Pengaruh Temperatur Kotak Pendingin terhadap Waktu dan Arus Listrik Modul TEC dengan Arduino Mega 2560
Irwin Bizzy 1* , Darmawi 1 , Aneka Firdaus 1 , Dian Apriyan 1 , dan Fadhil Fuad Rachman 1 Jurusan Teknik Mesin, Fakultas Teknik, Universitas Sriwijaya, Jalan Raya Palembang Prabumulih Indralaya Ogan Ilir
*E-mail: irwin@unsri.ac.id
Diterima: 03 April 2022; Direvisi: 12 April 2022; Dipublikasi: 30 April 2022

## Abstrak
Penerapan  modul  TEC  terus  dikembangkan  karena  modul  ini  memiliki  keunggulan  tersendiri.  Keunggulan  modul TEC  ini  antara  lain  hemat  energi  dan  ramah  lingkungan.  Keunggulan  lain  dari  modul  TEC  adalah  tahan  lama, kompak, ringan, dan mudah pengoperasiannya. Penelitian ini memanfaatkan modul TEC untuk mendinginkan sebuah kotak pendingin.  Ukuran  kotak pendingin  yang digunakan adalah 38 cm  x 52  cm  x 35 cm.  Fluida pendingin  yang digunakan  adalah  udara  dan  air.  Pengambilan  data  pengujian  dilakukan  dengan  memakai  sebuah  mikrokontroler Arduino  Mega  2560.  Hasil  penelitian  menunjukkan  bahwa    temperatur  rata-rata  kotak  pendingin  dengan  media pendingin udara, air, dan udara-air adalah 23,36 , 24,50 , dan 22,76 .
Kata kunci: Arduino Mega 2560; energi; modul TEC; ramah lingkungan

## Abstract
The  application  of  the  TEC  module  continues  to  be  developed  because  this  module  has  its  own  advantages.  The advantages  of  this  TEC  module  include  energy-saving  and  environmental  friendliness.  Another  advantage  of  the TEC module is that it is durable, compact, lightweight and easy to operate. This research utilizes the TEC module to cool a cooler box. The size of the cooler used is 38 cm x 52 cm x 35 cm. The cooling fluids used are air and water. The  test  data  was  collected  using  an  Arduino  Mega  2560  microcontroller.  The  results  showed  that  the  average temperature of the cooler box with air, water, and air-water cooling media was 23.36℃, 24.50℃, and 22.76℃.
Keywords: Arduino Mega 2560; energy; TEC modules; environmentally friendly

## 1. Pendahuluan
Pengembangan  dan  aplikasi  dari Thermoelectric  Module (TEM) berkembang  pesat  hingga  saat  ini.  Meskipun memiliki kelebihan karena hemat energi dan ramah lingkungan, namun memiliki kekurangan karena belum cocok untuk daya yang besar, tetapi dengan perkembangan penggunaan transportasi yang hemat bahan bakar dan ramah lingkungan, seperti kendaraan  listrik  akan  semakin diminati untuk penggunaan  modul  ini. TEM terdiri dari  modul Thermoelectric Cooler (TEC) dan Thermoelectric Generator (TEG). Modul TEC digunakan untuk memanfaatkan permukaan sisi panas dan  dinginnya  dengan  cara  mengalirkan  listrik  DC  ke  modulnya.  Bila  memanfaatkan  permukaan  sisi  dingin  dapat digunakan  untuk  mendesain  berbagai  peralatan,  seperti  pendingin  air  [1],  pengkondisian  udara  di  kendaraan  [2], pendinginan  chip  komputer  [3],  dan  lainnya.  Sedangkan  permukaan  sisi  panasnya  dapat  digunakan  untuk  proses pengeringan, pemanas air, dan lainnya. Modul TEG sebaliknya, apabila permukaan sisi panas dan dingin dimanfaatkan akan menghasilkan listrik DC. Peneliti [4] bahwa pemanfaatan modul TEG juga termasuk energi baru terbarukan (EBT) mengingat sumber energinya dapat berupa cahaya matahari, bahkan peneliti [5] telah meneliti pemanfaatan panas buang dari kendaraan bermotor memakai modul TEG untuk menghasilkan energi listrik, [6] meneliti pemanfaatan panas sisa untuk dikonversikan  menjadi  listrik  memakai  modul TEG,  peneliti [7]  meneliti panas  buang dari manifold kendaraan yang  menghasilkan  dimungkinkannya  peletakkan  modul  TEG  disaluran  buang  dengan  temperatur  yang  tinggi  dan penghematan bahan bakar mencapai 11%, dan lainnya.
Menurut  peneliti  [8]  bahwa  penelitian  modul  TEC  dikelompokkan  dalam  beberapa  kreteria  topik  penelitian  di bawah  tahun  2016,  yaitu  pemodelan  transien  dan  karakteristik  dinamis  pendingin  termoelektrik,  studi  komputasi
pendingin  Peltier  transversal  untuk  aplikasi  temperatur  rendah,  analisis  pendingin  termoelektrik  kaskade  dua  tahap untuk  aplikasi  pendingin  elektronik,  kajian  numerik  unjuk  kerja  miniatur  TEC  yang  dipengaruhi  efek  Thomson, pengembangan  modul  hemat  energi  melalui  kombinasi  sel  surya  dan  pendingin  termoelektrik  untuk  aplikasi  gedung ramah  lingkungan,  tinjauan  teknologi  pendingin  termoelektrik  surya  untuk  digunakan  di  bangunan  tanpa  energi, karakterisasi  sistem  manajemen  termal  berbasis Pendingin  termoelektrik dalam  kondisi  operasi  yang  berbeda, kontrol terdistribusi pendingin termoelektrik. Selanjutnya, akan berkembang penelitian yang difokuskan kepada material modul TEC untuk meningkatkan unjuk kerjanya, seperti  penelitian  sifat-sifat semikonduktor, bahan keramik, bahan polimer, dan beberapa aplikasi pemanfaatan modul TEC untuk memenuhi keperluan hidup manusia.
Sebagaimana Bizzy dkk. [9] telah meneliti kotak pendingin minuman kaleng dengan TEC dalam rangkaian seri dan paralel menghasilkan temperatur air minuman kaleng 6 o C – 9 o C, peneliti [10] memanfaatkan teknologi heatpipe sebagai komponen pelepas kalor dalam desain kotak pendingin menghasilkan penurunan  temperatur 800 gr air menjadi ±17ºC dalam  waktu  3600  detik,  peneliti  [11]  meneliti  unjuk  kerja  kulkas  yang  menghasilkan Coefficient  of  Performance (COP)  masing-masing  0,45  untuk  rangkaian  seri  dan  0,45  untuk  rangkaian  paralel,  peneliti  [12]  meneliti  modul  TEC sebagai elemen pendingin menghasilkan temperatur ruang pendingin 14,6 o C dengan waktu pengujian 36 menit, peneliti [13].meneliti pendingin minuman yang ringan menghasilkan temperatur pendingin 15 o C dalam waktu 30 menit dengan konsumsi  listrik  20  W,  peneliti  [14]  meneliti  kotak  pendingin  unjuk  kerja  dengan  variasi  letak  modul  TEC menghasilkan  letak  modul  TEC  terbaik  diletakkan  di  dindingnya  dengan  listrik  30,08  W,  peneliti  [15]  meneliti memonitor temperatur kotak pendingin dengan bantuan Labview dan Iot dapat dapat bekerja dengan baik, .
Berdasarkan uraian di atas, penelitian terbaru ini membandingkan antara sisi panas dan dingin dari modul TEC yang ditempatkan di kotak pendingin dengan media pendingin sisi panas modul TEC adalah udara, air, dan gabungan udara air.  Pengambilan  data  dengan  bantuan  Arduino  Mega  2560, board Arduino  yang  menggunakan  ic  mikrokontroler ATmega 2560.

## 2. Material dan metodologi
Peralatan pengujian yang digunakan terdiri dari kotak pendingin berbahan styrofoam dengan bagian dalam dilapisi aluminum foil , modul TEC1-12706, heatsink , fan, power supply , kotak berisi air, dan Arduino Mega 2560. Metodologi penelitian adalah eksprimental  dengan  membuat  peralatan uji  di  laboratorium Termal  Jurusan Teknik  Mesin  Fakultas Teknik Universitas Sriwijaya. Peralatan uji dan skema pengambilan data dengan Arduino Mega 2560 ditunjukkan pada gambar 1. Arduino Mega 2560 bekerja membaca masukan, memproses masukan tersebut, dan menghasilkan keluaran yang dapat dibaca dan disimpan di komputer.
Pengukuran temperatur dengan  sensor DS  18b20  dan Termokopel tipe  K. Penggunaan MAX6675  dipakai  sebagai pengubah  singal  dari Volt  ke  sinyal  digital  dan  dibaca  oleh  arduino. Adjustable  Power  Supply digunakan  sebagai input masuk modul TEC dan dapat mengatur arus dan tegangan listrik DC masuk ke modul  TEC. Untuk variasi tetap arus  masuk  maka  ditetapkan  1,5  Ampere,  3  Ampere,  dan  4,5  Ampere.  Variasi  pendinginan  permukaan  panas  modul TEC  menggunakan  air,  udara,  dan  gabungan  dari  keduanya.  Pemakaian  kipas  hanya  bagian  luar  yang  dinyalakan sementara bagian dalam dimatikan. Kotak air sebagai pendingin pasif sehingga perlu diganti dengan air tambahan yang telah di sesuaikan dengan temperatur udara luar. Kotak pendingin dibuka setelah pengujian agar temperatur didalamnya dapat kembali ke temperatur udara ambien.
WATER BOX COOLER BOX OUTER FAN THERMOELECTRIC OUTER HEAT SINK INNER HEAT SINK INNER FAN INNER HEAT SINK INNER FAN THERMOELECTRIC OUTER HEAT SINK TEMPERATURE SENSOR POSITION ADJUSTABLE POWER SUPPLY DIMMER DC POWER SUPPLY 12 VOLT FRONT SIDE THERMOCOUPLE SENSOR MAX 6675 TEMPERATURE SENSOR DS18B20 ADRDUINO MEGA 2560 COMPUTER DS1 DS2 DS3 DS4 DS5 DS6 DS7 TC1 TC2 TC3 TC4
Gambar 1. Skema peralatan uji dan pengambilan data dengan Arduino Mega 2560

## 3. Hasil dan pembahasan
Pengujian dan pengambilan data pada kondisi temperatur ruang rata-rata 22 o C. Gambar 3 menunjukkan kenaikan temperatur air dan udara pendingin sisi permukaan panas modul TEC apabila arus listrik (I) ditambahkan dari 1,5 A, 3,0 A,  dan  4,5  A  ke  modul  TEC.  Penambahan  arus  ke  modul  TEC  berdasarkan  beban  pendingin  yang  dihasilkan  dalam kotak pendingin.
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 Te mp er atu r ( o C) Waktu (Detik) DS2 (Ambient) DS rata-rata (Cooler Box) DS7 (air) TC1(TH TEC air) TC2 (TC TEC Air) 1,5 Ampere 3 Ampere 4,5 Ampere
Gambar 2. Data temperatur dan waktu modul TEC pendinginan air
Pendinginan air pada permukaan panas modul TEC terjadi peningkatan termperatur permukaan (TC1)  dikarenakan luasan heatsink dan banyaknya sirip belum mencukupi untuk proses perpindahan panas dari sisi panas  modul TEC ke air. Dilihat dari temperatur sisi dingin (TC2) belum menunjukkan penurunan temperatur yang signifikan walaupun arus
listrik  dinaikkan.  Dalam  penelitian  ini  menggunakan  air  pendingin  yang  tidak  mengalir  sehingga  belum  optimalnya proses perpindahan kalor dari permukaan panas modul TEC ke heatsink ke air (Gambar 2).
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 -10 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 Te mp er atu r ( o C) Waktu (Detik) DS1 (keluaran udara) DS2 (Ambient) DS rata-rata (Cooler Box) TC3 (TH TEC Udara) TC4 (TC TEC Udara) 1,5 Ampere 3 Ampere 4,5 Ampere
Gambar 3. Data temperatur dan waktu modul TEC pendinginan udara
Pendinginan  udara  memiliki  kelebihan  dikarenakan  pendinginan  permukaan  sisi  panas  modul  TEC  menggunakan fan sehingga aliran kalor yang dibuang kontinyu. Pada arus listrik 4,5 A terjadi kenaikkan suhu pada sisi dingin modul TEC,  disebabkan  pelepasan  panas heatsink sudah  maksimal  pada  arus  listrik  3  A.  Untuk  itu,  dibutuhkan  dimensi heatsink yang lebih besar dan peningkatan kecepatan fan (Gambar 3).
0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 -10 0 10 20 30 40 50 Te mp er atu r ( o C) Waktu (Detik) DS1 (keluaran udara) DS2 (Ambient) DS rata-rata (Cooler Box) DS7 (air) TC1(TH TEC air) TC2 (TC TEC Air) TC3 (TH TEC Udara) TC4 (TC TEC Udara) 1,5 Ampere 3 Ampere 4,5 Ampere
Gambar 4. Data temperatur dan waktu modul TEC pendinginan air dan udara
Pendinginan air dan udara (2 modul TEC) terjadi penurunan temperatur sisi dingin (TC2 dan TC4) secara signifikan dan konstan pada setiap peningkatan arus listrik. Kenaikkan temperatur pada sisi panas modul TEC tidak terlalu tinggi dikarenakan arus listrik yang masuk ke masing-masing modul TEC terbagi dua secara paralel sehingga hanya menerima sebagian dari total arus listrik yang masuk (Gambar 4).
0 2000 4000 6000 8000 10000 12000 14000 16000 18000 10 20 30 40 50 60 70 80 Beda T em pe ra tur ( o C) Waktu (Detik) TEC Udara TEC Air TEC Udara dan Air 1.5 A 3.0 A 4.5 A 1.5 A 3.0 A 4.5 A 1.5 A 3.0 A 4.5 A
Gambar 5. Data beda temperatur dan waktu modul TEC
Beda  temperatur  permukaan  panas  dan  dingin  modul  TEC  menunjukkan  bahwa  TEC  udara  dan  air  adalah  yang terbaik dari semua variasi pengukuran.
Tabel 1. Temperatur rata-rata kotak Pendingin
Pendingin Modul Arus Listrik (A) Temperatur rata-rata kotak pendingin ( Udara 1,5 22,87 3,0 24,44 4,5 22,76 Air 1,5 23,10 3,0 25,22 4,5 25,17 Gabungan 1,5 22,90 3,0 23,90 4,5 21,48

## 4. Kesimpulan
Berdasarkan hasil pengujian modul TEC untuk mendinginkan ruang kotak pendingin dengan bantuan micro control arduino mega 2560 dan sensor temperatur DS18b20 dan termokopel tipe K disimpulkan sebagai berikut: Bahwa dengan pengujian dengan dua modul TEC (pendinginan udara dan air) dengan arus listrik 4,5 A yang dipasang secara paralel menghasilkan  temperatur  rata-rata  kotak  pendingin  sebesar  21,48 0 C.  Pendinginan  air  yang  terbaik  dikarenakan  nilai konduktivitas termal air lebih besar dibandingkan udara.

## Ucapan terima kasih
Ucapan  Terima  Kasih  disampaikan  kepada  Rektor  Universitas  Sriwijaya  yang  telah  mendanai  penelitian/publikasi artikel  ini  oleh:  Anggaran  DIPA  Badan  Layanan  Umum  Universitas  Sriwijaya  Tahun  Anggaran  2021.  Nomor  sp
DIPA023.17.2.677515/2021,  tanggal  23  November  2020,.  Sesuai  dengan  SK  Rektor  0010ruN9/SK.LP2M.PTl202l tanggal 28 April 2021.

## Daftar Pustaka
[1] Pourhedayat  S.  Application  of  thermoelectric  as  an  instant  running-water  cooler;  experimental  study  under different operating conditions. Applied Energy 2018; 229: 364–374.
[2] Wang D, Crane D, Lagrandeur J. Design and analysis of a thermoelectric HVAC system for passenger vehicles. SAE Technical Papers . Epub ahead of print 2010. DOI: 10.4271/2010-01-0807.
[3] Al-Shehri S, Saber HH. Experimental investigation of using thermoelectric cooling for computer chips. Journal of King Saud University - Engineering Sciences 2020; 32: 321–329.
[4] Cekdin  C,  Nawawi  Z,  Faizal  M.  The  usage  of  thermoelectric  generator  as  a  renewable  energy  source. Telkomnika (Telecommunication Computing Electronics and Control) 2020; 18: 2186–2192.
[5] Putra  N,  Koestoer  RA,  Adhitya  M,  et  al.  Potensi  Pembangkit  Daya  Termoelektrik  Untuk  Kendaraan  Hibrid. MAKARA of Technology Series 2010; 13: 53–58.
[6] Meng  JH,  Wang  XD,  Chen  WH.  Performance  investigation  and  design  optimization  of  a  thermoelectric generator applied in automobile exhaust waste heat recovery. Energy Conversion and Management 2016; 120: 71–80.
[7] Royale  A,  Simic  M,  Lappas  P.  Engine  exhaust  manifold  with  thermoelectric  generator  unit. International Journal of Engine Research . Epub ahead of print 2020. DOI: 10.1177/1468087420932779.
[8] Balkrishan,  Chand  S,  Soni  A,  et  al.  A  Review  on  Thermoelectric  Cooler. IJIRST  –International  Journal  for Innovative Research in Science & Technology 2016; 2: 674–679.
[9] Bizzy  I,  Apriansyah  R.  Kaji  Eksperimental  Kotak  Pendingin  Minuman  Kaleng  Dengan  Termoelektrik Bersumber Dari Arus DC Kendaraan dalam Rangkaian Seri dan Paralel. Proceeding Seminar Nasional Tahunan Teknik Mesin XII (SNTTM XII) 2013; 23–24.
[10] Putra HF, Suprayogi D, Ajiwiguna TA, et al. Pengembangan Kotak Pendingin Berbasis Termoelektrik dengan Memanfaatkan Heatpipes sebagai Komponen Pelepas Kalor. 2018; 5: 5801–5808.
[11] Ananta H, Padang YA, Mirmanto M. Unjuk kerja kulkas termoelektrik dengan rangkaian seri dan paralel pada beban air 1500 ml. Dinamika Teknik Mesin 2017; 7: 80–86.
[12] Mainil1  RI,  Aziz1  A,  M2  AK.  Penggunaan  Modul  Thermoelectric  sebagai  Elemen  Pendingin  Box  Cooler. Rekayasa dan Aplikasi Teknik Mesin di Industri Kampus ITENAS 2015; 1: 44–49.
[13] Aziz  A,  Mainil  RI,  Mainil  AK,  et  al.  Design  of  Portable  Beverage  Cooler  Using  One  Stage  Thermoelectric Cooler (TEC) Module. Aceh International Journal of Science and Technology 2017; 6: 29.
[14] Mirmanto  M,  Syahrul  S,  Wirdan  Y.  Experimental  performances  of  a  thermoelectric  cooler  box  with thermoelectric  position  variations. Engineering  Science  and  Technology,  an  International  Journal 2019;  22: 177–184.
[15] Zola  M,  Cahyadi  L,  Alamsyah  T.  Cooler  Box  Dengan  Thermoelectric  Cooler  Dengan  Monitoring  Suhu Berbasis Labview dan IOT. Politeknologi 2018; 17: 145–154.