## KAJIAN EKSPERIMENTAL ALAT MULTI FUNGSI BERCATU DAYA TERMOELEKTRIK  UNTUK PENDINGINAN DAN PEMANASAN
Dian Wahyu 1 , Andriyanto 1 , Hanif 1 , Rino Sukma 1 , Yazmendra Rosa 1
1 Teknik Mesin, Jurusan Teknik Mesin, Politeknik Negeri Padang, Padang Kampus Limau Manis – Padang
Email: dianwahyuitb@gmail.com

## ABSTRACT
The versatile tool from thermoelectric power supply has been made and has satisfied performance. The selection of material and tool is chosen based on the product availability in the market and the cooling device is selected based on the number of cooling load. Thermoelectric cooler is one of the electrical components that transfer a heat to another side by electric discharge. Cold temperature generated in the cold side is used to cooling the working fluid and the heat temperature is used to heating the water. The water is used as cooling fluid and used as much as 3L to cooling the room temperature where it is integrated by fan to either accelerate the heat absorption process or dispose the heat. Small heat exchanger is used to expand the heat absorption area in a cooling room. The results show that cooling element is capable to work constantly on the cooling power for one element by 37 W. Meanwhile in the tool characteristics, it is capable to produce low temperature of 13  C that begins in 40 th minute. In addition, warm water temperature with volume of 30L is capable to produce  45  C.  The  maximum  efficiency  from  cooling  device  is  occurred  when  the  different temperature in both side is nearly minimum. Coefficient of performance (COP) of cooling system is obtained at 0,58.
Keywords: thermoelectric, cooling room system, COP (coefficient of performance)

## PENDAHULUAN
Kebutuhan
masyarakat untuk pengkondisian  udara  pada  rumah  semakin meningkat,  hal  ini  dikarenakan  temperatur  suhu dunia yang terus meningkat, banyaknya penggunaan  pendingin    konvensional  seperti  AC (Air  Conditioner) yang  banyak  menggunakan energi  sehingga  meningkatkan  pemakaian  energi listrik  untuk  proses  pengkondisian  udara,  dan meningkatkan  potensi  kerusakan  lapisan  ozon karena tingginya potensi
kebocoran freon/refrigerant sewaktu mesin kompresi uap ini beroperasi. Pendinginan sangat dibutuhkan dalam proses  penyimpanan  dan  pendistribusian  obat  – obatan,  darah,  makanan  dan  minuman.  Hal  ini ditujukan  untuk  menjaga  agar  produk  yang didinginkan tetap memiliki kualitas yang baik. Termoelektrik  (TE)  adalah  suatu  fenomena dimana adanya beda tegangan dapat menghasilkan beda temperatur dan sebaliknya. Efek pendinginan termoelektrik ditemukan oleh fisikawan Perancis, Jean  Charles  Athanase  Peltier,  pada  tahun  1834. Efek pendinginan termoelektrik atau disebut efek Peltier adalah efek pendinginan yang terjadi pada sambungan  dua  material  berbeda  yang  diberi tegangan/arus listrik.
Peltier  Device atau thermoelectric  cooler (TEC) adalah  suatu  alat  pendingin  (pompa  panas)  yang
menggunakan prinsip termoelektrik seperti disajikan pada gambar 1.
Gambar 1  Thermoelectric Cooler atau TEC
TEC  biasanya  disertai  dengan datasheet yang  menunjukkan  kurva  performansinya.  Kurva pada Gambar 2 sebagai contoh dari datasheet TEC karena kurva tersebut akan berbeda tergantung dari spesifikasi TEC yang digunakan dan produsennya. Dari  kurva  tersebut  kita  dapat  mengetahui kapasitas  panas,  arus  dan  besar  tegangan  listrik yang diinginkan atau dibutuhkan pada sistem.
Gambar 2 Kurva performansi TEC Beda temperatur terhadap kapasitas panasnya, dan Beda temperatur
terhadap tegangan listrik
Sebagai contoh, dalam proses pendinginan  jika  diketahui  besar  kapasitas  panas yang  ingin  dibuang  adalah  30  W  dan  arus  yang ingin digunakan (atau maksimum arusnya) adalah 3,02  A  maka  dari  kurva  dapat  diketahui  beda temperaturnya sebesar 20 ° C. Lalu dari kurva yang satu lagi, kita bisa mengetahui besar tegangan yang diperlukan yaitu 7 V.
Pada saat ini telah banyak dikomersilkan pendingin portable yang menggunakan thermoelectric , namun pendingin ini masih sangat mahal meskipun dari konstruksi dan konsep sangat sederhana.  Berdasarkan  hal  tersebut  banyak peneliti  melakukan  penelitian  tentang  lemari pendingin portable, diantaranya  penelitian  dan , Aziz [1], Matthew Barry dkk [2].
Penelitian Mangsur FT UI yang berjudul Pengembangan Cool Box tipe cb-02 Multi Fungsi Ramah Lingkungan Berbasis Termoelektrik untuk Kendaraan Roda Dua. Pengembangan termoelektrik  yang  diterapkan  pada box motor. Pada penelitian ini dilakukan modifikasi pada box motor yang sudah ada dipasaran dengan volume 30
liter menjadi suatu alat pendingin yang dinamakan cool  box.  Cool  box ini  memakai  tegangan  aki sepeda  motor  sebesar  12  VDC  menggunakan elemen  peltier  ganda, fan dan heat  sink yang penempatannya  berada  dibawah box motor. Cool box tersebut menggunakan termoelektrik berupa 4 elemen peltier ganda untuk sisi pendinginnya dan heat  sink sebagai  pembuang  panas  sisi  panas peltier.  Hal  ini  bertujuan  meningkatkan  fungsi system pendingin  pada cool  box motor  agar mencapai suhu kabin sebesar 6 0 C serta kapasitas beban  maksimal  5  liter.Namun  suhu  yang ditargetkan  tidak  dapat  tercapai  dan  hanya mencapai suhu 12 0 C dalam waktu 60 menit.
Aziz  [1],  telah  melakukan  penelitian tentang pengaplikasian elemen pendingin termoelektrik  sebagai  mesin  pendingin  kotak minuman.  Penelitian dilakukan dengan pengujian pada  kotak  pendingin  dengan  menggunakan jumlah elemen termoelektrik yang berbeda (2 dan 3 buah elemen pendingin) dengan kapasitas kotak pendingin  34L.  Hasil  penelitian  menunjukan temperatur   dapat dicapai  14,4 o C  tanpa beban dan
16,4 o C dengan beban dalam waktu 150 menit.
Onoroh francis, telah melakukan penelitian  tentang performance  evaluation  of  a thermoelectric refrigerator. Hasil penelitan menyebutkan Coefficient  of  perfomance (COP) dari    sebuah  elemen  pendingin  berada  pada perbedaan  temperatur  antara  heat sink dan cold
sink paling tinggi. Mayang awasthi, telah melakukan penelitian  tentang design  and  development  of thermoelectric  refrigerator. Hasil  penelitian menyebutkan untuk mendinginkan ruangan dengan volume 5 liter butuhkan  waktu sekitar 10 menit jika menggunakan 3 buah elemen pendingin.
Matthew  Barry  dkk  [2],  melakukan penelitian mengenai mini refrigerator, menggunakan heat sink, menganalisa kinerja TEC yang terintegrasi dengan penukar kalor. Dongliang Zhao  dan  Gang  Tan  [3],  melakukan  penelitian mengenai potensi penggunaan modul TEC, bahan dasar  TEC,  pemodelan  dan  aplikasinya  untuk kebutuhan pendinginan skala kecil. Margreth Nino dkk  [4],  telah  meneliti  pengaruh  penambahan elemen  peltier  terhadap  kemampuan  menjaga temperatur penyimpanan vaksin dengan berbahan dasar  polivinil  khlorida memberikan  daya  listrik 72 Watt.
Sunaryo telah  melakukan  penelitian mengenai penggunaan  pendingin  thermoelectric pada  bts  indoor  untuk  mengurangi  konsumsi energi listrik. Penelitian  ini membahas penurunan suhu  pada  suatu  BTS  indoor  dengan  memasang peralatan  pendingin  thermoelectric  pada  rak baterai sehingga suhu dalam rak baterai   dibawah suhu ruang yang ada. Volume shelter yang dipakai dalam penelitian ini berukuran 2,5 X 4 X 3 meter. Suhu ruang diluar shelter 30 0 C sedangkan suhu di
dalam  shelter  24 0 C,  akan  mengalami  penurunan sebesar  7-  10 0 C,    sehingga  dapat  menghemat pengunaan  daya  sebesar  25  %  per  bulan  dari jumlah pemakaian daya sebenarnya.
Selanjutnya  penelitian  Munib  Achsani dan Agung Prijo Budijono yaitu Rancang Bangun
Pendingin Ruangan Portable
dengan Memanfaatkan  Efek  perbedaan  suhu  pada thermoelectric  cooler .  Modul thermoelectric cooler ini mempunyai tegangan kerja 12 volt DC dengan arus 6 Ampere. Untuk memaksimalkan sisi dingin thermoelectric  cooler maka  pada system pendingin ini dilakukan
pendinginan menggunakan fan sebagai alat bantu pendinginan heat  sink sisi  panas.  Sistem  pendingin  ini membutuhkan daya 277.2 Watt dengan pengujian pertama  mencapai 24.6 0 C  menggunakan dua fan menghembuskan udara kearah heat sink sisi panas, sedangkan pengujian yang kedua dilakukan kedua fan menarik udara panas dari heat sink sisi panas didapat  hasil  24.3 0 C.  Pengujian  ini  dilakukan selama 30 menit dengan temperature awal 30.8 0 C. Berdasarkan  penelitian  diatas  ,  timbul gagasan  untuk  membuat  pendingin  ruangan  yang sumber
pendinginnya
menggunakan termoelektrik,  Berdasarkan    penelitian  terdahulu terdapat  hal-hal  yang  perlu  ditingkatkan  untuk menyempurnakan penelitian tersebut, salah satunya dengan  mengganti heat sink dengan heat exchanger dan untuk perpindahan panas menggunakan  tiga  buah  mini  radiator  yang dilengkapi fan. Penggantian heat sink dengan heat exchanger diyakini  agar  proses  pemindahan panasnya cepat dan kerja peltier dalam mendinginkan  optimal  serta  mendekati  hasil pendinginan  yang  diinginkan  tercapai/mendekati. Kelemahan  lain  pada  penelitian  terdahulu  yaitu pemanfaatan  elemen  peltier  hanya  pada  sisi temperature dinginnya  saja  sementara  sisi temperature panas energinya belum dimanfaatkan. Berdasarkan  hal  tersebut,  diciptakan mesin pendingin bercatu daya termoelektrik yang mampu  menghasilkan temperature dingin  pada ruang pendingin dan dapat menghasilkan temperature panas untuk memproduksi air hangat untuk keperluan yang diinginkan serta juga dapat menghangatkan  ruangan,  sehingga  kedua  sisi termoelektrik tersebut termanfaatkan dengan baik dan  efektif.  Diharapkan  pendingin  termoelektrik ini  menjadi  salah  satu  pilihan  dalam  bidang refrigerasi  dan  menjawab  tantangan  konservasi dan penghematan energi dewasa ini.

## METODOLOGI PENELITIAN
Penelitian ini meliputi dua kegiatan utama yaitu pembuatan sesuai rancangan dan pengujian. Untuk  pembuatan  dan  pengujian  keduanya dilakukan  di  Bengkel  produksi  dan  Labor Pengujian  Bahan,    Jurusan  Teknik  Mesin, Politeknik Negeri Padang.
Alat  multifungsi  menggunakan  bahan termoelektrik yang memiliki spesifikasi daya 63 W dan  digunakan  sebanyak  4  buah.  Besar  volume ruangan  pada  alat  multifungsi  adalah  100  L,  dan fluida  pendingin  yang  digunakan  adalah  air  dan bervolume 2L.

## Diagram Alir Penelitian

## Gambar 3 Diagram Alir untuk Pengujian

## Skema Rancangan Alat Pendingin Ruangan
Gambar 4 Rancangan Alat multifungsi Bercatu Daya Termoelektrik

## Skema Pengujian Alat Multifungsi Bercatu Daya Termoelektrik
Pada  pengujian  ini  akan  dikembangkan proses
pengkondisian ruangan dengan menggunakan  empat  buah  elemen  pendingin termoelektrik seperti yang disajikan pada Gambar 4. Untuk mendinginkan ruangan digunakan fluida pendingin  air  yang  nantinya  akan  dilewatkan  ke sebuah  penukar  kalor  yang  ditempatkan  pada ruangan tersebut. Untuk proses alirannya digunakan dua pompa aquarium mini yang hemat daya.  Air    pendingin  sebelum  dialirkan  pompa, terlebih  dulu  didinginkan  oleh  modul  pendingin termoelektrik. Dibagian penukar kalor ditempatkan  sebuah fan/blower yang  digunakan untuk  memaksa  panas  ruangan  diserap  oleh  air pendingin.
Gambar 5 Mesin multi fungsi
Gambar 6 Skema mesin multi fungsi
Tujuan  akhir  yang  akan  dicapai  pada pengujian  ini  untuk  mengetahui  kemampuan penggunaan  empat  buah  termoelektrik  yang digunakan  sesuai  rancangan  untuk  menggantikan peran mesin pendingin kompresi uap.  Skema yang disajikan  pada  Gambar  5  dan  Gambar  6 memperlihatkan system mesin  multi  fungsi
menggunakan beberapa elemen pendingin termoelektrik. COP dari beberapa modul pendingin  nantinya  akan  dapat  ditentukan  untuk skema  perancangan  yang  telah  di  tetapkan.  Pada Gambar  6  dapat  dilihat  beberapa  parameter  yang nantinya  akan  diukur,  diantaranya  pengukuran temperatur  air  pendingin  dan  debit  pompa. Parameter  tersebut  sangat  dibutuhkan  untuk mendapatkan coefficient of perfomance (COP).

## Prosedur Pengujian
Pengujian  Unjuk  Kerja  Elemen  Pendingin Ruangan
Pengujian  ini  bertujuan  untuk  mengetahui kemampuan elemen pendingin/termoelektrik dalam menghasilkan temperatur dingin dan panas, sehingga data hasil pengujian dapat dibandingkan dengan  data  perfomansi  yang  dikeluarkan  oleh pabrik.
Gambar 7 Skema pengujian unjuk kerja elemen pendingin
Prosedur  pengujian  unjuk  kerja  alat pendingin yang akan dilakukan adalah :
1. Kondisikan  temperatur    lingkungan  pada temperatur tertentu.
2. Sediakan  peralatan  dan  alat  ukur  yang  akan dibutuhkan.
3. Tentukan  laju  aliran  massa  air  yang  melalui kedua penukar kalor.
4. Catat  temperatur  air  masuk  dan  keluar  pada kedua penukar kalor.
5. Catat  energi  listrik  penyuplai  elemen pendingin.

## Pengujian Karakteristik Alat Pendingin
Pengujian ini bertujuan untuk mengetahui karakteristik dari alat yang telah dibuat, sehingga kita  dapat  mengetahui  suhu  dingin  yang  optimal yang  mampu  dihasilkan  oleh  pendingin    ruangan dan  juga  mengetahui  temperatur  air  panas maksimum  yang  diproduksi.  Komponen  atau peralatan  pendukung  diperlukan  agar  pengujian dapat  dilakukan.  Peralatan  peralatan  tersebut berupa termometer, seperti  yang  disajikan  pada Gambar 8 .
Gambar 8 Skema pengujian unjuk kerja elemen pendingin
Prosedur  pengujian  karakteristik  alat  pendingin yang akan dilakukan adalah :
1. Persiapkan alat pendingin dan pasang  sensor  temperatur  kedalam alat  perangkat  uji  seperti  ruang pendingin, reservoar air panas, dll.
2. Hubungkan alat pendingin ke power supply ,  sehingga power  supply memberikan  arus  DC  kesemua komponen system pendingin.
3. Setelah system pendingin  mulai bekerja, atur katup
untuk
menetapkan  debit  air  pendingin ruangan,  dan  proses  pengambilan data siap dimulai.
4. Selama proses pendinginan, nantinya setiap 2 menit akan diambil data-data suhu perangkat uji

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Hasil Pengujian Kemampuan Elemen
Pendingin Ruangan Setelah  melakukan  pengujian,  maka didapatkan beberapa data yang dapat digambarkan pada gambar  berikut:
Gambar 9 Daya Peltier actual vs dengan perbedaan temperature kedua sisi peltier
Data  yang  disajikan  pada  Gambar  9 merupakan  data  pengujian  untuk  sebuah  elemen peltier. Dari Gambar 9, dapat dilihat kemampuan elemen pendingin  mengkonversikan energi listrik menjadi  energi  panas.  Semakin  tinggi  perbedaan temperatur  kedua  sisi  elemen  pendingin  maka semakin  kecil  kemampuan  pendinginan  elemen peltier. Dari gambar tersebut, didapatkan titik kerja dimana elemen peltier bekerja optimal  yaitu pada perbedaan  temperatur  sebesar  31 o C  dimana  daya peltier didapatkan sebesar 36 W. Dari data tersebut didapatkan pemahaman bahwa hasil data pengujian ini memiliki kemiripan jika dibandingkan dengan data yang dikeluaran pabrik, sehingga data yang dikeluarkan oleh pabrik teruji jika mengacu pada hasil penelitian ini.
Gambar 10 Data daya masuk dan daya beban pendinginan
Gambar 11 COP Alat multifungsi
Dari  Gambar  10  terlihat  daya  pendingin untuk  mendinginkan  beban,  daya  listrik  suplai yang  masuk  rata-rata  sekitar  211  Watt,  dan dimanfaatkan sebesar 123 watt untuk pendinginan.
0 20 40 60 80 1 4 7 10 13 16 19 22 25 28 31 34 37 40 43 46
DA YA E LE ME N PE LT IE R PERBEDAAN TEMPERATUR (DT) D A Y A   P E L T I E R   V S   P E R B E D A A N T E M P E R A T U R D… DT 0 50 100 150 200 250 0 10 20 30 40 50 DA YA ( W A TT ) WAKTU ( MENIT ) Pe Qc
Gambar  11  memperlihatkan  nilai coefficient  of performance dari lemari pendingi minuman. Nilai COP  tertinggi  didapatkan  sebesar  0,58.  Hal  ini menunjukan bahwa kemampuan lemari pendingin mendinginkan beban dengan menggunakan elemen pendingin termoelektrik masih rendah jika dibandingkan dengan pendingin yang menggunakan  siklus  kompresi  uap  karena  nilai COP nya rata-rata di atas 1.

## Hasil Pengujian Karakteristik Mesin Pendingin Ruangan

## Gambar 12 Distribusi temperatur untuk pengujian pendingin ruangan
Dari gambar 12 grafik temperatur di atas terlihat  bahwa  penurunan  temperatur  di  dalam ruangan  pendingin  bervolume  100  L  cukup signifikan,  ini  berarti  pengujian  bekerja  dengan baik.  Temperatur  terendah  ruangan  pendingin yang mampu dicapai dengan tambahan pendinginan  dengan  sejumlah  2L  air  mineral sebesar  13 o C  dalam  waktu  60  menit.  Sementara temperatur  tertinggi  air  hangat  bervolume  30L
yang  mampu  dicapai  ketika  temperatur  ruangan stasioner adalah 45 o C.

## KESIMPULAN
Dari  pengujian  pada  alat  ini,  dapat  diambil beberapa  kesimpulan,  pertama,  hasil  pengujian mengindikasikan  alat  ini  sudah  mampu  untuk mendinginkan  ruangan  bervolume  100  L  dan memiliki  beban  pendingin  2  L  air  mineral  botol. Kedua, pemakaian elemen peltier pada alat sistem pendingin  bervolume  100  L  memberikan  hasil yang baik jika diterapkan pada beban pendingingan  yang  kecil.  Temperatur  beban pendingin  terendah    yaitu  13 0 C  yang  dicapai dengan waktu 40 menit, sedangkan temperatur air hangat yang dicapai yaitu sebesar 45 0 C  sewaktu temperatur  ruangan  terendah  stasioner.  Ketiga, daya  rata-rata  pendinginan  yang  didapatkan sewaktu  pengujian  adalah  37  W  pada  saat perbedaan  temperature  sebesar  31 o C,  dan    nilai
COP  alat  sistem  pendingin  didapatkan  sebesar 0,58. Adapun saran untuk penelitian
selanjutnya  yaitu,  alat  sistem  pendingin  ruangan perlu ditambahkan isolator yang lebih bagus untuk dapat  menahan  panas  agar  bertahan  lebih  lama, pembuangan  panas  pada  sisi  panas  dapat ditingkatkan dengan menggunakan teknologi heat pipe .

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  Aziz,  Subroto,  Silpana.  2015.  Aplikasi Modul  Pendingin  Termoelektrik  Sebagai Media
Pendingin Kotak Minuman. Jurnal Rekayasa.
[2]  Matthew  M.  Barry,  Kenechi  A.  Agbim, Minking  K.  Chyu,  2014,  Journal  of Electronic Materials.
[3]  Dongliang  Zhao  dan  Gang  Tan.  2014.  A Review of Thermoelectric Cooling:Material, Modeling and Applications. Applied ThermalEngineering, Vol. 66, pp 14-24.
[4]  Margreth  Nino,  Ishak  Sartana  Limbong  dan Ben  Vasco  Tarigan,  2014,  Pengaruh Penambahan Elemen Peltier terhadap Kemampuan Menjaga Temperatur Penyimpanan  Vaksin  dengan  Berbahan Dasar  Polivinil  Khlorida  (PVC),  Lontar
Jurnal  Teknik  Mesin  Undara,  Vol.  1  no.2
2014, pp 40-46. 10 15 20 25 30 35 40 45 0 50 100 Temper atu r ºC Waktu ( menit) Temperatur ruangan Temperatur in radiator Temperatur out radiator Temperatur box air hangat
Temperatur box air dingin Temperatur input kran Temperatur out kran