SISTEM REFRIGERASI THERMOELECTRIC

•TRIANDI WALIAN

REFRIGERASI THERMOELECTRICPada tahun 1822,seorang Rusia(keturunan Jerman) yang

bernama seebeck bereksperimen, yang memperlihatkan adanya arus listrik pada sirkuit/rangkaian tertutup dimana temperatur sambungan/junction berbeda.Saat itu seebeck menyimpulkan bahwa medan magnet timbul karena adanya perbedaan temperatur.

Tahun 1834 Peltier seorang berkebangsaan Prancis,mengamati efek thermal pada sambungan dua konduktor yang dialiri arus listrik.Tahun 1857 Wiliam thompson(lord kelvin) membuktikan hubungan antara efek seebeck dan peltier.Thompson pula yang menemukan fenomena thermoelectric yang lain yang dikenal dengan efek thompson.

EFEK SEEBECK

Dari gambar diatas dapat diketahui bahwa pada efek seebeck ada 2 buah kabel yang terhubung dengan metal yang berbeda sehingga membuat beda temperatur antara hot junction dan cold junction

E

A B A T1 TO T1>T0

E=∞(T1-T0)T1=Hot junctionT2=Cold junctionSuatu gaya gesek listrik akan timbul ketika dua bahan sambungan konduktor A dan B yang

berbeda,dan dijaga pada temperatur yang berbeda.∞=dE/dT=termoelektrik power,seebeck coefisien,volt/kelvin

EFEK PELTIERQ=φ.I , dimana φ=koefisien peltier

Sejumlah arus listrik dialirkan pada termocouple dimana mempunyai temperatur awal kedua sambungan yang sama, maka temperatur sambungan tersebut akan berubah.Sejumlah kalor akan dilepas pada salah satu sambungan,sementara sejumlah kalor pula akan diserap pada sambungan lainnya.Jika arus listrik dibalik(arus listrik searah) maka efek pemanasan atau pendinginan juga akan terbalik.Efek peltier ini yang menjadi dasar dari sistem refrigerasi thermoelectrik.

EFEK PELTIER

EFEK PELTIER

EFEK THOMPSON Jika arus melewati suatu konduktor termokopel,dimana

mempunyai gradien temperatur yang uniform/sama, maka distribusi temperatur akan terganggu karena efek joule.

THERMOELECTRIC COOLING Dua konduktor yang berbeda jenis p dan n,disatukan

membentuk dua junction,konduktor yang dipilih adalah p mempunyai harga αp(thermoelectric power) yang positif dan konduktor n mempunyai harga αn yang negatif.Pada tiap junction dipasang piringan metal sebagai permukaan perpindahan panas.Salah satu permukaan(junction) akan menyerap kalor bertindak mirip dengan eveporator pada sistem kompresi uap,sedangkan heat junction akan melepaskan kalor udara ke lingkungan /sekitar/medium lain ,bertindak mirip dengan fungsi kondensor dalam sistem kompresi uap.Sedangkan baterai (catu daya) untuk memberikan arus pada rangkaian yang analog dengan kompresor pada sistem kompresi uap.tahanan listrik [R] secara prinsip terdiri dari : tahanan elemen dan tahanan kontak yang dihasilkan oleh penempelan pada penghubung/sambungan.

MENGAPA LEBIH BAIK DARI SEBUAH ICE CHEST?

Makanan dan minuman tetap dingin dan kering. Tidak ada ruang yang terbuang untuk es (kecuali tentu saja Anda inginkan es, dalam hal ini kita dapat membuatnya 3 atau 4 kali lebih lama daripada dingin biasa)KEUNTUNGAN REFRIGERASI thermoelectric• UKURAN COMPACT: Sangat sedikit ruang yang diperlukan oleh sistem pendinginan. Modul termoelektrik adalah ukuran kotak korek api.• RINGAN: Sebuah qt 36. unit kapasitas beratnya hanya £ 17. PORTABLE: Gelar dengan satu tangan dan tidak dipengaruhi oleh gerak atau miring.• harga lebih rendah: 20% sampai 40% lebih murah dari kompresor atau unit penyerapan.• BATERAI RENDAH: Rata-Rata sekitar 4,5 amp - kurang dari lampu depan mobil.

1 Prinsip kerja pendingin termoelektik Prinsip kerja pendingin termoelektrik berdasarkan efek peltier, yaitu ketika arus DC dialirkan ke elemen peltier yang terdiri dari beberapa pasang sel semikonduktor tipe p (semikonduktor yang mempunyai tingkat energi yang lebih rendah) dan tipe n (semikonduktor dengan tingkat energi yang lebih tinggi), akan mengakibatkan salah satu sisi elemen peltier menjadi dingin (kalor diserap) dan sisi lainnya menjadi panas (kalor dilepaskan), seperti pada gambar 2.1 Sisi elemen peltier yang menjadi sisi panas maupun dingin tergantung dari arah aliran arus listrik. Hal yang menyebabkan sisi dingin elemen peltier menjadi dingin ádalah mengalir elekton dari tingkat energi yang lebih rendah pada semikonduktor tipe-p, ke tingkat energi yang lebih tinggi yaitu semikonduktor tipe-n. supaya elektron tipe p yang mempunyai tingkat energi yang lebih rendah dapat mengalir maka elektron menyerap kalor yang mengakibatkan sisi tersebut menjadi dingin. Sedangkan pelepasan kalor ke lingkungan terjadi pada sambungan sisi panas, dimana elektron mengalir dari tingkat energi yang lebih tinggi (semikonduktor xvii Pengembangan cool box..., Sugiyanto, FT UI, 2008

tipe-n) ke tingkat energi yang lebih rendah (semikonduktor tipe-p), untuk dapat mengalir ke semikonduktor

tipe p, kelebihan energi pada tipe n dibuang ke lingkungan sisi tersebut menjadi panas. Gambar 2.1 Skema aliran peltier ( www.melcor.com ) Seperti yang terlihat pada Gambar 2.1 penyerapan kalor dari lingkungan terjadi pada sisi dingin yang kemudian akan dibuang pada sisi panas dari modul peltier. Sehingga nilai kalor yang dilepaskan pada sisi panas sama dengan nilai kalor yang diserap ditambah denga n daya yang diberikan

APLIKASI SISTEM REFRIGERASI THERMOELECTRICAplikasi sistem refrigerasi thermoelectric banyak

digunakan pada alat alat yang portable seperti di bawah ini:

CONTOH SOAL 1.Dapatkah pendingin termoelektrik sebagai pemanas? Pendingin termoelektrik memang bisa digunakan untuk pemanasan sangat efektif dan efisien. Karena termoelektrik coolers solid-state

pompa panas, mereka secara aktif dapat memompa panas dari ambien di samping efek pemanasan yang berasal dari tahanan listrik dari pendingin itu sendiri. Jadi, pendingin termoelektrik dapat lebih efisien daripada sebuah pemanas resistif (dalam batas-batas). Pemanasan dapat sangat efektif sehingga Anda bisa sangat mudah menyebabkan modul untuk mencapai titik leleh pateri! Perawatan harus diambil untuk memastikan bahwa modul tersebut tidak terlalu panas.

2. Seperti apakah pengaplikasian sistem thermoelectric ? Pembangkit daya (Power generation)

Sampai saat ini pembangkitan listrik dari sumber panas harus melalui beberapa tahap proses. Bahan bakar fosil akan menghasilkan putaran turbin apabila dibakar dengan tekanan yang sangat tinggi

. Kendaraaan bermotorSaat ini untuk meningkatkan efisiensi dari kendaraan bermotor, dilakukan berbagai macam usaha atau teknologi yang dikembangkan, saat ini sedang popular adalah system hybrid. Pada system hybrid pada kendaraan bermotor adalah gabungan system kendaran bermotor dengan mesin pembakaran dalam dan dengan motor listrik

Mesin Pendingin Termoelektrik sebagai pendingin dibuat menjadi sebuah modul semikonduktor yang jika dialiri arus listrik DC maka kedua sisi modul

termoelektrik ini akan mengalami panas dan dingin. . Konverter Termionik

Pembangkit listrik dengan termionik adalah mengubah energi panas menjadi energi listrik dengan menggunakan emisi termionik. Emisi termionik adalah terlepasnya electron dari permukaan logam yang lebih panas ke permukaan logam lainnya yang dipanasi bersama sama. Emosi Termionik juga dikenal sebagai “Emisi Thermal Elektron”. Proses ini sangat penting dalam pengoperasian berbagai perangkat elektronik dan dapat digunakan untuk pembangkit daya atau pendinginan

  3. Diketahui: Tc= 50⁰F = 283⁰K Th = 100⁰F= 311⁰K Beban pendingin =100 Btu/Hr L=2,5 a=0,00021 v/k r= 0,0001Ω cm² konduktifitas= 0,015 ρ= 0,001 Ω Ditanyakan : 1. A 2. L/A 3. R 4.U 5.Z 6.I

Jawab: 1. A=∏D²/4 =(3,14.1²)/4 = 0,785cm² 2. L/A =1,25 cm/0,785cm² = 1,592 cm ¹ˉ 3. R= 2(ρ + ) =2 (0,001. 1,592 +) = 2(0,001592 + 0,000255) = 0,003694 Ω 4. U= 2K = 2 ( 0.015 watt/cmk) = 0,01884 5. Z = = = 0,0025 6. I = = = 0,1176/0,00318 = 36,98

4. apa yang di maksud dengan thermoelectrik generator ?Thermoelectric generator (juga disebut thermogenerators) adalah

perangkat yang mengkonversi panas (perbedaan suhu) secara langsung menjadi energi listrik, menggunakan fenomena yang disebut " efek Seebeck "(atau" efek termoelektrik "). Efisiensi khas mereka adalah sekitar 5-10%. Perangkat yang lebih tua Seebeck berbasis digunakan persimpangan bimetal dan besar sedangkan perangkat yang lebih baru menggunakan telluride bismuth (Bi 2 Te 3) semikonduktor sambungan pn dan dapat memiliki ketebalan pada jangkauan milimeter. Ini adalah perangkat solid state dan tidak seperti dinamo tidak memiliki bagian yang bergerak , dengan pengecualian sesekali kipas.

Generator termoelektrik radioisotop dapat menyediakan tenaga listrik untuk pesawat ruang angkasa. Otomotif generator termoelektrik diusulkan untuk memulihkan energi yang dapat digunakan dari panas limbah mobil

5.sebutkan karakteristik utama dalam pemilihan material thermoelectric ? Ada tujuh karakteristik utama yang perlu dipertimbangkan dalam pemilihan

material termoelektrik, antara lain : • Stabilitas atau reproduksi ulang, perubahan emf terhadap waktu tidak cepat

berubah. • Konstan atau komposisi sesuai , sedikit campuran atau komposisi material yang

berubah dari satu sisi ke sisi lainnya dapat menyebabkan perubahan atau ketidaksamaan besar emf.

• Ketahanan terhadap korosi, material tidak berubah strukturnya akibat oksidasi atau penurunan tekanan.

• Sensitivitas atau kepekaan, emf yang dihasilkan perderajat temperatur besar. • Jangkuan (range), dapat digunakan untuk jangkuan temperatur yang besar. • Kekerasan , keras namun mudah dikerjakan • Biaya, murah dan mudah didapat

6.Sebutkan 5 kelebihan dari sistem refrigerasi thermoelectric!

jawab: Lebih sederhana dan sedikit komponene yang dibutuhkan Mudah untuk mengubah dari pemanasan ke pendinginan

dan sebaliknya Tidak menggunakan komponen yang bergerak sehingga

tidak berisik dan tidak ada keausan Tidak ada masalah dengan kebocoran refrigeran Umur lebih panjang karena tidak ada bagian yang bergerak