OFFICIAL WEBSITE TECHNOLOGY DIGITAL LABORATORY
Gedung Lab Fisika Unit 10 Lt 2 Jl.Bioteknologi FMIPA Kampus USU
Home » » PELTIER

PELTIER

Posted by Teknologi Digital on Minggu, 04 Juni 2017



MENGENAL THERMO-ELECTRIC (PELTIER)

Oleh : Peter Jaya Negara Simanjuntak.
Jurusan Fisika S-1 FMIPA 
Universitas Sumatera Utara 

Abstrak
Pendingin Thermo-Electric(TEC), juga sering disebut pendingin Peltier ataupompa panassolid-stateyang memanfaatkanefekPeltier.  Saat  TEC / Peltier dilewati arus maka alat ini akan memindahkan panas dari satusisi ke sisi lain, biasanya menghasilkan perbedaan panas sekitar 40°C - 70°C.
Prinsip pendinginan Thermo-Electric ini ditemukan pertama kali pada tahun 1834 oleh Jean Peltier, sehingga hasil penemuannya ini sering disebut “Pendingin Peltier”. Ketika dua konduktor dihubungkan kontak listrik, elektron akan mengalir dari satu konduktor yang mempunyai elektron kurang terikat ke konduktor yang mempunyai elektron yang lebih terikat.
Bahan semikonduktor Thermo-Electric yang paling sering digunakan saat ini adalah Bismuth Telluride (Bi2Te3). Thermo-Electric dibangun oleh dua buah semikonduktor yang berbeda, satu tipe N dan yang lainnya tipe P.
Sebuah Thermo-Electric akan menghasilkan perbedaan suhu maksimal 70oC antara sisi panas dan dinginnya. Apabila Thermo-Electric semakin panas maka akan semakin kurang efisiensinya. Thermo-Electric mempunyai efisiensi sekitar 10% - 15%, sementara efisiensi model konvensional antara 40% - 60%.

Kata kunci : Thermo-Electric, Peltier, Bismuth Telluride


Pendingin Thermo-Electric (TEC), juga sering disebut pendingin Peltier atau pompa panas solid-state yang memanfaatkan efek Peltier untuk memindahkan panas
Saat TEC / Peltier dilewati arus maka alat ini akan memindahkan panas dari satu sisi ke sisi lain, biasanya menghasilkan perbedaan panas sekitar 40°C- 70°C dalam perangkatyang high-end dapat digunakan untuk mentransfer panas dari satu tempat ke tempat yang lain.



Gambar 1. Bentuk Peltier (TEC)


Efek Peltier
 Prinsip pendinginan Thermo-Electric ini ditemukan pertama kali pada tahun 1834 oleh Jean Peltier, sehingga hasil penemuannya ini sering disebut “ Pendingin Peltier ” Apabila ada aliran arus listrik, maka akan disertai dengan panas hasil dari arus tersebut (pemanasan Joule). Jean Peltier mengamati hal ini, bahwa ketika arus listrik melewati pertemuan dua buah konduktor yang berbeda (thermocouple), akan ada efek pemanasan yang tidak bisa dijelaskan oleh pemanasan Joule saja. Bahkan tergantung pada arah arus, efeknya bisa berupa pemanasan atau pendinginan.
Jean Peltier sendiri tidak mau menghargai potensi penemuannya sendiri, karena hal ini dianggap tidak efisien sampai akhir abad ke 20.

Cara Kerja
            Ketika dua konduktor dihubungkan kontak listrik, elektron akan mengalir dari satu konduktor yang mempunyai elektron kurang terikat ke konduktor yang mempunyai elektron yang lebih terikat. Alasan yang mudah untuk hal ini adalah tingkat perbedaan Fermi antara dua konduktor.
            Perbedaan Fermi adalah istilah yang digunakan untuk menggambarkan bagian atas kumpulan tingkat energi elektron pada suhu nol absolut. Konsep ini berasal dari statistik Fermi-Dirac.
Konsep energi Fermi adalah konsep yang sangat penting untuk memahami sifat listrik dan termal pada benda padat. Kedua proses listrik dan termal biasanya melibatkan energi elektron.
            Ketika dua konduktor dengan tingkat Fermi yang berbeda digabungkan, elektron akan mengalir dari konduktor dengan tingkat yang lebih tinggi ke tingkat yang lebih rendah, hingga perubahan potensial elektrostatik membawa dua tingkat Fermi menjadi nilai yang sama.
            Arus yang melewati Junction baik arah maju maupun mundur akan menghasilkan perbedaan suhu. Jika suhu Junction panas  (heat sink) bpat isa dijaga tetap rendah dengan mengurangi atau menghilangkan panas yang dihasilkan, maka suhu bagian yang dingin dapat dipertahankan sesuai dengan yang diinginkan dan bisa beberapa puluh derajad dibawah titik nol.

Bahan Thermo-Electric
            Semikonduktor adalah bahan pilihan untuk Thermo-Electric yang umum dipakai. Bahan semikonduktor Thermo-Electric yang paling sering digunakan saat ini adalah Bismuth Telluride (Bi2Te3) yang telah diolah untuk menghasilkan blok atau elemen yang memiliki karakteristik individu berbeda yaitu N dan P. Bahan Thermo-Electric lainnya termasuk Timbal Telluride (PbTe), Silicon Germanium (SiGe) dan Bismuth-Antimony (SbBi) adalah paduan bahan yang dapat digunakan dalam situasi tertentu. Namun, Bismuth Telluride adalah bahan terbaik dalam hal pendinginan.
            Bismuth Telluride memiliki dua karakteristik yang patut dicatat. Karena struktur kristal, Bismuth Telluride sangat anisotropic. Perilaku anisotropic  perlawanan lebih besar daripada konduktivitas termalnya. Sehingga anisotropic ini dimanfaatkan untuk pendinginan yang optimal.      Karakteristik lain yang menarik dari Bismuth Telluride adalah kristal Bismuth Telluride (Bi2Te3) terdiri dari lapisan heksagonal atom yang sama.

Konstruksi
            Thermo-Electric dibangun oleh dua buah semikonduktor yang berbeda, satu tipe N dan yang lainnya tipe P. (mereka harus berbeda karena mereka harus memiliki kerapatan elektron yang berbeda dalam rangka untuk bekerja). Kedua semikonduktor diposisikan paralel secara termal dan ujungnya digabungkan dengan lempeng pendingin biasanya lempeng tembaga atau aluminium.

Gambar 2. Penampang Thermo-Electric
             Ujung penghantar dari dua bahan yang berbeda dihubungkan ke sumber tegangan, dengan demikian arus listrik akan mengalir melalui dua buah semikonduktor yang terhubung secara seri. (lihat gambar diatas). Aliran arus DC yang melewati dua semikonduktor tersebut menciptakan perbedaan suhu. Sebagai akibat perbedaan suhu ini, Peltier pendingin menyebabkan panas yang diserap dari sekitar pelat pendingin akan pindah ke pelat lain (heat sink).
Gambar 3. Proses pemindahan panas
             Dalam prakteknya banyak pasangan Thermo-Electric (pasangan) seperti dijelaskan diatas, yang terhubung paralel dan diapit dua buah pelat keramik dalam sebuah Thermo-Electric tunggal. Sedngkan besarnya perbedaan suhu panas dan dingin adalah sebanding dengan arus dan jumlah pasangan semikonduktor di unit.
Keuntungan
            Kulkas/Almari Es dan pendingin ruangan memanfaatkan kompresor, kondensor dan refrigeran cair untuk mendapatkan suhu yang rendah, dengan sumber tegangan AC. Sementara Thermo-Electric menggunakan tegangan DC, heat sink dan semikonduktor. Perbedaan mendasar ini memberikan pendingin Thermo-Electric mempunyai keunggulan dibanding kompresor. Keunggulan itu antara lain :

1. Tidak ada bagian yang bergerak. Sehingga sangat sedikit atau bahkan tidak memerlukan perawatan. Hal ini sangat ideal untuk penggunaan yang mungkin sensitif terhadap getaran mekanis pendinginan.
2. Tidak ad zat pendingin semisal CFC yang berpotensi membahayakan.
3. Mengurangi kebisingan semisal kipas pendingin sementara memberikan pendinginan yang lebih besar.
4. Cocok untuk aplikasi-aplikasi yang berukuran kecil semisal mikroelektronik.
5. Umur panjang, lebih dari 100.000 jam MTBF (Mean Time Between Failures).
6. Mudah dikontrol (dengan tegangan dan arus).
7. Respon dinamis cepat.
8. Dapat memberikan pendinginan di bawah suhu lingkungan.
9. Ukuran kecil dan ringan.
1.
1.    Kelemahan
1. Mempunyai keterbatasan untuk panas yang dihasilkan
2. Lempeng pendinginan dan pemanasan sebanding, semakin rendah sisi panas, maka sisi dingin juga semakin rendah juga.
3. Tidak efisien
Dayaguna
            Sebuah Thermo-Electric biasanya akan menghasilkan perbedaan suhu maksimal 70oC antara sisi panas dan dinginnya. Apabila Thermo-Electric semakin panas maka akan semakin kurang efisiensinya. Karena Thermo-Electric perlu untuk mengurangi atau menghilangkan panas yang ditimbulkan dari proses pendinginan maupun dari panas yang dihasilkan oleh daya listrik yang diumpankan. Jumlah panas yang ditimbulkan sebanding dengan arus dan waktu.
            Thermo-Electric mempunyai efisiensi 4 kali lebih rendah jika dibandingkan dengan yang konvensional. Thermo-Electric mempunyai efisiensi sekitar 10% - 15%, sementara efisiensi model konvensional antara 40% - 60%. Karena efisiensi yang rendah ini, pendingin Thermo-Electric umumnya hanya digunakan dalam aplikasi dimana diperlukan tidak ada bagian yang boleh bergetar, pemeliharaan rendah, ukuran kecil, dan orientasi ketidakpekaan.
 
Spesifikasi
            Banyak macam Thermo-Electric yang ada dipasaran, namun yang masuk dan ada di Indonesia tidak begitu banyak. Salah satu model yang ada dipasaran seperti gambar berikut :

 Gambar 4. Bentuk Thermo-Electric (TEC) yang ada di pasaran
Arti tulisan yang ada pada Thermo-Electric
Gambar 5. Arti tulisan pada Thermo-Electric

Setiap peralatan atau komponen tentunya punya datasheet atau spesifikasi. Tak terkecuali Thermo-Electric tersebut. Adapaun spesifikasinya seperti berikut :

  • Dimentions : 40 x 40 x 3.9mm
  • lmax - 7A
  • Umax - 15.4V
  • Qcmax - 62.2W
  • Tmax - 69C
  • 1.7 Ohm resistance
  • 127 thermocouples
  • Max Operating Temp: 180°C
  • Min Operating Temp: - 50°C
Ganbar 6. Ukuran Thermo-Electric


Gambar 7. Datasheet Thermo-Electric
Kesimpulan
Pendingin Termoelectric (TEC), juga sering disebut pendingin Peltier ataupompa panassolid-state yang memanfaatkan efek Peltier.  Saat  TEC / Peltier dilewati arus maka alat ini akan memindahkan panas dari satusisi ke sisi lain, biasanya menghasilkan perbedaan panas sekitar40°C - 70°C.
Bahan semikonduktor Thermo-Electric yang paling sering digunakan saat ini adalah Bismuth Telluride (Bi2Te3). Thermo-Electric dibangun oleh dua buah semikonduktor yang berbeda, satu tipe N dan yang lainnya tipe P.
Thermo-Electric mempunyai efisiensi 4 kali lebih rendah jika dibandingkan dengan yang konvensional. Thermo-Electric mempunyai efisiensi sekitar 10% - 15%, sementara efisiensi model konvensional antara 40% - 60%.

Referensi :

NN. Datasheet Peltierelement.http://www.psi-technics.com, diakses tanggal 04 Juni 2017.

NN. PELTIER: Energi Panas Dan Dingin Dalam Satu Komponen. http://tempoyaker.blogspot.com/2010/05/peltier-energi-panas-dan-dingin-dalam.html, diakses tanggal 04 Juni 2017.

 

NN.Thermoelectric Cooler - 40x40mm. https://www.sparkfun.com/products/10080, diakses tanggal 04 Juni 2017.

 

NN.Thermoelectric cooling. http://en.wikipedia.org/wiki/Thermoelectric_cooling, diakses tanggal 04 Juni 2017.

 

NN.Understanding Thermoelectric Cooling. http://www.activecool.com/technotes/thermoelectric.html, diakses tanggal 04 Juni 2017.

 

Saftari.Bikin Panas Dingin. http://www.saft7.com/bikin-panas-dingin/, diakses tanggal 04 Juni 2017


Previous
« Prev Post

0 komentar:

Posting Komentar

Popular Posts