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

  KARAKTERISTIK PENDINGIN TERMOAKUSTIK DENGAN BAHAN REGENERATOR PLASTIK TUGAS AKHIR Diajukan untuk memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Jurusan Teknik Mesin Disusun oleh :

  CHARACTERISTIC OF THERMOACOUSTIC REFRIGERATOR WITH PLASTIC MATERIAL REGENERATOR FINAL PROJECT Presented as partitial fulfilment of the requirement as to obtain the Sarjana Teknik degree in Mechanical Engineering by :

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 :

  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

  

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

  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

  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 DAFTAR PUSTAKA

DAFTAR LAMBANG

  T H Temperatur sisi panas (K) T C

  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/m o

  C) ρ Rapat massa fluida gas (kg/m

  3 ) c p

  Kalor spesifik fluida gas (J/kg o

  C) δ Κ

  Kedalaman penetrasi termal (m) γ

  Specific heat ratio (1,4) k Jumlah gelombang Δx /L stack Panjang regenerator (m)

  ∇ T CRIT Gradien temperatur kritis (K) Γ Perimeter (1/m)

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

Π

  Perimeter tabung (m)

  DAFTAR TABEL

Tabel 4.1 Kondisi penelitian pendinginTabel 4.2 Keterangan variasi daya masukkan loudspeakerTabel 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 isolasiTabel 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 4.19 Hasil perhitungan pada P = 10 psi dengan Win = 3,125 watt, f = 1000 Hz, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi.Tabel 4.20 Hasil perhitungan pada P = 15 psi dengan Win = 3,125 watt, f = 1000 Hz, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi.Tabel 4.21 Hasil perhitungan pada P = 20 psi dengan Win = 3,125 watt, f = 1000 Hz, Xstack= 50 mm, tanpa isolasi.Tabel 4.22 Hasil perhitungan pada P = 25 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 isolasiTabel 4.24 Hasil perhitungan pada Xstack= 150 mm dengan Win = 3,125 watt, P = 0 psi f = 1000 Hz, tanpa isolasiTabel 4.25 Hasil perhitungan pada Xstack= 200 mm dengan Win = 3,125 watt, P = 0 psi f = 1000 Hz, tanpa isolasi.

  

DAFTAR GAMBAR

Gambar 2.1 Alur kerja dan perpindahan panasGambar 2.2 Grafik P-V siklus pendingin termoakustikGambar 2.3 Prinsip kerja pendingin termoakustikGambar 3.1 Diagram alir penelitianGambar 3.2 Skema alat penelitianGambar 3.3 Stack atau RegeneratorGambar 4.1 Grafik hubungan antara perubahan temperatur dengan perubahan waktu pada variasi daya masukkan loudspeakerGambar 4.2 Grafik hubungan antara beda temperatur dengan perubahan waktu pada variasi daya masukkan loudspeakerGambar 4.3 Grafik hubungan antara COP dengan waktu pada variasi daya masukkan loudspeakerGambar 4.4 Grafik hubungan beda temperatur rata-rata dan COP rata-rata dengan daya masukkan loudspeakerGambar 4.5 Grafik hubungan antara kerja pendinginan dengan waktu pada variasi daya masukkan loudspeaker

  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 awalGambar 4.14 Grafik hubungan antara beda temperatur dengan perubahan waktu pada variasi tekanan awalGambar 4.15 Grafik hubungan antara COP dengan waktu pada variasi tekanan awalGambar 4.16 Grafik hubungan perubahan temperatur rata-rata sisi panas dengan sisi dingin dan COP rata-rata dengan tekanan awalGambar 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 resonatorGambar 4.20 Grafik hubungan antara beda temperatur dengan perubahan waktu pada variasi jarak stack dari ujung tabung resonator

  

INTISARI

Refrijeran sintesis CFC dan HFC yang digunakan dalam proses

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 o o temperatur tertinggi sisi panas secara berturut-turut adalah 28,7 C dan 31,5

  C,

BAB I PENDAHULUAN

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

  2

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

  3

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.

BAB II TINJAUAN PUSTAKA

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 o

  15,5

  C. (Russell, A.D., & Weibull, P., 2002)

Karakteristik Pendingin Termoakustik dengan Bahan Regenerator Film

2.2 Landasan Teori

2.2.1 Sejarah Singkat Termoakustik

  Termoakustik mempunyai sejarah yang panjang, dimulai lebih dari dua

abad yang lalu. Subjek yang menjadi pokok dari penelitian termoakustik adalah

suatu fenomena dimana gelombang bunyi dapat menghasilkan perbedaan

temperatur dan sebaliknya perbedaan temperatur dapat menghasilkan gelombang

bunyi. Penjelasan kualitatif pertama diberikan oleh Lord Rayleigh pada tahun

1887 dalam ”The Theory of Sound” produksi dari osilasi termoakustik adalah Jika

kalor diberikan kepada udara maka akan terjadi kompresi dan jika dilepaskan dari

udara akan terjadi ekspansi dan getaran merupakan pendukung. Pemahaman

kualitatif Reyleigh adalah benar, akan tetapi keakuratan kuantitas teori dari

fenomena diatas tidak tercapai. Pada tahun 1969 Rott dan teman sekerja memulai

menerbitkan satu rangkaian dokumen di mana suatu teori termoakustik kuantitatif

diberikan. Pada tahun 1988 gambaran keseluruhan termoakustik diberikan oleh

2.2.2 Kelebihan 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.

2.2.3 Pengertian 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

  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.

2.2.4 Siklus 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. 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

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 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.

  2.3.2 Frekuensi Angular ( ω ) Frekuensi angular ( ω) dihitung dengan :

  ω = π (Tom Penick, hal 2) .................................... 2 2 . . f (rad/s) dengan : f : frekuensi gelombang (Hz)

  2.3.3 Jumlah Gelombang (k) Jumlah gelombang (k) dihitung dengan :

  ω k = (rad/m) (Tom Penick, hal 2) .......................................... 3 c dengan : ω : frekuensi angular (rad/s) c : kecepatan suara di udara = 343 (m/s)

  K (m) (Daniel A Russell hal 1)....................... 4 δ =

  K . . c . f π ρ p atau 2 . K

  (m) ................................................................. 5 δ = K

  ω . ρ . c p dengan : o

  K : konduktivitas termal fluida gas (W/m

  C)

  3 ) ρ : rapat massa fluida gas (kg/m o c p : kalor spesifik fluida gas (J/kg

  C) f : frekuensi gelombang (Hz) ω : frekuensi angular (rad/s)

2.3.5 Koefisien Ekspansi Termal ( β)

  Koefisien ekspansi termal ( β) dihitung dengan :

  2.3.7 ) Gradien Temperatur Kritis ( ∇ T CRIT

  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 ( ∇ T ) dihitung dengan : CRIT

  ∇ T = ( γ − 1 ). k . T (K) (Tom Penick, hal 32).................. 8 CRIT M dengan :

  γ : specific heat ratio = 1,4 k : jumlah gelombang T M : temperatur rata-rata (K)

  2.3.9 Koefisien Unjuk Kerja (COP) Koefisien unjuk kerja (COP) dihitung dengan : T

  M

  COP . (symko, hal 172)..................................................... 10 = Γ Δ T dengan :

  T M : temperatur rata-rata (K)

• T (K) ΔT : T H C Γ : perimeter (1/m)

  2.3.10 Kerja Pendinginan (W) Kerja pendinginan (W) dihitung dengan :

  2

1 T . β . ω

  M W . . . x . . Pe .( 1 ) watt (symko, hal 172)...... 11

  = Π δ Δ Γ − K

  4 ρ . c p dengan :

2.3.11 Tekanan Efektif Sistem (Pe)

  Tekanan efektif sistem dihitung dengan : P max Pe (Pa) (Tom Penick, hal 2)................................(12) =

  2 dengan : Pmax : tekanan maksimum (Pa)

BAB III METODE PENELITIAN

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

  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

  

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

  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

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 V

  2 /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

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

  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.

  

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

jarak regenerator.

BAB IV DATA PENELITIAN DAN PERHITUNGAN

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 L tabung 618 mm Diameter resonator D in tabung

  23 mm Bahan resonator Stainless steel Fluida kerja Udara Bahan stack Plastik Panjang stack L stack 50 mm Diameter (celah) stack d gap

  0.5 mm

  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 Psi Jarak stack dari tutup

  50 mm Permukaan resonator Tidak diisolasi

  2 Variasi Frekuensi Gelombang Bunyi Variasi kedua merupakan pengaruh besar-kecilnya frekuensi gelombang

  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

  Keterangan Besaran Satuan

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)

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, X

  C

  30.1

  10.13 30.2 30.5 29.8

  15.19

  30.1

  30.6

  30

  20.04

  24 30.0 30.4 30

  5.23

  30.0

  30.4

  29.9

  10.14 30.1 30.5 29.8

  15.19

  30.6

  30.4

  30

  20.05

  26 29.9 30.5 30

  5.23

  29.9

  30.5

  29.9

  10.15 30.1 30.5 29.8

  15.20

  30.1

  30.6

  30

  20.05

  28 29.9 30.4 30

  29.9

  30.0

  29.9

  30.2

  10.12 30.3 30.4 29.8

  15.12

  30.2

  30.6

  30

  20.04

  18 30.1 30.4 30

  5.18

  30.1

  30.4

  29.9

  10.12 30.3 30.5 29.8

  15.14

  30.6

  5.20

  30

  20.04

  20 30.0 30.4 30

  5.20

  30.0

  30.4

  29.9

  10.13 30.2 30.5 29.8

  15.18

  30.2

  30.6

  30

  20.04

  22 30.0 30.4 30

  5.25

  30.4

  30.4

  30.6

  15.21

  30.0

  30.6

  30

  20.05

  36 29.8 30.4 30

  5.28

  29.8

  30.4

  29.9

  10.24 29.9 30.6 29.8

  15.21

  29.9

  30

  29.9

  20.05

  38 29.7 30.5 30

  5.30

  29.7

  30.5

  29.9

  10.25 29.9 30.6 29.8

  15.21

  29.9

  30.6

  30

  20.05

  Waktu T

  = 50 mm, tanpa isolasi Daya 3.125 watt Daya 12.5 watt Daya 28.125 watt Daya 50 watt

  10.22 29.9 30.6 29.8

  30.4

  29.9

  30.6

  10.17 30.1 30.5 29.8

  15.20

  30.1

  30.6

  30

  20.05

  30 29.9 30.4 30

  5.26

  29.9

  30.4

  29.9

  10.19 30.1 30.5 29.8

  15.20

  30.0

  30

  29.8

  20.05

  32 29.8 30.4 30

  5.26

  29.8

  30.4

  29.9

  10.20 30.0 30.6 29.8

  15.21

  30.0

  30.6

  30

  20.05

  34 29.8 30.4 30

  5.28

  29.9

  30.1

  T

  15.00

  o

  C) volt (

  o

  C) (

  o

  C) (

  o

  C) volt 30.3 30.4 30

  5.00

  30.3

  30.4

  29.9

  10.02 30.5 30.6 29.8

  30.4

  o

  30.2

  30

  20.01

  2 30.3 30.4 30

  5.01

  30.3

  30.4

  29.9

  10.04 30.5 30.6 29.8

  15.01

  30.4

  30.3

  30

  20.02

  C) (

  C) (

  5.01

  T

  H

  Ts

  V T

  C

  T

  H

  Ts

  V T

  C

  T

  H

  Ts

  V T

  C

  H

  o

  Ts

  V menit (

  o

  C) (

  o

  C) (

  o

  C) volt (

  o

  C) (

  o

  C) (

  o

  C) volt (

  4 30.3 30.4 30

  30.3

  5.14

  30.3

  10.07 30.4 30.5 29.8

  15.08

  30.3

  30.6

  30

  20.04

  12 30.2 30.3 30

  5.08

  30.2

  30.3

  29.9

  10.10 30.3 30.4 29.8

  15.08

  30.6

  30.3

  30

  20.04

  14 30.1 30.4 30

  5.11

  30.1

  30.4

  29.9

  10.12 30.3 30.4 29.8

  15.09

  30.3

  30.6

  30

  20.04

  stack

  29.9

  30.2

  30.4

  30.4

  29.9

  10.04 30.5 30.6 29.8

  15.03

  30.4

  30.5

  30

  20.02

  6 30.2 30.3 30

  5.02

  30.2

  30.3

  29.9

  10.06 30.4 30.5 29.8

  15.05

  30.6

  5.04

  30

  20.03

  8 30.2 30.3 30

  5.02

  30.2

  30.3

  29.9

  10.07 30.4 30.5 29.8

  15.06

  30.3

  30.6

  30

  20.04

  10 30.2 30.3 30

  16 30.1 30.4 30

2 Hasil data variasi frekuensi gelombang bunyi

   Tabel

4.7 Data pada variasi gelombang dengan W

  stack

  29.8

  10.25

  24 29.7 30.3 29.9

  10.08

  29.9

  30.4

  29.8

  10.16 29.7 30.3 29.8

  10.25

  30.4

  31.0

  30

  10.25

  26 29.7 30.3 29.9

  10.08

  30.4

  31.0

  29.8

  10.16 29.6 30.3 29.8

  10.27

  30.3

  31.0

  30

  10.25

  28 29.7 30.3 29.9

  10.08

  29.7

  30.4

  29.8

  10.17 29.5 30.3 29.8

  10.27

  30

  30.4

  30.9

  20 29.8 30.2 29.9

  31.3

  30

  10.24

  18 29.9 30.2 29.9

  10.06

  30.1

  30.3

  29.8

  10.15 29.9 30.4 29.8

  10.24

  30.6

  31.0

  30

  10.24

  10.06

  10.25

  10.25

  10.15 29.8 30.4 29.8

  29.8

  30.4

  29.9

  10.07

  22 29.8 30.2 29.9

  30

  30.0

  31.0

  30.5

  10.25

  10.15 29.8 30.4 29.8

  29.8

  30.3

  30.2

  30

  10.23

  10.20 29.3 30.4 29.8

  29.6

  30.4

  29.8

  10.20 29.3 30.4 29.8

  10.29

  29.9

  30.8

  30

  10.30

  38 29.5 30.3 29.9

  10.09

  29.6

  30.4

  29.8

  10.30

  36 29.5 30.3 29.9

  10.20 29.3 30.4 29.8

  = 3.125 watt , P= 0 psi, X

  10.32

  30

  30.6

  29.7

  10.30

  29.8

  29.8

  30.4

  29.5

  10.09

  10.32 29.5 30.3 29.9

  30

  30.6

  10.09

  10.30

  10.26

  30.4

  30 29.6 30.3 29.9

  10.08

  29.8

  30.4

  29.8

  10.18 29.4 30.3 29.8

  10.27

  30.1

  30.9

  30

  10.26

  32 29.6 30.3 29.9

  10.08

  29.7

  29.8

  30

  29.6

  30.8

  29.9

  10.28

  10.20 29.4 30.4 29.8

  29.8

  30.4

  10.09

  10.19 29.4 30.4 29.8

  34 29.6 30.3 29.9

  10.26

  30

  30.9

  30.0

  10.27

  30.6

  10.15 29.9 30.4 29.8

  = 50 mm, tanpa isolasi Frekuensi 700 hz Frekuensi 800 hz Frekuensi 900 hz Frekuensi 1000 hz

  10.11 30.2 30.3 29.8

  o

  C) (

  o

  C) volt (

  o

  C) (

  o

  C) (

  o

  C) volt 30.2 30.3 29.9

  10.02

  30.3

  30.2

  29.8

  10.13

  o

  29.8

  10.17

  30

  31.5

  31.3

  10.15

  10.12 30.2 30.3 29.8

  30.2

  31.4

  30.3

  10.03

  2 30.2 30.3 29.9

  10.13

  30

  31.5

  C) (

  C) volt (

  10.03

  Ts

  Waktu T

  C

  T

  H

  Ts

  V T

  C

  T

  H

  Ts

  V T

  C

  T

  H

  V T

  o

  C) (

  C) (

  o

  C) (

  o

  C) volt (

  o

  o

  C

  C) (

  o

  V menit (

  Ts

  H

  T

  4 30.1 30.2 29.9

  30.3

  29.8

  30

  10.22

  30.9

  31.3

  30

  10.20

  12 30.1 30.2 29.9

  10.04

  30.2

  30.3

  29.8

  10.13 30.0 30.4 29.8

  10.23

  30.8

  31.3

  10.20

  29.8

  31.3

  in

  30.1

  10.05

  16 29.9 30.2 29.9

  10.23

  30

  30.7

  14 30.0 30.2 29.9

  10.23

  10.14 30.0 30.4 29.8

  29.8

  30.3

  30.2

  10.05

  10.13 30.1 30.4 29.8

  30.2

  30.2

  31.1

  29.8

  10.12 30.1 30.3 29.8

  10.22

  31.2

  31.3

  30

  10.18

  6 30.1 30.2 29.9

  10.03

  30.2

  30.3

  29.8

  10.12 30.2 30.3 29.8

  10.22

  31.3

  30.3

  10.22

  10.03

  10 30.0 30.2 29.9

  10.19

  30

  31.3

  31.0