## Pendingin Portable Menggunakan Thermoelectric Cooler Tipe TEC1-12706
Ike Bayusari 1 , Caroline 1 , Hermawati 1 , Rahmawati 1 , M Renaldy Baskara 1
1 Jurusan Teknik Elektro Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya Palembang, Indonesia correponding author(s): Ikebayusari@ft.unsri.ac.id
Abstrak — Meningkatnya kebutuhan manusia terhadap alat pendingin cukup signifikan. Pada umunya alat pendingin memiliki  ukuran  relatif  besar  dan  tidak  portabel.  Selain  itu  pendingin  yang  ada  kebanyakan  menggunakan  sistem refrigerasi. Oleh sebab itu dibutuhkan suatu sistem yang dapat mengatasi permasalahan tersebut. Pada penelitian ini metode  yang  digunakan  adalah  secara  eksperiment  yang  akan  dibuat  prototipe  pendingin  portable  menggunakan thermoelectric cooler sebagai alternatif pendingin yang menggunakan sistem refrigerasi. Penggunaan thermoelectric cooler  dilengkapi  heatsink  dan  fan  untuk  melepas  panas  pada  salah  satu  sisi,  sehingga  pada  sisi  lainnya  dapat mencapai suhu yang lebih rendah.  Arduino digunakan sebagai sistem control suhu pada alat pendingin sesuai target 20°C. Variasi volume yang digunakan sebesar 0,32 Liter; 0,64 Liter; 0,96 Liter dan 1,28 Liter. Berdasarkan pengujian ini, variasi volume yang diberikan akan berbanding lurus dengan waktu untuk mencapai suhu yang diatur pada Arduino dimana pada 0,32 Liter akan membutuhkan waktu 1512 detik dan pada 1,28 Liter akan membutuhkan waktu 6317 detik. Hal ini disebabkan karena volume yang semakin besar menyababkan kalor yang dibutuhkan semakin tinggi sedangkan daya  inputnya  konstan.  Efisiensi  prototipe  pendingin  portable  pada  0,32  Liter  akan  menghasilkan  efisiensi  6,5% sedangkan pada 1,28 Liter akan menghasilkan efisiensi 9,6%.
Kata kunci — Thermoelectric cooler, Pendingin portable, Arduino.
Abstract — The  increasing  human  need  for  cooling  equipment  is  quite  significant.  In  general,  coolers  have  a relatively large size and are not portable. In addition, most of the existing coolers use a refrigeration system. Therefore we need  a  system  that  can overcome  these  problems.  In  this  research,  the  method  used  is  experimental, which  will make a prototype of a portable cooler using a thermoelectric cooler as an alternative to a cooler that uses a refrigeration system. The use of thermoelectric cooler is equipped with a heatsink and fan to release heat on one side so that it can achieve a lower temperature on the other side. Arduino is used as a temperature control system in the cooler according to the target of 20°C. The volume variation used is 0.32 Liter; 0.64 Liters; 0.96 Liters, and 1.28 Liters. Based on this test, the volume variation given will be directly proportional to the time to reach the temperature set on the Arduino, where at  0.32  Liters,  it  will  take  1512  seconds,  and  at  1.28  Liters,  it  will  take  6317  seconds.  This  is  because  the  larger  the volume, the higher the heat required while the input power is constant. The efficiency of the portable cooler prototype at 0.32 Liter will produce an efficiency of 6.5%, while at 1.28 Liter, it will produce an efficiency of 9.6%.
Keywords — Thermoelectric cooler, Portable Cooler, Arduino.

## I. P ENDAHULUAN
Seiring  meningkatnya  populasi  manusia  menyebabkan  kebutuhan  manusia  yang  juga  semakin  meningkat. Peningkatan  ini  menyebabkan  perkembangan  pada  sektor  industri  4.0.  Kebutuhan  manusia  pada  sistem pendinginan saat ini juga meningkat akibat pemasana global. Sistem pendinginan ini meliputi sistem pengkondisian udara  serta  sistem  pendinginan  untuk  penyimpanan  produk  pada  suhu  rendah.  Sistem  pendinginan  ini  untuk penyimpanan  darah  untuk  kebutuhan  transfusi,  obat-  obatan,  vaksin,  minuman  dan  makanan  [1].  Sistem pendinginan sangat berguna untuk distribusi material yang membutuhkan waktu lebih dari 24 jam. Penyimpanan produk  pada  suhu  rendah  dapat  menghambat  proses  pembusukan  akbat  aktivasi  enzim  serta  mikroba  di  dalam material. Hal ini dapat menyebabkan penurunan kualitas produk [2].
Permasalahan  utama  dari  alat  pendingin  adalah  memiliki  ukuran  yang  cukup  besar,  sehingga  alat  pendingin tidak  praktis  untuk  dibawa  berpergian.  Alat  pendingin  umunya  menggunakan  sistem  refrigerasi.  Refrigerant merupkan  fluida  penggerak  sistem  refrigerasi  untuk  menghasilkan  suhu  rendah  pada  evaporator.  Refrigerant memiliki komposisi yang berbahaya yaitu CFC (Chlorofluorocarbon). CFC memiliki dampak buruk bagi lingkunan karena menyebabkan menipisnya lapisan ozon dan menyebabkan efek rumah kaca jika terlepas ke atmosfer [3]. Banyak  penelitian  terbaru  untuk  menggantikan  sistem  refrigerasi  dengan  menggunakan  thermoelectric  untuk mengatasi  permasalahan  yang  ada  saat  ini,  sehingga  menghasilkan  sistem  yang  lebih  ramah  lingkungan dibandingkan  dengan  sistem  pendinginan  yang  ada  dipasaran  sekarang  menggunakan  refrigerant  [4].  Salah satunya adalah penggunaan sumber listrik DC 5V 1A sebagai pendingin minuman isotonic [5].
Prinsip kerja peltier merupakan proses kebalikan dari efek seebeck. Dua buah logam yang direkatkan dalam sebuah  rangkaian  yang  dialiri  arus  listrik.  Selanjutnya  pada  salah  satu  sambungan  akan  menyerap  panas
sedangkan pada sambungan lainnya melepas panas. Arah arus mempengaruhi bagian mana yang melepas dan menyerap panas [6]. Fenomena ini dikenal dengan efek peltier. Dasar pengembangan thermoelectric menggunakan efek seebeck dan peltier [7]. Pada saat arus mengalir melalui thermocouple, suhu junction akan berubah dan panas akan diserap pada satu permukaan, sementara permukaan yang lainnya akan membuang panas. Jika sumber arus dibalik,  maka  permukaan  yang  panas  menjadi  dingin  dan  sebaliknya.  Fenomena  ini  disebut  efek  peltier  yang merupakan dasar pendinginan thermoelectric. Perpindahan panas yang dihasilkan akan sebanding terhadap arus yang mengalir.

## Gambar 1 Efek Peltier
Elemen peltier memiliki struktur utama berupa dua material semikonduktor yang di rangkai secara seri. Terdapat sambungan  diantara  dua  macam  semikonduktor  tersebut  yang  dihubungkan  dengan  material  konduktor  yang berbahan dari tembaga. Konduktor yang telah dikoneksikan akan diletakkan pada bagian atas semikonduktor dan pada bagian bawah semikonduktor tersebut. Tujuannya adalah agar pada sisi konduktor bagian atas untuk melepas kalor  dan  bagian  bawah  akan  menyerap  kalor.  Pelat  yang  terbuat  dari keramik  ditempelkan  pada  kedua  bagian interkoneksi, yang bertujuan untuk memusatkan kalor yang berasal dari konduktor. Keunggulan dari peltier adalah tidak  adanya  bagian  yang  bergerak  atau  cairan  yang  bersirkulasi  [4],  ukurannya  yang  kecil  sehingga  betuknya mudah  direkayasa.  Sedangkan,  faktor  efisiensi  daya  yang  rendah  (dibawah  10%)  dan  biaya  perancangan  yang masih  relatif  mahal  menjadi  kekurangan  dari  elemen  peltier  [8].  Saat  ini  telah  banyak  peneliti  yang  sedang melakukan  pengembangan  terhadap  elemen  peltier  untuk  mengatasi  kekurangannya  dan  dapat  menjadi  energi alternatif yang digunakan.

## Gambar 2. Elemen peltier [10]
Mengacu pada penelitian terdahulu yang telah banyak diteliti untuk memanfaatkan thermoelectric baik sisi dingin maupun sisi panasnya. Pada umumnya alat pendingin harus tersambung pada power supply (AC) sehingga alat pendingin  tidak  portabel.  Pada  penelitian    ini  dilakukan  sebuah  inovasi  untuk  membuat  alat  pendingin  portabel dengan memanfaatkan Arduino sebagai sistem control temperature pada alat pendingin dan menggunakan baterai sebagai  sumber  utamanya  agar  lebih  praktis  dan  dapat  dibawa  kemana  saja.  Pendingin  portable  ini  memakai tegangan 12 VDC pada aki sepeda motor.

## II. M ETODE P ENELITIAN
Penelitian  ini  dilakukan  di  Laboratorium  Riset  Teknologi  Energi  Jurusan  Teknik  Elektro  Universitas  Sriwijaya pada bulan November 2019. Diagram alir penelitian ini dapat dilihat pada gambar 3.

## Gambar 3. Diagram Alir Penelitian
Pendingin  portable  menggunakan  kayu  dengan  dilapisi sterofoam dengan  dimensi  25  cm  x  25  cm  x  15  cm bertujuan  untuk  mengisolasi  ruang  pendingin  agar  suhu  di  dalam  ruangan  tetap  terjaga.  Secara  sederhana Skematik alat pengujian pada penelitian ini dapat dilihat pada gambar berikut ini.
Gambar 4. Skematik alat pengujian, terdiri dari 1. Baterai 12 VDC (Aki), 2. Fan (kipas)+ Heatsink, 3. Thermoelectric Cooler 12706, 4. Stepdown, 5. Arduino Uno, 6. Relay Module 2 Channel, 7. Sensor DS18B20 (Sensor Suhu), dan 8. LCD 12x2 + Module I2C.
Mulai Study Literatur Perancangan Pembuatan Alat Pengambilan Data Pengolahan Data Analisis dan Kesimpulan Selesai
Kapasitas  volume  maksimum  dari  alat  ini  sebesar  2,77  Liter.  Prinsip  kerja  dari  pendingin  portable  ini,  bagian yang menghasilkan dingin pada peltier diletakkan kearah bagian dalam ruang pendingin. Pada sisi yang lain pada peltier  di  arahkan  ke  bagian  luar  dari  kotak  pendingin  yang  telah  dilengkapi  dengan heatsink dan fan untuk pelepasan panas. Arus dan tegangan pada peltier TEC1-12706 sebesar 12 Volt dan 6,25 Ampere. Thermoelectric memiliki  dua  buah  kabel,  yaitu  kabel  merah  memiliki  polaritas  positif  sedangkan  kabel  hitam  memilik  polaritas negatif. Thermoelectric yang tersusun dari dua tipe semikonduktor yaitu semikonduktor tipe N dan semikonduktor tipe P.
Pengambilan  data  dilakukan  dengan  mengukur  tegangan  input  (V),  arus  input  (I),  temperature  awal  (T o ), temperature  akhir  (T a ),  serta  waktu  yang  dibutuhkan  untuk  mencapai  temperature  akhir  (t).  Pengujian  dilakukan dengan  menggunakan  air  sebagai  media  yang  akan  didinginkan.  Pengujian  dilakukan  dengan  menggunakan  4 kondisi yaitu pada saat 1 beban (0.32 Liter), 2 beban (0.64 Liter), 3 beban (0.96 Liter), 4 beban (1.28 Liter). Suhu target yang digunakan pada penelitian ini adalah 20°C, karena tujuannya hanya mendinginkan minuman, sehingga 20°C dinilai cukup  [9].  Penelitian sebelumnya  pernah  dilakukan dengan  menggunan daya  listrik yang digunakan untuk  setiap  rangkaian  sekitar  12  W  untuk  mendinginkan  air  sebanyak1500  ml  dan  menghasilkan  suhu  ruang pendingin sekitar 22,54°C untuk seri dan 23,10°C untuk paralel [10]. Pengukuran tegangan input dan arus dilakukan dengan  mengukur  menggunakan  multimeter.  Pengukuran  suhu  dilakukan  secara  langsung  dengan  meletakkan sensor suhu di dalam kotak pendinginnya dan nilainya akan tampil pada LCD. Perhitungan daya input merupakan hasil perkalian dari tegangan input, arus input dan faktor daya.

## Gambar 6. aliran elektron dari P ke N
Pada  pendingin  portable thermoelectric  cooler diperlukan  beberapa  perhitungan  efisiensi  untuk  memperoleh seberapa besar penggunaan energi listrik yang digunakan pada alat pendingin. Daya output dari pendingin portable thermoelectric cooler ini didapat dari perbandingan antara kalor pendingin portable dan coefficiency of performance dari pendingin portable. Sedangkan daya input didapatkan dari Perhitungan dari Tegangan input, Arus Input dan Faktor daya. Dikarenakan, pendingin portable ini menggunakan sumber arus listrik searah maka faktor daya nya sebesar 1. Efisiensi dari pendingin portable thermoelectric cooler dapat dihitung berdasarkan perhitungan sebagai berikut:
η = 𝑃 𝑜𝑢𝑡 𝑃 𝑖𝑛 × 100% (1)
𝑃 𝑜𝑢𝑡 = 𝑄 𝐶𝑂𝑃 (2)
𝐶𝑂𝑃 = 𝑇 𝑎 𝑇 𝑜 − 𝑇 𝑎 (3)
𝑄 = 𝑚 𝑐 ∆𝑇 ∆𝑡 (4)
𝑃 𝑖𝑛 = 𝑉 𝑖𝑛 𝐼 𝑖𝑛 cos 𝜃 (5) Dimana : 𝜂 = Efisiensi pendingin portable (%)
P out = Daya Output (Watt) P in = Daya input (Watt) Q = Kalor yang dilepas pendingin portable (Joule) COP = Coefficiency Of Performance To = Suhu pada keadaan awal (°C) Ta = Suhu pada keadaan akhir (°C) C = Kalor Jenis (KJ/Kg °C) ∆T = Perbandingan suhu keadaan awal –Suhu keadaan akhir(°C)
∆t          = Perbandingan waktu pada keadaan akhir dengan waktu  pada  keadaan awal (Detik)
Cos ϴ  = Faktor daya

## III. H ASIL D AN P EMBAHASAN
Before Proses pengambilan data telah dilakukan berdasarkan hasil pengukuran, sehingga diperoleh Tabel 1 di bawah ini yang meliputi nilai tegangan (V), arus (I), temperature awal (T o ), temperature akhir (T a ), serta waktu yang dibutuhkan untuk mencapai temperature akhir (t). Sehingga diperoleh nilai Daya input (P in ), Daya output (P out ), dan effisiensi ( 𝜂 ).
T ABEL I. D ATA PENGUJIAN PENDINGIN PORTABLE MENGGUNAKAN THERMOELECTRIC COOLER .
No. Volume (L) Persentase Volume (%) T o (°C) T a (°C) t (detik) V in (v) I in (A) P in (Watt) P out (Watt) 𝜂 (%) 1. 0.32 11.55 30.56 20 1512 12 6.25 75 4.94 6.5 2. 0.64 23.10 30.5 20 2672 12 6.25 75 5.25 7 3. 0.96 34.66 31.12 20 4447 12 6.25 75 5.58 7.44 4. 1.28 46.21 32.75 20 6317 12 6.25 75 6.92 9.22
Pada  pembahasan  ini  pengaruh  penambahan  volume  terhadap  waktu  untuk  mencapai  suhu  yang  diinginkan dan juga menganalisa pengaruh penambahan volume terhadap efisiensi pendingin portable ini. Berdasarkan data pada tabel 2, maka dapat diplot dalam gambar grafik yang ditunjukkan pada gambar 7 dan 8.
Gambar 7. Pengaruh Variasi volume terhadap waktu untuk mencapai suhu yang diinginkan
Berdasarkan grafik pada gambar 7, diperoleh bahwa pada volume 0,32 Liter waktu untuk mecapai suhu yang diinginkan ialah 1512 detik sedangkan pada volume 1,28 Liter maka waktu yang dibutuhkan untuk mencapai suhu
yang diinginkan ialah 6317 detik. Pengaruh variasi volume berbanding lurus terhadap waktu untuk mencapai suhu yang diatur oleh arduino. Semakin besar volume yang diuji pada ruang pendingin maka akan semakin lama proses pendingin tersebut mencapai suhu yang diinginkan. Hal ini disebabkan karena semakin besar volume menyebabkan kalor yang dibutuhkan untuk didinginkan akan semakin tinggi juga. Waktu untuk mencapai suhu yang ditargetkan pada arduino akan semakin lama. Selain volume, sesuai dengan persamaan perpindahan panas secara konduksi yang memperngaruhi laju perpindahan panas nya ialah konduktivitas bahan dan luas penampang yang digunakan. Jadi semakin baik konduktivitas bahan digunakan maka semakin baik juga laju perpindahan panasnya dan otomatis akan  mempercepat  waktu  untuk  mencapai  suhu  yang  diatur  arduino.  Bahan  yang  digunakan  adalah  aluminium dikarenakan memiliki kondutivitas yang lebih baik dibandingkan baja dan besi. Luas penampang dari suatu bahan yang digunakan juga mempengaruhi laju perpindahan panasnya. Semakin besar luas penampang dari suatu bahan yang digunakan juga akan semakin baik laju perpindahan panasnya.

## Gambar 8. Pengaruh variasi volume terhadap efisiensi prototipe pendingin portable
Berdasarkan gambar 8 dapat dianalisa bahwa pada volume 0,32 Liter diperoleh efisiensi 6,5% sedangkan pada volume  1,28  liter  diperoleh  efisiensi  diperoleh  9.22%.  Efisiensi  sangat  dipengaruhi  oleh  volume  pendinginan. Semakin besar volume yang harus didinginkan menyebabkan waktu untuk mencapai suhu yang ditargetkan pada arduino akan semakin lama sehingga akan mempengaruhi nilai dari daya output yang semakin meningkat. Selain volume, terdapat beberapa faktor yang mempengaruhi efisiensi yaitu waktu untuk mencapai suhu target dan selisih suhu akhir terhadap suhu awal.

## IV. K ESIMPULAN
Berdasarkan hasil penelitian yang telah dilakukan pada pengujian alat pendingin portable dengan menggunakan thermoelectric ,  maka  dapat  disimpulkan  bahwa  alat  pendingin  ini  dapat  beroperasi  secara  portable  yang  pada umumnya  menggunakan  sistem  refrigerasi  sebagai  sumber  penghasil  udara  suhu  rendah.  Pengujian  2  modul Thermoelektric tipe TEC-12706 yang disusun secara parallel merupakan salah satu alternatif alat pendingin untuk menggantikan alat pendingin dengan sistem refrigerasi dengan memanfaatkan arus listrik searah ( direct current ). Pada variasi volume 0,32 Liter dibutuhkan waktu pendinginan sesuai dengan suhu yang ditargetkan sebesar 1512 detik, sedangkan pada volume 1,28 Liter dibutuhkan waktu pendinginan sesuai suhu yang ditargetkan adalah 6317 detik. Variasi volume yang diberikan pada pendingin portable berbanding lurus dengan waktu untuk mencapai suhu yang diatur pada arduino. Pada volume 0,32 Liter efisiensi yang dicapai sebesar 6,5%, sedangkan pada volume 1,28 Liter efisiensi diperoleh sebesar 9,22%. Peningkatan volume diiringi dengan peningkatan efisiensi dan waktu pendinginan.

## D AFTAR P USTAKA
[1] C. Vogliano et al. , "Progress towards SDG 2: Zero hunger in melanesia – A state of data scoping review," Global Food Security , vol. 29, p. 100519, 2021/06/01/ 2021, doi: https://doi.org/10.1016/j.gfs.2021.100519 .
[2] W.  Zhang,  H.  Jiang,  J.  Cao,  and  W.  Jiang,  "Advances  in  biochemical  mechanisms  and  control  technologies  to  treat  chilling  injury  in postharvest  fruits  and  vegetables,"  Trends  in  Food  Science  &  Technology , vol.  113,  pp.  355-365,  2021/07/01/  2021,  doi: https://doi.org/10.1016/j.tifs.2021.05.009 .
[3] A.  McCulloch,  P.  M.  Midgley,  and  P.  Ashford,  "Releases  of  refrigerant  gases  (CFC-12,  HCFC-22  and  HFC-134a)  to  the  atmosphere," Atmospheric Environment, vol. 37, no. 7, pp. 889-902, 2003/03/01/ 2003, doi: https://doi.org/10.1016/S1352-2310(02)00975-5 .
[4] S.  H.  Zaferani,  M.  W.  Sams,  R.  Ghomashchi,  and  Z.-G.  Chen,  "Thermoelectric  coolers  as  thermal  management  systems  for  medical applications:  Design,  optimization,  and  advancement,"  Nano  Energy , vol.  90,  p.  106572,  2021/12/01/  2021,  doi: https://doi.org/10.1016/j.nanoen.2021.106572 .
[5] M. F. Syukrillah, R. I. Mainil, and A. Aziz, "Pengujian Mesin Pendingin Minuman Portable Menggunakan Port Usb Dan Adaptor Sebagai Daya Input," Riau University, 2016.
[6] H.-L. Tsai and J.-M. Lin, "Model building and simulation of thermoelectric module using Matlab/Simulink," Journal of Electronic Materials, vol. 39, no. 9, p. 2105, 2010.
[7] [D. Guo, Q. Sheng, X. Dou, Z. Wang, L. Xie, and B. Yang, "Application of thermoelectric cooler in temperature control system of space science experiment," Applied Thermal Engineering, vol. 168, p. 114888, 2020/03/05/ 2020, doi: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2019.114888 .
[8] W.-H. Chen, P.-H. Wu, X.-D. Wang, and Y.-L. Lin, "Power output and efficiency of a thermoelectric generator under temperature control," Energy Conversion and Management , vol. 127, pp. 404-415, 2016/11/01/ 2016, doi: https://doi.org/10.1016/j.enconman.2016.09.039 .
[9] R. I. Mainil, A. Aziz, R. N. Gultom, and A. K. Mainil, "Pengaruh variasi arah putaran fan terhadap pendinginan pada pendingin minuman portable menggunakan termoelektrik kapasitas 4,7 liter," Jurnal Sains dan Teknologi , vol. 14, no. 2, 2015.
[10]  H. Ananta, Y. A. Padang, and M. Mirmanto, "Unjuk kerja kulkas termoelektrik dengan rangkaian seri dan paralel pada beban air 1500 ml," Dinamika Teknik Mesin , vol. 7, no. 2, 2017.