kajian karakteristik modul termoelektrik untuk sistem

KAJIAN KARAKTERISTIK MODUL TERMOELEKTRIK
UNTUK SISTEM PENYIMPANAN DINGIN
Oleh:
DWI HANDAYANI OKTORINA
F14102117
2006
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
DWI HANDAYANI OKTORINA. F14102117. Kajian Karakteristik Modul
Termoelektrik untuk Sistem Penyimpanan Dingin. Di bawah bimbingan:
Armansyah H. Tambunan dan Leopold O. Nelwan. 2006
RINGKASAN
Teknologi termoelektrik merupakan salah satu teknologi refrigerator tanpa
menggunakan kompresor dan refrigeran. Sistem refrigerasi ini bekerja dengan
mengkonversikan energi lisrik untuk menghasilkan dingin (termoelektrik
refrigerator).
Termoelektrik refrigerator memanfaatkan efek Peltier yangmenyebutkan
bahwa bila dua buah metal atau bahan semi konduktor yang berbeda dihubungkan
dan dialiri arus, maka akan terjadi perbedaan suhu. Kemudian modul
termoelektrik akan menyerap panas yang ada disekitarnya pada satu sisi dan
melepasnya pada sisi yang lain.
Menurut Tambunan (2000), jika arus dilewatkan melalui suatu termokopel
maka akan terjadi lima efek termoelektrik yang terdiri dari efek Seebeck, efek
Peltier, efek Joulean, efek Thomson, dan efek konduksi panas. Kelima efek
tersebut akan timbul bersama-sama pada saat sistem termoelektrik berlangsung.
Penelitian ini bertujuan untuk mengkaji karakteristik modul termoelektrik
untuk sistem penyimpanan dingin dengan menggunakan modul tipe TEC1-12706.
Kajian karakteristik bahan meliputi kesesuaian bahan-bahan yang
digunakan dalam pembuatan modul termoelektrik. Kesesuaian bahan ini terutama
ditentukan oleh nilai figure of merit (Z). Besarnya nilai Z ini bergantung pada
jenis bahan seperti yang biasa digunakan antara lain Bishmut Tellurium (B2Te3),
Plumbum Tellurium (PbTe), Silicon Germanium (SiGe), dan Sb2T3. Semakin
besar nilai Z, performansi dari modul akan semakin baik. Untuk meningkatkan
nilai Z, bahan yang digunakan harus mempunyai nilai koefisien Seebeck (αpn)
yang besar, nilai tahanan jenis listrik (ρ) yang kecil, dan nilai konduktivitas panas
(k) yang kecil pula. Besarnya nilai koefisien Seebeck (αpn) rata-rata untuk 3 modul
yang digunakan dalam pengujian adalah 3.59E-04 V/K, nilai tahanan jenis
listriknya (ρp + ρn) sebesar 5.45E-06 Ωm, dan nilai konduktivitas panasnya (kp +
kn) adalah 13.21 W/mK, sedangkan nilai figure of merit (Z) rata-ratanya adalah
sebesar 1.79E-03.
Nilai Coefficient of Performance (COP) selain dipengaruhi oleh besarnya
nilai kerja listrik (Pmasukan) juga dipengaruhi oleh besarnya kapasitas pendinginan
yang dapat dilakukan oleh modul, sedangkan nilai kapasitas pendinginan tersebut
sangat dipengaruhi oleh besarnya arus (I) yang mengalir pada modul, suhu pada
terminal dingin (Td), dan perbedaan suhu antara terminal dingin dan terminal
panas (∆T). Besarnya nilai arus rata-rata yang didapat adalah 8.66 A dengan
tegangan rata rata sebesar 10.13 V. Dengan demikian, daya yang dipakai oleh
modul termoeletrik rata-rata dalam kerjanya adalah sebesar 87.73 W. Besarnya
nilai kapasitas pendinginan (Qo) rata-rata pada tiga kali pengujian adalah sebesar
49.13 W, sedangkan besarnya nilai kerja listrik rata-rata adalah sebesar 195.65 W,
sehingga nilai COP rata-rata untuk 3 modul adalah sebesar 0.26.
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
KAJIAN KARAKTERISTIK MODUL TERMOELEKTRIK
UNTUK SISTEM PENYIMPANAN DINGIN
SKRIPSI
Sebagai salah satu syarat untuk memperoleh gelar
SARJANA TEKNOLOGI PERTANIAN
Pada Departemen Teknik Pertanian
Fakultas Teknologi Pertanian
Institut Pertanian Bogor
Oleh:
DWI HANDAYANI OKTORINA
F14102117
2006
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
BOGOR
FAKULTAS TEKNOLOGI PERTANIAN
INSTITUT PERTANIAN BOGOR
KAJIAN KARAKTERISTIK MODUL TERMOELEKTRIK
UNTUK SISTEM PENYIMPANAN DINGIN
Oleh:
Dwi Handayani Oktorina
F14102117
Dilahirkan pada tanggal 12 Oktober 1984
Di Pekalongan, Jawa Tengah
Tanggal lulus: .........................
Bogor, Agustus 2006
Disetujui oleh:
Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, M.Si
Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan
Dosen Pembimbing II
Dosen Pembimbing I
Mengetahui:
Dr. Ir. Wawan Hermawan, M.S
Ketua Departemen Teknik Pertanian
RIWAYAT HIDUP
Penulis dilahirkan di Pekalongan, Jawa Tengah pada tanggal 12 Oktober
1984. Penulis merupakan putri kedua dari dua bersaudara dari pasangan Bapak
Usman Hadi dan Ibu Siti Kudung Al Temu. Penulis mempunyai seorang kakak
yang bernama Alfiadi Teguh Kurniawan.
Pendidikan dasar diselesaikan pada tahun 1996 di SDN Panjang Wetan
05 Pekalongan, pendidikan lanjutan menengah pertama diselesaikan pada tahun
1999 di SLTP Negeri 2 Pekalongan. Kemudian penulis melanjutkan pendidikan
lanjutan menengah atas yang diselesaikan pada tahun 2002 di SMU Negeri 1
Pekalongan.
Penulis diterima sebagai mahasiswa di Institut Pertanian Bogor melalui
jalur UMPTN (Ujian Masuk Perguruan Tinggi Negeri) pada Departemen Teknik
Pertanian, Fakultas Teknologi Pertanian dan menyelesaikan pendidikan
sarjananya pada tahun 2006.
Selama menjadi mahasiswa, penulis aktif menjadi anggota Himateta
(Himpunan Mahasiswa Teknik Pertanian) dan menjadi Pengurus Himateta periode
2005-2006. Penulis melakukan kegiatan Praktek Lapang di PT. Frisian Flag
Indonesia, Ciracas – Jakarta dengan judul “Mempelajari Proses Pasteurisasi dan
Pendinginan Susu Segar (Fresh Milk) di PT. Frisian Flag Indonesia Ciracas –
Jakarta”. Selanjutnya penulis melakukan penelitian di Institut Pertanian Bogor
sebagai tugas akhir untuk memperoleh gelar sarjana dengan judul “Kajian
Karakteristik Modul Termoelektrik untuk Sistem Penyimpanan Dingin” di bawah
bimbingan Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan..
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur penulis panjatkan ke hadirat Allah SWT atas limpahan
rahmat dan karunia-Nya yang tak berkesudahan sehingga penulis dapat
menyelesaikan tugas akhir dan laporan skripsi ini dengan baik.
Penyelesaian tugas akhir ini merupakan salah satu syarat untuk
memperoleh gelar Sarjana Teknologi Pertanian di Departemen Teknik Pertanian,
Fakultas Teknologi Pertanian.
Dalam menyelesaikan penelitian dan skripsi ini penulis telah banyak
dibantu oleh beberapa pihak. Oleh karena itu, penulis mengucapkan terima kasih
yang sebesar-besarnya kepada:
1. Prof. Dr. Ir. Armansyah H. Tambunan selaku dosen pembimbing
akademik atas segala bimbingan, nasehat, arahan dan motivasi selama
masa studi, penelitian, dan penyelesaian tugas akhir.
2. Dr. Ir. Leopold O. Nelwan, M. Si sebagai dosen pembimbing II sekaligus
dosen penguji atas bimbingan,
masukan dan nasehatnya untuk
kelengkapan skripsi.
3. Dr. Ir. I Made Dewa Subrata, M.Agr selaku dosen penguji atas masukan
dan nasehatnya.
4. Hibah Penelitian Projek Due-Like.
5. Yang terkasih dan tersayang Papa, Mama dan mas Alfi atas segala doa,
nasehat, motivasi serta dukungan moril dan material kepada penulis.
6. Teman-teman sepenelitian dan seperjuangan, Windi, Jakle, Vera dan Peri
atas kebersamaan dan bantuannya selama penelitian.
7. Teman-teman di sub program studi Teknik Biosistem Pertanian dan
teman-teman TEP angkatan ’39, serta teman-teman sekandang “PIM AE
ZONE” (Nano, Miaw dan Yuli) atas dukungan, bantuan dan semangatnya
selama penulis melakukan studi dan penyusunan skripsinya.
8. Semua pihak yang tidak bisa disebutkan namanya satu persatu yang telah
membantu terlaksananya penelitian hingga tersusunnya laporan ini.
Dengan segala kerendahan hati, penulis menyadari bahwa laporan ini
masih jauh dari kekurangan karena keterbatasan pengetahuan dan pengalaman
penulis. Oleh karena itu, penulis mengharapkan saran dan kritikan sebagai bahan
perbaikan laporan ini. Penulis berharap laporan ini dapat bermanfaat bagi penulis
pribadi maupun semua pihak yang memerlukannya.
Bogor, Agustus 2006
Penulis
DAFTAR ISI
Halaman
KATA PENGANTAR ............................................................................... iv
DAFTAR ISI .............................................................................................. vi
DAFTAR TABEL
................................................................................... viii
DAFTAR GAMBAR .................................................................................. ix
DAFTAR LAMPIRAN .............................................................................. xi
DAFTAR SIMBOL .................................................................................... xii
I.
PENDAHULUAN ............................................................................. 1
A. LATAR BELAKANG ................................................................. 1
B. TUJUAN ...................................................................................... 3
II.
TINJAUAN PUSTAKA .................................................................... 4
A. EFEK TERMOELEKTRIK ......................................................... 4
B. KINERJA REFRIGERATOR TERMOELEKTRIK ................... 11
C. PENERAPAN TERMOELEKTRIK ............................................ 15
D. TINJAUAN ATAS PENELITIAN SEBELUMNYA .................. 16
III. METODE PENELITIAN ................................................................... 18
A. WAKTU DAN TEMPAT ............................................................ 18
B. BAHAN DAN ALAT .................................................................. 18
1. Modul Termoelektrik ............................................................. 18
2. Recorder ................................................................................. 19
3. Termokopel ............................................................................ 19
4. Baterai (accu) ......................................................................... 19
5. Multimeter .............................................................................. 20
6. Sirip Pendingin (heat sink) ..................................................... 20
C. PROSEDUR PERCOBAAN ........................................................ 21
D. PENGAMATAN DAN PENGUKURAN ................................... 24
1. Pengukuran Suhu ................................................................... 24
2. Pengukuran Arus .................................................................... 25
3. Pengukuran Tegangan ............................................................ 26
E. PERHITUNGAN ......................................................................... 26
1. Nilai Daya Listrik ................................................................... 26
2. Nilai Resistivitas atau Tahanan Jenis Listrik (ρp+ ρn) ............ 27
3. Nilai Figure of Merit (Z) ........................................................ 27
4. Nilai Konduktansi Panas Diantara Dua Sambungan (U) ....... 28
5. Nilai Koefisien Seebeck Pada Bahan (αpn) ............................ 28
6. Nilai Kapasitas Pendinginan (Qo) .......................................... 28
7. Nilai Panas Yang Timbul Pada Terminal Dingin (Qc) ........... 29
8. Nilai Efek Peltier (Φpn) ........................................................... 29
9. Nilai Konduktivitas Panas Pada Bahan (kp + kn) ................... 29
10. Nilai Kerja Listrik Yang Dilakukan Modul (Pmasukan) ............ 29
11. Nilai Koefisien Penampilan (COP) ........................................ 30
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN .......................................................... 32
A. KARAKTERISTIK MODUL TERMOELEKTRIK ................... 32
B. COEFFICIENT OF PERFORMANCE (COP) ............................. 40
C. FIGURE OF MERIT (Z) .............................................................. 41
D. TEGANGAN LISTRIK ................................................................ 44
V.
KESIMPULAN DAN SARAN .......................................................... 46
A. KESIMPULAN ............................................................................ 46
B. SARAN ........................................................................................ 46
DAFTAR PUSTAKA ................................................................................ 48
LAMPIRAN ............................................................................................... 50
DAFTAR TABEL
Halaman
o
Tabel 1. Koefisien Seebeck pada suhu 100 C (Culp, 1979) ................... 5
Tabel 2. Data hasil pengujian 3 modul TEC1-12706 dirangkai paralel ... 33
Tabel 3. Data hasil pengujian pada 3 kali ulangan ................................... 42
DAFTAR GAMBAR
Halaman
Gambar 1. Rangkaian efek Seebeck ........................................................ 5
Gambar 2. Rangkaian efek Peltier ........................................................... 7
Gambar 3. Hubungan suhu dan parameter efisiensi berbagai material
tipe-p (Culp, 1979) ................................................................. 9
Gambar 4. Hubungan suhu dan parameter efisiensi berbagai material
tipe-n (Culp, 1979).................................................................. 9
Gambar 5. Diagram skematis fenomena termoelektrik untuk
refrigerator (Culp dan Godfrey, 1979) ................................... 10
Gambar 6. Modul termoelektrik tipe TEC1-12706 .................................. 19
Gambar 7. Hybrid recorder ..................................................................... 19
Gambar 8. Baterai (accu) N70 ................................................................. 20
Gambar 9. Digital Multimeter .................................................................. 20
Gambar 10. Sirip pendingin (heat sink) ..................................................... 21
Gambar 11. Rangkaian modul termoelektrik ............................................. 21
Gambar 12. Titik-titik pengukuran pada modul termoelektrik .................. 22
Gambar 13. Rangkaian pengukuran ........................................................... 22
Gambar 14. Diagram skematik rangkaian pengujian ................................. 23
Gambar 15. Diagram alir perhitungan ....................................................... 26
Gambar 16. Grafik hubungan suhu dengan waktu pada pengujian tanggal
14 Juli 2006 selama 90 menit dengan Tl = 32.28 oC ............. 34
Gambar 17. Grafik hubungan suhu dengan waktu pada pengujian tanggal
15 Juli 2006 selama 45 menit dengan Tl = 31.6 oC ............... 35
Gambar 18. Grafik hubungan suhu dengan waktu pada pengujian tanggal
16 Juli 2006 selama 80 menit dengan Tl = 33.48 oC ............. 35
Gambar 19. Grafik hubungan suhu dengan waktu pada pengujian tanggal
7 Agustus 2006 dengan menggunakan kontroler ................... 38
Gambar 20. Grafik hubungan suhu dengan waktu pada pengujian tanggal
8 Agustus 2006 dengan menggunakan kontroler ................... 38
Gambar 21. Grafik hubungan suhu dengan waktu pada pengujian tanggal
9 Agustus 2006 tanpa menggunakan kontroler ...................... 38
Gambar 22. Grafik hubungan suhu terminal dingin dengan nilai figure
of merit pada percobaan tanggal 14 Juli 2006 ........................ 43
Gambar 23. Grafik hubungan suhu terminal dingin dengan nilai figure
of merit pada percobaan tanggal 15 Juli 2006 ........................ 44
Gambar 24. Grafik hubungan suhu terminal dingin dengan nilai figure
of merit pada percobaan tanggal 16 Juli 2006 ........................ 44
DAFTAR LAMPIRAN
Halaman
Lampiran 1. Data percobaan dengan 3 modul termoelektrik yang
dirangkai secara paralel ........................................................ 51
Lampiran 2. Data hasil perhitungan pengukuran dengan 3 modul
termoelektrik yang dirangkai secara paralel ........................ 54
Lampiran 3. Grafik hubungan waktu dengan tegangan dan arus untuk
3 modul dirangkai secara paralel .......................................... 57
Lampiran 4. Grafik hubungan arus dengan suhu terminal dingin untuk
percobaan dengan 3 modul dirangkai paralel ....................... 58
Lampiran 5. Data percobaan dengan suplai daya dari Photo Voltaic (PV)
dan baterai untuk 3 modul termoelektrik dirangkai paralel .. 57
Lampiran 6. Hasil perhitungan data percobaan dengan suplai daya dari
Photo Voltaic (PV) dan baterai untuk 3 modul termoelektrik
dirangkai paralel ................................................................... 63
Lampiran 7. Data percobaan masing-masing modul termoelektrik ......... 67
Lampiran 8. Grafik hubungan waktu dengan suhu masing-masing modul
termoelektrik ........................................................................ 68
Lampiran 9. Grafik hubungan waktu dengan tegangan dan arus masingmasing modul ....................................................................... 69
Lampiran 10. Grafik hubungan suhu terminal dingin dengan arus masingmasing modul ....................................................................... 70
Lampiran 11. Contoh perhitungan .............................................................. 71
DAFTAR SIMBOL
Tp
= suhu sisi permukaan panas (oC)
Td
= suhu sisi permukaan dingin (oC)
Qo
= jumlah pindah panas ke permukaan dingin (Joule)
Φpn
= koefisien Peltier kaki semi konduktor tipe-p dan tipe-n (volt)
T(d atau p) = suhu sisi permukaan panas atau dingin (oC)
α pn
= koefisien Seebeck rerata kaki semi konduktor tipe-p dan tipe-n
(volt/ oC)
Q
= jumlah pindah panas ke sambungan (Joule)
Ug
= konduktansi material refrigerator (watt/ oC)
U
= konduktivitas panas material kaki semi konduktor (watt/m oC)
Up
= konduktans kaki semi konduktor tipe-p (watt/ oC)
kp
= konduktivitas panas material kaki semi konduktor tipe-p (watt/m oC)
Un
= konduktans kaki semi konduktor tipe-n (watt/ oC)
kn
= konduktivitas panas material kaki semi konduktor tipe-n (watt/m oC)
ΔT
= beda suhu (oC)
I
= arus listrik (Ampere)
m
= jumlah pasangan kaki semi konduktor tipe-p dan tipe-n atau pellets
R
= resistans material refrigerator (oC/watt)
Rp
= resistans material kaki semi konduktor tipe-p (oC/watt)
Rn
= resistans material kaki semi konduktor tipe-n (oC/watt)
ρp
= resistivitas panas material semi konduktor tipe-p (m oC/watt)
ρn
= resistivitas panas material semi konduktor tipe-n (m oC/watt)
Lp
= panjang kaki semi konduktor tipe-p (m)
Ln
= panjang kaki semi konduktor tipe-n (m)
Ap
= luas penampang melintang kaki semi konduktor tipe-p (m2)
An
= luas penampang melintang kaki semi konduktor tipe-n (m2)
I. PENDAHULUAN
A. LATAR BELAKANG
Pendinginan produk hasil pertanian adalah salah satu mata rantai
penanganan pasca panen hasil pertanian yang penting untuk mempertahankan
mutu produk, sebagai alternatif metode untuk memperpanjang masa simpan
produk. Asas dasar penyimpanan dalam suhu dingin adalah menghambat
respirasi oleh suhu rendah. Pendinginan dapat didefinisikan sebagai proses
pengkondisian udara di sekitar produk yang disimpan sehingga mencapai suhu
tertentu yang dapat menghambat proses pembusukan karena kegiatan
enzimatik dalam bahan.
Alat atau mesin yang biasa digunakan untuk pendinginan selain tipe
kompresi uap, antara lain: mesin pendingin tipe absorpsi, adsorpsi, jet uap,
dan pendinginan vakum. Salah satu jenis mesin pendingin yang umum
digunakan pada jaman sekarang adalah mesin pendingin kompresi uap. Mesin
pendingin jenis ini bekerja secara mekanik dan perpindahan panas dilakukan
dengan memanfaatkan sifat refrigeran yang berubah dari fase cair ke fase gas
(uap), kemudian ke fase cair kembali secara berulang. Refrigeran mendidih
pada suhu yang jauh lebih rendah dibandingkan air pada tekanan yang sama.
Keragaan suatu siklus pendinginan umumnya dinyatakan dalam berbagai
terminologi, seperti ton refrigerasi, koefisien tampilan, dan efisiensi
refrigerasi.
Namun penggunaan refrigeran terutama yang mengandung klor (Cl)
seperti freon atau CFC (Chlorofluorocarbon), ternyata tidak ramah
lingkungan karena senyawa chlorin termasuk bahan perusak ozon (Ozon
Depleting Substances = ODS), yaitu bahan yang dapat menyebabkan lapisan
ozon di atmosfir bumi semakin menipis (UNEP, 1992). Zat-zat tadi selain
dapat merusak lapisan ozon di atmosfer bumi, juga berdampak terhadap
pemanasan global. Selain itu, di masa mendatang pada tahun 2020
diperkirakan kebutuhan energi akan bertambah sekitar 40% dari kebutuhan
saat ini, sehingga diperlukan teknologi yang mampu menghasilkan energi
alternatif.
Teknologi termoelektrik merupakan salah satu teknologi refrigerator
(mesin pendingin) tanpa pemakaian refrigeran. Sistem refrigerasi ini bekerja
dengan mengkonversi energi panas menjadi listrik secara langsung (generator
termoelektrik), atau sebaliknya, dari listrik menghasilkan dingin (pendinginan
termoelektrik).
Prinsip termoelektrik yang dipergunakan adalah efek Peltier yang
menyatakan bahwa bila dua buah metal atau bahan semi konduktor yang
berbeda dihubungkan dan diberi arus, maka akan terdapat perbedaan suhu.
Jika material termoelektrik dialiri arus listrik, panas yang ada disekitarnya
akan diserap dan dilepaskan pada bagian yang lain. Dengan demikian, untuk
mendinginkan udara tidak diperlukan kompresor pendingin seperti halnya
mesin-mesin pendingin konvensional.
Pendingin termoelektrik (TEC, Thermoelectric Cooling) dalam bentuk
modul dengan satu stage telah terpabrikasi secara luas dalam bentuk lempeng
termoelektrik berukuran 40 x 40 mm2 atau 30 x 30 mm2. Modul dengan satu
stage mampu menghasilkan beda suhu maksimal sebesar 73 K, dua stage
dengan beda suhu maksimal 103 K, tiga stage dengan beda suhu maksimal
123 K, dan empat stage dengan beda suhu maksimal 132 K (Gromov, 2002).
Menurut Buist (1997) dan Gromov (2002), masing-masing modul dipengaruhi
oleh beda suhu maksimum, panas maksimum yang dihasilkan, arus
maksimum, dan tegangan maksimum.
Material bahan modul yang banyak dipergunakan untuk pembuatan
efek Peltier ini pada umumnya adalah semi konduktor Bismuth Tellurium
(B2Te3), Plumbum Tellurium (PbTe), Silicon Germanium (SiGe), dan Sb2T3.
Dalam penelitian ini akan dikaji masalah karakteristik bahan modul pada alat
pendingin termoelektrik, yaitu termoelektrik tipe TEC1-12706 dengan alasan
bahwa modul mudah didapat dan harga relatif murah.
Kajian karakteristik bahan meliputi kesesuaian bahan-bahan yang
digunakan dalam pembuatan modul termoelektrik. Kesesuaian bahan-bahan
ini terutama ditentukan oleh nilai figure of merit (Z). Besarnya nilai Z ini
sangat bergantung pada sifat-sifat bahan yang digunakan. Semakin besar nilai
Z, performansi termoelektrik akan semakin baik. Untuk mendapatkan nilai Z
maksimum, parameter bahan termoelektrik harus memenuhi syarat sebagai
berikut: koefisien Seebeck (S) harus besar, tahanan jenis listrik (ρ) harus kecil,
dan konduktivitas panas (k) harus kecil.
B. TUJUAN PUSTAKA
Penelitian ini bertujuan mengetahui karakteristik modul termoelektrik
untuk sistem penyimpanan dingin.
II. TINJAUAN PUSTAKA
A. EFEK TERMOELEKTRIK
Fenomena termoelektrik didasarkan kepada efek Seebeck yang
ditemukan oleh Thomas J. Seebeck pada tahun 1822, efek Peltier ditemukan
oleh J. C. A. Peltier pada tahun 1844, dan efek Thomson yang ditemukan oleh
William Thomson atau Lord Kelvin pada tahun 1854 (Culp, 1979).
Joumot (1960) menyatakan, bahwa yang dimaksudkan dengan efek
termoelektrik adalah segala fenomena yang melibatkan suatu pertukaran panas
dan gaya gerak listrik (GGL). Bila pertukaran yang terjadi hanya dapat
berlangsung satu arah saja, seperti dari GGL menjadi panas, tetapi tidak dapat
terjadi dari panas menjadi listrik, maka proses tersebut disebut proses tak
mampu balik bila pertukarannya juga dapat terjadi dalam arah kebalikannya.
Menurut Tambunan (2000), jika arus dilewatkan melalui suatu termokopel
maka akan terjadi lima efek termoelektrik yang terdiri dari efek Seebeck, efek
Peltier, efek Joulean, efek Thomson, dan efek konduksi panas. Kelima efek
tersebut akan timbul bersama-sama pada saat sistem termoelektrik
berlangsung.
Efek Seebeck menjelaskan, bahwa GGL akan timbul dalam rangkaian
dari dua buah material yang berbeda (A dan B) dirangkaikan seperti pada
Gambar 1, dan masing-masing ujungnya diletakkan pada suhu yang berbeda,
maka akan terjadi arus listrik pada rangkaian tersebut. Arus listrik tersebut
akan tetap mengalir selama dua ujung tersebut berada pada suhu yang
berbeda. Jika material A bersifat lebih positif (+) terhadap logam B, maka arus
akan mengalir dari A ke B melalui T1. Fenomena ini banyak diterapkan pada
mekanisme pengukuran suhu dengan termokopel.
Gaya Gerak Listrik (GGL) yang menghasilkan arus tersebut dikenal
dengan “GGL termal Seebeck”. Hubungan antara besar suhu dengan GGL
tersebut adalah:
E = α (Tp – Td) ............................................................ (1)
dengan:
E = tegangan termoelektrik terinduksi (Volt)
α = koefisien Seebeck atau daya termoelektrik (V/K)
Tp = suhu terminal panas (K)
Td = suhu terminal dingin (K)
A (+)
T0
T1
aliran arus
B (-)
Gambar 1. Rangkaian efek Seebeck.
Koefisien Seebeck adalah sifat material dan memberikan kecepatan
perubahan antara tegangan termoelektrik (E) dan (T) yang ditunjukkan dengan
persamaan:
α =
dE
..................................................................... .. (2)
dT
Nilai koefisien Seebeck sangat berpengaruh terhadap karakteristik
modul termoelektrik. Nilai koefisien Seebeck ini akan digunakan dalam
perhitungan nilai figure of merit (Z). Nilai koefisien Seebeck berbeda untuk
beberapa janis bahan seperti yang dicantumkan dalam tabel 1 berikut ini:
Tabel 1. Koefisien Seebeck pada suhu 100 oC (Culp, 1979)
Material
Aluminium
Besi
Konstantan
Tembaga
Platinum
Germanium
Silikon
α(μV/K)
- 0,2
+ 13,6
- 47,0
+ 3,5
- 5,2
+ 375,0
- 455,0
Koefisien Seebeck untuk logam-logam dan paduannya sangat rendah
nilainya jika dibandingkan dengan material-material semi konduktor (Tabel
1). Kombinasi besi-konstantan mempunyai koefisien Seebeck sebesar (+ 13,6)
– (- 47,0) μV/K.
Koefisien Seebeck untuk semi konduktor n – p juga tinggi dan material
tersebut umum digunakan dalam generator termoelektrik. Tegangan
termoelektrik terinduksi yang ditimbulkan dalam suatu rangkaian yang terdiri
dari dua material dapat dihitung dengan persamaan:
Tp
E =
∫ (α
Tp
a
Td
− α b )dT = ∫ α ab dT ..................................... (3)
Td
dengan:
αab = koefisien Seebeck kombinasi, ditentukan positif jika arus listrik (aliran
muatan positif) mengalir dari material A ke B pada simpangan dingin
di mana panas kombinasi ulang dilepaskan
Tp = batas suhu tinggi
Td = batas suhu rendah
Semi konduktor tipe-n, adalah jenis semi konduktor dengan atom-atom
tambahan ditambahkan ke lattice (kristal latis) yang mempunyai kelebihan 1
elektron dari yang dibutuhkan untuk memenuhi kebutuhan ikatan valensi. Jadi
material mempunyai elektron negatif ekstra di dalam lattice, meskipun
material tidak mempunyai keuntungan muatan karena adanya elektron
tersebut. Semi konduktor tipe-p, adalah jenis semi konduktor dengan atomatom tambahan yang kekurangan 1 elektron untuk ditambahkan ke lattice
memenuhi kebutuhan ikatan valensi. Hal itu menimbulkan hole (lubang)
positif terhadap lattice meskipun material tetap bermuatan netral. Dalam
konverter termoelektrik yang terbuat dari semi konduktor, keduanya
(kelebihan elektron dan lubang) berpindah ke bagian yang dingin dimana
keduanya ditumpuk dan digabungkan. Koefisien Seebeck kombinasi untuk
lattice ini, adalah αab = αpn = α-np, sehingga tegangan termoelektrik
terkonduksi:
Tp
E =
∫ (α
Td
Tp
p
− α n ) dT = ∫ α pn dT ................................... (4)
Td
dengan:
αpn = koefisien Seebeck kombinasi
Suatu proses yang didasarkan pada fenomena termoelektrik, selain
efek Seebeck sebagaimana telah dikemukakan, efek Peltier memegang
peranan penting. Jika arus dialirkan pada rangkaian dua konduktor yang
berbeda, maka akan terjadi beda suhu pada kedua ujungnya (Gambar 2). Beda
suhu tersebut terjadi karena sejumlah panas dilepas pada salah satu ujungnya
dan sejumlah panas lagi diserap pada ujung lainnya. Hal tersebut berkebalikan
dari efek Seebeck dan fenomena antara keduanya dapat dibalik, yaitu jika
aliran arus berlawanan, maka material yang tadinya dipanaskan akan
didinginkan dan yang tadinya didinginkan akan dipanaskan. Saat arus
mengalir dari logam A (+) ke logam B (-) maka akan terjadi pelepasan panas
pada T1 – ΔT, selanjutnya jika arus mengalir dari logam B (-) ke logam A (+)
akan terjadi penyerapan panas pada T1 + ΔT.
A (+)
T1 – ΔT
T1 + ΔT
aliran arus
B (-)
Gambar 2. Rangkaian efek Peltier.
Koefisisen Peltier untuk suatu rangkaian yang terdiri dari material A
dan material B ditandai dengan Φab dan didefinisikan sebagai:
Φab =
−Q
...........................................................................(5)
I ab
dengan:
- Q = jumlah perpindahan panas dari simpangan (watt)
Iab
= arus searah yang mengalir di dalam generator (ampere)
Sebagaimana koefisien Seebeck, koefisien Peltier merupakan fungsi kuat arus
terhadap suhu. Hubungannya dengan koefisien Seebeck seperti ditunjukkan
pada persamaan berikut:
Φab = T(d
dengan:
atau p)
αab = T(d atau p) (αa – αb) = -Φab ..................(6)
T(d atau p) = suhu mutlak bagian dingin (Td) atau suhu mutlak bagian panas
(Tp). Koefisien Peltier Φab bernilai positif jika panas dibangkitkan, ketika arus
searah mengalir dari material A ke B dalam simpangan.
Efek Thomson menyatakan, bahwa terdapat penyerapan atau pelapasan
secara bolak-balik dalam konduktor homogen yang terkena perbedaan panas
dan listrik secara simultan. Koefisien Thomson (τ) seperti ditunjukkan pada
persamaan berikut:
τ =
Q
ΔT ............................................................................(7)
I
dengan:
Q = jumlah perpindahan panas yang diserap konduktor ketika arus listrik
mengalir ke arah suhu yang lebih tinggi (watt)
Hubungan antara koefisien Thomson dan Seebeck seperti ditunjukkan pada
persamaan berikut:
τ =T
dα
.............................................................................(8)
dT
Koefisien bernilai positif jika material dari tipe-p dan bernilai negatif jika
material dari tipe-n. Hubungan suhu terhadap parameter efisiensi dari tipe-p
dan n seperti ditunjukkan pada Gambar 3 dan 4.
Efek Joulean, yaitu efek pembentukan panas akibat dari arus yang
mengalir karena terbentuknya GGL pada efek Seebeck. Panas Joulean yang
terbentuk sebesar:
Qj = I2 R ..............................................................................(9)
dimana:
Qj = panas Joulean (watt)
I
= arus (A)
R = total tahanan pada rangkaian (ohm)
Efek konduksi yaitu jika salah satu ujung jembatan termokopel
tersebut dipertahankan pada suhu yang lebih tinggi dari ujung lainnya, maka
akan terjadi aliran panas ke ujung yang lebih dingin. Efek ini bersifat tak
mampu balik, dan besarnya adalah:
Qk = U (Tp – Td) ..................................................................(10)
dimana:
U = koefisien panas keseluruhan (W/m2K)
Gambar 3. Hubungan suhu dan parameter efisiensi berbagai material
tipe-p (Culp, 1979).
Gambar 4. Hubungan suhu dan parameter efisiensi berbagai material
tipe-n (Culp, 1979).
Gabungan semi konduktor tipe-p dan tipe-n membentuk satu modul
termoelektrik seperti ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar 5. Diagram skematis fenomena termoelektrik untuk refrigerator
(Culp dan Godfrey, 1979).
Keseimbangan energi pada kedua sambungan panas dan dingin terdiri
dari 4 (empat) bentuk energi (Culp, 1979), yaitu:
1. ± Q, sejumlah pindah panas dari sambungan ke sekelilingnya atau
sebaliknya.
2. ± U ΔT, sejumlah pindah panas dari sambungan panas ke sambungan dingin
melalui refrigerator.
3. ± αpn I = ± T(p atau d) I α pn , sejumlsh pindah panas karena efek Peltier.
4. I2
R
2
, hamburan daya di peralatan karena pemanasan Joulean (setengah
panas yang timbul berasal dari resistans di dalam masing-masing
sambungan).
Di bagian sambungan panas, jumlah perpindahan panas Peltier adalah m Φ pn
I atau m α pn Tp I (dalam watt), dimana:
Tp
α pn =
α p − αn
∫T
Td
p
− Td
dT .............................................................(11)
R
Daya masuk ke sambungan panas sama dengan I2 2
ditambah Qa,
sedangkan daya meninggalkan sambungan panas sama dengan U ΔT ditambah
m α pn Tp I, sehingga:
Qa +
I 2R
2
= m α pn Tp I + U (Tp − Td ) .................................(12)
atau
Qa = m α pn Td I + U (Tp − Td ) −
I 2R
................................(13)
2
Panas dipindahkan dari sambungan ke sekelilingnya pada bagian sambungan
dingin sama dengan – Qo dan semua bentuk daya lain akhirnya dipindahkan ke
sambungan dingin, sehingga diperoleh persamaan:
- Qo = m α pn Td I + U (T p − Td ) +
I 2R
2
...........................(14)
B. KINERJA REFRIGERATOR TERMOELEKTRIK
Gambaran keuntungan setiap sistem refrigerator ditunjukkan dalam
koefisien kinerja (unjuk kerja atau COP, Coefficient Of Performance)
pendinginan yang didefinisikan sebagai:
COP =
Qo
Pmasukan
.....................................................................(15)
COP harus setinggi mungkin, dapat lebih besar atau lebih kecil dari satu.
Keseimbangan energi pada sambungan dingin menunjukkan, bahwa bentuk
daya masukan (Pmasukan), adalah:
1. Jumlah panas dipindahkan ke sambungan (Qo)
2. Jumlah perpindahan panas konduksi dari sambungan panas (U ΔT)
R
3. Pemanasan Joulean dalam sambungan I2 2
Nilai-nilai parameter yang dimaksud adalah:
U = m (Up + Un) .................................................................(16)
R = m (Rp + Rn) .................................................................(17)
Nilai Up, Un, Rp, dan Rn seperti ditunjukkan pada persamaan-persamaan
berikut:
Up =
Un =
Rp =
Rn =
k p Ap
Lp
...........................................................................(18)
k n An
...........................................................................(19)
Ln
ρ p Lp
Ap
ρ n Ln
An
..........................................................................(20)
...........................................................................(21)
Jumlah energi dibuang dari sambungan dingin adalah sama dengan
jumlah aliran panas Peltier m α pn Tp I, sehingga memberikan persamaan
berikut:
Qo = m α pn Td I − U (T p − Td ) −
I 2R
2
...............................(22)
Daya dimasukkan ke refrigerator termoelektrik adalah perkalian arus dan
tegangan masukan (I * vmasukan). Nilai tegangan masukan (vmasukan) adalah
jumlah turun tegangan Peltier setiap sambungan ( m α pn ) dan turun tegangan
karena resistans internal (I * R):
vmasukan = m Φ pn + I R = m α pn ΔT + I R
.......................(23)
dan
Pmasukan = m α pn ΔT I + I 2 R .............................................(24)
Memasukkan persamaan (22) dan (24) ke persamaan (15), diperoleh nilai:
COP =
m α pn Td I −
m α pn
Mengganti nilai N =
COP =
I 2R
− U ΔT
2
.......................................(25)
ΔT I + I 2 R
R I
m α pn
dan Z =
m 2 α 2pn
U R
, maka persamaan (25) menjadi:
N 2 ΔT
−
2
Z .....................................................(26)
ΔT N + N 2
N Td −
dengan Z = figure of merit
Figure of merit adalah fungsi sifat-sifat material refrigerator (αpn, U,
dan R) dan dimensi kaki-kaki refrigerator (luas penampang dan panjang).
Untuk memperbaiki efisiensi termis refrigerator, nilai Z harus sebesar
mungkin. Apabila penetapan material untuk refrigerator termoelektrik telah
ditentukan, maka hasil perkalian U dan R atau U * R yang bernilai minimum
akan memberikan nilai Z maksimum (Zmaks) seperti ditunjukkan pada
persamaan berikut:
⎛ k p A p k n An
=⎜
+
⎜ Lp
Ln
⎝
U*R
⎞ ⎛ ρ p L p ρ n Ln
⎟⎜
+
⎟ ⎜ Ap
An
⎝
⎠
⎞ 2
⎟m
⎟
⎠
kn ρ p
⎛
⎞
= m 2 ⎜⎜ k p ρ p + k p ρ n x +
+ k n ρ n ⎟⎟ ...........(27)
x
⎝
⎠
dengan:
x=
A p Ln
An Ln
Nilai x optimum yang memberikan nilai minimum U * R atau Zmaks dapat
dihitung dengan menolkan diferensiasi U * Rg terhadap x (nol) atau
d (U ∗ R )
dx
= 0 , sehingga nilai x optimum adalah:
xopt =
A p Ln
An Ln
ρ p kn
=
ρn k p
.....................................................(28)
dan hal itu memberikan:
Zmaks =
(
α 2pn
ρ p k p + ρ n kn
)
2
................................................(29)
Persamaan (29) tidak bergantung pada bentuk geometri sistem selama luas dan
panjang elemen generator proporsional menurut resistansi listrik dan
konduktivitas material seperti ditunjukkan pada persamaan (28).
Untuk memperoleh nilai COP setinggi mungkin, nilai Z harus
mempunyai nilai maksimum. Nilai N optimal untuk memperoleh COP
maksimum, dapat dihitung dengan mendiferensialkan persamaan (26)
terhadap N yang sama dengan nol atau
Nopt =
R I opt
m α pn
=
dCOP
= 0 . Nilai N optimal adalah:
dN
ΔT
....................................(30)
1 + Z maks Trerata − 1
Arus masukan optimum untuk COP maksimum adalah:
Iopt =
m α pn N opt
R
..................................................................(31)
Diasumsikan nilai dari Tp dan Td bernilai tetap untuk suatu refrigerator
termoelektrik yang diberikan, jumlah pemompaan panas dari Td ke Tp adalah
seperti ditunjukkan pada persamaan (22). Nilai maksimum jumlah
perpindahan panas ke sambungan (Qdingin
(maks))
yang dapat dihitung sebagai
fungsi arus maksimum. Untuk arus terlalu tinggi bentuk pemanasan Joulean
akan lebih menonjol, tetapi jika arus terlalu rendah jumlah pemompaan Peltier
terlalu rendah. Nilai arus yang memberikan pemompaan maksimum didekati
dengan:
Imaks (Q) =
m α pn Td
R
..............................................................(32)
Jika arus tersebut dijaga tetap untuk suatu refrigerator termoelektrik dan
jumlah panas yang dipompa diturunkan, suhu pada bagian dingin akan
mencapai nilai minimum ketika Qdingin mendekati nol. Suhu dingin tersebut
didekati dengan:
T’d =
Td + Z maks
1 + Z maks
Td2
2 ..............................................................(33)
Td
Suatu suhu rerata lebih rendah dapat dicapai pada refrigerator
termoelektrik, jika arus diturunkan ketika aliran panas dari sambungan dingin
diturunkan. Mengacu ke persamaan (32) dan (33), suhu terendah yang dapat
dicapai adalah:
Td (min) =
1 + Z maks Tp − 1
Z maks
...................................................(34)
C. PENERAPAN TERMOELEKTRIK
Pada tahun 1977 Pesawat ruang angkasa Voyager I dan II telah
memanfaatkan teknologi termoelektrik dengan plutonium-238 sebagai sumber
panasnya (Radioisotop Thermoelectric Generators-RTGs). Sistem ini mampu
membangkitkan listrik sebesar 400 W, serta secara kontinyu dan tanpa
perawatan apapun. Voyager dapat mengirimkan data walau sudah terbang
selama 30 tahun.
Contoh menarik lainnya adalah yang dilakukan oleh Seiko Co. Ltd.
Seiko memasarkan jam termoelektrik sejak tahun 1998 dengan nama Seiko
Thermic. Jam ini memanfaatkan perbedaan suhu tubuh dengan suhu
sekitarnya. Bahan yang digunakan adalah Bismuth-Tellurium yang mampu
menghasilkan listrik sebesar 0.2 mV/ oC.
Aplikasi termoelektrik yang lebih luas lagi adalah pendingin wine di
hotel Jepang yang mempergunakan teknologi ini. Pendingin termoelektrik
dapat diletakkan dengan leluasa di bawah tempat tidur karena tidak
menimbulkan suara dan getaran.
Mitsubishi saat ini juga sudah memproduksi kulkas termoelektrik yang
mampu menghemat energi 20% dibandingkan dengan kulkas biasa. Dalam
dunia komputer, termoelektrik dipergunakan untuk mendinginkan CPU
komputer. Panas yang dihasilkan dari sumber panas dalam komputer
digunakan untuk membangkitkan listrik, kemudian listrik itu dipergunakan
untuk memutar kipas yang diarahkan ke sumber panas. Perangkat ini mampu
menurunkan panas sekitar 32 oC.
Banyak aplikasi lain penggunaan energi termoelektrik yang sedang
dikembangkan saat ini, seperti pemanfaatan perbedaan panas di dasar laut dan
darat, atau pemanfaatan panas bumi. Pemanfaatan teknologi termoelektrik
dalam pendinginan bahan pangan masih jarang digunakan. Untuk itu masih
banyak diperlukan pengembangan teknologi pendinginan termoelektrik untuk
bahan pangan, khususnya bahan pangan pertanian.
D. TINJAUAN ATAS PENELITIAN SEBELUMNYA
Zuhal (1989), melakukan penelitian karakteristik alat pendingin sistem
termoelektrik dengan catu daya sel surya. Bahan modul yang digunakan
adalah Bismuth-Tellurium (Bi2Te3) dengan jumlah 4 buah untuk satu kotak
pendingin dengan ukuran 20 cm x 15 cm x 15 cm, dengan ketebalan
alumunium 0.8 mm. Dari jenis bahan modul, dapat diketahui nilai koefisien
Seebeck Bismuth-Tellurium sebesar 0.410 x 10-3 V/K. Hasil yang didapatkan
adalah suhu modul terminal dingin (Td) sebesar 17.0 oC, suhu modul terminal
panas (Tp) sebesar 27.6 oC, arus yang mengalir (I) sebesar 0.84 A, dan suhu
lingkungan (Tl) sebesar 25.5 oC, sehingga diperoleh nilai figure of merit (Z)
sebesar 0.0028. Suhu tersebut dapat tercapai setelah 3.5 jam pengujian.
Modul termoelektrik yang digunakan pada penelitian Zuhal (1989)
terdiri dari 71 pasang kaki tipe-p dan tipe-n. Dari data yang didapatkan, nilai
kapasitas pendinginan setiap pasang kaki termoelektrik sebesar 0.027 W,
sedangkan setiap modul terdiri dari 71 pasang kaki, sehingga nilai kapasitas
pendinginan (Qo) dalam satu buah modul TE, yaitu sebesar 1.92 W. Dengan
demikian 4 modul yang digunakan dalam kotak pendingin tersebut belum
dapat mencukupi kebutuhan. Untuk dapat memenuhi kebutuhan yang sesuai
dengan kapasitas pendinginannya, maka diperlukan 24 modul untuk satu kotak
pendingin. Dapat diketahui juga nilai W sebesar 6.68 W untuk satu buah
modul TE. Hal ini menunjukkan bahwa dalam 1 buah modul termoelektrik
dapat memberikan kerja listrik sebesar 6.68
W. Dari nilai Qo dan W,
didapatkan nilai COP sebesar 0.29 dengan ΔT sebesar 10.6 K.
Sedangkan penelitian yang dilakukan oleh Trenggonowati (2005),
melakukan pengkajian karakteristik bahan modul termoelektrik untuk sistem
pendinginan dengan menggunakan bahan modul termoelektrik tipe TEC112706 yang mempunyai 127 pasang kaki. Dari jenis bahan modul, dapat
diketahui nilai koefisien Seebeck rata-rata untuk satu pasangan kaki modul
sebesar 0.86 x 10-3 V/K. Hasil yang didapatkan adalah suhu modul terminal
dingin (Td) sebesar 6.9 oC, suhu modul terminal panas (Tp) sebesar 32.8 oC,
arus yang mengalir (I) sebesar 2.34 A, dan nilai tegangan rata-rata sebesar
8.37 V, sehingga diperoleh nilai kerja rata-rata adalah sebesar 19.59 W.
Besarnya Qo untuk satu modul termoelektrik adalah sebesar 32.86 W,
sedangkan besarnya nilai kerja listrik rata-rata untuk satu modul termoelektrik
adalah sebesar 17.45 W, sehingga nilai COP adalah 1.88 dan figure of merit
(Z) sebesar 0.0017.
III. METODE PENELITIAN
A. WAKTU DAN TEMPAT
Penelitian ini dilaksanakan pada bulan Mei – Agustus 2006 dan
bertempat di Laboratorium Pindah Panas dan Massa, Laboratorium Surya,
Bagian Energi dan Elektrifikasi Pertanian, Departemen Teknik Pertanian,
Fakultas Teknologi Pertanian, IPB.
B. BAHAN DAN ALAT
1. Modul termoelektrik
Modul termoelektrik adalah komponen elektrik semi konduktor
yang berfungsi untuk menyerap panas yang ada dalam kotak pendingin
dan membuangnya ke lingkungan. Modul termoelektrik yang digunakan
dalam penelitian ini adalah tipe TEC1-12706. Dalam penggunaannya,
modul termoelektrik membutuhkan media untuk membuang panas yang
dihasilkan pada terminal panasnya. Media yang digunakan sebagai
pembuang panas pada penelitian ini adalah sirip pendingin (heat sink) dan
air. Semakin bagus sistem pembuangan panasnya, maka semakin rendah
suhu yang dapat dicapai pada terminal dinginnya. Modul termoelektrik ini
mempunyai spesifikasi sebagai berikut:
Ukuran = (40 x 40 x 3.8) mm
A = 1.69 x 10-6 m2
L = 0.0016 m
Imax = 6.4 Ampere
Vmax = 14.9 Volt
Qmax = 53 Watt (∆T = 0)
∆Tmax = 68 oC
R = 1.98 ohm
m = 128 pasang
Modul termoelektrik tipe TEC1-12706 yang digunakan dalam
penelitian ini dapat dilihat pada Gambar 6.
Gambar 6. Modul termoelektrik tipe TEC1-12706.
2. Recorder
Alat pencatat suhu yang digunakan adalah hybrid recorder dengan
merk Yokogawa model 308123 Suffix–7/GP-IB No: 40 SB D 149 yang
dapat menampilkan data hasil pengukuran secara digital. Hybrid recorder
ini dapat dilihat pada Gambar 7.
Gambar 7. Hybrid recorder.
3. Termokopel
Termokopel yang digunakan adalah termokopel tipe T (C – C)
pada beberapa titik pengukuran suhu yang dirangkai dengan Hybrid
recorder.
4. Baterai (accu)
Termoelektrik dapat bekerja apabila dialiri arus searah (direct
current). Arus ini dapat diperoleh dari baterai. Baterai yang digunakan
adalah baterai dengan kapasitas 70 Ah merk INCOE dengan model
65D31R (N70). Baterai ini dapat dilihat pada Gambar 8.
Gambar 8. Baterai (accu) N70.
5. Multimeter
Pengukuran nilai arus dan tegangan menggunakan digital
multimeter. Digital multimeter yang digunakan untuk mengukur arus
dirangkai secara seri antara baterai dan modul termoelektrik dengan merk
Constant model 50, dan untuk mengukur tegangan digunakan digital
multimeter dengan merk Uni-Trend model UT30F. Multimeter yang
digunakan dapat dilihat pada Gambar 9.
Gambar 9. Digital Multimeter.
6. Sirip pendingin (heat sink)
Sirip pendingin ini digunakan sebagai pembuangan panas pada
terminal panas modul termoelektrik seperti ditunjukkan pada Gambar 10
dengan ukuran 30 cm x 12 cm x 3 cm yang terbagi dalam 12 sirip.
Gambar 10. Sirip pendingin (heat sink).
C. PROSEDUR PERCOBAAN
1. Menyiapkan recorder, modul termoelektrik, sirip pendingin, termokopel C
– C, dan wadah berisi air.
2. Tiga modul yang digunakan untuk pengukuran dirangkai secara paralel.
Terminal panas modul termoelektrik ditempatkan pada sirip pembuangan
panas yang direndam dalam wadah sampai batas permukaan dari sirip
pembuangan panas, sedangkan terminal dinginnya langsung ke ruangan
yang akan didinginkan. Rangkaian modul tersebut dapat dilihat pada
Gambar 11.
Gambar 11. Rangkaian modul termoelektrik.
3. Memasang termokopel pada hybrid recorder, dan ujung yang lainnya
dipasang pada titik terminal dingin dan terminal panas modul
termoelektrik, air pada wadah, dan lingkungan seperti yang terlihat pada
Gambar 12.
Tl
Td1
Td2
1
2
Tp1
Tp2
Ta
Td3
3
Tp3
Wadah berisi air
A
Keterangan: Td (1, 2, 3) = Titik pengukuran suhu terminal dingin pada
modul 1, modul 2, dan modul 3
Tp (1, 2, 3) = Titik pengukuran suhu terminal panas pada
modul 1, modul 2, dan modul 3
Tl
= Titik pengukuran suhu lingkungan
Ta
= Titik pengukuran suhu air dalam wadah
Gambar 12. Titik-titik pengukuran pada modul termoelektrik.
4. Memasang termokopel pada hybrid recorder, dan ujung yang lainnya
dipasang pada titik terminal dingin dan terminal panas modul
termoelektrik, air pada wadah, dan lingkungan seperti yang terlihat pada
Gambar 12.
5. Modul termoelektrik, sirip pendingin, dan multimeter dirangkai jadi satu
dan dihubungkan dengan baterai seperti pada Gambar 13.
Gambar 13. Rangkaian pengukuran.
Secara sistematik, diagram alir dari rangkaian pengujian yang
dilakukan dapat dilihat pada Gambar 14.
Baterai
-
+
+
A
-
-
+
Termoelektrik
-
V
+
Gambar 14. Diagram skematik rangkaian pengujian.
Penelitian mengenai karakteristik bahan modul tipe TEC1-12706 ini
dilakukan dengan studi pustaka baik dari buku, jurnal, skripsi, internet, dan
lain-lain. Metode tersebut dilakukan karena ketidaktersediaan alat atau mesin
untuk mengatahui karakteristik bahan modul tersebut. Data yang diperlukan
adalah sifat listrik, konduktivitas panas, koefisien Seebeck, dan hambatan
jenis (ρ, ohm. m).
Dalam pembuatan modul termoelektrik, banyaknya pasangan p-n dan
ukurannya didasarkan pada persamaan berikut:
R= ρ
L
...............................................................................(35)
A
dimana: R = Hambatan listrik (Ohm)
ρ = Hambatan jenis (Ohm. m)
L = Panjang bahan (m)
A = Luas penampang (m2)
Ukuran dari pasangan p-n didasarkan pada ukuran luas penampang dan
panjang bahan yang digunakan. Hambatan listrik (R) yang diharapkan adalah
kecil, agar panas akibat arus yang mengalir karena GGL juga kecil. Hambatan
listrik (R) yang kecil dapat diperoleh dengan cara memperkecil nilai L dan
memperbesar nilai A. Dan untuk banyaknya pasangan didasarkan pada berapa
hambatan listrik yang sesuai untuk satu modul termoelektrik.
Kajian karakteristik modul termoelektrik meliputi beberapa hal,
diantaranya suhu yang dihasilkan pada terminal panas dan terminal dingin,
nilai figure of merit. Nilai figure of merit ini sangat berpengaruh dalam
penentuan karakteristik lainnya. Semakin tinggi nilai figure of merit, maka
COPnya makin tinggi. Persamaan untuk mengetahui nilai figure of merit
adalah:
Z=
dimana:
(
Z
(α
−α n )
2
p
k p ρ p + kn ρn
)
2
...................................................(36)
= figure of merit (1/ oC)
αp-n = koefisien Seebeck (μV)
kp-n = konduktivitas panas (W/m oC)
ρp-n = hambatan jenis (Ohm. m)
D. PENGAMATAN DAN PENGUKURAN
Pengujian dilakukan dengan 3 kali percobaan pada kondisi rataan suhu
lingkungan yang berbeda. Pengamatan dan pengukuran dilakukan terhadap:
1. Pengukuran suhu
Pengukuran
suhu
dilakukan
pada
berbagai
titik
dengan
menggunakan termokopel yang dihubungkan langsung ke recorder digital.
Pengukuran dilakukan selama 45 menit, 80 menit, dan 90 menit sampai
suhu konstan. Perbedaan waktu pengukuran ini juga dipengaruhi oleh
kapasitas baterai pada saat pengukuran. Pengukuran dihentikan saat baterai
pada tegangan minimum yaitu 6 volt agar tidak merusak baterai. Titik-titik
pengukuran suhu adalah sebagai berikut:
a. Suhu modul pada terminal dingin
Suhu terminal dingin adalah suhu pada bagian dingin modul
termoelektrik. Suhu terminal dingin ini bergantung pada besaran arus
(I), yaitu arus yang digunakan oleh modul termoelektrik dan pada suhu
terminal panas. Dalam pemakaiannya, terminal dingin ini ditempelkan
langsung pada sirip pendingin (evaporator) ke ruang pendingin dan
alumunium kotak pendinginnya dilubangi seukuran modul. Dalam
pengujiannya, terminal dingin berada dalam ruangan terbuka dan
sangat dipengaruhi oleh besaran arus searah yang mengalir pada modul
termoelektrik. Penentuan nilai suhu pada terminal dingin ini digunakan
untuk menghitung kapasitas pendinginan dari modul termoelektrik,
seperti tercantum pada persamaan (22).
b. Suhu modul pada terminal panas
Suhu terminal panas ini diperlukan untuk menghitung besarnya
panas yang dilepaskan modul termoelektrik ke lingkungan.
c. Suhu air pada wadah
Air dalam wadah digunakan sebagai media pembuangan panas
selain udara. Suhu air ini diperlukan untuk mengetahui kondisi air
karena sangat mempengaruhi suhu dingin pada terminal dingin modul.
Suhu air akan meningkat karena pengaruh dari panas yang dibuang
dari terminal panas modul melalui sirip dan panas akan merambat ke
terminal dingin, oleh karena itu air selalu diaduk agar penyebaran
panasnya merata sehingga tidak berpengaruh banyak terhadap suhu
pada terminal dinginnya.
d. Suhu lingkungan
Suhu lingkungan ini adalah suhu tempat pengujian modul
termoelektrik. Data suhu lingkungan ini diperlukan untuk melihat
seberapa jauh penurunan suhu pendinginan modul termoelektrik
terhadap suhu lingkungan.
2. Pengukuran Arus
Pengukuran arus dilakukan setiap 5 menit selama waktu pengujian.
Pengukuran arus ini menggunakan multimeter digital merk Constant
model 50 yang dirangkai secara seri dengan modul dan baterai. Data arus
ini digunakan untuk menghitung besarnya kapasitas pendinginan, panas
yang timbul pada terminal panas dan nilai kerja baterai.
3. Pengukuran Tegangan
Pengukuran tegangan juga dilakukan setiap 5 menit selama
waktu pengujian. Pengukuran tegangan ini dilakukan secara paralel
terhadap modul dan baterai dengan menggunakan multimeter digital merk
Uni-Trend model UT30F. Data pengukuran tegangan digunakan untuk
menghitung besarnya daya listrik yang dipergunakan oleh modul
termoelektrik.
E. PERHITUNGAN
MULAI
Qmax, ∆Tmax, R,
m, L, A, ∆T, Td,
Tp, V, I
P, (ρp + ρn), Z, U
αpn, Qo, Qc,
Φ, (kp + kn)
COP
SELASAI
Gambar 15. Diagram alir perhitungan.
1. Nilai Daya Listrik
Nilai daya listrik dipengaruhi oleh nilai tegangan dan arus yang
mengalir pada modul termoelektrik. Besarnya daya listrik yang
dipergunakan oleh modul ini dapat dihitung menurut persamaan berikut:
P = V x I .........................................................................(37)
Dimana P = Daya listrik (W)
V= Tegangan terukur (V)
I = Arus terukur (A)
2. Nilai Resistivitas atau Tahanan Jenis Listrik (ρp + ρn)
Resistivitas atau tahanan jenis listrik dipengaruhi oleh nilai
resistivitas bahan kaki modul, panjang dan luas penampang kaki modul.
Semakin panjang kaki modul semakin besar nilai reisistivitasnya, namun
sebaliknya semakin besar luas penampang kaki modul maka semakin kecil
nilai
resistivitasnya.
Kaki-kaki
atau
elemen-elemen
dari
modul
termoelektrik dihubungkan seri untuk aliran listrik dan dihubungkan
paralel untuk aliran panas (Culp, 1979). Nilai resistivitas atau tahanan
jenis listrik (R) yang terhubung seri dapat dilihat pada persamaan (17),
(20) dan (21) sehingga didapat persamaan berikut:
⎛ ρ p × L ρn × L ⎞
⎟ ..............................................(38)
R = m ⎜⎜
+
⎟
A
A
⎝
⎠
(ρ
p
+ ρn )=
R× A
..........................................................(39)
m× L
Dimana R = Tahanan listrik teoritis (Ω)
m = Jumlah pasang kaki semi konduktor
L = Panjang kaki semi konduktor (m)
A = Luas penampang melintang kaki semi konduktor (m2)
3. Nilai Figure of Merit (Z)
Nilai Z sangat penting dalam pendinginan termoelektrik. Semakin
besar harga Z, performansi dari modul termoelektrik akan semakin baik
dan ∆T akan semakin besar. Satuan figure of merit adalah per derajat suhu
dan besarnya nilai Z ini sangat bergantung dari sifat-sifat bahan yang
digunakan. Nilai Z ini dapat dihitung dari rumus ∆Tmax pada saat Qo sama
dengan nol, yaitu:
(T
p
− Td )max = 0.5 Z Td 2 ................................................(40)
Z=
ΔTmax
0.5 × Td
2
.................................................................(41)
Dimana Td = Suhu terminal dingin (oC)
4. Nilai Konduktansi Panas Diantara Dua Sambungan (U)
Tingkat perpindahan panas bergantung pada perbedaan suhu (∆T)
dan konduktivitas jenis. Menurut hukum Wiedemann-Franz, nilai
konduktivitas panas semakin meningkat dengan bertambahnya kecepatan
rata-rata partikel dalam perpindahan energi. Nilai konduktivitas panas
dapat dihitung dari rumus pada persamaan berikut:
Qomax = U (0.5 x Z x Td2 - ∆T) ....................................(42)
U =
Qo max
(0.5 × Z × T
2
d
− ΔT
)
........................................(43)
Dimana Qomax = Kapasitas pendinginan maksimum (W)
Z
= Figure of merit (/K)
Td
= Suhu terminal dingin (oC)
5. Nilai Koefisien Seebeck Pada Bahan (αpn)
Nilai koefisien Seebeck sangat berpengaruh terhadap karakteristik
bahan modul yang digunakan. Nilai koefisien Seebeck pada bahan modul
termoelektrik dapat dihitung dari persamaan berikut:
m 2 × (α pn )
2
Z=
(α ) =
pn
U ×R
............................................................(44)
Z ×U × R
........................................................(45)
m2
Dimana m = Jumlah pasang kaki semi konduktor
6. Nilai Kapasitas Pendinginan (Qo)
Nilai kapasitas pendinginan merupakan sejumlah panas yang
diserap dari ruang pendingin oleh terminal dingin. Panas yang diserap ini
kemudian dibuang ke lingkungan melalui terminal panas dan dibantu oleh
sirip pembuangan panas dan air. Besarnya nilai kapasitas pendinginan
dapat terlihat sebagai berikut:
Qo
= (m x αpn x Td x I) – (U x ∆T) – (0.5 x I2 x R) ....(46)
7. Nilai Panas Yang Timbul Pada Terminal Dingin (Qc)
Panas yang timbul pada terminal dingin (Qc) merupakan panas
yang terjadi akibat adanya efek Konduksi dan efek Joulean. Besarnya
panas yang timbul tersebut dapat dicari dengan menggunakan rumus
sebagai berikut:
Qc
= (U x ∆T) + (0.5 x I2 x R) ....................................(47)
8. Nilai Efek Peltier (Φpn)
Nilai efek Peltier menjadi dasar dari pendinginan termoelektrik.
Bahwa arus yang mengalir pada dua sambungan semikonduktor yang
berbeda akan terjadi perpindahan panas dari sambungan satu ke
sambungan yang lain. Nilai tersebut dapat dihitung dari persamaan
berikut:
Φpn = αpn x Td x I ..........................................................(48)
9. Nilai Konduktivitas Panas Pada Bahan (kp+ kn)
Aliran panas pada modul termoelektrik terhubung secara paralel
(Culp, 1979). Nilai konduktivitas panas pada bahan modul termoelektrik
dapat dihitung dari rumus pada persamaan (16), (18) dan (19) sehingga
diperoleh:
⎛ A× k p A× kn
U = m × ⎜⎜
+
L
⎝ L
(k
p
+ kn ) =
⎞
⎟ ............................................(49)
⎟
⎠
U ×L
...........................................................(50)
m× A
10. Nilai Kerja Listrik Yang Dilakukan Modul (Pmasukan)
Kerja listrik yang dilakukan pada termoelektrik dapat didefinisikan
sebagai perbedaan antara panas yang dilepaskan pada terminal dingin dan
terminal panas. Perhitungan nilai kerja listrik (Pmasukan) dapat terlihat pada
persamaan (24).
11. Nilai COP
Nilai COP menunjukkan performansi atau prestasi dari bahan
modul termoelektrik yang digunakan. Semakin tinggi nilai COP, maka
semakin bagus bahan yang digunakan sebagai modul. Nilai COP
merupakan perbandingan antara kapasitas pendinginan (Qo) dengan nilai
kerja listrik (Pmasukan).
Nilai karakteristik dari bahan modul termoelektrik dipengaruhi
oleh persamaan-persamaan di atas. Kesesuaian bahan-bahan yang
digunakan dalam pembuatan modul juga sangat berpengaruh terhadap nilai
karakteristiknya. Kesesuaian bahan-bahan tersebut ditentukan oleh nilai
figure of merit (Z) yang bergantung pada sifat-sifat bahan tersebut.
Semakin besar nilai Z, performansi modul akan semakin baik. Untuk
mendapatkan nilai Z maksimum, parameter bahan termoelektrik harus
memenuhi syarat sebagai berikut: koefisien Seebeck (α) harus besar,
resistivitas atau tahanan jenis listrik (ρ) harus kecil, dan konduktivitas
panas (k) harus kecil.
Pada penelitian kali ini tidak diketahui jenis bahan modul
termoelektrik,
sehingga
dalam
pengkajian
karakteristiknya
hanya
didasarkan pada besarnya nilai figure of merit (Z) dan nilai COP. Culp
(1979), menyatakan bahwa untuk memperoleh nilai COP setinggi
mungkin, nilai Z harus mempunyai nilai maksimum seperti ditunjukkan
pada persamaan berikut ini:
(α )
2
Z max =
(
pn
k p ρ p + kn ρn
)
.............................................(51)
Karakteristik bahan yang didasarkan pada besarnya nilai figure of
merit (Z) dipengaruhi oleh nilai koefisien Seebeck (αpn), koefisien
konduktansi panas keseluruhan (U), jumlah pasangan kaki p-n pada modul
dan tahanan listrik (R), seperti terlihat pada persamaan (44). Semakin
kecil nilai koefisien konduktansi panas keseluruhan (U) dan nilai tahanan
listrik (R), maka semakin besar nilai Z, sehingga karakteristik bahan yang
digunakan semakin bagus.
IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
A. KARAKTERISTIK MODUL TERMOELEKTRIK
Modul termoelektrik ini berfungsi untuk menyerap panas dari dalam
kotak pendingin dan membuangnya ke lingkungan. Dengan diberikannya arus
listrik searah (DC) pada kedua kaki modul yang merupakan pasangan dari
kaki p dan kaki n yang terdiri dari bahan logam atau semikonduktor elektris
sebagai pemanas mini, akan terdapat beda suhu pada kedua terminalnya dan
terjadi pengambilan panas pada salah satu terminal serta pelepasan panas pada
terminal lainnya. Sehingga dalam penerapannya, kedua sisi terminal modul
dapat digunakan baik untuk pendinginan maupun pemanasan.
Pada Gambar 12 terlihat skema modul termoelektrik yang digunakan
dalam penelitian ini dengan jenis TEC1-12706, dengan spesifikasi 1 modul
termoelektrik sebagai berikut:
Ukuran = (40 x 40 x 3.8) mm
Qmax = 53 Watt (∆T = 0)
A = 1.69 x 10-6 m2
∆Tmax = 68 oC
L = 0.0016 m
R = 1.98 ohm
Imax = 6.4 Ampere
m = 128 pasang
Vmax = 14.9 Volt
Untuk meningkatkan kapasitas pendinginan, diperlukan beberapa
modul termoelektrik. Dalam percobaan ini digunakan tiga buah modul yang
dirangkai secara paralel. Masing-masing modul memiliki 128 pasang kaki p-n
termoelektrik.
Karakteristik bahan modul termoelektrik yang digunakan, dalam
penerapannya perlu diketahui karena hal ini berhubungan dengan besarnya
tenaga listrik yang mampu dihasilkan modul, arus dan tegangan yang stabil,
nilai figure of merit (Z) pada bahan, nilai koefisien performansi (COP)
maksimum pada modul, dan besarnya kapasitas pendinginan yang mampu
dihasilkan oleh modul termoelektrik tersebut.
Tabel 2. Data hasil percobaan dengan 3 modul TEC1-12706 dirangkai paralel
Nilai Rata-rata
Suhu terminal dingin (Td), oC
Percobaan
1
4.28
Percobaan
2
1.66
Percobaan
3
1.02
Suhu terminal panas (Tp), oC
43.30
38.90
39.20
Perbedaan suhu (∆T), C
39.02
37.24
38.18
Arus listrik (I), Ampere
8.45
8.61
8.92
Tegangan (V), Volt
9.96
o
9.87
-3
10.56
1.77 x 10
1.80 x 10
1.81 x 10-3
Kapasitas pendinginan (Qo), W
37.72
54.83
54.85
Nilai kerja listrik (Pmasukan), W
190.40
191.82
204.72
0.21
0.29
0.27
Figure of merit (Z)
Coefficient
of
Performance
-3
(COP)
Tabel 2 menunjukkan data percobaan untuk 3 modul termoelektrik
yang dirangkai paralel selama 3 kali percobaan dalam nilai rata-rata.
Percobaan pertama dilakukan pada tanggal 14 Juli 2006 dalam waktu 90
menit, sedangkan percobaan kedua dilakukan pada tanggal 15 Juli 2006 dalam
waktu 45 menit, dan percobaan ketiga dilakukan pada tanggal 16 Juli 2006
dalam waktu 80 menit. Perbedaan waktu yang dilakukan pada saat pengujian
didasarkan pada kondisi kemampuan baterai untuk memberi arus yang
dibutuhkan oleh modul dan suhu konstan. Apabila tegangan pada baterai
menurun, maka arus pada baterai yang mengalir ke modul juga akan menurun.
Oleh karena itu, dengan semakin kecil arus yang diterima oleh modul akan
mengakibatkan suhu terminal dingin pada modul akan naik, sehingga
pengukuran akan dihentikan dan baterai akan cepat rusak karena baterai
bekerja dalam kondisi tegangan minimum yang dapat mengurangi kinerja dari
baterai.
Perbedaan lain dari ketiga percobaan di atas adalah dilakukan pada
rataan suhu lingkungan yang berbeda, yaitu pada percobaan pertama pada
kondisi suhu 32.28 oC, sedangkan percobaan kedua dilakukan pada kondisi
suhu 31.6 oC, dan percobaan ketiga dilakukan pada kondisi suhu mencapai
33.48 oC.
Ketiga percobaan di atas diberi perlakuan yang sama, yaitu
pemasangan heat sink pada terminal panas dan sebagian sisi heat sink
direndam dengan air dalam wadah untuk membantu dalam proses
pembuangan panas. Sedangkan pada terminal dingin, diletakkan dalam
ruangan terbuka tempat pengujian. Pengukuran arus dan tegangan dilakukan
setiap 5 menit selama waktu pengujian.
Dari Tabel 2 dapat terlihat nilai rata-rata suhu terminal dingin, suhu
terminal panas, arus dan tegangan. Nilai rata-rata mulai dihitung pada menit
ke-0, seperti yang terlihat pada Lampiran 2. Pada percobaan pertama, suhu
terminal dingin (Td) dapat mencapai nilai rata-rata 4.28 oC, pada percobaan
kedua mencapai suhu rata-rata 1.66 oC, dan pada percobaan ketiga mencapai
suhu rata-rata 1.02 oC. Suhu terminal panas modul pada percobaan pertama
mencapai rata-rata 43.30 oC, pada percobaan kedua mencapai suhu rata-rata
38.90 oC, dan pada percobaan ketiga mencapai suhu rata-rata 39.20 oC.
Perubahan suhu yang tercapai selama waktu pengujian dapat dilihat pada
Gambar 16, 17, dan 18.
60.00
Suhu ( oC)
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
Waktu (m enit)
Suhu terminal panas, Tp
Suhu terminal dingin, Td
Suhu air dalam w adah, Ta
Suhu lingkungan, Tl
Gambar 16. Grafik hubungan suhu dengan waktu pada pengujian tanggal
14 Juli 2006 selama 90 menit dengan Tl = 32.28 oC.
50.00
Suhu (oC)
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
-10.00
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Waktu (m enit)
Suhu terminal panas, Tp
Suhu terminal dingin, Td
Suhu air dalam w adah, Ta
Suhu lingkungan, Tl
Gambar 17. Grafik hubungan suhu dengan waktu pada pengujian tanggal
15 Juli 2006 selama 45 menit dengan Tl = 31.6 oC.
50.00
Suhu (oC)
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
-10.00
0
15
45
10
15
20
35
25
55
75
30
65
70
60
40
80
50
Waktu (m enit)
Suhu terminal panas, Tp
Suhu terminal dingin, Td
Suhu lingkungan,Tl
Suhu air dalam w adah, Ta
Gambar 18. Grafik hubungan suhu dengan waktu pada pengujian tanggal
16 Juli 2006 selama 80 menit dengan Tl = 33.48 oC.
Untuk masing-masing modul termoelektrik yang digunakan yaitu
modul 1, 2, dan 3 seperti yang terlihat pada Gambar 12 diketahui kemampuan
modul tersebut untuk bekerja pada arus rata-rata yaitu sebesar 3.58 A, 3.48 A,
dan 3.33 A. Sehingga jika ketiga modul tersebut dirangkai menjadi satu dalam
rangkaian paralel, maka akan meningkatkan nilai arus yang mengalir ke
rangkaian yaitu penjumlahan dari ketiga masing-masing arus yang dibutuhkan
oleh modul termoelektrik. Didapatkan bahwa nilai arus untuk 3 modul yang
dirangkai secara paralel adalah sebesar 8.66 A. Dalam hubungannya dengan
suhu yang dihasilkan saat masing-masing modul termoelektrik bekerja pada
rata-rata suhu tersebut dapat dilihat pada lampiran 8.
Dari pengujian masing-masing modul termoelektrik sebelum dirangkai
paralel, dilakukan pada rataan suhu lingkungan yang berbeda dan nilai ratarata mulai dihitung pada menit ke-0 seperti terlihat pada Lampiran 7. Modul 1
dilakukan pada rataan suhu lingkungan 30.89 oC, modul 2 dilakukan pada
rataan suhu lingkungan 31.24 oC dan modul 3 dilakukan pada rataan suhu
lingkungan 31.36 oC. Ketiga modul tersebut diberi perlakuan yang sama, yaitu
pemasangan heat sink pada terminal panas dan sebagian heat sink direndam
dalam air pada wadah untuk membantu proses pembuangan panasnya.
Pengukuran arus, tegangan dan suhu dilakukan setiap 5 menit selama 30 menit
dengan tujuan untuk mengetahui apakah masing-masing modul termoelektrik
tersebut dapat bekerja dengan baik.
Suhu terminal dingin yang dapat dicapai masing-masing modul yaitu
nilai rataannya untuk modul 1 sebesar 6.09 0C, modul 2 sebesar 6.59 oC dan
untuk modul 3 sebesar 5.71 oC. Hasil tersebut tidak berbeda jauh dengan suhu
terminal dingin yang dihasilkan dalam penelitian Trenggonowati (2005)
dengan menggunakan 1 modul termoelektrik yaitu 6.9 oC. Tipe modul yang
sama yang digunakan dalam penelitian, hanya berbeda dalam sistem
pembuangan panasnya yaitu penelitian Trenggonowati (2005) menggunakan
udara sebagai media pembuang panasnya, sedangkan dalam penelitian kali ini
menggunakan air sebagai media pembuang panasnya.
Seperti halnya pengukuran suhu dengan menggunakan 3 modul
termoelektrik, pengukuran suhu pada masing-masing modul ini juga
mengalami kenaikan suhu di terminal panas pada 5 menit pertama
pengukuran. Suhu lingkungan sangat berpengaruh terhadap perubahan suhu
pada terminal panas, semakin tinggi suhu lingkungan maka suhu terminal
panas juga akan semakin tinggi. Demikian juga dengan pemakaian arus pada
awal kerja atau pada awal pengukuran menit ke-0, modul termoelektrik
membutuhkan arus listrik yang lebih besar dan relatif stabil pada menit-menit
sesudahnya.
Apabila sistem pembuangan panas yang dilakukan dapat bekerja
dengan baik, maka akan menghasilkan suhu sesuai yang diharapkan, yaitu
suhu terminal panas mendekati suhu lingkungan dan suhu terminal dingin
mendekati suhu dingin yang mampu dicapai oleh modul tersebut. Pemasangan
modul pada sirip pembuangan panas harus benar-benar rapat agar tidak timbul
efek Konduksi dan Joulean, sehingga suhu pada terminal dingin menjadi naik.
Pada penelitian sebelumnya oleh Zuhal (1989), suhu terminal panas yang
dapat dicapai sebesar 27.6 oC, dan suhu terminal dingin yang dapat dicapai
sebesar 17.0 oC. Sedangkan oleh Trenggonowati (2005), suhu terminal panas
yang dicapai sebesar 32.8 oC dan suhu terminal dingin sebesar 6.9 oC.
Grafik perubahan suhu untuk 3 modul termoelektrik dirangkai paralel
pada Gambar 16, 17 dan 18 di atas didapatkan dari hasil pengukuran suhu
pada tanggal dan kondisi suhu rataan lingkungan yang berbeda dan pada titik
pengukuran yang sama untuk ketiga percobaan yang dilakukan. Dari grafik
diatas memperlihatkan bahwa suhu terminal panas naik pada 5 menit pertama,
kemudian pada menit-menit pengukuran selanjutnya relatif stabil mulai pada
menit ke-20. Sedangkan pada suhu terminal dingin turun pada 5 menit
pertama pengukuran dan menit-menit selanjutnya diikuti dengan penurunan
yang lambat, tetapi suhu pada terminal dingin mengalami kenaikan suhu
ketika arus yang mengalir ke dalam modul juga mengalami penurunan. Suhu
terminal panas yang naik dengan cepat pada awal kerja dipengaruhi oleh
pemakaian
arus
listrik.
Pada
awal
kerjanya,
modul
termoelektrik
membutuhkan arus listrik yang lebih besar dari waktu sesudahnya seperti
terlihat pada Lampiran 1. Pada penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh
Zuhal (1989), dan Trenggonowati (2005), modul yang digunakan dalam
pengujian membutuhkan arus listrik yang lebih besar pada awal kerjanya dan
relatif lebih stabil untuk menit-menit sesudahnya yaitu sekitar 2.63 A dan
membutuhkan arus rata-rata 2.40 A untuk menit-menit sesudahnya.
Untuk pengukuran tanpa menggunakan kontroler atau menggunakan
suplai daya langsung dari Photo Voltaic (PV), arus yang digunakan oleh
modul seperti terlihat pada Lampiran 6 sesuai dengan keadaan sinar matahari
apakah itu mendung atau cerah. Arus akan semakin turun apabila keadaan
sinar matahari redup atau PV tertutup oleh awan. Sedangkan pengukuran yang
dilakukan dengan menggunakan kontroler (baterai dan PV), arus yang
digunakan oleh modul relatif stabil seperti terlihat pada Lampiran 5. Hal
tersebut dikarenakan sebagian besar modul masih mendapatkan suplai dari
baterai dan PV.
40.00
Suhu (oC)
35.00
30.00
25.00
20.00
15.00
0
50
100
150
200
250
300
350
Waktu (m enit)
Suhu lingkungan. Tl
Suhu terminal panas, Tp
Suhu terminal dingin, Td
Suhu air kondensor, Ta
Gambar 19. Grafik hubungan suhu dengan waktu pada pengujian tanggal
7 Agustus 2006 dengan menggunakan kontroler.
40.00
Suhu (oC)
35.00
30.00
25.00
20.00
15.00
0
50
100
150
200
250
Waktu (m enit)
Suhu terminal panas, Tp
Suhu terminal dingin, Td
Suhu lingkungan, Tl
Suhu air kondensor, Ta
Gambar 20. Grafik hubungan suhu dengan waktu pada pengujian tanggal
8 Agustus 2006 dengan menggunakan kontroler.
40.00
Suhu (oC)
35.00
30.00
25.00
20.00
15.00
0
50
100
150
200
250
Waktu (m enit)
Suhu terminal dingin, Td
Suhu terminal panas, Tp
Suhu lingkungan, Tl
Suhu air kondensor, Ta
Gambar 21. Grafik hubungan suhu dengan waktu pada pengujian tanggal
9 Agustus 2006 tanpa menggunakan kontroler.
Suhu lingkungan sangat berpengaruh terhadap perubahan suhu pada
terminal panas seperti yang terlihat pada grafik di atas, semakin tinggi suhu
lingkungan maka semakin tinggi juga suhu terminal pada dingin. Seperti
halnya juga percobaan dengan menggunakan suplai daya dari Photo Voltaic
(PV) dan pada titik pengukuran yang sama untuk ketiga percobaan yang
dilakukan, semakin tinggi suhu lingkungan maka suhu pada terminal panas
pun akan meningkat seperti ditunjukkan pada Gambar 19, 20, dan 21.
Fenomena ini dapat dijelaskan efek konduksi yang selalu menyertai efek
Peltier. Dengan adanya efek konduksi, peningkatan suhu pada terminal panas
akan menaikkan suhu pada terminal dingin. Untuk menurunkan suhu pada
terminal dingin diperlukan sistem pembuangan panas yang bagus pada
terminal panasnya, sehingga suhu pada terminal dingin akan sangat rendah
walaupun suhu pada terminal panasnya akan sangat tinggi.
Pembuangan panas pada terminal panas modul termoelektrik tidak
mudah untuk dilakukan, karena apabila panas tersebut tidak dibuang maka
panas itu akan merambat ke bagian terminal dingin sehingga akan mengurangi
kinerja dari modul termoelektrik. Untuk melakukan pembuangan panas
memerlukan alat bantu yaitu sirip pendingin dan air. Sirip pendingin harus
mempunyai nilai konduktivitas panas yang besar dan bahan yang lebih tebal,
agar pembuangan panasnya efektif. Pemasangan sirip ini menggunakan sirip
yang telah biasa digunakan sebagai pendingin pada transistor. Sirip terbuat
dari alumunium, mengingat nilai konduktivitas panas alumunium yang besar
yaitu sekitar 208 W/m oC pada suhu 27 oC. Dengan memakai air untuk
membantu dalam pembuangan panas, akan lebih bagus dari penggunaan udara
karena nilai koefisien konveksinya yang lebih besar dibandingkan udara.
Nilai arus dan tegangan yang terukur selama pengujian digunakan
untuk mengatahui daya yang bekerja pada modul termoelektrik. Penurunan
nilai arus yang terjadi karena kapasitas arus baterai juga menurun, sehingga
perlu dilakukan pengisian ulang (charging) agar tegangan selalu dalam
keadaan optimum. Perubahan arus dan tegangan untuk 3 modul termoelektrik
dirangkai paralel selama waktu pengujian dapat dilihat pada Lampiran 3.
Besarnya arus sangat mempengaruhi nilai kapasitas pendinginan (Qo)
seperti terlihat pada persamaan (22). Parameter lain yang mempengaruhi Qo
antara lain nilai koefisien Seebeck, suhu terminal dingin (Td), perbedaan suhu
antara suhu terminal dingin dan terminal panas (∆T), tahanan listrik (R), dan
konduktansi panas antara dua sambungan (U). Semakin besar nilai koefisien
Seebeck, arus dan terminal dingin serta semakin rendah perbedaan suhu antara
terminal dingin dengan terminal panas, maka nilai kapasitas pendinginan akan
semakin besar. Kapasitas pendinginan akan mencapai nilai maksimum pada
saat ∆T sama dengan nol.
Nilai kapasitas pendinginan (Qo) rata-rata pada tiga kali pengujian
adalah sebesar 49.13 W untuk 3 modul termoelektrik dan 16.37 W untuk 1
modul termoelektrik. Sedangkan pada penelitian sebelumnya yang dilakukan
oleh Zuhal (1989) diperoleh nilai kapasitas pendinginan sebesar 7.76 W untuk
4 modul dan 0.027 W untuk 1 modul, sedangkan Trenggonowati (2005)
diperoleh 32.86 W untuk 1 modul. Perbedaan besarnya nilai kapasitas
pendinginan ini dipengaruhi oleh besarnya arus listrik yang digunakan oleh
modul dan nilai koefisien Seebeck pada bahan modul. Nilai koefisien Seebeck
rata-rata pada penelitian sebelumnya oleh Zuhal (1989) sebesar 0.41E-03 V/K
dengan arus rata-rata 0.84 A, dan oleh Trenggonowati (2005) diperoleh nilai
koefisien Seebeck rata-rata sebesar 0.86E-03 V/K dengan arus rata-rata 2.34
A, sedangkan pada penelitian ini diperoleh nilai rata-rata koefisien Seebeck
sebesar 0.36E-03 V/K dengan arus rata-rata 2.89 A untuk 1 modul
termoelektrik.
B. COEFFICIENT OF PERFORMANCE (COP)
Daya guna yang terdapat di dalam modul termoelektrik ditunjukkan
melalui parameter COP. COP merupakan perbandingan antara kemampuan
modul termoelektrik untuk mendinginkan beban dengan kerja listrik yang
dilakukan oleh modul termoelektrik. Untuk meningkatkan COP tersebut
adalah dengan meningkatkan kapasitas pendinginan modul termoelektrik
(Qo). Peningkatan Qo terjadi bila nilai-nilai parameter bahan modul
termoelektrik dapat meningkatkan pula nilai figure of merit (Z). Langkah
tersebut akan berhubungan langsung dengan teknologi pembuatan modul
termoelektrik itu sendiri. Persamaan untuk menghitung COP dapat dilihat
pada persamaan (25). Demikian juga nilai kerja listrik (Pmasukan) sangat
berpengaruh terhadap COP, semakin tinggi nilai kerja listrik maka semakin
rendah daya guna yang dapat ditunjukkan oleh modul termoelektrik.
Pada penelitian kali ini didapatkan nilai COP untuk rataan 3 kali
percobaan percobaan dengan menggunakan 3 modul termoelektrik dan suplai
daya dari baterai adalah sebesar 0.26 dengan pemakaian arus rata-rata sebesar
8.66 A. Sedangkan nilai COP untuk rataan 3 kali percobaan percobaan dengan
menggunakan 3 modul termoelektrik dan suplai daya berasal dari baterai
dengan PV adalah sebesar 0.87 dengan menggunakan arus rata-rata sebesar
8.53 A. Untuk percobaan dengan menggunakan suplai daya dari PV tanpa
menggunakan kontroler seperti terlihat pada Lampiran 6 mendapatkan nilai
COP yang lebih tinggi, karena modul menggunakan arus sebesar 6.35 A yaitu
sebesar 1.21. Hal tersebut dapat terjadi karena semakin kecil arus yang
digunakan, maka nilai kerja listrik yang dilakukan oleh modul pun akan
semakin kecil.
C. FIGURE OF MERIT (Z)
Figure of merit (Z) merupakan karakteristik khusus yang terdapat pada
modul termoelektrik. Nilai ini hanya tergantung kepada sifat-sifat bahan yang
digunakan dalam pembuatan modul termoelektrik. Perhitungan nilai Z ini
dimasukkan ke dalam Lampiran 2. Dari perhitungan tersebut didapatkan nilai
rata-rata dari ketiga modul yang digunakan dalam tiga kali pengujian adalah
1.79E-03. Bahan-bahan yang biasa digunakan dalam pembuatan modul
termoelektrik adalah bahan-bahan semikonduktor seperti Bismuth Tellurium
(Bi2Te3), PbTe, SiGe, dan SB2T3. Pada penelitian kali ini digunakan tipe
modul yang tidak diketahui jenis bahan pembuat kaki modulnya pada literatur,
sehingga pada perhitungan hanya menggunakan data-data spesifikasi modul
yang diperoleh dari literatur. Dari perhitungan juga belum dapat diketahui
jenis bahan kaki modulnya, hanya didapatkan karakteristik bahan pada modul.
Berdasarkan persamaan (29), agar nilai Z dapat ditingkatkan maka:
1. Koefisien Seebeck (α) harus diperbesar
2. Tahanan jenis listrik (ρ) harus diperkecil
3. Konduktivitas panas (k) harus diperkecil
Tabel 3. Data hasil pengujian 3 modul termoelektrik yang dirangkai paralel
pada 3 kali percobaan
Nilai rata-rata untuk tiga modul
Percobaan Percobaan Percobaan
termoelektrik
1
2
3
Tahanan jenis listrik (ρp + ρn), Ωm
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
Konduktansi panas keseluruhan (U), W/K
5.55
5.18
5.34
Efek Konduksi + efek Joulean (Qc), W
290.15
267.23
283.13
Koefisien Seebeck (αpn), V/K
3.63-04
3.54E-04
3.60E-04
Efek Peltier (Φpn), W
327.88
322.06
337.97
Konduktivitas panas pada bahan (kp + kn),
13.68
12.77
13.17
W/mK
Dari hasil perhitungan pada Tabel 3 adalah untuk 3 modul yang
dirangkai secara paralel, sedangkan nilai tahanan jenis listrik untuk satu
pasangan kaki modul (ρp + ρn) adalah 5.45E-06 Ωm, dan nilai konduktivitas
panas untuk satu pasang kaki modul (kp + kn) sebesar 13.21 W/mK, sedangkan
nilai figure of merit (Z) rata-rata adalah sebesar 1.79E-03 /K. Pada penelitian
sebelumnya yang dilakukan oleh Zuhal (1989) dengan menggunakan modul
termoelektrik yang dikeluarkan oleh pabrik MELCOR dengan jenis CP.1.471-06L, nilai tahanan jenis listrik untuk satu pasangan kaki modul (ρp + ρn)
adalah 0.02E-03 Ωm, dan nilai konduktivitas panas untuk satu pasang kaki
modul (kp + kn) sebesar 0.03E-02 W/mK, sedangkan nilai figure of merit (Z)
rata-rata adalah sebesar 0.28E-02 /K. Trenggonowati (2005) mendapatkan
perhitungan untuk nilai tahanan jenis listrik (ρp + ρn) untuk satu pasangan kaki
modul untuk modul tipe TEC1-12706, adalah sebesar 0.78E-05 Ωm, dan nilai
konduktivitas panas untuk satu pasang kaki modul (kp + kn) adalah sebesar
19.87 W/mK, sedangkan nilai figure of merit (Z) rata-rata adalah sebesar
0.17E-02 /K.
Nilai figure of merit (Z) dipengaruhi oleh besarnya koefisien Seebeck
(αpn), koefisien pindah panas keseluruhan (U), dan tahanan listrik (R). Hal ini
dapat terlihat pada persamaan (44). Semakin besar nilai koefisien Seebeck,
semakin kecil nilai koefisien pindah panas keseluruhan dan tahanan listrik,
maka nilai figure of merit (Z) akan semakin besar dan begitu juga sebaliknya.
Dari nilai koefisien figure of merit (Z) pada penelitian-penelitian sebelumnya
diketahui bahwa karakteristik bahan modul termoelektrik yang digunakan oleh
Zuhal (1989) lebih bagus dibandingkan dengan penelitian kali ini. Semakin
besar nilai Z, performansi termoelektrik akan semakin bagus.
Besarnya nilai figure of merit (Z), juga dapat dipengaruhi oleh
besarnya perbedaan suhu antara suhu terminal panas dengan suhu terminal
dingin maksimum (∆Tmax), dan besarnya suhu terminal dingin (Td). Hubungan
antar ketiganya dapat dilihat pada persamaan (41). Semakin rendah suhu
terminal dingin (Td) dan semakin besar perbedaan suhu maksimum (∆Tmax),
maka nilai figure of merit (Z) cenderung akan semakin besar, sehingga
kualitas bahan termoelektrik yang digunakan semakin bagus. Nilai figure of
merit (Z) pada hasil perhitungan untuk 3 modul yang dirangkai paralel juga
dipengaruhi oleh besarnya arus yang mengalir pada rangkaian, semakin tinggi
nilai rata-rata arus yang dihasilkan, maka nilai Z rerata juga akan semakin
tinggi. Grafik hubungan antara suhu terminal dingin (Td) dengan nilai figure
of merit (Z) dapat terlihat pada Gambar 22, 23, dan 24.
0.00182
Figure of Merit (Z)
0.00180
0.00178
0.00176
0.00174
0.00172
0.00170
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
Suhu Term inal Dingin (oC)
Suhu terminal dingin, Td
Linear (Suhu terminal dingin, Td)
Gambar 22. Grafik hubungan suhu terminal dingin dengan nilai figure of merit
pada percobaan tanggal 14 Juli 2006.
0.00184
Figure of Merit (Z)
0.00183
0.00182
0.00181
0.00180
0.00179
0.00178
0.00177
0.00176
-1.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
Suhu Dingin (oC)
Suhu terminal dingin, Td
Linear (Suhu terminal dingin, Td)
Gambar 23. Grafik hubungan suhu terminal dingin dengan nilai figure of
merit pada percobaan tanggal 15 Juli 2006.
1.84E-03
Figure of Merit (Z)
1.83E-03
1.82E-03
1.81E-03
1.80E-03
1.79E-03
1.78E-03
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
Suhu Term inal Dingin (oC)
Suhu terminal dingin, Td
Linear (Suhu terminal dingin, Td)
Gambar 24. Grafik hubungan suhu terminal dingin dengan nilai figure of
merit pada percobaan tanggal 16 Juli 2006.
D. TEGANGAN LISTRIK
Tegangan listrik yang digunakan pada penelitian berasal dari baterai
(accu). Tegangan listrik sangat diperlukan oleh modul termoelektrik dalam
proses kerjanya. Tegangan listrik relatif stabil selama proses kerja dan terjadi
penurunan tegangan ketika kapasitas elektron dalam baterai tersebut
berkurang sehingga perlu dilakukan pengisian ulang (charging) ketika akan
digunakan untuk pengujian berikutnya agar tegangan listrik yang ada dalam
baterai selalu dalam keadaan optimum.
Pengukuran tegangan listrik ini adalah untuk menentukan daya yang
dipakai oleh modul termoelektrik, seperti yang dapat dilihat pada persamaan
(37). Dari hasil pengujian didapatkan nilai tegangan rata-rata untuk 3 modul
adalah sebesar 10.13 dengan arus rata-rata sebesar 8.66 A. Dengan demikian,
daya yang dipakai oleh modul termoeletrik rata-rata dalam kerjanya adalah
sebesar 87.73 W.Grafik hubungan antara tegangan dengan waktu dapat dilihat
pada Lampiran 3 untuk 3 kali percobaan pengujian.
V. KESIMPULAN DAN SARAN
A. KESIMPULAN
1. Besarnya nilai koefisien Seebeck (αpn) rata-rata untuk 3 modul
termoelektrik yang digunakan adalah 3.59E-04 V/K, nilai tahanan jenis
listrik rata-rata untuk 3 modul termoelektrik (ρp + ρn) sebesar 5.45E-06
Ωm, dan nilai konduktivitas panas untuk 3 modul termoelektrik (kp + kn)
sebesar 13.21 W/mK, sedangkan nilai figure of merit (Z) rata-rata untuk 3
modul termoelektrik adalah sebesar 1.79E-03.
2. Besarnya nilai arus rata-rata adalah sebesar 8.66 A dengan nilai tegangan
rata-rata untuk 3 modul termoelektrik dalam 3 kali percobaan percobaan
adalah 10.13 V, sehingga daya yang dipakai adalah sebesar 87.73 W.
Besarnya nilai kapasitas pendinginan (Qo) rata-rata adalah sebesar 49.13
W, sedangkan besarnya nilai kerja listrik rata-rata adalah sebesar 195.65
W, sehingga nilai COP rata-rata untuk 3 modul adalah sebesar 0.26.
3. Dari semua data dan nilai di atas, dapat dikatakan bahwa karakteristik
bahan untuk 3 modul termoelektrik yang digunakan dalam penelitian ini
sudah cukup bagus. Hal ini juga terlihat jelas dari suhu terminal dingin
rata-rata yang dapat dicapai yaitu sebesar 2.32 oC dan suhu terminal panas
rata-rata adalah sebesar 40.47 oC pada pengujian dengan menggunakan
baterai, sehingga didapatkan beda suhu yang cukup besar yaitu 38.15 oC
dibandingkan dengan hasil dari penelitian sebelumnya yang dilakukan
oleh Trenggonowati (2005), yaitu suhu pada terminal dingin sebesar 6.9
o
C dan suhu terminal panasnya adalah 32.8 oC.
4. Kondisi pengukuran yang dilakukan berbeda pada sistem pembuangan
panasnya yaitu pada penelitian ini digunakan heat sink dan air sedangkan
pada penelitian Trenggonowati (2005), pada sistem pembuangan panasnya
menggunakan heat sink dan udara.
B. SARAN
1. Untuk mengetahui karakteristik bahan modul dengan lebih baik,
diperlukan data jenis bahan kaki modul sehingga dapat diketahui nilai
koefisien Seebeck, konduktivitas panas dan tahanan jenis listrik pada
bahan kaki modul termoelektrik.
2. Untuk mendapatkan suhu terminal yang dingin yang rendah diperlukan
alat bantu pembuangan panas yang bagus pada sisi terminal panasnya,
seperti sirip pembuangan panas dan sirkulasi air yang baik, selain itu
pemasangan modul dalam sirip pendingin harus diperhatikan dengan baik
agar tidak terdapat celah pada permukaan modul yang menempel di sirip
pendingin, sehingga tidak terjadi efek Konduksi dan efek Joulean yang
terlalu besar yang menyebabkan suhu terminal dingin naik.
3. Untuk memperpanjang umur modul sebaiknya digunakan pengatur arus,
sekering dan dioda agar modul dapat bekerja pada kondisi yang optimum
dan tidak cepat rusak.
DAFTAR PUSTAKA
Callister, W. D., Jr. 2000. Fundamentals of Materials Science and Engineering.
John Wiley and Sons, Inc., New York.
Culp, A. W., Jr. 1979. Principles of Energy Conversion. McGraw-Hill, Ltd., New
York.
Godfrey, S. 1996. Electronics Cooling: An Introduction to Thermoelectrics
Coolers.http://www.electronicscooling.com/Resource/EC_Articles/SEP96/
sep96_o4.htm.
Gromov,G.
2002.
Thermoelectric
Cooling
Modules.
http://www.rmtltd.ru/te_modules.htm
Handoko, K. 1981. Teknik Lemari Es. PT. Ichtiar Baru. Jakarta.
Kryotherm. Manufactures Peltier Modules. Temperature Range -150 oC to +80
o
C. http://www.kryotherm.ru/multi_tems.html.
Marder, M. P. 2000. Condensed Matter Physics. John Wiley and Sons, Inc., New
York.
Palacios, R. and M. Zhu Li. Electrical Properties of Commercial Thermoelectric
Modules. [email protected].
Rogers, G. And Y. Mayhew. 1991. Engineering Thermodynamics Work and Heat
Transfer. John Wiley and Sons, Inc., New York.
Stoecker, W. F. dan W. J. Jerold. 1987. Refrigerasi dan Pengkondisian Udara.
Erlangga. Jakarta.
Sukur, E. 2004. Melirik Teknologi Termoelektrik Sebagai Energi Alternatif.
www.energi.lipi.go.id.
Tambunan, A. H. 1998. Diktat Teknik Pendinginan. FATETA-IPB, Bogor.
Thermo Electric Cooling America Corpooooration (TECA). 2002. Thermoelectric
Technology. http://www.thermoelectric.com/2002/tt/index. TECA. USA.
Trenggonowati,
D.
A.
2005.
Pengkajian
Karakteristik
Bahan
Modul
Termoelektrik Untuk Sistem Pendinginan. Skripsi. Departemen Teknik
Pertanian. Fateta, IPB, Bogor.
Threlkeld, J. L. 1970. Thermal Environmental Engineering. Second Edition.
Englewood
Cliffs,
New
Jersey.Wood,
B.
D.
1988.
Penerapan
Termodinamika. Edisi Kedua. Erlangga. Jakarta.
United Nations Environment Programme (UNEP). 1992. The Impact of Ozone
Layer Depletion. UNEP/GEMS Environment Library No. 7. Nairobi,
Kenya. Terjemahan. Oleh Kantor menteri Lingkungan Hidup dan PT.
Sucofindo.
Zemansky, M. W. dan R. H. Dittman. 1986. Kalor dan Termodinamika. Terbitan
Keenam. ITB. Bandung.
Zuhal, 1989. Rancangan dan Uji Teknis Alat Pendingin Termoelektrik Efek
Peltier dengan Catu Daya Sel Surya. Skripsi. Jurusan Mekanisasi
Pertanian. Fateta, IPB, Bogor.
Lampiran 1. Data percobaan dengan 3 modul termoelektrik yang dirangkai secara paralel
Tabel lampiran 4. Data percobaan 1 (tanggal 14 Juli 2006)
T
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
Rata-rata
Tp1
38.8
42.4
44.1
45.5
46.3
47.0
43.0
41.6
41.0
42.1
42.4
42.6
41.3
42.6
40.5
41.5
42.9
41.3
36.5
42.28
Tp2
44.2
48.6
48.5
49.3
50.5
50.9
49.1
44.5
45.1
46.0
46.8
46.3
45.3
44.6
42.4
42.8
45.0
44.0
42.1
46.11
Tp3
37.3
39.7
42.6
43.4
44.6
45.0
42.6
40.5
40.9
41.2
42.8
42.1
41.1
41.4
39.9
40.3
42.4
41.1
39.7
41.51
Td1
0.9
1.1
1.8
2.6
4.2
4.4
1.3
-0.4
-0.4
0.0
1.2
1.2
1.7
4.5
5.0
4.8
6.9
6.0
6.9
2.83
Td2
2.4
4.0
5.2
6.1
7.0
7.2
4.0
6.5
2.6
2.7
4.4
7.3
9.6
7.0
7.3
6.9
9.1
8.2
9.2
6.14
Td3
0.9
1.4
2.8
3.6
5.5
5.6
2.1
0.3
0.6
0.9
2.5
1.5
3.6
6.0
6.4
6.0
8.2
7.4
8.4
3.88
dT1
37.9
41.3
42.3
42.9
42.1
42.6
41.7
42.0
41.4
42.1
41.2
41.4
39.6
38.1
35.5
36.7
36.0
35.3
29.6
39.46
dT2
41.8
44.6
43.3
43.2
43.5
43.7
45.1
38.0
42.5
43.3
42.4
39.0
35.7
37.6
35.1
35.9
35.9
35.8
32.9
39.96
dT3
36.4
38.3
39.8
39.8
39.1
39.4
40.5
40.2
40.3
40.3
40.3
40.6
37.5
35.4
33.5
34.3
34.2
33.7
31.3
37.63
Ta
29.1
28.9
29.0
29.0
29.2
29.3
30.1
33.5
34.0
34.6
34.9
35.0
35.6
36.0
36.1
36.4
35.9
36.4
36.8
33.15
Tl
32.3
32.4
32.3
32.5
32.4
32.4
32.3
32.3
32.4
32.3
32.4
32.2
32.3
32.2
32.2
32.2
32.2
32.0
32.1
32.28
V
10.51
10.73
10.71
10.69
10.72
10.69
10.59
10.54
10.53
10.51
10.44
10.4
10.27
9.48
8.54
8.53
9.14
8.99
7.16
9.96
I
10.96
9.08
9.01
8.93
8.91
8.85
9.00
9.00
9.00
8.94
8.85
8.78
8.63
8.00
7.23
7.18
6.99
6.91
6.32
8.45
P
115.19
97.43
96.50
95.46
95.52
94.61
95.31
94.86
94.77
93.96
92.39
91.31
88.63
75.84
61.74
61.25
63.89
62.12
45.25
85.05
Lampiran 1. (lanjutan)
Tabel lampiran 5. Data percobaan 2 (tanggal 15 Juli 2006)
t
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Rata-rata
Tp1
38.4
42.5
42.8
44.0
38.5
39.7
39.4
39.3
38.5
37.7
40.08
Tp2
36.9
40.2
41.7
43.0
37.7
38.6
38.1
36.9
37.2
36.6
38.69
Tp3
35.5
39.2
41.0
42.0
36.8
37.9
37.5
36.3
36.7
36.4
37.93
Td1
1.6
3.0
4.3
4.9
0.7
1.1
1.7
1.7
2.1
3.6
2.47
Td2
-2.2
0.4
2.4
3.1
-1.5
1.0
-0.6
-0.1
0.4
1.8
0.47
Td3
1.6
3.2
3.6
4.2
0.0
0.4
0.8
1.5
1.8
3.2
2.03
dT1
36.8
39.5
38.5
39.1
37.8
38.6
37.7
37.6
36.4
34.1
37.61
dT2
39.1
39.8
39.3
39.9
39.2
37.6
38.7
37.0
36.8
34.8
38.22
dT3
33.9
36.0
37.4
37.8
36.8
37.5
36.7
34.8
34.9
33.2
35.90
Ta
29.2
29.3
29.2
29.3
31.7
32.1
32.9
33.1
33.5
33.6
31.39
Tl
31.1
31.1
31.7
31.7
31.7
31.6
31.7
31.6
31.7
31.7
31.6
V
10.81
10.88
10.84
10.77
10.65
10.63
10.35
8.77
8.51
6.50
9.87
I
9.37
9.1
9.08
8.99
9.17
9.07
8.91
7.53
7.36
7.55
8.61
P
101.29
99.01
98.43
96.82
97.66
96.41
92.22
66.04
62.63
49.08
85.96
Lampiran 1. (lanjutan)
Tabel lampiran 6. Data percobaan 3 (16 Juli 2006)
t
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Rata-rata
Tp1
34.3
40.0
38.6
38.3
39.8
40.9
41.8
40.4
41.9
41.1
42.1
42.2
42.2
42.2
42.9
41.1
42.8
40.74
Tp2
33.5
37.8
37.1
36.7
37.4
38.1
39.0
37.5
39.0
38.8
40.1
41.1
41.2
40.5
41.3
40.6
41.2
38.88
Tp3
32.3
35.8
35.8
35.1
36.8
37.4
39.0
36.9
36.8
37.6
38.9
40.5
40.6
39.9
41.0
40.1
41.3
37.99
Td1
1.2
1.1
-0.1
-0.4
0.4
0.9
1.6
0.0
0.4
2.1
1.0
3.4
2.6
2.7
2.9
1.5
1.3
1.33
Td2
-2.1
-1.6
-1.4
-1.4
-1.1
-0.6
0.4
-1.5
-1.6
0.5
-0.7
2.5
1.4
1.4
2.2
1.6
1.7
-0.02
Td3
0.9
0.1
0.0
0.0
0.3
1.5
2.2
1.8
0.5
2.0
1.3
3.0
2.9
2.9
3.4
3.3
3.6
1.75
dT1
33.1
38.9
38.7
38.7
39.4
40.0
40.2
40.4
41.5
39.0
41.1
38.8
39.6
39.5
40.0
39.6
41.5
39.41
dT2
35.6
39.4
38.5
38.1
38.5
38.7
38.6
39.0
40.6
38.3
40.8
38.6
39.8
39.1
39.1
39.0
39.5
38.89
dT3
31.4
35.7
35.8
35.1
36.5
35.9
36.8
35.1
36.3
35.6
37.6
37.5
37.7
37.0
37.6
36.8
37.7
36.24
Ta
31.9
32.1
32.1
32.3
32.3
32.2
32.1
32.2
32.2
32.1
32.3
32.2
32.2
32.3
32.2
32.3
32.5
32.21
Tl
29.3
29.7
30.6
31.3
31.9
32.2
32.9
33.4
33.7
34.2
34.6
35.1
35.4
35.8
35.9
36.4
36.7
33.48
V
10.96
10.91
10.71
10.72
10.67
10.63
10.61
10.55
10.56
10.56
10.52
10.50
10.48
10.30
10.32
10.33
10.18
10.56
I
9.43
9.43
9.27
9.23
9.15
9.03
8.99
8.95
8.96
8.93
8.96
8.76
8.70
8.46
8.39
8.44
8.50
8.92
P
103.35
102.88
99.28
98.95
97.63
95.99
95.38
94.42
94.62
94.30
94.26
91.98
91.18
87.14
86.58
87.19
86.53
94.22
Lampiran 2. Data hasil perhitungan pengukuran dengan 3 modul termoelektrik yang dirangkai secara paralel
Tabel lampiran 7. Data hasil perhitungan percobaan 1 (14 Juli 2006)
t
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
85
90
Rata-rata
ΣTp
40.10
43.57
45.07
46.07
47.13
47.63
44.90
42.20
42.33
43.10
44.00
43.67
42.57
42.87
40.93
41.53
43.43
42.13
39.43
43.30
ΣTd
1.40
2.17
3.27
4.10
5.57
5.73
2.47
2.13
0.93
1.20
2.70
3.33
4.97
5.83
6.23
5.90
8.07
7.20
8.17
4.28
Σ∆T
38.70
41.40
41.80
41.97
41.57
41.90
42.43
40.07
41.40
41.90
41.30
40.33
37.60
37.03
34.70
35.63
35.37
34.93
31.27
39.02
ρp + ρn
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
Z
1.81E-03
1.80E-03
1.78E-03
1.77E-03
1.75E-03
1.75E-03
1.79E-03
1.80E-03
1.81E-03
1.81E-03
1.79E-03
1.78E-03
1.76E-03
1.75E-03
1.74E-03
1.75E-03
1.72E-03
1.73E-03
1.72E-03
1.77E-03
U
5.43
5.98
6.07
6.11
6.02
6.09
6.22
5.69
5.98
6.09
5.96
5.75
5.23
5.13
4.77
4.91
4.87
4.81
4.33
5.55
Qo
90.03
35.20
30.19
26.89
29.97
25.65
24.22
44.10
33.42
27.71
30.91
37.28
53.48
43.96
41.81
35.06
32.50
33.40
40.89
37.72
Qc
328.93
329.09
334.04
335.26
328.62
332.79
344.08
308.25
327.66
334.38
323.48
308.11
270.39
253.51
217.43
226.08
220.69
215.25
174.88
290.15
αpn
3.63E-04
3.80E-04
3.81E-04
3.81E-04
3.76E-04
3.78E-04
3.87E-04
3.71E-04
3.81E-04
3.85E-04
3.78E-04
3.71E-04
3.52E-04
3.47E-04
3.34E-04
3.40E-04
3.36E-04
3.34E-04
3.16E-04
3.63E-04
Φ
418.96
364.29
364.23
362.15
358.59
358.45
368.30
352.36
361.08
362.09
354.40
345.40
323.87
297.47
259.25
261.14
253.19
248.65
215.77
327.88
kp + k n
13.38
14.74
14.96
15.06
14.83
15.02
15.33
14.03
14.74
15.02
14.68
14.17
12.90
12.66
11.77
12.11
12.01
11.86
10.67
13.68
Pmasukan
296.93
218.05
215.85
212.74
210.70
208.96
217.11
211.69
214.95
213.58
208.17
203.05
191.27
166.23
135.72
135.44
128.60
125.54
103.08
190.40
COP
0.30
0.16
0.14
0.13
0.14
0.12
0.11
0.21
0.16
0.13
0.15
0.18
0.28
0.26
0.31
0.26
0.25
0.27
0.40
0.21
Lampiran 2. (lanjutan)
Tabel lampiran 8. Data hasil perhitungan percobaan 2 (15 Juli 2006)
t
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Rata-rata
ΣTp
36.93
40.63
41.83
43.00
37.67
38.73
38.33
37.50
37.47
36.90
38.90
ΣTd
0.33
2.20
3.43
4.07
-0.27
0.83
0.63
1.03
1.43
2.87
1.66
Σ∆T
36.60
38.43
38.40
38.93
37.93
37.90
37.70
36.47
36.03
34.03
37.24
ρp + ρn
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
Z
1.82E-03
1.80E-03
1.78E-03
1.77E-03
1.83E-03
1.81E-03
1.82E-03
1.81E-03
1.81E-03
1.79E-03
1.80E-03
U
5.06
5.38
5.37
5.47
5.29
5.28
5.25
5.04
4.97
4.68
5.18
Qo
73.75
57.63
57.44
52.05
62.19
60.43
58.51
37.46
36.50
52.31
54.83
Qc
272.25
288.66
287.89
292.98
283.85
281.64
276.43
240.01
232.86
215.74
267.23
αpn
3.52E-04
3.60E-04
3.58E-04
3.61E-04
3.60E-04
3.59E-04
3.58E-04
3.50E-04
3.47E-04
3.35E-04
3.54E-04
Φ
346.00
346.29
345.34
345.03
346.04
342.08
334.93
277.47
269.36
268.05
322.06
k p + kn
12.48
13.26
13.24
13.49
13.04
13.02
12.94
12.43
12.26
11.54
12.77
Pmasukan
220.17
212.33
211.22
208.51
214.63
210.23
203.33
149.19
142.62
145.93
191.82
COP
0.33
0.27
0.27
0.25
0.29
0.29
0.29
0.25
0.26
0.36
0.29
Lampiran 2. (lanjutan)
Tabel lampiran 9. Data hasil perhitungan percobaan 3 (16 Juli 2006)
t
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
50
55
60
65
70
75
80
Rata-rata
∑Tp
33.37
36.70
39.17
37.17
37.87
38.00
38.27
38.80
41.27
40.60
39.93
40.87
41.73
41.33
39.23
41.77
40.37
39.20
∑Td
0.00
-0.60
1.53
-0.50
-0.13
-0.13
0.10
0.60
2.97
2.13
1.40
2.33
2.83
2.30
-0.23
2.20
0.53
1.02
∑∆T
33.37
37.30
37.63
37.67
38.00
38.13
38.17
38.20
38.30
38.47
38.53
38.53
38.90
39.03
39.47
39.57
39.83
38.18
ρp + ρn
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
Z
1.82E-03
1.83E-03
1.80E-03
1.83E-03
1.83E-03
1.83E-03
1.82E-03
1.82E-03
1.79E-03
1.80E-03
1.81E-03
1.79E-03
1.79E-03
1.79E-03
1.83E-03
1.80E-03
1.82E-03
1.81E-03
U
4.59
5.18
5.24
5.24
5.30
5.32
5.33
5.34
5.35
5.38
5.40
5.40
5.46
5.49
5.57
5.59
5.64
5.34
Qo
90.34
67.17
59.32
65.76
66.81
60.55
56.34
57.73
51.59
43.74
54.75
43.70
39.59
45.29
47.68
37.06
45.00
54.85
Qc
241.22
277.52
276.00
282.51
289.44
285.89
282.71
284.54
281.01
277.62
287.93
278.78
282.23
289.19
299.40
292.79
304.34
283.13
αpn
3.35E-04
3.57E-04
3.56E-04
3.59E-04
3.61E-04
3.61E-04
3.61E-04
3.61E-04
3.58E-04
3.60E-04
3.62E-04
3.61E-04
3.62E-04
3.64E-04
3.70E-04
3.67E-04
3.71E-04
3.60E-04
Φ
331.56
344.69
335.32
348.27
356.25
346.44
339.06
342.28
332.60
321.36
342.68
322.48
321.82
334.48
347.08
329.84
349.33
337.97
kp + kn
11.32
12.77
12.91
12.92
13.07
13.13
13.14
13.15
13.20
13.27
13.30
13.30
13.47
13.53
13.74
13.79
13.92
13.17
Pmasukan
216.60
215.88
203.86
218.29
225.68
214.19
205.99
209.24
198.10
185.97
208.15
186.84
184.76
197.29
209.18
190.48
209.83
204.72
COP
0.42
0.31
0.29
0.30
0.30
0.28
0.27
0.28
0.26
0.24
0.26
0.23
0.21
0.23
0.23
0.19
0.21
0.27
Lampiran 3. Grafik hubungan waktu dengan tegangan dan arus untuk 3 modul
11.00
12.50
10.00
11.00
9.00
9.50
8.00
8.00
7.00
6.50
6.00
Arus (I)
Tegangan (V)
dirangkai secara paralel
5.00
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
Waktu (m enit)
Tegangan, V
Arus, I
13.00
10.00
12.00
9.50
11.00
9.00
10.00
8.50
9.00
8.00
8.00
7.50
7.00
7.00
6.00
6.50
5.00
Arus (I)
Tegangan (V)
Gambar lampiran 25. Grafik pada percobaan tanggal 14 Juli 2006.
6.00
0
5
10
15
20
25
30
35
40
45
Waktu (m enit)
Tegangan, V
Arus, I
Gambar lampiran 26. Grafik pada percobaan tanggal 15 Juli 2006.
11.20
9.60
11.00
9.40
9.20
9.00
10.60
8.80
10.40
8.60
10.20
Arus (I)
Tegangan (V)
10.80
8.40
10.00
8.20
9.80
8.00
9.60
7.80
0
15
45
10
15
20
35
25
55
75
30
65
70
60
40
80
50
Waktu (m enit)
Tegangan, V
Arus, I
Gambar lampiran 27. Grafik pada percobaan tanggal 16 Juli 2006.
Lampiran 4. Grafik hubungan arus dengan suhu terminal dingin untuk percobaan
dengan 3 modul dirangkai paralel
12.00
11.00
A r u s (I)
10.00
9.00
8.00
7.00
6.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
Suhu Terminal Dingin (oC)
Suhu terminal dingin, Td
Gambar lampiran 28. Grafik pada percobaan tanggal 14 Juli 2006.
10.00
9.50
Arus (I)
9.00
8.50
8.00
7.50
7.00
6.50
6.00
-1.00
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
Suhu Term inal Dingin ( oC)
Suhu terminal dingin, Td
Gambar lampiran 29. Grafik pada percobaan tanggal 15 Juli 2006.
9.60
9.40
Arus (I)
9.20
9.00
8.80
8.60
8.40
8.20
-1.00
-0.50
0.00
0.50
1.00
1.50
2.00
2.50
3.00
3.50
Suhu Term inal Dingin ( oC)
Suhu terminal dingin, Td
Gambar lampiran 30. Grafik pada percobaan tanggal 16 Juli 2006.
Lampiran 4. (lanjutan)
8.80
8.70
8.60
Arus (I)
8.50
8.40
8.30
8.20
8.10
8.00
7.90
7.80
20.00
20.50
21.00
21.50
22.00
22.50
23.00
23.50
24.00
T dingin ( oC)
T dingin
Gambar lampiran 31. Grafik pada percobaan tanggal 7 Agustus 2006 dengan
menggunakan kontroler.
9.80
9.60
Arus (I)
9.40
9.20
9.00
8.80
8.60
8.40
21.50
22.00
22.50
23.00
23.50
24.00
24.50
25.00
25.50
T dingin (oC)
Suhu terminal dingin, Td
Gambar lampiran 32. Grafik pada percobaan tanggal 8 Agustus 2006 dengan
menggunakan kontroler.
8.00
7.00
A r u s (I)
6.00
5.00
4.00
3.00
2.00
1.00
0.00
19.50
20.00
20.50
21.00
21.50
22.00
22.50
23.00
T dingin (oC)
Suhu terminal dingin, Td
Gambar lampiran 33. Grafik pada percobaan tanggal 9 Agustus 2006 dengan
tanpa menggunakan kontroler.
Lampiran 5. Data percobaan dengan suplai daya dari Photo Voltaic (PV) dan
baterai untuk 3 modul termoelektrik dirangkai paralel
Tabel lampiran 10. Data percobaan 1 dilakukan dengan menggunakan kontroler
(7 Agustus 2006)
T
Ta
Tl
Tp
Td
I
0
26.50
28.70
28.40
21.70
8.71
10
27.00
29.00
31.90
20.40
8.32
20
28.30
29.20
32.60
20.60
8.47
30
29.30
29.30
29.90
21.00
8.28
40
29.90
29.90
34.10
21.40
8.26
50
30.40
30.10
33.80
20.90
7.99
60
30.80
29.50
34.10
21.50
8.11
70
31.30
29.70
35.00
21.40
8.43
80
31.70
29.60
35.40
21.50
8.42
90
32.10
29.90
35.20
21.90
8.41
100
32.20
29.80
35.60
21.80
8.33
110
32.50
30.10
35.80
21.90
8.35
120
32.60
30.00
36.00
22.30
8.38
130
33.40
31.10
33.50
22.30
8.38
140
33.30
30.40
34.90
21.80
8.38
150
33.30
30.70
36.10
22.30
8.30
160
33.40
31.10
36.20
21.90
8.10
170
32.90
31.40
35.90
22.80
8.55
180
33.40
31.10
36.50
22.40
8.56
190
33.60
30.90
36.70
22.30
8.54
200
33.80
31.20
37.00
22.40
8.55
210
34.00
31.30
37.20
22.80
8.53
220
34.10
31.30
37.20
22.20
8.53
230
34.20
31.90
37.10
22.30
8.69
240
34.50
31.40
37.30
22.90
8.59
250
34.50
31.50
37.50
23.40
8.47
260
34.70
31.50
37.70
22.90
8.61
270
34.60
31.50
37.70
22.90
8.56
280
34.80
31.50
37.60
23.50
8.51
290
34.90
31.50
37.60
23.30
8.49
300
34.90
31.50
37.80
23.00
8.26
310
35.00
31.60
37.60
22.90
8.10
320
35.00
31.40
37.40
22.90
7.88
Rata-rata
32.63
30.62
35.58
22.17
8.40
Lampiran 5. (lanjutan)
Tabel lampiran 11. Data percobaan 2 dilakukan dengan menggunakan kontroler
(8 Agustus 2006)
t
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
Rata-rata
Ta
26.50
26.80
28.00
28.90
29.40
29.80
30.20
30.50
30.80
31.20
31.00
31.30
31.80
31.80
31.90
32.20
32.40
32.10
32.30
32.40
32.60
30.66
Tl
28.20
28.30
28.10
28.20
28.00
28.20
28.00
28.00
28.40
28.20
28.00
28.30
28.40
29.10
29.40
28.70
28.40
28.70
28.70
28.60
28.60
28.40
Tp
28.20
32.40
33.10
33.80
34.20
34.50
34.20
34.60
34.80
35.10
33.40
35.30
35.70
35.10
35.70
36.20
36.30
36.60
36.40
36.60
36.50
34.70
Td
24.35
21.75
21.95
22.00
22.30
22.45
22.35
22.45
22.70
22.75
23.65
23.05
23.80
23.40
23.35
23.75
25.25
23.80
23.80
23.90
23.90
23.18
I
9.61
8.82
8.71
8.72
8.66
8.65
8.65
8.53
8.58
8.50
8.50
8.64
8.66
8.62
8.55
8.67
8.54
8.54
8.59
8.50
8.56
8.66
Lampiran 5. (lanjutan)
Tabel lampiran 12. Data percobaan 3 dilakukan dengan tanpa menggunakan
kontroler (9 Agustus 2006)
t
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
rata-rata
Ta
27.10
27.30
27.50
27.60
27.90
28.10
28.20
28.40
28.60
28.60
28.90
29.00
29.20
29.20
29.20
29.40
29.30
29.20
29.40
29.50
29.70
29.60
29.90
28.73
Tl
28.50
28.50
28.80
31.10
31.80
32.00
33.40
32.50
33.40
33.90
33.30
34.60
33.30
33.10
33.40
34.40
35.10
33.90
30.90
30.60
30.20
29.90
30.70
32.06
Tp
30.60
31.80
32.10
32.40
32.50
32.50
32.90
32.30
33.00
33.50
33.30
33.70
33.60
33.40
33.80
33.20
33.90
34.30
34.30
34.20
34.30
33.10
33.20
33.13
Td
22.15
20.10
20.10
20.30
20.00
21.10
20.20
20.70
20.25
20.40
20.50
20.50
20.95
20.70
20.45
20.70
20.75
20.75
20.90
20.90
21.65
21.25
22.50
20.77
I
5.96
5.27
6.43
6.43
6.58
6.80
6.69
6.70
6.66
6.63
6.44
6.53
6.36
5.41
6.72
6.26
6.38
6.51
6.42
6.12
6.09
3.22
4.60
6.14
Lampiran 6. Hasil perhitungan data percobaan dengan suplai daya dari Photo Voltaic (PV) dan baterai untuk 3 modul termoelektrik
dirangkai paralel
Tabel lampiran 13. Data hasil perhitungan percobaan 1 dilakukan dengan menggunakan kontroler (7 Agustus 2006)
t
Tp
Td
ΣΔT
ρp + ρn
Z
U
αpn
Qo
Qc
S
k p + kn
Pmasukan
COP
0
28.40
21.70
6.70
5.45E-06
1.57E-03
2.59
2.34E-04
137.71
92.48
230.19
6.39
150.21
0.92
10
31.90
20.40
11.50
5.45E-06
1.58E-03
2.81
2.44E-04
128.14
100.89
229.03
6.94
137.06
0.93
20
32.60
20.60
12.00
5.45E-06
1.58E-03
2.84
2.45E-04
129.11
105.09
234.20
7.00
142.05
0.91
30
29.90
21.00
8.90
5.45E-06
1.57E-03
2.69
2.38E-04
131.05
91.82
222.86
6.63
135.75
0.97
40
34.10
21.40
12.70
5.45E-06
1.57E-03
2.88
2.46E-04
125.78
104.06
229.84
7.09
135.09
0.93
50
33.80
20.90
12.90
5.45E-06
1.57E-03
2.89
2.47E-04
122.30
100.43
222.73
7.11
126.40
0.97
60
34.10
21.50
12.60
5.45E-06
1.57E-03
2.87
2.46E-04
124.18
101.28
225.46
7.08
130.23
0.95
70
35.00
21.40
13.60
5.45E-06
1.57E-03
2.92
2.48E-04
126.39
110.10
236.50
7.21
140.71
0.90
80
35.40
21.50
13.90
5.45E-06
1.57E-03
2.94
2.49E-04
125.83
111.04
236.87
7.25
140.37
0.90
90
35.20
21.90
13.30
5.45E-06
1.56E-03
2.91
2.47E-04
126.61
108.68
235.29
7.17
140.04
0.90
100
35.60
21.80
13.80
5.45E-06
1.56E-03
2.93
2.48E-04
124.95
109.18
234.12
7.23
137.39
0.91
110
35.80
21.90
13.90
5.45E-06
1.56E-03
2.94
2.48E-04
125.03
109.88
234.90
7.25
138.05
0.91
120
36.00
22.30
13.70
5.45E-06
1.56E-03
2.93
2.48E-04
125.67
109.64
235.31
7.22
139.04
0.90
130
33.50
22.30
11.20
5.45E-06
1.56E-03
2.80
2.42E-04
129.20
100.87
230.08
6.90
139.04
0.93
140
34.90
21.80
13.10
5.45E-06
1.56E-03
2.90
2.47E-04
126.56
107.46
234.02
7.14
139.04
0.91
150
36.10
22.30
13.80
5.45E-06
1.56E-03
2.93
2.48E-04
124.60
108.68
233.28
7.23
136.40
0.91
160
36.20
21.90
14.30
5.45E-06
1.56E-03
2.96
2.49E-04
121.42
107.29
228.72
7.30
129.91
0.93
170
35.90
22.80
13.10
5.45E-06
1.55E-03
2.90
2.46E-04
128.46
110.31
238.77
7.14
144.74
0.89
180
36.50
22.40
14.10
5.45E-06
1.56E-03
2.95
2.48E-04
127.12
114.13
241.26
7.27
145.08
0.88
190
36.70
22.30
14.40
5.45E-06
1.56E-03
2.97
2.49E-04
126.45
114.92
241.37
7.31
144.40
0.88
200
37.00
22.40
14.60
5.45E-06
1.56E-03
2.98
2.50E-04
126.26
115.84
242.10
7.34
144.74
0.87
210
37.20
22.80
14.40
5.45E-06
1.55E-03
2.97
2.49E-04
126.33
114.75
241.08
7.31
144.07
0.88
220
37.20
22.20
15.00
5.45E-06
1.56E-03
3.00
2.51E-04
125.41
117.03
242.44
7.40
144.07
0.87
230
37.10
22.30
14.80
5.45E-06
1.56E-03
2.99
2.50E-04
127.53
118.99
246.53
7.37
149.52
0.85
240
37.30
22.90
14.40
5.45E-06
1.55E-03
2.97
2.49E-04
127.01
115.77
242.78
7.31
146.10
0.87
250
37.50
23.40
14.10
5.45E-06
1.55E-03
2.95
2.48E-04
126.10
112.62
238.72
7.27
142.05
0.89
260
37.70
22.90
14.80
5.45E-06
1.55E-03
2.99
2.50E-04
126.63
117.62
244.26
7.37
146.78
0.86
270
37.70
22.90
14.80
5.45E-06
1.55E-03
2.99
2.50E-04
126.07
116.77
242.84
7.37
145.08
0.87
280
37.60
23.50
14.10
5.45E-06
1.55E-03
2.95
2.48E-04
126.56
113.29
239.85
7.27
143.39
0.88
290
37.60
23.30
14.30
5.45E-06
1.55E-03
2.96
2.48E-04
126.03
113.70
239.73
7.30
142.72
0.88
300
37.80
23.00
14.80
5.45E-06
1.55E-03
2.99
2.50E-04
122.55
111.78
234.33
7.37
135.09
0.91
310
37.60
22.90
14.70
5.45E-06
1.55E-03
2.98
2.49E-04
120.77
108.81
229.57
7.35
129.91
0.93
320
37.40
22.90
14.50
5.45E-06
1.55E-03
2.97
2.49E-04
118.35
104.57
222.92
7.33
122.95
0.96
Rata-rata
35.58
22.17
13.42
5.45E-06
1.56E-03
2.92
2.47E-04
126.13
109.08
235.21
7.19
139.62
0.90
Lampiran 6. (lanjutan)
Tabel lampiran 14. Data hasil perhitungan percobaan 2 dilakukan dengan menggunakan kontroler (8 Agustus 2006)
t
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
Rata-rata
Tp
28.20
32.40
33.10
33.80
34.20
34.50
34.20
34.60
34.80
35.10
33.40
35.30
35.70
35.10
35.70
36.20
36.30
36.60
36.40
36.60
36.50
34.70
Td
24.35
21.75
21.95
22.00
22.30
22.45
22.35
22.45
22.70
22.75
23.65
23.05
23.80
23.40
23.35
23.75
25.25
23.80
23.80
23.90
23.90
23.18
ΣΔT
3.85
10.65
11.15
11.80
11.90
12.05
11.85
12.15
12.10
12.35
9.75
12.25
11.90
11.70
12.35
12.45
11.05
12.80
12.60
12.70
12.60
11.52
ρp + ρn
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
Z
1.54E-03
1.57E-03
1.56E-03
1.56E-03
1.56E-03
1.56E-03
1.56E-03
1.56E-03
1.56E-03
1.55E-03
1.55E-03
1.55E-03
1.54E-03
1.55E-03
1.55E-03
1.54E-03
1.53E-03
1.54E-03
1.54E-03
1.54E-03
1.54E-03
1.55E-03
U
2.48
2.77
2.80
2.83
2.83
2.84
2.83
2.85
2.84
2.86
2.73
2.85
2.83
2.82
2.86
2.86
2.79
2.88
2.87
2.88
2.87
2.82
αpn
2.26E-04
2.41E-04
2.42E-04
2.44E-04
2.44E-04
2.44E-04
2.43E-04
2.44E-04
2.44E-04
2.44E-04
2.38E-04
2.44E-04
2.42E-04
2.42E-04
2.44E-04
2.44E-04
2.39E-04
2.44E-04
2.44E-04
2.44E-04
2.44E-04
2.42E-04
Qo
147.30
134.45
132.74
132.02
131.27
130.97
131.23
129.55
130.16
128.96
132.31
130.60
131.27
131.11
129.50
130.65
131.11
128.77
129.59
128.47
129.27
131.49
Qc
100.97
106.54
106.29
108.66
107.97
108.32
107.63
106.62
107.30
106.81
98.14
108.84
107.97
106.60
107.66
110.05
103.05
109.07
109.21
108.04
108.70
106.88
S
248.27
240.99
239.03
240.68
239.24
239.29
238.86
236.18
237.46
235.77
230.45
239.44
239.24
237.71
237.16
240.70
234.16
237.84
238.80
236.51
237.97
238.37
kp + k n
6.11
6.84
6.90
6.98
6.99
7.01
6.98
7.02
7.01
7.04
6.73
7.03
6.99
6.96
7.04
7.06
6.88
7.10
7.08
7.09
7.08
6.95
Pmasukan
186.07
162.74
159.25
160.18
158.13
157.91
157.73
153.78
155.48
152.90
150.63
157.71
158.08
156.51
154.63
158.93
153.08
154.66
156.24
153.17
155.18
157.76
COP
0.79
0.83
0.83
0.82
0.83
0.83
0.83
0.84
0.84
0.84
0.88
0.83
0.83
0.84
0.84
0.82
0.86
0.83
0.83
0.84
0.83
0.83
Lampiran 6. (lanjutan)
Tabel lampiran 15. Data hasil perhitungan percobaan 3 dilakukan tanpa menggunakan kontroler (9 Agustus 2006)
T
0
10
20
30
40
50
60
70
80
90
100
110
120
130
140
150
160
170
180
190
200
210
220
rata-rata
Tp
30.60
31.80
32.10
32.40
32.50
32.50
32.90
32.30
33.00
33.50
33.30
33.70
33.60
33.40
33.80
33.20
33.90
34.30
34.30
34.20
34.30
33.10
33.20
33.13
Td
22.15
20.10
20.10
20.30
20.00
21.10
20.20
20.70
20.25
20.40
20.50
20.50
20.95
20.70
20.45
20.70
20.75
20.75
20.90
20.90
21.65
21.25
22.50
20.77
ΣΔT
8.45
11.70
12.00
12.10
12.50
11.40
12.70
11.60
12.75
13.10
12.80
13.20
12.65
12.70
13.35
12.50
13.15
13.55
13.40
13.30
12.65
11.85
10.70
12.35
ρp + ρn
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
5.45E-06
Z
1.56E-03
1.58E-03
1.58E-03
1.58E-03
1.58E-03
1.57E-03
1.58E-03
1.58E-03
1.58E-03
1.58E-03
1.58E-03
1.58E-03
1.57E-03
1.58E-03
1.58E-03
1.58E-03
1.58E-03
1.58E-03
1.57E-03
1.57E-03
1.57E-03
1.57E-03
1.56E-03
1.58E-03
U
2.67
2.82
2.84
2.84
2.86
2.81
2.88
2.82
2.88
2.90
2.88
2.90
2.87
2.88
2.91
2.86
2.90
2.92
2.91
2.91
2.87
2.83
2.77
2.86
αpn
2.37E-04
2.45E-04
2.46E-04
2.46E-04
2.47E-04
2.44E-04
2.47E-04
2.44E-04
2.47E-04
2.48E-04
2.47E-04
2.48E-04
2.46E-04
2.47E-04
2.48E-04
2.46E-04
2.48E-04
2.49E-04
2.48E-04
2.48E-04
2.46E-04
2.44E-04
2.41E-04
2.46E-04
Qo
102.08
84.79
102.79
102.60
104.09
109.22
105.33
107.46
104.80
103.69
101.43
102.01
100.50
85.04
104.55
99.26
99.83
101.03
99.95
95.48
96.32
45.10
75.10
97.06
Qc
57.73
60.54
75.00
75.35
78.67
77.80
80.82
77.14
80.60
81.46
77.93
80.51
76.38
65.49
83.55
74.61
78.42
81.52
79.83
75.74
73.06
43.82
50.64
73.33
S
159.81
145.33
177.79
177.95
182.76
187.03
186.15
184.60
185.40
185.15
179.36
182.53
176.89
150.53
188.09
173.87
178.25
182.55
179.78
171.22
169.38
88.92
125.74
170.40
kp + k n
6.58
6.96
7.00
7.01
7.06
6.93
7.09
6.95
7.10
7.14
7.10
7.15
7.08
7.09
7.17
7.06
7.15
7.20
7.18
7.17
7.08
6.98
6.84
7.05
Pmasukan
74.91
60.79
89.14
89.20
93.52
98.80
96.68
96.17
95.88
95.30
89.94
92.64
87.70
64.46
97.97
84.99
88.57
92.33
89.81
81.91
80.71
24.11
46.45
83.13
COP
1.36
1.39
1.15
1.15
1.11
1.11
1.09
1.12
1.09
1.09
1.13
1.10
1.15
1.32
1.07
1.17
1.13
1.09
1.11
1.17
1.19
1.87
1.62
1.21
Lampiran 7. Data percobaan masing-masing modul termoelektrik
Tabel lampiran 16. Data percobaan untuk modul 1
t
0
5
10
15
20
25
30
Rata-rata
Ta
29.70
30.00
30.00
30.00
30.30
30.40
30.60
30.14
Tl
30.80
30.70
30.70
30.90
30.90
31.40
30.80
30.89
Tp
47.80
47.30
46.80
45.00
44.80
52.70
46.30
47.24
Td
4.20
5.80
5.40
5.40
5.70
8.00
8.10
6.09
dT
43.60
41.50
41.40
39.60
39.10
44.70
38.20
41.16
V
11.99
11.95
11.93
11.91
11.92
11.91
11.90
11.93
I
4.59
3.43
3.43
3.43
3.39
3.39
3.39
3.58
P
55.03
40.99
40.92
40.85
40.41
40.37
40.34
42.70
I
4.39
3.29
3.31
3.32
3.35
3.34
3.33
3.48
P
52.42
39.09
39.29
38.01
38.46
38.18
38.03
40.50
Tabel lampiran 17. Data percobaan untuk modul 2
t
0
5
10
15
20
25
30
Rata-rata
Ta
31.30
31.30
30.90
31.20
31.40
31.20
31.50
31.26
Tl
31.30
31.10
31.20
31.30
31.30
31.20
31.30
31.24
Tp
40.30
43.90
44.70
46.70
47.90
48.80
47.10
45.63
Td
4.60
8.30
8.70
6.70
5.70
6.00
6.10
6.59
dT
35.70
35.60
36.00
40.00
42.20
42.80
41.00
39.04
V
11.94
11.88
11.87
11.45
11.48
11.43
11.42
11.64
Tabel lampiran 18. Data percobaan untuk modul 3
t
0
5
10
15
20
25
30
Rata-rata
Ta
31.60
31.50
31.50
31.70
31.60
31.70
31.60
31.60
Tl
31.30
31.30
31.30
31.30
31.50
31.40
31.40
31.36
Tp
60.70
63.20
63.20
57.70
60.70
44.10
44.10
56.24
Td
7.60
5.70
5.60
5.10
5.20
5.40
5.40
5.71
∆T
53.10
57.50
57.60
52.60
55.50
38.70
38.70
50.53
V
11.55
11.48
11.43
11.48
11.46
11.43
11.42
11.46
I
3.38
3.30
3.34
3.33
3.33
3.33
3.33
3.33
P
39.04
37.88
38.18
38.23
38.16
38.06
38.03
38.23
Lampiran 8. Grafik hubungan waktu dengan suhu masing-masing modul
termoelektrik
60.00
Suhu (oC)
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
0
5
10
15
20
25
30
35
Waktu (m enit)
Suhu terminal panas,Tp
Suhu terminal dingin, Td
Suhu lingkungan, Tl
Suhu air kondensor, Ta
Gambar lampiran 34. Grafik hubungan waktu dengan suhu modul termoelektrik 1.
60.00
Suhu (oC)
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
0
5
10
15
20
25
30
35
Waktu (m enit)
Suhu terminal panas, Tp
Suhu terminal dingin, Td
Suhu lingkungan, Tl
Suhu air kondensor
Gambar lampiran 35. Grafik hubungan waktu dengan suhu modul termoelektrik 2.
70.00
60.00
Suhu ( oC)
50.00
40.00
30.00
20.00
10.00
0.00
0
5
10
15
20
25
30
35
Waktu (m enit)
Suhu terminal panas, Tp
Suhu terminal dingin, Td
Suhu lingkungan, Tl
Suhu air kondensor, Ta
Gambar lampiran 36. Grafik hubungan waktu dengan suhu modul termoelektrik 3.
Lampiran 9. Grafik hubungan waktu dengan tegangan dan arus masing-masing
modul
5.00
12.00
4.50
11.98
4.00
Arus (I)
11.94
3.00
2.50
11.92
2.00
11.90
1.50
11.88
1.00
Tegangan (V)
11.96
3.50
11.86
0.50
0.00
11.84
0
5
10
15
20
25
30
Waktu (m enit)
Arus (I)
Tegangan (V)
Gambar lampiran 37. Grafik hubungan waktu dengan tegangan dan arus modul
5.00
12.00
4.50
11.90
4.00
11.80
Arus (I)
3.50
11.70
3.00
11.60
2.50
11.50
2.00
11.40
1.50
1.00
11.30
0.50
11.20
0.00
Tegangan (V)
termoelektrik 1.
11.10
0
5
10
15
20
25
30
Waktu (m enit)
Arus (I)
Tegangan (V)
Gambar lampiran 38. Grafik hubungan waktu dengan tegangan dan arus modul
termoelektrik 2.
11.60
3.40
3.38
Arus (I)
11.50
3.34
3.32
11.45
3.30
Tegangan (V)
11.55
3.36
11.40
3.28
3.26
11.35
0
5
10
15
20
25
30
Waktu (m enit)
Arus
Tegangan
Gambar lampiran 39. Grafik hubungan waktu dengan tegangan dan arus modul
termoelektrik 3.
Lampiran 10. Grafik hubungan suhu terminal dingin dengan arus masing-masing
modul
5.00
Arus (I)
4.50
4.00
3.50
3.00
2.50
3.00
3.50
4.00
4.50
5.00
5.50
6.00
6.50
7.00
7.50
8.00
8.50
9.00
Suhu term inal dingin ( oC)
Suhu terminal dingin, Td
Gambar lampiran 40. Grafik hubungan suhu terminal dingin dengan arus modul
termoelektrik 1.
5.00
4.50
Arus (I)
4.00
3.50
3.00
2.50
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
8.00
9.00
Suhu term inal dingin ( oC)
Suhu terminal dingin, Td
Gambar lampiran 41. Grafik hubungan suhu terminal dingin dengan arus modul
termoelektrik 2.
3.40
3.38
Arus (I)
3.36
3.34
3.32
3.30
3.28
4.50
5.00
5.50
6.00
6.50
7.00
7.50
8.00
Suhu term inal dingin (oC)
Suhu terminal dingin, Td
Gambar lampiran 42. Grafik hubungan suhu terminal dingin dengan arus modul
termoelektrik 3.
Lampiran 11. Contoh perhitungan
1. Spesifikasi 1 modul termoelektrik:
•
Ukuran = (40 x 40 x 3.8) mm
•
A = 1.69 x 10-6 m2
•
L = 0.0016 m
•
Imax = 6.4 Ampere
•
Vmax = 14.9 Volt
•
Qmax = 53 Watt (∆T = 0)
•
∆Tmax = 68 oC
•
R = 1.98 ohm
•
m = 128 pasang
2. Parameter perhitungan pada pengujian tanggal 16 Juli 2006 pada menit
ke-30:
•
L
= 0.0016 m
•
A
= 1.69 x 10-6 m2
•
Tdrerata(30) = 1.4 oC
•
o
Tprerata(30) = 39.93 C
= 274.4 K
= 312.93 K
o
•
ΔTrerata(30) = 38.53 C
•
V(30)
= 10.61 V
•
I(30)
= 8.99 A
•
Vrerata
= 10.56 V
•
Irerata
= 8.92 A
3. Perhitungan untuk 3 modul termoelektrik disusun secara paralel:
1. Nilai daya listrik rata-rata (P)
P =VxI
= 10.56 x 8.92
= 94.22 W
2. Nilai resistivitas atau tahanan jenis listrik (ρp + ρn )
⎛ ρ p × L ρn × L ⎞
⎟⎟
R = m × ⎜⎜
+
A
A
⎝
⎠
(ρp + ρn) =
=
R× A
m× L
1.98 × 1.69 × 10 −6
384 × 0.0016
= 5.45 x 10-6 Ωm
3. Nilai Figure of Merit (Z)
ΔTmax terjadi pada saat Qo = 0, maka:
(Tp –Td)max = 0.5 x Z x Td2
68 = 0.5 x Z x (274.4)2
Z = 1.81 x 10-3
4. Nilai konduktansi panas diantara dua sambungan (U)
Qomax
= U [0.5 x Z x Td2 – ΔT]
159 = U [0.5 x 1.81 x 10-3 x (274.42) – 38.53]
U = 5.37 W/K
5. Nilai koefisien Seebeck pada bahan (αpn)
m 2 × (α pn )
2
Z=
U×R
-3
1.81 x 10
αpn
=
(384)2 × (α pn )2
5.37 × 1.98
= 3.61 x 10-4 V/K
6. Nilai kapasitas pendinginan / beban panas yang diserap di permukaan
dingin (Qo)
Qo = (m x αpn x Td x I) – (U x ΔT) – (0.5 x I2 x R)
= (384 x 3.61 x 10-4 x 274.4 x 8.99) – (5.37 x 38.53) – (0.5 x 8.992 x
1.98)
= 55.05 W
7. Nilai jumlah pindah panas ke permukaan dingin (Qc), Efek Konduksi
dan Efek Joulean
Qc
= (U x ΔT) + (0.5 x I2 x R)
= (5.37 x 38.53) + (0.5 x 8.992 x 1.98)
= 286.92 W
8. Nilai Efek Peltier (Φ)
S = m x αpn x Td x I
= 384 x 3.61 x 10-4 x 274.4 x 8.99
= 341.97 W
9. Nilai konduktivitas panas pada bahan (kp + kn)
⎛ A × k p A × kn
U = m × ⎜⎜
+
L
⎝ L
(kp + kn) =
=
⎞
⎟⎟
⎠
U×L
m× A
5.37 × 0.0016
384 × 1.69 × 10 −6
= 13.24 W/mK
10. Nilai kerja listrik dari baterai (Pmasukan)
Pmasukan
= (m x αpn x ΔT x I) + (I2 x R)
= (384 x 3.61 x 10-4 x 38.53 x 8.99) + (8.992 x 1.98)
= 208.04 W
11. Coefficient of Performance (COP)
COP =
=
Qo
Pmasukan
55.05
208.04
= 0.26