Volume 05, No. 1, May 2021, page 14 - 19

## JEE
Jurnal Edukasi Elektro https://journal.uny.ac.id/index.php/jee

## Perancangan Purwarupa Pembangkit Termoelektrik sebagai Media Pembelajaran Konversi Energi
Adlan Bagus Pradana 1* , Fajar Irawan 2 , Andreas Wisnu 3 , Burhan Dwi Saputra 4 , Giri Subakti 5 , Muhammad Yusuf 6 , Thalia Roza Yunita 7 1,2,3,4,5,6,7 Teknologi Listrik, Departemen Teknik Elektro dan Informatika, Sekolah Vokasi, Universitas Gadjah Mada
1 adlan.pradana@ugm.ac.id* * corresponding author

## ABSTRACT

## Article Info
Thermoelectric is a device which has the ability to efficiently convert heat energy into electrical energy. The voltage generated by this thermoelectric is low, so that it  needs  to  be  amplified  in  order  to  utilized.  Strengthening  is  done  using  a  DC Boost  Converter.  The  resulting  tool  can  be  used  as  a  medium  for  learning renewable energy conversion.
Article history Received: Jan. 7 th , 2021 Revised: March 15 th , 2021 Accepted: May 30 th , 2021
Keywords thermoelectric, DC boost converter, energy conversion, renewable energy.

## ABSTRAK
Termoelektrik  adalah  komponen  elektronika  yang  memiliki  kemampuan mengubah  energi  panas  menjadi  energi  listrik.  Level  tegangan  yang  dihasilkan oleh  elemen  termoelektrik  ini  bernilai  rendah.  Agar  dapat    dimanfaatkan,  level tegangan  ini  perlu  melalui  proses  penguatan  terlebih  dahulu.  Penguatan  dapat dilakukan  dengan  menggunakan DC  Boost  Converter. Dengan  cara  seperti  ini, termoelektrik  dapat  dimanfaatkan  sebagai  pembangkit  tenaga  listrik.  Pada penelitian  ini  dilakukan  perancangan  purwarupa  pembangkit  listrik  berbasis termoelektrik  yang  dapat  dipergunakan  sebagai  media  pembelajaran  konversi energi terbarukan

## PENDAHULUAN
Media  pembelajaran  sangat  penting perannya terhadap ketercapaian target pembelajaran  mata  kuliah.  Salah  satunya  mata kuliah yang ada di Departemen Teknik Elektro dan Informatika (TEDI) UGM adalah Konversi Energi  Terbarukan.  Media  pembelajaran  yang dapat  dipakai  pada  mata  kuliah  ini  adalah pembangkit termoelektrik. Pembangkit termoelektrik  ini  dapat  dibuat  sendiri  dengan menggunakan komponen elektronika sederhana.  Pada  penelitian  ini  dilakukan perancangan purwarupa pembangkit termoelektrik.
Termoelektrik  adalah  piranti  yang  dapat mengkonversi  energi  panas  menjadi  energi listrik.  Perbedaan  suhu  panas  dan  dingin  antar elemen  yang  ada  pada  perangkat  dapat menghasilkan  perbedaan  potensial  yang  dapat dimanfaatkan  sebagai  sumber  listrik.  Telah banyak  penelitian  yang  dilakukan  terkait pembangkit termoelektrik ini. Nugroho Tri. W., &  Arif  R.H.  (2016:  485-490)  Melakukan  uji performansi  pendingin  termoelektrik  pada sistem  pendingin  peti  insulasi  alat  transportasi ikan  segar.  Azridjal A.,  Joko  S.,  &  Villager  S (2016:32-38)  telah  mengaplikasikan  pendingin termoelektrik  untuk  pendinginan  beban  kecil pada  pendingin  kotak  minuman.  Riskha,  M.H., Rizky.,  Mohammad  A.,  &  Ida  B  (2016:  130-
136)  melakukan  perancangan  alat  pengisian baterai  12V  untuk  keperluan  UMKM  di Balikpapan  untuk  proses charging selama  8,33 jam.  Yanu,  A.S.,  Dedy  K.S.,  &  Bambang  S.K (2016:1-7)  membuat  sistem  pengisi  baterai menghindari overcharge oleh  PV  Panel sehingga  pengisian  dapat  lebih  optimal. Hartanto,  P.,  &  Antonius  W  (2017:33-44) membuat alat prototipe charger baterai menggunakan  3 macam  sumber  dengan  sebuah LCD  untuk  memonitor  jumlah  dan  arus pengisian  baterai.  Eko  P  (2017:148-156)  telah berhasil membuat pengisian baterai menggunakan  inverter  untuk  mengefektifkan sistem  panel  surya  pada  sepeda  listrik  niaga. Jojo S., Aa S., & Muhammad I.P.  (2017: 123- 128)  menggunakan  termoelektrik  generator yang  memanfaatkan  panas  dari  kompor  tungku untuk  lampu  penerangan.  Dian  W.,  Rino.,  & Yazmendra  R  (2016:  1-8)  berhasil  membuat kajian eksperimental memanfaatkan termoelektrik  sebagai  alat  multifungsi  untuk mendapatkan  pemanasan  dan  pendinginan. Kemudian  Reko,  R.,  &  Ayong  H  (2019:  1-10) Membuat rancangan smart charge baterai untuk menghindari overcharge dan  DOD  yang  dapat diketahui  melalui  website.  Penelitian  terbaru dilakukan  oleh  Muhammad  A.P.,  &  Mahendra W  (2020:251-258)  yang  berhasil  membuat prototipe  pembangkit  listrik  termoelektrik generator  dengan  penghantar  panas  berupa aluminium,  kuningan,  dan  seng  menggunakan sinar matahari.
Pada  penelitian  ini  dirancang  sebuah purwarupa pembangkit listrik berbasis
termoelektrik dengan tegangan keluaram berkisar  5  V.  Nantinya  purwarupa  ini  akan digunakan  untuk  kepentingan  pembelajaran energi terbarukan.

## METODE
Pada  penelitian  ini  dilakukan  beberapa tahapan  yaitu,  studi  literatur,  perancangan  alat, pembuatan  alat, trial  error ,  dan  pengambilan data
Pada  tahapan  studi  literatur,  dilakukan pencarian  informasi  mengenai  segala  sesuatu yang  berkaitan  dengan  penelitian.  Informasi didapatkan dari penelitian sebelumnya. Didapatkan  bahwa  hubungan  antara  perbedaan suhu  permukaan  termoelektrik  dan  tegangan keluaran adalah linear sesuai dengan Persamaan Efek Seebeck.
(1) Dimana: S = Koefisien Seebeck (V/C°) = Tegangan Termoelektrik (V) ΔT = Perbedaan Suhu (C°) Gambar 1. Diagram Alir Penelitian Pada tahapan perancangan alat, dilakukan analisis kebutuhan keluaran- masukan, penggambaran  sketsa  rancangan,  dan penentuan komponen yang dibutuhkan.
Mulai Studi Literatur Perancangan Alat Pembuatan Alat Alat sesuai yang diinginkan Pengambilan Data Selesai Tidak Ya
Ditentukan  bahwa  komponen-komponen  yang dibutuhkan adalah:
1. Termoelektrik,  yaitu  untuk  mengubah perbedaan suhu menjadi energi listrik.
2. Wadah  pembakaran,  sebagai  tempat meletakkan bahan bakar yang menghasilkan suhu tinggi (panas).
3. Wadah  pendingin  di  sisi  bawah termoelektrik  yang  menghasilkan  suhu rendah (dingin).
4. Heatsink berfungsi  sebagai  penahan pelepas panas
5. DC Boost Step Up menaikkan tegangan keluaran  sehingga  energi  listrik  dapat dimanfaatkan.
Pada  Gambar  2  dan  3  masing-masing menampilkan sketsa fisik dan rangkaian alat.
Gambar 2. Sketsa Fisik Alat
Gambar 3. Rangkaian Alat
DC Boost Step Up yang dipakai berbasis IC  MT3608.  IC  MT3608  adalah  IC Boost  Step Up  6  pin  berbasis  MOSFET.  IC  ini  memiliki osilator  internal.  IC  ini  juga  memanfaatkan tegangan  masukan  sebagai  catu  dayanya, sehingga  tidak  membutuhkan  catu  daya tambahan.
Tahap  berikutnya  adalah  pembuatan fisik alat. Tahapan ini dilakukan di Laboratorium  Teknik  Tenaga  Listrik  Sekolah Vokasi TEDI UGM.
Gambar 4. Proses Pengujian Alat dengan Bahan Bakar Arang
Setelah  fisik  alat  yang  dirancang terwujud,  dilakukan  percobaan.  Kekurangan kinerja  alat  diperbaiki  sampai  alat  bekerja sesuai  yang  diinginkan.  Tahap  terakhir  adalah pengambilan data. Tahapan ini dilakukan untuk memperoleh  karakteristik  dari  alat  yang dirancang .

## HASIL DAN PEMBAHASAN
Bentuk alat tampak samping ditampilkan  pada  Gambar  5.  Pada  Gambar 6 menampilkan DC Bost Step Up converter .
Gambar 5. Bentuk Alat Tampak Samping
Pengujian  dilakukan  dengan  bantuan thermogun untuk mengukur suhu dan multimeter untuk mengukur tegangan keluaran. Wadah  pembakaran  diisi  dengan  arang  yang dibakar,  sementara  wadah  pendingin  diisi dengan  es.  Didapatkan  data  sebagaimana  tabel 1  di  bawah.  Pada  Gambar  7  ditunjukkan pengukuran output tegangan.
Tabel 1. Data Suhu dan Tegangan
No Perbedaan Suhu (°C) Tegangan (V) 1 30 1,00 2 32 1,50 3 34 2,00 4 36 2,85 5 38 3,12 6 40 4,00
Gambar 7. Pengukuran Output Tegangan
Dari  data  yang  didapatkan,  dilakukan analisis  regresi  linear.  Grafik  regresi  linear antara  tegangan  dan  suhu  ditampilkan  pada Gambar 8.
Gambar 8. Grafik Regresi Linear Tegangan dan
Suhu
Didapatkan  hubungan  antara  perbedaan suhu  permukaan  termoelektrik  dan  tegangan keluaran sebagaimana persamaan (2) berikut.
= 0,2959 T – 7,9433 (2)
Dimana :
= Tegangan keluaran (V) T
= Suhu (C°)
Nilai  Koefisien  Seebeck  didapatkan  sebesar 0,2952 V/C°.
Berdasarkan  persamaan  (2),  terlihat bahwa  jika  suhu  ditingkatkan,  maka  nilai tegangan  keluaran  akan  tinggi,  namun terdapat  batasan  untuk  melakukan  hal  ini. Batasan  yang  dimaksud  adalah  ketahanan dari  komponen  termoelektrik  terhadap panas.
Pada  saat  pengujian,  diinginkan untuk  mencapai  tegangan  sebesar  12  V. Tegangan  ini  dipandang  cukup  untuk langsung  dimanfaatkan,  misalnya  untuk untuk  mengisi  aki.  Untuk  memperoleh tegangan sebesar ini, dengan menggunakan persamaan  (2)  perbedaan  suhu  yang diperlukan adalah sebagaimana berikut.

## 12 = 0,2959 T – 7,9433
T = 67.39 o C
Namun  pada  saat  melakukan  percobaan untuk  mencapai  nilai  tegangan  ini,  komponen termoelektrik  mengalami  kerusakan  berupa pecah. Hal ini dapat terjadi meskipun rancangan sudah dilengkapi dengan pelepas  panas
( heatsink) . Pada gambar 9 ditunjukkan penggunaan purwarupa pembangkit
termoelektrik  sebagai  peraga  pembelajaran energi terbarukan.
Gambar 9. Penggunaan Purwarupa sebagai Peraga Pembelajaran Energi Terbarukan

## SIMPULAN
Dari penelitian ini didapatkan bahwa purwarupa berhasil diwujudkan sesuai yang direncanakan. Purwarupa juga telah digunakan  sebagai  media  pembelajaran sebagaimana  tujuan  utama  dari  penelitian ini. IC MT3608 bekerja dengan baik dalam meningkatkan  tegangan  keluaran,  sehingga mampu menghasilkan tegangan yang cukup tinggi  untuk  dapat  dimanfaatkan,  misalnya untuk  mengisi  baterai.  IC  ini  juga  tidak membutuhkan catu daya tambahan.
Dari  penelitian  ini  dibuktikan  pula bahwa  hubungan  antara  perbedaan  suhu permukaan  termoelektrik  berbanding  lurus dengan  tegangan  yang  dihasilkan.  Faktor pembatas  untuk  menghasilkan  tegangan termoelektrik  yang  tinggi  adalah  ketahanan panas termoelektrik. Masih terbuka peluang penelitian  lanjutan  untuk  mengembangkan purwarupa  ini  sehingga  menghasilkan tegangan  dan  efisiensi  yang  lebih  tinggi. Tegangan yang lebih tinggi dapat dilakukan dengan menyusun termoelektrik secara seri. Sedangkan efisiensi yang lebih tinggi dapat dilakukan  dengan  menggunakan  wadah pembakaran  yang  terisolasi,  sehingga  tidak ada panas yang terbuang percuma.

## DAFTAR RUJUKAN
Azridjal  A.,  Joko  S.,  &  Villager  S.  2017. Aplikasi Modul Pendingin Termoelektrik Sebagai Media Pendingin Kotak
Minuman. Jurnal Rekayasa Mesin, 10 (1),
32-38.
Dian W., Rino., & Yazmendra R. 2016. Kajian Eksperimental Alat Multi Fungsi Bercatu Daya  Termoelektrik  Untuk  Pendinginan dan Pemanasan. Jurnal Rotor 2, 1-87.
Eko,  P.  2017.  Pengembangan  Solar  Panel  dan Inverter  Sebagai  Alat  Untuk  Charging Baterai  Pada  Sepeda  Listrik. Jurnal Edukasi Elektro 1 (2), 148-156.
Hartanto,  P.,  &  Antonius  W.  2017.  Prototipe Charger  Baterai  Menggunakan  Sumber Energi  Matahari,  Listrik,  dan  Mekanik. Widya Teknik, 9 (1), 33-44.
Jojo  S.,  Aa  S.,  &  Muhammad  I.P.  2017.
Pemanfaatan sumber Panas pada Kompor Menggunakan 10 Termoelektrik
Generator  Dirangkai  Secara  Seri  Untuk Aplikasi  Lampu  Penerangan. SINTEK JURNAL  :  Jurnal  Ilmiah  Teknik  Mesin, 11 (2), 123-128.
Muhammad  A.P.,  &  Mahendra  W.  2020.
Prototipe Pembangkit Listrik Termoelektrik  Generator  Menggunakan Penghantar  Panas  Aluminum,  Kuningan,
dan  Seng. Jurnal  Teknik  Elektro,  9 (2),
251-258.
Nugroho  Tri.  W.,  &  Arif  R.H.  2016. Performansi  Pendingin  Termoelektrik Alat  Transportasi  Ikan  Segar  Pada Berbagai  Tegangan. agriTECH,  36 (4) , 485-490.
Reko, R., & Ayong H. 2019. Studi Perancangan Dan  Analisis  Sistem  Pengisian  Cerdas (Smart  Charge) Baterai. Jurnal  Teknik Elektro  Universitas  Tanjungpura,  2 (1), 1-10.
Riskha, M.H., Rizky., Mohammad A., & Ida B. 2016.  Rancang  Bangun  Charger  Baterai Untuk  Kebutuhan  UMKM. JTT  (Jurnal Teknologi Terpadu), 4 (2), 130-136.
Yanu, A.S., Dedy K.S., & Bambang S.K. 2016. Rancang Bangun Sistem Pengisi Baterai
Lead Acid Berbasis Mikrokontroler Atmega 328 Dengan Sumber Stand- Alone Pv System. Jurnal Arus Elektro Indonesia, 2 (1), 1-7.