Pengaruh perubahan suhu gas buang sepeda motor 150cc terhadap karakteristik modul termoelektrik generator sebagai sumber pengisian daya smartphone
Muhammad Bustamiyatno 1 , Winarno Dwi Rahardjo 1
1 Program Studi Pendidikan Teknik Otomotif, Fakultas Teknik, Universitas Negeri Semarang
Sekaran, Gunung Pati, Kota Semarang, Jawa Tengah 50229
Email korespondensi: muhbustamiyatno.048@gmail.com

## Abstrak
Bertambahnya  jumlah  sepeda  motor  menyebabkan  peningkatan  jumlah  penggunaan  bahan  bakar  minyak (BBM). Sedangkan motor bakar tidak mungkin mengubah semua energi bahan bakar menjadi daya berguna, di mana 40% terbuang ke lingkungan sebagai panas gas buang. Kajian ini bertujuan untuk memanfaatkan suhu gas buang menjadi energi listrik dengan menggunakan dua modul termoelektrik TEG SP1848-27145 SA dan TEC1- 12706, masing-masing 8 buah  yang dipasang pada leher knalpot sepeda motor 150cc. Hasil kajian dianalisis dengan teknik analisis deskriptif. Hasil kajian menunjukkan bahwa besarnya tegangan, arus dan daya output yang dihasilkan modul TEG berbanding lurus dengan beda suhu yang terjadi. Pada pengujian pengaruh beda suhu terhadap tegangan output modul TEG, tegangan output tertinggi dihasilkan pada ΔT 43,6°C sebesar 5,08 V. Pada pengujian  dengan  beban  lampu  5W  12V  diketahui  ΔT  tertinggi  sebesar  39°C  menghasilkan  output  tegangan sebesar  3,05  V,  arus  sebesar  302  mA  dan  daya  sebesar  0,921  Watt.  Sedangkan  pada  pengujian  efektivitas pemanfaatan  energi  listrik  yang  dihasilkan,  modul  TEG  dinilai  efektif  karena  sistem  yang  dirancang  berupa rangkaian boost converter mampu mengisi daya smartphone dengan tegangan output 5,2 V.
Kata kunci : termoelektrik, modul TEG, beda suhu, tegangan, arus.

## Abstract
The increasing number of motorcycles causes the use of fuel to increase. While the combustion engine is not possible to convert all fuel energy into useful power, 40% is wasted into the environment as exhaust gas heat. This research aims to utilize the exhaust gas temperature into electrical energy using two thermoelectric modules TEG SP1848-27145 SA and TEC1-12706 each 8 pieces mounted on the 150cc motorcycle's exhaust neck. The results were analyzed by technical descriptive analysis. The results show that the magnitude of the voltage, current, and the output power produced by the TEG modules are directly proportional to the temperature difference that occurs. The effect of temperature difference tested on the output voltage of the TEG modules, the highest produced at a temperature difference of 43,6°C by 5,08 V. The results of testing on 5W 12V lamp load, the highest temperature difference of 39°C produces an output voltage of 3,05 V, current of 302 mA, and power of 0,921 Watt. Meanwhile the testing effectiveness of the electrical energy utilization considered effective because the system designed in the form of a boost converter circuit is able to charge smartphones with an output voltage of 5,2 V.
Keywords: thermoelectric, TEG module, temperature difference, voltage, current.

## 1. Pendahuluan
Perkembangan jumlah sepeda motor di Indonesia dari tahun-ketahun  meningkat.  Berdasarkan  data  Badan Pusat  Statistik  tahun  2016,  jumlah  sepeda  motor  di Indonesia  pada  tahun  2016  telah  mencapai 105.150.082 unit [1]. Banyaknya populasi penggunaan sepeda motor menyebabkan meningkatnya  jumlah  bahan  bakar  minyak  (BBM) yang  dibakar.  Pembakaran  BBM  pada  motor  bakar tidak mungkin mengubah semua energi bahan bakar menjadi  daya  berguna,  di  mana  40%  terbuang  ke lingkungan sebagai panas gas buang [5]. Banyaknya energi  panas  yang  terbuang  ke  atmosfer  inilah, pemanfaatan teknologi termoelektrik dapat digunakan untuk  mengonversi  langsung  energi  panas  dari exhaust gas menjadi  energi  listrik.  Dalam mengonversi energi panas menjadi listrik,
termoelektrik menerapkan efek Seebeck. Termoelektrik  dapat  bekerja  apabila  terdapat perbedaan  suhu  pada  kedua  sisinya.  Beda  potensial listrik  ini  meningkat  dengan  semakin  meningkatnya beda  suhu  [4].  Tegangan  terbesar  diperoleh  ketika suhu  beranjak  naik,  kenaikan  sedikit ΔT (suhu perbedaan  sisi  panas  dan  sisi  dingin)  memberikan kenaikan  tegangan  DC  keluaran  yang  signifikan. Sebaliknya,  penurunan ΔT memberikan  penurunan yang  signifikan  pada  tegangan  keluaran  yang dihasilkan elemen peltier [7].
Termoelektrik generator yang dijual bebas di pasaran salah  satunya  adalah  tipe  TEG  SP1848-27145  SA. Pengujian  performa  yang  dilakukan  oleh  Saputro, dkk.  dalam  kondisi  motor  keadaan idle dan  tanpa dilakukan  pembebanan  TEG  SP1848-27145  SA, menghasilkan  tegangan  0,92  Volt  [6].  Tipe  lain
termoelektrik  yang  ada  di  pasaran  adalah  TEC1- 12706.  TEC1-12706  adalah  termoelektrik cooler (pendingin)  sesuai  dengan  aplikasi  utamanya, walaupun demikian, TEC dapat juga dipakai sebagai generator  pembangkit  listrik  dengan  cara  “dibalik”, yaitu dengan memberi panas pada sisi permukaannya, maka  arus  listrik  akan  dihasilkan  pada  kedua kutubnya.  Kajian  yang  dilakukan  oleh  Hernady  dan Mahardika,  hasil  yang  didapat  untuk  5  buah  TEC- 12706 yang dipasang seri dan disimpan dalam kotak acrylic temperatur batu granit 78,3 o C, tegangan 1,2 V, arus 2,08 mA dan efisiensi 5% [3]. Tujuan yang ingin dicapai  dari  kajian  ini  adalah  untuk  mengetahui pengaruh  beda  suhu  terhadap  tegangan output dan arus output modul  termoelektrik  generator.  Serta mengetahui efektivitas energi listrik yang dihasilkan oleh  modul  termoelektrik  generator  apabila digunakan  sebagai  pengisi  baterai  telepon  seluler ( smartphone ).
Kajian  yang  dilakukan  Sukarno,  dkk.  dengan memvariasikan  putaran  mesin  untuk  mengetahui pengaruh  hasil  keluaran  termoelektrik  generator.  Di mana  hasil  tertinggi  diperoleh  pada  pengujian  3000 rpm,  diketahui  pada  perbedaan  suhu  74 o C, dibangkitkan tegangan 2.894 mV dan arus listrik 205 mA.  [9].  Farid,  dkk.  mengkaji  tentang  pemanfaatan panas  buang  mesin  Toyota  tipe  4K  menggunakan sistem  pembangkit  berbasis  termoelektrik  dengan rangkaian  seri.  Disimpulkan  dari  8  modul termoelektrik menghasilkan tegangan listrik 6,6 Volt dengan  arus  listrik  1  Ampere  tetapi  setelah diaplikasikan untuk elektrolisis, tegangan menjadi 2,5 Volt  dengan  arus  listrik  0,1  A.  Tenaga  listrik  yang diaplikasikan  6,6  W  setelah  diaplikasikan  dalam elektrolisis menjadi 0,22 W [2].
Kajian  yang  dilakukan  Wibowo  dan  Anggianto dengan  merangkai  komponen  termoelektrik  secara paralel serta memvariasikan lama waktu pengukuran dan  putaran  mesin  diketahui  bahwa  semakin  lama waktu pengukuran dan kecepatan putaran mesin yang lebih  tinggi  akan  menghasilkan output lebih  besar [10]. Sugiyanto, dkk melakukan kajian tentang desain konstruksi  TEG  sebagai  pembangkit  listrik  mandiri pada  knalpot  sepeda  motor. Termoelektrik  dipasang tepat  di  kepala  pipa  knalpot  sehingga  bisa mendapatkan  suhu  tinggi.  Namun  tegangan  yang dihasilkan hanya sekitar 0,67 V [8].

## 2. Metode
Kajian  ini  menggunakan  metode  eksperimen. Menggunakan dua modul termoelektrik TEG SP 1848 27145 SA dan TEC1-12706 sebanyak masing-masing 8 buah yang dirangkai secara 4 seri 4 paralel dipasang pada bagian leher knalpot sepeda motor. Saat mesin dihidupkan, gas buang akan mengalir di pipa knalpot. Gas bersuhu tinggi ini memanaskan knalpot sehingga panas akan diserap oleh sisi panas dari modul TEG. Di  sisi  dingin,  dilakukan  pendinginan  konveksi menggunakan heatsink .  Perbedaan  suhu  antara  sisi
panas  dan  sisi  dingin  menghasilkan  energi  listrik. Energi listrik disimpan di baterai untuk diakumulasikan menjadi energi yang lebih tinggi dan berfungsi sebagai penyedia daya. Output dari baterai ditingkatkan tegangannya mencapai 5,2 V menggunakan boost converter .
Alat dan bahan yang digunakan dalam kajianini terdiri dari tool  set, multimeter,  termokopel,  sepeda  motor Yamaha  New  Vixion  Lightning  150cc,  modul termoelektrik  TEG  SP1848-27145  SA  dan  TEC1- 12706, heat  sink dan boost  converter. Gambar  1 menunjukkan skema pengujian yang diterapkan.
Gambar 1. Skema instalasi pengujian beda suhu, tegangan, arus dan pengisian daya smartphone.
Keterangan:
1. Leher knalpot
2. Termoelektrik generator
3. Heatsink
4. Digital  termokopel  (titik  termokopel  diletakkan pada hot side dan cold side termoelektrik) 5. Hot side termoelektrik generator
6. Cold side termoelektrik generator
7. Rangkaian boost converter
8. Smartphone
Adapun 3 parameter yang digunakan dalam kajian ini terdiri  dari  variabel  bebas  dalam  kajian  ini  adalah perbedaan  suhu  yang  terjadi  selama  pengujian. Variabel  terikat  dalam  kajian  ini  adalah  tegangan listrik dan arus listrik. Variabel kontrol dalam kajian ini  adalah  sepeda  motor  Yamaha  New  Vixion Lightning 150cc dalam kondisi standar, bahan bakar menggunakan  jenis  pertamax,  suhu  ruangan  diatur pada  31°C-34°C, blower sebagai  pendingin tambahan.
Kajian  ini  menggunakan  teknik  analisis  deskriptif, yaitu menganalisis data dengan mendeskripsikan data yang telah terkumpul sebagaimana adanya tanpa ada maksud  membuat  simpulan.  Data  yang  dihasilkan, yaitu meliputi beda suhu, tegangan, dan arus.

## 3. Hasil dan Pembahasan
Pengujian  ini  menghasilkan  data  berupa  beda  suhu dan tegangan saat modul TEG diuji tanpa beban; beda suhu, tegangan dan arus saat modul TEG diuji dengan beban;  tegangan  output boost  converter; arus
pengisian  baterai;  arus  pengisian  dengan  beban smartphone .
Uji  Pengaruh  Beda  Suhu  terhadap  Tegangan Output Modul TEG
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh perbedaan  suhu  terhadap  tegangan output yang dihasilkan  oleh  modul  TEG.  Pengukuran  beda  suhu dan  tegangan output dilakukan  setelah  modul  TEG mulai membangkitkan tegangan sampai dengan nilai tegangan output modul TEG stabil di angka tertentu. Data  uji  tanpa  pembebanan  disajikan  dalam  grafik pada Gambar 2.
Gambar 2. Pengaruh ΔT (°C) terhadap output tegangan listrik modul TEG tanpa pembebanan.
Gambar  2  menunjukkan  bahwa  ketika  mulai  terjadi beda  suhu  ( ∆T )  antara  sisi  panas  dan  sisi  dingin, modul  TEG  seketika  akan  menghasilkan  tegangan listrik.  Ditunjukkan  pula  nilai  tegangan  yang dihasilkan  terus  meningkat  seiring  bertambahnya beda suhu yang terjadi pada modul TEG. Modul TEG pertama kali tercatat mengeluarkan tegangan sebesar 0,31  V  pada  beda  suhu  mencapai  3,1°C.  Tegangan output tertinggi  yang  tercatat  sebesar  5,08  V  pada beda suhu 43,6°C. Dari data tersebut  diketahui pula bahwa  kenaikan  sedikit  beda  suhu  mengakibatkan naiknya tegangan output yang signifikan. Tetapi dari data  tersebut  pula  tegangan output yang  dihasilkan tidak  sesuai  dengan  spesifikasi  dikarenakan  titik pengambilan  data  suhu  yang  hanya  pada  satu  titik modul termoelektrik.
Berdasarkan  uraian  di  atas  diketahui  karakteristik modul TEG yakni tegangan output akan naik seiring dengan  bertambahnya  beda  suhu.  Modul  TEG  akan langsung  menghasilkan  energi  listrik  seketika  saat terjadi  beda  suhu.  Dari  hasil  kajian  juga  diketahui bahwa  besar  panas  yang  diberikan  melalui  knalpot sepeda motor akan memberikan beda suhu lebih besar di kedua sisi modul TEG.
Uji  Pengaruh  Beda  Suhu  terhadap  Arus  Output

## Modul TEG
Pengujian ini dilakukan untuk mengetahui pengaruh perbedaan  suhu  terhadap  tegangan  dan  arus output yang  dihasilkan  oleh  modul  TEG,  apabila  diberi
beban  lampu  5  W  12  V.  Pengukuran  setelah  modul TEG mulai membangkitkan tegangan dan arus sampai dengan  nilai  output  modul  TEG  stabil  di  angka tertentu.
Gambar 3. Pengaruh ΔT (°C) terhadap output tegangan listrik dan arus listrik modul TEG dengan beban lampu 5 W 12 V.
Gambar  3  merupakan  data  tegangan  dan  arus  yang dihasilkan modul TEG ketika diberi beban lampu 5 W 12 V. Dengan perbedaan suhu tertinggi yang dicapai antara sisi dingin dan sisi panas berada pada kisaran 39°C  didapatkan  tegangan  sebesar  3,05  V  dan  arus sebesar 302 mA. Dengan menggunakan perhitungan rumus  daya,  dapat  diketahui  daya  tertinggi  yang dihasilkan sebesar 0,921 Watt.
Efisiensi pada uji coba kali ini setelah dihitung hanya sebesar  0,035%.  Efisiensi  yang  dihasilkan  sangat kecil karena masih banyaknya panas yang terbuang ke lingkungan.  Sementara  hanya  sedikit  panas  yang dimanfaatkan  oleh  modul  TEG  yang  terbatas  hanya sebesar  luas  permukaan  modul  termoelektrik  saja yang dapat dimanfaatkan.

## Uji Boost Converter
Pengujian boost  converter dilakukan  dengan memberikan variasi tegangan input dari 4,2 V hingga 3,0 V. Pemilihan rentang tegangan input berdasarkan karakteristik baterai lithium-ion, yang memiliki nilai tegangan  kerja  4,2  V  dan  tegangan cut-off 3,0  V. Dengan  memberikan  variasi  ini,  kinerja  tegangan output terhadap  perubahan  tegangan input dapat diketahui. 0 1 2 3 4 5 6 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 T eg an ga n (V ) Beda Temperatur ΔT (°C) 0 50 100 150 200 250 300 350 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4.6 10.4 15.2 20.7 25.3 30.7 34.9 39 A ru s (m A ) T eg an ga n (V )
Beda Temperatur ΔT (°C)
Tegangan output (V) Arus output (mA)
Gambar 4. Grafik output tegangan yang berhasil dinaikkan boost converter.
Gambar 4 menunjukkan bahwa boost converter yang dirancang  mampu  meningkatkan  tegangan input mencapai  tegangan output 5,2  V.  Hasil  uji,  seperti diuraikan dalam grafik pada Gambar 5 menunjukkan boost converter dapat mempertahankan nilai tegangan output pada kisaran 5,2 V dengan nilai tegangan input yang bervariasi.

## Uji Pengisian Baterai
Pengujian  pengisian  baterai  dilakukan  untuk menentukan pengaruh tegangan pada arus pengisian untuk mencapai keadaan penuh.
Gambar 5. Grafik pengisian baterai unit elektronik.
Hasil  pengujian  menunjukkan  besarnya  tegangan yang digunakan untuk mengisi baterai mempengaruhi arus  pengisiannya.  Semakin  tinggi  tegangan  yang digunakan,  maka  semakin  besar  pula  arus pengisiannya. Oleh karena itu, dengan tegangan dan arus yang besar dapat mempercepat waktu pengisian baterai sampai penuh.

## Uji  Efektivitas  Pengisian  Baterai  Smartphone menggunakan  Energi  Listrik  yang  dihasilkan Modul TEG
Pengujian  ini  dilakukan  untuk  melihat  kemampuan alat  saat  memberikan  daya  ke  beban.  Uji  dilakukan dengan memberikan  variasi beban  berupa perangkat
smartphone yang  memiliki  konsumsi  arus  yang berbeda.
Gambar 6. Grafik pengisian baterai smartphone sebagai beban.
Gambar 6 menunjukkan alat yang telah dibuat mampu menyuplai arus sebesar 434 mA kepada smartphone Xiaomi  Redmi  2  yang  memiliki  kapasitas  baterai sebesar  2200  mAh.  Kemudian smartphone Zenfone Live L1 yang memiliki kapasitas baterai sebesar 3000 mAh, alat yang dibuat mampu menyuplai arus sebesar 451  mAh.  Sedangkan  pada smartphone Xiaomi Redmi Note 5 yang memiliki kapasitas baterai sebesar 4000  mAh  dapat  disuplai  dengan  arus  sebesar  474 mA.
Hasil pengujian menunjukkan dengan menggunakan boost  converter penyaluran  energi  listrik  yang dihasilkan  modul  TEG  mampu  menghasilkan tegangan stabil sebesar 5,2 V yang dapat digunakan untuk melakukan pengisian daya smartphone . Namun konsekuensi  dari  sistem  yang  dipakai  adalah  waktu pemakaian  baterai  menjadi  lebih  cepat  habis  akibat dari  penggunaan boost  converter sebagai  peningkat tegangan.  Faktor  lain  yang  mempengaruhi  tegangan output konverter adalah jumlah beban yang terhubung ke alat. Hasil pengujian menunjukkan bahwa semakin besar beban yang terhubung, semakin tinggi pula arus yang terjadi.

## 4. Kesimpulan
Beda  suhu  ( ΔT )  mempengaruhi  tegangan output modul TEG, di mana semakin tinggi beda suhu, maka tegangan output yang dihasilkan akan semakin tinggi. Tegangan output yang  dihasilkan  modul  TEG berbanding lurus dengan perubahan beda suhu ( ΔT ), di  mana  setiap  kenaikan  1°C  akan  menaikkan tegangan sebesar berkisar 0,1 V. Beda suhu ( ΔT ) juga mempengaruhi  arus output modul  TEG,  di  mana semakin  tinggi  beda  suhu,  maka  arus output yang dihasilkan  akan  semakin  tinggi.  Pemanfaatan  energi listrik  yang  dihasilkan  modul  TEG  untuk  pengisian baterai smartphone pada  kajian  ini  dinilai  efektif. Karena  sistem yang dirancang pada  kajian  ini  dapat mengisi  daya  baterai smartphone dengan  tegangan output 5,2V dan arus output menyesuaikan kapasitas
0 1 2 3 4 5 6 1 2 3 4 5 6 7 T eg an ga n (V ) Uji (n) Tegangan Input (V) Tegangan Output (V)
300 400 500 600 700 800 3,8 4,0 4,2 4,4 4,6 4,8 5,0 A ru s (m A ) Tegangan (V) 410 420 430 440 450 460 470 480 Xiaomi Redmi 2 (2200 mAh) Zenfone Live L1 (3000 mAh) Redmi Note 5 (4000 mAh) A ru s (m A ) Jenis Beban
baterai smartphone yang  dipakai.  Sistem  yang dirancang,  yaitu  dengan  menyimpan  energi  listrik yang dihasilkan modul TEG ke baterai Li-ion terlebih dahulu,  kemudian  daya  yang  sudah  tersimpan dinaikkan  tegangannya  dengan boost  converter sebelum  digunakan  untuk  mengisi  daya  baterai smartphone .

## Daftar Pustaka
[1] Badan  Pusat  Statistik.  2016. Perkembangan Jumlah  Kendaraan  Menurut  Jenis  Kendaraan Bermotor  Tahun  2001,  2006,  dan  2016. https://www.bps.go.id/site/resultTab.
29 Oktober 2018 (21:40).
[2] Farid,  A.  2011.  Analisa  Sistem  Pembangkit Berbasis Thermoelektrik dengan Rangkaian Seri pada  Pemanfaatan  Panas  Buang  Mesin  Toyota Tipe 4K. ENGINEERING 2(1): 1-7.
[3] Hernady,  D.  dan  M.A.  Mahardika.  2018.
Perencanaan dan Pembuatan Pembangkit Listrik Panas Sinar Matahari Menggunakan Thermoelectric  Cooler  (TEC)  dengan  Media
Penyimpan  Panas  Batu  Granit. Prosiding Seminar  Nasional  XVII  ITENAS. Institut Teknologi Nasional. Bandung. C51-C63.
[4] Putra,  N.,  R.A.  Koestoer,  M.  Adhitya,
Roekettino,  dan  B.  Trianto.  2009.  Potensi Pembangkit Daya Termoelektrik untuk Kendaraan Hibrid. Makara Journal
of
Technology , 13(2): 53-58.
[5] Rahardjo,  W.D.  dan  Karnowo.  2008. Mesin Konversi  Energi .  Cetakan  Pertama.  Semarang: Universitas Negeri Semarang Press.
[6] Saputro,  Y.P.  dan  F.D.  Suprianto.  2018. Pemanfaatan  Panas  Gas  Buang  Sepeda  Motor untuk  Pengisian  Baterai  Handphone  dengan Generator Termoelektrik. Mechanova , 4: 1-7.
[7] Siswanto,  M.,  dan  A.  Fahriannur.  2017. Preliminary  Study  Pemanfaatan  Energi  Panas Mesin Mobil Sebagai Sumber Tegangan Power Bank. Prosiding  Seminar  Nasional  Hasil
Penelitian Tahun 2017 53(1). Politeknik Negeri Jember. Jember. 281-285.
[8] Sugiyanto, S., M.T.N. Umam, dan E. Suciawan. 2015.  Rancang  Bangun  Konstruksi  TEG (Thermoelectric  Generator)  pada  Knalpot Sepeda  Motor  untuk  Pembangkit  Listrik
Mandiri. Forum Teknik 36(1): 56-63.
[9] Sukarno,  R.  2016.  Pemanfaatan  Panas  Gas
Buang  Sepeda  Motor  sebagai  Sumber  Energi Alternatif Menggunakan Teknologi
Thermoelektrik. Jurnal  Konversi  Energi  dan Manufaktur UNJ 3(3): 149-159.
[10] Wibowo,  A.  dan  P.  Anggianto,  2011.  Analisa Sistem  Pembangkit  Thermoelektrik  dengan
Rangkaian  Paralel  pada  Pemanfaatan  Panas Buang Mesin Toyota Corolla
Efi.
ENGINEERING 2(1): 1-8.