Journal of Renewable Energy & Mechanics (REM)                             E-ISSN: 2614-8315 Vol.04 No.01 2021: 14-22                                                                         P-ISSN: 2714-621X DOI: 10.25299/rem.2021.vol4(01).5577         Received 2020-09-11; Accepted 2021-02-25

## DESIGN AND ANALYSIS OF THERMAL SHOWCASE MINI AS A BEVERAGE COOLER USING A THERMOELECTRIC MODULE
(RANCANG BANGUN DAN ANALISA TERMAL SHOWCASE MINI

## SEBAGAI ALAT PENDINGIN MINUMAN MENGGUNAKAN MODUL TERMOELEKTRIK)
Eddy Elfiano 1 ,Rieza Zulrian Aldio 1 ,Muhammad Helmy 1* , Sutan Lazrisyah 1 1 Program Studi Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Islam Riau Jl. Kaharudin Nasution Km 11 No 113 Perhentian Marpoyan, Pekanbaru
* Corresponding Author: helmy696@gmail.com

## ABSTRACT
Every  home,  office,  company,  supermarket,  and  mall  has  installed  beverage coolers. This has become a major necessity for people living in tropical countries, such as Indonesia. There are various types of use of the thermoelectric or peltier module,  including  food  coolers,  medicinal  coolers,  drinking  water  coolers  in dispensers, and computer processor coolers. Besides being easy to apply, this tool is expected to be able to open up ideas in the use of thermoelectric modules that are more environmentally friendly than refrigerants. This research was conducted to obtain the size of the showcase mini design, the assembly process of the showcase mini tool, and to obtain the thermal analysis results contained in the showcase mini tool as a cooling medium. Showcase is a refrigerator that is used to display food or drinks  that  you  want  to  display  using  glass  media  as  a  standout  for  the  product being  displayed.  Thermoelectric  technology  is  a  technology  that  works  by converting heat energy into electrical energy directly or vice versa, from electrical energy to produce cold energy. Thermoelectric is made of solid state material (solid material)  which  can  convert  energy  from  temperature  difference  to  potential difference  or  vice  versa.  In  this  study,  2  variations  of  cooling  load  were  used, namely without cooling load and with cooling load. Thermal analysis was carried out and got the results. The highest result from the calculation of conduction heat transfer  load  without  cooling  load  is  0.013  Watt.  The  highest  result  from  the calculation of the conduction heat transfer load with the cooling load is 0.010 Watt. The  highest  result  from  calculating  the  product  heat  load  is  1.555  Watts.  The highest result from the calculation of COP (Coefficient Of Performance) is 4,823. The expenses incurred each month are 16,000 rupiah.
Keywords: Showcase, Thermal Analysis, Thermoelectric.

## ABSTRAK
Di Indonesia  yang beriklim tropis memang dibutuhkan alat pendingin  minuman. Hampir di setiap rumah, kantor, perusahaan, swalayan, dan mall yang memasang alat  pendingin  minuman.  Ini  memang  sudah  menjadi  kebutuhan  utama  bagi masyarakat  yang  tinggal  dinegara  beriklim  tropisAda  berbagai  macam  jenis penggunaan  modul  termoelektrik  atau  peltier  antara  lain  pendingin  makanan, pendingin obat-obatan, pendingin air minum pada dispenser, dan pendingin
prosesor  komputer.  Selain  mudah  dalam  pengaplikasiannya,  dengan  alat  ini diharapkan  mampu  membuka  gagasan  dalam  penggunaan  modul  termoelektrik yang lebih ramah lingkungan bila dibandingkan dengan refrigran. Penelitian ini dilakukan bertujuan untuk mendapatkan ukuran pada rancangan showcase mini, proses perakitan alat showcase mini, dan mendapatkan hasil analisa termal yang terdapat  pada  alat  showcase  mini  sebagai  media  pendingin.  showcase  adalah lemari  pendingin  yang  digunakan  untuk  menampilkan  makanan  atau  minuman yang ingin ditampilkan menggunakan media kaca sebagai penonjol produk yang ditampilkan.  Teknologi  termoelektrik  adalah  teknologi  yang  bekerja  dengan mengkonversikan  energi  panas  menjadi  energi  listrik  secara  langsung  atau sebaliknya, dari energi listrik menghasilkan energi dingin. Termoelektrik terbuat dari solid state material (material zat padat) yang dapat mengkonversikan energi dari perbedaan temperatur ke beda potensial atau sebaliknya. Pada penelitian ini, digunakan  2  variasi  beban  pendingin  yaitu  tanpa  beban  pendingin  dan  dengan beban pendingin. Analisa termal dilakukan dan mendapatkan hasil. Hasil tertinggi dari  perhitungan  beban  perpindahan  panas  konduksi  tanpa  beban  pendingin adalah  0,013  Watt.  Hasil  tertinggi  dari  perhitungan  beban  perpindahan  panas konduksi  dengan  bebean  pendingin  adalah  0,010  Watt.  Hasil  tertinggi  dari perhitungan  beban  kalor  produk  adalah  1,555  Watt.  Hasil  tertinggi  dari perhitungan COP (Coefficient Of Performance) adalah 4,823. Biaya pengeluaran (cost) yang dikeluarkan disetiap bulan adalah sebesar 16000 rupiah.
Kata Kunci : Analisa Termal, Showcase Mini, Termoelektrik.

## PENDAHULUAN
Hampir disetiap tempat usaha menggunakan showcase seperti restoran, toko kue, warung, swalayan,
dan masih banyak lagi (Derry, 2016). Showcase bertindak sebagai alat yang menggunakan  sistem  pendinginan atau  refrigrasi.  Refrigrasi  adalah proses pengambilan  kalor dari ruang atau benda untuk menurunkan temperaturnya.  Kalor  adalah  salah satu  bentuk  dari  energi,  sehingga mengambil  kalor  suatu  benda  sama dengan  mengambil  sebagian  energi dari  molekul-molekulnya.  metode pengkondisian  temperatur  ruangan agar tetap berada dibawah temperatur lingkungan  adalah  metode  dari refrigrasi, sehingga metode refrigrasi sama  dengan  metode  pendinginan (Nugroho,  2016).  Refrigrasi  dapat dikatakan juga dengan proses
pemindahan  kalor  dari  suatu  benda atau  ruangan  ke  suatu  benda  atau ruangan  lainnya  (Purwanto  dan Kemal, 2014).
Ada  berbagai  macam  jenis penggunaan modul termoelektrik atau peltier antara lain pendingin makanan,  pendingin  obat-obatan, pendingin air minum pada dispenser, dan  pendingin  prosesor  komputer. Termoelektrik terbuat dari solid state material  (material  zat  padat)  yang dapat  mengkonversikan  energi  dari perbedaan temperatur ke beda potensial atau sebaliknya. Pada skala atom, perbedaan temperatur menyebabkan muatan pembawa berdifusi  dari  permukaan  panas menuju ke permukaan dingin (Tulak, 2013).
Adapun peltier merupakan proses dimana  salah  satu  sisi  melepaskan
panas  sedangkan  sisi  yang  lain menyerap  panas,  dan sebaliknya bila
arus dibalik (Selviana, 2017). Keramik peltier sebagai elemen yang meyebabkan  perbedaan  suhu,  sering dikenal  dengan  nama  lempengan peltier yang  dimana  lempengannya berbahan  keramik  yang  memiliki fungsi  yang  sangat  unik  (Delly  dkk,
2016). Terdapat  2  jenis  termoelektrik yaitu, TEG (Thermo Electric Generator) yang menghasilkan energi listrik  melalui  aliran  panas  dan  jenis dan  TEC  (Thermo  Electric  Cooler) Termoelektrik tipe TEG menggunakan  material  PbTe  dan SiGe,  sedangkan  termoelektrik  tipe TEC  menggunakan material  Bi2Te3,
PbSe, dan SiGe (Setyadi, 2014).
Efek  termoelektrik  merupakan proses  konversi  energi  langsung akibat  perbedaan  temperatur  atau setelah diberi tegangan listrik. Perbedaan temperatur akan dihasilkan jika termoelektrik diberikan tegangan listrik, dan sebaliknya tegangan listrik akan dihasilkan oleh termolektrik jika kedua  sisi  permukaan  memiliki temperatur  yang  berbeda  (Ihza  dkk,
2016). Selain mudah dalam pengaplikasiannya,  dengan  alat  ini diharapkan mampu membuka gagasan  dalam  penggunaan  modul termoelektrik  yang  lebih  ramah lingkungan bila dibandingkan dengan refrigran. Oleh sebab itu, dibutuhkan rancang bangun alat pendingin minuman menggunakan modul termoelektrik  yang  nantinya  dapat dihasilkan koefisien perpindahan panas  yang  baik.  Dari  keadaan tersebut,  menunjukan  pentingnya
penelitian ini perlu dilakukan,
mengingat  pentingnya  penggunaan modul termoelektrik di masa kini.

## METODE PENELITIAN
Metode penelitian dilakukan secara 3 tahap, yaitu perancangan alat penelitian,  perakitan  alat  penelitian, dan pengujian alat penelitian. Penelitian dilakukan di Laboratorium Teknik Mesin Fakultas
Teknik Universitas Islam Riau.

## Skema Rancangan
Skema rancangan yang dirancang ada 3  tahap,  yaitu  skema  rancangan showcase mini , skema susunan modul pendingin,  dan  skema  rangkaian kelistrikan showcase mini .
Gambar  2.1.  Skema  Rancangan Showcase Mini
Gambar  2.2.  Skema  Susunan  Modul Pendingin
Gambar  2.3.  Skema  Rangkaian Kelistrikan Showcase Mini

## Perakitan Alat Penelitian
Perakitan  alat  penelitian  dilakukan setelah alat dan bahan yang diperlukan  telah  siap  semua.  Berikut proses perakitan alat showcase mini :
1. Potong  papan multyplex sebagai casing menggunakan  gergaji dengan  ukuran  40cm  x  30cm sebanyak 3 lembar, ukuran 30cm
x  30cm  sebanyak  2  lembar,
ukuran 10cm x 30cm sebanyak 1 lembar .
2. Potong aluminium siku  dengan ukuran  40cm  x  30cm  x  30cm sebagai  rangka  alat  penelitian, kemudian  rakit  rangka  dan pasang  papan multiplex yang sudah  dipotong  menjadi casing showcase mini .
3. Potong styrofoam menggunakan
cutter dengan  ukuran  30cm  x 30cm  x  30cm,  lalu  direkatkan menggunakan lem sealant . Rangkai Styrofoam menjadi bentuk  kotak  dan  buat  lubang untuk coldsink modul pendingin.
4. Potong aluminium  foil  tape sesuai  dengan  ukuran styrofoam
bagian  dalam  sebagai  penahan temperatur  pada  bagian  dalam styrofoam yang  telah  berbentuk kotak.
5. Satukan kotak Styrofoam dengan casing showcase mini . Posisikan kotak didalam casing dan lubang coldsink berada  pada  bagian ruang mesin showcase mini .
6. Merakit susunan modul
pendingin  sesuai  dengan  skema
yang terdapat pada Gambar 2.2.
7. Pasang  modul  pendingin  ke kotak styrofoam sesuai  dengan posisi  yang  sudah  ditentukan. Sesuaikan posisi coldsink dengan lubang  yang  berada  pada  kotak styrofoam .
8. Merakit  rangkaian  kelistrikan
showcase  mini sesuai  dengan skema yang terdapat pada Gambar 2.3. 9. Potong papan acrylic menggunakan cutter dengan ukuran 30cm x 30cm sebanyak 1 lembar sebagai penutup showcase mini.
10. Pasang papan acrylic pada casing showcase  mini menggunakan  2 buah  engsel,  gabungkan  2  buah engsel  dengan  menggunakan obeng. 11. Pasang  gagang  lemari  sebagai pegangan membuka tutup showcase mini .
12. Pasang  kunci tic-tac sebagai
pengunci penutup showcase mini ,  gunakan  obeng  untuk memasang kunci didinding
casing dan  penutup showcase mini . 13. Pasang double  tape busa  di sekeliling  bibir showcase  mini untuk mencegah udara bersirkulasi. 14. Lakukan finishing seperti pemasangan garnish  aluminium siku  pada casing  showcase  mini dan  pengecek ulang dari seluruh perakitan showcase  mini untuk memastikan  semuanya  sudah terpasang dengan rapi dan bersih.
Gambar 2.4. Showcase Mini

## Pengujian Alat Penelitian
Pengujian  alat  penelitian  dilakukan dengan  2  variasi,  yaitu  tanpa  beban pendingin dan dengan beban pendingin.  Pengujian  alat  dilakukan dengan  memasang  alat  pengujian disetiap  parameter  yang  didata.
Pengujian ini dilakukan selama 6 jam dengan  pengambilan  data  setiap durasi 30 menit.

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Data  hasil  pengujian  alat showcase mini variasi  tanpa  beban  pendingin dapat  dilihat  pada  tabel  3.1  dan  data hasil  pengujian  alat showcase  mini variasi dengan beban pendingin dapat dilihat pada tabel 3.2.
Tabel 3.1. Data Hasil Pengujian Tanpa Beban Pendingin
No Waktu  T 1 T 2 T 3
T 4 T 5 T 6 V I 1 00.30 29,0 22,9 18,9 45,4 29,5 26,9 12,39  0,026 2 01.00 29,0 23,4 18,8 45,3 29,3 27,4 12,39  0,026 3 01.30 29,5 23,5 18,8 45,1 29,3 26,9 12,40  0,026 4 02.00 28,6 22,9 17,8 44,3 28,9 26,1 12,40  0,026 5 02.30 29,3 22,3 17,9 44,3 29,1 26,9 12,40  0,026 6 03.00 29,1 22,5 18,1 44,5 29,6 26,8 12,40  0,026 7 03.30 29,4 22,8 18,4 44,0 29,3 26,7 12,40  0,026 8 04.00 29,1 22,8 18,8 44,3 29,1 26,8 12,40  0,026 9 04.30 29,1 22,8 18,5 44,1 28,9 26,7 12,40  0,026 10 05.00 30,3 22,7 18,3 44,6 28,9 26,4 12,40  0,026 11 05.30 29,1 22,6 18,3 44,7 28,6 26,3 12,40  0,026 12 06.00 30,4 22,6 18,3 44,6 28,9 26,6 12,40  0,026
Tabel 3.2. Data Hasil Pengujian Dengan Beban Pendingin
No Waktu  T 1 T 2 T 3 T 4 T 5 T 6 V I 1 00.30 29,0 22,9 18,9 45,4 29,5 26,9 12,39  0,026 2 01.00 29,0 23,4 18,8 45,3 29,3 27,4 12,39  0,026 3 01.30 29,5 23,5 18,8 45,1 29,3 26,9 12,40  0,026 4 02.00 28,6 22,9 17,8 44,3 28,9 26,1 12,40  0,026 5 02.30 29,3 22,3 17,9 44,3 29,1 26,9 12,40  0,026 6 03.00 29,1 22,5 18,1 44,5 29,6 26,8 12,40  0,026 7 03.30 29,4 22,8 18,4 44,0 29,3 26,7 12,40  0,026 8 04.00 29,1 22,8 18,8 44,3 29,1 26,8 12,40  0,026 9 04.30 29,1 22,8 18,5 44,1 28,9 26,7 12,40  0,026 10 05.00 30,3 22,7 18,3 44,6 28,9 26,4 12,40  0,026 11 05.30 29,1 22,6 18,3 44,7 28,6 26,3 12,40  0,026 12 06.00 30,4 22,6 18,3 44,6 28,9 26,6 12,40  0,026
Hasil Perhitungan Beban Perpindahan Panas Konduksi
Setelah  dilakukan  pengujian  dan pengolahan  data,  maka  didapatkan beban  perpindahan  panas  konduksi seperti gambar 3.1. dibawah ini :
Gambar 3.1. Diagram Hasil Perhitungan Beban Perpindahan Panas Konduksi Dari  gambar  3.1.  diatas  terdapat dua  variasi  yaitu  tanpa  beban pendingin dan dengan beban pendingin. Untuk variasi tanpa beban pendingin  didapat  nilai  pada  durasi 120 menit dan 180 menit dengan nilai 0,013 Watt. Sedangkan variasi dengan beban pendingin didapat nilai pada durasi  90 menit, 120 menit, dan 240 menit dengan nilai 0,010 Watt.
Hasil  Perhitungan  Beban  Kalor Produk
Setelah  dilakukan  pengujian  dan
pengolahan  data,  maka  didapatkan beban  kalor  produk  seperti  gambar 3.2. dibawah ini :
Gambar 3.2. Diagram Hasil Perhitungan Beban Kalor Produk Dari  gambar  3.2.  diatas  didapat  nilai tertinggi  dan  terendah.  Untuk  nilai tertinggi didapat pada durasi 30 menit dengan  nilai  1,555  Watt.  Sedangkan nilai terendah didapat pada durasi 210 menit, 300 menit, 330 menit, dan 360 menit dengan nilai 0,074 Watt.

## Hasil Perhitungan Daya Input
Daya input dari  pengujian  alat penelitian showcase  mini memiliki nilai yang konstan, maka diambil nilai rata-ratanya.  Perhitungan  daya input dapat dicari menggunakan persamaan sebagai berikut:
𝑃 𝑖𝑛 = 𝑉. 𝐼
Dimana :
P in : Daya Input (Watt) V  : 12,40 Volt
I  : 0,026 A
Maka,
𝑃 𝑖𝑛 = 𝑉. 𝐼
= 12,40 𝑉  ×  0,026 𝐴 = 0,3224 𝑊𝑎𝑡𝑡 Jadi,  hasil  daya input yang didapat dari perhitungan diatas adalah sebesar  0,3224  Watt.  Nilai  tersebut didapat  dari  data  tegangan  dan  arus listrik hasil pengujian alat peneltian.
0 0,5 1 1,5 2 30 90 150 210 270 330 Qp ro d u k (Watt ) Durasi (Menit) Beban Kalor Produk
Hasil Perhitungan COP (Coefficient Of Performance) Setelah  dilakukan  pengujian  dan pengolahan  data,  maka  didapatkan
COP  ( Coefficient  Of  Performance ) seperti gambar 3.3 dibawah ini :
Gambar 3.3. Diagram Hasil Perhitungan  COP  ( Coefficient  Of Performance )
Dari  gambar  3.3.  diatas  didapat nilai  tertinggi  dan  terendah.  Untuk nilai tertinggi didapat pada durasi 30 menit dengan nilai 4,823. Sedangkan nilai  terendah  didapat  pada  durasi 210 menit, 300 menit, 330 menit, dan 360 menit dengan nilai 0,229.
Hasil Perhitungan Biaya Pengeluaran (Cost) Untuk  mencari  nilai cost ,  maka digunakan  ukuran  tegangan  listrik dan  arus  listrik  dari  spesifikasi komponen modul pendinginan. Tabel  3.3.  Spesifikasi  Komponen Modul Pendingin
N o Komponen V I Jumla h 1 Termoelektri k (TEC) 1 2 6 2 2 Kipas Besar DC 1 2 0,0 2 2 3 Kipas Kecil DC 1 2 0,0 2 2
Dari  tabel  4.6.  maka  kita  dapat mencari  nilai  daya input untuk menghitung  biaya  pengeluaran  alat penelitian showcase mini . Daya input dapat dicari  dengan  persamaan berikut:
𝑃 𝑖𝑛 = 𝑉. 𝐼
=  12 𝑉  ×   [(6 × 2)(0,02  × 4)] 𝐴 = 144,96 𝑊𝑎𝑡𝑡 = 0,14496 𝑘𝑊 Lalu,  untuk  nilai  dari  tarif pemakaian listrik digunakan golongan Tarif R-1/TR dengan batas daya 900 VA dapat dilihat pada tabel 3.4. Tabel 3.4. Tarif Pemakaian Listrik No Gol. Tarif Batas Daya Prabaya r 1 R-1/TR 900 VA 605
maka  perhitungan cost bisa  dicari dengan persamaan berikut:
𝐶𝑜𝑠𝑡 = (𝑃 𝑖𝑛 𝑥 6ℎ𝑜𝑢𝑟) 𝑥 605 = (0,14496𝑘𝑊 𝑥 6ℎ𝑜𝑢𝑟) 𝑥 605 = 0,86976𝑘𝑊ℎ 𝑥 605 = 526,2048 𝐶𝑜𝑠𝑡 = 526,2048 × 30ℎ𝑎𝑟𝑖 = 15786,144 = 16000 𝑅𝑢𝑝𝑖𝑎ℎ
Jadi,  biaya  pengeluaran  yang digunakan  alat  penelitian showcase mini ini  sebesar  Rp  600,00  perhari dan Rp 16000,00 perbulannya.

## KESIMPULAN
Adapun  kesimpulan  yang  dapat diambil  dari  penelitian  yang  telah dilakukan adalah sebagai berikut:
1. Rancangan  pada showcase  mini mendapatkan ukuran alat dengan panjang 402 mm, lebar 302 mm, dan tinggi 302 mm.
2. Perakitan  alat showcase  mini menghasilkan prototipe alat yang berfungsi dengan baik.
3. Pengujian alat pendingin showcase  mini variasi  tanpa beban  pendingin  mendapatkan temperatur akhir ruang pendingin sebesar 22,6 o C. 4. Pengujian alat pendingin showcase  mini variasi  dengan beban  pendingin  mendapatkan temperatur  akhir  produk  sebesar 23,3 o C.
5. Dalam perhitungan hasil didapatkan nilai COP ( Coefficient  Of  Performance ) yang tertinggi sebesar 4,823 dan terendah sebesar 0,229.
6. Biaya  pengeluaran  yang  didapat dari  perhitungan  alat  pendingin
showcase mini
adalah Rp
16000,00 perbulan.

## DAFTAR PUSTAKA
Delly,  J.,  Hasbi,  M.,  dan  Alkhoiron, I.F.  2016. Studi  Penggunaan
Modul  Thermoelektrik  Sebagai Sistem  Pendingin  Portable . Universitas Halu Oleo : Kendari. Derry. 2016. Berbagai Macam
Showcase  Untuk  Menampilkan
Produk . www.Indotara.co.id . Ihza,  Y.,  Widiyanto  dan  Sani,  A.A. 2016. Rancang Bangun Kulkas Mini  Termoelektrik .  Politeknik Negeri Sriwijaya : Palembang.
Nugroho, W. 2016. Rancang Bangun Alat Pendingin Minuman Portable Menggunakan Peltier . Universitas Muhammadiyah Pontianak : Pontianak. Purwanto,  E.  dan  Ridhuan,  K.  2014. Pengaruh Jenis Refrigrant Dan Beban  Pendinginan  Terhadap Kemampuan Kerja Mesin
Pendingin . Universitas Muhammadiyah Metro : Lampung. Selviana,  W.  2017. Analisa  Kinerja Kotak Pendingin dan Penghangat Menggunakan Modul Termoelektrik  TEC-
12706 .  Universitas  Lampung  :
Lampung. Setyadi,  A.H.  2014. Pendingin  Air Peltier Dengan Rangkaian Kaskade  Paralel .  Universitas
Sanata Dharma : Yogyakarta.
Tulak,  A.  2013. TEG  Dengan  7 Termoelektrik  Rangkaian  Seri Untuk  Charger  Handphone . Universitas  Sanata  Dharma  : Yogyakarta.