penukar panas. Ukuran pori regenerator lebih kecil dibandingkan dengan ukuran pori stack. Ketiga, berdasarkan beda fase antara osilasi tekanan dan

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Energi merupakan kebutuhan yang tidak dapat dipisahkan dari kehidupan sehari-hari. Semua kegiatan manusia dalam rumah tangga, industri maupun pertanian memerlukan energi. Energi panas merupakan salah satu dari beberapa contoh energi yang tak habis atau selalu tersedia oleh alam, seperti panas bumi, panas laut, dan panas matahari. Energi panas tidak hanya berasal dari alam tetapi dapat berasal dari sisa hasil suatu proses industri atau biasa disebut limbah panas industri. Namun hingga saat ini masih sedikit pihak yang memanfaatkan limbah panas industri padahal limbah panas industri memiliki potensi yang cukup besar sebagai sumber energi panas apabila diolah menggunakan teknologi yang tepat. Salah satu dari beberapa contoh teknologi yang dapat dipertimbangkan dalam memanfaatkan limbah industri sebagai sumber energi panas adalah mesin yang bekerja didasarkan pada efek termoakustik. Termoakustik adalah suatu bidang yang mempelajari fenomena fisis dimana perbedaan suhu dapat membangkitkan gelombang bunyi, atau sebaliknya, gelombang bunyi dapat menimbulkan perbedaan suhu. Piranti termoakustik dapat dibagi menjadi beberapa kategori (Panhuis, 2009). Pertama, berdasarkan arah aliran panas, piranti termoakustik dibagi ke dalam dua kelompok yaitu penggerak utama (prime mover) dan pendingin (refrigerator). Prime mover memindahkan panas dari suhu tinggi ke suhu rendah dan menghasilkan usaha dalam bentuk gelombang bunyi. Sebaliknya, pendingin termoakustik memindahkan panas dari suhu rendah ke suhu tinggi dengan menggunakan usaha dari luar sistem berupa gelombang bunyi. Kedua, berdasarkan media penukar panas yang digunakan, piranti termoakustik dapat digolongkan ke dalam piranti berbasis stack dan piranti berbasis regenerator. Perbedaan keduanya terletak pada ukuran pori media 1

2 2 penukar panas. Ukuran pori regenerator lebih kecil dibandingkan dengan ukuran pori stack. Ketiga, berdasarkan beda fase antara osilasi tekanan dan osilasi kecepatan, piranti termoakustik dibagi ke dalam piranti termoakustik jenis gelombang berdiri (standing wave) dan gelombang berjalan (traveling wave). Pada piranti gelombang berdiri, beda fase antara osilasi kecepatan dan osilasi tekanan adalah 90, sedangkan pada piranti gelombang berjalan tekanan dan kecepatan berosilasi sefase. Penelitian efek termoakustik dengan menggunakan piranti termoakustik gelombang berdiri telah banyak dilakukan. Beberapa penelitian yang pernah dilakukan menggunakan prime mover gelombang berdiri diantaranya dilakukan oleh Reed (1996) dengan melakukan penelitian pengaruh pori stack berbahan stainless steel wire mesh screen. Ukuran kawat kasa yang digunakan adalah #10 hingga #28. Reed menyatakan bahwa penggunaan stainless steel wire mesh screen sebagai stack memiliki beberapa keunggulan, yaitu mudah didapatkan dan tahan terhadap suhu tinggi. Hasil yang didapatkan adalah stack wire mesh screen menghasilkan nilai efisiensi yang lebih baik dari plat paralel. Adeff dan Hofler (2000) pun membuat prime mover termoakustik dengan memanfaatkan panas dari energi surya kemudian Symko et al (2004) memanfaatkan panas dari komponen mikroelektronik diubah menjadi pembangkit bunyi. Prime mover termoakustik dipengaruhi oleh lima variabel penting, yaitu lokasi stack, panjang stack, panjang pipa resonator, jarak antar pelat, dan ketebalan pelat (Hariharan, 2012). Adapun diameter pipa dan daya input listrik juga memiliki pengaruh terhadap gelombang bunyi yang dihasilkan prime mover termoakustik. (Swift, 2012). Penelitian mengenai prime mover termoakustik gelombang berdiri mulai dilakukan dan dikembangakan di Laboratorium Fisika Atom dan Inti FMIPA UGM. Setiawan (2015) telah berhasil membuat dan menguji prime mover termoakustik gelombang berdiri dengan menggunakan stack bahan stainless steel #14 dan menghasilkan efisiensi sebesar 1,4 %. Murti (2015) melanjutkan penelitian tersebut dengan memberikan optimasi jejari hidraulik dan panjang stack

3 3 terhadap prime mover termoakustik dan menghasilkan efisiensi terbaik sebesar 1,4 %. Panjang pipa resonator yang digunakan adalah 128 cm. Penelitian ini merupakan kelanjutan dari penelitian tersebut, dengan memberikan variasi panjang pipa resonator dan daya input listrik sebagai parameter (Hariharan, 2012). Stack yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari susunan rapat lembaran-lembaran kasa kawat baja antikarat (mesh stainless steel) dengan ukuran #14 setebal 5 cm. Pemilihan kasa kawat sebagai stack dikarenakan bahan ini jumlahnya banyak, tetapi harganya terjangkau dan mudah didapatkan di toko. Pipa resonator yang digunakan terbuat dari stainless steel dengan diameter pipa 6,8 cm. Berdasarkan pernyataan Hariharan (2012) serta penelitian yang dilakukan Setiawan (2015) dan Murti (2015), perlu dilakukan kajian lebih lanjut tentang parameter yang mempengaruhi kinerja prime mover termoakustik gelombang berdiri. Oleh sebab itu, penulis melakukan penelitian mengenai pengaruh panjang pipa resonator dan pengaruh daya input listrik terhadap kinerja prime mover termoakustik. 1.2 Perumusan Masalah Berdasarkan latar belakang masalah, maka rumusan masalah yang akan dibahas dalam penelitian ini adalah: 1. Bagaimana menentukan kondisi optimum panjang pipa resonator terhadap kinerja prime mover termoakustik gelombang berdiri? 2. Bagaimana menentukan kondisi optimum daya input listrik terhadap kinerja prime mover termoakustik gelombang berdiri? 1.3 Tujuan Penelitian Tujuan dilakukannya penelitian ini adalah: 1. Mempelajari kondisi optimum panjang pipa resonator terhadap kinerja prime mover termoakustik gelombang berdiri. 2. Mempelajari kondisi optimum daya input listrik terhadap kinerja prime mover termoakustik gelombang berdiri.

4 4 1.4 Batasan Masalah Penelitian ini dibatasi dalam lingkup masalah sebagai berikut: 1. Pipa resonator yang digunakan dalam penelitian ini terbuat dari pipa stainless steel berdiameter 6,8 cm. 2. Stack yang digunakan terbuat dari susunan rapat lembaran-lembaran kasa kawat baja antikarat (mesh stainless steel) ukuran #14 dengan tebal 5 cm. (Murti, 2015). 3. Panjang pipa yang digunakan adalah 105 cm, 130 cm, 155 cm, 180 cm, dan 205 cm. 4. Daya input listrik yang digunakan adalah 266 W, 299 W, 335 W, dan 400 W. 5. Medium kerja yang digunakan adalah udara. 6. Medium pendingin yang digunakan pada heat exchanger adalah air. (Pebriarti, 2011). 1.5 Manfaat Penelitian Manfaat yang diharapkan dari penelitian ini adalah: 1. Mengenal serta memahami fenomena yang terjadi pada sistem prime mover termoakustik gelombang berdiri. 2. Sebagai gambaran dalam pembuatan rancang bangun prime mover termoakustik selanjutnya guna mendapatkan hasil yang lebih maksimal. 3. Dapat digunakan sebagai bahan acuan untuk menentukan variabel-variabel optimum lainnya pada prime mover termoakustik. 1.6 Sistematika Penulisan Secara garis besar sistematika penulisan tesis dibagi menjadi tiga bagian, yaitu bagian awal, bagian isi dan bagian akhir. Ketiga bagian ini akan dijelaskan sebagai berikut: 1. Bagian awal dari tesis memuat halaman sampul luar, halaman judul, halaman pengesahan, halaman pernyataan, halaman persembahan,

5 5 halaman motto, prakata, daftar isi, daftar gambar, daftar lampiran, intisari (bahasa Indonesia) dan abstract (bahasa Inggris). 2. Bagian isi dari tesis terdiri dari enam bab yaitu: BAB I Pendahuluan meliputi alasan pemilihan judul (latar belakang), perumusan masalah, tujuan penelitian, batasan masalah, manfaat penelitian, dan sistematika penulisan. BAB II Kajian pustaka yang berisi tentang ringkasan penelitianpenelitian yang sudah pernah dilakukan sebelumnya terkait topik penelitian. BAB III Dasar teori yang mencakup materi-materi pendukung penelitian yang terdiri atas gelombang bunyi, siklus bunyi, panjang gelombang, cepat rambat gelombang bunyi, resonansi, pipa organa tertutup, kesetimbangan termal, hukumm ke-nol termodinamika, hukum pertama termodinamika, hukum ke-dua termodinamika, parameter penting termoakustik, daya bunyi, dan mekanisme transfer panas secara termoakustik. BAB IV Metode penelitian yang menguraikan mengenai waktu dan tempat penelitian, alat dan bahan yang digunakan, analisa data, serta langkah kerja yang dilakukan dalam penelitian. BAB V Hasil dan pembahasan berisi tentang hasil-hasil penelitian dan pembahasannya. BAB VI Kesimpulan dan saran yang berisi tentang kesimpulan hasil penelitian yang telah dilakukan serta saran-saran yang berkaitan dengan hasil kesimpulan penelitian. 3. Bagian akhir dari tesis memuat tentang daftar pustaka yang digunakan sebagai acuan dari penulisan tesis.