eksperimen dan kajian joule thief tesis oleh

EKSPERIMEN DAN KAJIAN JOULE THIEF

TESIS

OLEH :ROY LAMRUN SIANTURI

167015016

PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2020

EKSPERIMEN DAN KAJIAN JOULE THIEF

PADA TERMOELEKTRIK GENERATOR BERTENAGA KOMPOR GAS

DENGAN PENERAPAN SISTEM PENDINGIN HYBRID

EKSPERIMEN DAN KAJIAN JOULE THIEF PADA TERMOELEKTRIKGENERATOR BERTENAGA KOMPOR GAS DENGAN SISTEM

PENDINGIN HYBRID

TESIS

Untuk Memperoleh Gelar Magister Teknik Dalam Program Studi MagisterTeknik Mesin Pada Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

OLEH :ROY LAMRUN SIANTURI

167015016

PROGRAM STUDI MAGISTER TEKNIK MESIN

PROGRAM PASCASARJANA

UNIVERSITAS SUMATERA UTARA

MEDAN

2020

LEMBAR PENGESAHAN

ii

ABSTRAK

Penggunaan kompor LPG diperadapan manusia modern saat ini sudah secara luasdigunakan masyarakat dalam proses memasak. Efisiensi proses pembakaranpembakaran pada kompor gas LPG masih tergolong kurang karena terdapatsejumlah panas yang dapat dipanen dan dimanfaatkan menjadi energi listrik.Penelitian ini mengaplikasikan teknologi Termoelectric Energy Generator (TEG)sebagai pemanen panas limbah kompor menjadi listrik dan teknologi Joule Thief(JT) sebagai penguat tegangan. Analisis Sistem Termoelektrik Generator BebasisKompor Gas (STEGBKG) dengan modul tipe SP1848-27145SA sebanyak 10buah disusun dengan variasi seri dan kombinasi seri-paralel yaitu tanpa maupunmenggunakan beban, dan diikuti perhitungan potensi efisiensi energi termalkompor ketika modul TEG terpasang. Pengoptimalan beda temperatur danperforma TEG digunakan sistem pendinginan Hybrid (water cooling-fan).Pengaplikasian STEGBKG sebagai pengisian baterai aki 6V 4,5Ah dan digunakanuntuk penerangan dengan bantuan JT. JT menggunakan trafo ferit TV denganukuran besar dengan tujuan untul menghasilkan induksi yang besar sehinggadapat digunakan menjalankan lampu 220VAC hingga beban 50W. Pada sistemcharging baterai supaya tegangan yang dihasilkan tetap konstan makamenggunakan step up-down LM257-LM2596. Uji kinerja STEGBKG tanpamenggunakan beban, pada susunan seri menghasilkan 12,08V, 0,25A dansusunan seri-paralel menghasilkan 10,61V 0,38A. Keluaran STEGBKG kemudiandiaplikasikan sebagai sistem pengisian baterai yang diperhatikan mulai menit ke-10 pada susunan seri menghasilkan 6,8 V 0,21A dengan efisiensi TEG sebesar0,56% dan susunan seri-paralel menghasilkan 6,73 V 0,48A dengan efisiensiTEG sebesar 0,17%. Keluaran TEG susunan kombinasi seri paralel lebih sesuaisebagai sistem pengisian baterai. Menggunakan perhitungan matematis bateraiAki 6V4,5Ah memerlukan proses pengisian hingga penuh selama ±10 jam denganhambatan sistem pengisian Aki yaitu 13Ω. Pengaplikasian STEGBKG sebagaipenrangan Output pada rangkaian joule thief dengan beban 48 W, menghasilkantegangan 77V, arus 0.13A, daya 10,01W, dimana input pada rangkaian joule thiefdari baterai Aki 6V.

Kata Kunci : kompor gas, thermoelectric, Joule thief, Sistem pendingin, penerangan

iii

ABSTRACT

The use of LPG stoves in the modern human era is now widely used by the publicin the cooking process. The efficiency of the combustion process on LPG gasstoves is still lacking because there is a certain amount of heat that can beharvested and utilized as electrical energy. This research applies theThermoelectric Energy Generator (TEG) technology as a heat harvester to thestove waste into electricity and Joule Thief (JT) technology as a voltage amplifier.Analysis of Thermoelectric Gas Stove Based Generator (STEGBKG) system with10 SP1848-27145SA type modules arranged with series variation and parallel-series combination that is either display or load, and followed by calculation ofthe potential thermal energy efficiency of the stove when the TEG module isinstalled. Optimization of temperature differences and TEG performance used aHybrid cooling system (water cooling-fan). Application of STEGBKG as charginga 6 volt 4.5Ah battery and is used for lighting with the help of JT. JT uses a largeferrite TV transformer with the aim of producing a large induction so that it canbe used to run a 220VAC lamp up to a 50W load. In the battery charging systemso that the voltage generated remains constant then using the LM257-LM2596step up-down. The STEGBKG performance test does not use a load, the seriesarrangement produces 12.08V, 0.25A and the series-parallel arrangementproduces 10.61V 0.38A. The STEGBKG output is then applied as a batterycharging system which is observed starting from the 10th minute in the seriesarrangement producing 6.8V 0.21A with a TEG efficiency of 0.56% and a series-parallel arrangement producing 6.73V 0.48A with a TEG efficiency of 0.17%. TheTEG output parallel arrangement of series combinations is more suitable as abattery charging system. Using a mathematical calculation of a 6V 4.5Ah batterybattery requires a full charging process for ± 10 hours with a battery chargingsystem obstacle that is 13Ω. Application of STEGBKG as the output of the joulethief circuit with a load of 48 W, resulting in a voltage of 77 volts, a current of0.13A, a power of 10.01W, where the input to the joule thief circuit is from a 6Vbattery.

Keywords: gas stove, thermoelectric, joule thief, cooling system, lighting

iv

KATA PENGANTAR

Puji syukur penulis sampaikan atas berkah Tuhan yang maha kuasa, karena

berkat rahmat dan karunianya penulis dapat menyelesaikan tesis ini, dengan judul

“Eksperimen Dan Kajian Joule Thief Pada Termoelektrik Generator

Bertenaga Kompor Gas Dengan Sistem Pendingin Hybrid”, sebagai salah satu

upaya untuk menyelesaikan pendidikan penulis dibidang Magister Teknik (M.T)

pada Program Studi Magister Teknik Mesin, Fakults Teknik, Univerisitas

Sumatera Utara (USU).

Ungkapan rasa terimakasih yang tak terhingga penulis sampaikan kepada

seoarang petani dan seorang guru Sekolah Dasar (Mak dan Bapak) yang tanpa

sepengetahuan nya memberi semangat kepada penulis dalam menjalani hidup ini,

dan menjadikannya motivasi dan dorongan untuk kembali menjalani hidup lebih

semangat.

Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan tesis ini tidak terlepas dari

bimbingan, bantuan, arahan, motivasi, maupun fasilitas dari berbagai pihak. Oleh

karena itu, pada kesempatan ini penulis menyampaikan rasa hormat dan

mengucapkan terimakasih setulusnya kepada :

1. Bapak Prof. Dr. Himsar Ambarita MT. Selaku Ketua Program Studi

Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik Universitas Sumatera Utara

(USU) dan sekaligus pembimbing dua, yang telah banyak membantu

penulis dalam mempublikasikan tesis ini kebentuk prosiding.

2. Bapak Prof. Dr. Ir. Farel H. Napitupulu, DEA Selaku dosen pembimbing

satu, yang banyak memberikan masukan dalam perancangan Termoelektrik

v

berbasis kompor gas ini dan memberi masukan tentang penyusunan kata

kata serta format penulisan tesis ini.

3. Bapak Dr. Ir. M. Sabri, MT, Dr. Tulus Burhanuddin Sitorus, ST., MT. dan

Dr.Eng. Taufiq Bin Nur, ST., M.Eng.Sc., Selaku dosen pembanding yang

banyak memberikan masukan dan banyak memberikan motivasi serta

menjadikan mental penulis menjadi lebih berani dalam mempertahankan

pernyataan.

4. Seluruh Mahasiswa, Dosen dan Civitas Akademika Program Studi

Magister Teknik Mesin USU Angkatan 2016

Dengan keterbatasan pengalaman, ilmu maupun pustaka yang ditinjau,

penulis menyadari bahwa tesis ini masih terdapat beberapa kekurangan dan

kelemahan. Untuk itu saran dan kritik yang konstruktif akan sangat membantu

agar tesis ini dapat menjadi karya ilmiah yang baik dan membanggakan. semoga

tulisan ini dapat berguna bagi pembaca, dan dapat dilanjutkan untuk memperoleh

hasil yang lebih bermanfaat dikemudiaan hari.

Medan, September 2020

Penulis

vi

DAFTAR ISI

Halaman

HALAMAN JUDUL ............................................................................................. ii

LEMBAR PENGESAHAN ................................................................................. iii

ABSTRAK ............................................................................................................. ii

ABSTRACT ........................................................................................................... iii

KATA PENGANTAR.......................................................................................... iv

DAFTAR ISI......................................................................................................... vi

DAFTAR GAMBAR............................................................................................ ix

DAFTAR TABEL ............................................................................................... xii

DAFTAR SIMBOL ............................................................................................ xiii

DAFTAR SIMBOL ............................................................................................ xiv

BAB I PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah ........................................................................... 1

1.2 Rumusan masalah...................................................................................... 4

1.3 Batasan Masalah........................................................................................ 4

1.4 Tujuan penelitian....................................................................................... 5

1.5 Manfaat Penelitian .................................................................................... 5

BAB II TINJAUAN USTAKA

2.1 Modul Termoelektrik................................................................................ 6

2.2 Efek Termoelektrik ................................................................................... 7

2.3 Metode Pendingin Termoelektrik ......................................................... 10

2.3.1 Konveksi alami berpendingin udara............................................ 10

vii

2.3.2 Konveksi Paksa Berpendingin Udara.......................................... 11

2.3.3 Konveksi alami yang didinginkan dengan air ............................. 12

2.3.4 Konveksi paksa yang didinginkan dengan air............................. 14

2.4 Perpindahan Panas .................................................................................. 15

2.4.1 Perpindahan Panas Konduksi...................................................... 15

2.4.2 Perpindahan Kalor Radiasi.......................................................... 17

2.4.3 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh ................................. 17

2.5 Rangkaian Termoelektrik....................................................................... 18

2.6 Prinsip Kerja Generator Termoelektrik ................................................ 18

2.7 Uji kinerja dan Efisiensi Termoelektrik Generator ............................ 21

2.8 Joule Thief................................................................................................ 23

2.9 LM2577-LM2596 ................................................................................... 25

2.10 Bateri atau Aki........................................................................................ 26

BAB III METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian.................................................................................... 28

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian ............................................................... 28

3.3 Diagram alir Penelitian........................................................................... 29

3.4 Alat dan Bahan ........................................................................................ 31

3.5 Variabel Penelitian .................................................................................. 40

3.6 Prosedur Penelitian ................................................................................. 42

3.7 Prinsip Pengujian dan pengumpulan Data ........................................... 46

3.8 Analisis dan Kalibrasi Awal .................................................................. 48

3.9 Variasi pengambilan data pengujian..................................................... 49

BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN

viii

4.1 Uji karakteristik Thermoelektrik Generator (TEG) ............................ 50

4.1.1 Karakterisasi (TEG) pada rangkaian terbuka (tanpa boost-

converter) .................................................................................... 50

4.1.2 Karakterisasi Thermoelektrik Generator dengan Beban Pengisian

Baterai dan Menghubungkan Boost-Converter........................... 53

4.2 Pengisian Aki sebagai Aplikasi dari Thermoelektrik Generator ...... 56

4.3 Analisis nilai tegangan, arus dan frekuensi yang dikeluarkan oleh

rangkaian joule thief ............................................................................... 58

4.4 perbandingan Persentasi kenaikan arus pada STEGBKG, dengan

Keluaran Joule Thief (Booster Converter) .......................................... 59

BAB V KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan .............................................................................................. 61

5.2 Saran ......................................................................................................... 62

DAFTAR PUSTAKA

LAMPIRAN

ix

DAFTAR GAMBAR

Nomor Judul Halaman

Gambar 2.1 Elemen modul termoelektrik.......................................................................... 6

Gambar 2.2 Rangkaian listrik efek Seebeck ...................................................................... 7

Gambar 2.3 Rangkaian listrik efek Peltier ......................................................................... 8

Gambar 2.4 Mekanisme konduksi ..................................................................................... 9

Gambar 2.5 Perpindahan Panas Konveksi pada Plat ....................................................... 16

Gambar 2.6 Perpindahan Kalor Menyeluruh Melalui Dinding Datar.............................. 17

Gambar 2.7. Prinsip kerja generator termoelektrik ........................................................... 19

Gambar 2.8 Rangkaian modul generator termoelektrik ................................................... 20

Gambar 2.10.Rangkaian Joule Thief pada a) On state b) off state.................................. 24

Gambar 2.11 Rangkaian joule thief secara umum .......................................................... 25

Gambar 2.11 Bagian-bagian Baterai (Storage Battery) ................................................... 26

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian................................................................................ 29

Gambar 3.2 Kompor Gas LPG....................................................................................... 31

Gambar 3.3 Gas LPG ....................................................................................................... 31

Gambar 3.4 Waterblock .................................................................................................... 32

Gambar 3.5 Kipas DC...................................................................................................... 32

Gambar 3.6 Pompa DC .................................................................................................... 32

Gambar 3.7 Selang air...................................................................................................... 33

Gambar 3.8 Pipa paralon................................................................................................... 33

Gambar 3.9 Styrofoam - cool Box .................................................................................... 34

Gambar 3.10 Air dan Es Batu ........................................................................................... 34

Gambar 3.11 Stopwatch.................................................................................................... 34

x

Gambar 3.12 modul TEG.................................................................................................. 35

Gambar 3.13Termocouple type K ..................................................................................... 35

Gambar 3.14. Multitester .................................................................................................. 36

Gambar 3.15 Voltampere meter digital............................................................................. 36

Gambar 3.16 Oscilloscope Digital .................................................................................... 37

Gambar 3.17 Baterai ......................................................................................................... 38

Gambar 3.18 Potensiometer .............................................................................................. 38

Gambar 3.19 modul Joule thief......................................................................................... 38

Gambar 3.20 Modul Adaptor DC ..................................................................................... 39

Gambar 3.21 Modul step up down LM2577-LM2596...................................................... 39

Gambar 3.22 Pasta Termal................................................................................................ 40

Gambar 3.23 Lampu LED................................................................................................. 40

Gambar 3.24 Dudukan kompor....................................................................................... 43

Gambar 3.25 Sistem pendingin hybrid ............................................................................ 44

Gambar 3.26 Skematik dan board joule thief (a) skematik sirkuit joule thief ................. 45

Gambar 3.27 Susunan Rangkaian modul 10 TEG (a)dirangkai seri (b)dirangkai 8 seri-1

paralel ........................................................................................................ 46

Gambar 3.28 Skema alat generator thermoelectrik bertenaga kompor gas yang

(TEGBKG) dengan pendingin hybrid........................................................ 47

Gambar 3.29 Sirkuit listrik ............................................................................................... 47

Gambar 3.30 Skema Pengujian ......................................................................................... 48

Gambar 4.1 Hubungan TH dan TC dengan waktu pengoperasian TEG ............................ 51

Gambar 4.2 Hubungan beda temperatur(ΔT) dan Tegangan pada rangkaian

terbuka (tanpa boost-converter) ................................................................. 51

xi

Gambar 4.6 Hubungan Beda temperatur(ΔT) dan tegangan dengan adanya beban

pengisian baterai........................................................................................... 53

Gambar 4.7 Hubungan Beda temperatur(ΔT) dan arus dengan adanya beban pengisian

baterai ........................................................................................................... 54

Gambar 4.7 Hubungan Daya dan Efisiensi TEG dengan beban pengisian baterai .......... 55

Gambar 4.8 Kurva pengisian AKI ................................................................................... 56

Gambar 4.9 Titik pengukuran di output joule thief........................................................... 58

Gambar 4.19 (a)Nyala LED 48 W,dengan input 6 volt (b)Bentuk gelombang nyala

lampu ............................................................................................................ 59

Gambar 4.20 Perbandingan nilai keluaran STEGBKG, dengan joule thief untuk

menyalakan lampu 48 watt ........................................................................... 60

xii

DAFTAR TABEL

Nomor Judul Halaman

Tabel 2.1 Susunan modul TEG pada beberapa penelitian ................................... 18

Tabel 3.1 Jadwal Penelitian................................................................................... 28

Tabel 3.2. Spesifikasi komponen joule thief......................................................... 45

Tabel 3.3. Hasil awal kalibrasi oscilloskop Digital DSO138................................ 48

Tabel 4.1. Hasil pengukuran output rangkaian joule thief .................................... 58

Tabel 4.2 Perbandingan nilai daya pada STEGBKG dan keluaran Joule Thief... 60

xiii

DAFTAR SIMBOL

A Luas Bidang (m2)COUT(min) minimumum kapasitansi keluaranD duty cyclefS frekuensi minimum switching converter

Arus Listrik (A)Isc Arus short sirkuit (A)ILIM(min) nilai minimum arus (A)IOUT(max) arus maksimum keluaran (A)Imp Arus modul perltier (A)

Konduktansi Termal (watt/K)L Ketebalan (m)

Daya Keluaran (watt) Laju Perpindahan Panas secara Konduksi (watt)ℎ Panas yang Diserap (watt) Laju Perpindahan Panas karena Efek Peltier (watt) Laju Perpindahan Panas karena Efek Thomson (watt) Panas Joule (watt)R Resistansi Elektris (Ω)L Resistansi Elektris eksternal (Ω)N Jumlah modul TEG

Temperatur Sisi Dingin (oC)ℎ Temperatur Sisi Panas (oC)

∞ Temperatur sekitar (oC)Temperatur air (oC)

Temperatur rata-rata (oC)ΔIL arus riak (ripple current) pada induktor

∆ Beda Potensial (volt)ΔVOUT Tegangan keluaran yang diinginkan∆T Beda Tempratur (oC)VOC Tegangan rangkaian terbuka (volt)VIN(min) Tegangan masukan minimal (volt)VOUT Tegangan keluaran yang diinginkan (volt)ZT Figure of Merit

Koefisien Seebeck (volt/K)Efisiensi TermalLaju Koefisien Peltier Pin Tipe-p (watt/A)Koefisien Peltier Pin Tipe-n (watt/A)Resistivitas Elektris (Ω.m)Konduktivitas Elektris (Ω.m)-1

′ Koefisien Thomson (volt/K)

xiv

DAFTAR SIMBOL

AC Alternating current

DC Direct current

EMF electro mechanics force

IC Integrated circuit

JT Joule thief

STEGBKG Sistem termoelektrik generator berbasis kompor gas

TEG Modul Termoelektrik

TE Termoelektrik

STEG Sistem Termoelektrik Generator

1

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang Masalah

Energi listrik merupakan energi utama yang digunakan hampir diseluruh sisi

kehidupan. Seiring kemajuan zaman, permintaan akan energi listrik di seluruh

dunia semakin meningkat. Di lain sisi, perkembangan teknologi yang terjadi mulai

memunculkan beban listrik baru yang memiliki karakteristik elektris yang baru

pula. Kedua hal ini ternyata mempengaruhi sistem tenaga listrik yang digunakan

untuk menyuplai energi listrik ke konsumen. Salah satu pengaruhnya adalah pada

permasalahan kualitas daya listrik yang dihantarkan. Penyedia jasa listrik, dalam

hal ini PLN harus bisa menyesuaikan sistem tenaga listrik yang digunakan dengan

tetap memperhatikan kualitas daya listrik yang dihantarkan ke konsumen[1].

Salah satu kendala yang dihadapi Indonesia dewasa ini adalah

ketidakseimbangan antara kebutuhan konsumsi listrik pelanggan dibandingkan

dengan kemampuan PLN dalam menyediakan energi listrik. Begitu juga tentang

isu makin menipisnya cadangan minyak. Seperti diketahui bahwa bahan bakar

untuk memproduksi sumber energi listrik berasal dari sumber energi fosil seperti

batu bara dan bahan bakar minyak lain. Sumber energi fosil sendiri sewaktu-

waktu bisa habis jika dilakukan pemakaian secara terus menerus. Untuk

mengatasi hal tersebut maka PLN melakukan penghematan energi listrik kepada

konsumen dengan mencari sumber energi alternatif untuk meningkatkan efisiensi

sumber energi yang ada[2].

2

Dalam kehidupan masyarakt modern ini, penggunaan kompor gas sudah

menjadi kebutuhan untuk memasak. Pemakaian kompor memiliki limbah panas

yang dapat dimanfaatkan menjadi energi listrik dengan memanfaatkan

termoelektrik generator(TEG), dimana generator termoeletrik dapat menghasilkan

energi listrik dengan adanya perbedaan suhu pada kedua sisi generator (efek

seebeck), yaitu sisi panas dan sisi dingin generator[3]. Generator ini merupakan

generator yang ramah lingkungan karena tidak menghasilkan polusi lain, tidak

menimbulkan kebisingan, generator ini juga merupakan energi baru terbarukan.

Dan pada dasarnya pembangkit listrik termoelektrik merupakan alat paling baik

untuk mengkonversi aliran panas langsung menjadi tenaga listrik melalui efek

seebeck[1]. Selain itu energi yang akan dimanfaatkan bukanlah energi yang

fluktuatif, tidak seperti panas matahari ataupun angin. Semakin besar perbedaan

suhu yang terdapat pada kedua sisi generator maka daya yang akan dihasilkan

akan lebih besar pula (Hun Sik Hana & Yun Ho Kim, 2010).

Namun satu kendala utama yang ada pada generator termoelektrik (TEG)

adalah daya keluaran yang berubah-ubah karena suhu yang dihasilkan juga

berubah-ubah. Suhu yang berubah-ubah disebabkan beberapa faktor seperti,

material kolektor panas yang digunakan, sumber panas yang digunakan dan media

pendingin yang diterapkan. Untuk mengatasi kendala tersebut, maka diperlukan

Joule Thief DC Converter agar termolelektrik generator dapat bekerja pada titik

daya maksimumnya, sehingga transfer daya ke beban dapat dimaksimalkan.

Penelitian sebelumnya yang dilakukan oleh Alexandros Paraskevas, dan Eftichios

membuktikan menggunakan DC/DC tipe boost converter dapat meningkatkan

3

daya yang dihasilkan TEG[4]. Pada penelitian ini digunakan konverter jenis step-

up DC/DC, karena konverter jenis ini memiliki efisiensi yang cukup baik[5].

Kebutuhan penerangan saat ini sudah menggunakan teknologi LED. Lampu

LED memiliki daya yang lebih kecil akan tetapi memiliki fluks cahaya yang lebih

kuat dibandingkan dengan teknologi konvensional seperti lampu neon maupun

lampu pijar. Rangkaian joule-thief menjadi bagian terpenting dalam penunjang

lampu penerangan berbasis LED ini. Pada penelitian ini Joule thief type inverter

booster yang diterapkan pada teknologi LED layak nya Rangkaian Inverter yang

merubah Input DC sehingga menghasilkan Alternatting Current (AC) pada

outputnya.

TEG berbasi kompor gas ini didesain dengan sistem pendingin hybrid

(water coling-fan) yaitu bertujuan untuk mengoptimalkan temperatur dingin pada

sisi dingin modul TEG dengan mendesain heat shink dipadukan dengan water

blok dan kipas pendingin untuk membuang sebagian panas heat shink ke

lingkungan sekitar. Modul TEG digabungkan dengan kolektor panas yang baru

dirancang, Sepuluh modul termoelektrik yang dirangkai seri dan seri-paralel, step

up DC to DC modul LM2577-LM2596 yang dilengkapi dengan sistem charger

cut-off, baterai sebagai penyimpan tegangan keluaran TEG serta rangkaian joule-

thief yang didesain untuk menyuplai beban daya yang digunakan dalam penelitian

ini.

Tulisan ini akan membahas mengenai karakteristik keluaran TEG

menggunakan sistem pendingin hybrid, dan teknis pengendalian sistem lampu

penerangan yang dikendalikan oleh rangkaian Joule thief dimana sumber catu

daya rangkaian langsung dari baterai dengan sistem sistem charger bebasis TEG.

4

1.2 Rumusan masalah

Masalah yang diangkat dalam penelitian ini adalah:

1. Bagaimana pengaruh sistem pendingin hybrid terhadap daya output TEG

2. Bagaimana perbandingan daya keluaran TEG sebagai sistem charger

baterai dan daya keluaran joule thief

3. Bagaimana realisasi rangkaian joule thief terhadap beban penerangan

220VAC.

1.3 Batasan Masalah

Mengingat luasnya permasalahan mengenai pengoptimalan pemanfaatan

termoelektrik generator dalam memanen panas limbah kompor gas, maka

pembatasan penelitian ini dibatasi:

1. Studi hanyamenggunakan generator termoelektrik tipe SP1848 27145SA

sejumlah 10 yang disusun secara seri dan seri paralel.

2. Analisis TEG berbasis kompo gas difokuskan pada masalah perbedaan

temperatur, efisiensi, tegangan keluaran, arus keluaran, dan daya maksimal

3. Analisis joule thief difokuskan pada arus, tegangan, duty cycle dan

frekuensi yang dihasilkan modul JT

4. Boost converter yang dibahas type step up (LM2577).

5. Tidak membahas charging control baterai dan baterai yang digunakan

yaitu baterai Aki 6 volt 4,5Ah

6. Pendinginan menggunakan heatsink, air biasa dan es (water cooling-fan).

7. Beban daya yang digunakan adalah lampu LED 12 watt 4 bijih (48 watt)

8. Pengumpulan data yang dilakukan per 10 menit

5

1.4 Tujuan penelitian

Tujuan yang ingin dicapai adalah:

1. Untuk mengetahui pengaruh sistem pendingin hybrid terhadap daya output

TEG.

2. Untuk mengetahui perbandingan daya keluaran TEG dalam proses

charging baterai dengan daya keluaran joule thief

3. Untuk merealisasikan rangkaian joule thief terhadap beban penerangan

220VAC

1.5 Manfaat Penelitian

Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah:

1. Dapat memeperbaiki karakteristik dari termoelektrik generator.

2. Menghasilkan Joule thief type inverter booster sebagai sumber penerangan

3. Menghasilkan sistem pengisian baterai

4. Diharapkan dapat memberikan solusi dalam memperbaiki daya keluaran

TEG dengan penerapan sistem pendingin hybrid dan joule thief.

6

2 BAB II

TINJAUAN USTAKA

2.1 Modul Termoelektrik

Modul TEG adalah komponen utama dalam sistem TEG yang

mengaplikasikan fenomena termoelektrik sebagai dasar kerjanya yang berfungsi

untuk mengubah panas menjadi listrik demikian juga sebaliknya mengkonversi

energi listrik menjadi energi panas. Modul termoelektrik terdiri dari beberapa

sambungan konduktor yang tersusun secara seri dan paralel. Dimana susunan

konduktor seri berfungsi untuk meningkatkan tegangan keluaran modul dan

susunan paralel untuk meningkatkan arus keluaran dari modul. Figur of merit

suatu bahan konduktor harus diperhatikan dalam pembuatan sebuah modul

termoelektrik. Selain itu harus penghantar listrik yang baik, sanggup menerima

panas yang tigggi dalam waktu yang lama secara terus menerus, dan dapat

mengalami perpindahan elektron pada bahan dengan beda temperatur yang relatif

rendah.

Gambar 2.1 Elemen modul termoelektrik [6]

Bahan yang sering digunakan untuk aplikasi TEG atau TEC menggunakan

Bi2Te3 dengan rentang temperaur 300K sampai 450K[7]. Bi2Te3 memiliki figure

of merit yang paling tinggi, tetapi karena teroksidasi pada temperatur 500oC

6

2 BAB II

TINJAUAN USTAKA













rendah.





6

2 BAB II

TINJAUAN USTAKA













rendah.





7

penggunaannya masih terbatas. Pihak Yamaha,Co,Ltd telah mengembangkan

figure of merit dari bahan modul termoelektrik sebesar 40%. Semakin tinggi nilai

figure of merit akan semakin tingggi juga nilai efisiensi konversi yang dihasilkan

dari modul termoelektrik[8].

2.2 Efek Termoelektrik

Efek termoelektrik pada suatu benda padat telah diketahui sejak tahun 1821

[9]. Efek termoelektrik tersebut adalah sebagai berikut:

a. Efek Seebeck

Gambar 2.2 Rangkaian listrik efek Seebeck[10]

Ketika dua logam yang terbuat dari material berbeda dihubungkan oleh

dua sisi yang memiliki perbedaan temperatur maka akan terjadi perbedaan

tegangan potensial antara dua logam tersebut yang disebut dengan tegangan

Seebeck. Rangkaian listrik untuk menggambarkan efek Seebeck dapat dilihat

pada Gambar 2.2. Tegangan Seebeck tersebut dapat dihitung menggunakan

Persamaan (2.1).

∆ = (1)b. Efek Peltier

Ketika dua logam yang terhubung antara sisi panas dan sisi dingin

mengalirkan arus listrik maka panas akan diserap dari satu sisi untuk diberikan

ke sisi lainnya seperti pada Gambar 2.3[11]. Nilai panas yang diserap

8

sebanding dengan arus listrik yang mengalir. Panas yang dipindahkan tiap

satuan waktu ditulis secara matematis pada Persamaan (2). Koefisien Peltier

merupakan energi panas yang dibawa oleh setiap elektron per unit muatan dan

waktu dari sisi panas ke sisi dingin.

= − (2)

Gambar 2.3 Rangkaian listrik efek Peltier [10]

c. Efek Thomson

Ketika arus listrik mengalir sepanjang logam yang homogen dimana

terjadi perbedaan temperatur di dalamnya maka akan terjadi efek pemanasan

yang disebut dengan efek Thomson. Panas tersebut bernilai lebih besar atau

kurang dari nilai pemanasan Joule tergantung pada besar dan arah arus listrik,

temperatur dan material yang digunakan[9]. Perpindahan panas yang

terjadiakibat efek Thomson ditulis secara matematis pada Persamaan (2.3)

= − ′∆ (3)Dimana

′ = − (4)d. Efek Fourier

Perpindahan panas secara konduksi sepanjang elemen generator

termoelektrik juga dikenal sebagai efek Fourier karena fenomena tersebut

direpresentasikan oleh Hukum Fourier tentang perpindahan panas secara

9

konduksi satu dimensi. Hukum tersebut ditulis secara matematis pada

Persamaan (5).

= ∆ = − (5)Konduksi merupakan perpindahan energi dari suatu partikel ke partikel

lainnya dalam suatu material akibat adanya interaksi antar partikel.

Berdasarkan Persamaan (5), nilai perpindahan panas konduksi sebanding

dengan luas permukaan material, konduktivitas termal material dan gradien

temperatur yang merupakan kemiringan kurva temperatur pada diagram T-x

pada posisi x. Gradien temperatur bernilai negatif ketika temperatur

mengalami penurunan dengan adanya penambahan panjang[12]. Mekanisme

konduksi dapat dilihat pada Gambar 2.4.

Gambar 2.4 Mekanisme konduksi[10]

e. Efek Joule

Arus listrik yang mengalir sepanjang beban menghasilkan panas (Paul,

2014). Panas yang digenerasikan tersebut terjadi karena adanya efek Joule

sehingga disebut dengan panas Joule. Panas Joule ditulis secara matematis

pada Persamaan (6)[11]. = (6)

10

2.3 Metode Pendingin Termoelektrik

Desain termal yang baik dari generator termoelektrik berbasis kompor,

terutama desain sistem pendingin, dapat mengambil keuntungan penuh dari

karakteristik bahan termoelektrik dan secara efektif meningkatkan perbedaan

temperatur dan kinerja pembangkit listrik. Empat konsep desain potensial untuk

mendinginkan modul termoelektrik generator termoelektrik berbasis kompor

dibahas dalam bagian berikut: konveksi alami berpendingin udara, konveksi paksa

berpendingin udara, konveksi alami berpendingin air, dan konveksi paksa

berpendingin air.

2.3.1 Konveksi alami berpendingin udara

Sistem konveksi alami berpendingin udara memanfaatkan perubahan

temperatur udara untuk menghasilkan gaya magnet pada modul. Dalam heat

sink konveksi alami, sirklus aliran udara sangat rendah sehingga

mengakibatkan perubahan temperatur kecil dalam sistem.

Nuwayhid at al. (2005) memasang TEG berlawanan dengan memasang

TEG pada sisi yang berlawanan dengan plat sumber panas. TEG dipasang

dipasang ditengah plat aluminum dan heatshink sebagai pendingin alami.

Heatshink didesain bidang areanya lebih luas dari plat sumber panas[13].

Sistem TEG memperoleh daya maksimun 4,2 W per modul dan menunjukkan

output daya permodul akan menurun dengan semakin meningkatnya sumber

panas yang diberikan. Untuk mendapatkan perbedaan temperatur yang lebih

tinggi, Nuwayhid et al.[14] memaksimalkan pemanfaatan heat shink dengan

menambahkan beberapa pipa panas thermosyphonic (THP) menggunakan

11

modul mkomersial dan tanpa menggunaka bantuan kipas. daya maksimun yang

didapatkan 3,4 W dengan perbedaan temperatur 70-80oC.

Untuk meningkatkan kinerja pendinginan menggunakan konveksi alami

saja, alternatif lain dipertimbangkan oleh Mastbergen et al.[15] dengan

menggunakan menambahkan cerobong asap kompor pada sistem. Udara

bergerak keatas sepanjang cerobong asap setelah melewati heat sink. TEG ini

mampu menghasilkan daya yang cukup untuk kipas kecil dan LED intensitas

tinggi.

Konveksi alami hanya memanfaatkan heat sink bahkan dengan heat shink

berpenampang besar tidak cukup digunakan sebagai pendinginn sistem, karena

temperatur disekitar modul masih tinggi yang mengakibatkan daya tidak sesuai

target sistem. Bahkan, dengan menambahkan THP belum bekerja mengurangi

resistensi termal secara signifikan[8]. Namun pada konveksi alami

berpendingin udara tidak ada bagian yang bergerak dalam sistem yang

memungkinkan tidak terjadi kegagalan dalam sistem pendingin dan

pengoperasiannya senyap. Ini, masih pilihan yang sangat menarik yang perlu

dikembangkan dimasa depan untuk kebutuhan berdaya rendah.

2.3.2 Konveksi Paksa Berpendingin Udara

Konveksi paksa bependingin udara adalah teknik yang paling umum

digunakan untuk sebagai pendinginan. Pada TEG panas dalam sistem

didinginkan secara paksa dengan bantuan kipas. Resistansi panas yang cukup

rendah dapat dicapai pada heat sink dingin karena konveksi paksa.

O’Shaughnessy et al. membuat energi listrik off-grid di malawi dengan

mengembangkan TEG untuk menghasilkan listrik off-grid[16]. Modul

12

termoelektrik tunggal digunakan untuk mengubah sebagian kecil panas dari

kompor menjadi listrik yang didinginkan kipas. Aliran udara yang dihasilkan

oleh kipas digunakan bersama dengan heat sink pipa panas yang tersedia secara

komersial untuk mempertahankan perbedaan temperatur yang memadai di

seluruh modul termoelektrik. output daya TEG maksimum 5,9 W, Listrik yang

dihasilkan digunakan untuk mengisi baterai 3,3 V lithium-besi fosfat tunggal

dan menggerakkan kipas berdaya rendah, serta beberapa fitur tambahan

lainnya.

Srivastava et. Al(2013) mengembangkan desain konseptual sistem

EduKitchen termoelektrik yang ramah lingkungan, peningkatan efisiensi bahan

bakar, penerangan dan pemanfaatan air minum yang bersih. Konsep rancangan

menggunakan modul tunggal dalam menyuplai arus pada kipas DC dan juga

untuk memasukkan udara langsung kekompor sebagai pendingin modul TEG,

serta mampu menghidup lampu LED DC[17]. Daya maksimal 8W dari

perbedaan temperatur 170°C di seluruh modul termoelektrik, arus keluaran dari

sistem cukup untuk menghidupkan lampu LED DC, memberi daya pada kipas,

dan pembersih air LED UV. Keuntungan dari sistem ini adalah resistensi

termal yang cukup rendah dapat dicapai pada heat sink dingin diakibatkan

udara disuplai langsung kesisi dingin TEG dengan bantuan kipas pendingin.

Kelemahan dari sistem ini adalah kipas dapat rusak dan menyebabkan modul

terlalu panas dan mengalami kegagalan sistem.

2.3.3 Konveksi alami yang didinginkan dengan air

Sistem konveksi alami perlu dipertimbangkan pemanfaatannya, dengan

menggunakan reservoir air lebih besar yang dihubungkan langsung dengan

13

heat shink dingin. Sistem kogenerasi TEG dengan meletakkan heat shink yang

terkonveksi langsung kedalam air di mana air disirkulasikan oleh gaya apung.

Massa termal air menyerap semua energi yang dikirim oleh modul, dan

membuang panas sebagian panas bersamaan dengan uap ke atmosfer.

Konveksi alami yang didinginkan dengan air telah menarik banyak

perhatian karena ketahanan termalnya yang lebih rendah. Champier dan rekan

(2010) Mengembangkan TEG berbasis kompor biomassa dengan

mengakomodasi TEG dibawah pelat pemanas dan meletakkan heat shink

pendingin kedalam tangki air minum rumah tangga. Dalam pengujian

experimental[18], daya maksimun diperoleh 7W dan perbedaan temperatur

160°C.

Champier et al.(2012) menggunakan aluminium sebagai pengumpul

panas dan meletakkan sirip pendingin kedalam tangki aluminium (2L) yang

diisi air. Daya maksimun yang diperoleh 7,6 W [19].

Beberapa desain ‘cooling pendingin pot’ telah diusulkan di mana

reservoir air digunakan sebagai pendingin. Pertukaran panas dengan air

umumnya lebih baik daripada pertukaran dengan udara karena temperatur sisi

dingin dari pendingin air akan selalu tetap di bawah 100 °C dalam sistem

tekanan atmosfer sehingga efisiensi kogenerasi sekitar 90% dapat diperoleh[8].

Daya yang dihasilkan dapat menyediakan listrik untuk meningkatkan

pembakaran dan untuk kebutuhan dasar (LED, ponsel dan perangkat pengisian

radio). Kelemahan dari sistem ini, jika kompor digunakan dengan durasi yang

lama akan menimbulkan panas melebihi temperatur operasi yang dibutuhkan

modul sehingga akan mengurangi daya keluaran sistem, kerugian lain dari

14

sistem air pendingin harus diganti atau diisi kembali, Selain itu, radiator

eksternal masih diperlukan untuk menyalurkan panas ke atmosfer dan menjaga

sistem agar tidak memanas.

2.3.4 Konveksi paksa yang didinginkan dengan air

Metode pendinginan dengan mengalirkan air kedalam blok pendingin

dengan bantuan sistem pompa mampu mencapai resistansi termal yang sangat

rendah, lebih dingin dibandingkan sistem berpendingin udara.

Montecucco (2017) menggunakan sumber panas dari pemanas listrik

untuk mensimulasikan kompor rumah kayu bakar dan mengatur laju aliran air

dingin untuk mengendalikan temperatur sisi dingin modul[20]. Goudarzi et al.

[21] untuk meningkatkan efisiensi TEG merancang saluran aluminium kubik

berisi air dengan melekatkan pada sisi dingin modul. Output daya dari sistem

rata-rata 7,9W dan sistem cocok dioptimalkan sesuai kebutuhan pembebanan.

Metode pendinginan air membutuhkan ruang tempat yang lebih dalam

sistem, dan sirkulasi dari air panas sisa sistem TEG masih harus perlu

disalurkan ke sistem lain untuk mengalami proses pendinginan seperti jenis

radiator sistem air konveksi paksa. Komponen utama metode ini diantaranya,

pompa, blok pendingin, radiator[8]. Untuk generator TE bertenaga kompor,

pemilihan dan peningkatan sistem pendingin adalah metode utama untuk

mencapai output daya maksimum.

Kelebihan dari metode pendinginan ini, output daya dapat digunakan

untuk menyuplai daya pada komponen listrik skala perumahan seperti mengisi

mengisi baterai. Selain itu air panas dari yang dihasilkan sistem TEG bisa

digunakan untuk keperluan air hangat diperumahan. Keluaran dan efisiensi

15

listrik mungkin bukan satu-satunya kriteria untuk keseluruhan desain sistem.

Kriteria pemilihan lain seperti biaya, kebisingan, dan keandalan juga harus

dipertimbangkan.

2.4 Perpindahan Panas

Perpindahan panas merupakan perpindahan energi yang terjadi karena

adanya perbedaan temperatur di antara benda atau material. Energi yang

berpindah dinamakan kalor atau panas. Pada sistem pendingin termoelektrik

peristiwa perpindahan panas yang terjadi dengan cara konduksi dan konveksi.

Perpindahan panas konduksi terjadi pada heat sink sisi panas peltier dan pada heat

sink sisi dingin peltier. Sementara perpindahan panas konveksi terjadi pada udara

yang melewati heat sink, dan udara dalam ruangan atau alat uji[22].

2.4.1 Perpindahan Panas Konduksi

Perpindahan panas secara konduksi adalah proses perpindahan kalor atau

panas karena getaran dan tabrakan molekul dan elektron bebas. Molekul pada titik

yang memiliki temperatur tinggi bergetar lebih cepat dibandingkan dengan

molekul pada titik temperatur yang lebih rendah. Molekul-molekul dengan

gerakan yang lebih tinggi bertabrakan dengan molekul yang memiliki energi

rendah atau molekul yang berada pada temperatur yang lebih rendah. Proses

perpindahan panas konduksi terjadi tanpa diikuti oleh perpindahan molekul benda

tersebut.

Persamaan yang digunakan pada perpindahan panas konduksi disebut

dengan Hukum Fourier, sehingga:

= − (7)

16

dimana q merupakan laju perpindahan kalor dan ∆T / ∆x merupakan gradien

temperatur ke arah perpindahan kalor. Konstanta positif k disebut konduktivitas

thermal benda atau material, nilai minus diselipkan agar memenuhi hukum kedua

termodinamika, yaitu bahwa kalor mengalir ke tempat yang lebih rendah dalam

skala temperatur[23].

2.1.2 Perpindahan Panas Konveksi

Perpindahan panas konveksi adalah proses perpindahan kalor atau panas

yang terjadi ketika molekul dari benda atau material ikut berpindah tempat. Dalam

memperhitungkan perpindahan panas konveksi maka digunakan hukum Newton

tentang pendinginan:= ℎ − ∞ (8)Laju perpindahan kalor dihubungkan dengan beda temperatur menyeluruh

antara dinding dan fluida, dan luas permukaan A. Besaran h disebut koefisien

perpindahan kalor konveksi. Dengan satuan h adalah watt per meter persegi

derajat Celcius.

Gambar 2.5 Perpindahan Panas Konveksi pada Plat [23]

Jika suatu plat panas dibiarkan di udara sekitar tanpa ada sumber gerakan

dari luar, maka udara itu akan bergerak sebagai akibat terjadinya gradien densitas

di dekat plat tersebut. Peristiwa ini dinamakan konveksi alamiah atau konveksi

17

bebas untuk membedakannya dari konveksi paksa yang terjadi apabila udara itu

dihembuskan diatas plat itu dengan kipas[23].

2.4.2 Perpindahan Kalor Radiasi

Perpindahan panas radiasi terjadi melalui daerah – daerah ruang hampa.

Dengan menggunakan pancaran atau radiasi elektromagnetik. Benda hitam

memancarkan energi dengan laju yang sebanding dengan pangkat empat

temperatur absolut benda itu dan berbanding langsung dengan luas permukaan.

Dapat dituliskan persamaan sebagai berikut:= (9)σ adalah konstanta proporsionalitas dan disebut konstanta Stefan-Boltzmann

dengan nilai 5,669 x 10-8 W/m2.K4. Persamaan diatas disebut hukum Stefen-

Boltzmann tentang radiasi termal dan berlaku hanya untuk benda hitam [23].

2.4.3 Koefisien Perpindahan Panas Menyeluruh

Pada suatu dinding datar yang memisahkan dua fluida. Dimana pada satu

sisinya terdapat fluida panas A, dan pada sisi lainnya fluida B yang lebih dingin.

Proses perpindahan kalor dapat digambarkan dengan jaringan tahanan seperti pada

gambar dibawah.

Gambar 2.6 Perpindahan Kalor Menyeluruh Melalui Dinding Datar [23]

Perpindahan kalor menyeluruh dihitung dengan jalan membagi beda

temperatur menyeluruh dengan jumlah tahanan termal sebagai berikut:

18

= −1ℎ + ∆ + 1ℎ (10)Aliran kalor menyeluruh sebagai hasil gabungan proses konduksi dan

konveksi dapat dinyatakan dengan koefisien perpindahan kalor menyeluruh U

yang dirumuskan sebagai berikut:

= 11ℎ + ∆ + 1ℎ (11)Sesuai dengan persamaan diatas, laju perpindahan kalor menyeluruh dapat

dinyatakan menggunakan rumus sebagai berikut:= ∆ (12)2.5 Rangkaian Termoelektrik

Sistem TEG dengan menggunakan beberapa modul TEG yang disusun

dengan rangkaian seri, paralel dan campuran seri-paralel. Penggunaan susunan

rangkaian yang digunakan yaitu untuk menentukan tegangan atau arus yang

dibutuhkkan[24]. Beberapa studi yang telah dilakukan terkait konfigurasi susunan

beberapa modul generator termoelektrik terdapat pada tabel berikut:

Tabel 2.1 Susunan modul TEG pada beberapa penelitian

Jumlah modul Jenis susunan Daya(watt)3a seri 18,2210b 5 seri 2 paralel 32,633c paralel 12,29

Sumber: aMontecucco(2014); bNegash(2017);cAlmeida(2013)

2.6 Prinsip Kerja Generator Termoelektrik

Generator termoelektrik merupakan teknologi pembangkit listrik yang

bekerja menggunakan efek Seebeck dengan mengubah perbedaan temperatur pada

material semikonduktor menjadi energi listrik[7]. Komponen utama dalam

19

generator termoelektrik adalah material semikonduktor yang terdiri dari p-type

dan n-type. Material semikonduktor yang kekurangan elektron adalah p-type

sedangkan material semikonduktor yang kelebihan elektron adalah n-type.

Komponen lainnya adalah material isolator listrik seperti keramik (substrat

silikon), heat sink dan konduktor listrik.

Gambar 2.7 . Prinsip kerja generator termoelektrik[7]

Generator termoelektrik merupakan teknologi yang dapat digunakan untuk

mengubah energi panas menjadi energi listrik secara langsung berdasarkan efek

Seebeck [25]. Efek Seebeck menjelaskan bahwa ketika dua logam tipe-p dan tipe-

n yang terbuat dari material berbeda dihubungkan oleh dua sisi yang memiliki

perbedaan temperatur maka akan terjadi perbedaan tegangan potensial antara dua

logam tersebut. Generator termoelektrik terdiri dari beberapa pasang pin

termoelektrik tipe-p dan tipe-n. Pada saat sekarang, pin tipe-p terbuat dari bahan

semikonduktor yang didoping sehingga muatan yang dibawa berupa hole

sedangkan pin tipe-n terbuat dari bahan semikonduktor yang didoping sehingga

muatan yang dibawa berupa elektron. Sumber panas yang diberikan pada

generator termoelektrik akan mendorong elektron pada pin tipe-n menuju sisi

dingin sehingga menciptakan arus melalui rangkaian. Hole pada tipe-p akan

mengalir searah dengan arus yang terbentuk.

20

Untuk aplikasi generator termoelektrik maka pasangan pin termoelektrik

dirangkai bersama pada suatu modul termoelektrik. Parameter yang

mempengaruhi daya keluaran generator termoelektrik adalah figure of merit, rasio

temperatur pengoperasian dan beban eksternal [26]. Figure of merit merupakan

bentuk penyederhanaan dari tiga parameter material penyusun generator

termoelektrik yaitu koefisien Seebeck ( ), konduktivitas listrik ( ) dan

konduktivitas termal (k) [9]. Penulisan matematis dari figure of merit dapat dilihat

pada Persamaan (13).

= (13)Dimana =(TC+TH)/2, yaitu temperatur rata-rata dan =ΔV/ΔT . Prameter

figure of merit bisa digunakan dalam menentukan nilai efisiensi dari modul TEG.

Semakin tinggi nilai figure of merit maka performansi generator termoelektrik

semakin baik[9].

Gambar 2.8 Rangkaian modul generator termoelektrik [27]

21

2.7 Uji kinerja dan Efisiensi Termoelektrik Generator

Analisis termodinamika dilakukan untuk mengetahui distribusi temperatur

dan perpindahan panas yang terjadi pada generator termoelektrik sehingga dapat

dihitung daya keluaran dan efisiensi yang dihasilkan oleh generator termoelektrik.

Besaran nilai efisiensi yang dihasilkan modul TEG dalam penelitian ini

dihitung menggunakan persamaan efisiensi mesin karnot menjadi parameternya.

Saat ideal, mesin atau alat mampu memiliki efisiensi pada kondisi tertentu. Dalam

hukum kedua buku termodinamika tertulis bahwa dari keseluruhan kalor tidak

tidak semua kalor dapat dikonversi menjadi energi kerja. Maka efisiensi karnot

sangat tepat untuk diterapkan pada sistem termolektrik generator.

Kinerja modul TEG dipengaruhi beda temperatur antara sisi panas dan sisi

dingin modul TEG. Hal tersebut diperoleh dengan energi yang masuk dan yang

keluar pada kedua sisi modul TEG. Persamaan yang menentukan laju masukan

panas dan laju keluaran dari modul TEG yang diperoleh dengan keseimbangan

energi di daerah persimpangan panas dan dingin. Persamaan ini digunakan untuk

memodelkan karakteristik TEG berdasarkan efek Seebeck, Fourier dan Joule[8].

= 2α IT + 2λAL (ΔT) − 12 I 2ρLA (14)= 2α IT + 2λAL (ΔT) − 12 I 2ρLA (15)

Dalam pembicaraan mengenai daya generator (n pada sisi dingin. Daya

listrik yang dihasilkan adalah : termoelektrik generator), arah positif aliran arus,

mengalir dari p parameter ke lengan

= = (16)

22

Tegangan termoelektrik generator tertinggi disaat tegangan rangkaian

terbuka. Tegangan rangkaian terbuka (VOC) dari termoelektrik generator

berbanding lurus dengan perbedaan temperatur (sisi panas dan sisi dingin) dan

koefisien seebeck dari bahan type-p (αp) dan type-n (αn). Jadi, tegangan rangkaian

terbuka dan arus listrik diberikan oleh[8]:

VOC= ( α p-αn)(TH- TC)

VOC= 2αΔT (17)= Δ( ) (18)

dengan R adalah hambatan listrik modul dan RL adalah tahanan beban eksternal.

Daya keluaran TEG dapat dimaksimalkan dengan menyetarakan impedansi

listrik dengan hambatan internal TEG (dikenal sebagai teorema “transfer daya

maksimum”). Transfer daya maksimum adalah maksimum daya yang dapat

dihasilkan untuk hambatan beban eksternal pada temperatur tertentu. Nilai

maksimum tegangan adalah setengah dari nilai Voc dan nilai maksimum arus

adalah setengah dari Isc (Negash 2017). Hambatan internal generator termoelektrik

berubah terhadap temperatur. Perbedaan temperatur semakin besar akan

menyebabkan hambatan internal setiap TEG berbeda pada rangkaian beberapa

TEG. Hambatan internal secara teoritis TEG dihitung pada kondisi kerja ideal,

dimana semua TEG mengalami perbedaan temperatur dan hambatan internal yang

sama. Dalam sebuah sistem termoelektrik terdiri dari beberapa jumlah modul (N),

hubungan berikut dapat diberikan[8]:

VOC=2αNΔT (19)= = 190 10 Δ (20)

23

= Δ (21)

= Δ( ) (22)

= = (23)

Arus yang melalui modul ini dapat disesuaikan dengan merubah beban dari

modul tersebut. Sehingga efisiensi dari generator termoelektrik secara matematis

dapat dituliskan pada Persamaan.

= 1 − 1 + − 11 + + 100 % (24)2.8 Joule Thief

Salah satu konsep teknis konservasi energi melalui pengembangan

komponen listrik yang menerapkan medan elektromagnetik dengan menerapkan

electro mechanics force (EMF) secara komprehensif melalui konsep induksi

magnetik adalah rangkaian yang disebut Joule-thief.

Sirkuit Joule-thief dikenal sebagai rangkaian transistor pemblokiran

sederhana yang bekerja sebagai pencuri energi yang bisa menghasilkan energi

listrik besar dengan sumber energi sangat kecil. Rangkaian Joule-thief memiliki

efisiensi tinggi, akselerasi handal dan respon dinamis yang sangat cepat [28].

Joule thief adalah rangkaian penaik tegangan (voltage booster) yang mampu

berosilasi sendiri dengan komponen yang kecil, murah dan mudah dibuat, yang

biasanya digunakan untuk menggerakkan beban yang ringan. Joule thief dapat

menggunakan hampir seluruh energi dalam sebuah baterai sel-tunggal, bahkan

yang memiliki tegangan jauh di bawah tegangan nominal sebuah baterai.

24

Dinamakan joule thief, karena rangkaian ini “mencuri” energi (joule) dari sumber

tegangan.

Rangkaian ini merupakan varian dari blocking oscillator yang membentuk

konverter penaik tegangan tak-teregulasi. Tegangan keluaran dinaikkan, tetapi

arus keluaran turun.

Tegangan keluaran dari rangkaian joule thief selanjutnya dapat

diregulasikan menjadi DC murni atau dikonversikan menjadi bentuk sinusoida

(AC) dengan memodifikasi rangkaiannya.

Pada Gambar 1 diperlihatkan prinsip kerja rangkaian joule thief pada posisi a) on

state dan b) off state

a b

Gambar 2.9 . Rangkaian Joule Thief pada a) On state b) off state

Joule thief ini mempunyai dua mode fungsi tergantung pada posisi saklar

(umunya menggunakan MOSFET maupun transistor) dimana saklar ini bekerja

buka-tutup pada frekuensi tinggi. Dari Gambar 2.10 (a) bila saklar tertutup, arus

mengalir melewati induktor searah jarum jam dan induktor menyimpan sejumlah

energi dengan meregenerasi medan magnet di sebelah sisi kiri polaritas positif

induktor. Waktu saklar tertutup katakanlah Ton. Berikutnya dari Gambar 1 (b)

bila saklar terbuka, medan magnet tadi polaritas akan berubah (sisi kiri berubah

negatif sekarang) dan medan magnet akan dihilangkan kebentuk arus listrik

kemudian disalurkan ke beban. Dengan demikian hasilnya seolah-olah ada dua

buah sumber secara series akan disalurkan ke beban melewati dioda D kapasitor C

25

dan beban R. Waktu saklar terbuka katakanlah Toff .Total waktu periode (T)

diformulasikan sebagai:= + (25)Frekuensi osilasi buka-tutup saklar dinyatakan dengan:

= 1 = 1+ (26)Pada Gambar 2.11 diperlihatkan rangkaian joule thief secara umum [29]

Gambar 2.10 Rangkaian joule thief secara umum [29]

Empat parameter yang dibutuhkan untuk menghitung daya antara lain:

a. Input voltage range: VIN(min) dan VIN(max)

b. Nominal Output Voltage: VOUT

c. Maximum Output Current: IOUT(max)

d. Integrated circuit (IC) untuk membangun joule thief.

Menghitung duty cycle diformulasikan sebagai[29]

= 1 − ( ) (27)Dimana :

VIN(min) = Tegangan masukan minimal

VOUT = Tegangan keluaran yang diinginkan

η = Efficiency dari converter

2.9 LM2577-LM2596

Penaik tegangan (boost converter) yang digunakan dalam sistem ini adalah

IC LM2577-Adj. Konverter ini berfungsi untuk menaikkan tegangan ketika

26

tegangan keluaran generator berada di bawah tegangan referensi yaitu tegangan

akumulator 13,8 V[31]. Sedangkan penurun tegangan (buck converter) yang

digunakan adalah IC LM2596-Adj. Konverter ini berfungsi untuk menurunkan

tegangan ketika tegangan keluaran generator berada di atas tegangan referensi

yaitu tegangan akumulator 13,8 V[32].

Pada penelitian ini mengguanakan modul step up down LM2577-LM2596

yang bertujuan untuk menstabilkan tegangan sesuai sepsifikasi beban yang

diharapkan. Alat ini memiliki 3 adjust yang dapat menyetel tegangan, arus dan

batas pengisian baterai penuh.

2.10 Bateri atau Aki

Gambar 2.11 Bagian-bagian Baterai (Storage Battery)

Baterai adalah suatu alat yang berfungsi untuk menghasilkan energi listrik,

dimana baterai dapat merubah energi kimia menjadi energi listrik. Kemampuan

baterai tersebut disebut reaksi elektrokimia. Baterai sendiri terbagi atas 2 jenis,

baterai primer dan baterai sekunder.

Baterai primer hanya dapat digunakan satu kali karena siklus reaksi kimia

didalam baterai primer searah. Sedangkan baterai sekunder yaitu baterai yang

dapat di isi kembali (rechargeable), atau dengan kata lain disebut storage battery.

27

Siklus reaksi kimia pada baterai sekunder terjadi dua arah. Contoh dari baterai

primer yaitu baterai karbon-seng. Untuk baterai sekunder sendiri contohnya

baterai Lead Acid, Lithium, Nikel Kadmium, dan Nikel Metal Hidrida[33]. Pada

penelitian kali ini digunakan jenis baterai sekunder yang dapat di isi kembali,

yaitu jenis baterai Lithium-Ion.

28

3 BAB III

METODOLOGI PENELITIAN

3.1 Metode Penelitian

Penelitian ini menggunakan metode penelitian eksperimental, dan objek

penelitian yang digunakan adalah menggunakan kompor skala rumah tangga.

Analisis dilakukan untuk menganilis uji kinerja STEGBKG dalam pengapilkasian

sebagai sumber charger baterai aki dan digunakan untuk penerangan dengan

bantuan rangkaian joule thief. Untuk meningkatkan perbandingan temperatur dan

mengoptimalkan performa TEG dalam penelitian ini menggunakan sistem

pendinginan hybrid (water cooling-fan). Dalam penelitian ini menggunakan trafo

ferit TV dengan ukuran besar dengan tujuan untul menghasilkan induksi yang

besar sehingga dapat digunakan untuk menjalankan lampu 220v AC hingga

beban 50 watt. Pada sistem charging baterai supaya tegangan yang dihasilkan

tetap konstan maka menggunakan step up-down DC to DC LM2577-LM2596 .

3.2 Waktu dan Tempat Penelitian

Tabel 3.1 Jadwal Penelitian

No. UraianBulan Ke-1 2 3 4 5 6

1. Kajian literature

2. Penyusunan proposal penelitian

3. Seminar proposal penelitian

4. Rekayasa peralatan penelitian

5 Pengujian Experimental

6.Analisa data dan penyusunanlaporan penelitian

7. Seminar hasil penelitian

8. Sidang akhir

29

Penelitian ini dilaksanakan di Laboratorium Sustainable and Renewable

Energy Program Studi Magister Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas

Sumatera Utara. Waktu pelaksanaan penelitian mulai 05 September 2019 sampai

April 2020. Rincian dari penelitian ini seperti pada tabel 3.1.

3.3 Diagram alir Penelitian

Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

START

Data survey dan asumsi/pemilihan modultermoelektrik, sistem pendinginan,

material, dimensi dari penampang panas,sistem pengisian dan Joule thief

Studi Literatur

PerancanganSTEGBKG dan JT

Uji Coba

Refrensi:Buku dan jurnal(terindeks)

Perancangan Mekanikal:

1. Modifikasi kompor gassatu tungku dengandudukan berpenampangpanas

2. Sistem pendinginhybrid (water cooling-fan)

3. Sistem pengisianbaterai(cut-off)

4. Desain Rangkaian joulethief

Analisa dan Pembahasan

Kesimpulan dan Saran

SELESAI

1. krakteristik unjukkerja dan batasankondisi operasiSTEGBKG (∆T, V,I, P, ) denganvariasi rangkaianseri dan seri-paralel

2. kinerja STEGBKGsebagai sistempengisian bateraiAKI 6V 4,5Ah

3. nilai tegangan, arusdan frekuensi yangdikeluarkan olehrangkaian joulethief

Pengumpulan Data

Yes

NO

30

Alat ini dibuat untuk mengaplikasikan thermoelektrik generator TEG

SP184827145SA terhadap energi panas yang dihasilkan oleh kompor masak satu

tungku. Fungsi kerja yang dimaksudkan ialah untuk menghasilkan energi listrik

dari perbedaan temperatur yang terjadi pada kedua sisi dari Elemen

Thermoelektrik generator, dan berdasarkan Efek Seebeck. Proses kajian dan

eksperimen yang dilaksanakan pada penelitian ini, ditunjukkan gambar 3.1.

Sistem kerja diagram blok diatas adalah saat kompor Gas LPG dinyalakan

maka akan menghasilkan panas pada tungku, namun efisiensi kompor tidak

mencapai 100% sebagian panas yang dihasilkan terbuang kelingkungan, panas

buang yang dihasilkan dari kompor yang dimanfaaatkan menjadi sumber energi

panas yang akan diterima oleh termoelektrik generator dan untuk membuat

perbedaan temperatur di modul TEG digunakan sistem pendinginan hybrid (water

cooling-fan), akibatnya perbedaan temperatur terjadi didalam termoelektrik

generator sehingga TEG SP 1848, akan menghasilkan energi listrik sesuai dengan

prinsip kerjanya, energi listrik yang dihasilkan akan dioptimalkan dengan

menggunakan rangkaian joule thief dan rangkaian dc to dc converter step-up

sehingga bisa menghasilkan energi yang mampu digunakan sebagai sumber

penerangan. Energi listrik yang dihasilkan dihubungkan pada beban berupa LED

12 watt senyak 4 bijih (48Watt) yang dijadikan sebagi sumber penerangan. Sensor

tegangan, sesor arus digunakan untuk mengukur tegangan dan arus yang akan

dihasilkan, sedangkan termokopel digunakan untuk mengukur temperature pada

kedua sisi elemen TEG, dengan cara diletakkan di pelat tembaga (sisi panas) dan

heatshink yang sudah dimodifikasi(sisi dingin). yang selanjutnya perolehan data-

data dari hasil pengukuran digunakan untuk analisis data.

31

3.4 Alat dan Bahan

Dalam penelitian ini dilakukan percobaan dengan menggunakan beberapa

alat dan bahan yang menunjang dalam pengambilan data. Peralatan dan bahan

yang digunakan sebagai berikut.

1. Kompor Gas LPG satu Tungku

Gambar 3.2 Kompor Gas LPG

Spesifikasi

Merek : Miyako Kompor Gas KG-101 C

Bahan Material : Teflon

Body : Deep Drawing Power Black

Burner : Stainless Steel

Warna : Silver

Berat : 3,5 Kg

Tekanan Rendah

2. Gas LPG 3 KG

Gambar 3.3 Gas LPG

32

3. Waterblock

Gambar 3.4 WaterblockSpesifikasi :

- Dimensi Waterblock 16x4x1

- Diameter lubang 0.9 cm

- Material alumunium

4. Kipas DC

Gambar 3.5 Kipas DCSpesifikasi :

- Ukuran fan 8cm x 8cm x 2.5cm

- Arus : 0.15A

- Tegangan : 12V

5. Pompa DC

Gambar 3.6 Pompa DC

33

Spesifikasi :

- jenis Pompa air submersible

- Tegangan kerja: 12v DC

- Kecepatan motor: max 8500 RPM

- Debit: 30 ltr/menit

- Head: 2.5m

- Kabel: 0.5mm x 3 meter

- Diameter output: 19mm

- Diameter input: 51mm

- Material: ABS + stainless steel

6. Selang Air

Gambar 3.7 Selang air

Spesifikasi:

- Diameter 0,9 m

- Bahan Plastik

7. Pipa Paralon

Gambar 3.8 Pipa paralon

Spesifikasi:

- Diameter 1/2 inchi

34

8. Styrofoam - cool Box

Gambar 3.9 Styrofoam - cool Box

Spesifikasi:

- Dimensi Luar 34x 30 x 25cm

- Dimensi Dalam 30x 25 x 20,5cm

9. Air dan Es Batu

Gambar 3.10 Air dan Es Batu

10. Stopwatch

Gambar 3.11 Stopwatch

35

11. SP184827145SA

Gambar 3.12 modul TEGSpesifikasi :

Dimensi 40x40x3,5 mm

Berat 26 gr

Material Bismuth Telluride

Imax: 9,36 A

Qmax: 21,3 watt

Pada :

- ΔT 20°C : 0.97V/225MA

- ΔT 40°C : 1.8V/368MA

- ΔT 60°C : 2.4V/469MA

- ΔT 80°C : 3.6V/558MA

- ΔT 100°C : 4.8V/669MA

12. Termocouple type K

Gambar 3.13Termocouple type K

36

Spesifikasi:

- Channel: 4

- Temperature Range: -200~1372C / -328~2501F

- Accuracy: >100C: 1oC <100oC: 2oC

- K-type Thermocouple Resolution: <1000C: 0.1C/ F/K >1000C:1C/F/K

- Power Supply: 1 x 9V Battery(not included)

13. Multitester

Gambar 3.14. MultitesterSpesifikasi :

- Input power baterai 9V

- Resolusi 0.1 mV (Akurasi 0.5%+2)

- Resolusi 0.01µA (akurasi 1.0%+2)

14. Voltampere meter digital

Gambar 3.15 Voltampere meter digital

Spesifikasi:

- Tegangan operasi: DC 4.5 ~ 30V

36

Spesifikasi:

- Channel: 4





13. Multitester







Spesifikasi:


36

Spesifikasi:

- Channel: 4





13. Multitester







Spesifikasi:


37

- Mengukur tegangan: DC 0 ~ 100V

- Resolusi minimum (V): 0.1V

- Tampilan: tiga tabung digital LED 0,28 "

- Dimensi: 48 x 29 x 21mm

- Akurasi pengukuran: 1% (± 1 digit)

- Temperatur pengoperasian: -10 hingga 65 °c

15. Oscilloscope Digital DSO138

Gambar 3.16 Oscilloscope Digital

Spesifikasi :

- Maximum Real-time Sampling Rate: 1Msps

- Accuracy: 12Bit

- Sampling Buffer Depth: 1024 bytes

- Analog Bandwidth: 0-200KHz

- Vertical Sensitivity: 10mV / Div - 5V / Div (1-2-5 progressive

manner)

- Input Impedance: 1MΩMaximum Input Voltage: 50Vpp (1: 1 probe),

400Vpp (10: 1 probe)

- Supply Voltage: DC 9V

38

16. Baterai

Gambar 3.17 Baterai

Spesifikasi :

Merek: Panasonic

Tegangan 6 volt 4,5 Ah

Cycle use : 7.25 V- 7.45 V (25oC)

Standby use : 6.8V-6.9 V (25oC)

Nomor model LC-R064R5CH

Lead-Acid Battery

Dimensi 68x98x46mm

17. Potensiometer 10 K

Gambar 3.18 Potensiometer

18. Rangkaian Joule thief

Gambar 3.19 modul Joule thief

39

Spesifikasi:

- Tegangan Input bisa 1,5 volt hingga 12 volt maksimal,

- Beban maksimal 50 watt

19. Modul Adaptor DC

Gambar 3.20 Modul Adaptor DC

Spesifikasi:

- Input 220VAC

- Output 12 V DC 3A

20. Modul step up down LM2577-LM2596

Gambar 3.21 Modul step up down LM2577-LM2596

Spesifikasi:

- Input: 3,5V - 28V

- Output: 1,5V - 26V

- Voltmeter: 7 segment 3 digit red color, for monitoring Vin or Vout

(changeable with push button) Voltage regulating mode: (Step-up)

40

Potentiometer rotates in clockwise, (Step-down) Potentiometer rotates

in anticlockwise

- Size: 6.6 x 4.7 x 1.4cm

21. Pasta Termal

Gambar 3.22 Pasta Termal

Spesifikasi:

- Konduktivitas termal: > 0,671W/mK.

- Suhu maksimal: 200'C

- Warna: putih.

22. Lampu LED

Gambar 3.23 Lampu LED

Spesfikasi:

- Daya Lampu 12 Watt

3.5 Variabel Penelitian

Variabel pada umumnya adalah segala sesuatu yang bentuknya apa saja dan

ditetapkan oleh peneliti untuk dipahami dan dikaji, sehingga memperoleh sebuah

informasi tentang sebuah penelitian yang nantinya akan dilakukan dan dapat

diambil sebuah kesimpulan. Variasi dari pengujian ini dilakukan dengan tujuan

41

untuk mengetahui nilai daya listrik output yang dihasilkan oleh modul generator

termoelektrik (TEG) dalam suatu sistem pemodelan. Variabel yang digunakan

peneliti pada penelitian kali ini dibagi menjadi tiga jenis variabel pengujian

diantaranya adalah:

1. Variabel Bebas

Variabel bebas atau yang bisa juga disebut sebagai inependent variable

dapat diartikan sebagai variabel yang berpengaruh terhadap hasil yang

diperoleh dari variabel terikat yang ditentukan secara bebas oleh peneliti.

Variabel bebas akan menjadi patokan utama peneliti untuk memperoleh hasil

dari penelitian ini. Pada penelitian kali ini, variabel bebas yang akan

digunakan oleh peneliti adalah variasi susunan modul TEG. Variasi modul

TEG meliputi susunan seri dan susunan kombinasi seri-paralel (8 seri dan 1

paralel)

2. Variabel Terikat

Variabel terikat atau sering disebut dengan dependent variable dapat

diartikan sebagai variabel yang besar nilai yang dihasilkan mengikuti

besarnya variabel bebas sehingga besarnya nilai variabel ini tidak bisa

ditentukan oleh peneliti. Variabel terikat yang digunakan pada penelitian ini

meliputi perbedaan temperatur pada kedua sisi modul generator termoelektrik

(∆T), selain itu terdapat pula output yang dihasilkan dari modul termoelektrik

diantaranya tegangan (V), arus (I), sehingga diperoleh besarnya daya yang

dihasilkan (P), dan efisiensi pada modul termoelektrik (ƞ) dengan

menggunakan jumlah modul TEG sebanyak 10 buah. Besaran keluaran

STEGBKG diaplikasikan sebagai sistem penerangan dengan beban lampu 12

42

watt 4 buah (48 watt) dengan bantuan sistem joule tief dan memperhatikan

tegangan keluaran, arus, daya dan frekuensi yang dihasilkan modul joule thief

tersebut.

3. Variabel Terkontrol

Variabel kontrol dapat diartikan sebagai variabel yang ditentukan secara

tetap (constant) sehingga antara variabel bebas dan variabel terikat pada

penelitian ini tidak terpengaruh oleh faktor – faktor lain yang tidak digunakan

pada metode penelitian. Pada penelitian ini, variabel kontrol yang termasuk

didalamnya adalah:

a. Pengujian dilakukan beban pemanasan menggunakan panci masak yang

berisi air sebanyak 3 liter

b. Sistem pendingin hybrid menggunakan air es sebanyak 2,5 kg dan 15

liter air

c. Pengambilan data dilakukan selama 1 jam dan diambil setiap 10 menit

sekali.

d. Nilai hambatan sistem pengisian pada potensiometer distel 13Ω

3.6 Prosedur Penelitian

Penelitian ini dimulai dengan merancang STEGBKG. TEG diuji dengan

menentukan range waktu setiap 10 menit sekali, Sebagai beban pemanasan digunakan

panci masak berisi air sebanyak 2 liter . Tegangan yang diperoleh STEGBKG

digunakan untuk sitem pengisian baterai 6 volt 4,5Ah dan kemudian rangkaian

joule thief dengan tegangan input dari baterai digunakan untuk menyupalai sistem

penerangan. Prosedur Penelitian secara umum langkah-langkah pengerjaan

penelitian meliputi beberapa hal sebagai berikut :

43

1. Pembuatan dudukan kompor

Dudukan kompor dibuat dari aluminium dan dilengkapi dengan pipa

konduktor yang terbuat dari tembaga (berfungsi sebagai heat sink) yang berfungsi

untuk memaksimalkan proses perpindahan kalor ke modul generator

thermoelektrik. Sedangkan sisi yang sebelahnya dipasangkan dengan sistem

pendingin hybrid, dengan tujuan menjaga beda temperatur antara sisi panas TEG

dengan sisi dingin TEG.

Gambar 3.24 Dudukan kompor

2. Perancangan sistem pendingin hybrid

Sistem hybrid (water cooling – fan) pada sisi dingin modul TEG berfungsi

sebagai konveksi paksa, mengingat tingginya temperatur yang dihasilkan kompor

dan berimbas pada sisi panas modul TEG. Dengan terjaganya perbedaan

temperatur (∆T) modul TEG dengan optimal akan meningkatkan tegangan yang

dihasilkan. Karena prinsip kerja termoelektrik generator sebagai pembangkit

listrik tergantung ΔT dan material konduktornya. Selain water block, cold shink

dan cooling fan, Cool box juga digunakan sebagai tempat penampungan air es dan

kemudian mensirkulasikan air es dengan bantuan pompa DC celup menuju water

Dudukan

Konduktorn

Modul TEG

44

blok sehingga selalu terjaga perbedaan temperatur sesuai yang diharapkan. Desain

sistem pendingin hybrid pada penelitian ini dapat diperhatikan sebagai berikut:

Gambar 3.25 Sistem pendingin hybrid

3. Perancangan Rangkaian Joule thief

Dalam merancang joule thief harus terlebih dahulu memahami prinsip

kerja dan beban kerja yang digunakan. Rangkaian joule Thief bila di lihat dari

output nya dapat di bedakan dalam dua type yaitu DC Converter Booster/ DC to

DC dan DC Inverter Booster /DC to AC. Cara kerja joule thief itu sendiri yang

memanfaatkan arus feedback dari penyimapanan energy elektromagnetik pada

coil. Dimana arus ini akan menginduksi lilitan sekunder yang akan mengalirkan

arus AC berkali lipat pada outputnya. tegangan output bervariasi, tergantung

jumlah lilitan yang di gunakan. Joule thief ini dimodifikasi untuk menjalankan

lampu 220v AC (luminance tidak penuh) dan dapat disuplay tegangan 1,5 volt –

12 volt dalam menghidupkan beban. rangkaian pencuri tegangan (joule thief) ini

mampu mengeluarkan tegangan dari baterai secara maksimal dalam menyalakan

beban lampu 50 watt. Jumlah, nilai dan spesifikasi komponen yang digunakan

untuk merancang rangkaain Joule Thief, ditunjukan Tabel 3.3

kipas

Pompa airpendingin

45

Tabel 3.2. Spesifikasi komponen joule thiefNo Nama komponen Spesifikasi Jumlah

1 Trafo feritPrimer : 300 lilitan

1CT : 15 lilitan(double)

Feedback : 5 lilitan2 Trafo 50 lilit 1

No Nama komponen Spesifikasi Jumlah3 Transistor TIP 41C 24 Capasitor milar 1000 uf 1

100 nf 15 Resistor 100 Ohm 16 Baterai 3,7 V 2

Joule thief ini dirancang dengan menggunakan trafo ferit ukuran 4,5 x 4 cm

agar menghasilkan induksi yang besar. Alat ini mampu memanfaatkan tegangan

dari 1,5 volt sampai 12 volt dan mampu menyalakan hampir semua jenis lampu

led berdriver maupun non driver segala jenis hingga 50 watt (untuk menyalakan

lampu dengan jumlah yang banyak gunakan lampu daya rendah dengan daya

sama). Untuk meredam arus input digunakan penambahan trafo pada awalan

masuk tegangan dengan jumlah lilitan 70 lilitan yang berfungsi untuk induktor di

input. Selain untuk penerangan alat ini dapat digunakan untuk charger HP (dalam

keadaan darurat). Setelah sudah sesuai desain cirkuit joule thiefnya maka diubah

menjadi skematik board. Susunan sirkuit dan board joule thief seperti gambar

berikut,

Gambar 3.26 skematik dan board joule thief (a) skematik sirkuit joule thief

(b) skematik board joule thief

46

4. Susunan Rangkaian Modul Termoelektrik

Pada penggunaan TEG dilapangan menggunakan beberapa modul TEG yang

terhubung dengan susunan seri, paralel atau kombinasi seri paralel. Susunan

rangkaian termoelektrik akan mempengaruhi besaran daya keluaran dari

STEGBKG. Adapun susunan modul TEG yang digunakan yaitu seperti gambar

berikut,

(a) (b)Gambar 3.27 Susunan Rangkaian modul 10 TEG (a)dirangkai seri

(b)dirangkai 8 seri-1 paralel

3.7 Prinsip Pengujian dan pengumpulan Data

Tujuan pengujian dan pengumpulan data dari penelitian ini, untuk

mengetahui efisiensi termoelektrik sebagai pembangkit energi listrik dengan

menggunakan pendinginan sistem hybrid (water cooling-fan), krakteristik (unjuk

kerja dan batasan kondisi operasi) termoelektrik yang berbasis kompor gas

berskala rumahan dengan variasi rangkaian seri dan seri-paralel, waktu yang

diperlukan untuk proses pengisian baterai 6 volt, dan Menganalisis nilai tegangan,

arus dan frekuensi yang dikeluarkan oleh rangkaian joule thief. Untuk

mendapatkan data yang pasti akan digunakan termokopel untuk mengukur

temperatur sisi panas dan sisi dingin modul TEG, temperatur awal air dan

temperatur keluaran air dari sistem pendingin hybrid. multitester sebagai

pengukur tegangan dan arus. Sedangkan untuk mengetahui frekuensi dan bentuk

TEG 4TEG 3TEG 2TEG 1


TEG 5

TEG 10

TEG 9

TEG10


TEG 8TEG7

TEG 6TEG 5

47

gelombang, maka akan digunakan oscilloscope. Skema alat penelitian dan sirkuit

aliran listrik adalah sebagai berikut :

Gambar 3.28 Skema alat generator thermoelectrik bertenaga kompor gas yang

(TEGBKG) dengan pendingin hybrid

Gambar 3.29 Sirkuit listrik

Fan

T1

KOMPOR GAS

T2

Th

Tc

Fan

Heat shinkHeat collector

s. pendingin

Module TE

Beban(lampu)

Boost C

Charger

Baterai

TEG

JT

Tangkiair

Pompa air

PLN

Ptot

Bost Converter

Kipas

Pompaair

M

FanPendinginair danudara paksa

2

1Grup TE:

Qin

Sunber Panas

Baterai

JT

Lampu

L Charger

Qout

PLN

48

Gambar 3.30 Skema Pengujian

3.8 Analisis dan Kalibrasi Awal

Pada tahapan ini, kalibrasi dilakukan pada oscilloscope maupun multi tester.

Tahap ini bertujuan untuk setting alat ukur sesuai standar pabrikan yang akan

digunakan untuk melakukan pengujian. Hasil kalibrasi pada oscillocope

ditunjukan pada Tabel 3.3

Tabel 3.3. Hasil awal kalibrasi oscilloskop Digital DSO138

Freq 1 MHz Vamp 4.7VVpk-pk 5.040V Overshoot 3.4%Periode(T)

1.000ms preshoot 3.4%

Cyc RMS 3.4V Rise Time <1.000usVmax 4.9V Fall time <1.000usVmin -80. V +duty 49.9%Vtop 4.8V -duty 50.1%Vbase 80 mV Mean 2.43V

49

3.9 Variasi pengambilan data pengujian

Pengambilan data pengujian dilakukan dengan asumsi temperatur ambien

sekitar konstan pada 29-30 °C. Terdapat beberapa variasi pengambilan data yang

dilakukan untuk mengetahui karakteristik alat. Variasi pengujian tersebut

meliputi:

1. Variasi susunan rangkaian peltier

Variasi susunan peltier dilakukan untuk mengetahui karakteristik arus, dan

teganganyang dihasilkan STEGBKG dari masing-masing susunan peltier

tersebut. Variasi susunan modul TEG meliputi susunan modul TEG

secara seri, dan seri- paralel (8 seri dan 1 paralel)

2. Sistem pengisian

Sumber tegangan yang dihasilkan STEGBKG dimanfaatkan sebagai

cistem pengisian baterai 6 volt 4,5Ah dengan menggunakan modul step up

LM2577. Sehingga disaat baterai penuh secara otomatis pengisian

berhenti.

3. Joule thief dengan beban

Pada pengujian ini tegangan input yang digunakan adalah dengan

menggunakan langsung menggunakan tegangan keluaran STEGBKG dan

menggunakan baterai 6 volt untuk sebagai input joule thief untuk

menghidupkan beban lampu 12 watt sebanyak 4 bijih (48 watt)

50

4 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1 Uji karakteristik Thermoelektrik Generator (TEG)

Daya maksimum TEG diperoleh saat hambatan beban sama dengan

hambatan internal TEG. Daya maksimum pada sirkuit elektrik dipengaruhi

tegangan dan arus yang dihasilkan. Dari hasil pengolaha data didapat suatu nilai

dari setiap variabel yang dihitung dari setiap variasi yang dilakukan. Untuk

mengetahui karakteristik dari pembangkit listrik TEG SP184827145SA yang

digunakan sebagai pengisi daya pada baterai aki 6 volt. Unjuk kerja STEGBKG

dengan menggunakan sistem pendingin hybrid dinyatakan dengan arus, tegangan

dan efisiensi yang dihasilkan. Dalam penelitian ini unjuk kinerja modul TEG

dilakukan dengan memberikan dua variasi susunan modul dari 10 peltier yang

digunakan yaitu dengan susunan seri dan kombinasi susunan seri-paralel. Susunan

rangkaian termoelektrik akan mempengaruhi besaran daya keluaran dari

STEGBKG.

4.1.1 Karakterisasi (TEG) pada rangkaian terbuka (tanpa boost-converter)

Penggunaan Termoeletrik sebagai pembangkit listrik membutuhkan

temperatur panas (TH) dan temperatur dingin (TC). Besarnya daya keluaran

yang dihasilka modul TEG sejalan dengan besarnya beda temperatur (ΔT) yang

terjadi dikedua sisi modul TEG disetiap waktu. pada sistem pendingin

penelitian ini diterapkan untuk menyeimbangkan perambatan panas kompor.

Temperatur pada sisi panas dan sisi dingin yang dilakukan dengan variasi

susunan seri dan seri paralel ditunjukkan gambar berikut:

51

Gambar 4.1 Hubungan TH dan TC dengan waktu pengoperasian TEG

Pada grafik diatas menunjukkan besar temperatur antara temperatur panas

dan temperatur dingin yang terjadi pada pengoperasian TEG variasi susunan

kombinasi seri dan seri-paralel. Pada variasi susunan seri TC mamksimal

diperoleh sebesar 101,15oC pada menit 60 dan TC sebesar 51,33oC terjadi pada

menit 60. Sedangkan pada saat pengujian variasi seri diperoleh TH maksimal

sebesar 101oC pada menit 60 oC dan TC sebesar 50,83oC terjadi pada menit 60.

Meningkatnya besaran temperatur pada sisi panas sejalan dengan waktu

pemanasan yang diterima dari kompor dan begitu juga temperatur dingin akan

semakin meningkat dipengaruhi dengan sirkulasi perpindahan panas yang

terjadi pada sistem pendingin.

Gambar 4.2 Hubungan beda temperatur(ΔT) dan Tegangan pada rangkaian

terbuka (tanpa boost-converter)

52

Pada grafik dan tabel diatas dapat dilihat bahwa pengaruh selisih suhu

antar sisi panas dan dingin terhadap tegangan output adalah berbanding lurus

dimana semakin besar ∆T dari temperatur panas pada plat kolektor

pemanas(TH) dengan temperatur dingin pada heatsink(TC) maka semakin besar

pula tegangan yang dihasilkan pada pengujian modul termoelektrik ini. Hal ini

sesuai dengan teori efek seebeck yang sudah disebutkan pada bab 2 dimana

besarnya tegangan yang dihasilkan sebanding dengan gradien temperatur yang

didapat.

Dapat dilihat pada menit 1 dan perbedaan temperature pada variasi

susunan seri dan kombinasi seri-paralel yang terjadi antara sisi dingin dan

panas masih belum besar, belum ada tegangan yang dihasilkan. Namun pada

menit ke 5, tegangan mulai tercipta dengan ∆T sebesar 8,3 oC pada susunan

seri-paralel dan 6,07 oC pada susunan seri.

Temperatur pada heatsink (sisi dingin) akan terjadi perubahan

dikarenakan temperatur sisi dingin mendapat pengaruh dari adanya sirkulasi

perpindahan panas pada fluida sistem pendingin hybrid. Temperatur pada plat

tembaga akan semakin meningkat seiring perubahan panas yang diterima dari

kompor. Beda temperatur maksimum yang terukur antara sisi panas dan sisi

dingin pada saat pengujian berlangsung dengan susunan seri-paralel adalah

49,82 oC dengan tegangan maksimal 12,09V sedangkan pada saat dilakukan

pengujian dengan variasi susunan seri diperoleh ∆T sebesar 49,82 oC dengan

tegangan maksimal 13,74V.

53

4.1.2 Karakterisasi Thermoelektrik Generator dengan Beban Pengisian

Baterai dan Menghubungkan Boost-Converter

Uji kinerja thermoelektrik generator diterapakan sebagai beban pengisian

baterai. Besaran daya keluaran TEG disaat digunakan pembebanan akan

mengurangi setengah dari keluaran TEG tanpa beban (Voc). Daya keluaran

TEG diketahui dengan mengukur tegangan dan arus yang mengalir. Besaran

daya tersebut dipengaruhi rangkaian TEG yang digunakan maka, penelitian ini

menggunakan variasi susunan seri dan seri-paralel.

Gambar 4.3 Hubungan Beda temperatur(ΔT) dan tegangan dengan adanya

beban pengisian baterai

Pada gambar diatas menujukkan grafik hubungan beda temperatur,

tegangan dan waktu pemanasan. Berdasarkan grafik menunjukkan pengaruh

besar beda temperatur antara sisi panas dan sisi dingin pada modul TEG

berbanding lurus dengan tegangan yang dihasilkan. diakibatkan besaran

tegangan yang dihasilkan ketika terjadi pembanan akan mengurangi setengah

tegangan rangkaian terbuka (Voc) maka digunakan modul step up LM2577

yang berfungsi untuk menset tegangan sesuai dengan kebutuhan baterai.

Tegangan keluaran di set pada tegangan 6 volt yang dapat diset mulai menit ke

54

5. Dari grafik menunjukkan tegangan seri dan paralel sama-sama dapat di set

sesuai dengan kebutuhan sistem pengisian(baterai).

Selain tegangan, arus penting diketahui untuk mengetahui kemampuan

pembangkit dalam mengangkat beban (sistem pengisian). Berikut keluaran arus

dari TEG,

Gambar 4.4 Hubungan Beda temperatur(ΔT) dan arus dengan adanya beban

pengisian baterai

Pada gambar diatas menunjukkan besaran arus yang dihasilkan dari kedua

susunan modul TEG. Besaran arus yang dihasilkan sangat mempengaruhi

sistem pengisian. Pada rangkaian susunan seri arus yang dihasilkan sudah

tinggi pada menit 5 dengan keluaran arus sebesar 0,25 ampere dan cenderung

keluaran arusnya tetap kecil hingga menit ke 60. Pada susunan seri-paralel arus

juga sudah keluar mulai menit ke 5 dan terus mengalami pningkatan dan

mencapai arus yang stabil pada menit ke 15 dengan besaran arus 0,47 ampere.

Maka dengan dengan grafik kestabilan arus dan kebutuhan sistem pengisian

yang diperlukan rangkaian susunan seri-paralel lebih bagus digunakan sebagai

sitem pengisian. Faktor yang memengaruhi arus listrik adalah Tegangan,

Hambatan, Muatan Listrik dan Waktu Mengalir.

55

Daya merupakan kemampuan kerja alat untuk menghasilkan listrik.

Kemampuan alat ditunjukkan dengan gambar grafik diatas. Pada grafik

menunjukkan daya berbanding lurus dengan beda temperatur yang terjadi

disetiap waktu pemanasan.

Gambar 4.5 Hubungan Daya dan Efisiensi TEG dengan beban pengisian

baterai

Berdasarkan grafik diatas, daya TEG yang dihasilkan dari susunan seri-

paralel lebih tinggi dan stabil dibanding dengan susunan seri. Pada susunan

seri-paralel daya terus naik hingga pada menit ke 20 dan terjadi kestabilan daya

yang mengalir sebesar 3,14 watt sedangakan Daya pada susunan rangkaian seri

mengalami naik turun dengan daya maksimal 1,56 watt. Daya pada susunan

seri-paralel lebih tinggi jika dibandingkan dengan susunan seri merupakan

akibat tegangan dan arus yang dikeluarkan pada susunan seri-paralel lebih

tinggi dibandingkan pada susunan seri. Secara matematis daya merupakan

perkalian antara tegangan dan arus.

Maka, dapat disimpulkan TEG dengan rangkaian seri-paralel lebih sesuai

dengan kebutuhan pengisian baterai.

56

4.2 Pengisian Aki sebagai Aplikasi dari Thermoelektrik Generator

Dengan adanya perbedaan temperatur antara kedua sisi modul

Thermoelectric maka akan menghasilkan tegangan pada dua elektrodanya.

Tegangan keluaran tersebut dihubungkan pada sebuah beban yang membentuk

rangkaian listrik tertutup, sehingga arus listrik mengalir melalui rangkaian.

Pengaplikasian tegangan STEGBKG dimanfaatkan untuk mengisi aki. Rangkaian

yang digunakan sebagai sistem pengisian adalah rangkaian combinasi seri-paralel,

karena rangkaian seri paralel memiliki daya yang lebih sesuai dengan kebutuhan

sistem pengisian. Aki yang digunakan adalah tegangan 6Volt berkapasitas 4,5Ah.

Sebelum dilakukan sebagai sistem pengisian, tegangan keluaran TEG harus

melebihi tegangan maximum pada aki. Berdasarkan kurva pembebanan pada

analisa data TEG tipe SP184827145SA. Dapat disimpulkan bahwa Aki dapat

terisi dengan tegangan yaitu 6 Volt dengan posisi besar nilai arus berkisar 0,43-

0,45 Ampere. Dilakukan pula perhitungan matematis dan diperoleh nilai

hambatan yang tepat digunakan untuk pengisian Aki yaitu 13Ω. Dan diperoleh

grafik pengisian baterai dengan jangka waktu yaitu 60 menit (3600 detik) sebagai

berikut :

Gambar 4.6 Kurva pengisian AKI

57

Dari Gambar 4.8 TEG dikondisikan mencapai tegangan maksimal,

kemudian diberi beban sesuai dengan perhitungan matematis lalu dilakukan

pengisian Aki. Dari grafik menampilkan bahwa nilai tegangan dan arus yang

digunakan untuk pengisian sudah tepat. Dapat dilihat dari konstannya

tegangan saat pengisian. Pada penelitian kali ini hanya dilakukan pengisian

selama 60 menit bertujuan untuk mengetahui bagaimana sistem dapat

memberi tegangan konstan untuk pengisian Aki. Sedangkan untuk waktu

sebenarnya berkisar antara 10 hingga 11jam untuk pengisian agar Aki 6 Volt

4,5Ah dapat terisi penuh, hal ini ditinjau dari daya yang dihasilkan Aki

sebesar 27 Watt, sedangkan daya output TEG saat 6Volt dan 0,43 Ampere

hanya berkisar 2,5-2,58 Watt.

Hal terpenting dalam pengisian suatu Aki atau baterai yaitu kestabilan arus

yang diberikan, karena suatu sumber tegangan hanya dapat di isi kembali

dengan sumber arus yang memiliki nilai tegangan yang sama seperti yang

tertera pada Aki yang akan di isi. Karena cepat lambat pengisian Aki sangat

bergantung pada besar arus yang diinjeksikan. Selain itu, batas maksimal arus

yang dinjeksikan pada pengisian Aki yaitu 10% dari spesifikasi Aki itu

sendiri. Dimana Aki yang digunakan memiliki spesifikasi arus sebesar 4,5 Ah

yang artinya arus maksimal injeksi yaitu berkisar 0,45 Ampere. Sehinga nilai

arus output pada TEG tipe SP184827145SA sudah memenuhi ketentuan

pengisian pada Aki yaitu berkisar 0,43- 0,45 Ampere.

58

4.3 Analisis nilai tegangan, arus dan frekuensi yang dikeluarkan oleh

rangkaian joule thief

Tujuan pengukuran pada rangkaian joule thief, untuk mengetahui tegangan

keluaran dan arus yang mengalir pada beban lampu dengan total 48 watt, sehingga

dapat mengetahui efisiensi daya yang dikeluarkan oleh joule thief.

Gambar 4.7 Titik pengukuran di output joule thief

Gambar 4.18 menunjukan titik pengukuran yang dilakukan di output dari

booster converter atau joule thief. Hal ini bertujuan untuk mengetahui nilai

tegangan keluaran yang dihasilkan oleh rangkaian joule thief yang dirancang,

dengan input tegangan dari baterai 6 volt yang diisi dari tegangan keluaran

STEGBKG dengan sistem charger menggunakan modul step up down LM2577-

LM2596).

Hasil pengukuran dikeluaran joule thief, ditunjukan pada Tabel 4.1 hasil

keluaran output rangkaian joule thief pada saat diberi tegangan input dari baterai

sebesar 6 V.

Tabel 4.1. Hasil pengukuran output rangkaian joule thief

Output joule thief HasilFrequensi 12,24 KhzPeriod 81,73 uSVpk-pk 81 VVmax 83 VVmin -82 VVin 6 VVout 77,8 VIout 0,13 ABeban 48 watt

STEGBKG

Joulethief/

Booster

A

V

Baterai 7,4v& modul step

up downLM2577-LM2586

59

Gambar 4.19 (a) menunjukan nyala lampu dari output rangkaian joule thief,

untuk menyalakan 4 buah lampu, dengan masing masing lampu memiliki daya 12

watt dengan total keseluruhan beban 48 W dan input pada tegangan dari baterai 6

V. Sementara pada Gambar 4.19 (b) menampilkan bentuk gelombang keluaran

dari rangkaian joule thief yang tidak terbaca oleh oscilloscope.

Gambar 4.8 (a)Nyala LED 48 W,dengan input 6 volt (b)Bentuk gelombang nyala

lampu

4.4 perbandingan Persentasi kenaikan arus pada STEGBKG, dengan

Keluaran Joule Thief (Booster Converter)

Tujuan dilakukan perhitungan dan perbandingan daya keluaran sistem

charging baterai dengan Joule Thief untuk mengetahui efisiensi, apakah tegangan

keluaran STEGBKG mampu mengisi baterai dengan penambahan modul step up

down LM2577-LM2596 dan menyalakan beban lampu 48 watt yang

dihubungkan ke Joule Thief, dimana efisiensi yang dimaksud, input pada Joule

Thief tidak boleh lebih besar dari output pada Joule Thief yang difungsikan untuk

menyalakan beban lampu 12 watt, sebanyak 4 lampu, dengan total beban 48 watt.

60

Tabel 4.2 Perbandingan nilai daya pada STEGBKG dan keluaran Joule Thief

waktu

terhubunglangsung (TEG) Boost Converter(charger) joule thief AC

Vs I P R Duty Vo I P Vout/ Iout/ Pout/

(menit) (volt) (amp) (watt) Ω (o) volt (amp) (watt) JT JT JT

1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 05 3,4 0,2 0,68 22,17 169,64 6,43 0,29 1,86 77 0,13 10,01

10 5,73 0,2 1,146 19,265 45,06 6,55 0,34 2,22 77 0,13 10,0115 7,86 0,24 1,8864 16,65 424,86 6,66 0,4 2,66 77 0,13 10,0120 8,44 0,22 1,8568 14,23 454,17 6,69 0,47 3,14 77 0,13 10,0125 9,66 0,3 2,898 14,48 522,16 6,66 0,46 3,06 77 0,13 10,0130 10,89 0,4 4,356 14,43 590,42 6,64 0,46 3,05 77 0,13 10,0135 10,84 0,37 4,0108 14,84 584,19 6,68 0,45 3,01 77 0,13 10,0140 10,91 0,38 4,1458 14 596,89 6,58 0,47 3,09 77 0,13 10,0145 11,52 0,36 4,1472 15,21 634,12 6,54 0,43 2,81 77 0,13 10,0150 11,64 0,35 4,074 14,56 639,75 6,55 0,45 2,95 77 0,13 10,0155 11,75 0,35 4,1125 14,24 645,80 6,55 0,46 3,01 77 0,13 10,0160 12,09 0,34 4,1106 14,56 664,48 6,55 0,45 2,95 77 0,13 10,01

Dari data pada Tabel 4.2, dapat dibuat sebuah grafik perbandingan nilai

keluaran tegangan pada STEGBKG, sebagai input pada joule thief, dan keluaran

joule thief untuk menyalakan lampu 12 watt dengan total 4 lampu, dan dengan

total beban 48 watt.

Gambar 4.9 Perbandingan nilai keluaran STEGBKG, dengan joule thief untuk

menyalakan lampu 48 watt

0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

10 20 30 40 50 60

Kena

ikan

Aru

s

waktu (t)

Perbandingan Daya STEGBKG(LM2577)dengan joule thief

STEGBKGdanLM2577

61

5BAB V

KESIMPULAN DAN SARAN

5.1 Kesimpulan

Berdasarkan hasil dari penelitian yang sudah dilaksanakan maka diperoleh

kesimpulan yaitu :

1. Penerepanan Sistem pendingin hybrid pada TEG berbasis kompor gas pada

rangkaian terbuka dengan susunan TEG secara seri-paralel diperoleh tegangan

maksimal 12,09 V dan susunan seri 13,74V. Setelah dihubungkan dengan

beban pengisian baterai (13Ω) diperoleh efisiensi rata-rata dari generator yang

telah didesain masih kecil dengan susunan seri-paralel efisiensi 2-5,5% pada

∆T ≤ 55,56ᵒC diperoleh daya 3,14 W dan pada susunan seri efisiensi sekitar 1-

3% pada ≤ 57,16ᵒC diperoleh daya ≤ 1,5 W. Besar efisiensi bergantung pada

beda temperatur, antara sisi dingin dan sisi panas yang diterima oleh TEG.

2. Perbandingan daya keluaran TEG sebagai sistem charging baterai yang

digunakan menyalakan beban lampu (sistem joule thief inverter booster)

tergolong efisien. Input daya pada joule thief yaitu 2,6W lebih kecil

dibandingkan output joule thief inverter booster yaitu 10,01 W. Jika dilihat

dari perbandingan daya charging baterai dengan daya joule thief inverter

booster, daya keluaran joule thiefdapat menaikkan hampir 4 kali lipat dari

daya charging baterai.

3. Dalam penelitian ini, diperoleh hasil bahwa keluaran dari Joule thief type

inverter booster sudah cukup untuk mensuplai kebutuhan catu daya bagi

lampu penerangan 220 VAC. Output pada rangkaian joule thief dengan beban

48 watt, menghasilkan tegangan 77 volt, arus 0.13 ampere, daya 10,01 watt,

62

dimana input pada rangkaian joule thief dari baterai 6 volt. Keluaran joule

thief memiliki duty cycle 91,44 %. Besarnya daya keluaran rangkaian joule

thief dipengaruhi oleh duty cycle.

5.2 Saran

1. Jika dilakukan perbaikan untuk kedepan, diharapkan untuk menggunakan

sumber panas yang alami seperti panas pada sumber air panas atau panas

yang dihasilkan dengan gas methana (biogas).

2. Dan sistem dapat dibuat dengan pemanasan serta pendinginan mandiri

juga portabel (dapat dibawa kemana-mana).

3. Perlunya dilakukan pengaplikasian TEG type lain selain SP184827145SA,

memperbanyak jumlah modul TEG dan menggunakan sistem pendingin

yang mandiri sehingga lebih efisien dan optimal dalam hal

pengoperasiaanya

4. Pada penelitian ini, masih menggunakan prototype sebagai pengujian joule

thief, dan masih menggunakan tegangan 6 V DC sebagai sumber tegangan.

Untuk mengoptimalkan keluaran joule thief bisa digunakan hingga sumber

tegangan 12 volt, kondisi transistor TIP41 akan bocor jika diberi tegangan

lebih. Selain itu, dimensi trafo ferit, jumlah transistor atau menggunakan

mosfet dan besar penyimpan tegangan juga bisa ditambahkan.

6 DAFTAR PUSTAKA

[1] A. Saleh Dan S. Prasetyono, “Implementasi Dc/Dc Boost Converter denganKontrol Mppt Perturb And Observe (P&O) sebagai Pengendali DayaKeluaran Thermoelectric Generator.”

[2] S. Anwar Dan S. P. Sari, “Generator Mini Dengan Prinsip TermoelektrikDari Uap Panas Kondensor Pada Sistem Pendingin,” J. Rekayasa Elektr.,Vol. 10, No. 4, Hlm. 180–185, 2013.

[3] Y. S. H. Najjar Dan M. M. Kseibi, “Thermoelectric Stoves for PoorDeprived Regions – A Review,” Renew. Sustain. Energy Rev., Vol. 80, Hlm.597–602, Desember 2017, Doi: 10.1016/J.Rser.2017.05.211.

[4] A. Paraskevas dan E. Koutroulis, “A Simple Maximum Power Point TrackerFor Thermoelectric Generators,” Energy Convers. Manag., Vol. 108, Hlm.355–365, 2016.

[5] N. K. Kumari, D. Krishna, Dan M. P. Kumar, “Transformer Less HighVoltage Gain Step-Up Dc-Dc Converter Using Cascode Technique,” EnergyProcedia, Vol. 117, Hlm. 45–53, 2017.

[6] D. M. Rowe, Thermoelectrics Handbook: Macro To Nano. Crc Press, 2005.

[7] G. Pennelli, “Review Of Nanostructured Devices For ThermoelectricApplications,” Beilstein J. Nanotechnol., Vol. 5, No. 1, Hlm. 1268–1284,2014.

[8] H. B. Gao, G. H. Huang, H. J. Li, Z. G. Qu, Dan Y. J. Zhang, “DevelopmentOf Stove-Powered Thermoelectric Generators: A Review,” Appl. Therm.Eng., Vol. 96, Hlm. 297–310, Mar 2016, Doi: 10.1016/J.Applthermaleng.2015.11.032.

[9] S. W. Angrist, “Direct Energy Conversion,” 1976.

[10] G. Fagas, L. Gammaitoni, D. Paul, dan G. A. Berini, “Ict-Energy-ConceptsTowards Zero-Power Information and Communication Technology,” 2014.

[11] D. M. Rowe dan G. Min, Design Theory Of Thermoelectric Modules ForElectrical Power Generation, Vol. 143. 1996.

[12] Y. Cļengel, “Heat And Mass Transfer: A Practical Approach,” 2007.

[13] R. Y. Nuwayhid, A. Shihadeh, Dan N. Ghaddar, “Development And TestingOf a Domestic Woodstove Thermoelectric Generator with Natural

Convection Cooling,” Energy Convers. Manag., Vol. 46, No. 9–10, Hlm.1631–1643, 2005.

[14] R. Nuwayhid dan R. Hamade, “Design And Testing Of A Locally MadeLoop-Type Thermosyphonic Heat Sink For Stove-Top ThermoelectricGenerators,” Renew. Energy, Vol. 30, No. 7, Hlm. 1101–1116, 2005.

[15] D. Mastbergen, B. Willson, Dan S. Joshi, “Producing Light From StovesUsing a Thermoelectric Generator,” Ethos, Vol. 2005, 2005.

[16] S. O’shaughnessy, M. Deasy, J. Doyle, Dan A. Robinson, “Field TrialTesting of an Electricity-Producing Portable Biomass Cooking Stove InRural Malawi,” Energy Sustain. Dev., Vol. 20, Hlm. 1–10, 2014.

[17] A. Srivastava, “Design Of a Thermoelectric Edu-Kitchen System,” Mei2013.

[18] D. Champier, J. P. Bedecarrats, M. Rivaletto, Dan F. Strub, “ThermoelectricPower Generation from Biomass Cook Stoves,” Ecos 2008, Vol. 35, No. 2,hlm. 935–942, Feb 2010, Doi: 10.1016/J.Energy.2009.07.015.

[19] D. Champier, J.-P. Bédécarrats, T. Kousksou, M. Rivaletto, F. Strub, Dan P.Pignolet, “Study Of A Te (Thermoelectric) Generator Incorporated In AMultifunction Wood Stove,” Energy, Vol. 36, No. 3, Hlm. 1518–1526, 2011.

[20] A. Montecucco, J. Siviter, Dan A. R. Knox, “Combined Heat and PowerSystem for Stoves with Thermoelectric Generators,” Clean Effic. Afford.Energy Sustain. Future, Vol. 185, hlm. 1336–1342, Jan 2017, Doi:10.1016/J.Apenergy.2015.10.132.

[21] A. M. Goudarzi, P. Mazandarani, R. Panahi, H. Behsaz, A. Rezania, Dan L.A. Rosendahl, “Integration of Thermoelectric Generators and Wood StoveTo Produce Heat, Hot Water, And Electrical Power,” J. Electron. Mater.,Vol. 42, No. 7, hlm. 2127–2133, Jul 2013, Doi: 10.1007/S11664-013-2545-8.

[22] Y. A. R. Prasetyo, “Sistem Pendingin Hybrid Thermoelectric Cooler DanPhase Change Material (Pcm) Pada Cool Box,” 2017.

[23] J. Holman, “Perpindahan Kalor, Ed. 6, Pt. Erlangga, Jakarta,” 1997.

[24] A. Montecucco, J. Siviter, Dan A. R. Knox, “The Effect Of TemperatureMismatch on Thermoelectric Generators Electrically Connected in SeriesAnd Parallel,” Appl. Energy, Vol. 123, hlm. 47–54, 2014.

[25] G. Zhang Dkk., “Power and Efficiency Factors for ComprehensiveEvaluation of Thermoelectric Generator Materials,” Int. J. Heat MassTransf., Vol. 93, Hlm. 1034–1037, 2016.

[26] H. Ali Dan B. S. Yilbas, “Influence Of Pin Material Configurations OnThermoelectric Generator Performance,” Energy Convers. Manag., Vol. 129,hlm. 157–167, 2016.

[27] M. A. Karri, Thermoelectric Power Generation System Optimization Studies,Vol. 72. 2011.

[28] A. Fathah, “Design Of A Boost Converter,” 2013.

[29] “Basic Calculation Of A Boost Converter’s Power Stage.” .

[30] Z. Liu Dan H. Lee, “Design Of High-Performance Integrated Dimmable LedDriver For High-Brightness Solid-State Lighting Applications,” AnalogIntegr. Circuits Signal Process., Vol. 82, No. 3, Hlm. 519–532, 2015.

[31] “LM2577 Pdf, Lm2577 Description, Lm2577 Datasheets, Lm2577 View :::Alldatasheet :::” [Daring]. Tersedia Pada: Https://Pdf1.Alldatasheet.Com/Datasheet-Pdf/View/8676/Nsc/LM2577.Html. [Diakses: 21-Feb-2020].

[32] “LM2596 Pdf, Lm2596 Description, Lm2596 Datasheets, Lm2596 View :::Alldatasheet :::” [Daring]. Tersedia pada: Https://Pdf1.Alldatasheet.Com/Datasheet-Pdf/View/223022/Estek/Lm2596.Html. [Diakses: 21-Feb-2020].

[33] S. C. Puspita, H. Sunarno, Dan B. Indarto, “Generator Termoelektrik untukPengisisan Aki,” J. Fis. Dan Apl., Vol. 13, No. 2, hlm. 84–87, 2017.

7 LAMPIRAN

Lampiran A Gambar hasil penelitian

Rancang Bangun Keseluruhan Sistem

Gambar Dudukan STEGBKG Gambar Sistem pendingin hybrid

Gambar Perakitan Rangkaian TEG dan Joule Thief

Gambar pengambilan data penelitian

Gambar Pengujian awal STEGBKG dengan sistem pendingin hybrid

Hasil keluaran joule thief dengan pembebanan 4 lampu 12 watt

Lampiran B. Hasil uji karakteristik modul Termoelektrik

1. Hasil uji karakteristik TEG tipe SP1848-27145 SA pada rangkaian terbuka dengan rangkaian seri-paralel

Tabel Hasil uji karakteristik TEG tipe SP1848-27145 SA pada rangkaian terbuka (seri-paralel)

waktu Temperatur(oC) V α k σ z η(menit) TH TC ΔT Tm (volt) (V/oC) (W/moC) (Ω-1m-1) (x 10-3) (%)

1 32,9 33,2 0 33,05 0 0 0,8 0,053 0 05 41,9 33,6 8,3 37,75 3,4 0,409639 0,8 0,053 0,011117 0,097369

10 48,2 34,1 14,1 41,15 5,73 0,406383 0,8 0,053 0,010941 0,12027415 50,12 36,03 14,09 43,075 7,86 0,557842 0,8 0,053 0,020616 0,16050120 63,23 35,18 28,05 49,205 8,44 0,300891 0,8 0,053 0,005998 0,10527925 84,8 35,6 49,2 60,2 9,66 0,196341 0,8 0,053 0,002554 0,06572930 84,5 45,45 39,05 64,975 10,89 0,278873 0,8 0,053 0,005152 0,1162535 87,2 46,5 40,7 66,85 10,84 0,266339 0,8 0,053 0,0047 0,11142740 89,32 48,1 41,22 68,71 10,91 0,264677 0,8 0,053 0,004641 0,11230745 98,6 49,48 49,12 74,04 11,52 0,234528 0,8 0,053 0,003644 0,10110850 97,8 49,03 48,77 73,415 11,64 0,238671 0,8 0,053 0,003774 0,10316255 98,67 51,5 47,17 75,085 11,75 0,249099 0,8 0,053 0,004111 0,11064660 101,15 51,33 49,82 76,24 12,09 0,242674 0,8 0,053 0,003901 0,108441

Tabel Hasil uji karakteristik TEG tipe SP1848-27145 SA pada rangkaian terbuka (seri)

waktu Temperatur(oC) V α k σ z η(menit) TH TC ΔT Tm (volt) (V/oC) (W/moC) (Ω-1m-1) (x 10-3) (%)

1 31,25 32,56 0 31,905 0 0 0,8 0,053 0 05 39,08 33,01 6,07 36,045 3,7 0,609555 0,8 0,053 0,024616 0,109726

10 47 33 14 40 7,36 0,525714 0,8 0,053 0,01831 0,15338215 48,78 34,22 14,56 41,5 8,12 0,557692 0,8 0,053 0,020605 0,16359920 50,13 34,24 15,89 42,185 11,7 0,736312 0,8 0,053 0,035918 0,20569825 59,9 35,17 24,73 47,535 12,03 0,486454 0,8 0,053 0,015677 0,1806130 76,98 38,05 38,93 57,515 12,48 0,320575 0,8 0,053 0,006808 0,13256235 88,4 40,1 48,3 64,25 12,85 0,266046 0,8 0,053 0,004689 0,11191140 88,49 45,77 42,72 67,13 12,74 0,298221 0,8 0,053 0,005892 0,13181645 89,6 48,21 41,39 68,905 13,01 0,314327 0,8 0,053 0,006546 0,14178950 93 49,24 43,76 71,12 12,98 0,296618 0,8 0,053 0,005829 0,13501655 97,24 50,76 46,48 74 13,23 0,284639 0,8 0,053 0,005368 0,13182860 101 50,83 50,17 75,915 13,74 0,273869 0,8 0,053 0,004969 0,128615

Tabel Hasil uji karakteristik TEG tipe SP1848-27145 SA dengan beban pengisian baterai, R=13 ohm dan menghubungkanLM2577(susunan seri-paralel)

waktu Temperatur(oC) V I P α k σ z η Qin Qout(menit) TH TC ΔT Tm (volt) (amp) (watt) (V/oC) (W/moC) (Ω-1m-1) (x 10-3) (%) (watt) (watt)

1 30 30 0 30 0 0 0 0 0,8 0,053 0 0 0 05 37,78 31,1 6,68 34,44 6,43 0,29 1,8647 0,962575 0,8 0,053 0,061384 0,143607 25,65431 21,92491

10 48,2 34,1 14,1 41,15 6,55 0,34 2,227 0,464539 0,8 0,053 0,014297 0,137732 24,86275 20,4087515 57,36 32,3 25,06 44,83 6,66 0,4 2,664 0,265762 0,8 0,053 0,004679 0,081305 29,32884 24,0008420 63,23 33,18 30,05 48,205 6,69 0,47 3,1443 0,222629 0,8 0,053 0,003284 0,065698 33,77384 27,4852425 72,5 34,6 37,9 53,55 6,66 0,46 3,0636 0,175726 0,8 0,053 0,002046 0,048411 37,63693 31,5097330 71 33 38 52 6,64 0,46 3,0544 0,174737 0,8 0,053 0,002023 0,046795 37,39829 31,2894935 78,28 35,2 43,08 56,74 6,68 0,45 3,006 0,15506 0,8 0,053 0,001593 0,040925 40,38714 34,3751440 87 34,15 52,85 60,575 6,58 0,47 3,0926 0,124503 0,8 0,053 0,001027 0,029164 46,32992 40,1447245 88,6 34,48 54,12 61,54 6,54 0,43 2,8122 0,120843 0,8 0,053 0,000967 0,027993 46,22952 40,6051250 90 37 53 63,5 6,55 0,45 2,9475 0,123585 0,8 0,053 0,001012 0,030014 46,26337 40,3683755 98,67 44,5 54,17 71,585 6,55 0,46 3,013 0,120916 0,8 0,053 0,000969 0,032095 48,029 42,00360 100,02 44,46 55,56 72,24 6,55 0,45 2,9475 0,117891 0,8 0,053 0,000921 0,030902 48,61756 42,72256

Tabel Hasil uji karakteristik TEG tipe SP1848-27145 SA dengan beban pengisian baterai, R=13 ohm dan menghubungkanLM2577(susunan seri)

waktu Temperatur(oC) V I P α k σ z η Qin Qout(menit) TH TC ΔT Tm (volt) (amp) (watt) (V/oC) (W/moC) (Ω-1m-1) (x 10-3) (%) (watt) (watt)

1 30 30 0 30 0 0 0 0 0,8 0,053 0 0 0 05 37,68 30,52 7,16 34,1 4,76 0,25 1,19 0,664804 0,8 0,053 0,02928 0,130209 17,41814 15,03814

10 49 31 18 40 5,89 0,26 1,5314 0,327222 0,8 0,053 0,007094 0,09766 20,6501 17,587315 59,88 32,02 27,86 45,95 6,52 0,24 1,5648 0,234027 0,8 0,053 0,003628 0,068373 25,78932 22,6597220 66 32 34 49 6,84 0,2 1,368 0,201176 0,8 0,053 0,002681 0,056662 28,57883 25,8428325 75,9 33,07 42,83 54,485 6,69 0,19 1,2711 0,156199 0,8 0,053 0,001616 0,040046 33,81741 31,2752130 82 33,73 48,27 57,865 6,73 0,2 1,346 0,139424 0,8 0,053 0,001288 0,03445 37,60858 34,9165835 88,4 33,82 54,58 61,11 6,8 0,21 1,428 0,124588 0,8 0,053 0,001028 0,029466 41,9798 39,123840 93 34,08 58,92 63,54 6,8 0,19 1,292 0,115411 0,8 0,053 0,000882 0,026496 44,40441 41,8204145 89,6 34,11 55,49 61,855 6,79 0,21 1,4259 0,122364 0,8 0,053 0,000992 0,028816 42,58181 39,7300150 97 42,96 54,04 69,98 6,8 0,23 1,564 0,125833 0,8 0,053 0,001049 0,033863 42,59805 39,4700555 97,24 42,76 54,48 70 6,68 0,24 1,6032 0,122614 0,8 0,053 0,000996 0,032297 43,00701 39,8006160 102 44,84 57,16 73,42 6,65 0,23 1,5295 0,11634 0,8 0,053 0,000897 0,030623 44,57769 41,51869

Contoh perhitungan keluaran TEG

1. Perhitungan daya outputP= V x I= 3,4 volt x 0,2 A= 0,68 watt

2. Perhitungan beda temperatur ( ΔT)= −ΔT = 41,9 − 33,6ΔT = 8,3 oC

3. Perhitungan koefisien seebeck bahan (α)TH = 41,9 oC; TC= 33,6 oC; ΔT= 8,3 oC; ΔV= 3,4 volt;= ∆∆= 3,48,3α = 0,40964 V/ oC

4. Temperatur rata-rata antara sisi panas dan sisi dingin (Tm)= +2= 41,9 + 33,62= 37,75 oC5. Perhitungan figure of merit (Z)

σ = 0,053 Ω-1 m-1; k = 0,8W/moC== 0,053 0,409640,8= 0,01112 106. Perhitungan nilai efisiensi modul TEG (η)= 1 − √1 + − 1√1 + + 100%

= − √1 + − 1√1 + + 100%= 41,941,9 − 33,641,9 1 + 0,01112 10 37,75 − 11 + 0,01112 10 37,75 + 33,641,9 100%= 9,74 %

7. Perhitungan energi masuk QH = QinA= 0,0016 m2 L= 0,00374 m2

= 2α IT + 2kAL (ΔT) − 12 I 2σLA= 1 x 0,40964 x 0,2 x 41,9 + 2 x 0,8 x 0,00160,00374 (8,3)− 12 (0,2 ) 2x0,053x0,003740,0016= 12,54187 watt8. = 2α IT + (ΔT) − I= 1 x 0,40964 x 0,2 x 33,6 + 2 x 0,8 x 0,00160,00374 (8,3)− 120,2 2x0,053x0,003740,0016= 11,1818 watt

Lampiran C. Spesifikasi sistempengisian Baterai

waktu V TEG V LM2577I

charger RL

0 0 0 0 05 3,4 5,75 0,29 0

10 5,73 5,72 0,34 015 7,86 5,88 0,4 020 8,44 6,69 0,47 1325 9,66 6,66 0,46 1330 10,89 6,64 0,46 1325 10,84 6,68 0,45 1340 10,91 6,58 0,47 1345 11,52 6,54 0,43 1350 11,64 6,55 0,45 1355 11,75 6,55 0,46 1360 12,09 6,55 0,45 13

Perhitungan Resistansi untuk pengisian akiNilai tegangan pembebanan yang diinginkan = 6 VoltNilai arus pada pembebanan = 0,41-0,43 AmperePerhitungan : = = , = , Ω(± Ω)

Perhitungan Waktu pengisian akiNilai daya pada Aki (6 Volt x 4,5 Ah) = 27 Watt.hoursNilai daya output TEG (6 Volt x 0,43 A) = 2,58 WattPerhitungan :( ) = = , = , (± )

Lampiran D Metode perhitungan desain pengatur tegangan AC joule tief

Perbandingan nilai Persentase kenaikan daya keluaran joule thief dengan

Diketahui :Jika tegangan sumber yang digunakan sebagai basis desain adalah Vs = 3,4 Volt,dan tegangan output diatur agar stabil pada Vo = 6,43 Volt dan Arus Io = 0,2 Amaka R dicari dengan;

= = 4,20,2 = 22,2 Ω= 1 − = 1 − 3,46,43 = 0,47D dalam derajat = 0,47 x 360o = 169,64o

Lampiran E. Parameter perhitungan efisiensi energi kompor

Tabel Parameter perhitungan efisiensi energi kompor tanpa TEG dengan metode

boiling water methode

Massa bahan bakar(kg) Suhu air,Tair () Massa air,mv (kg)

mawal makhir ∆mk Ti Tb ∆T mv1 mv2 ∆mv

1 2 3=1-2 4 5 6=5-4 7 8 9=7-8

2,75 2,5 0,25 25 96 71 2 1,88 0,12

waktu

Terhubung langsung(TEG) Terhubung LM2577-LM2596 Joule thief

Vs I P R Dutycycle (o)

Vo I P Vout/ Iout/ Pout/

(menit) (volt) (amp) (watt) Ω volt (amp) (watt) JT JT JT1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 05 3,4 0,2 0,68 22,17241 0,471229 6,43 0,29 1,8647 77 0,13 10,0110 5,73 0,2 1,146 19,26471 0,125191 6,55 0,34 2,227 77 0,13 10,0115 7,86 0,24 1,8864 16,65 1,18018 6,66 0,4 2,664 77 0,13 10,0120 8,44 0,22 1,8568 14,23404 1,261584 6,69 0,47 3,1443 77 0,13 10,0125 9,66 0,3 2,898 14,47826 1,45045 6,66 0,46 3,0636 77 0,13 10,0130 10,89 0,4 4,356 14,43478 1,64006 6,64 0,46 3,0544 77 0,13 10,0135 10,84 0,37 4,0108 14,84444 1,622754 6,68 0,45 3,006 77 0,13 10,0140 10,91 0,38 4,1458 14 1,658055 6,58 0,47 3,0926 77 0,13 10,0145 11,52 0,36 4,1472 15,2093 1,761468 6,54 0,43 2,8122 77 0,13 10,0150 11,64 0,35 4,074 14,55556 1,777099 6,55 0,45 2,9475 77 0,13 10,0155 11,75 0,35 4,1125 14,23913 1,793893 6,55 0,46 3,013 77 0,13 10,0160 12,09 0,34 4,1106 14,55556 1,845802 6,55 0,45 2,9475 77 0,13 10,01

Tabel di atas merupakan tabel catatan parameter yang diperlukan dalam

percobaan. Tabel ini berisikan keteratangan tentang jumlah massa bahan bakar,

suhu air, dan massa air yang dipanaskan oleh kompor hingga mendidih.

Pengolahan data dilakukan dengan melakukan identifikasi energi termal

pembakaran dalam kompor.

mv1 (massa awal air)

Cp (air)

∆mv (massa air menguap)

Hv (kalor laten air)

Hc (nilai kalor bahan bakar)

∆mk (massa bahan bakar yang terbakar)

∆Tair

1 kg

4,180 kJ/kg0,14 kg

2.256,4 kJ/kg

47089288,24 J/kg

0,22 kg

60,16Besar energi termal yang dihasilkan dari kompor gas LPG yang digunakan

selama waktu 60 menit adalah sebagai berikut:= ∆ = 4498716,5Sebagian energi (Ein) tersebut diserap oleh 2 liter air di dalam panci untuk

mendidih. Jumlah energi yang terserap (Eout) tersebut dihitung berdasarkan

Persamaan (3.2) sebagai berikut :

, = ∆ + ∆ = 864,328Apabila diasumsikan TEG tidak terpasang pada percobaan ini, maka nilai efisiensi

termal (ηT) dapat dihitung melalui Persamaan (3.3), sebagai berikut:

= 100% = 19,2 %

Tabel Data Hasil Percobaan Pemasangan 12 Unit TEG

menit

Terhubung LM2577 dan sistempengisian Terhubung joule thief

Vs I P W*s Vo I P W*s(volt) (amp) (watt) (watt) (volt) (amp) (watt) (watt)

1 0 0 0 0 0 0 0 05 6,43 0,29 1,8647 111,882 77 0,13 10,01 600,610 6,55 0,34 2,227 133,62 77 0,13 10,01 600,615 6,66 0,4 2,664 159,84 77 0,13 10,01 600,620 6,69 0,47 3,1443 188,658 77 0,13 10,01 600,625 6,66 0,46 3,0636 183,816 77 0,13 10,01 600,630 6,64 0,46 3,0544 183,264 77 0,13 10,01 600,635 6,68 0,45 3,006 180,36 77 0,13 10,01 600,640 6,58 0,47 3,0926 185,556 77 0,13 10,01 600,645 6,54 0,43 2,8122 168,732 77 0,13 10,01 600,650 6,55 0,45 2,9475 176,85 77 0,13 10,01 600,6

55 6,55 0,46 3,013 180,78 77 0,13 10,01 600,6

60 6,55 0,45 2,9475 176,85 77 0,13 10,01 600,6

Terpakai (W.s) 2030,208 7207,2

Peluang efisiensi pemanfaatan energi terbuang kompor melalui pemasangan 12

unit TEG, pada:

1. Terhubung dengan LM2577 dan sistem pengisian= ℎ = ( ) + ( )( ) 100%η = , ,, 100%= 6,43%

2. Terhubung dengan joule thief= ℎ = ( ) + ( )( ) 100%η = , ,, 100%= 17,94 %

eksperimen dan kajian joule thief tesis oleh

Documents