakan sekarang adalah Air Conditioner (AC), yang manapenggunaan zat kimia seperti gas freon atau zat refrigran tidak ramah lingkungan dapat merusak lapisan ozon di atmosfer bumi yang berdampak terhadap pemanasan global. Oleh karena itu, diperlukan alternatif/terobosan baru dari sistem pendingin yang tidak menggunakan zat kimia sehingga ramah lingkungan yaitu menggunakan modul pendingin Thermo Electric Cooler (TEC) yang memanfaatkan sisidingin pada Thermo Electric Cooler (TEC). Thermo Electric Cooler (TEC) ketika disupply tegangan DC (arus searah) salah satu sisi akan menjadi panas, sementara sisi satunya akan menjadi dingin, untuk memaksimalkan proses pendinginan, maka sisi panas Thermo Electric Cooler (TEC) harus diturunkan serendah mungkin dengan menggunakan kipas(fan), heat sink dan Thermal pasta(thermal grease). Dimensi ruangan yang didinginkan Panjang 20 cm, Lebar 20 cm dan Tinggi 20 cm. Jumlah ThermoElectric Cooler (TEC) 2 buah bertegangan 12 volt, arus 6 Ampere, dimensi 40 x 40 mm dan tebal 3 mm. Thermo Electric Cooler (TEC) disusun secara paraler dan kelistrikan disusun secara seri. Jumlah kipas(fan) 2 buah (2 buah kipas sisi panas dan 1 buah kipas sisi dingin) dan komponen sistem pendingin ruangan ini meliputi Power supply, Thermo Electric Cooler (TEC), Heat sink, Kipas(fan), Junction terminal, Sterofoam/Isolator dan Thermal pasta(thermal grease). Sistem pendingin ini membutuhkan daya 277,2 Watt. Pengerjaan pada sistem pendingin ruangan ini meliputi proses perancangan desain alat, pemilihan material, perakitan komponen, perakitan kelistrikan dan memasang unit sistem pendingin dengan ruang pendingin. Setelah tahap pemasangan komponen selesai maka dilakukan tahap pengujian. Pengujian kedua kipas menghembuskan udara ke arah heat sink sisi panas didapat hasil 24,6 0 C dan pengujian kedua kipas menarik udara panas dari heat sink sisi panas didapat hasil 24,8 0 C pengujian dilakukan selama 30 menit dengan temperatur awal ruangan 30,8 0 C, semakin lama proses pendinginan, maka semakin optimal suhu ruanganyang didinginkan, untuk pengembangan Thermo Electric Cooler (TEC) pada sistem pendingin ruanganselanjutnya bisa difokuskan menurunkan panas serendah mungkin pada heat sink sisi panas. Hasilpengujian menghasilkan suhu ruangan sesuai dengan yang diinginkan, maka pembuatan alat sistempendingin berhasil dibuat dan siap digunakan sebagai alat pendingin ruangan yang efektif, efisien danramah lingkungan. Kata Kunci: Air Conditioner (AC), Thermo Electric Cooler (TEC), komponen sistem pendingin. v

7 COLLABORATION WITH FAN PELTIER ELEMENT COOL AIR TO OBTAIN BY USING MICROCONTROLLER ATMEGA 8535 ABTRACT Air conditioning systems commonly used today is the Air Conditioning (AC), in which the use ofchemical substances such as freon gas or environmentally unfriendly substances refrigran can damage the ozone layer in the earth's atmosphere that have an impact on global warming. Therefore, needed alternative/new breakthrough of the cooling system that does not use chemicals that are environmentally friendly using cooling module Thermo Electric Cooler (TEC) which utilizes the cold side of the Thermo Electric Cooler (TEC). Thermo Electric Cooler (TEC) when the supply voltage of the DC (direct current) one side will be hot, while the other side would be cool, to maximize the cooling process, the hot side Thermo Electric Cooler (TEC) should be lowered as low as possible by using a fan, heat sink and thermal paste (thermal grease). A refrigerated room dimensions Length 20cm, width 20 cm and 20 cm High. Number of Thermo Electric Cooler (TEC) 8 pieces of voltage 12 volt, 6 Ampere current, dimensions 40 x 40 mm and 4 mm thick. Thermo Electric Cooler (TEC) are arranged in parallel and electricity are arranged in series. Number of fan 3 pieces (2 pieces fan hot side and 1 fan cool side) and components of air conditioning systems include power supply, Thermo Electric Cooler (TEC), heat sink, fan, Junction terminal, Sterofoam/isolator and Thermal paste (thermal grease). This cooling system requires power Watt. Work on this air conditioning system includes process design tool design, material selection. Kata Kunci : Air Conditioner ( AC ), Thermo Listrik Cooler ( TEC ), Komponen Sistem pendingin. vi

8 DAFTAR ISI Persetujuan Pernyataan Penghargaan Abstrak Abstract Daftar isi Daftar Tabel Daftar Gambar Halaman ii iii iv v vi vii ix x BAB 1 PENDAHULUAN Latar Belakang Rumusan Masalah Batasan Masalah Tujuan Penelitian Manfaat Penelitian Metedologi Peneletian Sistematika Penulisan 5 BAB 2 TEORI DASAR Kipas Angin Pengertian Thermoelektrik Perkembangan Thermoelektrik Pendingin Thermo-Electric (TEC) Efek Peltier Prinsip Kerja Thermo-Electric (TEC) Bahan Thermo-Electric (TEC) Kontruksi Thermo-Electric (TEC) Komponen Dasar Sistem Termoelektrik Peltier Daya Guna Thermo-Electric (TEC) Aplikasi Thermoelektrik Secara Garis Besar Kalor Jenis Hubungan antara Kalor dengan Energi Listrik Perpindahan Panas Perpindahan Panas Konduksi Perpindahan Panas Konveksi Heatsink Coldsink Sensor Suhu Sensor LM Struktur Sensor LM Prinsip Kerja Sensor LM Rangkaian RS Relay dan Prinsip Kerjanya 28 vii

9 BAB 3 PERANCANGAN DAN CARA KERJA SISTEM Diagram Blok Sistem Perancangan Rangkaian Tiap Blok Perancangan Ruangan Pemasangan Peltier pada Heatsink Rangkain Sensor Suhu Rangkaian Mikrokontroller Rangkaian MOSFET Rangkaian LCD (Liquid Crystal Display) Rangkain Driver Regulator Arus Power Supplay Diagram Alir Sistem 44 BAB 4 PENGUJUAN DAN HASIL Pengujian Driver Arus Pengujian Daya Terpasang Pada Sistem Skema Pengukuran Temperatur Grafik Analisa Pengujian Temperatur Selama 60 Menit Pengujian Sistem Radiator Ruangan Analisa Grafik Sistem Radiator Ruangan 56 BAB 5 KESIMPULAN DAN SARAN Kesimpulan Saran 59 DAFTAR REFERENSI 60 LAMPIRAN viii

10 DAFTAR TABEL Halaman Tabel 4.1 Pengujian Driver Regulator Arus 46 Tabel 4.2 Daya Terpasang 47 Tabel 4.3 Pengujian Temperatur Selama 60 Menit 49 Tabel 4.4 Hasil Pengujian Sistem Radiator Ruangan Kipas Menghembus Udara Panas pada Heatsink 53 Tabel 4.5 Hasil Pengujian Sistem Radiator Ruangan Kipas Menarik Udara Panas pada Heatsink 55 ix

11 DAFTAR GAMBAR Halaman Gambar 2.1 Bentuk peltier 9 Gambar 2.2 Penampang Thermo-Electric 12 Gambar 2.3 Proses Perpindahan Panas 12 Gambar 2.4Susun dasar pendingin termoelektrik peltier cooler 14 Gambar 2.5 Ukuran Thermo-Electric 15 Gambar 2.6 Susunan sistem termoelektrik 16 Gambar 2.7 Jenis Heatsink 20 Gambar 2.8 Coldsink aluminium 22 Gambar 2.9 Sensor Suhu LM35 24 Gambar 2.10 Rangkaian dasar sensor suhu LM35-DZ 25 Gambar 2.11 Rangkaian RS Gambar 2.12 Bentuk dan simbol relay 29 Gambar 3.1 Diagram Blok Sistem 30 Gambar 3.2 Diagram Blok System mekanik alat 32 Gambar 3.3 Pemasangan peltier pada heatsink 34 Gambar 3.4 Rangkain Sensor Suhu Pada Pendingin Peltier 35 Gambar 3.5 Rangkain Mikrokontroller Atmega Gambar 3.6 Rangkain MOSFET 38 Gambar 3.7 Rangkain LCD 39 Gambar 3.8 Rangkaian Driver Regulator Arus 40 Gambar 3.9 Power Supplay 42 Gambar 3.10 Diagram Alir Sistem 44 Gambar 4.1 Sistem Pengujian Regulator Arus 45 Gambar 4.2 Skema Pengukuran Daya Terpasang 46 Gambar 4.3 Skema Pengukuran Suhu 48 Gambar 4.4 Grafik Pengujian Temperatur Ruangan 51 Gambar 4.5. Grafik pengujian kedua kipas menghembuskan udara ke arah heat sink sisi panas dan kedua kipas menarik udara panas dari heat sink sisi panas 56 x