BAB I PENDAHULUAN 1.1 Latar Belakang Saat ini teknologi berkembang sangat cepat. Setiap teknologi selalu terdapat sisi positif dan negatif sehingga perlu dipertimbangkan dengan baik. Misal, Indonesia yang beriklim tropis menggunakan teknologi pendingin seperti lemari es (refrigerator) dan AC (air conditioner) sehingga dapat dengan mudah mengatur suhu ruangan seperti yang diinginkan. Namun, kemudahan ini harus diikuti dengan dampak negatif yang bahkan berimbas secara global. Pendingin berupa lemari es dan AC menggunakan gas yang tidak ramah lingkungan seperti Chlorofluorocarbon (CFC) dan Hydrofluorocarbon (HFC). CFC dan HFC diketahui sebagai gas yang tidak ramah lingkungan karena dapat mengakibatkan penipisan lapisan ozon. Ozon (O 3 ) merupakan molekul yang tersusun dari tiga atom oksigen yang ikatannya agak lemah sehingga mudah berikatan dengan molekul lain. Lapisan ozon berada di stratosfer (sekitar 10 50 km di atas permukaan bumi) yang memiliki fungsi sebagai pelindung dari bahaya sinar ultraviolet matahari supaya tidak masuk ke bumi. CFC dapat bertahan hingga 50 sampai 100 tahun sebelum kemudian hilang dan CFC yang terkumpul bergerak naik dengan perlahan ke stratosfer. CFC yang terkena sinar ultraviolet akan terurai dan membebaskan atom klorin. Atom klorin dapat berikatan dengan ozon sehingga menghasilkan oksigen radikal bebas dan mengakibatkan menipisnya lapisan ozon bahkan dapat membuat ozon berlubang. Jika terjadi penipisan lapisan ozon atau lubang ozon maka sinar ultraviolet masuk ke bumi dengan intensitas yang lebih tinggi. Hal ini dapat membahayakan makhluk hidup yang ada di bumi, diantaranya pada manusia akan mengakibatkan kanker kulit, katarak dan menurunnya sistem kekebalan tubuh. Bidang fisika mempelajari berbagai fenomena, salah satunya adalah termoakustik. Termoakustik adalah suatu fenomena fisis yang menghubungkan perbedaaan suhu yang dapat membangkitkan gelombang bunyi atau sebaliknya, gelombang bunyi yang dapat menghasilkan perbedaan suhu. Umumnya, rambatan 1
2 gelombang bunyi hanya dipandang sebagai osilasi tekanan dan osilasi gerak molekul saja, namun sebenarnya pada saat yang sama juga terjadi perubahan suhu. Efek termoakustik dapat dihasilkan oleh alat yang disebut piranti termoakustik (Setiawan dkk, 2007). Berdasarkan cara kerjanya piranti termoakustik dapat dibedakan menjadi dua yaitu mesin kalor (heat engine) dan pemompa kalor (heat pump) atau pendingin (refrigerator). Mesin kalor adalah piranti termoakustik yang menggunakan perbedaan suhu untuk menghasilkan gelombang bunyi. Sebaliknya, pemompa kalor atau pendingin adalah piranti termoakustik yang menggunakan gelombang bunyi untuk menghasilkan perubahan suhu. Berdasarkan gelombang yang digunakan pada piranti termoakustik dapat dibedakan menjadi dua yaitu mesin gelombang berdiri (standing wave engine) dan mesin gelombang berjalan (traveling wave engine). Piranti termoakustik berpotensi untuk menghasilkan suatu pendingin yang ramah lingkungan karena medium kerja pada piranti termoakustik menggunakan udara atau gas mulia yang tidak beracun, tidak mudah terbakar dan tidak merusak lingkungan. Selain itu, piranti termoakustik juga memiliki kelebihan diantaranya awet karena tidak ada perangkat yang bergerak, yang bergerak hanyalah medium kerja berupa udara atau gas mulia. Namun, terdapat kelemahan dari piranti pendingin termoakustik yaitu bunyi yang timbul dari piranti. Tetapi, bunyi yang timbul dapat diminimalisir dengan menggunakan peredam. Selain itu, efisiensi mesin pemompa kalor/pendingin yang masih rendah sehingga masih perlu dilakukan penelitian yang lebih lagi untuk mengoptimalkan efisiensi dari piranti pendingin termoakustik. Upaya pengoptimalan efisiensi piranti termoakustik terus dilakukan. Penelitian yang pernah dilakukan untuk mengoptimalkan piranti termoakustik gelombang berdiri beberapa diantaranya adalah Kristiawan (2008) menggunakan stack dari bahan kertas, plastik, gelas, aluminium, dan tembaga. Secara umum, diperoleh hasil bahwa stack berbahan isolator menghasilkan beda suhu tandon panas dan tandon dingin yang lebih besar daripada stack berbahan konduktor. Rianto (2009) melakukan optimalisasi diameter tabung resonator dan tegangan
3 loadspeaker, ia juga menggunakan stack kertas manila dan nilon. Asmara (2011) melakukan optimalisasi piranti termoakustik dengan menggunakan penukar kalor (heat exchanger) pada tandon panas berupa pipa tembaga yang dialiri cairan. Yumnawati (2012) menggunakan stack acak berupa mesh/logam. Putri (2013) menggunakan stack gambas, ia juga menggunakan penukar kalor di tandon dingin dan tandon panas. Dari penelitian-penelitian tersebut, banyak parameter yang mempengaruhi piranti termoakustik yaitu tabung resonator yang meliputi panjang dan diameter tabung (Rianto, 2009), juga jenis bahan tabung dan bentuk tabung (lurus atau melingkar). Selain itu, stack yang meliputi jenis, bahan, rapat massa (Kristiawan, 2008), dan letak stack. Daya loadspeaker dan penggunaan penukar kalor juga mempengaruhi kinerja piranti termoakustik (Putri, 2013). Penelitian yang dilakukan mengenai piranti termoakustik gelombang berdiri (standing wave engine) menggunakan stack berbahan polimer seperti dakron dan benang wool dengan variasi rapat massa bahan dan panjang bahan stack. Stack berbahan dakron dan benang wool merupakan stack acak yang memiliki konduktivitas termal rendah. Pada dakron konduktivitas termalnya adalah 0,15 W/mK 0,24 W/mK dan kalor jenis dakron sebesar 1 kj/kgk, sedangkan pada benang wool konduktivitas termalnya adalah 0,04 W/mK 0,07 W/mK dan kalor jenis benang wool adalah 1,38 kj/kgk (Mark, 2007). Juga dilakukan perbandingan penggunaan salah satu stack dan diterapkan pada piranti pendingin termoakustik gelombang berjalan. 1.2 Rumusan Masalah Rumus masalah dalam penelitian ini adalah 1. Bagaimana pengaruh panjang dan rapat massa stack dakron dan benang wool pada frekuensi resonansi piranti termoakustik gelombang berdiri? 2. Bagaimana pengaruh panjang dan rapat massa stack dakron dan benang wool pada penurunan suhu tandon dingin piranti termoakustik gelombang berdiri? 3. Bagaimana pengaruh daya dengan menggunakan stack terbaik pada penurunan suhu tandon dingin piranti termoakustik gelombang berdiri?
4 4. Bagaimana pengaruh stack terbaik pada frekuensi resonansi piranti termoakustik gelombang berjalan? 5. Bagaimana pengaruh daya dengan stack terbaik terhadap penurunan suhu tandon dingin pada piranti termoakustik gelombang berjalan? 6. Berapakah koefisien performansi piranti termoakustik gelombang berdiri dan gelombang berjalan? 1.3 Batasan Masalah Penelitian ini dibatasi dengan 1. Stack acak yang digunakan adalah dakron dan benang wool. 2. Panjang stack dakron dan benang wool yang digunakan adalah 6 cm, 7 cm, dan 8 cm. 3. Rapat massa stack dakron dan benang wool yang digunakan adalah 5 kg/m 3, 10 kg/m 3, dan 15 kg/m 3. 4. Pada mesin gelombang berdiri frekuensi divariasi disekitar frekuensi resonansi perhitungan. 5. Daya divariasi 30 watt, 40 watt, 50 watt dan 60 watt. 6. Frekuensi mesin gelombang berjalan divariasi pada 60 Hz, 65 Hz, 70 Hz, 75 Hz dan 80 Hz. 1.4 Tujuan Tujuan penelitian ini adalah 1. Mengukur frekuensi resonansi pada piranti termoakustik gelombang berdiri menggunakan stack dengan bahan dakron dan benang wool yang memiliki panjang dan rapat massa tertentu. 2. Menentukan pengaruh bahan, panjang dan rapat massa stack terhadap penurunan suhu tandon dingin piranti termoakustik gelombang berdiri. 3. Mengukur daya optimum yang menghasilkan penurunan suhu tandon dingin terbesar pada piranti termoakustik gelombang berdiri dengan
5 4. Mengukur frekuensi resonansi piranti termoakustik gelombang berjalan 5. Mengukur daya optimum yang menghasilkan penurunan suhu tandon dingin terbesar pada piranti termoakustik gelombang berjalan 6. Menghitung koefisien performansi piranti termoakustik gelombang berjalan dan gelombang berdiri. 1.5 Manfaat Manfaat penelitian yang akan dilakukan ini adalah 1. Mengetahui aplikasi stack acak berbahan polimer seperti dakron dan benang wool pada piranti termoakustik gelombang berdiri dan gelombang berjalan. 2. Menambah pengetahuan pembaca mengenai termoakustik dan memberi informasi ilmiah kepada pembaca/peneliti lainnya untuk mengembangkan teknologi termoakustik.