web viewproposal metode penelitian (hmkk538) bola termoelektrik untuk meningkatkan efisiensi modul...
TRANSCRIPT
PROPOSAL METODE PENELITIAN(HMKK538)
BOLA TERMOELEKTRIK UNTUK MENINGKATKAN EFISIENSI MODUL TERMOELEKTRIK
DISUSUN OLEHAHMAD ARYADILLAH (H1F114059)
PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK MESINFAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURATBANJARBARU
2016
i
TERIMAKASIH KEPADA
ii
Rektor Universitas Lambung Mangkurat
Prof. Dr. H. Sutarto Hadi, M.Si., M.Sc
Wakil Rektor Bidang Perencanaan, Kerjasama dan Humas
Prof. Dr. Ir. H. Yudi Firmanul
Arifin, M.Sc
Kepala Prodi Teknik Mesin
Achmad Kusairi S, ST,. MT., MM.
Mahasiswa
Ahmad Aryadillah
Wakil Rektor Bidang Akademik
Dr. Ahmad Alim Bachri, SE., M.Si
Wakil Rektor Bidang Kemahasiswaan dan Alumni
Dr. Ir. Abrani Sulaiman, M,Sc
Wakil Rektor Bidang Umum dan Keuangan
Dr. Hj Aslamiah, M.Pd., Ph.d
Dosen Pengampuh
Prof. Dr. Qomariyatus Sholihah Amd. Hyp, ST, M.Kes.
Dekan Fakultas Teknik
Dr. Ing. Yulian Firmana Arifin, ST., MT
KATA PENGANTAR
Puji syukur kehadirat Tuhan Yang Maha Kuasa, yang telah memberikan
rahmat dan karunia-Nya, sehingga penulis dapat menyelesaikan Proposal Metode
Penelitian ini dengan judul BOLA TERMOELEKTRIK UNTUK MENINGKATKAN
EFISIENSI MODUL TERMOELEKTRIK. Keberhasilan dalam penyusunan Proposal
Metode Penelitian ini tidak lepas dari bantuan dan kerja sama, serta dukungan dari
berbagai pihak. Ucapan terima kasih Penulis haturkan kepada :
1. Bapak Ach. Kusairi S, MM., MT. selaku Ketua Program Studi Teknik Mesin
Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat
2. Ibu Prof. Dr. Qomariyatus Sholihah, Amd.hyp., ST., M.Kes. selaku Dosen
Pengampu 1
Proposal ini disusun untuk memenuhi persyaratan kelulusan mata kuliah
Metode Penelitian (HMKK 538) dan bisa menjadi pengetahuan serta pengenalan
bagi mahasiswa tentang dunia Konversi Energi.
Penulis menyadari bahwa dalam menyusun proposal ini masih terdapat
banyak kekurangan, untuk itu penulis mengharapkan masukan-masukan dan saran
yang sifatnya membangun. Akhirnya penulis hanya bisa berharap nantinya proposal
ini bisa bermanfaat bagi semua pihak, terutama para mahasiswa dan saya sendiri.
Banjarbaru, 20 Oktober 2016
Penulis
iii
DAFTAR ISI
Judul Halaman
UCAPAN TERIMAKASIH................................................................................ i
KATA PENGANTAR ...................................................................................... ii
DAFTAR ISI .................................................................................................... iii
BAB I PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang............................................................................ 1
1.2 Rumusan Masalah...................................................................... 3
1.3 Batasan Masalah ....................................................................... 3
1.4 Tujuan Penelitian ....................................................................... 3
1.5 Manfaat Penelitian .................................................................... 3
BAB II DASAR TEORI
2.1 Penelitian Terdahulu.................................................................. 5
2.2 Pengertian Umum Termoelektrik................................................ 5
2.3 Efek Seebeck............................................................................. 6
2.4 Efek Peltier................................................................................. 6
2.5 Elemen Termoelektrik Peltier..................................................... 7
BAB III METODE PENELITIAN
3.1 Objek Penelitian ....................................................................... 10
3.2 Alat dan Bahan .......................................................................... 10
3.3 Prosedur Penelitian.................................................................... 10
3.4 Flowchart Pembuatan Prototype................................................ 12
3.5 Teknik Pengumpulan Data......................................................... 13
3.6 Diagram Alur Penelitian............................................................. 13
3.7 Jadwal Pelaksanaan................................................................ 14
DAFTAR PUSTAKA..................................................................................... 15
iv
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Setiap tahun, jumlah penggunaan bahan bakar fosil sebagai sumber energi
semakin meningkat sedangkan bahan bakar fosil adalah sumber energi yang
tidak dapat diperbaharui dan jumlahnya terbatas. Untungnya dengan
berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, masalah ini dapat diimbangi
dengan penemuan-penemuan sumber energi alternatif yang terbarukan.
Ada banyak sumber energi terbarukan, yang dapat digunakan sebagai
alternatif pengganti bahan bakar fosil, salah satunya adalah energi panas. Energi
panas merupakan energi terbarukan yang sangat mudah untuk ditemukan.
Untuk memanfaatkan energi panas sebagai sumber energi, diperlukan
sebuah alat atau sebuah sistem yang dapat mengkonversi panas menjadi energi
lain, yaitu energi listrik. Salah satu alat yang dapat mengkonversi energi panas
menjadi energi listrik adalah modul termoelektrik.
Modul Termoelektrik adalah alat yang dapat mengkonversi energi listrik
secara langsung yaitu dengan memanfaatkan Efek Seebeck yang berbunyi “jika 2
buah logam yang berbeda disambungkan salah satu ujungnya, kemudian
diberikan suhu yang berbeda pada sambungan, maka terjadi perbedaan
tegangan pada ujung yang satu dengan ujung yang lain” ( Muhaimin, 1993).
Modul termoelektrik ini memiliki banyak kelebihan, namun dalam
penerapannya, efisiensi alat ini masih belum maksimal. Karena itu, penulis
1
membuat penelitian untuk meningkatkan efisiensi alat ini yaitu dengan merancang
modul termoelektrik hampa udara yang berbentuk bola.
2
1.2 Rumusan Masalah
Pertanyaan utama dalam penelitian ini adalah bagaimana desain bola
termoelektrik dan berapa perbandingan efisiensinya dengan modul termoelektrik
biasa .
1.3 Batasan Masalah
Dalam penilitian ini dilakukan pembatasan masalah agar pelaksanaan
serta hasil yang diperoleh sesuai dengan pelaksanaannya. Adapun batasan
masalahnya adalah sebagai berikut:
a. Penelitian ini dilakukan untuk membuat prototype ruang hampa udara.
b. Penelitian ini meneliti efisiensi modul termoelektrik dalam ruang hampa
udara.
1.4 Tujuan Penelitian
Tujuan penelitian ini adalah untuk membuat rancangan modul
termoelektrik yang lebih efisien.
1.5 Manfaat Penelitian
Penelitian ini memiliki manfaat bagi beberapa pihak yang terkait
didalamnya, yaitu sebagai berikut:
a. Bagi Peneliti: Penelitian ini memberikan manfaat bagi peneliti sehingga
peneliti mengetahui perbandingan efisiensi antara bola termoelektrik dengan
modul termoelektrik
3
b. Bagi Program Studi Teknik Mesin : Hasil penelitian ini dapat dijadikan
referensi tambahan bagi civitas akademik Program Studi Teknik Mesin
Universitas Lambung Mangkurat.
c. Bagi perusahaan pengembang termoelektrik : penelitian ini dapat menjadi
referensi untuk pengembangan termoelektrik
4
BAB II
DASAR TEORI
2.1 Penelitian Terdahulu
Saat ini, telah banyak berkembang berbagai macam sumber energi
alternatif, salah satunya adalah generator termoelektrik. Generator termoelektrik
adalah perangkat yang dapat menghasilkan listrik dari energi panas secara
langsung. Dalam pemanfaatannya, generator termoelektrik memerlukan
perbedaan suhu antara kedua sisi pada modul termoelektrik untuk
menghasilkan listrik. Semakin besar perbedaan suhunya, maka semakin besar
arus listrik yang dihasilkan.
2.2 Pengertian Umum Termoelektrik
Efek termoelektrik merupakan subjek paling penting dalam ilmu fisika di
bidang benda padat. Efek utama yang digunakan adalah efek Seebeck yang
ditemukan oleh Thomas Johann Seebeck pada tahun 1821 dan efek Peltier
yang ditemukan oleh Jean Charles Athanase Peltier pada tahun 1834. Yang
keduanya mempunyai peranan penting dalam aplikasi praktik. Termoelektrik
didasarkan pada Efek Peltier. Efek Peltier adalah salah satu dari tiga efek
termoelektrik, dua lainnya dikenal sebagai efek Seebeck dan efek Thomsont.
Sedangkan dua efek terakhir terdapat pada konduktor tunggal, efek Peltier
adalah fenomena khusus persimpangan pada dua batang semi konduktor.
5
2.3 Efek Seebeck
Efek Seebeck pertama kali diamati oleh dokter Thomas Johann Seebeck,
pada tahun 1821, ketika ia mempelajari fenomena thermoelectric. Ini terdiri
dalam produksi yang tenaga listrik antara dua semikonduktor ketika diberikan
perbedaan suhu. Panas dipompa ke satu sisi pasangan dan ditolak dari sisi
yang berlawanan. Sebuah arus listrik yang dihasilkan, sebanding dengan
gradien suhu antara panas dan dingin sisi. Perbedaan suhu di seluruh konverter
menghasilkan arus searah ke beban menghasilkan tegangan terminal dan arus
terminal. Tidak ada energy menengah proses konversi. Untuk alasan ini,
pembangkit listrik thermoelectric diklasifikasikan langsung sebagai daya
konversi.
2.4 Efek Peltier
Jean Charles Athanase Peltier pada tahun 1834 telah mendasari efek
termoelektrik pada sistem pendingin. Ketika arus listrik melewati persimpangan
dua plat bahan semikonduktor dengan sifat yang berbeda akan terjadi
penyerapan panas pada sambungan kedua plat tersebut dan pelepasan panas
pada sambungan yang lainnya. Penyerapan dan pelepasan panas yang terjadi
saling berbalik ketika arah polaritasnya dibalik.
6
Gambar 2.1 ilustrasi sederhana untuk mengamati efek peltier
Pada gambar 2.1 di atas, nilai W bisa saja positif atau negatif. Nilai
negatif menandakan pendingin dari junction. Berlawanan dengan pemanasan
joule, efek peltier sifatnya reversible dan tergantung dari arah arus listrik.
Efek peltier terjadi karena adanya arus listrik yang memiliki arus kalor
dalam konduktor homogeny, yang terjadi walaupun temperatur dalam keadaan
konstan. Akibat dari arus kalor menurut ∏ ∙ I . Persamaan kalor peltier
merupakan keseimbangan aliran kalor dari dan menuju interface. Arus kalor
bersama arus listrik dapat dijelaskan melalui perbedaan kecepatan aliran
elektron yang membawa arus listrik. Kecepatan aliran bergantung pada energi
dari elektron yang mengalami konduksi. Sebagai contoh, jika kecepatan aliran
suatu elektron dengan energi lebih dari potensi kimia (energi Fermi) lebih besar
dari elektron dengan energi yang rendah, arus listrik bersama arus kalor dengan
arah yang berlawanan (karena beban listrik negatif). Dalam hal ini koefisien
Peltier bernilai negatif. Dalam keadaan yang sama akan terjadi juga untuk ȵ
semikonduktor, dimana arus listirk yang dibawa oleh elektron dalam kedaan
ikatan konduksi.
2.5 Elemen Termoelektrik Peltier
Elemen termoelektrik Peltier merupakan semikonduktor tipe-p dan tipe-n
yang dihubungkan dalam suatu rangkaian listrik tertutup yang terdapat beban.
Dari perbedaan suhu yang yang ada pada tiap junction ditiap semikonduktor
tersebut akan menyebabkan elektron berpindah dari sisi panas menuju sisi
dingin. Jika pada batang logam semikonduktor berlaku prinsip kedua efek (efek
Seebeck dan efek Peltier), batang semikonduktor dipanaskan dan didinginkan
7
pada dua semikonduktor tersebut, meke elektrin pada sisi panas semikonduktor
akan bergerak aktif dan memiliki kecepatan aliran yang lebih tinggi
dibandingkan dengan sisi dingin semikonduktor. Dengan kecepatan yang lebih
tinggi pula, maka electron dari sisi panas akan mengalami difusi ke sisi dingin
dan menyebabkan timbulnya medan elektrik pada semikonduktor tersebut.
Gambar 2.2 Pergerakan ion – ion dalam semikonduktor
Elemen peltier atau pendingin termoelektrik (thermoelectric cooler)
merupakan alat yang dapat menimbulkan perbedaan suhu antara kedua sisinya
jika dialiri arus listrik searah pada kedua kutub materialnya, dalam hal ini
semikonduktor. Dalam hal refrigerasi, keutungan utama dari elemen peltier
adalah tidak adanya bagian yang bergerak atau cairan yang bersirkulasi dan
ukurannya kecil serta bentuknya sangat mudah untuk direkayasa. Sedangkan
kekurangan dari elemen peltier ada pada faktor efisiensi daya yang rendah dan
biaya perancangan sistem yang masih relative mahal. Namun kini banyak
peneliti yang sedang mencoba mengembangkan elemen peltier yang lebih
murah dan juga efisien. (Rio Wirawan, 2012).
8
Gambar 2.3 Elemen Peltier
Elemen peltier tersusun atas serangkaian dua tipe semikonduktor (tipe p
dan tipe n) yang dihubungkan secara seri. Pada setiap dua sambungan antara
dua tipe semikonduktor tersebut dari logam/tembaga. Interkoneksi konduktor
tersebut diletakkan masing-masing dibagian bawah semikonduktor. Konduktor
bagian atas ditunjukkan untuk membuang kalor dan konduktor bagian bawah
ditunjukkan untuk menyerap kalor. Pada kedua bagian interkoneksi ditampelkan
plat yang terbuta dari kramik. Plat tersebut dibuat untuk memusatkan kalor yang
ditimbulkan oleh konduktor.
Gambar 2.4 Struktur elemen peltier
9
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1 Objek Penelitian
Penelitian dan pengambilan data ini dilakukan terhadap prototype
modul termoelktrik yang diletrakkan dalam ruang hampa udara.
3.2 Alat dan bahan
Alat dan bahan dalam pengolahan data penelitian ini adalah :
1. Modul Termoelektrik
2. Toples kaca
3. Katup 1 arah
4. Pompa tangan
5. Bor listrik
6. Lilin
7. Selang kecil
8. Solder listrik
9. Amperemeter
3.3 Prosedur Penelitian
Berikut adalah langkah pembuatan prototype ruang hampa
sederhana menggunakan toples kaca :
1. Lubangi tutup toples kaca sebesar diameter katup satu arah
dengan menggunakan bor, lalu pasangkan katup satu arah.
Pastikan arah jalannya udara menghadap keluar. Buat juga
lubang untuk kabel modul termoelektrik
2. Pasangkan katup satu arah pada pompa tangan dengan arah
udara keluar.
10
3. Tempelkan sisi panas modul termoelektrik pada sisi dalam toples
kaca, lalu keluarkan kabel modul termoelektrik melalui lubang
pada tutup toples kemudian pasangkan kabel pada ampermeter
4. Tutuplah toples dan pastikan tidak ada udara yang dapat keluar
atau masuk dengan mengisolasi semua lubang menggunakan
lelehan lilin
5. Hubungkan katup pada pompa tangan dan katup pada tutup
toples dengan menggunakan selang kecil
6. Pompa udara ke luar dari dalam toples
7. Panaskan toples kaca
8. Catat hasil pengamatan berdasarkan tabel :
no Suhu (oc) Kuat arus
1 60
2 80
3 100
9. Buka penutup toples, lalu ulangi langkah 7 dan 8
10. Bandingkan hasil pengamatan modul termoelektrik pada saat di
toples dalam keadaan hampa udara dengan modul termoelektrik
pada saat toples dalam keadaan terbuka
11
3.4 Flowchart Pembuatan Prototype
Gambar 3.1 Diagram alur penelitian
12
Modul termoelektrik
start
Toples kaca
Lubangi bagian-bagian toples kaca
Tempelkan modul termoelektrik pada bagian dalam toples kaca
Tutup toples kaca
Keluarkan udara dari dalam toples menggunakan pompa tangan
Panaskan toples kaca
Catat hasil pengamatan end
3.5 Teknik Pengumpulan Data
Teknik pengumpulan data yang dilakukan adalah dengan mencatat
suhu – suhu yang menjadi objek penelitian. Data – data yang diperlukan
antara lain temperatur dalam ruang hampa udara dan efisiensi modul
termoelektrik
3.6 Diagram Alur Penelitian
Gambar 3.2 Diagram alur karya ilmiah
13
Perumusan masalah
Studi literatur
Pembuatan prototype
Pengumpulan data
Penulisan propoosal
end
start
3.7 Jadwal Pelaksanaan
Pelaksanaan penelitian ini memiliki jadwal yang dilakukan agar
mendapat data-data yang diperlukan dalam menyelesaikan penelitian
No KegiatanSep Okt
13-18 19-24 25-30 1-6 7-12 13-19 20-26
1 Tahap Persiapan Penelitian
a. Penyusunan Judul
b. Penyusunan Kerangka
2 Tahap Pelaksanaan
a. Pengumpulan data
b. pengolahan data
3Tahap penyusunan Proposal
Gambar 3.3 Jadwal Pelaksanaan Penelitian
14
Daftar Pustaka
Abrar R dkk. (2014) : Optimasi Pemanfaatan Panas Buang Pada Tungku Gasifikasi
Biomasa Sebagai Penghasil Listrik. Riau : Simposium Nasional
Teknologi Terapan.
Buchori, Lukman. (2011). Perpindahan Panas (Heat Transfer). Semarang : UNDIP
Semarang.
C. Reynolds William, Henry C. Perkins. 1960 Termodinamika Teknik. Jakarta :
Erlangga.
Darsono Dkk. (1999). Dasar Disain Sistem Vakum Mesin Berkas Elektron (MBE).
Yogyakarta : PPNY-BATAN.
Ependi, Slamet. (2016) : Pengembangan Perangkat Konversi Energi Panas Menjadi
Energi Listrik. Lampung : Universitas Lampung.
Froning, H. David. (2009). Quantum Vacuum Engineering for Power and Propulsion
from the Energetics of Space. Washington DC : Third International
Conference on Future Energy.
G.Min, D.M. Roe.1994. Handbook of thermoelectric, peltier devices as generator.
Florida : CRC Press LLC.
Holgir, Amol. dkk. (2016). Study of applicatrion of vacuum technology. New delhi : international conference on emerging tends in engineering and management research.
Holman,J.P. (1994) . Perpindahan Kalor. Jakarta : Erlangga
Ilham, Muhammad, dkk. (2013). Modul 3 Termoelektrik. Bandung : Institut Teknologi
Bandung.
15
LIU, Changwei dkk. (2014). A 1 KW Thermoelectric Generator for Low-temperature
Geothermal Resources. California : Thirty-Ninth Workshop on
Geothermal Reservoir Engineering.
Ma’zum, Zuhdi dkk. (2012). Analisis Perpindahan Panas Dengan Konveksi Bebas
Dan Radiasi Pada Penukar Panas Jenis Pipa Dan Kawat. Surabaya :
Instititut Teknologi Sepuluh Nopember.
Puthoff, Harold E. (2010). Advanced Space Propulsion Based on Vacuum
(Spacetime Metric) Engineering. Austin : Institute for Advanced
Studies.
Putra, Nandy dkk.(2009). Potensi Pembangkit Daya Termoelektrik Untuk Kendaraan
Hibrid. Depok : Universitas Indonesia.
Rokhadi, Akhyar Wahyu. (2010). Pengujian Karakteristik Perpindahan Panas Dan
Penurunan Tekanan Dari Sirip - Sirip Pin Ellips Susunan Selang-
Seling Dalam Saluran Segiempat. Surakarta : Universitas Sebelas
Maret.
Rokhimi, Intan Nurul dan Pujayanto. (2015). Alat Peraga Pembelajaran Laju
Hantaran Kalor Konduksi. Surakarta : Prosiding Seminar Nasional
Fisika dan Pendidikan Fisika (SNFPF) Ke-6 2015
Sakharov, A.D. (2000). Vacuum Quantum Fluctuations in Curved Spac and the
Theory of Gravitation. New York : Plenum Publishing Corporation.
Simanjuntak, Jerri. (2015). Aplikasi Termoelektrik Generator Sebagai Sumber Energi
Listrik Dengan Lensa Fresnel Sebagai Kolektor Panas Matahari.
Medan : Universitas Sumatera Utara.
Wallace, B. Alan. (2001). The Potential of Emptiness: Vacuum States of Space and
Consciousness. Santa Barbara : The Scientific and Medical Network
16
Review
Yan, David. (2011). Modeling and Application of a Thermoelectric Generator.
Toronto : Electrical and Computer Engineering University of Toronto.
Klara, Syerly. (2008). Modul Klasifikasi dan Mekanisme Perpindahan Panas.
Makasar : Universitas Hasanuddin.
Tipler, Paul A. (2001). Fisika untuk Sains dan Teknik Edisi Ketiga Jilid 2. Jakarta:
Erlangga.
Budi Utami, Setyo. (2008). Analisa Distribusi Aliran Panas pada Sebuah Pelat Besi
dengan Menggunakan Metode Volume Hingga. Surabaya : Institut
Teknologi Sepuluh Nopember.
White, Frank M. (1991). Viscous Fluid Flow. Singapore: McGraw-Hill
Zuhal. (1995). Dasar Teknik Tenaga Listrik dan Elektronika Daya. Jakarta :
Gramedia.
17