## SISTEM KONTROL SUHU PENYIMPAN BUAH-SAYUR PADA MESIN PENDINGIN TERMOELEKTRIK
Rofan Aziz 1 , Muh. Tanwirul Afkar 2 , Sunanto 3 , Karsid 4
1,2,3,4 Jurusan Teknik Pendingin dan Tata  Udara, Politeknik Negeri Indramayu
1,2,3,4 Jl. Raya Lohbener Lama no.8 Kec. Lohbener Kab. Indramayu E-mail : rofan.aziz@polindra.ac.id 1 , sunanto08@gmail.com 3 , karsids@yahoo.co.uk 4

## Abstrak
Sistem pendingin konvensional berdasarkan kompresi uap memiliki koefisien kinerja (COP) yang tinggi. Namun terdapat kekurangan sistem pendingin kompresi uap saat ini masih menggunakan refrigeran yang memiliki efek merugikan pada lingkungan. Untuk itu dilakukan penelitian mesin penyimpan buah dan sayuran  dengan  menggunakan  sistem  termoelektrik  tipe  TEC1-12706  dengan  sistem  kontrol  suhu menggunakan arduino. Pada penelitian ini suhu di dalam kabin dapat stabil pada 15°C dan masih layak untuk digunakan sebagai penyimpan buah dan sayuran.
Kata Kunci : Termoelektrik, Penyimpan Buah dan Sayur, Sistem Pendingin, Arduino

## Abstract
Conventional  cooling  systems  based  on  vapor  compression  have  a  high  coefficient  of  performance (COP).  However  shortage  of  vapor  compression  cooling  systems  still  using  refrigerants  that  have detrimental  effects on  the environment. For  that purpose,  the  research of  fruit and  vegetable  storage machine using thermoelectric system  TEC1-12706  with  temperature  control  system using  arduino. In this study the temperature in the cabin can be stable at 15° C and still feasible for use as a storage of fruits and vegetables.
Keywords : Thermoelectric, Fruit and Vegetable Storage, Cooling System, Arduino

## I. PENDAHULUAN
Mesin pendinginan saat ini digunakan untuk menjaga produk  makanan  yang  mudah  busuk.  Mesin  pendingin konvensional  berdasarkan  kompresi  uap  memiliki koefisien kinerja (COP) yang tinggi, namun penggunaan refrigeran memiliki efek merugikan pada lingkungan.
Pendinginan  termoelektrik  berdasarkan  efek  Peltier memiliki  keunggulan  penting  dibandingkan  dengan teknologi kompresi uap  meskipun faktanya bahwa COP dari  termoelektrik  tidak  setinggi  teknologi  kompresi uap[1].
Pada perangkat mesin pendingin termoelektrik, modul termoelektrik  yang  digunakan  akan  dipengaruhi  oleh perangkat pengantar panas (heatsink). Dengan demikian, desain  atau  pemilihan  heatsink  untuk  setiap  sisi  mesin pendingin termoelektrik sangat penting untuk mengdukung kinerja keseluruhan sistem mesin pendingin termoelektrik[2].
Telah dilakukan penelitian pengawetan buah dan sayur menggunakan mesin pendingin kompresi uap. Pada sistem pendinginan  tersebut  digunakan  set  point  suhu  2,5°C untuk batas bawah dan 5°C dapat dicapai dengan waktu pengambilan data 1 jam dan sistem akan kembali on-off tiap  20  menit[3].  Dari  penelitian[3]  bentuk  mesin pendingin  masih  besar,  sehingga  agak  susah  dibawa dengan mudah.
Dari  permasalahan  diatas,  Untuk  itu  dilakukan penelitian  tentang  mesin  penyimpan  buah  dan  sayuran menggunakan sistem termoelektrik dengan sistem kontrol menggunakan Arduino.

## II. TINJAUAN PUSTAKA

## 2.1. Termoelektrik
Efek termoelektrik pertama  kali dikenalkan oleh T. J.  Seebeck  pada  tahun  1821[1],  beliau  meneliti  ketika menghubungkan  dua  logam  yang  berbeda  yang dipanaskan,  maka  ujungnya  akan  menghasilkan  efek listrik.  Penelitian  tersebut  disebut  saat  ini  lebih  populer dengan nama efek seebeck . Efek Seebeck terjadi ketika 2 logan konduktor yang berbeda disatukan pada salah-satu ujungnya  ujungnya  kemudian  diberikan  stimulus  panas, maka  pada  ujung  yang  lain  akan  mengasilkan  beda potensial.  Efek Seebeck (α AB )  dapat  dihitung  dengan  V (tegangan  listrik),  dibagi  dengan  nilai  resultan  nilai  T A (suhu mutlak logam A ) dan T B (suhu mutlak logam B).
[1] :
𝛼 𝐴𝐵 = 𝛼 𝐴 −   𝛼 𝐵 = 𝑉 𝑇 𝐴 −𝑇 𝐵 I.1
J. Peltier pada tahun 1834  mengenalkan efek Peltier tentang  perjalanan  arus  listrik  melalui  termokopel menghasilkan  pemanasan  kecil  atau  efek  pendinginan tergantung  pada  arahannya.  Efek  Peltier  (π AB )  dapat
dihitung menggunakan laju aliran kalor (q) dibagi dengan arus listrik (I)[1].
𝜋 𝐴𝐵 = 𝑞 𝐼 I.2
dari  persamaan  Efek Peltier (π AB )  pada  persamaan  2.2. dapat  ditarik  hubungan  bahwa  suhu  logam  (T)  dapat diperoleh dari efek Seebeck (α AB ) dan efek Peltier (π AB ) [1].
𝑇 = 𝜋 𝐴𝐵 𝛼 𝐴𝐵 I.3
Gambar 1. Sistem Termoelektrik[1].

## 2.2. Proses Penyimpanan Buah dan Sayur
Pada  saat  ini  telah  berkembang  mesin-mesin pendingin yang digunakan untuk penyimpanan buah dan sayur.  Banyak  buah  dan  sayuran  yang  dapat  bertahan lama  ketika  disimpan  dalam  mesin  pendingin  tersebut. Untuk  membuat  suhu  didalam  kabin  stabil,  maka  perlu dipasang  sistem  kontrol.  Pada  umumnya  proses  pasca panen  untuk  penyimpanan  buah  dan  sayuran  bisa dilakukan dengan menjaga suhu kabin pada 4°C-21°C[4].

## 2.2. Sistem Kontrol Otomatis
Sistem  merupakan  kolaborasi  beberapa  peralatan yang  bekerja  secara  berbarengan  dengan  tujuan  yang sama[5].  Dalam  suatu  sistem  terdapat  gangguan  yang akan  mempengaruhi  sistem  tersebut  biasanya  kita namakan  dengan  error  sistem  [5].  Gangguan  tersebut cenderung merusak sinyat yang dihasilkan dari peralatan sistem  yang  ada.  Sehingga  untuk  memperbaiki  error tersebut  dipasang  sistem  umpan  balik  untuk  melihat perbedaan  hasil  keluaran  dengan  masukan  acuan  yang diinginkan[5].
Sehingga  dari  penjelasan  diatas  dapat  ditarik kesimpulan  bahwa  Sistem  Kontrol  Otomatis  adalah sistem  kontrol  dengan  menggunakan  peralatan  umpan balik  untuk  membandingkan  dengan  masukan  acuan, dengan perubahan konstanta tersebut seiring berjalannya waktu  sistem  akan  bisa  stabil  sesuai  dengan  masukan acuan yang diinginkan[5].
Sistem kontrol harus direkayasa untuk mendapatkan kondisi sistem yang stabil, dan jika masih ada gangguan yang  mempengaruhi  sistem  tersebut  sistem  tidak  tidak terpengaruh  dan  hanya  terjadi  lonjakan  sesaat  tetapi sistem  tidak  akan  berosilasi  dengan  amplitudo  yang besar[6]. Dari cara pengambilan datanya, sistem kontrol dapat dibagi menjadi 2 (dua), yaitu :

## 2.2.1. Sistem Kontrol Kontinyu (Analog).
Sistem  kontrol  ini  biasanya  masih  menggunakan peralatan  manuat,  bisa  kita  lihat  dari  sinyal  masukan dalam  sistem  kontrol  tersebut  masih  berupa  sinyak kontinyu  (berubah  seiring  dengan  perubahan  waktu), sehingga  keluaran  yang  dihasilkan  dari  sistem  kontrol tersebut masih berupa sinyak kontinyu (analog)[6].

## 2.2.1. Sistem Kontrol Diskrit (Digital).
Selain  sistem  kontrol  kontinyu,  terdapat  sistem kontrol yang tidak terus menerus (diskrit). Sistem kontrol ini biasanya menggunakan peralatan elektronika sebagai sistem  kontrol.  Karena  keterbatasan  waktu  cuplik elektronika  tersebut,  maka  kebutuhan  pencuplikan  data akan disesuaikan dengan sistem yang ada[6].
Sistem kontrol disktrit biasa kita kenal dengan sistem kontrol on-off. Dimana kondisi sistem akan aktif dan mati sesuai  dengan  seting  kondisi  dari  sensor  yang dipasang[6].

## 2.3. Sistem Termal.
Salah  satu  sistem  kontrol  yang  dapat  dimodelkan kedalam  model  kontrol  adalah  sistem  termal.  Sistem termal  adalah  perpindaha  panas  dari  satu  bidang  ke bidang  yang  lain  biasa  disebut  dengan  sistem  termal. Sistem ini dapat kita analisis menggunakan perumpamaan  sebagai  tahanan  dan  kapasitansi.  Dalam pemodelan karena nilai kapasitansi lebih dominan, maka kita  bisa  mengabaikan  nilai  tahanan  dari  arus  panas tersebut[5].
Perpundahan panas dari satu bahan ke bahan lainnya memiliki  tiga  cara  perpindahan  yaitu  dengan  konveksi, radiasi dan konduksi[5].
Untuk  koveksi  dan  konduksi  nilai  perpindahan panasnya bisa dilihat dari persamaan berikut ini[5] :
𝑞 = 𝐾∆𝜃 I.4
Dengan q = tingkat arus panas (kkal/detik) Δθ = Perbedaan suhu (°C) K = koefisiensi (kkal/detik °C)
Dimana  nilai  K  didapatkan  dari  persamaan  untuk nilai  Konduksi 𝑲 = 𝒌𝑨 ∆𝑿 dan  untuk  konveksi  K=HA, dengan  nilai  K  merupakan  konduktivitas  termal (kkal/msec  °C),  A  merupakam  luas  daerah  normal terhadap  arus  panas  (m 2 ), ΔX ketebalan konduktor (m), dan H koefisen konveksi (kkal/m 2 sec °C [5].
Sedangkan  untuk  mendapatkan  nilai  radiasi  panas dari sistem termal, aliran panas dapat diperoleh dari : 𝒒 = 𝑲 𝒓 (𝜽 1 4 − 𝜽 1 4 ) I.5
Dimana : q =  tingkat arus panas (kkal/detik)
Kr = koesisien yang tergantung pada emisitas, ukuran dan konfigurasi dari permukaan pemancar dan permukaan penerima.
Θ 1 = Suhu pemancar absolut (K).
Θ 2 = Suhu pemancar absolut (K).

## 2.4. Arduino
Arduino  merupakan  salah  satu  perangkat  keras elektronik  dengan  sistem  terbuka  ( open  source )  yang memiliki  saluran  masukan  dan  keluaran  ( port  I/O ). Arduino  dapat  dipakai  untuk  membuat  sistem  kontrol yang dapat berdiri sendiri, dan dapat digabungkan dengan komputer sebagai sistem data akuisisi[7].
Karena kemudahan tersebut, arduino dapat digunakan  menggunakan  berbagai  sistem  operasi (Windows,  Machintosh  dan  Linux).  Selain  itu,  arduino memiliki  software  IDE  sendiri  yang  lebih  mudah digunakan dan artistik[7].
Pada  awalnya  arduino  dibuat  di    Ivrea  Interaction Design  Institute  berupa  peralatan  prototyping  yang mudah  dan  cepat  untuk  siswa  yang  tidak  memiliki berlatar belakang bidang elektronika dan pemrograman. Perkembangannya  sekarang  arduino  digunakan  dari sistem  yang  sederhanya,  hingga  yang  komplek  salah satunya adalah aplikasi Internet of Think (IoT)[8]. Tipe  arduino  yang  sering  digunakan  dalam pembuatan  prototipe  adalah  arduino  uno.  Arduino  uno memiliki 14 pin I/O digital dan 6 pin I/O analog[8].
Gambar 2. Arduino uno[8].

## III. METODE

## 3.1. Perancangan
Pada  penelitian  ini  dirancang  mesin  penyimpanan buah  dan  sayuran  dengan  menggunakan  termoelektrik TEC1-12706 dipasang logam penghantar panas ( heatsink )  pada  kedua  sisi  termoelektrik  dengan menggunakan arduino sebagai sistem kontrol suhu. Pada penelitian ini akan dilakukan uji performansi pendinginan menggunakan sistem termoelektrik dengan setpoint suhu untuk penyimpanan buah dan sayuran yaitu masuk pada rentang 4°C-21°C[4].
Tahap  pertama  dilakukan  perancangan  sistem pendingin  menggunakan  termoelektrik  dengan  sistem logam  penghantar  panas  ( heatsink )  diletakkan  di  atas mesin penyimpanan. Desain penyimpanan tersebut dapat dilihat pada gambar 3.
Gambar 3. Desain mesin penyimpan buah dan sayuran.
Tahap  kedua  dilakukan  perancangan  sistem  kontrol mesin penyimpan buah dan sayuran dengan menggunakan arduino dan sensor suhu DS20B18 seperti gambar 4.
Gambar 4. Desain sistem kontrol suhu
Tahap ketiga adalah pengujian dan pengambilan data untuk perbaikan sistem, sehingga sistem yang dibuat akan sesuai dengan setpoint yang diinginkan.
3.2. Flowchart Program
Untuk mendapatkan sistem kontrol yang baik, tahap awal  yang  dilakukan  adalah  membuat  alur  program pengontrol.  Alur  program  yang  kita  rancang  sesuai dengan asumsi awal yaitu sistem pengontrol yang stabil pada suhu 15°C. Karena saat dilakukan percobaan awal suhu kabin masih 23°C, maka dilakukan perubahan alur program  untuk  mendapatkan  suhu  kabin  yang  stabil  di suhu  15°C.  Setelah  melakukan  optimasi  didapat  alur sistem  yang  stabil  sebagai  berikut,  sistem  pertama dijalankan  akan  menghidupkan  termoelektrik,  kipas didalam kabin akan diaktifkan ketika suhu pada heatsink 10°C  yang  akan  mengaktifkan  kipas  selama  5  menit, setelah itu kipas akan mati kembali sampai suhu heatsink 10°C.
Mulai Pembacaan Sensor DS18B20 Suhu heatsink >10 o C Kipas Off selama 5 menit Selesai Tidak Termoelektrik On dan Kipas Off Ya Gambar 5. Flowchart Program

## IV. HASIL DAN PEMBAHASAN
Pada penelitian ini dilakukan rancang bangun sistem kontrol  mesin  penyimpanan  buah  dan  sayuran menggunakan  sistem  pendingin  termoelektrik  dan arduino  dan  sensor  suhu  DS18B20  sebagai  sistem pengontrol  suhu.  Desain  mesin  tersebut  dapat  dilihat seperti gambar 6.
Gambar 6. Mesin penyimpan buah dan sayuran.
4.1.  Metode Pertama tanpa kontrol kipas di heatsink Sebagai  acuan  awal  dilakukan  pengambilan  data sistem ketika belum dilakukan kontrol kipas.
Gambar 7. Data tanpa kontrol
Dari gambar 7 di atas didapatkan hasil suhu dikabin turun  minimal  pada  suhu  23°C  di  menit  ke  40. Selanjutnya suhu kabin sudah stady state pada sekitaran 23°C. Penurunan suhu dalam sudah tidak memungkinkan lagi, karena udara dalam kabin tidak berputar. Untuk itu dilakukan rekayasa sistem kontrol kipas dalam kabin agar terjadi  perpindahan  kalor  dari heatsink dengan  udara dalam  kabin.  Karena  suhu  yang  di  inginkan  untuk penyimpanan  buah  dan  sayuran  masih  belum  tercapai, sedangkan  temperatur  di heatsink bisa  turun  sampai temperatur  5°C.  Maka  dilakukan  rekayasa  kontrol  pada mesin  penyimpanan  buah  dan  sayuran  menggunakan termoelektrik tersebut.
4.2. Metode kedua menggunakan Kipas di heatsink Metode kedua yang dipakai untuk mesin penyimpan buah  dan  sayuran  dengan  menambahkan  kipas  pada heatsink .  Dengan  metode  tersebut  didapat  hasil  seperti gambar 7.
Gambar 8. Data dengan Sistem Kontrol
Pada  gambar  8  temperatur  kabin  bisa  turun  sampai 16°C.  Dari  pengambilan  data  tersebut  sudah  bisa memenuhi  standar  penyimpanan  untuk  penyimpanan buah dan sayuran yaitu masih masuk pada rentang 4°C- 21°C  [4].  Kita  bisa  lihat  penurunan  temperatur  kabin seiring  dengan  penurunan  temperatur  pada heatsink . Perbedaan temperatur heatsink dan temperatur kabin rata- rata di 0,5°C. Selanjutnya suhu di dalam kabin stady state di 16°C.

## 4.3. Metode ketiga dengan sistem kontrol digital.
Pada  metode  ketiga  diambil  dengan  melihat  hasil dari  fenomena  pada  pengambilan  data  tanpa  kipas  dan dengan  menggunakan  kipas heatsink .  Pada  metode pertama tanpa menggunakan kipas, suhu di heatsink bisa
turun  sampai  5°C,  kekurangya  suhu  kabin  masih  lebih dari 23°C. Sedangkan pada metode kedua suhu kabin bisa turun  sampai  16°C,  tetapi  suhu  heatsink  masih  diatas 15°C.  Untuk  itu  dipasang  sistem  kontrol  dengan menggunakan pengukuran di heatsink untuk mendapatkan temperatur terendah di dalam kabin.
Kontrol  digital  yang  digunakan  sesuai  dengan diagram  alir  pada  gambar  5,  dimana  yang  dijadikan temperatur  referensi  adalah  temperatur  pada  heatsink sehingga didapatkan penurunan suhu kabin terendah yang didapatkan.
Sistem  dijalankan  akan  menyalakan  termoelektrik, kipas didalam kabin akan menyala (on) ketika temperatur di heatsink mencapai 10°C.
Gambar 9. Metode 3 Kontrol Digital
Dengan  memasang  sistem  kontrol  digital,  didapatkan penurunan  temperatur  di  kabin  sampai  15°C  dimenit  ke 850.  Setelah  itu  suhu  didalam  kabin stady  state sebesar15°C.

## V. PENUTUP

## Kesimpulan
Dengan  menggunakan  sistem  kokntrol  digital,  mesin penyimpanan  buah  dan  sayuran  dengan  menggunakan termoelektrik  TEC1-12706  didapat  penurunan  terendah sampai 15°C.

## Saran

## VI. DAFTAR PUSTAKA
[1]  H.  J.  Goldsmid, Introduction  to  Thermoelectricity . Springer Science & Business Media, 2009.
[2]  S.  B.  Riffat,  S.  A.  Omer,  dan  X.  Ma,  “A  novel thermoelectric  refrigeration  system  employing  heat pipes and a phase change material: an experimental investigation,” Renew.  Energy ,  vol.  23,  no.  2,  hal.
313–323, Jun 2001.
[3]  R. Aziz dan Karsid, “Uji Performansi Kontrol Suhu dan  Kelembaban  Menggunakan  Variasi  Kontrol Digital  dan  Kontrol  Scheduling  untuk  Pengawetan Buah dan Sayuran,” J. Nas. Tek. ELEKTRO , vol. 4, no. 2, Sep 2015.
[4]  C.  G.  Rao, Engineering  for  Storage  of  Fruits  and Vegetables:  Cold  Storage,  Controlled  Atmosphere Storage,  Modified  Atmosphere  Storage .  Academic
Press, 2015.
[5]  K.  Ogata, Modern  Control  Engineering .  Prentice Hall, 1997.
[6] Prinsip  Dasar  Elektroteknik .  Gramedia  Pustaka Utama.
[7]  M.  Banzi, Getting  Started  with  Arduino .  O’Reilly Media, Inc., 2011.
[8]  “Arduino  -  Introduction.”  [Daring].  Tersedia  pada: https://www.arduino.cc/en/Guide/Introduction. [Diakses: 05-Jul-2017].