Alat Peraga Sistem Pemantauan Energi Menggunakan

TEG (Thermo Electric Generator) dan TEC (Thermo Electric Cooler).

oleh

Dhita Permata Sari

NIM: 612012024

Skripsi

Untuk melengkapi salah satu syarat memperoleh

Gelar Sarjana Teknik

Program Studi Teknik Elektro

Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer

Universitas Kristen Satya Wacana

Salatiga

JUNI 2017

KATA PENGANTAR

Segala Puji dan syukur penulis haturkan kepada Allah Swt karena begitu

besar rahmat dan Hidayahnya yang diberikan kepada penulis, sehingga penulis

dapat menyelesaikan tugas akhir ini sebagai syarat memperoleh ijasah Sarjana

Teknik Elektro Universitas Kristen Satya Wacana Salatiga.

Semua usaha yang penulis lakukan tentu tidak akan berarti tanpa doa,

bantuan dorongan serta bimbingan dari berbagai pihak. Untuk itu dalam

kesempatan ini penulis ingin mengucapakan terima kasih yang sebesar-besarnya

kepada :

1. Ayahanda H. Gatot Suyatno dan Ibunda Anita Setiyani untuk seluruh kasih

sayang, perhatian, doa dan dukungan yang diberiakan kepada penulis.

2. Bapak Deddy Susilo, S.T. M.Eng dan F Dalu Seriaji,M.T yang meluangkan

waktu dalam membimbing dan memberikan saran ke arah yang lebih baik.

3. Kakak Laras Puspita Sari, Uniek Ratna Sari yang sudah mengajarkan

segalanya buat aku.

4. Kekasihku tercinta Teuku Danny Ramdani yang salalu mendukung dan

menemani dalam mengerjakan skripsi ini.

5. Seluruh tenaga pengajar FTEK UKSW yang telah memberikan bekal ilmu

dan bimbingan kepada penulis selama mengikuti perkuliahan di UKSW.

6. Tenaga TU yang sudah membantu mengurus adminitrasi selama

perkuliahan.

7. Teman-teman angkatan 2012 untuk semua pengalaman selama perkuliahan

dan kepanitiaan yang tidak ada habisnya dan kita slalu bersama-sama

sebagai angkatan 2012.

Banyak pihak yang mungkin tidak dapat disebutkan disini karena

keterbatasan ruang, untuk itu penulis meminta maaf yang sebesar-besarnya.

Akhir kata, penulis menyadari bahwa masih terdapat banyak

kekurangan dalam skripsi ini, oleh sebab itu kritik dan saran yang

membangun dari para pembaca sangat diharapkan untuk perkembangan

skripsi ini. Semoga skripsi ini dapat bermanfaat bagi siapapun yang

berkenan membacanya. Trima Kasih semoga Tuhan selalu memberkati kita

semua.

Salatiga, 17 Juni 2017

Penulis

INTISARI

Thermoelectric adalah alat yang dapat mengubah energi panas dari gradien

temperatur menjadi energi listrik atau sebaliknya dari energi listrik menjadi gradien

temperatur. Thermoelectric merupakan salah satu energi alternatif yang dipelajari

dan dipraktikan pada matakuliah Energi baru dan terbarukan di Fakultas Teknik

Elektro UKSW. Tetapi pada praktikum yang dilakukan dalam mempelajari

thermoelectric belum menggunakan panas dan dingin yang stabil dalam mencatu

gradien suhu.

Pada skripsi ini akan dibuat suatu alat yang dapat mencatu gradien suhu

tersebut secara stabil dan dapat diatur temperaturnya, juga dapat menampilkan

secara langsung hasil dari pembacaan yang telah didapat dari pengukuran

thermoelectric tersebut dalam bentuk grafik. Trainer praktikum tersebut terdiri dari

sistem pemanas, sistem pendingin, sensor tegangan, dan mikrokontroler. Perangkat

lunak yang digunakan untuk menampilkan hasil pembacaan dari pengukuran

thermoelectric menggunakan software Processing.

Hasil Pengujian dari perbandingan alat peraga yang dibuat dengan modul

praktikum sebelumnya, alat peraga praktikum yang dibuat ini mengahasilkan

tegangan yang lebih stabil karna gradien suhu yang diberikan juga stabil dibanding

hasil yang didapat dari penggunaan modul praktikum sebelumnya yang hanya

menggunakan panas dari lilin dan sumber dingin yang berasal dari coolsink

menghasilkan tegangan yang tidak stabil dan berubah- ubah.

ABSTRAK

Thermoelectric is a device that can change energy heat from gradient

temperature into electrical energy or otherwise of electrical energy to become a

gradient temperature. Thermoelectric is one of alternative energy learning and

practicing in “New and renewable energy lecture” at the electrical engineering satya

wacana cristian university. But in the practice of studying thermoelectric does not

use heat and cold supply gradient stable in temperature.

In thesis will be built an device that can supply gradient temperature are

stable and can be set temperature, also to display directly results of reading which

has been obtained from measurement the thermoelectric in graphical form. The

trainer device consists of a heating system, cooling system, voltage sensors, and

microcontroler. Software is use to display the results of the reading of the

measurement thermoelectric use software processing.

The results of testing from a comparison trainer is created with modules

previous practicum, this trainer device made this produce voltage is more stable for

gradient temperature given also stable than results obtained from on use modules

previous practicum of only use of heat of wax and source of cold derived from

coolsink producing a voltage unstable and change.

DAFTAR ISI

INTISARI ................................................................................................................. i

ABSTRACT ............................................................................................................ ii

KATA PENGANTAR ........................................................................................... iii

DAFTAR ISI ............................................................................................................ v

DAFTAR GAMBAR ............................................................................................ vii

DAFTAR TABEL .................................................................................................. ix

BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................ 1

1.1. Tujuan ....................................................................................................... 1

1.2. Latar Belakang .......................................................................................... 1

1.3. Spesifikasi Sistem ..................................................................................... 3

1.4. Sistematika Penulisan ............................................................................... 4

BAB II DASAR TEORI .......................................................................................... 5

2.1. Thermoelectric Generator ......................................................................... 5

2.2. Thermoelectric Cooling ............................................................................ 6

2.3. Thermostat ................................................................................................ 7

2.3.1. Modul W1209 ..................................................................................... 8

2.4. Sensor Suhu ............................................................................................... 9

2.4.1. Sensor Suhu NTC ................................................................................ 9

2.4.2. Sensor Suhu DS18B20 ...................................................................... 10

2.5. Mikrokontroler AT-Mega 328 ................................................................ 10

2.6. Elemen Pemanas 12V ............................................................................. 12

2.7. Elemen Pendingin ................................................................................... 12

2.8. Sensor Tegangan ..................................................................................... 13

2.9. Perangkat Lunak ..................................................................................... 13

2.9.1. Processing ......................................................................................... 13

BAB III PERANCANGAN ................................................................................... 14

3.1. Cara Kerja Alat ....................................................................................... 15

3.2. Perancangan dan Realisasi Perangkat Keras ........................................... 16

3.2.1. Sistem Pemanas ................................................................................. 17

3.2.2. Sistem Pendingin ............................................................................... 19

3.2.3. Panel Arduino ................................................................................... 21

3.2.3.1. Sensor Tegangan ......................................................................... 21

3.2.3.2. Thermostat ................................................................................... 21

3.2.3.3. Arduino Nano .............................................................................. 22

3.3. Perancangan Perangkat Lunak ............................................................... 23

3.4. Thermoelectric Cooler (TEC) ................................................................ 24

3.5. Thermoelectric Generator (TEG) ........................................................... 24

BAB IV PENGUJIAN DAN ANALISIS .............................................................. 27

4.1. Pengujian Pemanas Sistem ...................................................................... 27

4.2. Pengujian Pendingin Sistem .................................................................... 29

4.3. Pengujian Keseluruhan Perangkat Keras ................................................ 30

4.3.1. Pengujian Keseluruhan Perangkat Keras Menggunakan Modul TEG

........................................................................................................... 30

4.3.2. Pengujian Keseluruhan Perangkat Keras Menggunakan Modul TEC

........................................................................................................... 32

4.4. Pengujian Perangkat Lunak Sistem ......................................................... 34

4.5. Hasil Perbandingan Sistem ..................................................................... 43

4.6. Hasil Pengujian Alat Peraga Sistem dengan Metode Angket ................. 45

BAB V PENUTUP ................................................................................................. 46

5.1. Kesimpulan ............................................................................................. 46

5.2. Saran Pengembangan .............................................................................. 47

DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 48

Lampiran A ............................................................................................................ 50

Lampiran B............................................................................................................. 61

Lampiran C............................................................................................................. 63

Lampiran D ............................................................................................................ 66

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Cara kerja TEG berdasar efek Seebeck .................................................5

Gambar 2.2 Konstruksi elemen TEG .......................................................................6

Gambar 2.3 Cara kerja TEC berdasar efek Peliter ...................................................7

Gambar 2.4 Thermostat Digital W1209 dan keterangan ..........................................8

Gambar 2.5 Sensor Suhu (DS18B20) .....................................................................10

Gambar 2.6 Board Arduino Nano.........................................................................11

Gambar 2.7 Elemen Pemanas.................................................................................12

Gambar 3.1. Gambaran Sistem yang akan Dibuat ................................................ 14

Gambar 3.2. Diagram Blok Perangkat Keras Sistem ............................................. 14

Gambar 3.3. Gambaran alat yang akan dibuat ...................................................... 16

Gambar 3.4. Realisasi Perangkat Keras ................................................................ 17

Gambar 3.5.a. Sistem Pemanas dan lempengan alumunium ................................. 18

Gambar 3.5.b. Acrylic............................................................................................ 18

Gambar 3.6 Modul TEC 12706 ............................................................................. 19

Gambar 3.7 Heat sink yang digunakan ................................................................. 20

Gambar 3.8 Sistem pendingin ............................................................................... 20

Gambar 3.9 Sensor tegangan ................................................................................. 21

Gambar 3.10 Flowchart pada Arduino .................................................................. 22

Gambar 3.11 Block Diagram Sistem ..................................................................... 23

Gambar 3.12 Flowchart pada Processing .............................................................. 23

Gambar 3.13 TEG tipe TE-MOD-5W5V-30S[22] yang digunakan ....................... 24

Gambar 3.14 Grafik POUT TE-MOD-5W5V-30S terhadap variasi suhu ................. 25

Gambar 4.1. Grafik tegangan keluaran sensor ACS712 terhadap arus listrik ..... 35

Gambar 4.2. Tampilan User interface pengujian modul TEG dengan beban

10 ohm ………………………………………………………….. 37

Gambar 4.3. Data pembacaan modul TEG dengan beban 10 ohm dalam bentuk

.txt ………….……………………………………………………… 37

Gambar 4.4. Tampilan User interface pengujian modul TEG dengan beban

50 ohm ……………………………………………………………. 38

Gambar 4.5. Data pembacaan modul TEG dengan beban 50 ohm dalam bentuk

.txt ………………………………………………………………… 38

Gambar 4.6. Tampilan User interface pengujian modul TEG dengan beban

100 ohm …………………………………………………………... 39

Gambar 4.7. Data pembacaan modul TEG dengan beban 100 ohm dalam bentuk

.txt ………………………………………………………………… 39

Gambar 4.8. Tampilan User interface pengujian modul TEC dengan beban

10 ohm ……………………………………………………………. 40

Gambar 4.9. Data pembacaan modul TEC dengan beban 10 ohm dalam bentuk

.txt ………………………………………………………………… 40

Gambar 4.10. Tampilan User interface pengujian modul TEC dengan beban

50 ohm ……………………………………………………………. 41

Gambar 4.11. Data pembacaan modul TEC dengan beban 50 ohm dalam bentuk

.txt ………………………………………………………………… 41

Gambar 4.12. Tampilan User interface pengujian modul TEC dengan beban

100 ohm ………………………………………………………… 42

Gambar 4.13. Data pembacaan modul TEC dengan beban 100 ohm dalam bentuk

.txt ……….………………………………………………………. 42

Gambar 4.14. Modul Praktikum Pembanding ……………….………………….. 43

DAFTAR TABEL

Tabel 3.1. Konfigurasi Pin Arduino nano …………………………………….......22

Tabel 3.2. Spesifikasi TEC1-12706 yang digunakan …………………………….24

Tabel 3.3. spesifikasi TEG TE-MOD-5W5V-30S yang digunakan ………………25

Tabel 4.1 Data Percobaan I Pemanas Sistem …………………………………......27

Tabel 4.2 Data Percobaan II Pemanas Sistem ……………………………………28

Tabel 4.3 Data Percobaan I Pendingin Sistem ……………………………............29

Tabel 4.4 Data Percobaan II Pendingin Sistem ………………………………….. 29

Tabel 4.5 Data Percobaan I Modul TEG …………………………………………30

Tabel 4.6 Data Percobaan II Modul TEG ………………………………………...31

Tabel 4.7 Data Percobaan III Modul TEG ………………………………………..31

Tabel 4.8 Data Percobaan I Modul TEC ………………………………………….32

Tabel 4.9 Data Percobaan II Modul TEC ………………………………………...33

Tabel 4.10 Data Percobaan III Modul TEC ………………………………………33

Tabel 4.11 Karakteristik Sensor arus …….………………………………………34

Tabel 4.12 Karakteristik Sensor arus ..….……………………………………….35

Tabel 4.13 Data Percobaan Modul TEG Pembanding ……………………………44

Tabel 4.14 Data Percobaan Modul TEC Pembanding ……………………………44