karakteristik penggerak mula termoakustik piston...

81
KARAKTERISTIK PENGGERAK MULA TERMOAKUSTIK PISTON AIR DENGAN DIAMETER SELANG OSILASI 1 INCI TUGAS AKHIR Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat Memperoleh Gelar Sarjana Teknik Program Studi Teknik Mesin Diajukan oleh: Aditya Nugraha NIM : 095214073 Kepada JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI UNIVERSITAS SANATA DHARMA YOGYAKARTA 2011

Upload: others

Post on 11-Feb-2021

5 views

Category:

Documents


0 download

TRANSCRIPT

  • KARAKTERISTIK PENGGERAK MULA

    TERMOAKUSTIK PISTON AIR DENGAN DIAMETER

    SELANG OSILASI 1 INCI

    TUGAS AKHIR

    Diajukan untuk Memenuhi Salah Satu Syarat

    Memperoleh Gelar Sarjana Teknik

    Program Studi Teknik Mesin

    Diajukan oleh:

    Aditya Nugraha

    NIM : 095214073

    Kepada

    JURUSAN TEKNIK MESIN

    FAKULTAS SAINS DAN TEKNOLOGI

    UNIVERSITAS SANATA DHARMA

    YOGYAKARTA

    2011

  • CHARACTERISTIC OF WATER PISTON

    THERMOACCOUSTIC ENGINE WITH 1 INCH

    DIAMETER OF OSCILLATION HOSE

    FINAL PROJECT

    Presented as fulfillment of the Requirements

    To obtain the Sarjana Teknik Degree

    in Mechanical Engineering Study Programme

    By:

    Aditya Nugraha

    Student Number : 095214073

    To

    MECHANICAL ENGINEERING STUDY PROGRAM

    SCIENCE AND ENGINEERING FACULTY

    SANATA DHARMA UNIVERSITY

    YOGYAKARTA

    2011

  • i

    TUGAS AKHIR

    KARAKTERISTIK PENGGERAK MULA

    TERMOAKUSTIK PISTON AIR DENGAN DIAMETER

    SELANG OSILASI 1 INCI

    Disusun oleh:

    ADITYA NUGRAHA

    NIM: 095214073

    Telah disetujui oleh:

    Pembimbing 1

    Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T.

    HALAMAN PERSETUJUAN

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

  • ii

    TUGAS AKHIR

    KARAKTERISTIK PENGGERAK MULA

    TERMOAKUSTIK PISTON AIR DENGAN DIAMETER

    SELANG OSILASI 1 INCI

    Dipersiapkan dan ditulis oleh:

    ADITYA NUGRAHA

    Telah dipertahankan didepan panitia penguji

    pada tanggal 28 Februari 2011

    dan dinyatakan memenuhi syarat

    Susunan Panitia Penguji:

    Nama lengkap Tanda tangan

    Ketua : Ir. Petrus Kanisius Purwadi , M.T. ………………….

    Sekretaris : Ir. Rines, 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

  • iii

    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, 25 Februari 2011

    Penulis

    Aditya Nugraha

  • iv

    LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN

    PUBLIKASI KARYA ILMIAH UNTUK KEPENTINGAN AKADEMIS

    Yang bertanda tangan di bawah ini, saya mahasiswa Universitas Sanata Dharma :

    Nama : Aditya Nugraha

    Nomor Mahasiswa : 095214073

    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 1 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, 25 Februari 2011

    Yang menyatakan

    (Aditya Nugraha)

  • v

    ABSTRAK

    Pada kondisi saat ini, ketergantungan dunia akan bahan bakar yang

    berasal dari minyak bumi masih sangat tinggi. Hal ini menjadi keprihatinan

    global, karena cadangan minyak bumi yang lambat laun semakin menipis dan

    pada suatu saat akan habis, dan juga polusi yang ditimbulkan.. Karena kesadaran

    akan semakin menipisnya cadangan minyak bumi itulah, para ilmuwan berlomba

    untuk mencari dan mengembangkan sumber energi alternatif. Termoakustik

    adalah salah satu prinsip yang bisa digunakan untuk menciptakan energi alternatif

    Penelitian ini bertujuan membuat model alat untuk memanfaatkan

    energi panas yakni penggerak mula termoakustik. Energi panas dapat berasal dari

    energi surya, panas bumi, biogas atau panas buangan industri. Penggerak mula

    termoakustik mengkonversikan energi panas menjadi gerak mekanik. Gerak

    mekanik dapat dimanfaatkan misalnya untuk pompa air. Penelitian ini juga

    dilakukan untuk mengetahui karakteristik penggerak mula termoakustik yakni

    daya dan efisiensi maksimal.

    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 1

    inci. Energi 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 dengan diameter luar

    tabung 15,7 mm dan panjang 70 mm, tabung dengan diameter luar tabung 20 mm

    dan panjang 90 mm, tabung dengan diameter luar tabung 25,2 mm dan panjang

    100 mm

    Hasil yang didapat dari penelitian ini adalah daya maksimal yang terjadi

    sebesar 0,226 watt dan efisiensi maksimal terjadi yakni 0,279 %, terjadi pada

    penggunaan tabung resonator dengan diameter luar 25, 2 mm.

    Kata kunci : Termoakustik, Osilasi, Regenerator, Resonator.

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

  • vi

    KATA PENGANTAR

    Puji dan syukur kepada Tuhan Yang Maha Esa atas segala rahmat dan

    karuniaNya, 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 1 Inci”.

    Penulis dapat menyelesaikan Tugas Akhir ini karena adanya bantuan dan

    kerjasama berbagai pihak. Pada kesempatan ini perkenankan penulis

    mengucapkan terima kasih kepada :

    1. Romo Andreas Sugijopranoto, S.J., Direktur ATMI Surakarta yang

    memberikan kesempatan kepada penulis untuk melanjutkan studi di

    Universitas Sanata Dharma.

    2. Yosef Agung Cahyanta, S.T., M.T., Dekan Fakultas Sains dan

    Teknologi Universitas Sanata Dharma.

    3. Budi Sugiharto, S.T., M.T., Ketua Jurusan Teknik Mesin dan Dosen

    Pembimbing Akademik.

    4. Ir. F.A. Rusdi Sambada, M.T., Dosen Pembimbing Tugas Akhir.

    5. Segenap Dosen di Jurusan Teknik Mesin, yang telah membimbing

    penulis selama kuliah di Universitas Sanata Dharma.

    6. Ayah, Ibu, dan kedua adikku yang merupakan harta yang paling

    berharga bagiku.

  • vii

    7. Milka Mangesti, S.Psi. atas dorongan semangat dan kasih sayang

    nya.

    8. Semua rekan-rekan ATMI - Sanata Dharma angkatan pertama,

    terimakasih atas dukungan dan kerjasamanya.

    9. Serta semua pihak yang telah membantu atas terselesaikannya tugas

    akhir ini dan tidak dapat 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 mohon maaf yang

    sebesar-besarnya, terima kasih.

    Surakarta, 25 Februari 2011

    Penulis

    Aditya Nugraha

  • viii

    DAFTAR ISI

    HALAMAN PERSETUJUAN ................................................................................. i

    HALAMAN PENGESAHAN ................................................................................. ii

    LEMBAR PERNYATAAN PERSETUJUAN ...................................................... iv

    ABSTRAK ............................................................................................................... v

    KATA PENGANTAR ........................................................................................... vi

    DAFTAR ISI ........................................................................................................ viii

    DAFTAR GAMBAR ............................................................................................... x

    DAFTAR TABEL ................................................................................................ xvi

    DAFTAR NOTASI ................................................................................................ xx

    BAB I PENDAHULUAN ........................................................................................ 1

    1.1 Latar Belakang Masalah ................................................................................. 1

    1.2 Tujuan ............................................................................................................. 2

    1.3 Manfaat ........................................................................................................... 2

    BAB II TINJAUAN PUSTAKA .............................................................................. 3

    2.1 Penelitian Yang Pernah Dilakukan ................................................................. 3

    2.2 Dasar Teori ..................................................................................................... 5

    BAB III METODE PENELITIAN ........................................................................ 14

    3.1 Skema alat penelitian .................................................................................... 14

    3.2 Variabel - variabel yang divariasikan ........................................................... 16

    3.3 Variabel - variabel yang diukur dan cara pengukuran .................................. 17

    3.4 Langkah – Langkah Penelitian ..................................................................... 20

  • ix

    BAB IV HASIL DAN PEMBAHASAN ............................................................... 25

    4.1 Hasil pengambilan data ................................................................................ 25

    4.2 Pembahasan .................................................................................................. 41

    BAB V .................................................................................................................... 54

    5.1 Kesimpulan ................................................................................................... 54

    5.2 Saran ............................................................................................................. 54

    DAFTAR PUSTAKA ............................................................................................ 56

    LAMPIRAN - LAMPIRAN ................................................................................... 57

  • x

    DAFTAR GAMBAR

    Gambar 2.1 Siklus termodinamika pada gas ................................................. 5

    Gambar 2.2 Siklus termoakustik……………………...………………….....6

    Gambar 2. 3 Resonator ................................................................................. 7

    Gambar 2. 4 Material regenerator dari steel wool ........................................ 8

    Gambar 2. 5 Material regenerator dari aluminium ........................................ 8

    Gambar 2. 6 Posisi awal mesin ..................................................................... 9

    Gambar 2. 7 Posisi pertama setelah diberi daya input (panas)…. ................ 9

    Gambar 2. 8 Posisi kedua setelah diberi daya input (panas) ...................... 10

    Gambar 2. 9 Posisi ekspansi maksimal ...................................................... 10

    Gambar 2. 10 Regenerator melepas panas ke arah gas ............................... 10

    Gambar 2. 11 Posisi kompresi maksimal ................................................... 11

    Gambar 3.1 Penggerak mula termoakustik piston air…….……...………...14

    Gambar 3.2 Penggerak mula termoakustik piston pejal……………….......15

    Gambar 3.3 Posisi ketinggian awal air ( h0 )……………………………....17

    Gambar 3.4 Penampil termokopel……………..……………………….…18

    Gambar 3.5 Papan ukur…..…………………………………………….…19

    Gambar 3.5 Stopwatch…………..………………………………….……..19

  • xi

    Gambar 4.1 Hubungan antara daya dan waktu pada penggerak mula

    termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator

    diameter luar 15,7 mm dan panjang tabung 70 mm dengan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60

    mm………………………………………………………..…..41

    Gambar 4.2 Hubungan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula

    termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator

    diameter luar 15,7 mm dan panjang tabung 70 mm dengan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60

    mm……………………………………………………………41

    Gambar 4.3 Hubungan antara daya dan waktu pada penggerak mula

    termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator

    diameter luar 20 mm dan panjang tabung 90 mm dengan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60

    mm…………………………………………………………....42

    Gambar 4.4 Hubungan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula

    termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator

    diameter luar 20 mm dan panjang tabung 90 mm dengan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60

    mm………………………………………………………..…43

  • xii

    Gambar 4.5 Hubungan antara daya dan waktu pada penggerak mula

    termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator

    diameter luar 25,2 mm dan panjang tabung 100 mm dengan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60

    mm………………………………………………………..…43

    Gambar 4.6 Hubungan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula

    termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator

    diameter luar 25,2 mm dan panjang tabung 100 mm dengan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60

    mm………………………………………………………..…44

    Gambar 4.7 Perbandingan antara suhu tabung pendingin, suhu regenerator,

    dan suhu tabung resonator terhadap waktu pada penggerak

    mula termoakustik piston air dengan menggunakan tabung

    resonator diameter luar 25,2 mm dan panjang tabung 100 mm

    dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60

    mm…………………………………………………………..45

    Gambar 4.8 Perbandingan antara daya dan waktu pada penggerak mula

    termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator

    diameter luar 15,7 mm dan panjang tabung 70 mm, diameter

    luar 20 mm dan panjang tabung 90 mm, diameter luar 25,2

    mm dan panjang tabung 100 mm dengan regenerator steel wool

    dengan panjang regenerator 60

    mm…………………………………………………………..46

  • xiii

    Gambar 4.9 Perbandingan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula

    termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator

    diameter luar 15,7 mm dan panjang tabung 70 mm, diameter

    luar 20 mm dan panjang tabung 90 mm, diameter luar 25,2

    mm dan panjang tabung 100 mm dengan regenerator steel

    wool dengan panjang regenerator 60

    mm……………………………………………………..……47

    Gambar 4.10 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…………………...……48

    Gambar 4.11 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak

    mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 50 mm

    menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung

    20 mm dan panjang tabung 120 mm………………………...48

    Gambar 4.12 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak

    mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 30 mm

    menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung

    20 mm dan panjang tabung 120 mm………………...………49

  • xiv

    Gambar 4.13 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak

    mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

    regenerator aluminium dengan panjang regenerator 70 mm

    menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung

    20 mm dan panjang tabung 120 mm……………………..…50

    Gambar 4.14 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak

    mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

    regenerator aluminium dengan panjang regenerator 50 mm

    menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung

    20 mm dan panjang tabung 120 mm……………………...…50

    Gambar 4.15 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak

    mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

    regenerator aluminium dengan panjang regenerator 30 mm

    menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung

    20 mm dan panjang tabung 120 mm……………………...…51

    Gambar 4.16 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………………………………...……………...…………52

  • xv

    Gambar 4.17 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…………………………….………………..53

  • xvi

    DAFTAR TABEL

    Tabel 4.1 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston air dengan

    menggunakan tabung resonator diameter luar 15,7 mm dan panjang

    tabung 70 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang

    regenerator 60 mm…………………………………………………..25

    Tabel 4.1 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston air dengan

    menggunakan tabung resonator diameter luar 15,7 mm dan panjang

    tabung 70 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang

    regenerator 60 mm. (lanjutan)……………………………………....26

    Tabel 4.2 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston air dengan

    menggunakan tabung resonator diameter luar 20 mm dan panjang

    tabung 90 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang

    regenerator 60 mm………………. …………………………………26

    Tabel 4.2 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston air dengan

    menggunakan tabung resonator diameter luar 20 mm dan panjang

    tabung 90 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang

    regenerator 60 mm. (lanjutan)…………………………………...….27

    Tabel 4.3 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston air dengan

    menggunakan tabung resonator diameter luar 25.2 mm dan panjang

    tabung 100 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang

    regenerator 60 mm…………...…………………………...…………28

  • xvii

    Tabel 4.4 Data pengujian 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……………………………….…...29

    Tabel 4.4 Data pengujian 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. (lanjutan)………………….….…30

    Tabel 4.5 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston pejal dengan

    menggunakan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 50

    mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20

    mm dan panjang tabung 120 mm……………….…………………...30

    Tabel 4.5 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston pejal dengan

    menggunakan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 50

    mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20

    mm dan panjang tabung 120 mm. (lanjutan)…………...……………31

    Tabel 4.6 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston pejal dengan

    menggunakan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 30

    mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20

    mm dan panjang tabung 120 mm. …………………………..………32

  • xviii

    Tabel 4.7 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston pejal dengan

    menggunakan regenerator aluminium dengan panjang regenerator 70

    mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20

    mm dan panjang tabung 120 mm.……………………………….….…33

    Tabel 4.8 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston pejal dengan

    menggunakan regenerator aluminium dengan panjang regenerator50

    mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20

    mm dan panjang tabung 120 mm. ……………………….……………34

    Tabel 4.9 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston pejal dengan

    menggunakan regenerator aluminium dengan panjang regenerator 30

    mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar tabung 20

    mm dan panjang tabung 120 mm. ……………………………….……35

    Tabel 4.10 Tabel data untuk mencari daya spiritus dengan massa air yang dipakai

    0,238 kg ………………………………………………………………35

    Tabel 4.11 Tabel hasil perhitungan penggerak mula termoakustik piston air

    dengan menggunakan tabung resonator diameter luar 15,7 mm dan

    panjang tabung 70 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang

    regenerator 60 mm. ……………………..………………………….…38

    Tabel 4.12 Tabel hasil perhitungan penggerak mula termoakustik piston air

    dengan menggunakan tabung resonator diameter luar 20 mm dan

    panjang tabung 90 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang

    regenerator 60 mm……………………………..……………….…..…39

  • xix

    Tabel 4.13 Tabel hasil perhitungan penggerak mula termoakustik piston air

    dengan menggunakan tabung resonator diameter luar 25,2 mm dan

    panjang tabung 100 mm dengan regenerator steel wool dengan

    panjang regenerator 60 mm.…………………..……………………40

  • xx

    DAFTAR NOTASI

    -CP : panas spesifik pada tekanan tetap (kJ/kg.K)

    -f : frekuensi (Hz)

    -g : percepatan gravitasi (9,81 m/det2)

    -h max : beda tinggi kolom air (m)

    -h0 : posisi ketinggian awal air (m)

    -m : massa (kg)

    -P : tekanan hidrostatis (N/m2)

    -V : volume perbedaan tinggi kolom air (m3)

    -W : daya (watt)

    -ΔT : selisih temperatur (oK)

    -Δt : selisih waktu (detik)

    -η : efisiensi mesin (%)

    -ρ air : massa jenis air (kg/m3)

  • 1

    BAB I

    PENDAHULUAN

    1.1 Latar Belakang Masalah

    Pada kondisi saat ini, ketergantungan dunia akan bahan bakar yang

    berasal dari minyak bumi masih sangat tinggi. Hal ini menjadi keprihatinan

    global, karena cadangan minyak bumi yang lambat laun semakin menipis

    dan pada suatu saat akan habis, dan juga polusi yang ditimbulkan. Cuaca

    ekstrim yang terjadi akhir – akhir ini merupakan bukti nyata dari akibat

    pemanasan global yang terjadi akibat efek rumah kaca, yang penyebab

    utamanya adalah gas CO2 hasil pembakaran dari bahan bakar yang berasal

    dari minyak bumi.

    Karena kesadaran akan semakin menipisnya cadangan minyak

    bumi itulah, para ilmuwan berlomba untuk mencari dan mengembangkan

    sumber energi alternatif. Termoakustik adalah salah satu prinsip yang bisa

    digunakan untuk menciptakan energi alternatif. Penggerak mula

    termoakustik yang kami buat ini adalah alat yang sangat sederhana untuk

    mengubah energi panas menjadi energi gerak. Ide dasar dari termoakustik

    adalah fenomena osilasi gelombang suara dimana didalamnya terdapat

    aktifitas kompresi dan ekspansi terhadap partikel gas. Dari hasil

    pengamatan, ternyata selama aktifitas ini berlangsung suhu 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

  • 2

    akan terjadi aliran panas/kalor ke dan dari dinding-dinding celah tersebut.

    Peristiwa semacam ini disebut sebagai efek termoakustik. Osilasi suhu 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.

    1.2 Tujuan

    1) Membuat model penggerak mula termoakustik yang berupa aplikasi

    dengan piston air dan dengan menggunakan piston pejal yang

    menggerakkan flywheel sebagai pembanding.

    2) Mengetahui karakteristik yakni daya dan efisiensi maksimal dari

    penggerak mula termoakustik piston air yang menggunakan diameter

    selang osilasi 1 inci.

    3) Mengetahui karakteristik dari penggerak mula termoakustik piston

    pejal yakni kecepatan putaran dari flywheel sebagai referensi.

    1.3 Manfaat

    1) Sebagai referensi untuk pengembangan prinsip termoakustik di masa

    mendatang untuk diaplikasikan dalam kehidupan sehari – hari.

    2) Menambah semangat para generasi muda untuk lebih memanfaatkan

    sumber energi terbarukan untuk masa depan yang lebih baik

  • 3

    BAB II

    TINJAUAN PUSTAKA

    2.1 Penelitian Yang Pernah Dilakukan

    Penelitian tentang termoakustik sudah dimulai sejak kira-kira 125 tahun

    yang lalu ketika Lord Rayleigh pertama kali memberikan paparan tentang efek

    thermoaccoustic melalui tulisannya “The Theory of Sound”, yang dipublikasikan

    pada tahun 1887. Dia mengungkapkan bahwa gelombang suara bisa menghasilkan

    perbedaan temperatur pada media yang dilaluinya ( gas ). Tetapi penelitian ini

    sempat berhenti selama kira-kira 80 tahun sampai saat Rott memulai publikasi

    penelitian tentang termoakustik pada tahun 1969 ( Peter Timbie, 2006).

    Lebih dari 20 tahun yang lalu, Ceperley menunjukkan kemungkinan

    untuk mengembangkan mesin kalor tanpa bagian yang bergerak (piston). Dia

    mengakui bahwa gas yang berada pada aliran gelombang suara akan mengalami

    perubahan suhu regenerator yang berupa siklus thermodinamika seperti siklus

    stirling dan menyarankan sebagai mesin stirling tanpa piston dimana aliran

    gelombang suara berfungsi sebagai piston pada mesin stirling conventional (Yuku

    Ueda, 1996).

    Sedangkan penelitian lain yang pernah dilakukan mengenai konservasi

    energi panas adalah penelitian tentang penelitian 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

  • 4

    et. al., 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 oleh Smith menunjukkan bahwa ukuran

    kondenser yang sesuai dapat meningkatkan daya output sampai 56% ( Smith,

    2005 ). Penelitian pompa air energi panas surya memperlihatkan bahwa waktu

    pengembunan uap dipengaruhi oleh temperatur dan debit air pendingin masuk

    kondensor ( Sumathy et. al., 1995 ). Penelitian secara teoritis pompa air energi

    panas surya dengan dua macam fluida kerja, yaitu n-pentane dan ethyl ether

    memperlihatkan bahwa efisiensi pompa dengan ethyl ether 17% lebih tinggi

    dibanding n-pentane untuk tinggi head 6 m ( Wong, 2000 ). 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 ).

    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)

  • 5

    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, Agung, 2011).

    2.2 Dasar Teori

    Prinsip kerja dari penggerak mula termoakustik yang kami teliti

    sebenarnya adalah proses kebalikan dari apa yang pertama kali dikemukakan oleh

    Lord Rayleigh. Dimana input daya adalah panas kemudian diubah menjadi energi

    tekanan (gas) dan gelombang suara (meskipun dalam sistem penggerak kami tidak

    terindikasi terdengar suara yang kemungkinan dikarenakan frekuensinya dibawah

    area pendengaran manusia ).

    Kondisi normal Kondisi gas mampat Kondisi gas mengembang

    Gambar 2.1 Siklus termodinamik pada gas

    “Gambar di atas menunjukkan apa yang terjadi pada sebuah partikel gas

    pada saat terjadinya siklus thermodinamik. Ketika ada stimulasi impuls getaran

    gas akan mengalami pemampatan. Sebagai hasilnya temperatur dari partikel gas

    akan meningkat. Dan pada tahap yang berikutnya, ketika gas mengembang

  • 6

    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.

    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 (Qw) dilepaskan ke regenerator (sebelah

  • 7

    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 (Qc) dari regenerator. Sebuah

    siklus yang lengkap dikendalikan oleh suatu gelombang berjalan (suara) akan

    mengakibatkan kompresi gas, dan penurunan temperatur gas (Qw) di sisi kiri

    (-dU), ini terjadi pada saat temperatur gas (Tw) lebih tinggi daripada regenerator.

    Kemudian diikuti oleh ekspansi dan pengambilan panas dari regenerator (Qc) di

    sebelah kanan (+dU) pada saat temperatur gas yang rendah (Tc)”.

    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 frekuensi. 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

  • 8

    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).

    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

  • 9

    Prinsip kerja mesin

    Dibawah ini akan dijelaskan prinsip kerja dari alat yang kami buat, yang

    merupakan siklus kebalikan dari konsep dasar awal dari termoakustik.

    Dimulai dari kondisi saat mesin belum diberi daya input (Gambar 2. 6)

    Gambar 2. 6 Posisi awal mesin

    Gambar 2. 7 Posisi pertama setelah diberi daya input (panas)

    Pada Gambar 2.7 gas yang berada didalam sistem akan mengalami

    kanaikan suhu, oleh karena itu gas akan lebih panas dari pada regenerator, dan

    regenerator akan menyerap panas tersebut. Bersamaan dengan itu karena saat

    temperatur naik maka gas akan memuai dan akan mendorong piston air. Disini

    juga terjadi pemindahan panas pada tabung pendingin.

  • 10

    Gambar 2. 8 Posisi kedua setelah diberi daya input (panas)

    Pada Gambar 2. 8 terlihat seiring memuainya gas suhu gas juga akan

    cenderung menurun.

    Gambar 2. 9 Posisi ekspansi maksimal

    Pada gambar 2. 9 Terjadi ekspansi udara maksimal, disini suhu gas

    menjadi lebih rendah daripada suhu regenerator, dan tekanan hidrostatik air lebih

    besar daripada tekanan gas.

    Gambar 2. 10 Regenerator melepas panas ke arah gas

  • 11

    Pada Gambar 2.10 terlihat regenerator melepaskan panas ke gas, hal ini

    terjadi karena suhu gas lebih kecil daripada suhu regenerator, dan piston air akan

    menekan balik gas di dalam mesin.

    Gambar 2. 11 Posisi kompresi maksimal

    Gambar 2.11 menunjukkan bahwa karena ada tekanan balik dari piston

    air maka gas akan terkompresi, sehingga karena tekanan gas naik maka suhu gas

    juga akan naik pula. Karena gas juga masih mendapat panas dari sumber panas

    maka suhu gas menjadi lebih tinggi daripada suhu regenerator. Maka akan

    terulang siklus dari Gambar 2.6 sampai Gambar 2.11 secara terus menerus.

  • 12

    Rumus – rumus yang dipakai

    Untuk menghitung tekanan dipergunakan Persamaan (2.1)

    P = ρ . g . h ( 2.1 )

    Pada Persamaan (2.1)

    P = tekanan hidrostatis (N/m²)

    ρ = massa jenis air (kg/m³)

    g = percepatan gravitasi (m/det²)

    h = beda tinggi kolom air (m)

    Dilihat secara analisis dimensional :

    Secara logika ketika head nya semakin besar, maka tekanan yang terjadi

    semakin besar pula, maka Persamaan (2.1) dapat digunakan.

    Untuk menghitung daya dipergunakan Persamaan (2.2)

    W = P . V . f ( 2.2 )

    Pada Persamaan (2.2)

    W = daya (watt)

    P = tekanan hidrostatis (N/m²)

    V = volume perbedaan tinggi kolom air (m3)

    f = frekuensi (Hz)

    Dilihat secara analisis dimensional :

  • 13

    Secara logika ketika frekuensi osilasi semakin besar, maka daya yang

    terjadi semakin besar pula, maka Persamaan (2.2) dapat digunakan.

    Untuk menghitung efisiensi dipergunakan Persamaan (2.3)

    η = daya penggerak x 100 % ( 2.3 )

    daya spirtus rata-rata

    Untuk menghitung daya spiritus dipergunakan Persamaan (2.4)

    Daya spiritus = m . Cp. ΔT/Δt ( 2.4 )

    Pada Persamaan (2.4)

    m = massa air (kg)

    Cp =

    ΔT = perbedaan temperature (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.

    Hasil perhitungan daya spiritus disajikan pada Tabel 4.1

  • 14

    BAB III

    METODE PENELITIAN

    3.1 Skema alat penelitian

    Alat yang dipakai dalam penelitian ini adalah penggerak mula

    termoakustik piston air dengan diameter selang osilasi 1 inci. Sedangkan sebagai

    alat referensi kami memakai penggerak mula termoakustik piston pejal.

    3.1.1 Penggerak mula termoakustik piston air.

    Pada penggerak mula termoakustik piston air terdiri dari beberapa bagian

    penting. (lihat Gambar 3. 1).

    Gambar 3.1 Penggerak mula termoakustik piston air

    1

    2

    3 4

    5

    6

    7

    8

  • 15

    Keterangan :

    1. tabung pendingin

    2. pemanas spiritus

    3. regenerator

    4. tabung resonator

    5. papan ukur

    6. selang osilasi

    7. fluida (air)

    8. stand

    3.1.2 Penggerak mula termoakustik piston pejal

    Pada penggerak mula termoakustik piston pejal terdiri dari beberapa

    bagian penting. (lihat Gambar 3. 2).

    Gambar 3.2 Penggerak mula termoakustik piston pejal dengan aplikasi flywheel

    1

    2

    3 4 5

    6

    7

  • 16

    Keterangan :

    1. pemanas spiritus

    2. regenerator

    3. tabung resonator

    4. silinder

    5. piston

    6. flywheel

    7. stand

    3.2 Variabel - variabel yang divariasikan

    Dari percobaan dengan menggunakan penggerak mula termoakustik

    piston air, variabel yang divariasikan adalah :

    a) Ukuran tabung resonator

    Diameter luar 15,7 mm dengan panjang tabung 70 mm

    Diameter luar 20 mm dengan panjang tabung 90 mm

    Diameter luar 25,2 mm dengan panjang tabung 100 mm

    Sedangkan dari percobaan dengan menggunakan penggerak mula

    termoakustik piston pejal dengan aplikasi flywheel, variabel yang divariasikan

    adalah :

    a) Material regenerator yakni : (1) steel wool dan (2) aluminium

    b) Panjang regenerator yakni : (1) 30 mm, (2) 50 mm, dan (3) 70 mm

  • 17

    3.3 Variabel - variabel yang diukur dan cara pengukuran

    Untuk percobaan dengan menggunakan penggerak mula termoakustik

    piston air, variabel yang diukur adalah :

    a) Suhu pada tabung pendingin.

    b) Suhu pada regenerator.

    c) Suhu pada tabung resonator.

    d) Panjang osilasi fluida.

    e) Frekuensi osilasi.

    f) Ketinggian awal permukaan air (h0) dihitung dari skala pengukuran,

    sebelum mesin diberi daya input (energi panas).

    Gambar 3.3 Posisi ketinggian awal air ( h0 )

  • 18

    Sedangkan untuk percobaan dengan menggunakan penggerak mula

    termoakustik piston pejal dengan aplikasi flywheel, variabel yang diukur adalah :

    a) Suhu pada tabung pendingin.

    b) Suhu pada regenerator.

    c) Suhu pada titik pemanasan.

    d) Suhu pada silinder.

    e) Putaran dari flywheel.

    Cara pengukuran variabel tersebut adalah :

    a) Untuk pengukuran suhu, cara pengukuran dengan menggunakan

    termokopel.

    Gambar 3.4 Penampil termokopel

  • 19

    b) Untuk pengukuran panjang osilasi pada fluida digunakan papan ukur

    yang dipasang pada stand.

    Gambar 3.5 Papan ukur

    c) Untuk mengukur frekuensi dan putaran rpm pada flywheel digunakan

    stopwatch.

    Gambar 3.6 Stopwatch

  • 20

    3.4 Langkah – Langkah Penelitian

    a) Untuk percobaan dengan menggunakan penggerak mula termoakustik

    piston air, langkah – langkah yang dilakukan adalah :

    1. Menyiapkan peralatan dan bahan.

    a) tabung resonator

    b) regenerator

    c) selang osilasi

    d) fluida (air)

    e) papan ukur

    f) pemanas spiritus

    g) besi untuk stand

    h) tabung pendingin

    2. Membuat stand.

    Dengan menggunakan potongan besi profil L dan bentuk stand sesuai

    kebutuhan dalam rangkaian tersebut.

    3. Regenerator.

    Memasukkan bahan regenerator yang terbuat dari bahan steel wool dalam

    tabung resonator dengan diameter luar tabung 15,7 mm dan panjang

    tabung 70 mm, dengan panjang regenerator 60 mm.

    4. Membuat tabung ruang dengan menggunakan selotip listrik dan selang,

    tabung pendingin dengan diameter luar 25 mm dan panjang 100 mm

    dihubungakan dengan tabung resonator yang telah terisi regenerator.

    5. Merangkai selang osilasi hingga membentuk U dengan ketinggian sesuai

    kebutuhan.

  • 21

    6. Memasukan air dalam selang dan ukur ketinggian air tersebut sesuai

    penelitian yang akan diuji.

    7. Menyiapkan pemanas spiritus untuk membakar udara di dalam tabung

    resonator, dengan besar api yang konstan dan sesuaikan peletakan api

    supaya jangan membakar generator.

    8. Mencatat ketinggian awal sebelum osilasi ( ho ). Ketinggian ho diukur dari

    posisi skala 0 di papan ukur.

    9. Pembakaran dimulai dengan menyalakan api pada pemanas spiritus dan

    data mulai dicatat.

    10. Mencatat waktu yang diperlukan untuk 10 kali osilasi.

    11. Mencatat hasil percobaan dengan rentang waktu 1 menit hingga mencapai

    waktu yang telah ditentukan.

    12. Mengulangi langkah 3 sampai 11 dengan menggunakan tabung resonator

    dengan diameter luar 20 mm dan panjang tabung 90 mm sehingga di

    dapatkan data yang lain.

    13. Mengulangi langkah 3 sampai 11 kembali dengan menggunakan tabung

    resonator dengan diameter luar 25,2 mm dan panjang tabung 100 mm

    sehingga di dapatkan data yang lain.

    14. Melakukan perhitungan dari data – data yang telah diperoleh sehingga

    diperoleh daya yang terjadi.

    15. Membuat grafik hubungan daya dan waktu dari tiap – tiap variasi yang

    telah dilakukan sehingga dari grafik tersebut, kita bisa mengetahui

    efisiensi maksimal yang terjadi.

  • 22

    b) Sedangkan untuk percobaan dengan menggunakan penggerak mula

    termoakustik piston pejal, langkah – langkah yang dilakukan adalah :

    1. Menyiapkan peralatan dan bahan.

    a) tabung resonator

    b) regenerator

    c) pemanas spiritus

    d) piston

    e) silinder

    f) flywheel

    g) stand

    h) o ring

    2. Membuat stand.

    Merangkai material kayu dan plat aluminium yang telah disiapkan, serta

    penguat dari bahan nylon dan kaca mikha.

    3. Memasang choke pada piston.

    4. Memasang piston pada stand yang telah disiapkan.

    5. Regenerator.

    Memasukkan bahan regenerator yang terbuat dari bahan steel wool dalam

    tabung resonator dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung

    120 mm, dengan panjang regenerator 70 mm diukur dari ujung tabung.

    6. Memasang 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. Memasang flywheel pada stand.

  • 23

    8. Memasang piston dan shaft yang dihubungkan ke flywheel.

    9. Memasang pemanas spiritus pada stand, dengan jarak 10 mm dari

    regenerator, agar regenerator tidak ikut terbakar.

    10. Mencatat data awal sebelum pemanas spiritus dinyalakan.

    11. Pembakaran dimulai dengan menyalakan api pada pemanas spiritus dan

    data mulai dicatat.

    12. Mencatat waktu yang diperlukan untuk 20 kali putaran flywheel.

    13. Mencatat hasil percobaan dengan rentang waktu 2 menit hingga mencapai

    waktu yang telah ditentukan, yaitu 60 menit.

    14. Mengulangi langkah 5 sampai 13 kembali dengan regenerator yang terbuat

    dari bahan steel wool dalam tabung resonator, dengan panjang regenerator

    50 mm diukur dari ujung tabung, sehingga didapatkan data yang lain.

    15. Mengulangi langkah 5 sampai 13 kembali dengan regenerator yang terbuat

    dari bahan steel wool dalam tabung resonator, dengan panjang regenerator

    30 mm diukur dari ujung tabung, sehingga didapatkan data yang lain.

    16. Mengulangi langkah 5 sampai 13 kembali dengan regenerator yang terbuat

    dari bahan aluminium dalam tabung resonator, dengan panjang regenerator

    70 mm diukur dari ujung tabung, sehingga didapatkan data yang lain.

    17. Mengulangi langkah 5 sampai 13 kembali dengan regenerator yang terbuat

    dari bahan aluminium dalam tabung resonator, dengan panjang regenerator

    50 mm diukur dari ujung tabung, sehingga didapatkan data yang lain.

    18. Mengulangi langkah 5 sampai 13 kembali dengan regenerator yang terbuat

    dari bahan aluminium dalam tabung resonator, dengan panjang regenerator

    30 mm diukur dari ujung tabung, sehingga didapatkan data yang lain.

  • 24

    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.

  • 25

    BAB IV

    HASIL DAN PEMBAHASAN

    4.1 Hasil pengambilan data

    4.1.1 Dari pengambilan data yang telah dilakukan pada penggerak mula

    termoakustik piston air dengan menggunakan selang osilasi 1 inci maka hasil

    yang didapat dapat dilihat pada Tabel 4.1 hingga Tabel 4.3.

    Tabel 4.1 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston air dengan menggunakan tabung

    resonator diameter luar 15,7 mm dan panjang tabung 70 mm dengan regenerator steel wool dengan

    panjang regenerator 60 mm.( h o = 13,8 cm )

    No Menit

    ke

    Suhu

    Tabung

    Pendingin

    (OC)

    Suhu

    Regenerator

    (OC)

    Suhu

    Tabung

    Reaksi

    (OC)

    Suhu

    Ruangan

    (OC)

    Panjang

    Osilasi

    (Cm)

    Frekuensi

    (Hz) Keterangan

    1 0 24 24 24 24 belum

    osilasi

    2 2 25 61 155 24 5,5 2,8 mulai

    osilasi

    3 4 25 75 235 24 6,0 2,8

    4 6 25 75 252 24 6,5 2,8

    5 8 26 78 261 24 6,5 2,8

    6 10 26 81 240 25 6,0 2,8

    7 12 26 77 260 25 6,0 2,8

    8 14 26 80 228 25 6,0 2,8

    9 16 26 81 248 24 6,0 2,8

    10 18 26 83 227 25 6,0 2,8

    11 20 26 82 233 24 6,0 2,8

    12 22 26 82 217 25 6,0 2,8

    13 24 26 81 225 25 6,0 2,8

    14 26 26 82 252 25 6,0 2,8

    15 28 27 82 243 25 6,0 2,8

    16 30 27 78 253 25 6,0 2,8

  • 26

    Tabel 4.1 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston air dengan menggunakan tabung

    resonator diameter luar 15,7 mm dan panjang tabung 70 mm dengan regenerator steel wool dengan

    panjang regenerator 60 mm. (lanjutan)

    No Menit

    ke

    Suhu

    Tabung

    Pendingin

    (OC)

    Suhu

    Regenerator

    (OC)

    Suhu

    Tabung

    Reaksi

    (OC)

    Suhu

    Ruangan

    (OC)

    Panjang

    Osilasi

    (Cm)

    Frekuensi

    (Hz) Keterangan

    17 32 26 80 249 24 6,0 2,8

    18 34 27 80 244 25 5,5 2,8

    19 36 27 82 225 25 5,0 2,8

    20 38 27 81 261 25 5,0 2,8

    21 40 27 77 249 25 6,0 2,8

    22 42 26 75 266 25 5,5 2,8

    23 44 26 75 256 25 5,5 2,8

    24 46 26 81 234 24 5,5 2,8

    25 48 26 84 242 25 5,5 2,8

    26 50 26 82 235 25 5,5 2,8

    27 52 26 82 250 25 5,5 2,8

    28 54 26 83 249 24 5,5 2,8

    29 56 26 83 243 25 5,5 2,8

    30 58 27 83 258 25 5,5 2,8

    31 60 26 80 254 25 5,5 2,8 api

    dimatikan

    32 62 26 75 186 25 osilasi

    berhenti

    33 64 27 43 62 25

    Tabel 4.2 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston air dengan menggunakan tabung

    resonator diameter luar 20 mm dan panjang tabung 90 mm dengan regenerator steel wool dengan

    panjang regenerator 60 mm. ( h o = 13,5 cm )

    No Menit

    ke

    Suhu

    Tabung

    Pendingin

    (OC)

    Suhu

    Regenerator

    (OC)

    Suhu

    Tabung

    Reaksi

    (OC)

    Suhu

    Ruangan

    (OC)

    Panjang

    Osilasi

    (Cm)

    Frekuensi

    (Hz) Keterangan

    1 0 24 24 24 24 belum

    osilasi

    2 2 25 59 166 25 3,5 2,5 mulai

    osilasi

  • 27

    Tabel 4.2 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston air dengan menggunakan tabung

    resonator diameter luar 20 mm dan panjang tabung 90 mm dengan regenerator steel wool dengan

    panjang regenerator 60 mm. (lanjutan)

    No Menit

    ke

    Suhu

    Tabung

    Pendingin

    (OC)

    Suhu

    Regenerator

    (OC)

    Suhu

    Tabung

    Reaksi

    (OC)

    Suhu

    Ruangan

    (OC)

    Panjang

    Osilasi

    (Cm)

    Frekuensi

    (Hz) Keterangan

    3 4 26 74 200 25 9,0 2,5

    4 6 27 75 209 25 10,0 2,5

    5 8 26 78 218 25 10,0 2,5

    6 10 26 81 218 25 10,0 2,5

    7 12 26 84 218 25 9,5 2,5

    8 14 27 83 216 25 10,0 2,5

    9 16 26 85 202 25 10,0 2,5

    10 18 27 81 220 25 10,0 2,5

    11 20 26 83 229 25 9,5 2,5

    12 22 26 80 219 25 9,5 2,5

    13 24 27 78 232 26 10,0 2,5

    14 26 27 78 204 26 10,0 2,5

    15 28 27 82 195 26 10,0 2,5

    16 30 26 83 216 26 10,0 2,5

    17 32 27 84 203 26 10,0 2,5

    18 34 27 86 179 26 8,5 2,5

    19 36 27 83 230 26 10,0 2,5

    20 38 27 85 193 26 9,5 2,5

    21 40 27 83 189 26 10,0 2,5

    22 42 27 82 230 26 9,5 2,5

    23 44 27 83 195 26 9,5 2,5

    24 46 27 84 237 26 10,0 2,5

    25 48 27 84 195 26 9,5 2,5

    26 50 27 84 198 26 8,5 2,5

    27 52 27 85 190 26 8,0 2,5

    28 54 27 84 202 26 9,0 2,5

    29 56 27 88 194 26 8,5 2,5

    30 58 27 88 189 26 8,5 2,5

    31 60 27 85 211 26 9,0 2,5 api

    dimatikan

    32 62 27 osilasi

    berhenti

  • 28

    Tabel 4.3 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston air dengan menggunakan tabung

    resonator diameter luar 25.2 mm dan panjang tabung 100 mm dengan regenerator steel wool dengan

    panjang regenerator 60 mm.

    ( h o = 22,6 cm )

    No Menit

    ke

    Suhu

    Tabung

    Pendingin

    (OC)

    Suhu

    Regenerator

    (OC)

    Suhu

    Tabung

    Reaksi

    (OC)

    Suhu

    Ruangan

    (OC)

    Panjang

    Osilasi

    (Cm)

    Frekuensi

    (Hz) Keterangan

    1 0 24 25 28 22

    belum

    osilasi

    2 2 24 26 109 22

    3 4 24 32 187 22

    4 6 24 45 226 22 10,5 2,5

    osilasi

    mulai

    5 8 24 50 227 22 11,0 2,5

    6 10 24 50 230 22 12,0 2,5

    7 12 24 58 227 22 12,5 2,5

    8 14 24 59 235 22 11,0 2,5

    9 16 24 59 235 22 12,5 2,5

    10 18 24 61 227 22 12,5 2,5

    11 20 25 62 228 22 12,0 2,5

    12 22 24 64 224 22 12,0 2,5

    13 24 25 64 222 22 11,5 2,5

    14 26 25 64 227 22 13,5 2,5

    15 28 25 64 227 22 12,5 2,5

    16 30 25 62 227 22 12,5 2,5

    17 32 25 61 228 22 13,0 2,5

    18 34 25 62 227 22 12,5 2,5

    19 36 25 64 224 22 13,0 2,5

    20 38 25 62 228 22 12,5 2,5

    21 40 25 62 227 24 12,5 2,5

    22 42 25 64 220 24 12,0 2,5

    23 44 25 65 225 22 11,0 2,5

    24 46 26 64 222 24 11,0 2,5

    25 48 24 64 220 24 12,0 2,5

    26 50 25 64 222 22 11,5 2,5

    27 52 25 64 221 24 11,0 2,5

    28 54 25 64 221 22 11,5 2,5

    29 56 26 64 219 22 11,0 2,5

    30 58 25 62 221 24 10,0 2,5

    31 60

    26 64 219 22 10,5 2,5

    api

    dimatikan

    32 62 25 62 170 24

    osilasi

    berhenti

  • 29

    4.1.2 Dari pengambilan data yang telah dilakukan pada Mesin Penggerak

    Termoakustik Piston Pejal dengan aplikasi Flywheel (sebagai referensi) dengan

    menggunakan regenerator Steel wool dan alumunium dengan panjang regenerator yang

    divariasi dapat dilihat pada tabel 4.4 hingga tabel 4.9

    Tabel 4.4 Data pengujian 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.

    No Menit ke-

    Suhu

    Tabung

    Pendingin

    (⁰C)

    Suhu Tabung

    reaksi (⁰C)

    Suhu

    Silinder

    piston

    (⁰C)

    Kecepatan

    Putaran

    (rpm )

    Keterangan

    1 suhu awal 25 26 27 -

    2 0 25 43 27 -

    setelah1,5 menit

    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

  • 30

    Tabel 4.4 Data pengujian 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. (lanjutan)

    No Menit ke-

    Suhu

    Tabung

    Pendingin

    (⁰C)

    Suhu Tabung

    reaksi (⁰C)

    Suhu

    Silinder

    piston

    (⁰C)

    Kecepatan

    Putaran

    (rpm )

    Keterangan

    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

    33 62

    60 menit 30

    detik flywheel

    berhenti

    Tabel 4.5 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 50 mm menggunakan tabung resonator dengan

    diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.

    No Menit ke-

    Suhu

    Tabung

    Pendingin

    (⁰C)

    Suhu Tabung

    reaksi (⁰C)

    Suhu

    Silinder

    piston

    (⁰C)

    Kecepatan

    Putaran

    (rpm )

    Keterangan

    1 suhu awal 24 25 25 -

    2 0 26 35 25 - api dinyalakan

    3 2 33 164 25 97 setelah 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

  • 31

    Tabel 4.5 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 50 mm menggunakan tabung resonator dengan

    diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm. (lanjutan)

    No Menit ke-

    Suhu

    Tabung

    Pendingin

    (⁰C)

    Suhu Tabung

    reaksi (⁰C)

    Suhu

    Silinder

    piston

    (⁰C)

    Kecepatan

    Putaran

    (rpm )

    Keterangan

    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

    30 56 50 276 32 103

    31 58 45 323 32 107

    32 60 42 286 33 89 api dimatikan

    33 62

    60 menit 26

    detik flywheel

    berhenti

  • 32

    Tabel 4.6 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 30 mm menggunakan tabung resonator dengan

    diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.

    No Menit ke-

    Suhu

    Tabung

    Pendingin

    (⁰C)

    Suhu Tabung

    reaksi (⁰C)

    Suhu

    Silinder

    piston

    (⁰C)

    Kecepatan

    Putaran

    (rpm )

    Keterangan

    1 suhu awal 25 26 27 -

    2 0 25 47 27 -

    setelah 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

    33 62

    60 menit 30

    detik flywheel

    berhenti

  • 33

    Tabel 4.7 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

    regenerator aluminium dengan panjang regenerator 70 mm menggunakan tabung resonator

    dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.

    No Menit ke-

    Suhu

    Tabung

    Pendingin

    (⁰C)

    Suhu Tabung

    reaksi (⁰C)

    Suhu

    Silinder

    piston

    (⁰C)

    Kecepatan

    Putaran

    (rpm )

    Keterangan

    1 suhu awal 26 26 34 -

    2 0 26 128 34 -

    3 2 27 244 34 -

    4 4 27 268 34 - setelah 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

  • 34

    Tabel 4.8 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

    regenerator aluminium dengan panjang regenerator 50 mm menggunakan tabung resonator

    dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.

    No Menit ke-

    Suhu

    Tabung

    Pendingin

    (⁰C)

    Suhu Tabung

    reaksi (⁰C)

    Suhu

    Silinder

    piston

    (⁰C)

    Kecepatan

    Putaran

    (rpm )

    Keterangan

    1 suhu awal 26 26 26 -

    2 0 26 30 26 -

    3 2 35 224 26 -

    4 4 49 237 29 102 setelah 2.5 menit

    mulai berputar

    5 6 57 240 27 107

    6 8 61 220 27 110

    7 10 66 210 27 107

    8 12 64 219 28 108

    9 14 65 208 29 110

    10 16 65 212 29 101

    11 18 66 216 30 107

    12 20 64 208 30 105

    13 22 64 218 30 106

    14 24 62 228 32 105

    15 26 62 222 33 99

    16 28 62 217 33 101

    17 30 62 221 34 103

    18 32 61 251 34 103

    19 34 61 218 34 102

    20 36 60 217 34 98

    21 38 61 211 34 100

    22 40 61 206 34 99

    23 42 62 219 34 99

    24 44 64 219 35 99

    25 46 62 211 35 100

    26 48 62 217 35 100

    27 50 65 202 35 92

    28 52 65 205 35 95

    29 54 61 232 35 97

    30 56 60 222 35 99

    31 58 62 212 35 86

    32 60 61 252 35 75 api dimatikan

    33

    60 menit 20

    detik flywheel

    berhenti

  • 35

    Tabel 4.9 Data pengujian penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

    regenerator aluminium dengan panjang regenerator 30 mm menggunakan tabung resonator

    dengan diameter luar tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.

    No Menit ke-

    Suhu

    Tabung

    Pendingin

    (⁰C)

    Suhu Tabung

    reaksi (⁰C)

    Suhu

    Silinder

    piston

    (⁰C)

    Kecepatan

    Putaran

    (rpm )

    Keterangan

    1 suhu awal 24 24 24 -

    2 0 25 64 25 -

    3 2 51 147 25 -

    4 4 76 174 25 94 setelah 2 menit

    50 detik mulai

    berputar 5 6 101 166 25 94

    6 8 113 164 26 112

    7 10 115 182 26 104

    8 12 115 193 27 112

    9 14 110 235 27 109

    10 16 116 205 27 102

    11 18 118 185 27 107 fly wheel

    berhenti

    Dengan menggunakan Persamaan 2.4 maka bisa diketahuai daya rata –

    rata dari spiritus .

    Tabel 4.10 Tabel data untuk mencari daya spiritus dengan massa air

    yang dipakai 0,238 kg .

    t (detik) T (oC) ∆T(

    oC)

    Daya Spiritus

    (watt)

    0 25 0 0

    60 30 5 83,3

    120 36 6 99,6

    180 42 6 99,6

    240 46 4 66.6

    300 51 5 88,3

    360 54 3 49,9

    Rata - rata 81,2

  • 36

    Dari tabel diatas, maka didapatkan daya spiritus rata - rata 81,2 watt.

    4.1.3 Cara Perhitungan

    Dari data pengamatan yang kami lakukan maka kita bisa menghitung daya

    yang dihasilkan oleh mesin yang kami teliti.

    Misalkan kita akan menghitung daya yang dihasilkan dari variasi pertama

    (data dari Tabel 4.1), maka kita ambil rata-rata dari data tersebut didapat :

    H-max osilasi yang dihasilkan = 6,5 cm.

    Frekuensi (f) = 2,8 Hz

    Maka volume air dari h-max :

    Setelah dicari Volume nya, dan sudah diketahui yaitu :

  • 37

    Maka didapatkan tekanan hidrostatis air :

    ( Persamaan 2.1 )

    Sehingga daya yang dihasilkan :

    ( Persamaan 2.2 )

    Dari persamaan tersebut maka didapatkan Tekanan dan Daya dari mesin

    yang dibuat,dengan ini perancangan mesin dengan skala besar bisa dibuat lebih

    lanjut.

    Untuk menghitung Efisiensi dari data yang peroleh, kami menghitung dengan

    persamaan sebagai berikut :

    η = daya penggerak x 100 % ( Persamaan 2.3 )

    daya spirtus rata-rata

    Maka η = 0,05874 watt x 100 %

    81,2 watt

    η = 0,07234 %

  • 38

    4.1.4 Tabel – tabel hasil

    Tabel 4.11 Tabel hasil perhitungan penggerak mula termoakustik piston air dengan

    menggunakan tabung resonator diameter luar 15,7 mm dan panjang tabung 70 mm dengan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm.

    No Menit

    ke

    Panjang

    Osilasi

    (Cm)

    Frekuensi

    (Hz)

    Volume

    (ml)

    Tekanan

    Hidrostatis

    air (N/m2)

    Daya

    (watt)

    Efisiensi

    (%)

    1 0 0 0

    2 2 5,5 2,8 28 540 0,04209 0,0518

    3 4 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    4 6 6,5 2,8 33 638 0,05878 0,0724

    5 8 6,5 2,8 33 638 0,05878 0,0724

    6 10 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    7 12 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    8 14 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    9 16 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    10 18 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    11 20 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    12 22 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    13 24 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    14 26 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    15 28 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    16 30 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    17 32 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    18 34 5,5 2,8 28 540 0,04209 0,0518

    19 36 5,0 2,8 25 491 0,03478 0,0428

    20 38 5,0 2,8 25 491 0,03478 0,0428

    21 40 6,0 2,8 30 589 0,05009 0,0617

    22 42 5,5 2,8 28 540 0,04209 0,0518

    23 44 5,0 2,8 25 491 0,03478 0,0428

    24 46 5,5 2,8 28 540 0,04209 0,0518

    25 48 5,5 2,8 28 540 0,04209 0,0518

    26 50 5,0 2,8 25 491 0,03478 0,0428

    27 52 5,5 2,8 28 540 0,04209 0,0518

    28 54 5,0 2,8 25 491 0,03478 0,0428

    29 56 5,5 2,8 28 540 0,04209 0,0518

    30 58 5,0 2,8 25 491 0,03478 0,0428

    31 60 5,5 2,8 28 540 0,04209 0,0518

  • 39

    Tabel 4.12 Tabel hasil perhitungan penggerak mula termoakustik piston air dengan

    menggunakan tabung resonator diameter luar 20 mm dan panjang tabung 90 mm dengan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm.

    No Menit

    ke

    Panjang

    Osilasi

    (Cm)

    Frekuensi

    (Hz)

    Volume

    (ml)

    Tekanan

    Hidrostatis

    air (N/m2)

    Daya

    (watt)

    Efisiensi

    (%)

    1 0 0 0

    2 2 3,5 2,5 18 343 0,01522 0,019

    3 4 9,0 2,5 46 883 0,10062 0,124

    4 6 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    5 8 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    6 10 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    7 12 9,5 2,5 48 932 0,11211 0,138

    8 14 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    9 16 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    10 18 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    11 20 9,5 2,5 48 932 0,11211 0,138

    12 22 9,5 2,5 48 932 0,11211 0,138

    13 24 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    14 26 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    15 28 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    16 30 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    17 32 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    18 34 8,5 2,5 43 834 0,08975 0,111

    19 36 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    20 38 9,5 2,5 48 932 0,11211 0,138

    21 40 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    22 42 9,5 2,5 48 932 0,11211 0,138

    23 44 9,5 2,5 48 932 0,11211 0,138

    24 46 10,0 2,5 51 981 0,12422 0,153

    25 48 9,5 2,5 48 932 0,11211 0,138

    26 50 8,5 2,5 43 834 0,08975 0,111

    27 52 8,0 2,5 41 785 0,07950 0,098

    28 54 9,0 2,5 46 883 0,10062 0,124

    29 56 8,5 2,5 43 834 0,08975 0,111

    30 58 8,5 2,5 43 834 0,08975 0,111

    31 60 9,0 2,5 46 883 0,10062 0,124

  • 40

    Tabel 4.13 Tabel hasil perhitungan penggerak mula termoakustik piston air dengan

    menggunakan tabung resonator diameter luar 25,2 mm dan panjang tabung 100 mm dengan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm.

    No Menit

    ke

    Panjang

    Osilasi

    (Cm)

    Frekuensi

    (Hz)

    Volume

    (ml)

    Tekanan

    Hidrostatis

    air (N/m2)

    Daya

    (watt)

    Efisiensi

    (%)

    1 0 0 0

    2 2 0 0

    3 4 0 0

    4 6 10,5 2,5 53 1030 0,13682 0,168

    5 8 11,0 2,5 56 1079 0,15016 0,185

    6 10 12,0 2,5 61 1177 0,17870 0,220

    7 12 12,5 2,5 63 1226 0,19390 0,239

    8 14 11,0 2,5 56 1079 0,15016 0,185

    9 16 12,5 2,5 63 1226 0,19390 0,239

    10 18 12,5 2,5 63 1226 0,19390 0,239

    11 20 12,0 2,5 61 1177 0,17870 0,220

    12 22 12,0 2,5 61 1177 0,17870 0,220

    13 24 12,5 2,5 63 1226 0,19390 0,239

    14 26 13,5 2,5 68 1324 0,22617 0,279

    15 28 12,5 2,5 63 1226 0,19390 0,239

    16 30 12,5 2,5 63 1226 0,19390 0,239

    17 32 13,0 2,5 66 1275 0,20972 0,258

    18 34 12,5 2,5 63 1226 0,19390 0,239

    19 36 13,0 2,5 66 1275 0,20972 0,258

    20 38 12,5 2,5 63 1226 0,19390 0,239

    21 40 12,5 2,5 63 1226 0,19390 0,239

    22 42 12,0 2,5 61 1177 0,17870 0,220

    23 44 12,5 2,5 63 1226 0,19390 0,239

    24 46 12,5 2,5 63 1226 0,19390 0,239

    25 48 12,0 2,5 61 1177 0,17870 0,220

    26 50 11,5 2,5 58 1128 0,16412 0,202

    27 52 11,0 2,5 56 1079 0,15016 0,185

    28 54 11,5 2,5 58 1128 0,16412 0,202

    29 56 11,0 2,5 56 1079 0,15016 0,185

    30 58 12,0 2,5 61 1177 0,17870 0,220

    31 60 12,5 2,5 63 1226 0,19390 0,239

  • 41

    4.2 Pembahasan

    Dibawah ini adalah grafik dan pembahasan dari penelitian yang kami lakukan.

    Gambar 4.1 Hubungan antara daya dan waktu pada penggerak mula termoakustik

    piston air dengan menggunakan tabung resonator diameter luar 15,7 mm dan

    panjang tabung 70 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator

    60 mm.

    Dari Gambar 4.1 dapat dilihat bahwa daya mulai naik pada menit ke 2,

    pada menit ke 10 sampai ke 30 daya berlangsung stabil dan mulai berfluktuasi

    setelah menit ke 30. Daya maksimal yang terjadi adalah 0,058 watt dan

    berlangsung pada menit ke 6 dan ke 8.

    Gambar 4.2 Hubungan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula

    termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator diameter luar 15,7

    mm dan panjang tabung 70 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang

    regenerator 60 mm.

    0

    0.01

    0.02

    0.03

    0.04

    0.05

    0.06

    0.07

    0 10 20 30 40 50 60

    Day

    a (w

    att)

    Waktu (menit)

    0

    0.01

    0.02

    0.03

    0.04

    0.05

    0.06

    0.07

    0.08

    0 10 20 30 40 50 60

    Efis

    ien

    si (

    %)

    Waktu (menit)

  • 42

    Dari Gambar 4.2 dapat dilihat bahwa efisiensi mulai naik pada menit ke 2,

    pada menit ke 10 sampai ke 30 daya berlangsung stabil dan mulai berfluktuasi

    setelah menit ke 30. Efisiensi maksimal yang terjadi adalah 0,072 % dan

    berlangsung pada menit ke 6 dan ke 8.

    Gambar 4.3 Hubungan antara daya dan waktu pada penggerak mula termoakustik

    piston air dengan menggunakan tabung resonator diameter luar 20 mm dan

    panjang tabung 90 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator

    60 mm.

    Dari Gambar 4.3 dapat dilihat bahwa daya mulai naik pada menit ke 4,

    daya yang terjadi cukup stabil pada menit ke 6 sampai menit ke 48, dan setelah itu

    terus berfluktuasi. Daya maksimal yang terjadi adalah 0,124 watt.

    0

    0.02

    0.04

    0.06

    0.08

    0.1

    0.12

    0.14

    0 10 20 30 40 50 60

    Day

    a (w

    att)

    Waktu (menit)

  • 43

    Gambar 4.4 Hubungan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula

    termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator diameter luar 20

    mm dan panjang tabung 90 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang

    regenerator 60 mm.

    Dari Gambar 4.4 dapat dilihat bahwa efisiensi mulai naik pada menit ke 4,

    efisiensi yang terjadi cukup stabil pada menit ke 6 sampai menit ke 48, dan setelah

    itu terus berfluktuasi. Efisiensi maksimal yang terjadi adalah 0,153 %.

    Gambar 4.5 Hubungan antara daya dan waktu pada penggerak mula termoakustik

    piston air dengan menggunakan tabung resonator diameter luar 25,2 mm dan

    panjang tabung 100 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang

    regenerator 60 mm.

    0

    0.02

    0.04

    0.06

    0.08

    0.1

    0.12

    0.14

    0.16

    0.18

    0 10 20 30 40 50 60

    Efis

    ien

    si (

    %)

    Waktu (menit)

    0

    0.05

    0.1

    0.15

    0.2

    0.25

    0 10 20 30 40 50 60

    Day

    a (w

    att)

    Waktu (menit)

  • 44

    Dari Gambar 4.5 dapat dilihat bahwa daya mulai terjadi pada

    menit ke 6, daya berfluktuasi cukup signifikan. Daya maksimal yang terjadi

    adalah 0,226 watt dan terjadi pada menit ke 26.

    Gambar 4.6 Hubungan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula

    termoakustik piston air dengan menggunakan tabung resonator diameter luar 25,2

    mm dan panjang tabung 100 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang

    regenerator 60 mm.

    Dari Gambar 4.6 dapat dilihat bahwa efisiensi mulai terjadi pada

    menit ke 6, efisiensinya terus berfluktuasi. Efisiensi maksimal yang terjadi adalah

    0,279 % dan berlangsung pada menit ke 26.

    0

    0.05

    0.1

    0.15

    0.2

    0.25

    0.3

    0 10 20 30 40 50 60 70

    Efis

    ien

    si (

    wat

    t)

    Waktu (menit)

  • 45

    Gambar 4.7 Perbandingan antara suhu tabung pendingin, suhu regenerator, dan suhu

    tabung resonator terhadap waktu pada penggerak mula termoakustik piston air dengan

    menggunakan tabung resonator diameter luar 25,2 mm dan panjang tabung 100 mm

    dengan regenerator steel wool dengan panjang regenerator 60 mm.

    Gambar 4.7 adalah perbandingan suhu pada variasi di mana daya dan

    efisiensi maksimal terjadi. Dari Gambar 4.7 bisa kita lihat bahwa suhu pada ke

    tiga titik mulai naik pada menit ke 6 dan setelah itu relatif stabil. Suhu tertinggi

    adalah pada tabung resonator, mencapai 2350

    C. Sedangkan suhu regenerator

    rata – rata 600 C, dan suhu rata – rata tabung pendingin 25

    0 C.

    0

    50

    100

    150

    200

    250

    0 10 20 30 40 50 60

    Suh

    u (

    oC

    )

    Waktu (menit)Suhu tabung pendingin

    Suhu regenerator

    Suhu tabung resonator

  • 46

    Gambar 4.8 Perbandingan antara daya dan waktu pada penggerak mula termoakustik

    piston air dengan menggunakan tabung resonator diameter luar 15,7 mm dan panjang

    tabung 70 mm, diameter luar 20 mm dan panjang tabung 90 mm, diameter luar 25,2

    mm dan panjang tabung 100 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang

    regenerator 60 mm.

    Dari Gambar 4.8 dapat dilihat bahwa daya yang terbesar terjadi

    pada penggunaan tabung resonator dengan diameter luar 25, 2 mm. Sedangkan

    daya maksimal yang terjadi adalah 0,226 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

    0.05

    0.1

    0.15

    0.2

    0.25

    0 10 20 30 40 50 60

    Day

    a (w

    att)

    Waktu (menit)

    Tabung Resonator 15,7 mm

    Tabung Resonator 20 mm

    Tabung Resonator 25,2 mm

  • 47

    Gambar 4.9 Perbandingan antara efisiensi dan waktu pada penggerak mula termoakustik

    piston air dengan menggunakan tabung resonator diameter luar 15,7 mm dan panjang

    tabung 70 mm, diameter luar 20 mm dan panjang tabung 90 mm, diameter luar 25,2

    mm dan panjang tabung 100 mm dengan regenerator steel wool dengan panjang

    regenerator 60 mm.

    Dari Gambar 4.9 dapat dilihat bahwa efisiensi yang terbesar terjadi

    pada penggunaan tabung resonator dengan diameter luar 25, 2 mm. Sedangkan

    efisiensi maksimal yang terjadi adalah 0,279%. 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.

    0.00000

    0.05000

    0.10000

    0.15000

    0.20000

    0.25000

    0.30000

    0 10 20 30 40 50 60

    Efis

    ien

    si (

    %)

    Waktu (menit) Tabung Resonator 15,7 mm

    Tabung Resonator 20 mm

    Tabung Resonator 25,2 mm

  • 48

    Gambar 4.10 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 4.10 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.

    Gambar 4.11 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula

    termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator steel wool dengan

    panjang regenerator 50 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar

    tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    0 10 20 30 40 50 60

    Pu

    tara

    n (

    Rp

    m)

    Waktu (menit)

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    0 10 20 30 40 50 60

    Pu

    tara

    n (

    Rp

    m)

    Waktu (menit)

  • 49

    Dari Gambar 4.11 dapat terlihat bahwa flywheel mulai berputar pada

    menit ke 2, dan setelah itu putaran berputar cukup stabil antara 110 -120 rpm.

    Putaran maksimal terjadi pada menit ke 12 mencapai 124 rpm.

    Gambar 4.12 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula

    termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator steel wool dengan

    panjang regenerator 30 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar

    tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.

    Dari Gambar 4.12 dapat terlihat bahwa flywheel mulai berputar pada

    menit ke 2, dan setelah itu putaran berputar cukup stabil antara 120 -125 rpm.

    Putaran maksimal terjadi pada menit ke 6 mencapai 128 rpm.

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    140

    0 10 20 30 40 50 60

    Pu

    tara

    n (

    Rp

    m)

    Waktu (menit)

  • 50

    Gambar 4.13 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula

    termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator aluminium dengan

    panjang regenerator 70 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar

    tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.

    Dari Gambar 4.13 dapat terlihat bahwa flywheel mulai berputar pada menit

    ke 6, dan setelah itu putaran berputar cukup stabil antara menit ke 10 sampai

    menit ke 28 antara 70 -85 rpm. Putaran maksimal terjadi pada menit ke 14

    mencapai 85 rpm.

    Gambar 4.14 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula

    termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator aluminium dengan

    panjang regenerator 50 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar

    tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.

    0

    10

    20

    30

    40

    50

    60

    70

    80

    90

    0 5 10 15 20 25 30 35

    Pu

    tara

    n (

    Rp

    m)

    Waktu (menit)

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    0 10 20 30 40 50 60

    Pu

    tara

    n (

    Rp

    m)

    Waktu (menit)

  • 51

    Dari Gambar 4.14 dapat terlihat bahwa flywheel mulai berputar pada menit

    ke 4, dan setelah itu putaran berputar cukup stabil antara 100 -110 rpm. Putaran

    maksimal terjadi pada menit ke 14 mencapai 110 rpm.

    Gambar 4.15 Hubungan antara waktu dan putaran flywheel pada penggerak mula

    termoakustik piston pejal dengan menggunakan regenerator aluminium dengan

    panjang regenerator 30 mm menggunakan tabung resonator dengan diameter luar

    tabung 20 mm dan panjang tabung 120 mm.

    Dari Gambar 4.15 dapat terlihat bahwa flywheel mulai berputar pada menit

    ke 4, dan setelah menit ke 8 berputar cukup stabil antara 100 -110 rpm. Setelah

    menit ke 20, putaran flywheel berhenti. Putaran maksimal terjadi pada menit ke 12

    mencapai 110 rpm.

    0

    20

    40

    60

    80

    100

    120

    0 5 10 15 20 25

    Pu

    tara

    n (

    Rp

    m)

    Waktu (menit)

  • 52

    Gambar 4.16 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 4.16 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 makan

    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

  • 53

    Gambar 4.17 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 4.17 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

  • 54

    BAB V

    PENUTUP

    5.2 Kesimpulan

    Berdasar dari beberapa data yang telah diperoleh serta hasil perhitungan dan

    grafik dari beberapa data tersebut, maka dapat diambil beberapa kesimpulan

    sebagai berikut :

    1) Model penggerak mula termoakustik yang berupa aplikasi dengan piston air

    dan dengan menggunakan piston pejal yang menggerakkan flywheel sebagai

    pembanding berhasil dibuat dan dapat berfungsi.

    2) Pada penggerak mula termoakustik piston air dengan regenerator steel wool

    dengan panjang regenerator 60 mm yang divariasikan tabung resonatornya

    yaitu diameter luar 15,7 mm, 20 mm, dan 25,2 mm daya maksimal yang

    terjadi adalah 0,226 watt dan efisiensi maksimal yang terjadi adalah 0,279 %.

    3) Pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

    regenerator steel wool dengan panjang regenerator yang divariasikan 30 mm,

    50 mm, dan 70 mm, putaran flywheel maksimal yang terjadi adalah 128 rpm.

    4) Pada penggerak mula termoakustik piston pejal dengan menggunakan

    regenerator aluminium dengan panjang regenerator yang divariasikan 30 mm,

    50 mm, dan 70 mm, putaran flywheel maksimal yang terjadi adalah 110 rpm.

  • 55