## Perancangan Alas Setrika Sebagai Pengisi Baterai ( Battery Charger ) dengan
Memanfaatkan Energi Panas Terbuang pada Saat Jeda Menyetrika
Tri Wahyu Yulianingrum 1 , F Dalu Setiaji 2 , Lukas B Setyawan 3
Program Studi Teknik Elektro, Fakultas Teknik Elektronika dan Komputer, Universitas Kristen Satya Wacana, Salatiga
1 yulianingrum045@gmail.com, 2 fdsetiaji@gmail.com, 3 lukas.b.setyawan@staff.uksw.edu

## Ringkasan
Pada  makalah  ini  dirancang  suatu  alas  setrika  yang  akan  mengubah  energi  panas  setrika yang  terbuang  saat  jeda  menyetrika,  menjadi  energi  listrik  menggunakan  modul  TEG ( Thermoelectric Generator ) yang selanjutnya akan digunakan untuk mengisi sebuah baterai.
Kata kunci: panas, TEG, setrika, charger

## 1. Pendahuluan
Menyetrika  pakaian  merupakan  aktivitas  yang  dilakukan  hampir  semua  keluarga. Ketika sedang digunakan, setrika tidak secara terus menerus digosokkan pada kain. Ada waktunya  pengguna  melakukan  jeda  karena  melakukan  kegiatan  seperti  menyiapkan pakaian, melipat pakaian yang telah disetrika, memasang pakaian pada hanger atau pun memasang  kancing  pada  pakaian  ataupun  bisa  juga  karena  pengguna  beristirahat sejenak.  Pada  saat  terjadi  jeda  tersebut,  setrika  biasanya  hanya  diletakkan  pada  posisi berdiri atau diletakkan pada suatu alas setrika konvensional (Gambar 1) sehingga energi panasnya terbuang sia-sia. Pada makalah ini panas setrika yang terbuang ini akan diubah menjadi energi listrik dengan menggunakan modul thermoelectric generator (TEG).

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 14 No. 2 Oktober 2015 Hal. 127 - 136
Ide dasar dari makalah ini adalah mengubah energi panas terbuang tersebut menjadi energi listrik menggunakan TEG, lalu menyimpannya ke dalam sebuah baterai isi ulang. Pada saat jeda menyetrika, setrika akan ditempatkan pada modul alas setrika yang akan dibuat, di mana TEG akan ditempatkan sehingga sisi panasnya bersentuhan dengan sisi bawah setrika.
Memang  pada  saat  setrika  ditempelkan  pada  alas  setrika,  akan  terdapat  penurunan suhu  sisi  bawah  setrika.  Namun  penurunan  suhu  tersebut  tidak  akan  signifikan mempengaruhi  kinerja  setrika  ketika  akan  digunakan  kembali  untuk  menghaluskan kerut pada pakaian. Karena alas setrika yang dibuat pada dasarnya adalah sama dengan alas setrika konvensional dalam hal menyerap energi panas setrika.
Lagipula penurunan suhu setrika sebesar beberapa derajat celcius tidak akan menjadi masalah.  Hal  ini  karena  kendali  suhu  pada  setrika  listrik  yang  telah  ada,  yaitu  dengan menggunakan  bimetal,  mentoleransi  ralat  cukup  besar  yang  ditunjukkan  dengan  nilai histerisis  yang  dapat  mencapai  30°C  [1].    Jika  diinginkan  kendali  suhu  setrika  dengan lebih tepat maka harus dilakukan perbaikan dalam metode pengendalian suhunya[1],[2].
Untuk menguatkan hipotesis bahwa penggunaan alas setrika tidak akan mengurangi kinerja  setrika,  dilakukan  eksperimen  awal  dengan  menyetrika  pakaian  dengan  dua kondisi, yaitu Gambar 2 ketika jeda setrika diposisikan berdiri (tanpa alas, suhu terukur 170°C)  dan  Gambar  3  ketika  jeda  setrika  diletakkan  pada  alas  konvensional  (suhu terukur  168°C).  Hasilnya  menunjukkan  bahwa  pakaian  akan  sama  halusnya  dengan waktu menyetrika yang relatif sama.
Gambar 2. Pakaian yang disetrika dengan setrika tidak ditempelkan pada alas setrika, a) sebelum disetrika, b) sesudah disetrika
Gambar 3. Pakaian yang disetrika dengan setrika yang sebelumnya ditempelkan pada alas setrika konvensional, a) sebelum disetrika, b) sesudah disetrika
a b a b

## 2. Perancangan
Alat  yang  dibuat  berbentuk  alas  setrika  yang  bersifat portable sehingga  mudah dipindah  tempatkan.  Sumber  panas  yang  digunakan  berasal  dari  panas  setrika  listrik yang terbuang. Bagian alas setrika yang akan bersentuhan dengan bagian bawah setrika, terbuat dari alumunium sebagai kolektor panas. Bagian ini akan bersentuhan dengan sisi panas  dari  empat  buah  TEG  yang  berfungsi  mengubah  energi  panas  menjadi  energi listrik.  Sedangkan  pada  bagian  sisi  dingin  TEG  dipasang  pendingin  ( heat  sink )  yang dicelupkan  ke  dalam  diberi  oli  agar  gradien  suhu  antara  kedua  sisi  TEG  tetap  tinggi. Tegangan  keluaran  TEG  akan  menjadi  masukan  bagi  rangkaian  konverter  DC  ke  DC menggunakan  LM2577-Adj  yang  akan  menghasilkan  tegangan  stabil,  sebagai    pengisi ( charger ) sebuah baterai kering lythium polymer 3,7V,380mAh yang akan berfungsi sebagai penyimpan  energi  yang  dihasilkan.  Diagram  kotak  keseluruhan  alat  ditunjukkan  pada Gambar 1.
Gambar  4. Diagram kotak keseluruhan alat yang dibuat
Sedangkan desain fisik alas setrika yang dibuat ditunjukkan pada Gambar 5.
Gambar  5. Wujud fisik alas setrika yang dibuat
Keterangan gambar:
1. Setrika
2. Kolektor panas
3. TEG dengan Pendingin
4. Buck-Boost Converter
5. Baterai Kering
Setrika Kolektor panas alas setrika TEG dengan pendingin Buck/Boost Converter Baterai kering 2 5 3 1 4

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 14 No. 2 Oktober 2015 Hal. 127 - 136
Berikut ini akan dijelaskan bagian-bagian alas setrika yang dibuat.

## 2.1 Kolektor Panas Alas Setrika
Bagian  ini  merupakan  bagian  alas  setrika  yang  akan  bersentuhan  dengan  bagian bawah  setrika  saat  setrika  tersebut  masih  sedang  jeda  tidak  digunakan.  Kolektor  panas yang  dibuat  dari  alumunium  setebal  3mm  dan  berukuran  25cm×15cm  ini  juga merupakan  penyalur  panas  dari  setrika  menuju  sisi  panas  TEG.  Alumunium  dipililih karena  ringan,  kuat,  memiliki  konduktivitas  panas  yang  baik  serta  mudah  diperoleh dipasaran.
Bagian  sisi  dingin  TEG  ditempelkan  pada  alumunium  ( heat sink )  sebagai  penyerap.
Heat sink ini  dicelupkan  dalam  cairan  oli  dengan  volume  sekitar  1,8  liter  yang  dikemas dalam  wadah  kaca  yang  kedap  yang  berukuran  21cm×11cm×8cm.  Oli  dipilih  sebagai pendingin karena titik didihnya yang tinggi, mencapai 300°C .

## 2.2 Thermoelectric Generator (TEG)
TEG akan menghasilkan tegangan ketika terdapat gradien temperatur atau 𝛥 T antara sisi  panas  dan  sisi  dingin . Modul  TEG  yang  terbuat  dari  bahan Bi - Te ini  akan  bekerja hingga suhu 330˚C.  Empat buah TEG tipe TE-MOD-5W5V-30S yang digunakan disusun secara  seri.  Tujuan  pemasangan  secara  seri  ini  adalah  untuk  menjumlahkan  tegangan keluaran  masing-masing TEG .  Masing-masing TEG tersebut  berukuran  3cm×3cm×5mm (Gambar 6).
Gambar 6. Wujud fisik TEG yang digunakan.
Kedua sisi TEG diolesi dengan pasta termal agar panas merambat  dengan baik. Hal ini perlu dilakukan karena dalam antarmuka apapun selalu terdapat rongga mikroskopis yang  dapat  menjebak  udara  masuk  di  antaranya  sehingga  mengakibatkan  kerugian perambatan panas. Dengan penggunaan pasta termal akan mengisi rongga mikroskopis sehingga meningkatkan konduktivitas termal.

## 2.3 Buck- Boost Converter dan Baterai Kering
Tegangan  keluaran  TEG  bervariasi  tergantung  pada  suhu  antar  kedua  sisinya  (Δ T ) dan beban yang dipasang pada keluarannya. Berdasarkan hasil pengujian, keempat TEG menghasilkan  tegangan  antara  3,9V  sampai  7,9V  ketika  dibebani  resistor  senilai  30Ω. Nilai  30Ω  tersebut  adalah  hambatan  dalam  dari  susunan  keempat TEG seri  tersebut. Untuk  dapat  mengisi  baterai  kering  tipe lythium polymer 3,7V  380mAh  maka  keluaran TEG akan distabilkan pada nilai 4,7V. Untuk itu digunakan rangkaian DC-DC Buck-Boost Converter berbasis IC LM-2577-Adj yang  bisa  menaikkan dan  menurunkan tegangan DC masukannya (yaitu keluaran TEG ) untuk menghasilkan tegangan keluaran yang konstan. Rangkaian  yang  digunakan  ditunjukkan  pada  Gambar  7.  Pemilihan  nilai  komponen rangkaian  tersebut  mengacu  pada  [3].  Pada  keluaran  rangkaian  juga  dipasang  LED indikator  yang  menyala  jika  baterai  terisi  (jika  tegangan TEG bernilai di  atas  1,23V
Perancangan Alas Setrika Sebagai Pengisi Baterai (Battery Charger) dengan Memanfaatkan Energi Panas Terbuang pada Saat Jeda Menyetrika Tri Wahyu Yulianingrum, F Dalu Setiaji, Lukas B Setyawan
sehingga keluaran rangkaian Buck- Boost Converter bernilai 4,7V). Keluaran rangkaian ini langsung dihubungkan ke baterai kering sebagai penyimpan energi.
Gambar 7. Rangkaian Buck-Boost yang digunakan.
Wujud  alas  setrika  yang  telah  dibuat  ditunjukkan  pada  Gambar  8  dengan  dimensi 25cm(P)×15cm(L)×10cm(T)  dan  berat  3,5kg.  Ketika  digunakan,  setrika  cukup  diletakkan di  atasnya  seperti  halnya  menggunakan  alas  setrika  konvensional.  Terminal  yang ditunjukkan pada gambar tersebut dapat digunakan untuk mengukur arus dan tegangan baterai saat pengisian berlangsung.
Gambar 8. Alas setrika yang telah dirancang dan penempatan setrika di atasnya

## 3. Pengujian dan Analisis
Pengujian  pertama  yang  dilakukan  adalah  menguji  dua  cairan  pendingin  yaitu  air (sebagai  pembanding)  dan  oli  yang  akan  digunakan.  Hasil  pengujian  menunjukkan bahwa  air  dengan  volume  yang  lebih  banyak  yaitu  3,3  liter  dibandingkan  dengan  oli bervolume 1,84 liter yang  keduanya sama-sama dipanaskan dengan setrika selama lima menit mengalami kenaikan suhu yang jauh berbeda. Suhu air naik 9,5°C sedangkan suhu oli hanya naik 2,5°C. Dengan demikian oli akan digunakan sebagai pendingin pada alat ini.
1N4004 1N5821 220uF Cout 2681uF 10k R1 IN COM OUT LM 2577-Adj L1 100uH 220uF 2,2uH 2,2uH 4,7V Vout+ Cc 238nF 0,1uF Cin 3V Vin + R2 2k Rc 2,2k
Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 14 No. 2 Oktober 2015 Hal. 127 - 136
Kemudian  diuji  besarnya  tegangan  keluaran TEG dengan  memasang  beban  yang bervariasi  pada  keluarannya.  Pada  pengujian  ini  digunakan  setrika  berdaya  maksimal 350W yang diletakkan di atas alas setrika yang dibuat. Didapatkan bahwa  keluaran dari sususan  seri  empat  buah  TEG  akan  memberikan  daya  maksimum  jika  nilai  beban  30Ω yang menghasilkan daya sebesar 2,23 W.
Selanjutnya  dilakukan  pengujian  pengaruh 𝛥 T terhadap  nilai  keluaran TEG ( V OUT ) dengan hasil ditunjukkan Gambar 9. Pada pengujian ini diberikan beban  30Ω dan suhu diukur menggunakan thermogan Fluke tipe 68-IR Thermometer .
Gambar 9. Grafik perubahan V OUT terhadap 𝛥 T.
Hasil  pengujian  tersebut  menunjukkan  bahwa  tegangan  keluaran  TEG  ( V OUT ) bertambah  besar  dengan  bertambahnya  gradien  temperatur  ( 𝛥 T )  antara  kedua  sisinya, walaupun kenaikannya tidak benar-benar linear.
Selanjutnya  dilakukan  pengujian  rangkaian Buck-Boost  Converter dengan  memberi masukan  berupa tegangan DC yang  berasal dari catu daya  laboratorium  merk  GW tipe GPS-3030D.  Hasil  pengujian  menunjukkan  bahwa  dengan  tegangan  minimal  sebesar 2,86V  rangkaian  sudah  mampu  memberikan  tegangan  keluaran  sebesar  4,73V  atau modul  bekerja  sebagai boost converter .  Sedangkan  saat  tegangan  masukannya  berada  di atas 4,7V maka keluaran tetap bernilai sekitar 4,7V yang berarti rangkaian dapat bekerja sebagai buck converter .  Dengan  demikian  jangkauan  tegangan  keluaran TEG (Gambar  9) dapat  digunakan  untuk  memberi  masukan  rangkaian Buck-Boost  Converter agar menghasilkan tegangan keluaran stabil di sekitar 4,7V.
Tegangan  keluaran  rangkaian  rangkaian Buck-Boost  Converter tersebut  selanjutnya digunakan  untuk  mengisi  baterai.  Pengukuran  arus  dan  tegangan  baterai  yang  sedang diisi,  dilakukan dengan dial pengatur pengatur panas setrika diposisikan pada kondisi minimum dan juga maksimum (paling panas).
Ketika  dial  diposisikan  minimum,  hasilnya  ditunjukkan  pada  Gambar  10  dan  11. Berdasarkan grafik tersebut, menggunakan rumus energi, E = V . I . t , dapat dihitung energi yang  diisikan  pada  baterai  selama  pengujian  (4  menit)  yaitu  0,014 Wh .  Karena  baterai yang digunakan adalah 3,7V, 380mAh (kapasitas maksimalnya 1,41Wh), maka selama 4 menit tersebut (dengan panas setrika minimal), baterai telah terisi sebanyak 1% saja.
3.9 4.8 5.2 5.9 7.65 7.9 0 2 4 6 8 10 9 11 13 13 16 21 V OUT ( V ) 𝛥 T (°C)
Perancangan Alas Setrika Sebagai Pengisi Baterai (Battery Charger) dengan Memanfaatkan Energi Panas Terbuang pada Saat Jeda Menyetrika Tri Wahyu Yulianingrum, F Dalu Setiaji, Lukas B Setyawan
Gambar 10. Grafik tegangan baterai ( V bat ) sebagai fungsi waktu selama pengisian, dengan panas setrika diatur minimal.
Gambar 11. Grafik arus baterai ( I bat ) sebagai fungsi waktu selama pengisian, dengan panas setrika diatur minimal.
Selanjutnya  ketika  dial  diposisikan  maksimum,  hasilnya  ditunjukkan  pada  Gambar 12 dan 13. Berdasarkan grafik tersebut, maka selama 10 menit pengisian baterai (dengan panas setrika maksimal), baterai telah terisi sebanyak 8,51%.
0.82 2.81
3.05 3.12 3.15 3.18 3.19 3.21 3.21 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 0 30 60 90 120 150 180 210 240 V b at (V ) t (s) 0.14 0.12 0.1 0.07 0.05 0.03 0.01 0.01 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0 30 60 90 120 150 180 210 240 I b at (A ) t (s )
Gambar 12. Grafik tegangan baterai ( V bat ) sebagai fungsi waktu selama pengisian, dengan panas setrika diatur maksimal.
Gambar 13. Grafik arus baterai ( I bat ) sebagai fungsi waktu selama pengisian,  dengan panas setrika diatur maksimal.
Pengujian  juga  dilakukan  untuk  mengambil  energi  panas  dari  setrika  yang  telah selesai  digunakan.  Caranya  dengan  memanaskan  setrika  lalu  memutus  catu  daya  PLN yang digunakan dan menempatkan setrika tersebut pada alas setrika yang telah dibuat. Hasil pengukurannya ditunjukkan pada Gambar 14 dan 15.
1.2
3.04 3.33 3.45 3.52 3.58 3.62 3.64 3.68 3.69 3.71 0 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 V b at (V ) t (s ) 0.26 0.26 0.26
0.24 0.23
0.21
0.19 0.18 0.17 0.16 0 0.05 0.1 0.15 0.2 0.25 0.3 0 60 120 180 240 300 360 420 480 540 600 I b at (A ) t (s )
Perancangan Alas Setrika Sebagai Pengisi Baterai (Battery Charger) dengan Memanfaatkan Energi Panas Terbuang pada Saat Jeda Menyetrika Tri Wahyu Yulianingrum, F Dalu Setiaji, Lukas B Setyawan
Gambar 14. Grafik tegangan baterai ( V bat ) sebagai fungsi waktu selama pengisian, dengan sisa panas setrika yang masih panas (catu daya setrika diputus)
Gambar 15. Grafik arus baterai ( I bat ) sebagai fungsi waktu selama pengisian, dengan sisa panas setrika yang masih panas (catu daya setrika diputus)
Dengan  memanfaatkan  energi  sisa  panas  setrika  yang  telah  dipanaskan  tersebut, dalam  waktu  270s  (4,5menit)  didapatkan  bahwa  baterai  dapat  tersisa  sebanyak  1,41% atau  0,02Wh.  Energi  yang  relatif  kecil  ini  masih  bisa  bermanfaat  secara  praktis. Berdasarkan  hasil  pengujian,  energi  ini  cukup  untuk  menyalakan  sebuah  lampu  senter darurat dengan LED tunggal selama sekitar satu jam (Gambar 16).
2.83 3.06 3.16 3.22 3.25 3.27 3.28 3.28 3.28 2.6 2.7 2.8 2.9 3 3.1 3.2 3.3 3.4 30 60 90 120 150 180 210 240 270 V b at (V ) t (s ) 0.16
0.15
0.12 0.11 0.08 0.06 0.04 0.02 0.01 0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 30 60 90 120 150 180 210 240 270 I b at (A) t (s )

## Techné Jurnal Ilmiah Elektroteknika Vol. 14 No. 2 Oktober 2015 Hal. 127 - 136
Gambar 16. Energi dari sisa panas setrika (catu daya setrika diputus) yang telah tersimpan di baterai dapat menyalakan lampu LED tunggal selama sekitar 1 jam.
Pengujian  terakhir  dilakukan  dengan  menggunakan  setrika  untuk  menyetrika pakaian secara wajar, selama satu jam. Selama jeda menyetrika, setrika diletakkan pada alas setrika yang dibuat. Hasil pengujian menunjukkan bahwa energi yang dapat diambil selama  proses  tersebut  dan  disimpan  di  baterai  adalah  sebesar  1,11Wh  atau  sekitar  8% dari kapasitas baterai yang digunakan.

## 4. Kesimpulan
Alas  setrika  portabel  yang  dibuat,  telah  mampu  memanfaatkan  energi  panas  yang terbuang  saat  jeda  menyetrika  menjadi  energi  listrik  yang  disimpan  dalam  baterai. Selama  proses  menyetrika  pakaian  satu  jam,  energi  yang  tersimpan  ke  dalam  baterai adalah sebesar 0,11Wh dari kapasitas total baterai 1,41Wh atau sebesar  8%. Energi yang tersimpan  tersebut  secara  praktis  dapat  dimanfaatkan  misalnya  untuk  penerangan darurat selama sumber listrik PLN padam pada malam hari.

## Daftar Pustaka
[1]  P. Telcer, Cloth Iron Controlled by MC9RS08KA2 , Freescale Czech System Application Laboratory, 2008.
[2]  E.H. Kamaleshwar, S. Karishma, Fully Automated Iron Box, Indian Journal of Science, 2015.
[3]  National  Semiconductor, LM2577-ADJ Datasheet , www.alldatasheet.com , diakses pada 10 Desember 2014