Penjelasan Data Teknis Modul Termoelektrik dan contoh penggunaannya

Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna

Modul termoelektrik yang diproduksi oleh produsen biasanya dilengkapi dengan data teknis mengenai modul tersebut. Data teknis ini dibuat untuk memudahkan konsumen dalam memilih, menghitung, dan menggunakan modul termelektrik sesuai dengan kebutuhannya. Data teknis ini dapat berupa informasi tentang besarnya parameter-parameter tertentu atau dapat pula berupa grafik yang menjelaskan sifat dari modul tersebut. 

A.                  Parameter data teknis

Data teknis yang biasanya disertakan pada modul termoelktrik antara lain adalah ∆T_max I_max, Q_max, V_max, dan dimensinya (panjang, lebar, tebal).  Berikut adalah penjelasan dari parameter tersebut:

• ∆T_maxadalah perbedaan temperatur terbesar antara sisi panas dan sisi dingin dari sebuah modul termoelektrik. Kondisi ini hanya dapat tercapai jika sisi dingin dari modul termoelektrik terisolasi sempurna. 
• I_max adalah arus listrik yang menyebabkan terjadinya perbedaan temperatur terbesar (∆T_max).
• Q_{max ­}adalah batas penyerapan kalor yang dapat dilakukan oleh modul termoelektrik.
• V_max adalah tegangan yang dihasilkan jika arus I_max mengalir pada modul termoelektrik

Dengan adanya informasi parameter modul termoelektrik di atas, maka koefisien Seebeck, hambatan panas, dan hambatan listrik dapat dihitung dengan menggunakan persamaan berikut:

Koefisen Seebeck (V/K) :

Hambatan Termal (K/W):

Hambatan Listrik (Ohm):

Jika koefisien Seebeck, hambatan panas, dan hambatan listrik sudah diketahui, maka figure of merit dari modul termoelektrik dapat dihitung.

Contoh kasus:

Sebuah modul termelektri memiliki data teknis sebagai berikut:

Hitunglah besarnya koefisien seebeck, hambatan panas, dan hambatan listrik dari modul tersebut jika dioperasikan pada T_h=50 ^oC?

Jawab:

Koefisien Seebeck:

 Hambatan Termal:

Hambatan Listrik:

Jika parameter di atas sudah diketahui, maka kalor yang diserap dan dibuang dapat dihitung dengan cara seperti yang dilakukan dijelaskan di:  dasar perhitungan termoelektrik dan dcontohkan di:

Contoh perhitunga pendinginan termoelektrik 

B.               Grafik Data Teknis

Selain dalam bentuk informasi parameter-parameter penting sebuah modul termoelektrik, data teknis dapat pula berupa grafik-grafik mengenai kinerja dari modul termolektrik tersebut.  dibawah ini merupakan salah satu contoh dari grafik.

Pada gambar terdapat dua buah gambar yang menunjukkan performa sebuah modul termoelektrik, yaitu untuk sisi panas bertemperatur 27 ^oC dan 50 ^oC. Masing-masing dari grafik diatas terdiri dari tiga macam variable yaitu perbedaan temperatur antara kedua sisi modul (∆T) ditunjukkan oleh sumbu horizontal, Laju penyerapan kalor (Q_c) ditunjukkan oleh sumbu vertikal, dan arus listrik (I) ditunjukkan oleh garis miring berwarna pink, biru, merah dan hitam. Hubungan antara ketiga variable ini digambarkan dengan sebuah grafik.Untuk menentukan besarnya salah satu variable, maka setidaknya dibutuhkan dua variable yang harus diketahui. Untuk lebih jelasnya perhatikan contoh berikut.

Contoh Kasus:

Sebuah termoelektrik memiliki data teknis seperti pada gambar di atas. Jika temperatur sisi yang panas dijaga agar  50 ^oC dan sisi dingin harus mendinginkan sebuah objek agar temperaturnya maksimal 5 ^oC. Jika arus yang diberikan ke modul termoelektri adalah 3 A. Berapa laju aliran kalor yang dapat diserap oleh modul termoelektrik?  

Jawaban:

Untuk menjawab pertanyaan ini maka perlu mencari titik potong antra kedua variable yang diketahui, kemudian mencari ljalju aliran kalor yang diserap.

Perbedaan tempertur anta kedua sisi : ∆T=50 ^oC -5 ^oC =45 ^oC.

Arus listrik: I=3A

Dengan melihat grafik gambar sebelah kanan maka dapat dengan mudah diketahui bahwa laju penyerapan kalornya adalah 17.5 Watt

Pada dasarnya masih banyak jenis grafik yang menjelaskna kinerja dari sebuah modul termoelektrik, namun prinsip membacanya adalah sama. Beberapa contoh grafik lainnya adalah sebagai berikut:

Keyword: Thermoelectric, Peltier, Perhitungan, Data sheet, Grafik

Referensi:

"Method for thermoelectric cooler utilization using manufacturer’s technical information"

Link:https://aip.scitation.org/doi/abs/10.1063/1.5028060