BAB I PENDAHULUAN Latar Belakang

Transkripsi

1 BAB I PENDAHULUAN 1.1. Latar Belakang Kata termoakustika diartikan sebagai studi interdisiplin ilmu antara energi termal dan energi akustik yang pertama kali digunakan oleh Nikolaus Rott (Rott,1980). Efek termoakustik muncul karena adanya interaksi antara suatu material padat dengan medan suara yang membawa energi termal di dalam suatu fluida yang berosilasi (Swift,1988). Sebenarnya, fenomena termoakustik pertama kali teramati pada tahun 1777, Byron Higgins menemukan osilasi akustik pada tabung yang didalamnya terdapat api hidrogen (Putnam dan Dennis, 1956). Fenomena tersebut juga teramati pada peniup kaca. Saat kaca panas disentuhkan pada tabung kaca dingin akan muncul suara (Swift, 1988). Mesin termoakustik dapat dibagi menjadi dua yakni prime mover termoakustik dan pendingin (refrigerator) termoakustik. Keduanya juga dapat diklasifikasikan menurut jenis gelombang suara yang terlibat yaitu gelombang berdiri dan gelombang berjalan (Tao Jin, 2015). Prime mover termoakustik adalah alat atau perangkat yang mengkonversi energi termal menjadi energi akustik (Setiawan dkk, 2015). Pendingin termoakustik adalah perangkat yang membangkitkan gradien suhu dengan menggunakan gelombang bunyi. Pada penelitian yang dilakukan oleh penulis saat ini berfokus pada pendingin termoakustik jenis gelombang berjalan. Pada tahun 2002 Yazaki dkk. memunculkan ide dan membuat sebuah prototipesebuah pendingin termoakustik tanpa piston yang dapat digolongkan sebagai mesin Stirling (Yazaki, 2002). Mesin yang dibuat berbentuk tabung melingkar dan gelombang bunyi yang terlibat merupakan jenis gelombang berjalan. Mesin tersebut dapat mencapai suhu -27 o C. Penelitian ini membuat banyak peneliti untuk meneliti lebih lanjut mengenai pendingin termoakustik jenis gelombang berjalan.

2 2 Bagian penting dari pendingin termoakustik jenis gelombang berjalan adalah tabung resonator, sumber bunyi dan regenerator. Tabung resonator terbuat dari pipa PVC dan dibentuk sedemikian rupa sehingga memiliki 2 bagian yakni bagian tabung melingkar dan bagian tabung lurus yang berfungsi menghubungkan tabung melingkar ke sumber bunyi. Sumber bunyi yang digunakan adalah loudspeaker yang biasa digunakan untuk audio mobil. Bagian yang lain dari pendingin adalah regenerator. Regenerator ini merupakan sebuah media berpori tempat terjadinya perpindahan kalor. Regenerator yang dalam penelitian kali ini menggunakan kawat kasa anti karat ditempatkan pada tabung melingkar resonator. Penempatan regenerator sendiri tidak boleh sembarangan. Untuk jenis gelombang berjalan penempatan regenerator harus pada titik dimana beda fase antara gelombang tekanan dengan gelombang kecepatan volumetrik mendekati 0 o (Ceperly, 1979). Hal ini yang sering menjadi kesulitan bagi peneliti karena tidak mudah untuk mengukur gelombang tekanan apalagi gelombang kecepatan volumetrik. Untuk itu saat ini peneliti mencoba untuk mengaplikasikan stub yakni sebuah tabung PVC panjang yang terdapat piston didalamnya sehingga dapat diatur panjang ruang didalamnya. Adanya penambahan ruang pada resonator tentu saja dapat menggeser gelombang tekanan maupun gelombang kecepatan volumetriknya yang juga pasti berakibat pada berubahnya beda fase dititik regenerator ditempatkan. Penggunaan stub dirasa lebih mudah daripada harus menggeser regenerator. Penggunaan stub ini juga pernah dilakukan oleh beberapa peneliti yang menggunakannya untuk tujuan yang sama yakni Kruse dkk. dari Institute for Aerospace Engineering, Technische Universitat Dresden (Kruse dkk,2016) dan Kang Huifang bersama rekan rekan peneliti dari Beijing Institute of Technology (Huifang dkk,2015). Keduanya mengaplikasikan stub untuk alat prime mover termoakustik. Untuk itu peneliti ingin menggunakan stub untuk diaplikasikan pada pendingin termoakustik jenis gelombang berjalan Rumusan Masalah Berdasarkan hal-hal yang telah dipaparkan diatas, beberapa permasalahan yang perlu dipecahkan dalam penelitian ini adalah :

3 3 1. Pengaruh perubahan panjang stubterhadap penurunan suhu yang terjadi pada ujung dingin regenerator. 2. Pergeseran gelombang tekanan akibat perubahan panjangstub. 3. Panjangstub yang paling optimum yang ditandai dengan besarnya penurunan suhu untuk setiap frekuensi Batasan Masalah Untuk menyederhanakan permasalahan tersebut di atas, maka cakupan penelitian ini dibatasi pada hal-hal sebagai berikut: 1. Gas kerja yang digunakan adalah udara bebas pada tekanan atmosfer ( 1 atm) dan suhu kamar ( 28 C). 2. Ukuran lembaran kasa kawat anti karat yang digunakan sebagai bahan regenerator adalah tetap sebesar60 kasa per inci dengan panjang regenerator 4 cm. 3. Sumber bunyi menggunakan speaker CUBIG 251 dengan daya 80 Watt. 4. Konfigurasi pendingin termoakustik yang digunakan adalah tipe tabung melingkar (looped-tube) dengan keliling 250 cm digabung dengan tabung lurus sepanjang 25 cm dan stub dengan panjang ruang maksimal 92 cm. 5. Variasi frekuensi yang digunakan adalah 170 Hz dan 220 Hz untuk mengamati perubahan tekanan dan 30 Hz hingga 45 Hz untuk mengamati penurunan suhu. 6. Panjang ruang stub yang digunakan mulai dari 4 cm hingga 92 cm dengan selisih 4 cm Tujuan Penelitian Berdasarkan rumusan masalah tersebut, penelitian ini memiliki tujuan sebagai berikut : 1. Mengetahui pengaruh perubahan panjangstub terhadap penurunan suhu yang terjadi pada ujung dinginregenerator. 2. Mencari kecenderungan pergeseran gelombang tekanan terhadap perubahan panjang ruang stub. 3. Mencari panjangstub yang paling optimum untuk setiap frekuensi.

4 Manfaat Penelitian Dalam penelitian kali ini penulis berharap dapat diperoleh pengaruh panjang stub pada penurunan suhu maupun perubahan gelombang tekanan pendingin termoakustik jenis gelombang berjalan. Nantinya hasil yang diperoleh dapat menjadi rujukan untuk dapat mengoptimalkan kinerja dari pendingin termoakustik. Diharapkan pula hasilnya dapat dipublikasikan untuk menjadi referensi para peneliti lain untuk memperkaya ilmu pengetahuan.pendingin termoakustik dapat memanfaatkan energi bunyi yang terbuang. Banyak peralatan industri yang membuang energi bunyi dengan sia sia. Padahal bunyi tersebut bisa sangat berguna untuk dimanfaatkan kembali menjadi pendingin yang sangat berguna juga untuk membantu kinerja manusia. Teknologi ini bisa membantu untuk memajukan Indonesia dalam bidang energi. Energi fosil yang saat ini mulai menipis sehingga harus dimanfaatkan dengan baik. Selain itu energi fosil juga perlu dikurangi pemakaiannya karena polusi yang dihasilkannya. Untuk itu pengembangan energi ramah lingkungan seperti termoakustik ini harus didorong untuk mensejahterakan umat manusia Sistematika Penulisan Penulisan skripsi ini dibagi menjadi 6 (enam) bab, yaitu: pendahuluan, tinjauan pustaka, dasar teori, metode penelitian, hasil dan pembahasan, serta kesimpulan dan saran, kemudian ditambah degan daftar pustaka dan lampiran. BAB I merupakan pendahuluan yang berisikan latar belakang mengenai pendingin termoakustik, rumusan masalah, batasan masalah, tujuan, manfaat dan sistematika penulisan penelitian. BAB II berisi tinjauan pustaka yang memuat uraian terkait informasi hasil penelitian yang relevan tentang pendingin termoakustik dan pengaplikasian stub pada alat termoakustik. BAB III Landasan teori memaparkan gelombang akustik, model impedansi termoakustik, tinjauan termodinamik mesin pendingin Stirling, fenomena

5 5 termoakustik pada regenerator, parameter penting dalam termoakustik dan gelombang tekanan dan kecepatan volumetrik pada tabung melingkar. BAB IV menjelaskan metode penelitian yang mencakup alat dan bahan yang digunakan dalam proses sintesis, alat untuk karakteristik, langkah-langkah kerja yang dilakukkan dalam penelitian serta teknik pengolahan data. BAB V memaparkan hasil dan pembahasan dari penelitian. BAB VI berisikan kesimpuan dan saran yang selanjutnya dapat digunakan sebagai acuan penelitian berikutnya. Daftar pustaka mencantumkan seluruh pustaka yang digunakan dalam penelitian.

6 6