PENUTUP

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user 5 BAB II DASAR TEORI 2.1.Tinjauan Pustaka

Can Cinar dan Halit Karabulut pada tahun 2005, melakukan manufaktur dan pengujian mesin Stirling tipe gama volume 276 cc. Fluida kerja yang digunakan yaitu udara dan helium dengan memakai sumber panas dari pemanas listrik dengan rentang suhu berkisar 700-1000°C dan tekanan 1-4 bar. Diperoleh hasil torsi dan tekanan pada suhu maksimum 1000°C sebesar 2 Nm dan 4 bar (Cinar, C., dkk., 2005).

Bancha Kongtragool, Somchai Wongwises tahun 2007 melakukan penelitian tentang performance mesin Stirling tipe Gamma LTD (low temperature

differential). Fluida kerja yang digunakan adalah udara 1 atmosfer dengan

kontruksi dua power piston dan empat power piston dengan pemanas menggunakan burner. Dihasilkan untuk dua power piston dengan pemanasan 2.355 J/s (589 K) mendapatkan torsi 1,222 Nm pada 67,7 RPM dan power output

maximum 11,8 W pada 133 RPM serta brake thermal efficiency sebesar 0,494%

pada 133 RPM. Untuk empat power piston dengan actual heat input 4.041 J/s dengan temperatur heater 771 K menghasilkan torsi maksimum 10,55 Nm pada 28,5 RPM, power output 32,7 W pada 42,1 RPM dan brake thermal efficiency

0,809% pada 42,1 RPM (Kongtragool, B., dkk., 2007).

Xiang-Qi Wang dan Arun S. Mujumdar pada tahun 2007 melakukan penelitian tentang karakteristik perpindahan panas dari nanofluid. Dihasilkan bahwa nanofluid dapat merubah atau meningkatkan sifat perpindahan panas fluida yang tersuspensi dengan nanofluid rata-rata sampai dengan 20% (Wang, X. Q., dkk., 2007).

Kang, Kuo pada tahun 2010 telah melakukan pembuatan dan pengujian mesin Stirling tipe gamma dengan desain piston power tunggal dan ganda dengan fluida kerja udara 1 atm dengan variasi daya untuk sumber panas 156,3 W, 187,6 W dan 223,2 W. Hasilnya menunjukkan bahwa brake thermal efficiency mesin stirling sebesar 2,57% pada 456 RPM dan 2,9% pada 412 RPM (Kang, S. W., dkk., 2010).

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

6

Moosavi, Goharshadi dkk pada tahun 2010 telah melakukan produksi, karakterisasi dan pengukuran dari beberapa sifat fisik dan kimia ZnO nanofluid. Konduktifitas termal dari ZnO nanofluid telah diukur sebagai fungsi dari fraksi volume dan temperatur. Konduktivitas termal dari ZnO/EG dan ZnO/G nanofluid

masing-masingnya mengalami peningkatan hingga 10,5% dan 7,2% pada saat fraksi volume dari nano partikel ditingkatkan sampai 3 % volume (Moosavi, M., dkk., 2010).

2.2.Mesin Stirling

Mesin Stirling adalah mesin kalor yang mengambil kalor dari luar silinder. Sumber kalor apapun, selama temperaturnya cukup tinggi, akan bisa menggerakkan mesin Stirling ini. Banyak teori yang bisa dijadikan dasar untuk analisis termodinamik mengenai mesin Stirling. Salah satunya dikemukakan oleh Schmidt (1871), yang kemudian dikenal dengan nama Schmidt theory. Dalam perkembangannya, mesin Stirling dapat digunakan sebagai pembangkit listrik yang menggunakan sumber energi terbarukan, seperti energi matahari (Hirata, K., 2010).

Ada tiga macam konfigurasi mesin Stirling yang biasa digunakan akan tetapi perbedaan konfigurasi tersebut tidak berpengaruh terhadap siklus termodinamika. Konfigurasi tersebut antara lain:

a. Konfigurasi alpha, konfigurasi tersebut menggunakan dua piston pada tiap sisi pemanas, regenarator, dan pendingin. Pertama-tama piston secara seragam memiliki persamaan arah untuk menghasilkan proses volume konstan untuk mendinginkan dan memanaskan gas. Kerja kompresi terjadi pada piston dingin (cold piston) dan ekspansi terjadi pada piston panas (hot piston). Konfigurasi alpha tidak memerlukan displacer.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

7

Gambar 2.1 Konfigurasi Alpha (Hirata, K., 2010)

b. Konfigurasi beta, merupakan rancangan penggabungan piston displacer dan daya dalam silinder yang sama. Displacer membolak-balikkan gas antara ujung panas dan ujung dingin silinder melewati pemanas, regenerator, dan pendingin. Power piston biasanya diletakkan pada ujung dingin silinder, menekan (kompresi) gas kerja ketika gas berada pada ujung dingin dan mengekspansikan gas kerja ketika gas bergerak ke dalam piston panas.

Gambar 2.2 Konfigurasi beta (Hirata, K., 2010)

c. Konfigurasi gamma, konfigurasi tersebut menggunakan silinder terpisah antara displacer dan power piston. Displacer membolak-balikkan gas antara ujung panas dan ujung dingin silinder melewati pemanas, regenerator, dan pendingin. Power piston pada silinder terpisah dan secara pneumatik dihubungkan pada silinder displacer.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

8

Gambar 2.3 Konfigurasi gamma (Hirata, K., 2010)

2.2.1. Siklus Stirling

Gambar 2.4 Siklus Mesin Stirling

Siklus mesin Stirling terdiri atas dua proses isotermal dan dua proses volume konstan. Gambar 2.4 merupakan diagram siklus p-v dan T-s (Daryus, A., 2010).  Proses 1-2 : Ekspansi isotermal, pada temperatur konstan T₁ dari v₁ ke v₂.

Dalam proses tersebut terjadi penyerapan kalor dari sumber eksternal. Kalor yang diberikan = kerja selama proses isotermal.

1 2 1 1 1 ln v v v p Q  1 2 1ln v v mRT  (2.1)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

9

mRT₁lnr Dimana r adalah rasio kompresi = v2/v1

(Daryus, A., 2010)

 Proses 2-3 : Udara melewati regenerator dan didinginkan pada volume konstan ke temperatur T₃. Pada proses ini terjadi pelepasan kalor ke regenerator.

Kalor yang dilepas ke regenerator (Q_reg-in):

) 2 3 .( . T T v c m in reg Q _   (Daryus, A., 2010) (2.2)

 Proses 3-4 : Merupakan proses kompresi isotermal dalam silinder mesin dari v3 ke v4. Dalam proses tersebut kalor dilepaskan oleh udara. Kalor yang dilepaskan oleh udara (Q2) :

4 3 3 3 2 ln v v v p Q  4 3 3ln v v mRT  mRT₃lnr (2.3)

Dimana r adalah rasio kompresi = v₃/v₄ (Daryus, A., 2010)

 Proses 4-1 : Merupakan proses pemanasan udara pada temperatur konstan ke temperatur T1 dengan melewatkan udara ke regenerator dalam arah berlawanan dengan proses 2-3. Pada proses ini terjadi penyerapan kalor oleh udara dari regenerator.

Kalor yang diserap udara (Q_reg-out)

) 4 1 .( . T T v c m out reg Q _   (2.4) Karena T3=T4 maka, ) 3 1 .( . T T v c m out reg Q _   (Daryus, A., 2010) (2.5)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

10

2.2.2. Efisiensi mesin Stirling

Dalam mesin Stirling pun berlaku hubungan bahwa kerja yang dilakukan = kalor yang disuplai - kalor yang dilepaskan, sehingga efisiensi mesin Stirling (_st) dapat dinyatakan dengan:

 Kerja yang dilakukan = kalor yang disuplai – kalor yang dibuang = mRT₁lnr–mRT₃lnr = mRlnr(T1-T3) (2.6) r mRT T T r mR st ln ) ( ln disuplai yang Kalor dilakukan yang Kerja 1 3 1   



1 3 1 3 1 1 T T T T T     (Daryus, A., 2010) (2.7)

Persamaan (2.1) s.d. (2.7) dalam penelitian ini digunakan untuk proses perancangan mesin Stirling.

2.3.Nanofluid

Teknologi nano telah menciptakan suatu kelas fluida baru dan agak khusus, disebut nanofluid. Nanofluid adalah larutan yang mengandung partikel solid yang berukuran nano dan diharapkan memiliki kinerja yang lebih baik daripada fluida pemindah kalor yang ada sekarang. Hasil eksperimen menunjukkan indikasi peningkatan konduktivitas thermal dibandingkan dengan fluida tanpa partikel nano atau fluida dengan partikel yang lebih besar. Adapun rumus untuk menghitung viskositas, densitas, kapasitas panas dan konduktifitas panasdari nanofluid sebagai berikut (Fard, M. H., dkk., 2011).

 Viskositas

µ

nf =(1+ 2,5 φ)µf (2.8) Dimana:

µ

nf =Viskositas nanofluid (kg.s/m²)

φ

=Fraksi volume

µ

f =Viskositas fluida (kg.s/m²)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user 11  Densitas ρnf = φρs + (1- φ)ρf (2.9) Dimana: ρnf = Densitas nanofluid (kg/m³) φ =Fraksi volume

ρs = Massa jenis padatan (kg/m³) ρf = Massa jenis cairan (kg/m³)  Kapasitas panas (Cp)

CPnf = φ φ

^(2.10)

Dimana:

C_Pnf = Kapasitas panas (J/g.K)

C_Ps = Kapasitas panas padatan (J/g.K) C_Pf = Kapasitas panas cairan (J/g.K) φ = Fraksi volume

ρs = Massa jenis padatan (kg/m³) ρf = Massa jenis cairan (kg/m³) ρnf = Massa jenis nanofluid (kg/m³)  Konduktivitas panas

Knf =

[

]

(2.11)

Dimana:

K_nf = Konduktivitas panas nanofluid (W/mK) ks = Konduktivitas panas padatan W/mK kf = Konduktivitas panas cairan (W/m.K) kw = Konduktivitas udara (W/m.K) φ = Fraksi volume

2.4.Daya Poros

Daya poros didefinisikan sebagai momen putar dikalikan dengan kecepatan putar poros engkol. Daya poros diketahui dari pengukuran torsi meter

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

12

digunakan untuk mengukur momen putar dan tachometer untuk mengukur putaran poros engkol. Rumus untuk menghitung daya poros adalah sebagai berikut

P

=

^(2.12)

Dimana:

P = Daya poros (Watt)

N = Putaran poros engkol (RPM) T = Torsi (Nm)

2.5.Efisiensi thermal

Efisiensi thermal menyatakan perbandingan antara daya yang dihasilkan terhadap jumlah panas yang diperlukan untuk jangka waktu tertentu. Rumus untuk menghitung efisiensi thermal adalah sebagai berikut:

=

^(2.13)

Dimana :

ɳ = Efisiensi thermal

P = Daya poros (Watt)

qin = Panas yang dibutuhkan (Watt)

Pada mesin Stirling, panas yang masuk ke dalam sistem adalah ^maka

untuk mengukur energi yang masuk kedalam sistem menggunakan alat pengukur penggunaan energi (kwh meter), jadi qin dapat dirumuskan:

qin = _(2.14)

dimana

qin= panas yang dibutuhkan (Watt)

Ein= energi yang diukur dari kwh meter (kwh) t = waktu (s)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user 13 BAB III METODE PENELITIAN 3.1.Tempat Penelitian

Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.

3.2.Alat dan Bahan Penelitian

Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian uji unjuk kerja mesin Stirling tipe gamma dengan fluida kerja nanofluid berbasis ZnO ini antara lain:

1. Prototipe mesin Stirling tipe gamma

Mesin yang digunakan untuk pengujian unjuk kerja dengan fluida kerja nanofluid berbasis ZnO.

2. Zinc oxide

Bahan solid partikel untuk variasi pengujian mesin Stirling.

Gambar 3.5 Zinc Oxide (Suhendra, B., dkk., 2011)

3. Ethanol (alkohol)

Sebagai bahan pencampur nanofluid berbasis ZnO.

4. Timbangan digital

Alat untuk menimbang ZnO, dengan spesifikasi kapasitas maksimal pengukuran berat 51 gram, resolusi pengukuran berat 0,005 gram.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

14

5. Gelas ukur

Alat untuk mengukur volume ethanol.

Gambar 3.7 Gelas ukur 1cc-10cc

6. Digital Tachometer

Alat untuk mengukur putaran mesin Stirling. Batas pengukuran 60-50.000 RPM, 1-833 RPS. Jarak pembacaan 10-150 mm.

Gambar 3.8 Digital tachometer

7. Torsimeter

Alat untuk mengukur torsi mesin Stirling. Spesifikasi pengukuran maks. 15 kg-cm dengan akurasi ± (1,5% + 5 d), resolusi maks. 0,01 kg-cm/0,1 N-cm, resolusi min. 0,1 kg-cm/1 N-cm dan sensor menggunakan exclusive torque sensor.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

15

8. Regulator

Alat untuk mengatur besar kecilnya keluaran tegangan dan arus yang masuk dari tegangan listrik PLN (220 V) sehingga dapat diatur menurut kebutuhan. Regulator ini digunakan untuk mengatur tegangan dan arus pada pemanas listrik mesin Stirling. (Spesifikasi 2 kVA maksimum 8 ampere.).

Gambar 3.10 voltage Regulator

9. Ac clamp- on Ammeter

Alat untuk mengukur arus yang mengalir pada pemanas listrik pada mesin Stirling. Maksimum pengukuran 400 ampere.

Gambar 3.11 Ac clamp- on Ammeter

10.Unit kWh meter

Alat untuk mengukur besarnya energi yang diperlukan pada pemanas listrik mesin Stirling (Qin). Menggunakan spesifikasi kWh meter 450 Watt.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

16

11.Relay

Alat yang digunakan untuk memutus dan menghubungkan arus yang mengalir ke pemanas listrik saat temperatur dinding silinder panas tercapai (450ºC). Spesifikasi relay kontak 5 ampere.

Gambar 3.13 Relay

12.Thermoreader

Alat yang digunakan untuk menunjukkan atau membaca temperatur yang diukur oleh sensor thermocouple pada dinding luar silinder panas mesin Stirling.

Gambar 3.14 Thermoreader

13.Thermocouple

Alat atau sensor suhu yang ditempatkan pada dinding luar silinder panas mesin Stirling. Termokopel yang digunakan tipe-K.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

17

14.Stopwatch

Alat untuk mengukur waktu (t) saat mesin Stirling berputar.

Gambar 3.16 Stopwatch

15.Oli

Cairan yang berfungsi sebagai pelumas bagian mesin Stirling yang bergesekan. 16.Obeng 17.Cutter 18.Gunting 19.Vaslin 20.Alat tulis 3.3.Prosedur Penelitian

Prosedur yang dilakukan pada penelitian ini antara lain : 1. Mempersiapkan variasi nanofluid:

o Menimbang partikel padat (ZnO) dengan timbangan digital.

o Mengukur volume bahan pencampur (ethanol 96%) dengan gelas ukur. 2. Melakukan pelumasan pada bagian atau komponen mesin Stirling dengan

oli.

3. Memastikan tidak ada kebocoran pada bagian mesin Stirling. 4. Mengecek rangkaian pemanas dari regulator, kwh meter dan relay.

5. Menyiapkan variasi fluida kerja pada pengujian mesin Stirling antara lain: a. 100% udara

b. 1% volume ethanol

c. 5% volume ethanol

d. 10% volume ethanol

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

18

f. Prosentasevolume ethanol yang menghasilkan efisiensi terbaik + ZnO (fraksi volume = 1 x 10^-3).

g. Prosentase volume ethanol yang menghasilkan efisiensi terbaik + ZnO (fraksi volume = 2,5 x 10^-3)

h. Prosentase volume ethanol yang menghasilkan efisiensi terbaik + ZnO (fraksi volume = 5 x 10^-3)

6. Melakukan pengujian tiap variasi dengan memasukkan ke dalam silinder

displacer.

7. Memastikan rangkaian pemanas terhubung dengan listrik PLN dan

thermocouple terpasang pada dinding luar silinder diplacer dan selanjutya

memutar saklar regulator.

8. Setelah suhu tercapai pada temperatur 450°C, berikan awalan putaran pada

fly wheel supaya mesin Stirling berputar secara kontinyu.

9. Melakukan pengukuran putaran mesin, torsi mesin dan putaran pada kWh meter selama ± 10 menit.

10.Mencatat hasil pengukuran putaran mesin dengan tachometer, torsi mesin dengan torsi meter dan pengukuran putaran kWh meter secara visual. 11.Melakukan perhitungan sesuai data yang diperoleh.

12.Melakukan prosedur pengujian variasi berikutnya dengan urutan langkah pengujian no.2.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

19

3.4.Skema Peralatan

Keterangan:

1. Unit mesin Stirling tipe gamma 2. Regulator

3. Unit kwh meter

4. Tang ampere

5. Thermoreader + thermocouple

6. Stopwatch Gambar 3.17 Skema peralatan pengujian

Gambar 3.18 Skema mesin Stirling tipe gamma 2 1 5 3 4 6

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

20

3.5.Diagram Alir Penelitian

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

21 BAB IV

HASIL DAN PEMBAHASAN

4.1.Pengaruh Penambahan Ethanol Tehadap Efisiensi Mesin Stirling

Pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 masing-masingnya menunjukkan hubungan antara torsi dan daya yang dihasilkan oleh mesin Stirling dengan penambahan fluida kerja ethanol. Torsi mesin mengalami kenaikan dengan penambahan ethanol 0% volume sampai 5% volume. Perolehan torsi pada ethanol

0% volume sebesar 0,19 N.m, pada ethanol 1% volume diperoleh torsi sebesar 0,28 N.m, pada penambahan ethanol 5% volume torsi mesin diperoleh sebesar 0,30 Nm dan pada penambahan ethanol 10% volume diperoleh torsi sebesar 0,28 Nm. Pada hubungan torsi dengan penambahan ethanol 0% volume sampai dengan 10% volume diperoleh torsi terbesar pada penambahan ethanol 5% volume sebesar 0,30 Nm. Pada penambahan ethanol 10% volume terjadi penurunan torsi menjadi 0,28 Nm.

Gambar 4.1. Torsi Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan % volume Ethanol 0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% Tor si (N .m) %vol Ethanol

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

22

Gambar 4.2 menunjukkan bahwa daya mesin Stirling yang diperoleh semakin meningkat dengan penambahan fluida kerja ethanol 0% volume sampai dengan ethanol 5% volume. Perolehan daya pada ethanol 0% volume sebesar 4,8 Watt, pada ethanol 1% volume diperoleh daya sebesar 7,6 Watt, pada penambahan ethanol 5% volume diperoleh daya sebesar 10,6 Watt dan pada penambahan ethanol 10% volume sebesar 8,5 watt. Dari perolehan besar daya dapat dinyatakan bahwa dengan semakin besar penambahan ethanol sampai dengan 5% volume diperoleh daya yang lebih tinggi dan kemudian menurun seiring dengan bertambahnya ethanol lebih dari 5% volume.

Gambar 4.2. Daya Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan % Volume Ethanol

Hubungan antara efisiensi dengan penambahan ethanol 0% volume sampai 10% volume yang dihasilkan oleh mesin Stirling seperti pada Gambar 4.3 terlihat bahwa efisiensi mesin Stirling mengalami peningkatan seiring dengan penambahan ethanol 0% volume sampai dengan 5% volume. Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa efisiensi mesin Stirling pada penambahan ethanol 0% volume sebesar 1,8%, ethanol 1% volume sebesar 2,8%, sedangkan penambahan ethanol

5% volume dan 10% volume masing-masing diperoleh efisiensi sebesar 3,9% dan 3,0%. 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% D ay a ou tp u t (W att) %vol Ethanol

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

23

Gambar 4.3. Efisiensi Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan % Volume Ethanol.

Torsi, daya, dan efisiensi yang dihasilkan dari mesin Stirling mengalami peningkatan seiring dengan penambahan ethanol sampai 5% volume dan kemudian mengalami penurunan untuk penambahan ethanol lebih dari 5% volume. Hal ini disebabkan karena dengan penambahan ethanol dapat meningkatkan perpindahan kalor ke dalam fluida kerja karena ethanol mempunyai nilai konduktivitas termal yang lebih tinggi dibandingkan fluida kerja udara. Dengan demikian, energi yang diubah menjadi kerja piston mengalami peningkatan karena perpindahan panas ke fluida kerja lebih efektif seiring dengan penambahan ethanol.

Pada sisi lain, ethanol mempunyai massa jenis yang lebih besar dibandingkan udara sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.1. Penggunaan fluida kerja bermassa jenis besar justru merupakan kerugian untuk mesin Stirling karena meningkatkan tahanan aerodinamik sehingga mengurangi kerja piston dari mesin Stirling. Pada penambahan ethanol 10% volume fluida kerja mempunyai massa jenis yang lebih besar dibandingkan massa jenis fluida kerja dengan penambahan

ethanol sampai 5% volume, akibatnya tahanan aerodinamik pada penambahan

ethanol 5% volume masih lebih rendah dibandingkan dengan tahanan

aerodinamika pada penambahan ethanol 10% volume, sehingga pengaruh penambahan panas masih lebih besar dibandingkan pengaruh tahanan

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 0% 2% 4% 6% 8% 10% 12% E fi si e n si (% ) %vol Ethanol

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

24

aerodinamika. Penambahan ethanol lebih dari 5% volume mengakibatkan massa jenis fluida kerja meningkat yang tidak diiringi dengan penambahan panas yang signifikan sehingga menyebabkan penurunan torsi, daya dan efisiensi dari mesin Stirling.

Tabel 4.1 Sifat- sifat fluida kerja

Sifat Helium Ethanol pada

T = 450^oC Udara pada T = 450^oC ZnO k W/mK 0,284 0,074 0,0538 13 cp J/kg.K 5.193 2.650 1.081 577,4

 Ns/m² 4E-05 2,002E-05 3,46E-05 0,129

 kg/m³ 0,0697 0,924 0,482228 5.600 Pustaka (Cinar, C., dkk., 2005) (Yaws, C. L., 1999) (Incropera, F. P., dkk., 1985) (Yu, W., dkk., 2011)

4.2.Pengaruh Penambahan Nanofluid ZnO Tehadap Efisiensi Mesin Stirling

Tabel 4.2 Pengaruh Penambahan Nano Partikel

Diperoleh Udara Udara + Nano

Torsi 0,19 N.m 0,19 N.m

Rpm 257 273

Daya 4,8 Watt 5,4 Watt

Efisiensi 1,8 % 2,0 %

Dilihat pada Tabel 4.2 bahwa perolehan torsi, daya dan efisiensi mesin Stirling mengalami peningkatan. Ini disebabkan karena sifat nano partikel ZnO memiliki nilai konduktifitas termal yang lebih tinggi dari udara. Dengan penambahan ZnO menyebabkan peningkatan dari perpindahan panas ke dalam fluida kerja sehingga panas yang diserap lebih efektif untuk diubah menjadi kerja piston akan meningkat dan selanjutnya meningkatkan torsi, daya dan efisiensi.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

25

Gambar 4.4. Torsi Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan

Nanofluid ZnO

Gambar 4.5. Daya Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan

Nanofluid ZnO

Pada Gambar 4.4 dan Gambar 4.5 masing-masing grafik menunjukkan hubungan antara torsi dan daya yang dihasilkan oleh mesin Stirling dengan penambahan nanofluid ZnO. Torsi mesin mengalami kenaikan dengan penambahan nanofluid ZnO sampai dengan penambahan fraksi volume nanofluid

ZnO 5x10^-3. Pada penambahan ethanol 5% volume torsi mesin diperoleh sebesar 0,3 Nm. Pada penambahan nanofluid ZnO dengan fraksi volume nanofluid ZnO

0,00 0,05 0,10 0,15 0,20 0,25 0,30 0,35 0,40 0,45 0,50 0 1 2 3 4 5 6 To rsi ( N .m ) Fraksi volume (x10⁻³) 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 20,0 0 1 2 3 4 5 6 D ay a o u tp u t (Watt ) Fraksi volume (x10⁻³)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

26

1x10^-3 diperoleh torsi sebesar 0,36 Nm, pada hubungan torsi dengan penambahan

nanofluid ZnO dengan fraksi volume nanofluid ZnO 2,5x10^-3 dan 5x10^-3

masing-masingya diperoleh torsi sebesar 0,39 Nm dan 0,42 Nm.

Gambar 4.5 menunjukkan bahwa daya mesin Stirling yang diperoleh semakin meningkat dengan penambahan nanofluid ZnO sampai dengan penambahan fraksi volume nanofluid ZnO 5x10^-3. Perolehan daya pada penambahan ethanol 5% volume sebesar 10,6 Watt, fraksi volume nanofluid ZnO 1x10^-3 diperoleh daya sebesar 13,4 Watt, fraksi volume nanofluid ZnO 2,5x10^-3 diperoleh daya sebesar 15,3 Watt dan fraksi volume nanofluid ZnO 5x10^-3 sebesar 17,9 watt. Dari perolehan besar daya dapat dinyatakan bahwa dengan semakin besar penambahan fraksi volume nanofluid ZnO sampai dengan 5x10^-3 masih dapat diperoleh daya yang lebih tinggi.

Gambar 4.6. Efisiensi Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan

Nanofluid ZnO

Gambar 4.6 menunjukkan hubungan antara efisiensi yang dihasilkan oleh mesin Stirling dengan penambahan nanofluid ZnO. Dari Gambar 4.6 tersebut terlihat bahwa efisiensi mesin Stirling mengalami peningkatan seiring dengan penambahan fraksi volume nanofluid ZnO sampai dengan 5x10^-3. Dari hasil grafik di atas diperoleh efisiensi pada penambahan ethanol 5% volume sebesar 3,9%, fraksi volume nanofluid ZnO 1x10^-3 sebesar 4,7%, sedangkan penambahan fraksi

0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 0 1 2 3 4 5 6 E fi si e n si (% ) Fraksi volume (x 10⁻³)

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id

commit to user

27

volume nanofluid ZnO 2,5x10^-3dan 5x10^-3 masing-masing diperoleh efisiensi sebesar 5,4% dan 6,3%.

Torsi, daya, dan efisiensi yang dihasilkan dari mesin Stirling mengalami peningkatan seiring dengan penambahan fraksi volume nanofluid ZnO sampai 5x10^-3. Hal ini disebabkan dari nilai konduktivitas termal dari masing-masing fluida dapat dilihat pada Tabel 4.2 bahwa penambahan ZnO mengakibatkan peningkatan pada nilai konduktivitas termal nanofluid. Dengan demikian energi yang diubah menjadi kerja piston mengalami peningkatan karena perpindahan panas ke dalam fluida kerja lebih efektif seiring penambahan fraksi volume

nanofluid sampai 5x10^-3, sehingga pengaruh dari penambahan panas masih lebih

besar dibandingkan pengaruh tahanan aerodinamis menyebabkan peningkatan torsi, daya dan efisiensi.

perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id commit to user 28 BAB V PENUTUP 5.1Kesimpulan

Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa kesimpulan yaitu :

1. Pengaruh penambahan ethanol terhadap unjuk kerja mesin Stirling 0% volume sampai dengan 5% volume mengalami peningkatan pada torsi, daya dan efisiensi mesin Stirling dan kemudian mengalami penurunan torsi, daya dan efisiensi mesin Stirling untuk penambahan ethanol lebih dari 5% volume.

2. Pengaruh penambahan nanofluid ZnO sebagai fluida kerja terhadap unjuk kerja mesin Stirling yang dihasilkan dari mesin Stirling dengan fraksi volume 1x10^-3 sampai 5x10^-3 mengalami peningkatan pada torsi, daya dan efisiensi.

3. Variasi terbaik untuk peningkatan efisiensi yang dihasilkan mesin Stirling yaitu pada penambahan ethanol 5% volume sebesar 3,9% dengan fraksi volume 5x10^-3 sebesar 6,3%.

5.2 Saran

Untuk mengembangkan mesin Stirling lebih lanjut, maka penulis ingin memberikan beberapa saran untuk penelitian berikutnya yaitu :

1. Perlu dilakukan perancangan regenerator pada mesin Stirling dengan lebih baik.

2. Perlu menyempurnakan desain dan memperbesar kapasitas silinder dari mesin Stirling yang sudah ada

3. Perlu dilakukan penelitian dengan menggunakan fluida kerja nanofluid