TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin

(1)

Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

Jurusan Teknik Mesin

Disusun oleh :

Nama : Agustinus Lingga Dwi Prasetyo Artisto

NIM : 045214022

PROGRAM STUDI TEKNIK MESIN

JURUSAN TEKNIK MESIN

FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

UNIVERSITAS SANATA DHARMA

YOGYAKARTA

2008

(2)

Presented as partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Sarjana Teknik degree

in Mechanical Engineering

by :

Nama : Agustinus Lingga Dwi Prasetyo Artisto

Student Number : 045214022

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

MECHANICAL ENGINEERING DEPARTEMENT

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2008

(3)

(4)

(5)

(6)

(7)

KATA PENGANTAR

Puji syukur kepada Allah Yang Maha Kuasa atas berkat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan penelitian untuk tugas akhir Program Studi Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta.

Tugas Akhir ini merupakan salah satu syarat untuk mencapai derajat Sarjana S-1 pada Program Studi Teknik Mesin, Fakultas Sains dan Teknologi, Universitas Sanata Dharma. Isi tugas ahkir merupakan studi tentang pendingin termoakustik dengan menggunakan regenerator dari bahan film fotografi.

Penulis menyadari bahwa dalam proses belajar di Program Studi Teknik Mesin, sejak awal studi sampai berakhirnya studi melibatkan banyak hal. Atas segala saran, bimbingan, dukungan dan bantuan, pada kesempatan ini dengan penuh kerendahan hati penulis mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada :

1. Ir. Greg. Heliarko, SJ., S.S., B.S.T., M.A., M.Sc., selaku Dekan Fakultas Sains dan Teknologi Universitas Sanata Dharma Yogyakarta. 2. Bapak Budi Sugiharto, S.T., M.T., selaku Ketua Program Studi Teknik

Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta..

3. Bapak Ir. FA. Rusdi Sambada, M.T., selaku dosen pembimbing Tugas Akhir

4. Bapak Ir. Fx. Agus Unggul Santosa, selaku dosen pembimbing akademik.

(8)

5. Seluruh dosen dan staff serta laboran Jurusan Teknik Mesin Universitas Sanata Dharma Yogyakarta yang telah mengajarkan berbagai pengetahuan kepada penulis dan membantu selama proses belajar di Jurusan Teknik Mesin.

Penulis menyadari sepenuhnya bahwa penelitian dan penulisan tugas akhir ini masih jauh dari sempurna. Meskipun demikian penulis berharap bahwa hasil penelitian ini tetap dapat memberikan kontribusi dalam pengembangan ilmu khususnya mengenai pendingin termoakustik. Atas kritik dan saran yang bersifat membangun guna sempurnanya karya tulis ini penulis mengucapkan terima kasih. Penulis

Agustinus Lingga Dwi Prasetyo Artisto

(9)

DAFTAR ISI

HALAMAN JUDUL ...i

TITLE PAGE... ii

HALAMAN PERSETUJUAN PEMBIMBING ...iii

HALAMAN PENGESAHAN ...iv

HALAMAN PERNYATAAN ... v

LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN PUBLIKASI ...vi

KATA PENGANTAR ... vii

DAFTAR ISI ...ix

DAFTAR LAMBANG ... xii

DAFTAR TABEL ...xiii

DAFTAR GAMBAR ... xv

INTISARI... xvii

BAB I Pendahuluan 1.1 Latar Belakang Masalah ... 1

1.2 Batasan Masalah ... 2

1.3 Tujuan Penelitian ... 3

1.4 Manfaat Penelitian ... 3

BAB II Tinjauan Pustaka 2.1 Tinjauan Pustaka ... 4

2.2 Landasan Teori ... 5

2.2.1 Sejarah Singkat Termoakustik ... 5

2.2.2 Kelebihan dan Kekurangan pendingin Termoakustik... 6

2.2.3 Pengertian Termoakustik ... 7

2.2.4 Siklus Kerja Termoakustik... 8

2.2.5 Prinsip Kerja Pendingin Termoakustik ... 10

2.3 Persamaan yang Digunakan ... 11

2.3.1 Temperatur Rata-Rata Sisi Panas dan Sisi Dingin... 11

2.3.2 Frekuensi Angular... 12

(10)

2.3.3 Jumlah Gelombang ... 12

2.3.4 Jarak Celah atau Kedalaman Penetrasi Termal... 12

2.3.5 Koefisien Ekspansi Termal ... 13

2.3.6 Perimeter Tabung ... 13

2.3.7 Gradien Temperatur Kritis ... 14

2.3.8 Gradien Ratio ... 14

2.3.9 Koefisien Unjuk kerja ... 15

2.3.10 Kerja Pendinginan... 15

2.3.11 Tekanan Efektif Sistem ... 16

BAB III Metode Penelitian 3.1 Diagram Alir ...17

3.2 Jenis Penelitian...18

3.2 Peralatan Penelitian ...18

3.4 Jalannya Penelitian ... 21

3.4.1 Variabel yang Divariasikan... 21

3.4.2 Variabel yang Diukur...21

3.4.3 Langkah Penelitian ... 22

3.4.4 Langkah Pengolahan dan Analisa Data... 22

BAB IV Data Penelitian dan Perhitungan 4.1 Variasi Percobaan ... 24

4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data ... 31

4.3 Hasil Pengolahan dan Perhitungan Data ... 35

4.3.1 Hasil Perhitungan pada Variasi Daya Masukkan Loudspeaker ... 35

4.3.2 Hasil Perhitungan pada Variasi Frekuensi Gelombang Bunyi ... 39

4.3.3 Hasil Perhitungan pada Variasi Tekanan Awal Sistem... 43

4.3.4 Hasil Perhitungan pada Variasi Jarak Stack... 47

(11)

BAB V Analisa Data dan Pembahasan

5.1 Analisa Data dan Pembahasan ... 50

5.1.1 Pengaruh Variasi Daya Masukkan Loudspeaker ... 50

5.1.2 Pengaruh Variasi Frekuensi Gelombang... 57

5.1.3 Pengaruh Variasi Tekanan Awal... 62

5.1.4 Pengaruh Variasi Jarak Stack dari Tutup ... 66

BAB VI Kesimpulan dan Saran 5.1 Kesimpulan ... 71

5.2 Saran ... 72

(12)

DAFTAR LAMBANG

TH Temperatur sisi panas (K) TC Temperatur sisi dingin (K)

f Frekuensi gelombang (Hz) ω Frekuensi angular (rad/s) c Kecepatan suara di udara (m/s)

K Konduktivitas termal fluida gas (W/moC) ρ Rapat massa fluida gas (kg/m3)

cp Kalor spesifik fluida gas (J/kgoC)

δΚ Kedalaman penetrasi termal (m) γ Specific heat ratio (1,4)

k Jumlah gelombang

Δx /Lstack Panjang regenerator (m)

∇TCRIT Gradien temperatur kritis (K)

Γ Perimeter (1/m)

ΔΤ Βeda temperatur antara sisi panas dan sisi dingin (K)

Π Perimeter tabung (m) Β Koefisien ekspansi termal P Tekanan awal sistem (Pa) Pe Tekanan efektif (Pa) Pmax Tekanan maksimum (Pa) Xstack Jarak regenerator dari tutup (m) Din Tabung Diameter dalam tabung (m)

dgap Diameter celah stack/regenerator (m) Win Daya masukkan awal loudspeaker (watt) R Hambatan loudspeaker (ohm)

(13)

DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Kondisi penelitian pendingin

Tabel 4.2 Keterangan variasi daya masukkan loudspeaker Tabel 4.3 Keterangan variasi frekuensi gelombang bunyi Tabel 4.4 Keterangan Variasi Tekanan Awal Sistem.

Tabel 4.5 Keterangan variasi jarak regenarator dari atas tabung resonator.

Tabel 4.6 Data pada variasi daya dengan f = 1000 Hz, P = 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi.

Tabel 4.7 Data pada variasi frekuensi gelombang dengan Win = 3,125 watt, P= 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi.

Tabel 4.8 Data pada variasi tekanan awal dengan Win = 3,125 watt, f = 1000 Hz, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi

Tabel 4.9 Data pada variasi jarak stack dengan Win = 3,125 watt, P= 0 psi,

f = 1000 Hz, tanpa isolasi.

Tabel 4.10 Hasil perhitungan pada Win = 3,125 watt dengan f = 1000 Hz, P = 0 psi, Xstack= 450 mm, tanpa isolasi.

Tabel 4.11 Hasil perhitungan pada Win = 12,5 watt dengan f = 1000 Hz, P = 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi.

Tabel 4.12 Hasil perhitungan pada Win = 28,125 wattdengan f = 1000 Hz, P = 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi.

Tabel 4.13 Hasil perhitungan pada Win = 50 watt dengan f = 1000 Hz, P = 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi.

Tabel 4.14 Hasil perhitungan f = 700 Hz dengan, Win = 3,125 watt, P = 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi

(14)

Tabel 4.19 Hasil perhitungan pada P = 10 psi dengan Win = 3,125 watt, f = 1000 Hz, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi.

Tabel 4.23 Hasil perhitungan pada Xstack= 100 mm dengan Win = 3,125 watt, P = 0 psi f = 1000 Hz, tanpa isolasi

Tabel 4.24 Hasil perhitungan pada Xstack= 150 mm dengan Win = 3,125 watt, P = 0 psi f = 1000 Hz, tanpa isolasi

Tabel 4.25 Hasil perhitungan pada Xstack= 200 mm dengan Win = 3,125 watt, P = 0 psi f = 1000 Hz, tanpa isolasi.

(15)

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Alur kerja dan perpindahan panas

Gambar 2.2 Grafik P-V siklus pendingin termoakustik Gambar 2.3 Prinsip kerja pendingin termoakustik Gambar 3.1 Diagram alir penelitian

Gambar 3.2 Skema alat penelitian Gambar 3.3 Stack atau Regenerator

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara perubahan temperatur dengan perubahan waktu pada variasi daya masukkan loudspeaker

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara beda temperatur dengan perubahan waktu pada variasi daya masukkan loudspeaker

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara COP dengan waktu pada variasi daya masukkan loudspeaker

Gambar 4.4 Grafik hubungan beda temperatur rata-rata dan COP rata-rata dengan daya masukkan loudspeaker

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kerja pendinginan dengan waktu pada variasi daya masukkan loudspeaker

Gambar 4.6 Grafik hubungan antara kerja pendinginan rata-rata dengan daya masukkan loudspeaker

Gambar 4.7 Grafik hubungan antara perubahan temperatur dengan perubahan waktu pada variasi frekuensi gelombang bunyi

Gambar 4.8 Grafik hubungan antara beda temperatur dengan perubahan waktu pada variasi frekuensi gelombang bunyi

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara COP dengan waktu pada variasi frekuensi gelombang bunyi

Gambar 4.10 Grafik hubungan beda temperatur rata-rata dan COP rata-rata dengan frekuensi gelombang bunyi

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara kerja pendinginan dengan waktu pada variasi frekuensi gelombang bunyi

(16)

Gambar 4.12 Grafik hubungan antara kerja pendinginan rata-rata dengan frekuensi gelombang bunyi

Gambar 4.13 Grafik hubungan antara perubahan temperatur dengan perubahan waktu pada variasi tekanan awal

Gambar 4.14 Grafik hubungan antara beda temperatur dengan perubahan waktu pada variasi tekanan awal

Gambar 4.15 Grafik hubungan antara COP dengan waktu pada variasi tekanan awal

Gambar 4.16 Grafik hubungan perubahan temperatur rata-rata sisi panas dengan sisi dingin dan COP rata-rata dengan tekanan awal

Gambar 4.17 Grafik hubungan antara kerja pendinginan dengan waktu pada variasi tekanan awal

Gambar 4.18 Grafik hubungan antara kerja pendinginan rata-rata dengan tekanan awal

Gambar 4.19 Grafik hubungan antara perubahan temperatur dengan perubahan waktu pada variasi jarak stack dari ujung tabung resonator

Gambar 4.20 Grafik hubungan antara beda temperatur dengan perubahan waktu pada variasi jarak stack dari ujung tabung resonator

Gambar 4.21 Grafik hubungan antara COP dengan waktu pada variasi jarak stack dari ujung tabung resonator

Gambar 4.22 Grafik hubungan beda temperatur rata-rata da COP rata-rata pada variasi jarak stack dari ujung tabung resonator

Gambar 4.23 Grafik hubungan antara kerja pendinginan dengan waktu pada variasi jarak stack dari ujung tabung resonator

Gambar 4.24 Grafik hubungan antara kerja pendinginan rata-rata dengan waktu pada variasi jarak stack dari ujung tabung resonator

(17)

pendinginan kompresi uap merupakan salah satu kontributor terjadinya efek rumah hijau. Kandungan clorin dan karbon dalam refrijeran sintesis merupakan unsur yang merusak lingkungan yang menyebabkan penipisan lapisan ozon dan pemanasan global. Salah satu sistem pendingin alternatif yang dapat menggantikan sistem pendingin kompresi uap adalah sistem pendingin termoakustik. Pendingin Termoakustik adalah sistem pendingin yang memanfaatkan gelombang bunyi untuk menghasilkan perbedaan temperatur. Cara kerja pendingin termoakustik memanfaatkan sifat termodinamika gas, dimana bila gas dikompresi maka temperaturnya akan meningkat dan bila gas diekspansi maka temperaturnya akan turun.

Dalam penelitian ini komponen utama dalam sistem pendingin termoakustik yang saya gunakan meliputi stack atau regenerator plastik dengan panjang 60 mm terbagi atas ruas-ruas dari bahan nylon (tali pancing), loudspeaker

dengan daya 100 watt, tabung resonator berdiameter 23 mm dan fluida kerja berupa udara. Komponen penting lain yang digunakan adalah pembangkit gelombang dan amplifier. Data yang saya ambil dari penelitian ini terdiri dari beberapa variasi yaitu pengaruh daya masukkan loudspeker, frekuensi gelombang bunyi, tekanan awal sistem dan jarak regenerator dari ujung tabung resonator. Variasi-variasi ini berpengaruh pada besar kecilnya efek pendinginan yang terjadi pada regenerator sisi dingin.

Pada penelitian ini didapatkan temperatur terendah sisi dingin dan temperatur tertinggi sisi panas secara berturut-turut adalah 28,7 oC dan 31,5 oC, koefisien unjuk kerja dan kerja pendinginan maksimal berturut-turut sebesar 0,32 dan 2,25 watt. Hasil terbaik pada penelitian ini didapatkan COP rata-rata sebesar 0,221 dan kerja pendinginan rata-rata sebesar 0,832 watt.

(18)

1.1 Latar Belakang Masalah

Kebutuhan sistim pendingin dewasa ini semakin meningkat sejalan dengan perkembangan teknologi dan pertumbuhan penduduk. Sistim pendingin diperlukan untuk mendinginkan produk elektronik, obat-obatan, bahan kimia, bahan makanan dan sebagainya. Sistem pendingin yang ada saat ini umumnya menggunakan sistim kompresi uap dengan refrijeran sintetis. Dampak negatif dari penggunaan refrijeran sintetis dalam proses pendinginan kompresi uap telah mendapat perhatian khusus beberapa tahun belakangan ini. Hal ini pertama kali diketahui pada pertengahan tahun 1970an, dengan ditemukannya fakta bahwa chlorofluorocarbon (CFC) meningkatkan radiasi ultraviolet surya ke bumi karena merusak lapisan ozon. CFC juga merupakan salah satu kontributor terjadinya efek rumah hijau yang menyebabkan pemanasan global. Refrijeran seperti R11, R12, R 115 yang merupakan refrijeran CFC halogen, adalah refrijeran yang paling membahayakan lapisan ozon bumi. Untuk mencegah efek kerusakkan yang lebih serius maka pada bulan desember 1998 Canadian Environmental Protection Act (CEPA) dan digaris bawahi Montreal Protocol, 165 negara menandatangani perjanjian untuk menggurangi penggunaan CFC hingga tahun 1995 dan menghapuskan total penggunaannya pada tahun 2000. Saat ini penggunaan refrijeran CFC halogen seperti R12 telah digantikan dengan refirjeran yang lebih ramah lingkungan seperti R134a yang merupakan refrijeran bebas chlorin. Akan

(19)

tetapi, refrijeran R134a tetap memiliki potensi pemanasan global yang sangat tinggi. Disamping menimbulkan dampak negatif pada alam, sistim pendingin yang ada saat ini umumnya masih menggunakan sumber energi listrik. Energi listrik umumnya memerlukan bahan bakar fosil yang semakin lama semakin berkurang jumlahnya dan tidak dapat diperbaharui. Penelitian untuk mencari bahan pendingin alternatif yang tidak merusak lingkungan terutama yang dapat menggunakan sumber energi alam sebagai penggeraknya semakin banyak dilakukan. Beberapa sistim pendingin alternatif yang banyak diteliti untuk mengantikan misalnya sistim absorbsi, stirling dan termoakustik.

Pendingin Termoakustik adalah sistem pendingin yang memanfaatkan gelombang bunyi untuk menghasilkan perbedaan temperatur. Cara kerja pendingin termoakustik memanfaatkan sifat termodinamika gas, dimana bila gas dikompresi maka temperaturnya akan meningkat dan bila gas diekspansi maka temperaturnya akan turun. Komponen terpenting dalam pendingin termoakustik adalah regenerator. Hal ini dikarenakan gradien temperatur terjadi disepanjang regenerator, dimana satu sisi regenerator menjadi sisi panas dan yang lain menjadi sisi dingin. Oleh karena itu perlu diteliti bahan regenerator yang lain.

1.2 Rumusan Masalah

(20)

pengefisienan sistem. Hal ini bertujuan untuk memahami cara kerja alat tersebut agar dapat dikembangkan selanjutnya.

1.3 Tujuan Penelitian

Penelitian yang dilakukan bertujuan untuk mengetahui karakteristik pendingin termoakustik yaitu :

1. Mengetahui temperatur terendah dan temperatur tertinggi yang mampu dicapai sistem pendingin termoakustik.

2. Mengetahui karakteristik pendingin termoakustik yaitu koefisien unjuk kerja (COP) yang terbesar.

3. Mengetahui nilai kerja pendinginan terbaik yang mampu dicapai oleh sistem pendingin termoakustik.

4. Mengetahui beda temperatur terbesar antara sisi panas dan sisi dingin pada sistem.

1.4 Manfaat Penelitian

1. Memberikan tambahan pengetahuan mengenai pendingin termoakustik. 2. Hasil penelitian dikembangkan selanjutnya sebagai sistem pendingin yang

(21)

2.1 Tinjauan Pustaka

Experimental Study and Analisis on Components of a Thermoacoustic

Refrigerator and a Thermoacoustic Prime Mover. Penelitian pendingin termoakustik dengan menggunakan daya 10 W, bahan regenarator stainless steel dan fluida kerja gas helium, menghasilkan perbedaan temperatur dan COP 0,334. (Nohtomi, M. & Katsuta, M.,1999)

Table Top Thermoacoustic Refrigerator for Demonstrations, alat penelitian dengan menggunakan tabung acrylic berdiameter dalam 2,2 cm dan panjang 23 cm, daya speaker 40 W dan fluida kerja udara, dapat menghasilkan 15,5 oC. (Russell, A.D., & Weibull, P., 2002)

Karakteristik Pendingin Termoakustik dengan Bahan Regenerator Film

Fotografi, alat penelitian menggunakan tabung resonator berbahan stainless steel dengan diameter 23 mm dan panjang 618 mm, daya speaker 100 W dan fluida kerja udara. Hasil penelitian terbaik pada daya masukkan loudspeaker 2 watt, frekuensi gelombang bunyi 200 hertz, tekanan awal 32 psi, jarak regenerator (stack) dari tutup 32 mm dan permukaan tabung resonantor tanpa isolasi. Didapatkan nilai COP rata-rata dan kerja pendinginan rata-rata berturut-turut adalah 0,716 dan 0,506 watt. (Nanang, C. Y., 2008)

(22)

2.2 Landasan Teori

2.2.1Sejarah Singkat Termoakustik

(23)

2.2.2Kelebihan dan Kekurangan Pendingin Termoakustik

1 Kelebihan Pendingin Termoakustik

a) Ramah lingkungan karena menggunakan fluida kerja yang tidak beracun, tidak merusak lapisan ozon seperti helium, argon. Pada penelitian ini masih digunakan fluida kerja udara.

b) Komponen sederhana karena komponennya lebih sedikit dan hanya

membutuhkan satu komponen yang bergerak yaitu loudspeaker atau komponen penghasil gelombang bunyi.

c) Tidak memerlukan pelumasan karena hanya terdapat satu komponen yang bergerak yang dapat bekerja pada frekuensi tinggi tanpa membutuhkan pelumasan.

d) Dapat menggunakan sumber energi alternatif karena pendingin

termoakustik dapat dikombinasikan dengan heat engine Sumber penggerak

heat engine dapat berasal dari panas matahari, sisa pembakaran, dst. 2 Kekurangan Pendingin Termoakustik

a) Membutuhkan regenerator yang besar untuk pendingin dengan kapasitas yang besar.

b) Untuk saat ini, efisiensi pendingin termoakustik lebih kecil dibandingkan dengan pendingin konvensional yang sistem menggunakan sistem kompresi uap.

(24)

2.2.3Pengertian Termoakustik

Termoakustika (thermoacoustics) adalah suatu bidang yang berhubungan dengan fenomena fisis, di mana perbedaaan temperatur dapat menghasilkan gelombang bunyi, dan sebaliknya gelombang bunyi dapat menghasilkan perbedaan temperatur. Suatu gelombang bunyi (acoustics) dalam gas umumnya dipandang sebagai osilasi-osilasi tekanan dan gerak, padahal osilasi temperatur juga terjadi. Kombinasi atau gabungan semua osilasi-osilasi tersebut akan menghasilkan fenomena atau efek termoakustik.

Alat yang dapat menghasilkan efek termoakustik dibedakan menjadi dua (gambar 2.1), yaitu termoakustik prime mover atau heat engine dan pendingin termoakustik atau untuk pompa kalor termoakustik. Dalam termoakustik prime mover terjadi perpindahan panas dari tandon temperatur tinggi ke tandon temperatur yang lebih rendah untuk menghasilkan kerja. Sedangkan pada pendingin termoakustik atau pompa panas temoakustik membutuhkan kerja untuk memindahkan panas dari tandon temperatur rendah ke tandon temperatur yang lebih tinggi. Dalam kasus ini, kerja yang dihasilkan dan kerja yang dibutuhkan adalah kerja gelombang bunyi.

a b

Gambar 2.1 Alur Kerja dan Perpindahan Panas

(25)

Perbedaan pendingin termoakustik dan pompa panas termoakustik adalah arah penggunaan, pada pendingin ditujukan untuk menyerap panas pada temperatur rendah sedangkan pada pompa kalor ditujukan untuk melepaskan panas pada temperatur tinggi.

2.2.4Siklus Kerja Pendingin Termoakustik

Komponen-komponen utama pendingin termoakustik meliputi tabung resonator, sumber bunyi, fluida kerja dan regenerator (stack). Stack merupakan komponen penting pendingin termoakustik yang terdiri atas sejumlah kanal-kanal kecil atau permukaan-permukaan yang dipasang sejajar dengan sumbu tabung resonator. Dalam tabung resonator, stack digunakan untuk tujuan menghasilkan gradien temperatur di sepanjang stack akibat osilasi gelombang tegak (standing wave) yang dihasilkan oleh loudspeaker.

(26)

Berikut siklus kerja pendingin termoakustik (gambar 2.2) 1. Proses 1-2 proses kompresi

Dalam proses ini gelombang bunyi (akustik) yang dihasilkan loudspeaker menyebabkan suatu paket gas bergerak kekiri (kearah tabung tertutup), sehingga volume paket gas tersebut mengecil, tekanannya meningkat dan temperaturnya naik sebagai akibat sifat gas adiabatik.

2. Proses 2-3 proses pelepasan panas

Paket gas yang termampatkan menyebabkan peningkatan temperatur, sampai pada temperatur paket gas lebih tinggi dari pada temperatur stack didekatnya. Oleh karena temperatur paket gas lebih tinggi maka kalor dari paket gas dilepaskan ke dinding-dinding stack yang ada didekatnya dan volume paket gas tersebut menyusut.

3. Proses 3-4 proses ekspansi.

Pada saat gelombang tegak melanjutkan siklusnya, paket gas bergerak kekanan (kearah tabung terbuka), sehingga volume paket gas berangsur-angsur membesar, tekanannya menurun dan temperatur paket gas menjadi lebih rendah.

4. Proses 4-5 proses penyerapan panas

(27)

2.2.5 Prinsip Kerja Pendingin Termoakustik

Prinsip kerja pendingin termoakustik pada dasarnya bekerja dengan memanfaatkan gelombang suara (akustik) pada suatu fluida gas dalam suatu sistem tertutup untuk membuang panas dari dalam sistem. Panas dalam sistem pendingin berasal dari bahan yang didinginkan. Panas dari bahan yang didinginkan masuk dalam sistem melalui sisi dingin dan panas dalam sistem dibuang keluar melalui sisi panas (gambar 2.3)

Gambar 2.3 Prinsip kerja pendingin termoakusik

Terjadinya sisi dingin dan sisi panas dalam sistem disebabkan oleh rambatan gelombang akustik yang menimbulkan fluktuasi tekanan dalam fluida gas. Pada posisi tekanan tinggi fluida gas mengalami kompresi sehingga temperaturnya naik dan pada posisi tekanan rendah fluida gas mengalami ekspansi sehingga temperaturnya turun.

(28)

Sebagian stack terletak pada posisi tekanan tinggi, sehingga pada bagian ini panas dalam fluida gas dapat dipindahkan ke stack. Pada bagian ini stack

berfungsi sebagai tempat pengambilan panas dari sistem. Panas yang telah diserap dibuang keluar melalui penukar kalor. Bagian stack yang terletak pada posisi tekanan tinggi ini disebut sisi panas dan pada eksperimen ini terletak di regenerator bagian atas.

Bagian lain stack terletak pada posisi tekanan rendah sehingga di bagian ini panas dari stack dapat dipindahkan ke fluida gas dalam sistem. Panas stack di bagian ini berasal dari bahan yang didinginkan yang dipindahkan ke stack melalui penukar kalor. Di bagian ini stack berfungsi sebagai tempat pengambilan panas dari bahan yang didinginkan. Bagian stack yang terletak di posisi tekanan rendah ini disebut sisi dingin dan pada eksperimen ini terletak di stack bagian bawah.

2.3 Persamaan yang Digunakan

2.3.1 Temperatur Rata-Rata Sisi Panas dan Sisi Dingin (TM )

Temperatur rata-rata sisi panas dan sisi dingin (TM ) dihitung dengan :

(K) 2

T T

T_M = H + C (symko, hal 171) ... 1

dengan :

(29)

2.3.2 Frekuensi Angular (ω )

Frekuensi angular (ω) dihitung dengan :

(rad/s) f . . 2π

=

ω (Tom Penick, hal 2) ... 2

dengan :

f : frekuensi gelombang (Hz)

2.3.3 Jumlah Gelombang (k)

Jumlah gelombang (k) dihitung dengan :

c

k=ω (rad/m) (Tom Penick, hal 2) ... 3

dengan :

ω : frekuensi angular (rad/s)

c : kecepatan suara di udara = 343 (m/s)

2.3.4 Jarak Celah atau Kedalaman Penetrasi Termal (δK)

(30)

(m)

2.3.5 Koefisien Ekspansi Termal (β)

Koefisien ekspansi termal (β) dihitung dengan :

(1/K)

Perimeter tabung (Π) dihitung dengan :

(31)

2.3.7 Gradien Temperatur Kritis (∇TCRIT)

Temperatur kritis merupakan temperatur di mana tidak terjadi perpindahan panas pada stack. Jika temperatur yang diinduksikan oleh gelombang bunyi lebih besar dengan temperatur kritis stack akan berfungsi sebagai heat engine.. Jika temperatur kurang dari temperatur kritis maka stack akan berfungsi sebagai

refrigerator.

Gradien temperatur kritis (∇TCRIT) dihitung dengan :

(K)

∇ CRIT : gradien temperatur kritis (K)

< 1 : Pendingin termoakustik (Thermoacoustic Refrigerator)

Γ

> 1 : Mesin termoakustik (Thermoacoustic Heat Engine)

(32)

2.3.9 Koefisien Unjuk Kerja (COP)

Koefisien unjuk kerja (COP) dihitung dengan :

Γ

2.3.10 Kerja Pendinginan (W)

Kerja pendinginan (W) dihitung dengan :

(33)

2.3.11 Tekanan Efektif Sistem (Pe)

Tekanan efektif sistem dihitung dengan :

(Pa) 2

max P

Pe= (Tom Penick, hal 2)...(12)

dengan :

(34)

3.1 Diagram Alir

Diagram alir penelitian dapat digambarkan sebagai berikut :

Buku-buku literature dan jurnal-jurnal

Pembelian dan Pembuatan Komponen alat pengujian

Perakitan alat menjadi sistem pendingin termoakustik

Pemasangan dan persiapan alat pengujian

Pengambilan data

Pengolahan data

Penulisan naskah Tugas Akhir

Buku-buku literature dan jurnal-jurnal

Gambar 3.1. Diagram alir penelitian

(35)

3.2 Jenis Penelitian

Penelitian yang dilakukan merupakan studi kasus dan bersifat deskriptif kualitatif, yaitu suatu penelitian terhadap obyek tertentu dan kesimpulan yang diambil hanya terbatas pada obyek yang diteliti berdasarkan hasil analisa data yang dilakukan. Dalam hal ini penelitian dilakukan terhadap unjuk kerja sistem pendingin termoakustik, perubahan temperatur sisi panas dan sisi dingin, beda temperatur sisi panas dan sisi dingin dan temperatur terendah yang dapat dicapai sistem.

3.3 Peralatan Penelitian

(36)

Komponen-komponen penyusun peralatan penelitian pendingin termoakustik adalah sebagai berikut :

1. Tabung resonator, terbuat dari bahan stainless steel dengan panjang tabung 618 mm dan diameter dalam 23 mm.

2. Stack atau Regenerator terbuat dari plastik dengan panjang 60 mm dan

diameter 23 mm. Dibuat dengan cara menggulung plastik dengan terlebih dahulu merekatkan benang-benang nylon (tali pancing) secara melintang pada jarak yang sama (gambar 3.3).

a b

plastik

Gambar 3.3 Stack atau regenerator terbuat dari film fotografi

(a) padangan depan (b) padangan isometri

3. Loudspeaker, daya loudspeaker yang digunakan sebesar 100 W, 8 Ω

4. Pembangkit gelombang, dilengkapi dengan pengatur gelombang dan frekuensi.

5. Amplifier, berfungsi untuk mengatur daya masukan loudspeaker dengan mengatur volume.

(37)

7. Pengukur daya, berfungsi untuk mengukur daya keluaran amplifier atau

daya masukan loudspeaker.

8. Termokopel, dilengkapi dengan penampil termokopel berfungsi untuk mengukur temperatur pada beberapa titik. Termokopel yang digunakan adalah tipe K

9. Pengukur tekanan, berfungsi mengukur tekanan sistem

10. Rumah loudspeaker, berfungsi sebagai pemegang loudspeaker dan penyama tekanan sistem dengan tekanan di bawah loudspeaker.

11. Katup, berfungsi untuk memutus dan menghubungkan sistem dengan pompa vakum dan kompresor. Katup yang digunakan adalah katup khusus tipe bola.

12. Pipa penghubung dan perlengkapannya, meliputi pipa tembaga berdiameter 0,5 in dan sambungan L, sambungan T, sambungan luris (shock). Digunakan untuk menyalurkan fluida gas dari luar ke dalam sistem dan untuk menyamakan tekanan dalam resonator dan dalam rumah

loudspeaker.

(38)

3.4 Jalannya Penelitian

3.4.1 Variabel yang Divariasikan

1. Daya masukan loudspeaker

Variasi daya masukan speaker dilakukan dengan mengatur volume dan mengukur tegangan keluaran amplifier pada kondisi terpasang. Daya masukan dihitung dengan persamaan V2/R dengan R = 8 Ω. R adalah tahanan speaker .

2. Frekuensi gelombang bunyi

Frekuensi speaker divariasikan dengan menggunakan pembangkit gelombang.

3. Tekanan awal sistem

Tekanan awal sistem diatur dengan kompresor. 4. Jarak stack dari ujung atas tabung resonator

Jarak stack dari ujung atas tabung resonator divariasikan dengan megukur dan memposisikan stack dari ujung atas tabung resonator

3.4.2 Variabel yang Diukur

1. Temperatur sisi panas 2. Temperatur sisi dingin 3. Temperatur sekitar 4. Tekanan sistem

5. Daya masukan loudspeaker

(39)

3.4.3 Langkah Penelitian

1. Penelitian diawali dengan penyiapan alat seperti pada gambar 3.2

2. Pengambilan data dilakukan dengan mevariasikan variabel daya masukan

loudspeaker, frekuensi gelombang suara, tekanan awal sistem, jarak

regenerator dari ujung atas tabung resonator dan kondisi permukaan resonator.

3. Tiap variabel divariasikan sebanyak 4 (empat) variasi kecuali variabel Jarak stack dari ujung atas tabung resonator hanya divariasikan sebanyak 3 (tiga).

4. Pada variasi salah satu variabel, variabel lainnya diatur pada salah satu harga variasi yang tetap.

5. Data dicatat tiap 2 menit selama 40 menit

6. Data yang dicatat adalah temperatur sisi panas, temperatur sisi dingin, temperatur sekitar, tekanan sistem, daya masukan loudspeaker, frekuensi gelombang bunyi dan waktu.

3.4.4 Langkah Pengolahan dan Analisa Data

Pengolahan dan analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada parameter-parameter yang diperlukan dengan menggunakan persamaan (2) sampai dengan persamaan (11). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik hubungan :

(40)

2. Beda temperatur sisi panas-sisi dingin, COP dan kerja pendinginan dengan

daya masukan speaker.

3. Beda temperatur sisi panas-sisi dingin, COP dan kerja pendinginan dengan frekuensi.

(41)

4.1 Variasi Percobaan

Pada penelitian ini terdapat beberapa variabel divariasikan untuk mengetahui unjuk kerja pendingin termoakustik. Kondisi penelitian pendingin termoakustik dapat diringkas dalam tabel 4.1.

Tabel 4.1 Kondisi penelitian pendingin termoakustik

Variabel Tetap Besaran Satuan

Panjang resonator Ltabung 618 mm

Diameter resonator Din tabung 23 mm

Bahan resonator Stainless steel

Fluida kerja Udara

Bahan stack Plastik

Panjang stack Lstack 50 mm

Diameter (celah) stack dgap 0.5 mm

Gelombang operasi Sinus

Variabel Variasi Besaran Satuan

Daya loudspeaker Win 3.125,12.5,28.125,50 watt Frekuensi gelombang f 700, 800, 900, 1000 hertz

Tekanan awal sistem P 10, 15, 20, 25 psi Jarak regenerator Xstack 100, 150, 200 mm

(42)

1 Variasi daya masukan loudspeaker

Variasi pertama merupakan pengaruh besar-kecilnya amplitudo terhadap perubahan temperatur yang terjadi. Amplitudo yang divariasikan adalah mengatur volume dan mengukur tegangan keluaran amplifier, yaitu 3.125W, 12.5W, 28.125W, 50W.

Tabel 4.2 Keterangan variasi daya masukan loudspeaker

Keterangan Besaran Satuan

Daya loudspeaker Divariasikan Watt Frekuensi gelombang 1000 Hertz

Tekanan 0 Psi

Jarak stack dari tutup 50 mm Permukaan resonator Tidak diisolasi

2 Variasi Frekuensi Gelombang Bunyi

Variasi kedua merupakan pengaruh besar-kecilnya frekuensi gelombang terhadap perubahan temperatur yang terjadi. Frekuensi gelombang yang divariasikan adalah 700 Hz, 800 Hz, 900 Hz, 1000 Hz.

Tabel 4.3 Keterangan variasi frekuensi gelombang bunyi

Daya loudspeaker 3,125 Watt

Frekuensi gelombang Divariasikan Hertz

Tekanan 0 psi

(43)

3 Variasi Tekanan Awal Sistem

Variasi ketiga merupakan pengaruh besar-kecilnya tekanan awal dalam sistem terhadap perubahan temperatur yang terjadi. Tekanan yang divariasikan adalah 10 psi, 15 psi, 20 psi, 25 psi.

Tabel 4.4 Keterangan Variasi Tekanan Awal Sistem

Daya loudspeaker 3,125 watt Frekuensi gelombang 1000 Hertz Tekanan Divariasikan psi Jarak stack dari tutup 50 mm Permukaan resonator Tidak diisolasi

4 Variasi Jarak Regenerator dari Ujung Atas Tabung Resonator

Variasi ketiga merupakan pengaruh besar-kecilnya jarak regenerator (stack) dari tutup terhadap perubahan temperatur yang terjadi. Jarak yang divariasikan adalah 100 mm, 150 mm, 200 mm.

Tabel 4.5 Keterangan variasi jarak regenarator dari atas tabung resonator

Daya loudspeaker 3,125 watt

Frekuensi gelombang 1000 Hertz

Tekanan 0 psi

(44)

4.1.2 Data Hasil Penelitian

1 Hasil data variasi daya masukan loudspeaker

Tabel 4.6 Data pada variasi daya dengan f = 1000 Hz, P = 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi

Daya 3.125 watt Daya 12.5 watt Daya 28.125 watt Daya 50 watt Waktu

TC TH Ts V TC TH Ts V TC TH Ts V TC TH Ts V menit (oC) (oC) (oC) volt (oC) (oC) (oC) volt (oC) (oC) (oC) volt (oC) (oC) (oC) volt

(45)

2 Hasil data variasi frekuensi gelombang bunyi

Tabel 4.7 Data pada variasi gelombang denganWin= 3.125 watt , P= 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi

Frekuensi 700 hz Frekuensi 800 hz Frekuensi 900 hz Frekuensi 1000 hz Waktu

(46)

3 Hasil data variasi tekanan awal sistem

Tabel 4.8 Data pada variasi tekanan awal denganWin = 3.125 watt, f = 1000 Hz, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi.

Tekanan 10 psi Tekanan 15 psi Tekanan 20 psi Tekanan 25 psi Waktu

(47)

4 Hasil data variasi jarak stack dari ujung tabung resonator

Tabel 4.9 Data pada variasi jarak stack denganWin = 3.124 watt , P= 0 psi f = 400 Hz, , tanpa isolasi.

Jarak stack = 100 mm Jarak stack = 150 mm Jarak stack = 200 mm Waktu TC TH Ts V TC TH Ts V TC TH Ts V

(48)

4.2 Pengolahan dan Perhitungan Data

Pengolahan data data dilakukan dengan perhitungan menggunakan persamaan yang dalam bab II untuk dapat melakukan analisa dan mendapatkan nilai COP (Coefficient of Performance) dan kerja pendinginan.

Contoh perhitungan menggunakan data pada variasi jarak stack dari ujung tabung resonator pada jarak 100 mm, data pada menit ke-36.

Diketahui:

1. Temperatur rata-rata sisi panas dan sisi dingin (TM).

(49)

(50)

6. Perimeter tabung (Π)

7. Gradien temperatur kritis∇TCRIT

(51)

(52)

4.3 Hasil Pengolahan dan Perhitungan Data

4.3.1 Hasil perhitungan pada Variasi Daya masukan Loudspeaker

Tabel 4.10 Hasil perhitungan pada Win = 3.125 watt dengan f = 1000 Hz, P = 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi

Keterangan Perhitungan

Waktu

f Win ∆T Tm ω k δk β π ∇terit ∆T/∆X r COP W

menit Hz watt oC oC rad/s rad/m m 1/k m

(53)

Tabel 4.11 Hasil perhitungan pada Win = 12.5 watt, dengan f = 1000 Hz, P = 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi

Waktu

(54)

Tabel 4.12 Hasil perhitungan pada Win = 28.125 watt dengan f = 1000 Hz, P = 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi

Waktu

(55)

Tabel 4.13 Hasil perhitungan pada Win = 50 watt dengan f = 1000 Hz, P = 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi

Waktu

(56)

4.3.2 Hasil perhitungan pada Variasi Frekuensi Gelombang Bunyi

Tabel 4.14 Hasil perhitungan f = 700 Hz dengan, Win = 3.125 watt, P = 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi

Waktu

(57)

Waktu

(58)

Waktu

(59)

Tabel 4.17 Hasil perhitungan f =1000 Hz dengan, Win = 3.125 watt, P = 0 psi, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi

Waktu

(60)

4.3.3 Hasil perhitungan pada Variasi Tekanan awal sistem

Tabel 4.18 Hasil perhitungan pada P = 10 psi dengan Win = 3.125 watt , f = 1000 Hz, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi.

Waktu

(61)

Tabel 4.19 Hasil perhitungan pada P = 15 psi dengan Win = 3.125 watt, f = 1000 Hz, Xstack= 50mm, tanpa isolasi.

Waktu

(62)

Tabel 4.20 Hasil perhitungan pada P = 20 psi dengan Win = 3.125 watt, f = 1000 Hz, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi.

Waktu

(63)

Tabel 4.21 Hasil perhitungan pada P = 25 psi dengan Win = 3.125 watt, f = 1000 Hz, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi.

Waktu

(64)

4.3.4 Hasil perhitungan pada Variasi Jarak Regenerator

Tabel 4.22 Hasil perhitungan pada Xstack= 100 mm dengan Win = 3.125 watt, P = 0 psi f = 1000 Hz, , tanpa isolasi.

Waktu

(65)

Waktu

(66)

Waktu

(67)

5.1 Analisa Data data dan Pembahasan

Analisa data diawali dengan melakukan perhitungan pada bab IV dengan menggunakan persamaan (2) sampai dengan persamaan (11). Analisa akan lebih mudah dilakukan dengan membuat grafik dan melakukan pembahasan lebih lanjut pada grafik tersebut.

5.1.1 Pengaruh Variasi Daya Masukkan Loudspeaker

29.2

T1,Daya 5V T2,Daya 5V T1,Daya 10V T2,Daya 10V

T1,Daya 15V T2,Daya 15V T1,Daya 20V T2,Daya 20V

Gambar 4.1 Grafik hubungan antara perubahan suhu dengan perubahan

waktu pada variasi daya masukkan loudspeaker

Pada grafik hubungan beda temperatur sisi panas dan sisi dingin pada setiap variasi percobaan didapatkan gafik yang kecenderungannya sama, walaupun terdapat perbedaan pada salah satu variasi frekuensi gelombang

(68)

(gambar 4.7). Pada gambar 4.1, 4.13 dan 4.19 dapat dilihat bahwa temperatur sisi dingin (TC) mengalami penurunan temperatur yang tidak terlalu besar. Temperatur terendah yang mampu dicapai sisi dingin adalah 29,7 oC. Sedangkan pada temperatur sisi panas dari waktu ke waktu cenderung konstan walaupun ada beberapa mengalami penurunan. Temperatur tertinggi yang mampu dicapai sisi panas adalah 30,6 oC. Terjadinya sisi dingin diakibatkan posisi regenerator terletak pada tekanan rendah sehingga fluida gas terekspansi dan temperaturnya turun, sedangkan terjadinya sisi panas diakibatkan posisi regenerator terletak pada tekanan tinggi sehingga fluida gas terkompresi dan temperaturnya meningkat.

(69)

-0.4

Gambar 4.2 Grafik hubungan antara beda suhu dengan perubahan waktu

pada variasi daya masukkan loudspeaker

Dari gambar 4.2, 4.8, 4.14 dan 4.20 ditunjukkan bahwa dari waktu ke waktu beda temperatur antara sisi panas dan sisi dingin mengalami kenaikan. Beda temperatur yang semakin besar dalam sistem pendingin termoakustik disebabkan oleh 3 kemungkinan antara lain:

a. Temperatur sisi panas mengalami kenaikan, sedangkan temperatur sisi dingin konstan.

b. Temperatur sisi panas konstan, sedangkan temperatur sisi dingin mengalami penurunan.

c. Temperatur sisi panas mengalami kenaikan dan temperatur sisi dingin mengalami penurunan.

(70)

menit akhir beda temperatur semakin besar, sehingga memudahkan terjadinya perpindahan kalor. Beda temperatur yang semakin besar pada penelitian ini diakibatkan oleh kemungkinan yang kedua yaitu temperatur sisi panas konstan sedangkan temperatur sisi dingin mengalami penurunan, oleh karena itu pembahasan akan mefokuskan pada sisi dingin. Beda temperatur antara dinding-dingin regenerator dengan paket gas yang diekspansikan ke sisi dinding-dingin regenerator menyebabkan terjadinya perpindahan panas secara konveksi dari dinding ke paket gas, sehingga temperatur dinding sisi dingin semakin rendah.

Dengan berjalannya waktu temperatur dinding semakin rendah sampai mendekati temperatur paket gas, oleh karena itu perpindahan panas dari dinding ke paket gas semakin sulit, paket gas yang diekspansikan digunakan untuk mempertahankan temperatur yang telah dicapai sisi dingin. Tetapi waktu pengambilan data untuk setiap variasinya hanya 40 menit sehingga penurunan temperatur tidak maksimal. Paket gas masih mengalami perpindahan kalor

Gambar 4.3 Grafik hubungan antara COP dengan waktu pada variasi daya

(71)

Dari gambar 4.3 dapat dilihat nilai koefisien unjuk kerja (COP) semakin menurun seiring semakin lama waktu yang diberikan. Hal ini dikarenakan beda hubungan COP berbanding terbalik dengan beda temperatur antara sisi panas dan sisi dingin (persamaan 10). Beda temperatur yang semakin besar seiring berjalannya waktu (gambar 4.2), oleh karena itu COP juga semakin menurun seiring perubahan waktu.

0.00

Gambar 4.4 Grafik hubungan beda suhu rata-rata dan COP rata-rata dengan

daya masukkan loudspeaker

(72)

kompresi dan ekspansi gas. Itensitas yang terlalu besar atau intensitas yang terlalu kecil tidak menghasilkan efek pendinginan termoakustik.

Dari gambar 4.4 juga dapat dilihat bahwa hubungan koefisien unjuk kerja (COP) dengan beda temperatur berbanding terbalik. Pada gambar nampak beda temperatur yang besar menyebabkan nilai COP rata-rata kecil, sebaliknya beda temperatur yang kecil menyebabkan nilai COP rata-rata semakin besar.

Gambar 4.5 Grafik hubungan antara kerja pendinginan dengan waktu pada

variasi daya masukkan loudspeaker

(73)

0.8351

Gambar 4.6 Grafik hubungan antara kerja pendinginan rata-rata dengan

daya masukkan loudspeaker

(74)

5.1.2 Pengaruh Variasi Frekuensi Gelombang

T1,f 1khz T2,f 1khz T1,f 900hz T2,f 900hz T1,f 800hz T2,f 800hz T1,f 700hz T2,f 700hz

waktu pada variasi frekuensi gelombang bunyi

Pada salah data variasi frekuensi gelombang (gambar 4.7) terdapat penurunan temperatur yang berbeda dibandingkan dengan penurunan temperatur yang lain. Yaitu temperatur awal yang tinggi baik sisi panas dan sisi dingin pada temperatur 31,5. Hal ini dikarenakan pada saat awal pengambilan data jeda waktu pengambilan data kurang lama. Sehingga stack atau regenerator yang digunakan masih dalam keadaan temperatur yang tinggi.

(75)

-0.2

pada variasi frekuensi gelombang bunyi

0.00

Gambar 4.9 Grafik hubungan antara COP dengan waktu pada variasi

frekuensi gelombang bunyi

(76)

memindahkannya ke sisi panas semakin rendah, oleh karena itu COP akan semakin menurun.

Dari gambar 4.10 dapat dilihat bahwa beda temperatur antara sisi panas dan sisi dingin hampir sama dengan gambar 4.4 . Tetapi pada gambar 4.10 beda temperatur terbesar didapatkan pada frekuensi gelombang bunyi sebesar 900 Hz ,bukan hanya beda temperatur yang mempengaruhi besar kecil COP tetapi frekuensi juga mempengaruhi. Hal berhubungan dengan seberapa besar kedalaman penetrasi yang baik. Menurut G. W Swith, jarak celah ideal adalah 4 kali kedalaman penetrasi termal. Kedalaman penetrasi termal mempunyai range tertentu, dimana celah dinding regenerator haruslah beberapa kali lebih besar dari kedalaman penetrasi. Pada penelitian ini jarak celah yang digunakan 5×10-4 m yang tidak lain merupakan 5,6 kali kedalaman penetrasi. Kedalaman penetrasi 0,885×10-4 m dengan frekuensi 900 hz pada penelitian ini merupakan kondisi terbaik. Sehingga frekuensi gelombang bunyi juga mempengaruhi kedalaman penetrasi, sehingga hanya pada frekuensi tertentu saja didapatkan beda temperatur terbesar.

(77)

frekuensi gelombang bunyi, dimana frekuensi akan mempengaruhi besarnya tempertur kritis (pers 8) lalu gradien ratio (pers 9) dan kemudian COP (pers 10). Semakin besar frekuensi maka semakin besar temperatur kritis, semakin rendah gradien ratio sehingga menyebabkan semakin rendah nilai COP.

0.00

Gambar 4.10 Grafik hubungan beda suhu rata-rata dan COP rata-rata

dengan frekuensi gelombang bunyi

0.0

Gambar 4.11 Grafik hubungan antara kerja pendinginan dengan waktu

(78)

0.0000

0 200 400 600 800 1000 1200

frekuensi (Hz)

frekuensi gelombang bunyi

(79)

5.1.3 Pengaruh Variasi Tekanan awal

T1,Tekanan 10psi T2,Tekanan 10psi T1,Tekanan 15psi T2,Tekanan 15psi T1,Tekanan 20psi T2,Tekanan 20psi T1,Tekanan 25psi T2,Tekanan 25psi

waktu pada variasi tekanan awal

Perubahan temperatur pada variasi tekanan awal gambar 4.13 hampir sama dengan perubahan temperatur pada variasi daya masukan loudspeaker, temperatur sisi dingin (TC) mengalami penurunan temperatur yang tidak terlalu besar. Temperatur terendah yang mampu dicapai sisi dingin adalah 28,9 oC. Sedangkan pada temperatur sisi panas dari waktu ke waktu cenderung konstan walaupun ada beberapa mengalami penurunan. Temperatur tertinggi yang mampu dicapai sisi panas adalah 30,1 oC.

(80)

-0.2

pada variasi tekanan awal

0.219

Gambar 4.15 Grafik hubungan antara COP dengan waktu pada variasi

tekanan awal

(81)

29.50

Gambar 4.16 Grafik hubungan perubahan temperatur rata-rata sisi panas

dengan sisi dingin dan COP rata-rata dengan tekanan awal

Pada gambar 4.16 dapat dilihat bahwa penurunan nilai COP tidak hanya dipengaruhi akibat semakin besar beda temperatur antara sisi panas dan sisi dingin, akan tetapi juga dipengaruhi oleh perubahan temperatur rata-rata sisi panas dengan sisi dingin (TM). Dari gambar grafik 4.16 dapat dilihat semakin

tinggi tekanan yang divariasikan maka temperatur rata-rata yang dihasilkan sisi dingin semakin rendah. Temperatur sisi dingin yang semakin rendah tidak selalu menyebabkan beda temperatur terbesar, hal ini di sebabkan temperatur awal sebelum pengambilan data berbeda-beda. Hal ini dapat dilihat bahwa perubahan temperatur rata-rata sisi panas dengan sisi dingin (TM) tertinggi pada tekanan 10

(82)

0.0

pada variasi tekanan awal

0.0000

tekanan awal

(83)

5.1.4 Pengaruh Variasi Jarak Stack dari Ujung Tabung Resonator

T1,Jarak 100mm T2,Jarak 100mm T1,Jarak 150mm

T2,Jarak 150mm T1,Jarak 200mm T2,Jarak 200 mm

waktu pada variasi jarak stack dari ujung tabung resonator

0.0

(84)

0.219 0.220 0.221 0.222 0.223 0.224 0.225 0.226 0.227 0.228

0 10 20 30 40 5

Waktu (menit)

CO

P

0

100 mm 150 mm 200 mm

Gambar 4.21 Grafik hubungan antara COP dengan waktu pada variasi jarak

stack dari ujung tabung resonator

Dari gambar 4.19 dan 4.20 dapat dilihat bahwa bahwa penurunan temperatur sisi dingin, dan beda temperatur yang paling besar hanya pada jarak stack 100 dan 150 mm. Posisi stack dari tutup divariasikan untuk mendapatkan gelombang bunyi tegak dengan intensitas yang maksimum, oleh karena posisi yang lain tidak pada intensitas gelombang yang maksimum maka benda temperatur antara sisi panas dan sisi dingin tidak terlalu tinggi.

(85)

0.0

jarak stack dari ujung tabung resonator (mm)

B

Gambar 4.22 Grafik hubungan beda temperatur rata-rata dan COP rata-rata

pada variasi jarak stack dari ujung tabung resonator

0.831

pada variasi jarak stack dari ujung tabung resonator

(86)

0.8349

jarak stack dari ujung tabung resonator (mm)

K

jarak stack dari ujung tabung resonator

(87)

(88)

6.1Kesimpulan

1. Temperatur terendah dan temperatur tertinggi yang mampu dicapai sistem pendingin termoakustik berturut-turut adalah 28,7oC dan 31,5oC.

2. Nilai koefisien unjuk kerja (COP) terbesar yang dicapai oleh sistem pendingin termoakustik ini adalah 0,32.

3. Nilai kerja pendinginan terbaik yang mampu dicapai oleh sistem pendingin termoakustik ini adalah 2,25 watt.

4. Beda temperatur terbesar pada variasi percobaan jarak stack 100 mm dari ujung tabung resonator dan menghasilkan beda temperatur antara sisi dingin dan sisi panas 1,3oC.

6.2Saran

1. Pada penelitian ini dibutuhkan daya loudspeaker yang tinggi, sehingga menyebabkan magnet pada speaker panas sehingga kalor ini merabat dalam tabung resonator dan mempengaruhi kerja sistem. Untuk penelitian-penelitian selanjutnya dapat diberikan sistem pendinginan pada rumah speaker, rumah

speaker dengan menggunakan sirip.

2. Pada kabel temokopel sering terjadi kebocoran, untuk penelitian berikutnya menggunakan termokopel yang dapat digunakan pada tekanan udara tinggi.

(89)

(90)

DAFTAR PUSTAKA

Backhaus, S. & Swift, G. (2002). New Varieties of Thermoacoustic Engines, Condensed Matter and Thermal Physics Group, Los Alamos National Laboratory, Los Alamos.

Garret, S. L., Hofler, T. J., & Perkins, D. K. (1993). Alternative Flourocarbons

Environmental Acceptability Study, ThemoAcoustic Refrigeration.,

Breckenridge Hilton.

In 't panhuis, P.H.M.W. High-amplitude oscillatory gas flow in interaction with

solid boundaries, www.casa.com.

Nahtomi, M. & Katsuta, M. (1999). Experimental Study and Analisis on Components of a Thermoacoustic Refrigerator and a Thermoacoustic

Prime Mover, Departmen of Mechanical Engineering, Waseda University,

Tokyo, Japan.

Nanang, C. Y. (2008). Karakteristik Pendingin Termoakustik dengan Bahan

Regenerator Film Fotografi, Teknik Mesin, Fakultas sains dan teknologi,

Universitas Sanata Dharma, Yogyakarta

O. G. Symko, E. Abdel- Rahman, Y. S. Kwon, M. Emmi & R. Behunin. (2002).

Application of Thermoacoustic Engines to Heat Transfer in Microcircuits.

Dept. of Physics, University of Utah, Salt Lake City, Utah, U.S.A. Penick, T. (2002). Engineering Acoustic, www.teicontrols.com

(91)

Rott, N. (1969). Damped and Thermally Driven Acoustic Oscillations in Wide and

Narrow Tubes, Angew, Z. Math. Phys. 20. 230-243.

Russell, D. A., & Weibull, P. (2002). Tabletop Thermoacoustic for

Demonstrations, Department of Science and Mathematic, Kettering,

University, Flint, Michigan.

Swift, G. (1988). Thermoacoustic Engines. J. Acoustical Society of America (84): 1145