KARAKTERISTIK PENGGERAK MULA TERMOAKUSTIK
PISTON AIR DENGAN DIAMETER SELANG OSILASI 0,5 INCI
JUDUL
Tugas Akhir
Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik
Program Studi Teknik Mesin
Oleh :
Albertus Yustinus Novi Misgi Prabowo Adi NIM : 095214077
PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN
JURUSAN TEKNIK MESIN
FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI
UNIVERSITAS SANATA DHARMA
YOGYAKARTA
CHARACTERISTIC OF WATER PISTON THERMOACOUSTIC ENGINE WITH 0,5 INCH HOSE OSCILLATION
Final Project
Presented as fulfillments of the Riquirements To Obtain the Sarjana Teknik Degree in Mechanical Engineering Study Programme
By :
Albertus Yustinus Novi Misgi Prabowo Adi Student Number : 095214077
MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME
SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY
SANATA DHARMA UNIVERSITY
YOGYAKARTA
iii
TUGAS AKHIR
KARAKTERISTIK PENGGERAK MULA TERMOAKUSTIK PISTON AIR DENGAN DIAMETER SELANG OSILASI 0,5 INCI
Disusun oleh:
Albertus Yustinus Novi Misgi Prabowo Adi NIM: 095214077
Telah disetujui oleh :
Pembimbing 1
Ir. FA. Rusdi Sambada M.T.
iv
TUGAS AKHIR
KARAKTERISTIK PENGGERAK MULA TERMOAKUSTIK PISTON AIR DENGAN DIAMETER SELANG OSILASI 0,5 INCI
Dipersiapkan dan ditulis oleh: Albertus Yustinus Novi Misgi Prabowo Adi
NIM: 095214077
Telah dipertahankan didepan panitia penguji pada tanggal 28 Februari 2011 dan dinyatakan memenuhi syarat
Susunan Panitia Penguji:
Nama lengkap Tanda tangan
Ketua : Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T. ……….
Sekretaris : Doddy Purwadianto, S.T., M.T. ……….
Anggota : Ir. Franciscus Asisi Rusdi Sambada, M.T. ……….
Yogyakarta, 3 Maret 2011
Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma
Yogyakarta Dekan
(Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T.) HALAMAN PENGESAHAN
v
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA
Dengan ini saya menyatakan bahwa dalam Tugas Akhir ini tidak terdapat karya yang pernah diajukan untuk memperoleh gelar kesarjanaan di suatu perguruan tinggi, dan sepanjang pengetahuan saya juga tidak terdapat karya atau pendapat yang pernah ditulis atau diterbitkan oleh orang lain, kecuali yang secara tertulis diacu dalam naskah ini dan disebutkan dalam daftar pustaka.
Yogyakarta, 3 Maret 2011 Penulis
vi
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN
PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS
Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma : Nama : Albertus Yustinus Novi Misgi Prabowo Adi
Nomor Mahasiswa : 095214077
Demi pengembangan ilmu pengetahuan, saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma karya ilmiah saya yang berjudul :
KARAKTERISTIK PENGGERAK MULA TERMOAKUSTIK PISTON
AIR DENGAN DIAMETER SELANG OSILASI 0,5 INCI
beserta perangkat yang diperlukan (bila ada). Dengan demikian saya memberikan kepada Perpustakaan Universitas Sanata Dharma hak untuk menyimpan, me-ngalihkan dalam bentuk media lain, mengelolanya dalam bentuk pangkalan data, mendistribusikan secara terbatas, dan mempublikasikannya di Internet atau media lain untuk kepentingan akademis tanpa perlu meminta ijin dari saya maupun memberikan royalti kepada saya selama tetap mencantumkan nama saya sebagai penulis.
Demikian pernyataan ini yang saya buat dengan sebenarnya. Dibuat di Yogyakarta, 3 Maret 2011
Yang menyatakan
vii
INTISARI
Dunia mulai menyadari bahwa energi yang tidak terbarukan seperti minyak bumi mulai menipis dan pemakaianya telah membuat begitu banyak polusi. Telah dilaksanakan berbagai jenis usaha untuk menemukan alternatif sumber-sumber energi terbarukan yang memanfaatkan alam seperti angin, matahari, panas bumi, dan beragam alat yang memanfaatkan panas.
Penelitian ini bertujuan membuat model alat untuk memanfaatkan sumber energi panas yakni Penggerak Mula Thermoakustik. Energi panas dapat berasal dari energi surya, panas bumi, dari bahan bakar biogas, atau panas buangan dari industri. Penggerak Mula Termoakustik mengkonversikan energi panas menjadi gerak mekanik. Gerak mekanik dapat dimanfaatkan sebagai contoh untuk pompa air. Penelitian ini juga bertujuan untuk mengetahui karakteristik yakni daya dan efisiensi yang dihasilkan.
Alat ini terdiri dari bagian pendingin, regenerator dari steelwool dengan panjang 60mm, tabung pendingin dengan diameter tabung 25 mm dan panjang tabung 100 mm, dan bagian osilasi berupa selang transparan dengan diameter 0,5 inci. Gerak mekanik ini berupa gerak osilasi fluida zat cair dalam hal ini air yang berada di dalam selang yang sudah dibuat sedemikian rupa sehingga membentuk profil U. Osilasi adalah variasi periodik dalam hal ini terhadap waktu dari suatu hasil pengukuran. Osilasi dapat terbentuk karena adanya perbedaan tekanan di dalam alat. Untuk mengetahui karakteristik dilakukan beberapa variasi. Bagian yang divariasikan adalah tabung resonator yaitu tabung resonator dengan volume tabung 13,5 ml dan 28,3 ml.
Dari penelitian ini telah berhasil dibuat Penggerak Mula Termoakustik Piston Air dengan selang osilasi 0,5 inci dan juga Penggerak Mula Termoakustik Piston Pejal. Dalam penelitian Penggerak Mula Termoakustik Piston Air ini dihasilkan daya maksimal sebesar 0,14 watt dan efisiensi maksimal sebesar 0,16% yang didapat dari penggunaan resonator dengan diameter luar 20 mm dengan panjang 90 mm. Sedangkan untuk Penggerak Mula Termoakustik Piston Pejal dihasilkan rpm maksimal sebesar 128 rpm.
viii
KATA PENGANTAR
Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan karunia-Nya, sehingga Tugas Akhir ini dapat terselesaikan. Tugas akhir ini adalah sebagian persyaratan untuk mencapai derajat sarjana S-1 program studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma.
Tugas akhir ini mengambil judul “Karakteristik Penggerak Mula Termoakustik Piston Air Dengan Diameter Selang Osilasi 0,5 Inci”.
Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini karena adanya bantuan dan kerjasama beberapa pihak. Pada kesempatan ini perkenankan penulis mengucapkan terimakasih kepada :
1. Romo Andreas Sugijopranoto, S.J., selaku Direktur ATMI Surakarta. 2. Romo Clay Pareira, S.J., selaku Pudir II ATMI Surakarta.
3. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma.
4. Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin dan dosen Pembimbing Akademik.
5. Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T., Dosen Pembimbing Tugas Akhir. 6. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing
penulis selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.
7. Kepala Laboratorium dan Laboran Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma.
ix
8. Bapak-bapak dan ibu-ibu bagian administrasi Fakultas Sains dan Teknologi Sanata Dharma yang telah banyak membantu proses perkuliahan dan juga Tugas Akhir ini.
9. Semua rekan-rekan ATMI - Sanata Dharma angkatan pertama, terima kasih atas dukungan dan kerjasamanya.
10. Orang tua, saudara, dan teman teman WBS yang telah turut mendukung pelaksaan perkuliahan dan juga Tugas Akhir ini.
11. Regina Westrianita atas dorongan semangat dan kasih sayangnya. 12. Serta semua pihak yang telah membantu atas terselesaikannya Tugas
Akhir ini serta yang tidak mungkin disebutkan satu persatu.
Penulis menyadari dalam pembahasan masalah ini masih jauh dari sempurna, maka penulis terbuka untuk menerima kritik dan saran yang membangun.
Semoga naskah ini berguna bagi mahasiswa Teknik Mesin dan pembaca lainnya. Jika ada kesalahan dalam penulisan naskah ini penulis minta maaf yang sebesar-besarnya, terima kasih.
Surakarta, 28 Februari 2011
Penulis
x
DAFTAR ISI
JUDUL ... i
HALAMAN PERSETUJUAN ... iii
HALAMAN PENGESAHAN ... iv
PERNYATAAN KEASLIAN KARYA ... v
LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN ... vi
INTISARI ... vii
KATA PENGANTAR ... viii
DAFTAR ISI ... x
DAFTAR GAMBAR ... xii
DAFTAR TABEL ... xvi
DAFTAR NOTASI ... xviii
BAB I PENDAHULUAN ... 1
1.1 Latar Belakang ... 1
1.1 Tujuan ... 2
1.2 Manfaat ... 2
BAB II TINJAUAN PUSTAKA ... 3
2.1 Penelitian yang pernah dilakukan ... 3
2.2 Dasar Teori ... 6
2.3 Rumus – rumus yang digunakan ... 10
BAB III METODE PENELITIAN... 12
xi
3.2 Prinsip kerja Penggerak Mula Termoakustik Piston Air ... 13
3.3 Skema Alat Penelitian Penggerak Mula Termoakustik Piston Pejal ... 14
3.4 Variabel - Variable Yang Divariasikan ... 15
3.5 Variabel-Variabel Yang Diukur Dan Cara Pengukuran ... 16
3.6 Langkah – Langkah Penelitian ... 19
BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ... 28
4.1 Tabel – tabel pengambilan data ... 28
4.2 Contoh Cara Perhitungan ... 36
4.3 Tabel – Tabel Hasil ... 39
4.2 Pembahasan ... 41 BAB V PENUTUP ... 57 5.1 Kesimpulan ... 57 5.2 Saran ... 57 DAFTAR PUSTAKA ... 59 LAMPIRAN - LAMPIRAN ... 60
xii
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Siklus termodinamika pada gas ... 6
Gambar 2.2 Siklus termoakustik... 7
Gambar 2.3 Resonator ... 8
Gambar 2.4 Material regenerator dari steelwool ... 9
Gambar 2.5 Material regenerator dari aluminium ... 9
Gambar 3.1. Mesin Termoakustik Piston Air ... 12
Gambar 3.2. Mesin Penggerak Termoakustik Piston Pejal dengan aplikasi Flywheel (sebagai referensi) ... 14
Gambar 3.3 Penampil Termokopel ... 17
Gambar 3.4 Papan Ukur ... 17
Gambar 3.5 Stopwatch... 18
Gambar 3.6 Tabung Pendingin ... 19
Gambar 3.7 Steel Woll ... 19
Gambar 3.8 Tabung Resonator ... 19
Gambar 3.9 Selang Osilasi 0,5 inci ... 20
Gambar 3.10 Pemanas berbahan bakar spirtus ... 20
Gambar 3.11 Stand Penggerak Mula Termoakustik Piston Air ... 21
Gambar 3.12 Pembentukan Selang Osilasi menjadi huruf ... 21
Gambar 3.13 Tabung Resonator diameter 15,7 mm ... 22
Gambar 3.14. Pemanas ... 22
xiii
Gambar 4.1 Hubungan antara daya dan waktu pada penggerak mula termoakustik piston air menggunakan tabung resonator dengan volume 13,5 ml, regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm dan selang osilasi 0,5 inci. ... 41 Gambar 4.2 Hubungan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula
termoakustik piston air menggunakan tabung resonator dengan volume 13,5 ml, regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm dan selang osilasi 0,5 inci. ... 42 Gambar 4.3 Hubungan antara daya dan waktu pada penggerak mula
termoakustik piston air menggunakan tabung resonator dengan volume 28,3 ml, regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm. ... 43 Gambar 4.4 Hubungan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula
termoakustik piston air menggunakan tabung resonator dengan volume 28,3 ml, regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm. ... 44 Gambar 4.5 Perbandingan antara daya dan waktu pada penggerak mula
termoakustik piston air menggunakan tabung resonator dengan volume 13,5 ml dan 28,3 ml. ... 45 Gambar 4.6 Perbandingan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula
termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator dengan volume 13,5 ml dan 28,3 ml. ... 46
xiv
Gambar 4.7 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 70 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm. ... 47 Gambar 4.8 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak
mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 50 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm. ... 48 Gambar 4.9 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak
mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 30 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm. ... 49 Gambar 4.10 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak
mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator aluminium dengan panjang regenerator 70 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm. ... 50 Gambar 4.11 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak
mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator aluminium dengan panjang regenerator 50 mm
xv
menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm. ... 51 Gambar 4.12 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak
mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator aluminium dengan panjang regenerator 30 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm. ... 52 Gambar 4.13 Perbandingan antara waktu dan putaran flywheel pada
penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 30 mm, 50 mm, dan 70 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm. ... 53 Gambar 4.14 Perbandingan antara waktu dan putaran flywheel pada
penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator aluminium dengan panjang regenerator 30 mm, 50 mm, dan 70 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm. ... 54
xvi
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Tabel Hasil Pengujian Mesin Termoakustik diameter selang osilasi 0,5 mm, Tabung Pendingin bervolume 80 ml, regenerator Steel Wool dengan panjang 60 mm dengan variasi tabung resonator volume 13,5 ml, h0=10cm ... 28 Tabel 4.2. Tabel Hasil Pengujian Mesin Termoakustik diameter selang
osilasi 0,5 mm, Tabung Pendingin bervolume 80 ml, regenerator Steel Wool dengan panjang 70 mm dengan variasi tabung resonator volume 28,3 ml. h0=11,2 cm ... 29 Tabel 4.3 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Steel wool
dengan panjang 70 mm ... 30 Tabel 4.4 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Steel wool
dengan panjang 50 mm ... 31 Tabel 4.5 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Steel wool
dengan panjang 30 mm ... 32 Tabel 4.6 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Aluminium
dengan panjang 70 mm ... 33 Tabel 4.7 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Aluminium
dengan panjang 50 mm ... 34 Tabel 4.8 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Aluminium
dengan panjang 30 mm ... 35 Tabel 4.9 Tabel Daya spiritus rata rata ... 37
xvii
Tabel 4.10 Tabel hasil perhitungan penggerak mula termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator volume 13,5 ml dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 70 mm. .... 39 Tabel 4.11 Tabel hasil perhitungan penggerak mula termoakustik piston air
dengan menggunakan tabung resonator volume 28,3 ml dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 70 mm. .... 40
xviii
DAFTAR NOTASI
Cp : panas spesifik pada tekanan tetap (kJ/kg.°C) f : frekuensi (Hz)
g : percepatan gravitasi (m/det2) h max : beda tinggi kolom air (m) h0 : posisi ketinggian awal air (m) m : masa (kg)
P : tekanan hidrostatis (N/m2)
V : volume perbedaan tinggi kolom air (m3) W : daya (watt)
Wo : daya keluaran (watt) Wi : daya masuk (watt) ΔT : selisih temperatur (oK) Δt : selisih waktu ( detik) η : efisiensi mesin (%) ρ air : masa jenis air (kg/m3)
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1 Latar Belakang
Beragam sumber energi alternatif yang dapat diperbarui telah menjadi topik umum pembicaraan para peneliti di bergagai belahan dunia. Angin, matahari, panas bumi, dan biomassa adalah beberapa sumber energi alternatif yang telah dicoba untuk dikembangkan sebagai pengganti bahan bakar fosil yang tidak dapat diperbarui. Hal ini dikarenakan manusia telah menyadari bahwa sumber energi fosil yang digunakan sekarang tidak bisa diperbarui dan diperkirakan akan habis dalam waktu dekat.
Telah banyak alat yang dibuat untuk menemukan pembangkit energi dari sumbar daya terbarukan termasuk diantaranya Penggerak Mula Termoakustik. Alat ini dapat mengkonversikan energi panas menjadi gerak mekanik. Alat ini sering disebut sebagai lamina lag atau penggerak mula resonan. Alat ini tergantung pada fluktuasi tekanan yang cepat untuk proses operasi. Fenomena osilasi gelombang suara dimana di dalamnya terdapat aktifitas kompresi dan ekspansi terhadap partikel gas merupakan ide dasar dari teknologi ini.
Pengamatan dari apa yang terjadi dalam percobaan menunjukkan temperatur gas juga mengalami osilasi. Ketika gas tersebut berinteraksi dengan batas-batas solid sekitarnya akan terjadi pula osilasi perpindahan kalor dari gas ke batas tersebut. Jadi apabila suara merambat melalui celah yang relatif sempit akan terjadi aliran panas atau kalor ke dan dari dinding-dinding celah tersebut. Peristiwa semacam ini disebut sebagai efek termoakustik. Osilasi temperatur ini tentu saja tidak terlalu berarti misalnya dalam kejadian gelombang suara dari manusia yang berbicara. Tetapi dengan menggunakan udara yang mendapatkan tekanan tinggi maka osilasi yang terjadi menunjukkan efek termoakustik yang signifikan.
Dalam penelitian ini dibangun dua tipe rancangan sistem penggerak mula termoakustik, yaitu:
1. Penggerak Mula Termoakustik Piston Air.
Sistem inilah yang akan dilihat karakteristiknya yakni daya dan efisiensinya Sistem ini memakai fluida air sebagai piston.
2. Penggerak Mula Termoakustik Piston Pejal.
Sistem penggerak termoakustik piston pejal yang dirancang memakai material grafit sebagai piston. Sistem ini yang digunakan untuk referensi dalam melihat variasi panjang regenerator dan jenis bahan regenerator.
1.1 Tujuan
1. Membuat model Penggerak Mula Termoakustik Piston Air dengan selang osilasi 0,5 inci
2. Membuat Penggerak Mula Termoakustik Piston Pejal.
3. Mengetahui karakteristik yaitu daya dan efisiensi model Penggerak Mula Termoakustik Piston Air dengan selang osilasi 0,5 inci.
1.2 Manfaat
1. Menambah kepustakaan tentang penggerak mula termoakustik
2. Dapat dikembangkan penelitian lanjut sehingga diharapkan dapat diterapkan di masyarakat.
3
BAB II
TINJAUAN PUSTAKA
2.1 Penelitian yang pernah dilakukan
Penelitian tentang pompa air energi panas yaitu Pompa Air Energi Termal menggunakan Evaporator Plat 35 cc. Penelitian pada pompa air energi surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy, 1995).
Penelitian pompa energi panas berbasis motor stirling dapat secara efektif memompa air dengan variasi head antara 2 – 5 m (Mahkamov, 2003). Penelitian pompa air energi panas surya memperlihatkan bahwa waktu pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk kondensor (Sumathy, 1995).
Analisa termodinamika untuk memprediksi unjuk kerja pompa air energi panas surya pada beberapa ketingian head memperlihatkan bahwa jumlah siklus atau hari tergantung pada waktu pemanasan fluida kerja dan waktu yang diperlukan untuk pengembunan uap. Waktu pemanasan tergantung pada jumlah fluida awal dalam sistem waktu pengembunan tergantung pada luasan optimum koil pendingin (Wong, 2001).
Penelitian lain yang pernah dilakukan seperti dalam Tugas Akhir “Karakteristik Kolektor Surya CPC Untuk Pompa Air Energi Termal Menggunakan Pompa Rendam” mampu menghasilkan efisiensi sensibel kolektor
maksimum adalah 12.68 %, daya pemompaan maksimum adalah 0.0893 Watt, Efisiensi sistem maksimum sebesar 0.132 %, faktor efisiensi maksimum adalah 57.218 % (Yoanita, 2009).
Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 39 CC dan Pemanas 266 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.139 watt, efisiensi pompa (η pompa) maksimum 0.060 % pada variasi bukaan kran 30 ºC, dan debit (Q) maksimum 0.697 liter/menit pada variasi ketinggian head 1.75 m dan bukaan kran penuh atau 0 ºC dengan pendingin udara (Suhanto, 2009).
Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 44 CC dan Pemanas 78 Watt” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.167 watt, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0.213 %, dan debit (Q) maksimum 0.584 liter/menit pada variasi ketinggian head 1.75 m dan bukaan kran 0 ºC dengan pendingin udara (Nugroho, 2009).
Pada penelitian “Pompa Air Energi Termal dengan Evaporator 35 CC ” mampu menghasilkan daya pompa (Wp) maksimum adalah 0.053 watt, efisiensi pompa (ηpompa) maksimum 0.015 %, dan debit (Q) maksimum 0.179 liter/menit pada variasi ketinggian head 1.75 m dan bukaan kran 0 ºC dengan pendingin udara (Setiyawan, 2011).
Sedangkan penelitian yang berkaitan langsung dengan Penggerak Mula Termoakustik mulai dilakukan oleh Lord Rayleigh yaitu saat pertama kali memberikan paparan tentang efek thermoaccoustik melalui tulisannya “The Theory of Sound”, yang dipublikasikan pada tahun 1887. Dalam tulisannya, beliau mengungkapkan bahwa gelombang suara bisa menghasilkan perbedaan temperatur pada media yang dilaluinya, sebagai contoh udara. Namun, penelitian
5
ini sempat terhenti dan baru berlanjut kira-kira 800 tahun kemudian pada saat Rott mulai mempublikasikan penelitian tentang termoakustik pada tahun 1969 (Fahey,2006).
Kira-kira 20 tahun yang lalu, Ceperley menunjukkan kemungkinan untuk mengembangkan mesin kalor tanpa bagian yang bergerak. Beliau mendapati bahwa gas di dalam aliran gelombang suara yang melewati regenerator yang memiliki perbedaan panas mengalami siklus termodinamika mirip dengan siklus stirling. Beliau juga mengusulkan sebuah mesin stirling tanpa piston dengan menggunakan rambatan gelombang bunyi sebagaimana piston di mesin stirling konvensional.(Ueda, 2009)
2.2 Dasar Teori
Prinsip kerja dari penggerak mula termoakustik yang diteliti sebenarnya adalah proses kebalikan dari apa yang pertama kali dikemukakan oleh Lord Rayleigh. Dimana input daya adalah panas kemudian diubah menjadi energi tekanan dan gelombang suara.
Tekanan dan temperatur
Kondisi normal Kondisi kompresi Kondisi gas ekspansi
Gambar 2.1 Siklus termodinamika pada gas
Gambar 2.1 menunjukkan apa yang terjadi pada sebuah partikel gas pada saat terjadinya siklus thermodinamik. Ketika ada stimulasi impuls getaran gas akan mengalami kompresi. Sebagai hasilnya temperatur dari partikel gas akan meningkat. Dan pada tahap yang berikutnya, ketika gas mengembang temperatur akan berkurang dengan seketika. Suatu partikel gas yang dimampatkan cenderung melepaskan panas ke lingkungan, sedangkan saat mengembang gas akan menyerap panas dari lingkungannya. Karakteristik ini penting untuk mesin termoakustik sebab dengan cara ini panas dapat pindahkan dari satu ruang ke ruang yang lain.
7
Gambar 2.2 Siklus termoakustik
Dimulai pada saat tekanan minimum ( t=0) gas akan dimampatkan oleh gelombang suara. Pada saat perjalanan gelombang, perubahan dari gas adalah seperempat dari satu periode di belakang amplitudo tekanan. Dari sini gas mulai memampat (t=0) atau masih dalam posisi seimbang atau netral (Uo). Selama kompresi gas bergerak ke yang kiri (-U). Karena ada pemindahan kalor yang maksimal (isothermal propagation) kalor (Q1) dilepaskan ke regenerator (sebelah kiri posisi seimbang). Pada setengah siklus yang kedua terjadi proses yang kebalikan. Kemudian saat ekspansi gas bergerak ke kanan (+dU) dari posisi seimbang dan disitu gas akan menyerap panas (Q2) dari regenerator. Sebuah siklus yang lengkap dikendalikan oleh suatu gelombang berjalan (suara) akan mengakibatkan kompresi gas, dan penurunan temperatur gas (Q1) di sisi kiri
(-dU), ini terjadi pada saat temperatur gas (T1) lebih tinggi daripada regenerator. Kemudian diikuti oleh ekspansi dan pengambilan panas dari regenerator (Q2) di sebelah kanan (+dU) pada saat temperatur gas yang rendah (T2) (ASTER, 2000-2011).
Resonator
Pada kenyataannya proses termodinamika dikendalikan dengan rambatan gelombang. Untuk meminimalkan kerugian dan menghasilkan gelombang sekuat mungkin, diperlukan suatu resonator suara. Resonator ini dapat dibandingkan dengan suatu pipa organ.
Gambar 2.3 Resonator
Frekuensi tergantung pada panjangnya, lebih panjang pipa resonator maka akan menurunkan frekwensi. Daya tergantung dari area melintang dari resonator. Sebagai tambahan, resonator berfungsi sebagai pemisah antara termoakustik di sebelah kiri dan pompa kalor di sebelah kanan.
Suatu kolom gas ber gerak maju mundur di area sempit pada resonator (gambar diatas). Sebagai hasilnya, tekanan pada kedua ujungnya bervariasi dengan fungsi kebalikan, menciptakan kompresi dan ekspansi pada gas yang periodik. Fungsi dari resonator dapat dibandingkan dengan roda gila pada motor konvensional (ASTER, 2000-2011).
9
Regenerator
Selama terjadi siklus termodinamika regenerator akan menyerap kalor pada setengah siklus dan akan melepaskan panas ini pada setengah siklus yang lain. Syarat utama dari regenerator adalah materialnya bersifat konduktor panas. Kemampuan untuk menyerap dan melepas panas juga harus baik (konstan terhadap waktu saat mengalami perubahan suhu). Hal ini akan membuat efisiensi lebih maksimal jika waktu yang dibutuhkan regenerator untuk menyerap dan melepas panas lebih kecil daripada waktu siklus termodinamika. Dan juga regenerator ini tidak boleh menghambat aliran gas. Material yang sesuai kriteria diatas antara lain steelwool, metal gauze atau metal foam, dan aluminium.
Gambar 2.4 Material regenerator dari steelwool
2.3 Rumus – rumus yang digunakan
Perhitungan Tekanan (P)
Tekanan (P) dihitung dengan Persamaan 2.1:
P = ρ . g . h (2.1) dengan :
P ∶ tekanan Hidrostatis (𝑁/𝑚2) ρ ∶ massa jenis Air (kg/m³) g ∶ percepatan Gravitasi (m/det²) h ∶ beda tinggi kolom air (m)
Perhitungan Daya (W)
Daya (W) dihitung dengan Persamaan 2.2 :
W = 𝑃 . 𝑉 . 𝑓 𝑤𝑎𝑡𝑡 (2.2) dengan :
𝑃 = 𝑡𝑒𝑘𝑎𝑛𝑎𝑛 𝑖𝑑𝑟𝑜𝑠𝑡𝑎𝑡𝑖𝑠 (𝑁/𝑚²)
𝑉 = 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑝𝑒𝑟𝑏𝑒𝑑𝑎𝑎𝑛 𝑡𝑖𝑛𝑔𝑔𝑖 𝑘𝑜𝑙𝑜𝑚 𝑎𝑖𝑟 (𝑚𝑙) 𝐹 = 𝑓𝑟𝑒𝑘𝑢𝑒𝑛𝑠𝑖 (𝐻𝑧)
Dengan analisis Dimensionalnya sebagai berikut:
𝑃 = 𝑁 𝑚2 = 𝑚𝑎𝑠𝑠.𝑚 𝑠2 𝑚2 = 𝑀. 𝐿 𝐿2. 𝑇2 = 𝑀 𝐿. 𝑇2 𝑉 = 𝑚3 = 𝐿3
11 𝑓 =1 𝑠 = 1 𝑇 𝑃. 𝑉. 𝑓 = 𝑀 𝐿. 𝑇2 . 𝐿3. 1 𝑇= 𝑀. 𝐿2 𝑇3 𝑀. 𝐿2 𝑇3 = 𝑀. 𝐿 𝑇2 . 𝐿. 1 𝑇= 𝑀. 𝐿 𝑇2 . 𝐿. 1 𝑇 =𝑘𝑔. 𝑚 𝑠2 . 𝑚. 1 𝑠 = 𝑁𝑚 𝑠 = 𝐽𝑜𝑢𝑙𝑒 𝑠 = 𝑤𝑎𝑡𝑡
Dari rumus tersebut maka didapatkan tekanan dan daya dari mesin yang dibuat, dengan ini perancangan mesin dengan skala besar bisa dibuat lebih lanjut.
Perhitungan Efisiensi
Efisiensi (𝜂) dihitung dengan Persamaan 2.3
𝜂 =
𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑔𝑒𝑟𝑎𝑘𝑑𝑎𝑦𝑎 𝑠𝑝𝑖𝑟𝑡𝑢𝑠 𝑟𝑎𝑡𝑎 −𝑟𝑎𝑡𝑎
𝑥 100%
(2.3)Perhitungan Daya Spiritus
Perhitungan Daya Spiritus (W) dihitung dengan persamaan 2.4
𝑊 = 𝑚. 𝑐𝑝.∆𝑇
∆𝑡 (2.4) W = Daya spiritus (watt)
m = massa air (kg)
cp = kapasitas panas (kJ / kg °C ) ΔT = perbedaan temperatur (o
C) Δt = perbedaan waktu (second)
Persamaan (2.4) merupakan pendekatan untuk mencari daya rata – rata dari spiritus. Dengan asumsi rugi – rugi akibat hilangnya kalor ke lingkungan dianggap tidak ada, dan juga kalor yang diserap oleh bejana dianggap tidak ada.
12
BAB III
METODE PENELITIAN
Penelitian telah dilaksanakan di kampus ATMI Surakarta. Pengambilan data dilaksanakan pada 2-12 Februari 2011 di ATMI Surakarta.
3.1 Skema Alat Penelitian Penggerak Mula Termoakustik Piston Air
Gambar 3.1. Mesin Termoakustik Piston Air Keterangan: 1. Tabung Pendingin 2. Regenerator 3. Tabung Resonator 4. Pipa Osilasi 5. Air 6. Papan Ukur
7. Pemanas berbahan bakar spirtus
4 5 7 2 1 3 6
13
3.2 Prinsip kerja Penggerak Mula Termoakustik Piston Air
Pada Penggerak Mula Termoakustik Piston Air, energi panas dari pemanas dikonversikan menjadi gerak mekanik yaitu gerak osilasi air di dalam selang osilasi. Seperti yang terlihat di dalam Gambar 3.1. Pemanas (No.7) diletakkan di bawah Tabung Resonator (No.3) Pemanas yang dinyalakan memanasi Tabung Resonator. Dengan bertambahnya waktu, udara di dalam tabung Resonator temperaturnya menjadi naik. Udara yang telah naik temperaturnya membuat tekanan udara menjadi naik. Tekanan udara menekan air di selang osilasi (No.4). Selain menekan air, Udara di dalam Tabung Resonator juga mengalir menuju Tabung Pendingin (No.1) melalui Regenerator (2). Karena Regenerator terbuat dari steel wool bahan yang mudah menyerap panas dan melepaskan panas maka udara yang melalui regenerator terserap panasnya dan menuju ke tabung pendingin dalam keadaan tidak terlalu tinggi temperaturnya. Ketika udara dari resonator telah berada di tabung Pendingin maka udara sekitar di luar tabung pendingin mendinginkan udara di dalam tabung pendingin.
Udara yang dingin kemudian mengalir menuju bagian resonator dan melewati regenerator. Di regenerator, udara dingin dipanaskan oleh regenerator sehingga ketika mencapai resonator udara dari tabung pendingin tidak terlalu dingin. Sedangkan air yang berada di selang osilasi telah mencapai h max sehingga ada tekanan yang menekan udara.
Hal ini akan berulang-ulang hingga sistem ini menjadi stabil karena perbedaan temperature sistem ini menjadi sama dan sistem akan berheti berosilasi.
3.3 Skema Alat Penelitian Penggerak Mula Termoakustik Piston Pejal
Gambar 3.2. Mesin Penggerak Termoakustik Piston Pejal dengan aplikasi Flywheel (sebagai referensi)
Keterangan :
1. Pemanas berbahan bakar spirtus 2. Regenerator 3. Tabung Resonator 4. Silinder 5. Piston 6. Flywheel 7. Stand 1 2 3 4 5 6 7
15
Metode yang digunakan dalam pembuatan Penggerak Mula Termoakustik Piston Air ini adalah:
1. Studi lapangan
Mencari data-data yang di perlukan dalam pembuatan Penggerak Mula Termoakustik Piston air dan Piston Pejal, sehingga dapat digunakan dengan baik dilapangan. Kami melakukan studi lapangan dengan melihat dan membandingkan alat-alat dari internet.
2. Studi Literatur
Mendalami teori dasar yang dipakai dalam penyusunan Tugas Akhir ini dari beberapa buku referensi yang kemudian disusun secara sistematis dan sejelas mungkin sebagai penunjang teori dasar dengan batasan masalah yang akan dibahas.
3.4 Variabel - Variable Yang Divariasikan
Untuk mengetahui karakteristik Penggerak Mula Termoakustik Piston Air terdapat beberapa variabel penelitian. Adapun variabel penelitian yang dilakukan adalah variasi volume tabung resonator. Yaitu volume 13,5 ml dan volume 28,3 ml.
Sedangkan dari percobaan dengan menggunakan Penggerak Mula Termoakustik Piston Pejal dengan aplikasi Flywheel, yang divariasikan adalah :
1. Material Regenerator yakni dari 1) dari Steel Wool dan dari 2) tatal Alumunium
3.5 Variabel-Variabel Yang Diukur Dan Cara Pengukuran
Untuk percobaan dengan menggunakan Penggerak Mula Termoakustik Piston Air, variabel yang diukur adalah :
a) Temperatur pada tabung pendingin. b) Temperatur pada regenerator. c) Temperatur pada tabung resonator. d) Panjang Osilasi fluida.
e) Frekuensi Osilasi.
Sedangkan untuk percobaan dengan menggunakan Mesin Penggerak Termoakustik Piston Pejal dengan aplikasi flywheel, variabel yang diukur adalah:
a) Temperatur pada tabung pendingin. b) Temperatur pada regenerator. c) Temperatur pada tabung resonator. d) Temperatur pada silinder.
17
Cara pengukuran variabel tersebut adalah :
a) Untuk pengukuran temperatur, cara pengukuran dengan menggunakan Termokopel.
Gambar 3.3 Penampil Termokopel
b) Untuk pengukuran panjang osilasi pada fluida digunakan papan ukur yang dipasang pada stand.
c) Untuk mengukur frekuensi dan putaran rpm pada flywheel digunakan stopwatch.
19
3.6 Langkah – Langkah Penelitian
Penggerak Mula Termoakustik Piston Air
1. Peralatan dan bahan disiapkan.
Adapun alat dan bahan yang dibutuhkan adalah: a. Tabung Pendingin
Gambar 3.6 Tabung Pendingin b. Regenerator terbuat dari Steel Woll
Gambar 3.7 Steel Woll
c. Tabung Resonator diameter 15,7 mm dan 20 mm
Gambar 3.8 Tabung Resonator
Gambar 3.9 Selang Osilasi 0,5 inci e. Air
f. Papan ukur
g. Pemanas berbahan bakar spirtus (bahan bakar spirtus)
Gambar 3.10 Pemanas berbahan bakar spirtus h. Plat pembuat Stand
2. Stand disiapkan.
Plat yang telah disiapkan dirakit sehingga membentuk stand sesuai kebutuhan dalam penelitian.
21
Gambar 3.11 Stand Penggerak Mula Termoakustik Piston Air 3. Penyiapan Regenerator
Regenerator yang terbuat dari steel wool dimasukkan ke dalam tabung resonator
4. Penyiapan rangkaian mesin Termoakustik.
Bahan bahan yang sudah disiapkan mulai dirakit membentuk Rangkaian Termoakustik.
5. Selang osilasi 0,5 inchi dirangkai sehingga membentuk huruf U dengan baik dan diatur ketinggian sesuai dengan kebutuhan.
U
6. Air dimasukkan ke dalam selang osilasi sebagai piston air kedalam selang osilasi
7. Tabung Resonator diameter 15,7 mm dipasangkan pada rangkaian
Gambar 3.13 Tabung Resonator diameter 15,7 mm 8. Pemanas berbahan bakar spirtus disiapkan.
Gambar 3.14. Pemanas 9. Ketinggian awal sebelum osilasi (h0) dicatat
10. Termokopel untuk penghitungan data temperatur disiapkan.
11. Termokopel ditempatkan di tabung pendingin, regenerator, dan di resonator.
23
12. Temperatur awal sebelum Mesin Termoakustik dipanasi dicatat terlebih dahulu.
13. Stopwatch disiapkan untuk perhitungan waktu
14. Proses pengambilan data dimulai dengan mulai menyalakan pemanas 15. Perubahan temperatur di tabung pendingin, regenerator, resonator, dan
udara ruangan dicatat setiap satu menit
16. Perbedaan ketinggian selama osilasi dicatat dalam selang tiap satu menit 17. Waktu (detik) yang dipakai untuk berosilasi 10 kali dicatat.
18. Setelah menit ke 30 pemanas dicatat dan ditunggu beberapa saat hingga tabung resonator turun temperaturnya menjadi 30 °C
19. Tabung Resonator diameter 15,7 mm dilepas dan diganti dengan Tabung Resonator diameter 20 mm
20. Langkah 8 sampai langkah 18 diulangi lagi. 21. Pemanas dan Penampil Termokople dimatikan. 22. Alat-alat dilepas dan disimpan di tempat yang aman 23. Data-data yang ada diolah menjadi tabel hasil dan grafik
24. Pembuatan Grafik hubungan waktu dengan daya untuk tabung resonator volume 13,5 dan 28,3 ml.
25. Pembuatan Grafik hubungan waktu dengan efisiensi untuk tabung resonator volume 13,5 dan 28,3 ml.
26. Pembuatan Grafik perbandingan daya antara tabung resonator volume 13,5 dan 28,3 ml
27. Pembuatan Grafik perbandingan efisiensi antara tabung resonator volume 13,5 dan 28,3 ml.
Penggerak Mula Termoakustik Piston Pejal
Untuk percobaan dengan menggunakan penggerak mula termoakustik piston pejal, langkah – langkah yang dilakukan adalah :
1. Penyiapan peralatan dan bahan. a) tabung resonator b) regenerator
c) pemanas berbahan bakar spirtus d) piston e) silinder f) flywheel g) stand h) o ring 2. Pembuatan stand.
Rangkai material kayu dan plat aluminium yang telah disiapkan, serta penguat dari bahan nylon dan kaca mikha.
3. Pemasangan chuke pada piston.
4. Pemasangan piston pada stand yang telah disiapkan.
5. Bahan regenerator yang terbuat dari bahan steel wool dimasukkan dalam tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm, dengan panjang regenerator 70 mm diukur dari ujung tabung
25
6. Pemasangan Tabung Resonator yang sudah berisi regenerator ke piston yang sudah terpasang pada stand. Diantara ring penekan dan piston, dipasang o ring agar ruangan di dalam tabung resonator benar – benar vacum.
7. Pemasangan flywheel pada stand.
8. Pemasangan piston dan shaft yang dihubungkan ke flywheel.
9. Pemasangan pemanas spiritus pada stand, dengan jarak 10 mm dari regenerator, agar regenerator tidak ikut terbakar.
10. Pencatatan data awal sebelum pemanas spiritus dinyalakan.
11. Pembakaran dimulai dengan menyalakan api pada pemanas spiritus dan data mulai dicatat.
12. Waktu yang diperlukan untuk 20 kali putaran flywheel dicatat.
13. Pencatatan hasil percobaan dengan rentang waktu 2 menit hingga mencapai waktu yang telah ditentukan, yaitu 60 menit.
14. Langkah 5 sampai 13 diulangi kembali dengan regenerator yang terbuat dari bahan steel wool dalam tabung resonator, dengan panjang regenerator 50 mm diukur dari ujung tabung, sehingga didapatkan data yang lain. 15. Langkah 5 sampai 13 diulangi kembali dengan regenerator yang terbuat
dari bahan steel wool dalam tabung resonator, dengan panjang regenerator 30 mm diukur dari ujung tabung, sehingga didapatkan data yang lain. 16. Langkah 5 sampai 13 diulangi kembali dengan regenerator yang terbuat
dari bahan aluminium dalam tabung resonator, dengan panjang regenerator 70 mm diukur dari ujung tabung, sehingga didapatkan data yang lain.
17. Langkah 5 sampai 13 diulangi kembali dengan regenerator yang terbuat dari bahan aluminium dalam tabung resonator, dengan panjang regenerator 50 mm diukur dari ujung tabung, sehingga didapatkan data yang lain. 18. Langkah 5 sampai 13 diulangi kembali dengan regenerator yang terbuat
dari bahan aluminium dalam tabung resonator, dengan panjang regenerator 30 mm diukur dari ujung tabung, sehingga didapatkan data yang lain. 19. Dari data yang diperoleh, dibuat grafik hubungan antara waktu dan
kecepatan rpm yang terjadi dari beberapa variasi yang telah dilakukan, sehingga dari grafik tersebut bisa diketahui pada variasi manakah putaran rpm maksimal terjadi.
Penelitian daya rata-rata spirtus.
Untuk mengetahui daya rata-rata spirtus dilakukan penelitian sederhana. Langkah-langkah yang dilakukan adalaah:
1. Persiapkan Alat dan bahan Alat-alat yang diperlukan
a. Kaleng Air dengan diameter 110 mm dengan tinggi kaleng 25 mm.
b. Pemanas berbahan bakar spirtus c. Stopwatch untuk pencatatan waktu
d. Termokopel dan Penampil Termokpel untuk pencatatan suhu e. Air
27
2. Perangkaian alat alat
3. Penempatan termokopel di tengah kaleng, tidak menyentuh dasar kaleng.
4. Pencatatan kondisi awal t = 0 menit dan suhu awal air sebelum dipanaskan
5. Pemanas dinyalakan
6. Setiap satu menit, dicatat perubahan suhu yang terjadi 7. Ketika mencapai suhu 50 °C pemanas dimatikan 8. Pembuatan tabel data
28
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1 Tabel – tabel pengambilan data
Data yang dapat diperoleh dari proses pengujian dua model Penggerak Mula Termoakustik Piston Air dan Piston Pejal:
Tabel 4.1 Tabel Hasil Pengujian Mesin Termoakustik diameter selang osilasi 0,5 mm, Tabung Pendingin bervolume 80 ml, regenerator Steel Wool dengan panjang 60 mm dengan variasi tabung resonator volume 13,5 ml, h0=10cm
No Menit ke-Suhu Tabung Pendingin (°C) Suhu Regenerator (°C) Suhu Tabung Reaks i (°C) Panjang Os ilas i (cm ) Frekuens i (Hz) Keterangan 1 0 25 25 25 Belum Os ilas i 2 1 25 59 184 3 2 25 67 244 m ulai os ilas i 4 3 25 70 299 0,1 5 4 25 70 273 0,1 6 5 25 67 280 0,2 7 6 25 66 305 0,2 8 7 25 67 300 15,0 3,33 9 8 25 70 284 16,5 3,33 10 9 25 72 270 15,0 3,33 11 10 25 69 241 13,5 3,33 12 11 25 68 221 14,5 3,33 13 12 25 66 243 14,5 3,33 14 13 25 67 257 16,0 3,33 15 14 25 68 258 15,0 3,33 16 15 25 68 253 15,0 3,33 17 16 25 67 256 14,5 3,33 18 17 25 67 258 15,0 3,33 19 18 25 67 259 15,0 3,33 20 19 25 69 253 14,5 3,33 21 20 25 70 251 14,5 3,33 22 21 25 65 252 15,0 3,33 23 22 25 66 245 15,0 3,33 24 23 25 69 252 13,0 3,33 25 24 25 69 252 14,5 3,33 26 25 25 69 252 15,0 3,33 27 26 25 71 261 14,0 3,33 28 27 25 70 262 14,5 3,33 29 28 25 73 261 15,0 3,33 30 29 25 72 258 14,0 3,33 31 30 25 70 254 15,0 3,33 Pem anas dim atikan
29
Tabel 4.2. Tabel Hasil Pengujian Mesin Termoakustik diameter selang osilasi 0,5 mm, Tabung Pendingin bervolume 80 ml, regenerator Steel Wool dengan panjang 70 mm dengan variasi tabung resonator volume 28,3 ml. h0=11,2 cm
No Menit ke-Suhu Tabung Pendingin (°C) Suhu Regenerator (°C) Suhu Tabung Reaksi (°C) Panjang Osilasi (cm) Frekuensi (Hz) Keterangan 1 0 24 24 24 belum osilasi 2 1 26 43 189 3 2 26 54 227 4 3 26 59 232 5 4 26 67 237 6 5 26 73 235 7 6 26 80 235 8 7 26 81 260 9 8 26 80 248 10 9 26 81 235 11 10 26 80 234 12 11 26 85 235 13 12 26 81 244 10,0 2,86 mulai osilasi 14 13 26 80 235 11,0 2,86 15 14 26 85 228 12,5 2,86 16 15 26 85 227 12,5 2,86 17 16 25 86 222 13,5 2,86 18 17 26 86 221 15,0 2,86 19 18 26 88 221 14,5 2,86 20 19 26 86 224 17,0 2,86 21 20 26 88 227 17,6 2,86 22 21 26 90 234 18,0 2,86 23 22 26 90 235 19,0 2,86 24 23 26 90 235 19,0 2,86 25 24 26 89 241 19,6 2,86 26 25 26 89 244 19,5 2,86 27 26 26 89 243 19,5 2,86 28 27 26 86 248 15,0 2,86 29 28 26 84 250 16,5 2,86 30 29 26 83 261 15,0 2,86 Pemanas dimatikan
Tabel 4.3 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Steel wool dengan panjang 70 mm
1 suhu
awal 25 26 27
-2 0 25 43 27
-sekitar menit ke-1,5 mulai berputar 3 2 26 102 28 94 4 4 26 107 28 100 5 6 27 138 30 108 6 8 27 118 32 110 7 10 27 117 34 103 8 12 27 118 35 103 9 14 27 257 35 119 10 16 27 257 35 103 11 18 27 235 36 104 12 20 27 285 36 102 13 22 27 283 38 103 14 24 27 290 38 103 15 26 27 298 40 110 16 28 27 300 40 103 17 30 27 260 41 107 18 32 27 310 41 102 19 34 27 255 42 104 20 36 27 291 43 99 21 38 27 258 43 104 22 40 27 285 43 104 23 42 27 268 43 103 24 44 27 270 43 104 25 46 27 265 43 94 26 48 27 320 44 98 27 50 27 280 44 100 28 52 27 275 43 97 29 54 27 340 43 95 30 56 27 270 43 97 31 58 27 290 43 104 32 60 27 246 43 94 api dimatikan Keterangan No Menit ke-Suhu Tabung Pendingin (⁰C) Suhu Regenerator (⁰C) Suhu Silinder piston (⁰C) rpm
31
Tabel 4.4 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Steel wool dengan panjang 50 mm 1 suhu awal 24 25 25 -2 0 26 35 25 - api dinyalakan 3 2 33 164 25 97 sekitar 1,5 menit mulai berputar 4 4 44 211 25 121 5 6 53 203 26 119 6 8 56 221 26 121 7 10 57 224 27 119 8 12 57 219 27 122 9 14 58 217 27 119 10 16 59 222 27 118 11 18 59 224 27 120 12 20 58 222 27 122 13 22 58 202 27 121 14 24 57 221 28 120 15 26 54 266 28 119 16 28 48 325 29 107 17 30 44 286 30 115 18 32 43 319 29 112 19 34 44 294 29 114 20 36 43 300 30 109 21 38 41 350 32 109 22 40 41 315 32 111 23 42 42 297 33 106 24 44 41 294 32 107 25 46 43 291 32 107 26 48 43 288 32 108 27 50 44 301 32 117 28 52 50 290 32 114 29 54 52 258 32 118,8 30 56 50 276 32 103,4 31 58 45 323 32 107,1 32 60 42 286 33 89,6 api dimatikan Keterangan No Menit ke-Suhu Tabung Pendingin (⁰C) Suhu Regenerator (⁰C) Suhu Silinder piston (⁰C) rpm
Tabel 4.5 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Steel wool dengan panjang 30 mm 1 suhu awal 25 26 27 -2 0 25 47 27 -sekitar 1 menit 40 detik mulai berputar 3 2 38 291 27 106 4 4 60 235 27 122 5 6 80 170 27 129 6 8 90 187 27 123 7 10 86 184 28 128 8 12 90 180 28 128 9 14 94 152 28 122 10 16 96 177 28 123 11 18 91 186 29 121 12 20 92 165 29 129 13 22 97 194 30 121 14 24 96 168 30 122 15 26 99 154 30 123 16 28 99 174 30 121 17 30 98 156 30 117 18 32 100 180 32 115 19 34 100 170 32 125 20 36 99 187 32 125 21 38 97 182 32 122 22 40 94 198 32 125 23 42 94 185 33 121 24 44 93 184 33 116 25 46 89 171 33 123 26 48 83 197 33 121 27 50 88 259 33 120 28 52 90 171 33 124 29 54 94 185 33 125 30 56 97 187 33 125 31 58 99 187 33 125 32 60 100 200 34 112 api dimatikan Keterangan No Menit ke-Suhu Tabung Pendingin (⁰C) Suhu Regenerator (⁰C) Suhu Silinder piston (⁰C) rpm
33
Tabel 4.6 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Aluminium dengan panjang 70 mm 1 suhu awal 26 26 34 -2 0 26 128 34 -3 2 27 244 34 -4 4 27 268 34 -sekitar 5 menit 40 detik mulai berputar 5 6 29 318 35 72 6 8 29 278 35 59 7 10 33 244 36 73 8 12 34 259 37 83 9 14 35 274 38 85 10 16 35 281 40 84 11 18 35 285 41 82 12 20 36 286 41 81 13 22 36 281 42 79 14 24 36 267 43 77 15 26 35 304 43 78 16 28 35 259 43 71 17 30 35 258 42 - fly wheel berhenti Keterangan No Menit ke-Suhu Tabung Pendingin (⁰C) Suhu Regenerator (⁰C) Suhu Silinder piston (⁰C) rpm
Tabel 4.7 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Aluminium dengan panjang 50 mm 1 suhu awal 26 26 26 -2 0 26 30 26 -3 2 35 224 26 -4 4 49 237 29 102 sekitar 2.5 menit mulai berputar 5 6 57 240 27 107 6 8 61 220 27 110 7 10 66 210 27 107 8 12 64 219 28 108 9 14 65 208 29 110 10 16 65 212 29 101 11 18 66 216 30 107 12 20 64 208 30 105 13 22 64 218 30 106 14 24 62 228 32 105 15 26 62 222 33 99 16 28 62 217 33 101 17 30 62 221 34 103 18 32 61 251 34 103 19 34 61 218 34 102 20 36 60 217 34 98 21 38 61 211 34 100 22 40 61 206 34 99 23 42 62 219 34 99 24 44 64 219 35 99 25 46 62 211 35 100 26 48 62 217 35 100 27 50 65 202 35 92 28 52 65 205 35 95 29 54 61 232 35 97 30 56 60 222 35 99 31 58 62 212 35 86 32 60 61 252 35 75 api dimatikan 33 60 menit 20 detik flywheel berhenti Keterangan No Menit ke-Suhu Tabung Pendingin (⁰C) Suhu Regenerator (⁰C) Suhu Silinder piston (⁰C) rpm
35
Tabel 4.8 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Aluminium dengan panjang 30 mm 1 suhu awal 24 24 24 -2 0 25 64 25 -3 2 51 147 25 -4 4 76 174 25 94 sekitar 2 menit 50 detik mulai berputar 5 6 101 166 25 94 6 8 113 164 26 112 7 10 115 182 26 104 8 12 115 193 27 112 9 14 110 235 27 109 10 16 116 205 27 102 11 18 118 185 27 107 fly wheel berhenti Keterangan No Menit ke-Suhu Tabung Pendingin (⁰C) Suhu Regenerator (⁰C) Suhu Silinder piston (⁰C) rpm
4.2 Contoh Cara Perhitungan
Dari data pengamatan penelitian yang telah dilakukan maka bisa dihitung daya yang dihasilkan oleh penggerak mula termoakustik yang diteliti.
Dimisalkan menghitung daya yang dihasilkan dari variasi pertama (data dari Tabel 4.1.), maka didapat :
H-max osilasi yang dihasilkan = 14,7 cm = 0,147 m Frekuensi (f) = 3,33 Hz
Maka volume air dari h-max : V = A. 𝑚𝑎𝑥 ∅𝑠𝑒𝑙𝑎𝑛𝑔 = 1 inci → A = π 4. ∅𝑠𝑒𝑙𝑎𝑛𝑔 2 = π 4. 0,5 𝑖𝑛𝑐 2 = 0,000126677𝑚2 V = A. hmax = 0,000126677 𝑚2. 0,147 𝑚 = 0,000018621 𝑚3 𝜌𝑎𝑖𝑟 = 1000 𝑘𝑔 𝑚3 𝑔 = 9,81 𝑚 𝑠 2
Maka didapatkan tekanan hidrostatis air :
p = ρ . g . h
p = 1000 𝑘𝑔 𝑚3. 9,81 𝑚 𝑠2. 0,147 𝑚 = 1442,07 𝑁 𝑚2
Perhitungan Daya Penggerak:
𝑊 = 𝑝 . 𝑉 . 𝑓 (𝑤𝑎𝑡𝑡)
37
Perhitungan Daya Spirtus Rata-rata
𝑑 = 110 𝑚𝑚 = 0,11 𝑚 𝑡 = 25 𝑚𝑚 = 0,025 𝑚 𝜌𝑎𝑖𝑟 = 1000 𝑘𝑔 𝑚3 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑖𝑟 = 𝜋 4. 𝑑 2. 𝑡 =𝜋 4. 0,11 2. 0,025 = 0,000237582 𝑚3 𝑀𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑎𝑖𝑟 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒 𝑎𝑖𝑟 𝑥 𝑚𝑎𝑠𝑠𝑎 𝑗𝑒𝑛𝑖𝑠 𝑎𝑖𝑟 = 0,000237582 𝑚3𝑥 1000 𝑘𝑔 𝑚3 = 0,237 𝑘𝑔 𝐶𝑝 𝑎𝑖𝑟 = 4,2𝑘𝐽 𝑘𝑔°𝐶 = 4200 𝐽 𝑘𝑔°𝐶 𝑊 = 𝑚. 𝑐𝑝.∆𝑇 ∆𝑡 = 0,237 𝑘𝑔. 4200 𝐽 𝑘𝑔°𝐶. ∆𝑇 ∆𝑡 Misal mengambil data pada menit ke 5 𝑊 = 𝑚. 𝑐𝑝.∆𝑇 ∆𝑡 = 0,237 𝑘𝑔. 4200 𝐽 𝑘𝑔°𝐶. (30 − 25) 1 𝑚𝑒𝑛𝑖𝑡 ∗ 60= 82,95 𝑤𝑎𝑡𝑡 Tabel 4.9 Tabel Daya spiritus rata rata
No Waktu (menit) Suhu (°C) ΔT W (watt)
1 0 25 2 1 30 5 83,15 3 2 36 6 99,78 4 3 42 6 99,78 5 4 46 4 66,52 6 5 51 5 83,15 86,48 Rata rata
Dari tabel tersebut, maka didapatkan daya spiritus rata rata sebesar 86,48 watt.
η = daya penggerak
daya spirtus rata − ratax 100 %
Maka
η =
daya penggerakdaya spirtus rata −rata
x 100 %
η = 0,0894 watt
86,48 watt x 100 % η = 0,1034 %
39
4.3 Tabel – Tabel Hasil
Tabel 4.10 Tabel hasil perhitungan penggerak mula termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator volume 13,5 ml dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 70 mm.
No Menit ke Panjang Osilasi (m) Frekuensi (Hz) Volume (ml) Tekanan Hidrostatis air (N/m2) Daya (watt) Efisiensi (%) 1 0 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2 1 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3 2 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 4 3 0,001 0,00 0,00 9,81 0,00 0,00 5 4 0,001 0,00 0,13 9,81 0,00 0,00 6 5 0,002 0,00 0,25 19,62 0,00 0,00 7 6 0,002 0,00 0,25 19,62 0,00 0,00 8 7 0,150 3,33 19,00 1.471,50 0,09 0,11 9 8 0,165 3,33 20,90 1.618,65 0,11 0,13 10 9 0,150 3,33 19,00 1.471,50 0,09 0,11 11 10 0,135 3,33 17,10 1.324,35 0,08 0,09 12 11 0,145 3,33 18,37 1.422,45 0,09 0,10 13 12 0,145 3,33 18,37 1.422,45 0,09 0,10 14 13 0,160 3,33 20,27 1.569,60 0,11 0,12 15 14 0,150 3,33 19,00 1.471,50 0,09 0,11 16 15 0,150 3,33 19,00 1.471,50 0,09 0,11 17 16 0,145 3,33 18,37 1.422,45 0,09 0,10 18 17 0,150 3,33 19,00 1.471,50 0,09 0,11 19 18 0,150 3,33 19,00 1.471,50 0,09 0,11 20 19 0,145 3,33 18,37 1.422,45 0,09 0,10 21 20 0,145 3,33 18,37 1.422,45 0,09 0,10 22 21 0,150 3,33 19,00 1.471,50 0,09 0,11 23 22 0,150 3,33 19,00 1.471,50 0,09 0,11 24 23 0,130 3,33 16,47 1.275,30 0,07 0,08 25 24 0,145 3,33 18,37 1.422,45 0,09 0,10 26 25 0,150 3,33 19,00 1.471,50 0,09 0,11 27 26 0,140 3,33 17,73 1.373,40 0,08 0,09 28 27 0,145 3,33 18,37 1.422,45 0,09 0,10 29 28 0,150 3,33 19,00 1.471,50 0,09 0,11 30 29 0,140 3,33 17,73 1.373,40 0,08 0,09 31 30 0,150 3,33 19,00 1.471,50 0,09 0,11
Tabel 4.11 Tabel hasil perhitungan penggerak mula termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator volume 28,3 ml dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 70 mm.
No Menit ke-Panjang Osilasi (m) Frekuensi Volume (ml) Tekanan Hidrostatis air (N/m2) Daya (watt) Efisiensi (%) 1 0 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 2 1 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 3 2 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 4 3 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 5 4 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 6 5 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 7 6 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 8 7 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 9 8 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 10 9 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 11 10 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 12 11 0,000 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00 13 12 0,100 2,86 12,67 981,00 0,04 0,04 14 13 0,110 2,86 13,93 1079,10 0,04 0,05 15 14 0,125 2,86 15,83 1226,25 0,06 0,06 16 15 0,125 2,86 15,83 1226,25 0,06 0,06 17 16 0,135 2,86 17,10 1324,35 0,06 0,07 18 17 0,150 2,86 19,00 1471,50 0,08 0,09 19 18 0,145 2,86 18,37 1422,45 0,07 0,09 20 19 0,170 2,86 21,54 1667,70 0,10 0,12 21 20 0,176 2,86 22,30 1726,56 0,11 0,13 22 21 0,180 2,86 22,80 1765,80 0,12 0,13 23 22 0,190 2,86 24,07 1863,90 0,13 0,15 24 23 0,190 2,86 24,07 1863,90 0,13 0,15 25 24 0,196 2,86 24,83 1922,76 0,14 0,16 26 25 0,195 2,86 24,70 1912,95 0,14 0,16 27 26 0,195 2,86 24,70 1912,95 0,14 0,16 28 27 0,150 2,86 19,00 1471,50 0,08 0,09 29 28 0,165 2,86 20,90 1618,65 0,10 0,11 30 29 0,150 2,86 19,00 1471,50 0,08 0,09
41
4.2 Pembahasan
Gambar 4.1 Hubungan antara daya dan waktu pada penggerak mula termoakustik piston air menggunakan tabung resonator dengan volume 13,5 ml, regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm dan selang osilasi 0,5 inci.
Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa pada menit pertama hingga menit ke 7 daya yang dihasilkan termoakustik tidak begitu tinggi. Hal ini dikarenakan panas yang diserap oleh regenerator belum begitu bagus. Di menit ke tujuh daya yang dihasilkan mulai tinggi dikarenakan sudah cukup panas yang diserap oleh sistem. Dilihat dari Gambar 4.1 terdapat fluktuasi naik turun dari daya yang dihasilkan. Hal ini dikarenakan pemanas tidak bisa stabil dalam memanaskan sistem. Namun, sempat tercatat daya maksimal di menit kedelapan yaitu 0,11 watt. Kemudian di menit menit berikut sistem mulai stabil.
0.0000 0.0200 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.1200 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 D ay a ( wat t) Waktu (menit)
Gambar 4.2 Hubungan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula termoakustik piston air menggunakan tabung resonator dengan volume 13,5 ml, regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm dan selang osilasi 0,5 inci.
Dari Gambar 4.2 dapat dilihat bahwa efisiensi pada menit ke 8 merupakan efisiensi yang terbaik yaitu 0,13%. Namun, kestabilan sistem terjadi di menit ke-12 sampai menit ke-22, berkisar pada angka 0,1%. Daya yang dikeluarkan pemanas sebesar 86,48 watt ternyata belum bisa dimanfaatkan Penggerak Mula Termoakustik Piston Air dengan baik karena hanya bisa memperoleh daya keluaran 0,1%. 0.0000 0.0200 0.0400 0.0600 0.0800 0.1000 0.1200 0.1400 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Efi si e n si (& ) Waktu (menit)
43
Gambar 4.3 Hubungan antara daya dan waktu pada penggerak mula termoakustik piston air menggunakan tabung resonator dengan volume 28,3 ml, regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm.
Dari Gambar 4.3 Dapat dilihat bahwa daya mulai naik pada menit ke 4, daya mulai naik karena sistem sudah mulai berjalan dengan baik. Dan pemanas dapat mengeluarkan panas secara stabil. Daya tertinggi dihasilkan di menit ke-24 yaitu sebesar 0,14 watt. Alat berjalan dengan baik sampai menit ke-26. Di menit ke-27 daya yang dihasilkan turun secara drastis. Di menit ke-30 Termoakustik akhirnya berhenti bukan karena pemanas dimatikan, tetapi karena Termoakustik mengalami kebocoran. 0.00000 0.02000 0.04000 0.06000 0.08000 0.10000 0.12000 0.14000 0.16000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 D ay a ( wat t) waktu (menit)
Gambar 4.4 Hubungan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula termoakustik piston air menggunakan tabung resonator dengan volume 28,3 ml, regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm.
Dari Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa efisiensi mulai naik pada menit ke 4, Efisiensi maksimal terjadi di menit ke-24 yaitu sebesar 0,16 % . Hal ini lebih baik daripada pemakaian tabung resonator 15,7 mm. Hal yang perlu diperbaiki dalam Termoakustik dengan diameter Tabung Resonator 20 mm ini adalah sistem sambungannya. 0.0000 0.0500 0.1000 0.1500 0.2000 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Efisi e n si (% ) waktu (menit)
45
Gambar 4.5 Perbandingan antara daya dan waktu pada penggerak mula termoakustik piston air menggunakan tabung resonator dengan volume 13,5 ml dan 28,3 ml.
Dari Gambar 4.5 dapat dilihat bahwa daya yang terbesar terjadi pada penggunaan tabung resonator dengan diameter luar 20 mm. Sedangkan daya maksimal yang terjadi adalah 0,14 watt. Dari grafik tersebut dapat disimpulkan bahwa pada proses penggerak mula termoakustik piston air dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm, semakin besar tabung resonator maka daya yang terjadi semakin besar pula.
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 D ay a ( wat t) waktu (menit)
Gambar 4.6 Perbandingan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator dengan volume 13,5 ml dan 28,3 ml.
Dari Gambar 4.6 dapat dilihat bahwa efisiensi yang terbesar terjadi pada penggunaan tabung resonator dengan diameter luar 20 mm. Sedangkan efisiensi maksimal yang terjadi adalah 0,158 %. Dari grafik tersebut dapat disimpulkan bahwa pada proses penggerak mula termoakustik piston air dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm, semakin besar tabung resonator maka efisiensi yang terjadi semakin besar pula.
0 0.02 0.04 0.06 0.08 0.1 0.12 0.14 0.16 0.18 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Eff isi e n si ( % ) waktu (menit)
47
Gambar 4.7 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 70 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.
Dari Gambar 4.7 dapat terlihat bahwa flywheel mulai berputar pada menit ke 2, dan setelah itu putaran berputar cukup stabil antara 100 -110 rpm. Putaran maksimal terjadi pada menit ke 14 mencapai 120 rpm.
0 20 40 60 80 100 120 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 R p m Waktu (menit)
Gambar 4.8 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 50 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.
Dari Gambar 4.8 dapat terlihat bahwa flywheel mulai berputar pada menit ke 2, dan setelah itu putaran berputar cukup stabil antara 110 -120 rpm. Putaran maksimal terjadi pada menit ke 12 mencapai 124 rpm.
0 20 40 60 80 100 120 140 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 Pu tar an (r p m ) Waktu (menit)
49
Gambar 4.9 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 30 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm. Dari Gambar 4.9 dapat terlihat bahwa flywheel mulai berputar pada menit ke 2, dan setelah itu putaran berputar cukup stabil antara 120 -125 rpm. Putaran maksimal terjadi pada menit ke 6 mencapai 128 rpm.
0 20 40 60 80 100 120 140 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 Pu tar an ( ro m ) Waktu (menit)
Gambar 4.10 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator aluminium dengan panjang regenerator 70 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.
Dari Gambar 4.10 dapat terlihat bahwa flywheel mulai berputar pada menit ke 6, dan setelah itu putaran berputar cukup stabil antara menit ke 10 sampai menit ke 28 antara 70 -85 rpm. Putaran maksimal terjadi pada menit ke 14 mencapai 85 rpm. 0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 24 26 28 30 Pu tar an (r p m ) Waktu (menit)
51
Gambar 4.11 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator aluminium dengan panjang regenerator 50 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.
Dari Gambar 4.11 dapat terlihat bahwa flywheel mulai berputar pada menit ke 4, dan setelah itu putaran berputar cukup stabil antara 100 -110 rpm. Putaran maksimal terjadi pada menit ke 14 mencapai 110 rpm.
0 20 40 60 80 100 120 0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60 Pu tar an (r p m ) Waktu (menit)
Gambar 4.12 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator aluminium dengan panjang regenerator 30 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.
Dari Gambar 4.12 dapat terlihat bahwa flywheel mulai berputar pada menit ke 4, dan setelah menit ke 8 berputar cukup stabil antara 100 -110 rpm. Setelah menit ke 20, putaran flywheel berhenti. Putaran maksimal terjadi pada menit ke 12 mencapai 110 rpm. 0 20 40 60 80 100 120 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 Pu tar an (r p m ) Waktu (menit)
53
Gambar 4.13 Perbandingan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 30 mm, 50 mm, dan 70 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.
Dari Gambar 4.13 dapat dilihat bahwa putaran flywheel maksimal terjadi pada panjang regenerator 30 mm, putaran maksimal yang terjadi adalah 128 rpm. Jadi dapat disimpulkan pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator steel wool dengan diameter luar tabung resonator 20 mm dan panjang tabung 120 mm bahwa semakin pendek regenerator maka putaran yang dihasilkan semakin tinggi.
0 20 40 60 80 100 120 140 0 10 20 30 40 50 60 Pu tar an ( rp m ) Waktu (menit)
Panjang Regenerator 70 mm Panjang Regenerator 50 mm
Gambar 4.14 Perbandingan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator aluminium dengan panjang regenerator 30 mm, 50 mm, dan 70 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.
Dari Gambar 4.14 dapat dilihat bahwa putaran flywheel maksimal terjadi pada panjang regenerator 50 mm dan 30 mm, putaran maksimal yang terjadi adalah 110 rpm. Pada pengujian penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator aluminium dengan diameter luar tabung resonator 20 mm dan panjang tabung 120 mm dapat disimpulkan bahwa panjang regenerator tidak berbanding lurus terhadap putaran rpm flywheel. Hal ini dapat dilihat pada panjang regenerator 30 mm dan 70 mm yang berhenti berputar setelah beberapa saat berputar. 0 20 40 60 80 100 120 0 10 20 30 40 50 60 Pu tar an (r p m ) Waktu (menit)
55
Berdasar dari beberapa data yang telah diperoleh serta hasil perhitungan dan grafik dari beberapa data tersebut, maka dapat diambil beberapa kesimpulan sebagai berikut :
1. Pada penggerak mula termoakustik piston air dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm yang divariasikan tabung resonatornya yaitu menggunakan tabung resonator dengan volume 13,5 ml dan 28,3 ml dapat dilihat bahwa daya yang terbesar terjadi pada penggunaan tabung resonator dengan volume 28,3ml. Daya maksimal yang terjadi adalah 0,14 watt.
2. Pada proses penggerak mula termoakustik piston air dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm dapat disimpulkan semakin besar tabung resonator maka daya yang terjadi semakin besar pula.
3. Pada penggerak mula termoakustik piston air dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm yang divariasikan tabung resonatornya yaitu menggunakan tabung resonator dengan volume 13,5 ml dan 28,3 ml dapat dilihat bahwa efisiensi yang terbesar terjadi pada penggunaan tabung resonator dengan diameter luar 20 mm. Efisiensi maksimal yang terjadi adalah 0,16 %.
4. Pada proses penggerak mula termoakustik piston air dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm dapat disimpulkan semakin besar tabung resonator maka efisiensi yang terjadi semakin besar pula.
5. Pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator steel wool dengan panjang regenerator yang divariasikan 30 mm,
