eISSN: 2721-5717; pISSN: 2747-2124

## ZONA LAUT

## JURNAL INOVASI SAINS DAN TEKNOLOGI KELAUTAN
-spasi -Times New Roman 11 Italic- -spasi -Times New Roman 11 Italic-
UNJUK KERJA COOL BOX BERBASIS THERMOELECTRIC COOLER (TEC)

## MENGGUNAKAN SIRKULASI PEMBUANGAN KALOR
-spasi-Times New Roman 11 Italic--spasi-Times New Roman 11 Italic-
Citra Zaskia Pratiwi, Iman Mawardi, Fikrul Haikal Tamami Program Studi Mekanisasi Perikanan Politeknik Kelautan dan Perikanan Sidoarjo *citra.pratiwi@kkp.go.id
-spasi-Times New Roman 11 Italic- -spasi-Times New Roman 11 Italic-
Abstrak
Penelitian  ini  membahas  unjuk  kerja cool  box berbasis Thermoelectric  Cooler (TEC)  dengan  menggunakan  sirkulasi pembuangan  kalor.  Kelebihan  dari  penerapan  sirkulasi  pembuangan  kalor  adalah  mengoptimalkan  kinerja  sisi  dingin elemen peltier. Cool box memiliki kapasitas sebesar 6L dengan dimensi berukuran 45 x 36 x 26 cm. Sirkulasi pembuangan kalor antara lain water block , radiator, dan pompa. Sementara untuk komponen pendingin yang digunakan yaitu elemen peltier TEC1-12706, kipas DC, dan coldsink . Hasil pengukuran suhu cool box tanpa beban selama  3 jam menunjukkan suhu coldsink secara stabil berada pada 10  C dan 16  C untuk suhu ruang. Sementara pengukuran suhu dengan beban 6L menunjukkan suhu coldsink secara stabil berada pada 15  C dan suhu ruang 20  C selama  3 jam. Laju aliran volume udara untuk sirkulator suhu coldsink sebesar 0,0640 m 3 /s dan laju aliran massa udara sebesar 0,0768 kg/s sedangkan laju aliran volume udara untuk kipas pembuangan kalor sebesar 0,0224 m 3 /s dan 0,0269 kg/s untuk laju aliran massa udara. -Times New Roman 11 Italic- Kata Kunci: cool box , thermoelectric cooler, pembuangan kalor, laju aliran volume udara, laju aliran massa udara
-spasi-Times New Roman 11 Italic-New Roman 11 Italic-

## Abstract
This  research  discusses  performance  of  cool  box  based  on  Thermoelectric  Cooler  (TEC)  using  circulation  of  heat dissipation. The advantage of implementing circulation of heat dissipation is optimize performance of cold side of peltier element. Cool box has capacity of 6L with the dimension of 45 x 36 x 26 cm. Circulation of heat dissipation consists of some components such as water block, radiator, and pump. While cooling components used are peltier element TEC1- 12706, DC fan, and coldsink. The cool box temperature measurement results without load for  3 hours show coldsink temperature stably at 10  C and 16  C for room temperature. While the results of temperature measurement with 6L load show coldsink temperature stably at 15  C and room temperature of 20  C for  3 hours. Air volume flow rate for coldsink temperature  circulator  of  0,0640  m 3 /s  and  air  mass  flow  rate  of  0,0768  kg/s  whereas  air  volume  flow  rate  for  heat dissipation fan of 0,0224 m 3 /s and 0,0269 kg/s for air mass flow rate . asi-Times New Roman 11 Italic-
Keyword: cool box, thermoelectric cooler, heat dissipation, air volume flow rate, air mass flow rate -spasi-Times New Roman 11 Italic- -spasi-Times New Roman 11 Italic-

## 1. PENDAHULAN
Salah  satu  metode  yang  digunakan  dalam  penyimpanan  bahan  pangan  adalah  dengan  menggunakan  suhu rendah atau biasa disebut proses pendinginan. Penyimpanan pada suhu rendah berfungsi untuk menghambat kerusakan makanan antara lain kerusakan enzimatis, kerusakan mikrobiologis, dan kerusakan fisiologis [1]. Pendinginan merupakan proses pengambilan suhu panas dari produk pangan sehingga suhu produk menjadi - 1 sampai 8  C. Pendinginan dapat mengawetkan bahan pangan selama beberapa hari atau beberapa minggu tergantung jenis pangannya. Contohnya ikan dapat simpan hingga sekitar 2 hari pada suhu 15 – 20  C, tahan selama 5 – 6 hari pada suhu 5  C, dan pada suhu 0  C dapat mencapai 9 – 14 hari [2].
Pendinginan bahan pangan untuk rumah tangga biasanya menggunakan kulkas yang mempunyai suhu  -2  C sampai  16  C.  Namun  refrigeran  berbasis Chloro  Flouro  Carbon (CFC)  yang  digunakan  pada  kulkas  dapat menyebabkan pemanasan global karena dapat merusak lapisan ozon [3,4]. Cara yang dapat digunakan untuk
mengatasi  permasalahan  tersebut adalah menggunakan  mesin  pendingin dengan sistem termoelektrik.  Pada sistem termoelektrik membutuhkan penukar panas untuk menghilangkan panas secara langsung menjadi listrik atau  mengubah  energi  listrik  menjadi  energi  panas  dan  berfungsi  sebagai  pemanas  atau  pendingin  [5]. Termoelektrik  memiliki  beberapa  keunggulan  antara  lain  relatif  lebih  ramah  lingkungan,  tahan  lama, perawatan mudah dan bisa digunakan dalam skala besar dan kecil [6]. Prinsip termodinamika yang digunakan sistem  termoelektrik  yaitu  efek  Seebeck,  Peltier,  dan  Thompson.  Pada  saat  dialiri  arus  DC,  salah  satu  sisi elemen  peltier  menjadi  dingin  (kalor  diserap)  dan  sisi  lainnya  menjadi  panas  (kalor  dilepaskan)  sehingga elemen  peltier  dapat  dimanfaatkan  sebagai  pemanas  dan  pendingin  [7].  Hal  yang  menyebabkan  sisi  dingin elemen  peltier  menjadi  dingin  adalah  mengalirnya  elektron  dari  tingkat  energi  yang  lebih  rendah  pada semikonduktor tipe p ke tingkat energi yang lebih tinggi yaitu semikonduktor tipe n [8].
Penelitian  sebelumnya  dilakukan  untuk  mengetahui  kinerja  rangkaian  kaskade  TEC  berdasarkan  variasi tegangan input dalam kotak pendingin ikan yang menunjukkan bahwa tegangan input terbaik untuk kinerja TEC adalah 42 Volt dengan temperatur terendah selama penelitian yaitu 7,74℃ pada sisi dingin [9]. Penelitian sebelumnya  juga  dilakukan  dengan  merancang  alat cooler  box semi  konduktor  yang  menggunakan  TEC1- 12706 dengan water cooling . Cooler box semi konduktor ini dapat mencapai temperatur terendah sebesar 11℃ yang dicapai pada waktu 30 menit [10]. Selain itu, dilakukan penelitian untuk mengetahui aplikasi pendingin elektrik  TEC1-12706  dan  TEC1-12715  dengan  heatsink  pada cooler  box semi  konduktor,  hasil  pengujian menunjukkan suhu terendah yang dicapai yaitu 24℃ dalam waktu 60 menit [11].  Kinerja kotak pendingin ( cooler box ) berpendingin TEC1-12715 pada beberapa beban pendinginan menunjukkan bahwa suhu kotak pendingin tanpa beban menurun seiring dengan bertambahnya waktu pendinginan dan suhu yang dicapai rata- rata sebesar 17,08℃  sedangkan suhu rata-rata air dalam kotak pendingin yang berisi 2, 4, dan 6 botol aqua berturut-turut  adalah  21,56℃,  23,08℃,  dan  24,74℃  sehingga  peningkatan  beban  pendinginan  akan meningkatkan daya input ke dalam kotak pendingin dan menurunkan nilai COP sistem pendingin [12]. Oleh karena itu, penelitian ini akan membahas terkait unjuk kerja cool box berbasis Thermoelectric Cooler (TEC) menggunakan sirkulasi pembuangan kalor untuk mengetahui kecepatan aliran udara dalam cool box serta suhu yang dapat dicapai dengan pemberian beban dan tanpa adanya beban.

## 2. METODE
Cool box memiliki kapasitas penyimpanan 6L dengan box bagian dalam menggunakan styrofoam berukuran 45 x 36 x 26 cm. Komponen pendingin pada cool box terdiri dari elemen peltier TEC1-12706 sebanyak 2 buah yang  diletakkan  sejajar  pada  bagian  belakang  box  dalam  dengan  memanfaatkan  sisi  dingin  pada  peltier, coldsink berukuran 28 x 28 x 15 cm yang berfungsi untuk meningkatkan transfer dingin ke seluruh ruangan cool  box ,  kipas  DC  12V  untuk  menyalurkan  suhu  dingin  ke  ruangan,  dan  radiator  yang  berfungsi  untuk mendinginkan air  coolant dari water  block serta  meningkatkan  performasi  pendinginan.  Sedangkan  untuk sumber tenaga listrik menggunakan power supply 12V 10A.
Gambar 1. Cool box berbasis TEC Elemen peltier memiliki sisi dingin dan sisi panas, dimana untuk kebutuhan mesin pendingin, perlu adanya pembuangan  kalor  yang  dihasilkan  oleh  sisi  panas  elemen  peltier  agar  tidak  terjadi overheat yang  akan mengurangi kinerja sisi dingin elemen peltier untuk proses pendinginan.

## Gambar 2. Skema sirkulasi pembuangan kalor
Sirkulasi pembuangan kalor pada sisi panas elemen peltier terdiri dari water block yang dialiri cairan coolant sebagai penyerap kalor dari elemen peltier yang kemudian disirkulasikan menuju wadah penampungan kemudian menuju radiator untuk didinginkan yang dibantu oleh kipas DC 12V 1,24A dalam pembuangan kalor agar lebih optimal. Hasil pendinginan kalor di radiator kemudian akan dipompa kembali menuju water block untuk menyerap kembali kalor dari sisi panas elemen peltier menggunakan pompa DC 12V. Water block 1 dan 2 dirangkai secara paralel sehingga water block akan menerima cairan coolant hasil pendinginan di radiator dengan suhu yang sama, hal tersebut bertujuan agar penyerapan kalor dari sisi panas elemen peltier merata pada kedua water block .
Prosedur  pengujian cool  box dilakukan  dengan  mengukur  suhu  menggunakan  alat portable  Data Acquisition  System (DAQ)  dimana  sensor  yang  digunakan  dalam  membaca  perolehan  suhu  menggunakan sensor  termokopel  type  K. Hardware DAQ  terhubung  dengan  sebuah  laptop  dengan software yang  telah diprogram sehingga dapat digunakan untuk mengontrol operasi dan perangkat DAQ serta digunakan untuk pengolahan, visualisasi, dan menyimpan data pengukuran. Pengukuran suhu cool box dilakukan pada beberapa titik pengujian guna mengetahui sebaran suhu dingin pada coldsink yang disirkulasikan menggunakan kipas DC.
Gambar 3. Titik penempatan sensor termokopel
Keterangan :
a. Sensor termokopel 1 ( coldsink )
b. Sensor termokopel 2 (pojok kanan belakang)
c. Sensor termokopel 3 (sisi depan tengah)
d. Sensor termokopel 4 ( cairan coolant )

## 3. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pengujian dan pengambilan data cool box dilakukan selama  3 jam untuk mengetahui suhu cool box tanpa beban  dan  dengan  beban  6L.  Pengukuran  suhu  dilakukan  pada  titik  penempatan  sensor  termokopel  seperti pada Gambar 3 yaitu pada coldsink , pojok kanan belakang, sisi depan tengah, dan cairan coolant . Pengukuran suhu dilakukan tanpa adanya beban. Berdasarkan Gambar 4, suhu coldsink secara stabil berada pada 10  C dan
suhu ruangan mencapai 16  C. Pengujian dilakukan selama  3 jam dan menyebabkan penurunan suhu pada coldsink hingga  mencapai  3  C.  Hal  ini  dikarenakan  adanya media  pembuangan  kalor cairan coolant dan sirkulasi udara di bagian permesinan sehingga cairan coolant yang digunakan untuk menyerap kalor dari peltier tidak  dalam  kondisi overheat sehingga  sisi  dingin  elemen  peltier  mampu  bekerja  lebih  optimal  dalam menghasilkan suhu dingin.
Gambar 4. Grafik pengukuran suhu tanpa beban
Selanjutnya dilakukan pengukuran suhu selama  3 jam dengan menggunakan beban 6L sesuai kapasitas cool box , didapatkan hasil pengukuran suhu seperti pada Gambar 5. Berdasarkan grafik tersebut, suhu coldsink secara stabil berada pada 15°C dan 20°C pada suhu ruang. Suhu coldsink terus mengalami penurunan seiring bertambahnya waktu pengujian.

## Gambar 5. Grafik pengukuran suhu menggunakan beban 6L
Perhitungan kecepatan aliran udara kipas dilakukan guna untuk mengetahui range kecepatan hembusan dan sebagai acuan minimal kecepatan (m/s) hembusan udara yang diperlukan sehingga mampu menyebarkan udara dingin secara merata ke seluruh ruangan cool box . Mesin pendingin cool box menggunakan 2 buah kipas DC dengan arus dan dimensi yang berbeda. Beberapa poin tersebut mempengaruhi kinerja dari sebuah kipas DC yaitu berupa kecepatan putaran daun kipas dan kecepatan hembusan udara yang tentunya menjadi sebuah pertimbangan dalam pengaplikasian kipas DC tersebut pada mesin cool box . Hubungan antara besar arus yang mampu  diterima  oleh  sebuah  komponen  kelistrikan  (kipas  DC)  dengan  kinerja  yang  dihasilkan  yaitu berbanding lurus. Semakin besar arus yang mampu diterima kipas DC, maka semakin cepat putaran daun kipas (rpm) yang dihasilkan.
Tabel 1. Variasi kecepatan putaran kipas DC
Variasi kecepatan putaran kipas DC (rpm) A (m 2 ) V (m/s)  (kg/m 3 ) Laju aliran volume (m 3 /s) Laju aliran massa (kg/s) 1800 0,0064 10 1,2 0,0640 0,0768 3700 0,0014 16 1,2 0,0224 0,0269
Kipas DC yang digunakan untuk sirkulator suhu coldsink memiliki spesifikasi sebagai berikut.

## Tabel 2. Spesifikasi kipas DC untuk sirkulator
Merk Model Dimensi (mm) Tegangan (V) Arus (A) Kecepatan putaran (rpm) Kecepatan udara (m/s) TP M802512H 80 x 80 x 25 12 0,18 1800 10
Gambar 6. Kipas DC untuk sirkulator suhu coldsink
Kipas DC dengan spesifikasi tersebut diaplikasikan sebagai media sirkulator suhu dingin dengan cara menghembuskan suhu dingin yang diterima oleh coldsink dari peltier menuju seluruh ruangan cool box. Laju aliran volume udara dan massa udara dapat dihitung dengan persamaan 1 dan 2.
𝑄 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = 𝑉 𝑥 𝐴 = 10 𝑥 0,0064
= 0,0640 m 3 /s (1)
𝑚 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = 𝜌 𝑥 𝑉 𝑥 𝐴 = 1,2 𝑥 10 𝑥 0,0064
= 0,0768 kg/s (2)
dimana 𝑄 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 adalah laju aliran volume udara dalam m 3 /s, V adalah kecepatan aliran udara dalam m/s dan A adalah luas penampang dalam m 2 dimana 𝑚 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 adalah laju aliran massa udara dalam kg/s, 𝜌 adalah massa jenis udara dalam kg/m 3 , V adalah kecepatan aliran udara dalam m/s dan A adalah luas penampang dalam m 2
Elemen peltier memiliki sisi dingin yang dimanfaatkan sebagai sistem pendingin utama mesin cool box . Suhu dingin yang dihasilkan sisi dingin elemen peltier diserap oleh coldsink. Kipas DC 0,18A berfungsi sebagai sirkulator yang akan menghembuskan suhu dingin tersebut menuju seluruh ruangan cool box . Kecepatan aliran udara yang dihasilkan yaitu 10 m/s mampu mendinginkan ruang cool box hingga suhu 16°C. Selain itu, kipas DC juga digunakan pada radiator untuk pembuangan kalor dengan spesifikasi sebagai berikut.
Tabel 3. Spesifikasi kipas DC untuk pembuangan kalor
Merk Model Dimensi (mm) Tegangan (V) Arus (A) Kecepatan putaran (rpm) Kecepatan udara (m/s) Delta FFB1212SH 120 x 120 x 25 12 1,24 3700 16
Kipas  DC  dengan  spesifikasi  tersebut  diaplikasikan  sebagai  media  pembuangan  panas  dengan  cara menghembuskan udara kipas DC menuju radiator untuk membuang kalor yang diterima oleh cairan coolant yang  berada  di  dalam  radiator  tersebut.  Laju  aliran  volume  udara  dan  massa  udara  dapat  dihitung  dengan persamaan 3 dan 4.
𝑄 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = 𝑉 𝑥 𝐴 = 16 𝑥 0,0014
= 0,0224 m 3 /s
(3)
𝑚 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 = 𝜌 𝑥 𝑉 𝑥 𝐴 = 1,2 𝑥 16 𝑥 0,0014 = 0,0269 kg/s (4)
dimana 𝑄 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 adalah laju aliran volume udara dalam m 3 /s, V adalah kecepatan aliran udara dalam m/s dan A adalah luas penampang dalam m 2 dimana 𝑚 𝑢𝑑𝑎𝑟𝑎 adalah laju aliran massa udara dalam kg/s, 𝜌 adalah massa jenis udara dalam kg/m 3 , V adalah kecepatan aliran udara dalam m/s dan A adalah luas penampang dalam m 2
Cairan coolant diaplikasikan sebagai cairan pembuang kalor dari sisi panas elemen peltier. Pemberian media pembuangan kalor menggunakan bantuan kipas DC dan radiator yang dialiri cairan coolant akan membuat suhu sisi panas elemen peltier tidak overheat dan sisi dingin elemen peltier dapat lebih optimal serta mampu mencapai  batas  kemampuannya  dalam  menghasilkan suhu  dingin.  Kecepatan aliran  udara  kipas  DC  1,24A yaitu mencapai 16 m/s mampu mempertahankan suhu cairan coolant pada suhu 37,4°C.

## 4. KESIMPULAN
Cool  box berbasis Thermoelectric  Cooler (TEC)  dengan  menggunakan  sirkulasi  pembuangan  kalor dapat mengoptimalkan kinerja sisi dingin elemen peltier. Berdasarkan hasil pengukuran suhu cool box tanpa beban selama  3 jam didapatkan suhu secara stabil pada coldsink sebesar 10  C dan 16  C untuk suhu ruang. Suhu pada coldsink terus mengalami penurunan hingga mencapai  3  C. Sementara hasil pengukuran dengan beban  6L  menunjukkan  suhu  pada coldsink secara  stabil  berada  pada  15  C  dan  20  C  pada  suhu  ruang. Perhitungan laju aliran volume udara dan massa udara dilakukan untuk mengetahui kecepatan hembusan dalam penyebaran  udara  dingin  ke  seluruh  ruangan cool  box dimana  digunakan  kipas  DC  untuk  sirkulator  suhu coldsink dan pembuangan kalor. Laju aliran volume udara kipas untuk sirkulator suhu coldsink sebesar 0,0640 m 3 /s dan laju aliran massa udara sebesar 0,0768 kg/s sedangkan untuk kipas pembuangan kalor, laju aliran volume  udara  sebesar  0,0224  m 3 /s  dan  0,0269  kg/s  untuk  laju  aliran  massa  udara.  Hasil  penelitian menunjukkan bahwa cool box berbasis TEC dapat menjadi alternatif mesin pendingin yang ramah lingkungan dan  hemat energi.  Rekomendasi  untuk penelitian selanjutnya adalah  melakukan analisis terhadap  pengaruh variasi beban, ukuran coldsink , dan jumlah elemen peltier terhadap kinerja cool box .

## DAFTAR PUSTAKA
[1]  T.  R.  Buntu,  F.  P.  Sappu,  and  B.  L.  Maluegha,  "Analisis  Beban  Pendinginan  Produk  Makanan Menggunakan Cold Box Mesin Pendingin LUCAS NULLE TYPE RCC 2 ," Jurnal Online Poros Teknik Mesin, vol. 6, pp. 20-31, 2017.
[2]  N. M. Sitakar, Nurliana, F. Jamin, M. Abrar, Z. H. Manaf, and Sugito, "Pengaruh Suhu Pemeliharaan dan Masa Simpan Daging Ikan Nila (Oreochromis niloticus) Pada Penyimpanan Suhu -20  C Terhadap Jumlah Total Bakteri, " Jurnal Medika Veterinaria , pp. 162-165.
[3]  Munawir,  M.  N.  Sasongko,  and  N.  Hamidi,  "Unjuk  Kerja Cool  Box Berbasis  Thermolektrik Cooler dengan Single dan Multi-Stage Termoelektrik," Jurnal Rotor, vol. 12, pp. 28-32, 2019.
[4]  Munawir. M. N. Sasongko, and N. Hamidi, "Kinerja Thermoelectric Pada Kotak Pendingin Berdasarkan Rangkaian Thermoelectric dan Putaran Fan Wind Tunnel, vol. 12, pp. 27-40, 2021.
[5]  A. K. Mainil, A. Aziz, and M. Akmal, "P ortable Thermoelectric Cooler Box Performance with Variation of Input Power and Cooling Load," Aceh International Journal of Science and Technology , vol. 7, pp. 85-92, 2018.
[6]  Amrullah,  "Rancang  Bangun Cooler  Box Berbasis  Termoelektrik  Dengan  Variasi Heatsink,"  Jurnal Teknologi Terpadu , vol. 1, pp. 59-64, 2021.
[7]  I. Rosyadi, Haryadi, N. Pratama, M. H. Fasya, A. Irman, Aswata, Y. Yusuf, "Analisis perancangan cooler box berbasis termoelektrik terhadap varian penggunaan termal paste , faktor lingkungan, dan heatsink, " Journal Industrial Servicess, vol. 7, pp.188-192, 2021.
[8]  H. Munnik, D. Yohannes, and Y. Bekti, "Pemanfaatan Peltier untuk Cooler Box Mini," Jurnal Teknologi Industri ,  vol. 11, 2022.
[9]  Sabiqunassabiqun,  Z.  Djafar,  and  W.  H.  Piarah,  " Performance  of  TEC  Cascade  on  Input  Voltage Variations in Fish Cooler Box," EPI International Journal of Engineering, vol. 5, pp. 44-49, 2022.
[10] B. Permana and I. M. Arsana, "Aplikasi Pendingin Elektrik TEC1-12706 dengan Water Cooling Pada Cooler Box Semikonduktor," Jurnal Rekayasa Mesin, vol.4, pp.61-66, 2017.
[11] K. U. Bramantyo and I. M. Arsana, Aplikasi Pendingin Elektrik TEC1-12706 dan TEC1-12715 dengan Heatsink Pada Cooler Box Semi Konduktor," Jurnal Rekayasa Mesin ,  vol. 5, pp.153-158, 2019.
[12] I.  A.  Sormin,  I.  B.  P.  Gunadnya,  and  I.  G.  N.  A.  Aviantara,  "Kinerja  Kotak  Pendingin  ( Cooler  Box ) Berpendingin  TEC1-12715  Pada  Beberapa  Beban  Pendinginan," Jurnal  Beta  (Biosistem  dan  Teknik Pertanian) , vol. 11, pp. 29-37, 2023.