16 Yazid Mubasir / Analisis Tegangan Keluaran Hasil Pengubahan Energi Panas Kompresor Refrigerator

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXX HFI Jateng & DIY, Salatiga 28 Mei 2016

ISSN : 0853-0823

Analisis Tegangan Keluaran Hasil Pengubahan Energi Panas

Kompresor Refrigerator

Yazid Mubasir1,2*) , Sulhadi1), Mahardika Prasetya Aji1) 1) Prodi Pendidikan Fisika S-2, Universitas Negeri Semarang

Program Pascasarjana Unnes , Bendan Ngisor , Semarang 50233 Telp. 024-8440516 2) SMA Negeri 3 Purworejo , Jln. Yogyakarta Km 8 Purworejo Telp. 0275-323665 *masayid09@gmail.com

Abstrak – Pada penelitian ini telah dilakukan pengukuran tegangan keluaran yang dihasilkan oleh TEC1-12705

sebagai generator termoelektrik untuk menghasilkan energi listrik. Generator termoelektrik ini bekerja ketika terjadi

perbedaan temperatur di antara dua material semi konduktor yang berbeda, sehingga elemen termoelektrik ini akan

mengalirkan arus yang akan menghasilkan perbedaan tegangan. Prinsip ini dikenal dengan nama ‘efek Seebeck’ yang

merupakan fenomena kebalikan dari efek peltier TEC (Thermoelectric Cooler). Penelitian ini dilakukan untuk

mengetahui tegangan keluaran dari tiga modul peltier yang akan menjadi sumber energi alternatif dari pengubahan

energi panas kompresor refrigerator. Pengukuran dilakukan dengan peltier disusun secara seri dan sumber panas

buang dihasilkan dari panas kompresor refrigerator. Hasil pengukuran menunjukkan bahwa dengan tiga elemen peltier

yang disusun secara seri dengan perbedaan temperatur rata-rata 16,4 °C dapat menghasilkan tegangan keluaran rata-

rata 0,174 volt. Hasil tegangan keluaran yang dihasilkan akan periodik naik turun berdasarkan fungsi perbedaan suhu

heatsink dan suhu kompresor. Hal ini menunjukkan bahwa energi listrik akan selalu dihasilkan dari pengubahan sumber

panas yang terbuang dari kompresor.

Kata kunci: sumber panas, generator termoelektrik, tegangan

I. PENDAHULUAN

Termoelemen merupakan salah satu energi alternatif

yang memanfaatkan energi panas untuk dikonversikan

menjadi energi listrik dengan bantuan modul

termoelektrik.[1] Hal ini sebagai solusi alternatif untuk

menghasilkan energi listrik dari berbagai sumber panas

seperti seterika, panas knalpot atau mesin motor, panas

api pembakaran. Analisis energi listrik yang dihasilkan

dari sumber panas tersebut diatas sudah dilakukan, yang

menghasilkan energi listrik kapasitas mikro. Namun

energi listrik yang dihasilkan , hanya ketika kondisi alat

bekerja atau kondisi ketika alat menghasilkan panas.

Oleh karena itu , perlu sumber energi panas yang kontinu

seperti energi panas kompresor refrigerator yang

menghasilkan panas secara periodic sehingga akan

menghasilkan energi listrik yang terus menerus.

Refrigerator menjadi salah satu kebutuhan yang krusial

bagi rumah tangga masyarakat Indonesia di masa

sekarang. Refrigerator umumnya digunakan untuk

menyimpan bahan makanan mentah, sayur-sayuran,

buah-buahan, minuman kaleng, dan es krim agar tidak

membusuk, tahan lama, dan tetap terjaga awet di dalam

suhu yang telah dikondisikan. Terdapat bagian

komponen refrigerator yaitu kompresor. Kerja yang

dilakukan oleh kompresor membuat kompresor suhunya

naik yang peneliti ukur sampai 60 °C . Panas kompresor

ini biasanya dibuang ke lingkungan. Dengan Konsep

Seeback panas yang terbuang dapat diubah menjadi

energi listrik. Konsep Seebeck menggambarkan bahwa

jika dua buah material logam semikonduktor yang

tersambung berada di lingkungan dengan dua temperatur

berbeda, maka akan mengalir arus listrik atau gaya gerak

listrik. [2]

Peneliti mencoba menganalisis panas yang terbuang ini

untuk diubah lagi menjadi energi listrik sebagai

pembangkit listrik dengan kapasitas mikro yang

memanfaatkan energi panas. Pemanfaatan energi pan as

sebagai pembangkit energi listrik dengan kapasitas mikro

dapat dilakukan dengan menggunakan modul

termoelectrik jenis TEC. Ketika terjadi perbedaan panas

yang signifikan di antara kedua sisinya , perbedaan

tegangan akan tercipta di antara kedua sisi komponen ini.

Kondisi ini dikenal dengan sebutan efek Seebeck.

Walaupun demikian, sebuah TEC yang baik hanya akan

beroperasi sebagai TEG biasa-biasa saja, demikian juga

sebaliknya. Ini disebabkan TEC dan TEG dirancang

secara berbeda dengan cara pengemasan yang berbeda

sesuai tujuan utama pembuatannya. [3]

Penelitian menggunakan TEC1-12705 sebagai

pembangkit listrik dengan alumunium sebagai

pengonduksi panas kompresor dan heatsink sebagai

penampung air buangan refrigerator sebagai pendingin,

sehingga terdapat perbedaan suhu antara dua permukaan

termoelectrik maka akan menghasilkan tegangan keluaran

sebagai sumber energi listrik.

II. LANDASAN TEORI

Fenomena termoelektrik pertama kali ditemukan tahun

1821 oleh ilmuwan Jerman, Thomas Johann Seebeck. Ia

menghubungkan tembaga dan besi dalam sebuah

rangkaian. Di antara kedua logam tersebut lalu diletakkan

jarum kompas. Ketika sisi logam tersebut dipanaskan,

jarum kompas ternyata bergerak. Belakangan diketahui,

hal ini terjadi karena aliran listrik yang terjadi pada

logam menimbulkan medan magnet. Medan magnet

inilah yang menggerakkan jarum kompas. Fenomena

tersebut kemudian dikenal dengan efek Seebeck.

Yazid Mubasir / Analisis Tegangan Keluaran Hasil Pengubahan Energi Panas Kompresor Refrigerator 17

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXX HFI Jateng & DIY, Salatiga 28 Mei 2016

ISSN : 0853-0823

Generator termoelektrik adalah perangkat generator

listrik yang mengkonversi panas menjadi energi listrik,

menggunakan fenomena yang disebut efek Seebeck.

Terlihat pada Gambar 1a, teknologi termoelektrik bekerja

dengan mengonversi energi panas menjadi listrik secara

langsung (generator termoelektrik), atau sebaliknya,

seperti Gambar 1b, dari listrik menghasilkan dingin

(pendingin termoelektrik).

(a) (b)

Gambar 1. (a) Skema konversi energi panas menjadi

energi listrik. (b) Skema energi listrik menghasilkan

dingin.

Pada modul termoelektrik besarnya tegangan

tergantung material yang digunakan dan perbedaan

material ini mempengaruhi besarnya area perbedaan

suhu. Kesulitan terbesar dalam pengembangan energi ini

adalah mencari material termoelektrik yang memiliki

efisiensi konversi energi yang tinggi .Parameter material

termoelektrik dilihat dari besar figure of merit suatu

material. Idealnya, material termoelektrik memiliki

konduktivitas listrik tinggi dan konduktivitas panas yang

rendah. Material yang banyak digunakan saat ini adalah

Bi2Te3, PbTe, dan SiGe. Saat ini Bi2Te3 memiliki

koefisien seeback 350 µV/K [4]. Namun, karena terurai

dan teroksidasi pada suhu di atas 500 °C, pemakaiannya

masih terbatas [5].

Namun nilai efisiensi modul termoelektrik dapat

ditingkatkan dengan cara panas didisipasi diatas sisi

dingin modul, seperti penggunaan heatsink, fan, water

jacket atau hanya dengan memberikan temperatur

lingkungan diatas sisi dingin modul untuk menjaga

perbedaan temperatur dengan sisi panasnya.

III. METODE PENELITIAN/EKSPERIMEN

Desain peralatan yang digunakan disajikan pada

Gambar 2. Sebuah dudukan yang terbuat dari besi yang di

baut dengan kompresor. Plat aluminium tipis sebagai

tempat meletakkan peltier dan ditempelkan pada

kompresor agar mendapat aliran panas kompresor. Tiga

peltier direkatkan dengan thermo pasta di plat aluminium

dengan kabel tersusun seri. Heatsink pendingin yang

sudah dimodifikasi agar air refrigerator dapat tertampung

dengan baik direkatkan diatas peltier. Pengukuran suhu

dilakukan dengan meletakkan termometer sensor sentuh

di heatsink pendingin dan infrared termometer

digunakan untuk mengukur suhu di plat aluminium.

Gambar 2. Desain peralatan dalam eksperimen.

Tegangan keluaran diukur dengan multitester Heles

UX-837 pada kabel peltier setelah beberapa saat peltier

mengalami aliran panas kompresor. Pengukuran suhu

heatsink, suhu plat aluminium dan tegangan keluaran

dilakukan secara serentak sebanyak tiga kali pengulangan

dengan setiap pengulangan terbagi menjadi dua kondisi

yaitu saat kompresor bekerja dan kompresor tidak

bekerja, dengan rentang pengambilan data adalah setiap

satu menit. Data yang diperoleh kemudian dicatat ke

dalam tabel pengamatan.

IV. HASIL DAN PEMBAHASAN

Pada eksperimen ini telah diambil data-data seperti

waktu, suhu plat aluminium, suhu heatsink dan tegangan

keluaran. Data tersebut berupa angka kemudian diubah

dalam bentuk grafik sehingga lebih mudah dipahami,

dibandingkan dan dianalisis. Dalam pengambilan data ,

dibagi dalam dua kondisi, yaitu saat kompresor bekerja

dan saat kompresor tidak bekerja. Masing –masing

diambil datanya berupa waktu, suhu plat aluminium ,

suhu heatsink dan tegangan keluarannya secara

bersamaan setiap 1 menit.

Melalui pengamatan , kompresor refrigerator bekerja

secara periodik, rata-rata 10 menit kompresor dalam

kondisi bekerja, dan rata-rata 10 menit dalam kondisi

tidak bekerja. Ketika kompresor dalam kondisi bekerja

suhu plat alumunium akan naik dari suhu 49,1 °C sampai

57,1 °C selama rata-rata 10 menit. Pengukuran tegangan

keluaran selama naiknya suhu plat aluminium tersebut

diperoleh tegangan keluaran juga naik dari 0,167 volt

sampai 0,217 volt. Ketika kompresor dalam kondisi tidak

bekerja suhu plat aluminium akan turun dari suhu 57,1

°C sampai 47,7°C selama rata-rata 10 menit. Pengukuran

tegangan keluaran selama turunnya suhu plat aluminium

tersebut diperoleh tegangan keluaran juga turun dari

0,217 volt sampai 0,148 volt. Pada Gambar 3 terlihat

suhu plat aluminium mengalami kenaikan suhu maka

tegangan keluaran mengalami penambahan dan ketika

suhu plat aluminium turun, maka tegangan keluaran

mengalami pengurangan juga.

Ketika kompresor dalam kondisi bekerja suhu heatsink

cenderung stabil pada kisaran 35 °C selama rata-rata 10

menit. Pengukuran tegangan keluaran selama kondisi ini

diperoleh tegangan keluaran naik dari 0,167 volt sampai

0,217 volt.

p

-

t

y

p

e

n

-

t

y

p

e

Hot

junction

Cold

junction

heat

input

heat

ejected

c

u

r

r

e

n

t

p

-

t

y

p

e

n

-

t

y

p

e

Hot

junction

Cold

junction

heat

ejected

Heat absorbed

c

u

r

r

e

n

t

Electrical

power input

18 Yazid Mubasir / Analisis Tegangan Keluaran Hasil Pengubahan Energi Panas Kompresor Refrigerator

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXX HFI Jateng & DIY, Salatiga 28 Mei 2016

ISSN : 0853-0823

Ketika kompresor dalam kondisi tidak bekerja suhu

heatsink masih cenderung stabil pada kisaran 35 °C

selama rata-rata 10 menit. Pengukuran tegangan keluaran

tersebut diperoleh tegangan keluaran turun 0,217 volt

sampai 0,148 volt. Pada Gambar 4 terlihat Suhu heatsink

rata-rata tidak mengalami penurunan suhu, stabil pada

suhu 37 °C. Hal ini disebabkan fungsi heatsink sebagai

penampung air buangan refrigerator yang selalu berganti,

sehingga suhu heatsink tidak mengalami perubahan suhu

yang signifikan.

Pengukuran perbedaan suhu heatsink dan suhu plat

aluminium, tegangan keluaran saat kompresor bekerja

dan kompresor tidak bekerja. Waktu pengambilan selama

69 menit, Jika kompresor tidak bekerja terjadi penurunan

perbedaan suhu, maka tegangan keluaran juga akan turun.

Namun jika kompresor kembali bekerja maka terjadi

kenaikan perbedaan suhu dan tegangan keluaran juga

akan mengalami kenaikan. Hal ini akan berlangsung

secara periodik selama refrigerator berfungsi. Pada

Gambar 5 terlihat tegangan keluaran yang dihasilkan

akan periodik naik turun berdasarkan fungsi perbedaan

suhu heatsink dan suhu kompresor. Hal ini menunjukkan

bahwa energi listrik akan selalu dihasilkan dari

pengubahan sumber panas yang terbuang dari kompresor.

Gambar 3. Grafik suhu plat aluminium (°C) dan tegangan

keluaran ( V ) terhadap waktu ( menit ).

Gambar 4. Grafik suhu heatsink (°C ) dan tegangan keluaran

( V ) terhadap waktu ( menit ).

Gambar 5. Grafik tegangan keluaran (V) terhadap perbedaan

suhu plat aluminium dan suhu heatsink (°C ).

V. KESIMPULAN

Berdasarkan hasil pengukuran termoelektrik yang

dilakukan dapat diambil simpulan bahwa hasil penelitian

pengukuran termoelektrik dengan tiga modul

termoelektrik yang dipasang di plat aluminium yang

ditempelkan di kompresor refrigerator menghasilkan

tegangan keluaran rata –rata 0,174 volt.. Untuk

menghasilkan tegangan yang tinggi peltier harus disusun

secara seri. Secara garis besar tegangan keluaran yang

dihasilkan termoelektrik generator tipe TEC1-12705

masih cukup kecil. Akan tetapi, hal ini telah

menunjukkan bahwa pembangkit termoelektrik memiliki

peranan yang besar untuk mengubah sumber panas yang

terbuang menjadi pembangkit energi listrik. Tegangan

keluaran yang dihasilkan akan periodik naik turun

berdasarkan fungsi perbedaan suhu heatsink dan suhu

plat aluminium. Hal ini menunjukkan bahwa energi listrik

akan selalu dihasilkan dari pengubahan sumber panas

yang terbuang dari kompresor.

UCAPAN TERIMA KASIH

Penulis mengucapkan terima kasih kepada dosen

metodologi riset sains dan teman-teman pascasarjana

pendidikan fisika yang telah membantu pelaksanaan

ekperimen.

PUSTAKA [1] P. Setia, Analisis hasil daya pemanfaatan udara panas

kondensor AC split pada ducting menggunakan generator

termoelektrik, 2015, Website:

http://library.gunadarma.ac.id//repository/view/3788725,

diakses tanggal 18 Mei 2016.

[2] S. S. Alia, D. Waskita, Mahasiswa UNY Ciptakan

Charger dari Panas Knalpot, 2014. Website: http:// http://teknologi.news.viva.co.id/news/read/559373-

mahasiswa-uny-ciptakan-charger-dari-panas-knalpot,

diakses tanggal 18 Mei 2016.

[3] S. Ependi, Pengembangan perangkat konversi energi

panas menjadi energi listrik, skripsi, Universitas

Lampung, Bandar Lampung, 2016.

[4] A. Montecucco, J. Siviter, A. R. Knox: The effect of

temperature mismatch on thermoelectric generators

electrically connected in series and parallel, Applied

Energi, 2014, pp. 47-54.

Yazid Mubasir / Analisis Tegangan Keluaran Hasil Pengubahan Energi Panas Kompresor Refrigerator 19

Prosiding Pertemuan Ilmiah XXX HFI Jateng & DIY, Salatiga 28 Mei 2016

ISSN : 0853-0823

[5] NN, Thermoelectric cooling. Website :

http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_cooling,

diakses tanggal 13 April 2016

TANYA JAWAB

Tjipto Prastowo (UNES) 1. Tegangan keluar periodik apakah ada pengaruh dari

tegangan sumbernya atau yang lain? Berapa menit

periodenya?

2. Manfaatnya untuk apa ke depan?

Yazid Mubasir (Univ. Negeri Semarang) √ 1. Dilihat dari perubahan panasnya saat bekerja(suhu naik)

dan saat tidak bekerja(suhu turun). Kisaran tiap 11 menit.

2. Fungsinya untuk pengubahan panas jadi energi.

Trisna Julian (UGM)

1. Arusnya dan hambatanya juga diukur?

2. Periodik berdasarkan fungsi apa?

Yazid Mubasir (Univ. Negeri Semrang)

√ 1. Hanya fokus ke tegangan.

2. Periodik fungsi suhu.