Affandi Faisal Kurniawan / pengaruh stack terhadap periode gelombang tekanan dalam tabung resonator termoakustik ramah lingkungan 5 Pengaruh Stack Terhadap Periode Gelombang Tekanan Dalam Tabung Resonator Termoakustik Ramah Lingkungan Affandi Faisal Kurniawan 1, Sigit Ristanto 1, Choirul Huda 1* 1 Progdi Pendidikan Fisika FPMIPA IKIP PGRI Semarang Jalan Lontar No.1-Dr. Cipto Semarang Email: affandi_fk@yahoo.co.id Abstrak - Telah dilakukan penelitian pengaruh stack terhadap periode gelombang tekanan dalam tabung resonator termoakustik ramah lingkungan. Penelitian tersebut bertujuan untuk mengetahui pengaruh stack terhadap periode gelombang tekanan dalam tabung resonator. Untuk mengetahui hal tersebut dilakukan dengan cara meninjau gelombang tekanan pada 8 tempat (8 sensor tekanan) yang berbeda dalam tabung resonator. Sensor tekanan yang digunakan pada penelitian ini berupa mikrofon mini. Dua sensor tekanan diletakkan di dekat stack. Dalam penelitian ini menggunakan empat variasi panjang stack yaitu 2 cm, 4 cm, 8 cm,dan 10 cm. Data variasi tekanan ditampilkan oleh osiloskop. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa stack tidak mempengaruhi periode gelombang tekanan. Kata kunci: stack, periode gelombang tekanan, termoakustik Abstract - The research entitled the stack effect in the period of the pressure wave resonator tube termoaccoustic environmentally friendly has been done. The study aimed to determine the effect of the stack to the period of the pressure wave in the resonator tube. To know it is done by reviewing the pressure wave at 8 points (8 pressure sensors) that differ in the resonator tube. The pressure sensor used in this research is a mini microphone. Two pressure sensors placed near the stack. In this study using four variations of the stack that is 2 cm long, 4 cm, 8 cm, and 10 cm. The data displayed by the oscilloscope pressure variation. The results of this study indicate that the stack does not affect the period of the pressure wave. Key words: stack, period of the pressure wave, thermoaccoustic
6 Nama penulis utama / judul makalah 1. PENDAHULUAN Dalam beberapa tahun terakhir ini, teknologi termoakustik masih terus dikembangkan di seluruh dunia. Beberapa peneliti sangat aktif dalam melakukan penelitian dan pengembangan teknologi ini. Salah satu contohnya adalah para peneliti di Los Alamos National Laboratory for The United State Department of Energy [2]. Hal tersebut dilakukan sebagai tindak lanjut dari Workshop international pertama tentang termoakustik yang telah diselenggarakan oleh Technische Universiteit Eindhoven and The Accoustical Society of America pada 22-25 April 2001 di Hertogenbosch, Belanda [3]. Menurut [9] piranti termoakustik dapat dibedakan menjadi dua jenis, yaitu jenis gelombang tegak (standing wave) dan jenis gelombang berjalan (travelling wave). Desain piranti termoakustik jenis gelombang tegak relatif lebih sederhana jika dibandingkan gelombang berjalan. Sementara itu, bentuk resonator termoakustik yang berbentuk silinder relatif lebih mudah dibuat walaupun pendingin termoakustik dengan bentuk seperti ini memiliki efisiensi relatif rendah [10]. Beberapa penelitian yang terkait dengan penelitian ini adalah sebagai berikut. [6] telah membuat piranti pendingin termoakustik sederhana yang dapat beroperasi sehingga diperoleh penurunan suhu sekitar 10 ºC dalam waktu 4 menit pengoperasian alat. Dalam penelitian tersebut menggunakan resonator silinder ¼ panjang gelombang dari bahan acrylic dengan panjang 23 cm dan diameter 2,2 cm, serta stack dari bahan acrylic 35 mm, dengan frekuensi operasi 385 Hz. Demonstrasi eksperimental tentang konversi energi termoakustik dalam sebuah resonator telah dilakukan oleh [4]. [11] telah mendemonstrasikan sebuah prototipe pendingin akustik yang menggunakan siklus stirling yang dikerjakan oleh gelombang berjalan dengan impedansi akustik yang tinggi yang diinduksi secara termoakustik di dalam sebuah loop tabung. Penelitian tentang termoakustik juga telah dilakukan oleh peneliti sejak awal tahun 2011. Pada tahun 2011, Peneliti telah melakukan penelitian mengenai rancang bangun pendingin termoakustik sederhana yang menggunakan resonator silinder dari pipa PVC dengan panjang 77,5 cm dan diameter sekitar 5 cm (2 inchi), stack dari bahan kardus, loudspeaker 60 W 8 Ω dan penguat audio 60 W. Diperoleh hasil bahwa perbedaan suhu antara bagian bawah dan bagian atas stack adalah sebesar 4.5 yang terjadi setelah 40 menit AFG (Audio Function Generator) dijalankan [8]. [5] telah melakukan penelitian rancang bangun pendingin termoakustik dengan stack dari bulu angsa. Hasil penelitian ini didapatkan bahwa penurunan suhu optimum terjadi pada frekuensi 100 Hz yaitu pada saat frekuensi resonansi yang dihitung secara matematis diperoleh sekitar 113 Hz. [1] telah melakukan penelitian pengaruh stack terhadap distribusi tekanan dalam tabung resonator termoakustik ramah lingkungan. Hasil penelitian tersebut diperoleh panjang optimal stack adalah 2 sentimeter. Untuk mengembangkan pendingin termoakustik banyak hal yang harus diteliti. Salah satunya adalah stack. Stack adalah kanal-kanal sempit tempat fluida kerja mengalir. Dengan mengatur frekuensi dan jarak kanal yang tepat maka akan diperoleh efek pendinginan. Penelitian ini ingin mengetahui pengaruh stack terhadap periode gelombang. Dengan mengetahui pengaruh tersebut diharapkan diperoleh pendingin termoakustik yang optimal. II. METODE PENELITIAN/EKSPERIMEN Penelitian ini dilakukan dengan tahapan sebagai berikut: 1. Persiapan a. Pengadaan bahan-bahan yang dibutuhkan, meliputi pipa PVC. b. Menyediakan alat yang dibutuhkan, meliputi AFG(Audio Function generator) dilengkapi dengan software frekuensi/matlab, speaker, amplifier, voltmeter, amperemeter, dan termometer/ sensor suhu (LM 53). c. Menyediakan mikropon dan osiloskop 2. Pelaksanaan a. Pembuatan stack Stack dibuat dari bahan kardus sehingga berbentuk silinder dengan jarak antar plat dan panjang yang bervariasi. Bentuk stack ditunjukkan pada gambar 1. Gambar 1. Stack Proses pembuatannya dimulai dari memotong kardus dengan lebar yang diinginkan. Bagian muka kardus
Affandi Faisal Kurniawan / pengaruh stack terhadap periode gelombang tekanan dalam tabung resonator termoakustik ramah lingkungan 7 diberi perekat kemudian digulung hingga sama dengan diameter bagian dalam tabung resonator. Variasi panjang stack sebanyak 5 buah yaitu. 10 cm, 8 cm, 6 cm, 4 cm, dan 2 cm. b. Pembuatan tabung resonator Tabung resonator dibuat dari bahan pipa PVC sepanjang 1 meter. Salah satu ujungnya ditutup sedangkan ujung yang lain dihubungkan dengan speaker. Tabung resonator bisa dilihat pada gambar 3.2. Tabung resonator diberi lubang sebanyak 8 lubang. c. Penyusunan piranti pendingin termoakustik Susunan piranti pengukuran distribusi tekanan pada tabung resonator pendingin termoakustik ramah lingkungan disajikan pada gambar 2. 4.1. Tiap titik dipasang sensor gelombang tekanan. Sensor 1 diletakkan paling dekat dengan loudspeaker. Titik ini didefinisikan sebagai x=0 cm. Sensor ke-2 diletakkan pada x=10 cm. Sensor ketiga diletakkan pada x= 20 cm. Sensor ke-4 diletakkan pada x=30 cm. Sensor ke-5 diletakkan pada x= 40 cm. Sensor ke-6 diletakkan pada x= 50 cm. Sensor ke-7 diletakkan pada x= 60 cm. Sensor ke-8 diletakkan pada ujung resonator paling jauh dari loudspeaker. Gambar 2. Setting alat pengukuran periode gelombang tekanan dalam tabung resonator pendingin termoakustik Luaran yang diharapkan dari penelitian ini adalah data pengaruh panjang stack terhadap periode gelombang tekanan dalam tabung resonator. IV. HASIL DAN PEMBAHASAN A. Pengolahan Data Ada delapan titik yang akan di ukur variasi tekanannya sebagai fungsi waktu seperti pada gambar Gambar 3. Setting Alat Pengukuran Distribusi Tekanan Luaran dari sensor di baca dengan osiloskop. Oleh karena osiloskop hanya mampu menampilkan dua channel (dua input), maka pengambilan data dilakukan tiap dua sensor. Luaran sensor ke-1 digunakan sebagai acuan dalam pengukuran. Dengan demikian pengambilan data dilakukan dengan cara berurutan mulai dari sensor ke-1 dan sensor ke-2. Berikutnya sensor ke-1 dengan sensor ke-3 dan seterusnya sampai sensor ke-1 dan sensor ke-8. Sebagai contoh hasil pengukuran gelombang tekanan tanpa stack ditunjukkan pada gambar 4. 1-2 1-3 1-4
8 Nama penulis utama / judul makalah 1-5 1-6 1-7 1-8 Gambar 4. Hasil Foto gelombang tekanan tanpa stack
Affandi Faisal Kurniawan / pengaruh stack terhadap periode gelombang tekanan dalam tabung resonator termoakustik ramah lingkungan 5 Setelah diperoleh data berupa foto, langkah berikutnya yaitu membaca periode. Tabel 1 menyajikan contoh hasil pembacaan periode berdasarkan gambar 4 dengan ketelitian pembacaan data osiloskop adalah 0,1 div. Selanjutnya dengan cara yang sama diperoleh data untuk resonator dengan stack 2 cm, 4 cm, 8 cm dan 10 cm terlampir. Tabel 1. Hasil Pembacaan Periode Berdasarkan Gambar 4. Pembahasan pengaruh stack terhadap periode gelombang tekanan dilakukan dengan cara membandingkan periode gelombang tekanan pada tabung resonator tanpa stack terhadap periode gelombang tekanan tabung resonator dengan stack dengan panjang 2 cm, 4 cm, 8 cm dan 10 cm. Citra visual dari perbandingan semuanya dapat dilihat pada gambar 5. Gambar 5. Grafik pengaruh stack terhadap periode gelombang tekanan di beberapa titik yang ditinjau Gambar 5 menyajikan data pengaruh panjang stack terhadap periode gelombang tekanan. Dari gambar tersebut dapat diketahui bahwa nilai periode untuk resonator tanpa stack maupun diisi dengan stack dengan panjang 2cm, 4 cm. 6 cm, dan 8 cm menunjukkan hasil yang sama. Hal tersebut dikarenakan sesuai dengan definisi periode yaitu selang waktu yang dibutuhkan untuk melakukan satu getaran sehingga periode tidak dipengaruhi oleh medium perambatan gelombang tetapi hanya dipengaruhi oleh sumber getaran [7]. Dengan demikian dapat dinyatakan bahwa adanya stack tidak mempengaruhi periode gelombang tekanan. V. KESIMPULAN Dari penelitian ini dapat disimpulkan bahwa keberadaan stack dalam tabung resonator tidak mempengaruhi periode gelombang tekanan. UCAPAN TERIMA KASIH Ucapan terima kasih kami sampaikan kepada: 1. LPPM IKIP PGRI Semarang yang telah mendanai penelitian ini. 2. Kepala Laboratorium Pendidikan Fisika FPMIPA IKIP PGRI Semarang yang telah memfasilitasi pelaksanaan penelitian ini. PUSTAKA Artikel jurnal: [1] Biwa, T.,Yashiro,., Y.,Kozuka, M.Yazaki, T. dan Mizutani, U.,2004, Experimental Demonstration of Thermoaccoustics Energi Conversion in a Resonator, Phys. Rev. E 69, 066304. [2] Nur K., Irna F., dan Affandi F.K. Rancang Bangun Pendingin Termoakustik Ramah Lingkungan Menggunakan Stack Berbahan Dasar Bulu Angsa. Laporan Penelitian LPPM IKIP PGRI Semarang 2011. [3] Russell, D.A. dan Weibull, P., 2002, Tabletop Thermoaccoustics Refrigerator for Demonstration, Am.J.Phys.70,1231-1233 [4] Swift, G.W. 2002, Thermoaccoustics: A Unifying Perspective for Some Engines and Refrigerators, Los Alamos National Laboratory, Accoustical Society of America Publications. [5] Swift, G.W.1988, Thermoaccoustics Engines, J.Accoust.soc.Am.84,1145-1180. [6] Yazaki, T., Biwa, T,. dan Tominaga, A.,2002, A Pistonless Stirling Cooler, Appl.Phys. Lett.80 (1), 157-159 Buku: [1] Serway, R.A., dan Jewett, J.W., 2004, Physics for Scientists and Engineers. Prosiding seminar: [1] Affandi F.K., Sigit R., Choirul H., 2012, The Influence of a Stack Against The distribution of Pressure On The Eco- Friendly Thermoaccoustic Resonator Tube, International Conference Of Physics and Its Application Kentingan Physics Forum, Physics Department FMIPA Sebelas Maret University. [2] Sigit R, Irna F, Affandi F.K., Hidayati I., dan Ummi K..2011., Rancang Bangun Pendingin Termoakustik Sederhana. Seminar Nasional Lontar Physics Forum, Progdi Pendidikan Fisika FPMIPA IKIP PGRI Semarang di IKIP PGRI Semarang, Juli 2011 Internet: [1] Anonim, 2007b, Thermoaccoustics, Los Alamos National Laboratory, http://www.phys.tue.nl/lt/workshop.html diakses pada tanggal 24 Januari 2007 [2] Anonim 2007c, First International Workshop on Thermoaccoustics, Technische Universiteit Eindhoven and The Accoustical Society of America, http://www.lanl.gov/projects/thermoacoustics/ diakses pada tanggal 4 Februari 2007 p