KARAKTERISTIK PENGGERAK MULA TERMOAKUSTIK PISTON...

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 2011

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 :


Student Number : 095214077

MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAMME

SCIENCE AND TECHNOLOGY FACULTY

SANATA DHARMA UNIVERSITY

YOGYAKARTA

2011

iii

TUGAS AKHIR

KARAKTERISTIK PENGGERAK MULA TERMOAKUSTIK

PISTON AIR DENGAN DIAMETER SELANG OSILASI 0,5 INCI

Disusun oleh:


NIM: 095214077

Telah disetujui oleh :

Pembimbing 1

Ir. FA. Rusdi Sambada M.T.

HALAMAN PERSETUJUAN

http://www.usd.ac.id/profile_detail.php?id=00426

iv

TUGAS AKHIR

KARAKTERISTIK PENGGERAK MULA TERMOAKUSTIK PISTON

AIR DENGAN DIAMETER SELANG OSILASI 0,5 INCI

Dipersiapkan dan ditulis oleh:


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

(Albertus Yustinus Novi Misgi Prabowo Adi)

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.

Kata kunci : Termoakustik, Osilasi, Regenerator, Resonator.

http://id.wikipedia.org/wiki/Waktu

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

3.1 Skema Alat Penelitian Penggerak Mula Termoakustik Piston Air ............... 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

Gambar 3.15. Penempatan Termokopel ...................................................... 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



regenerator 60 mm dan selang osilasi 0,5 inci. ......................... 42

Gambar 4.3 Hubungan antara daya dan waktu pada penggerak mula



regenerator 60 mm. ................................................................... 43




regenerator 60 mm. ................................................................... 44

Gambar 4.5 Perbandingan antara daya dan waktu pada penggerak mula


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













regenerator aluminium dengan panjang regenerator 70 mm






xv








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 4.6 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Aluminium






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



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.

2

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

4

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)

6

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 (-

8

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

Gambar 2.5 Material regenerator dari aluminium

10

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.𝑚𝑠2

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 𝑝𝑒𝑛𝑔𝑔𝑒𝑟𝑎𝑘

𝑑𝑎𝑦𝑎 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 (oC)

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.

14

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

2. Panjang Regenerator yaitu (1) 30 mm,(2) 50 mm, dan(3) 70 mm

16

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.

e) Putaran dari flywheel.

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.

Gambar 3.4 Papan Ukur

18

c) Untuk mengukur frekuensi dan putaran rpm pada flywheel digunakan

stopwatch.

Gambar 3.5 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

d. Selang Osilasi (Selang Transparant diameter 0,5 inchi)

20

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

Gambar 3.12 Pembentukan Selang Osilasi menjadi huruf

22

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.

Gambar 3.15. Penempatan Termokopel

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

24

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.


dari bahan steel wool dalam tabung resonator, dengan panjang regenerator



dari bahan aluminium dalam tabung resonator, dengan panjang regenerator


26







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

f. Stand penyangga kaleng

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

9. Perhitungan hasil dari penelitian dengan menggunakan Persamaan 2.4

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

Reaksi

(°C)

Panjang

Osilasi

(cm)

Frekuens

i (Hz)

Keterangan

1 0 25 25 25 Belum Osilasi

2 1 25 59 184

3 2 25 67 244 mulai osilasi

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 3,33Pemanas

dimatikan

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

NoMenit

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 2,86Pemanas

dimatikan

30

Tabel 4.3 Tabel Hasil Pengujian Menggunakan regenerator Steel wool dengan

panjang 70 mm

1suhu

awal25 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

KeteranganNoMenit

ke-

Suhu

Tabung

Pendingin

(⁰C)

Suhu

Regenerator

(⁰C)

Suhu

Silinder

piston

(⁰C)

rpm

31


panjang 50 mm

1suhu

awal24 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

KeteranganNoMenit

ke-

Suhu Tabung

Pendingin

(⁰C)

Suhu

Regenerator

(⁰C)

Suhu

Silinder

piston

(⁰C)

rpm

32


panjang 30 mm

1suhu

awal25 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

KeteranganNoMenit

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

1suhu

awal26 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

KeteranganNo Menit ke-

Suhu

Tabung

Pendingin

(⁰C)

Suhu

Regenerator

(⁰C)

Suhu

Silinder

piston

(⁰C)

rpm

34


panjang 50 mm

1suhu

awal26 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 75api

dimatikan

33

60 menit 20

detik

flywheel

berhenti

KeteranganNo Menit ke-

Suhu

Tabung

Pendingin

(⁰C)

Suhu

Regenerator

(⁰C)

Suhu

Silinder

piston

(⁰C)

rpm

35


panjang 30 mm

1suhu

awal24 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 107fly wheel

berhenti

KeteranganNoMenit

ke-

Suhu

Tabung

Pendingin

(⁰C)

Suhu

Regenerator

(⁰C)

Suhu

Silinder

piston

(⁰C)

rpm

36

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 𝑠2

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)

𝑊 = 1442,07 𝑁 𝑚2 . 0,000018621 𝑚3 . 3,33 Hz = 0,089422176 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. 𝑑2. 𝑡 =

𝜋

4. 0,112 . 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


∆𝑡= 0,237 𝑘𝑔. 4200

𝐽

𝑘𝑔°𝐶.

∆𝑇

∆𝑡

Misal mengambil data pada menit ke 5


∆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

86,48Rata rata

Dari tabel tersebut, maka didapatkan daya spiritus rata rata sebesar 86,48 watt.

Perhitungan Efisiensi dari data daya penggerak dan daya rata- rata spirtus:

38

η = daya penggerak

daya spirtus rata − ratax 100 %

Maka η = daya penggerak

daya spirtus rata −ratax 100 %

η = 0,0894 watt

86,48 wattx 100 %

η = 0,1034 %

39

4.3 Tabel – Tabel Hasil



regenerator steel wool dengan panjang regenerator 70 mm.

NoMenit

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

40




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

Day

a (w

att)

Waktu (menit)

42


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

Efis

ien

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,


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

Day

a (w

att)

waktu (menit)

44



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

Efis

ien

si (

%)

waktu (menit)

45

Gambar 4.5 Perbandingan antara daya dan waktu pada penggerak mula


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

Day

a (w

att)

waktu (menit)

Tabung Resonator volume 13,5 ml Tabung Resonator volume 28,3 ml

46

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

Effi

sie

nsi

(%

)

waktu (menit)

Tabung Resonator volume 13,5 ml Tabung Resonator volume 28,3 ml

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

Rp

m

Waktu (menit)

48








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

tara

n (

rpm

)

Waktu (menit)

49








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

tara

n (

rom

)

Waktu (menit)

50


termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator aluminium




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

tara

n (

rpm

)

Waktu (menit)

51








0

20

40

60

80

100

120

0 4 8 12 16 20 24 28 32 36 40 44 48 52 56 60

Pu

tara

n (

rpm

)

Waktu (menit)

52






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

tara

n (

rpm

)

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

tara

n (

rpm

)

Waktu (menit)Panjang Regenerator 70 mm Panjang Regenerator 50 mm

Panjang Regenerator 30 mm

54

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

tara

n (

rpm

)

Waktu (menit)

Panjang Regenerator 70 mm Panjang Regenerator 50 mm Panjang Regenerator 30 mm

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,

56

50 mm, dan 70 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar

tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm putaran flywheel maksimal terjadi

pada panjang regenerator 30 mm, putaran maksimal yang terjadi adalah 128

rpm.


regenerator steel wool dengan panjang regenerator yang divariasikan 30 mm,


tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm dapat disimpulkan bahwa semakin

pendek regenerator maka putaran flywheel yang dihasilkan semakin tinggi.


regenerator aluminium dengan panjang regenerator yang divariasikan 30 mm,


tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm putaran flywheel maksimal terjadi

pada panjang regenerator 30 dan 50 mm, putaran maksimal yang terjadi

adalah 110 rpm.

Pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

regenerator aluminium dan steel wool dengan panjang regenerator yang

divariasikan 30 mm, 50 mm, dan 70 mm menggunakan tabung resonator dengan

diameter luar tabung 20 mm dapat disimpulkan bahwa bahan regenerator dari

steel wool mengahasilkan unjuk kerja yang lebih baik dari pada bahan regenerator

dari aluminium.

57

BAB V

PENUTUP

5.1 Kesimpulan

1. Telah berhasil dibuat Penggerak Mula Termoakustik Piston air

dengan diameter selang osilasi 0,5 inci

2. Telah berhasil dibuat Penggerak Mula Termoakustik Piston Pejal

3. Daya maksimal sebesar 0,14 watt dan efisiensi maksimal sebesar

0,16% didapat dari penggunaan tabung resonator dengan volume

tabung 28,3 ml dengan menggunakan tabung pendingin berdiameter

25 mm dan panjang tabung 100 mm, regenerator dari steel wool

sepanjang 60 mm, dan menggunakan selang osilasi diameter 0,5 inci.

4. Rpm maksimal sebesar 128 rpm dihasilkan dengan menggunakan

Termoakustik Piston Pejal dengan menggunakan regenerator steel

wool dengan panjang 30 mm.

5.2 Saran

Beberapa hal yang dapat menjadi pertimbangan bagi peneliti berikutnya

agar hasil percobaan menjadi lebih efektif antara lain adalah :

1. Faktor kebocoran harus diminimalkan sekecil mungkin, atau ditiadakan

sama sekali, karena apabila terjadi kebocoran maka penggerak mula

termoakustik tidak akan dapat bekerja.

58

2. Api yang dihasilkan oleh pemanas harus stabil dengan memperhatikan

faktor suhu ruangan dan adanya faktor angin.

3. Konstruksi yang dibuat harus meminimalkan kemungkinan terjadinya

keretakan pada tabung, karena tabung yang digunakan sangat rawan akan

kemungkinan retak dan pecah.

59

DAFTAR PUSTAKA

Cengel, Yunus A. & Michael A. Thermodynamics: An Engineering Approach.

Amerika: THe McGraw-Hill. 1998

Holman, J. Perpindahan Kalor. Diterjemahkan oleh E.Jasifi. Jakarta: Penerbit

Erlangga. 1994

Ueda, Y. Acoustic field in a thermoacoustic Stirling engine having a looped tube.

Nagoya 464. 2002

Yoanita, Yulia Venti,S.T.. Karakteristik kolektor surya CPC untuk pompa air

energi termal menggunakan pompa rendam. Yogyakarta : Penerbit

Universitas Sanata Dharma. 2009

http://www.aster-thermoacoustics.com

http://www.aster-thermoacoustics.com/

60

LAMPIRAN - LAMPIRAN

Perlengkapan Pengambilan Data

Penggerak Mula Termoakustik Piston air desain awal

61

Foto Penggerak Mula Termoakustik Piston Pejal

Foto Penggerak Mula Termoakustik Piston Air

KARAKTERISTIK PENGGERAK MULA TERMOAKUSTIK PISTON...

Documents

Transcript of KARAKTERISTIK PENGGERAK MULA TERMOAKUSTIK PISTON...