DAFTAR ISI HALAMAN JUDUL... HALAMAN PENGESAHAN... HALAMAN PERNYATAAN... MOTO DAN PERSEMBAHAN... KATA PENGANTAR... DAFTAR ISI... DAFTAR TABEL... DAFTAR GAMBAR... DAFTAR LAMPIRAN... INTISARI... ABSTRACT... Halaman BAB I. PENDAHULUAN... 1 1.1 Latar Belakang... 1 1.2 Rumusan Masalah... 4 1.3 Batasan Penelitian... 4 1.4 Tujuan Masalah... 4 1.5 Manfaat Penelitian... 5 1.6 Hipotesa... 5 BAB II. TINJAUAN PUSTAKA... 6 BAB III. DASAR TEORI... 11 3.1 Gelombang Bunyi/Akustik... 11 3.1.1 Cepat Rambat Gelombang Bunyi... 12 3.1.2 Gelombang Bunyi Berdiri/Tegak... 13 3.1.3 Gelombang Bunyi Berjalan... 15 3.1.4 Resonansi... 16 3.2 Termodinamika... 17 3.2.1 Kapasitas Kalor dan Kalor Jenis... 17 3.2.2 Perpindahan Kalor... 18 3.2.3 Hukum Ke-nol Termodinamika... 19 3.3.4 Hukum Pertama Termodinamika... 20 3.2.4.1 Proses Isotermal... 21 3.2.4.2 Proses Isokhorik... 21 3.2.4.3 Proses Adiabatik... 22 3.2.4.4 Proses Isobarik... 22 3.2.5 Hukum Kedua Termodinamika... 22 3.2.5.1 Mesin Kalor... 22 3.2.5.2 Mesin Pendingin (Refrigerator)... 23 3.3 Termoakustik... 23 3.3.1 Komponen Termoakustik... 24 3.3.2 Mesin Pendingin Termoakustik... 26 i ii iii iv v vii x xi xiv xv xvi vii
3.3.2.1 Mesin Pendingin Termoakustik Gelombang Berdiri. 26 3.3.2.2 Mesin Pendingin Termoakustik Gelombang Berjalan 28 BAB IV. METODE PENELITIAN... 30 4.1 Alat Penelitian... 30 4.1.1 Sistem Sumber Bunyi... 30 4.1.2 Sistem Deteksi Suhu... 31 4.1.3 Penunjang Sistem Akustik... 32 4.2 Bahan Penelitian... 33 4.3 Prosedur Penelitian... 35 4.3.1 Tahap Perangkaian dan Pengoperasian Alat... 35 4.3.2 Tahap Pelaksanaan Penelitian... 37 4.3.2.1 Menentukan Frekuensi Resonansi Tabung Resonator pada Pendingin Termoakustik Gelombang Berdiri... 38 4.3.2.2 Mengujii Pengaruh Panjang Stack dan Variasi Daya Loudspeaker terhadap Penurunan Suhu pada Pendingin Ternoakustik Gelombang Berdiri... 39 4.3.2.3 Menentukan Frekuensi Resonansi Tabung Resonator pada Pendingin Termoakustik Gelombang Berjalan... 40 4.3.2.4 Menguji Pengaruh Panjang Stack Optimum dan Variasi Daya Loudspeaker terhadap Perubahan Suhu pada Pendingin Termoakustik Gelombang Berjalan... 40 4.3.3 Pengolahan dan Analisa Data... 41 BAB V. HASIL DAN PEMBAHASAN... 42 5.1 Frekuensi Resonansi Tabung Resonator, Daya Loudspeaker, dan Stack... 42 5.2 Pengaruh Panjang Stack dengan Variasi Frekuensi terhadap Penurunan Suhu pada Pendingin Termoakustik gelombang Berdiri... 44 5.3 Pengaruh Panjang Stack Optimum dengan Variasi Daya Loudspeaker terhadap Penurunan Suhu pada Pendingin Termoakustik Gelombang Berdiri... 55 5.4 Pengaruh Panjang Stack Optimum dengan Variasi Frekuensi terhadap Penurunan Suhu pada Pendingin Termoakustik Gelombang Berjalan... 56 5.5 Pengaruh Panjang Stack Optimum dengan Variasi Daya Loudspeaker terhadap Penurunan Suhu pada Pendingin Termoakustik Gelombang Berjalan... 58 BAB VI. KESIMPULAN DAN SARAN... 61 6.1 Kesimpulan... 61 viii
6.2 Saran... 62 DAFTAR PUSTAKA... 63 LAMPIRAN... 65 ix
DAFTAR TABEL Halaman Tabel 3.1. Kalor jenis beberapa zat pada 25 o C dan tekanan tetap... 17 Tabel 3.2. Konduktivitas termal untuk berbagai bahan... 19 Tabel 5.1. Penurunan suhu total sebelum HHE dioperasikan dan kecepatan penurunan suhu di tandon dingin pada serat nanas (gelombang berdiri)... 56 Tabel 5.2. Hasil perubahan suhu dan variasi frekuensi pada stack serat nanas 7 cm (gelombang berjalan)... 57 Tabel 5.3. Penurunan suhu total sebelum HHE dioperasikan dan kecepatan penurunan suhu di tandon dingin pada stack serat nanas (gelombang berjalan)... 58 x
Gambar 3.1. DAFTAR GAMBAR Halaman Gelombang bunyi di udara (a) simpangan molekul gas (b) tekanan molekul gas (Kiekel, 2012)... 12 Gambar 3.2. Gelombang pada tali (Kiekel, 2012)... 14 Gambar 3.3. Gerak udara dalam gelombang longitudinal berdiri dalam pipa (Serway dan Jewett, 2004)... 15 Gambar 3.4. Tekanan (- - - -) dan simpangan ( ) gas sebagai fungsi waktu pada gelombang berjalan (Wilhelmus, 2009)... 16 Gambar 3.5. Grafik amplitudo dan frekuensi pada sistem osilasi (Serway dan Jewett, 2004)... 16 Gambar 3.6. Aliran kalor (Serway dan Jewett, 2004)... 19 Gambar 3.7. Gambar 3.8. Gambar 3.9. Hukum ke-nol termodinamika. (a) dan (b) suhu dari A dan B diukur menggunakan termometer (c) A dan B dalam keadaan kesetimbangan termal (Serway dan Jewett, 2004).. 20 Diagram kerja W dan aliran kalor Q pada (a) mesin kalor (b) mesin pendingin (Wilhelmus, 2009)... 23 Beberapa bentuk pola pori stack: (a) plat sejajar, (b) lingkaran, (c) persegi, (d) segitiga, (e) pori bentuk sembarang (Wilhelmus, 2009)... 25 Gambar 3.10. Mesin termoakustik gelombang berdiri λ/4 (Tourkov, 2013) 27 Gambar 3.11. Gambar 3.12. Gambar 4.1. Gambar 4.2. Siklus mesin termoakustik gelombang berdiri (a) interaksi paket gas dengan dinding stack (Wilhelmus, 2009) (b) diagram P-V (Russell dan Weibull, 2002)... 28 Siklus mesin termoakustik gelombang berjalan (a) interaksi paket gas dengan dinding stack (b) diagram P-V (Wilhelmus, 2009)... 29 Alat-alat yang digunakan dalam sistem sumber bunyi (a) loudspeaker (b) AFG (c) amplifier (d) multimeter... 31 Skema sistem sumber bunyi (a) loudspeaker (b) voltmeter (c) amperemeter (d) AFG (e) amplifier... 31 xi
Gambar 4.3. Alat yang digunakan dalam sistem deteksi suhu (a) sensor suhu LM-35 (b) data logger... 32 Gambar 4.4. Skema sistem deteksi suhu... 32 Gambar 4.5. Tabung resonator piranti termoakustik (a) gelombang berdiri (b) gelombang berjalan... 33 Gambar 4.6. Penyusunan stack gambas dan bentuk pori... 34 Gambar 4.7. Penyusunan stack batang padi dan bentuk pori... 34 Gambar 4.8. Penyusunan stack serat nanas dan bentuk pori... 35 Gambar 4.9. Skema sistem pendingin termoakustik (a) gelombang berdiri (b) gelombang berjalan... 36 Gambar 4.10. Diagram alir penelitian pendingin termoakustik (a) gelombang berdiri (b) gelombang berjalan... 38 Gambar 5.1. Gambar 5.2. Gambar 5.3. Gambar 5.4. Gambar 5.5. Gambar 5.6. Gambar 5.7. Gambar 5.8. Gambar 5.9. pada panjang stack gambas 6 cm (gelombang berdiri)... 45 pada panjang stack gambas 7 cm (gelombang berdiri)... 45 pada panjang stack gambas 8 cm (gelombang berdiri)... 46 pada panjang stack batang padi 6 cm (gelombang berdiri)... 47 pada panjang stack batang padi 7 cm (gelombang berdiri)... 47 pada panjang stack batang padi 8 cm (gelombang berdiri)... 48 pada panjang stack serat nanas 6 cm (gelombang berdiri)... 49 pada panjang stack serat nanas 7 cm (gelombang berdiri)... 49 pada panjang stack serat nanas 8 cm (gelombang berdiri)... 50 xii
Gambar 5.10. Gambar 5.11. Gambar 5.12. Gambar 5.13. Gambar 5.14. Gambar 5.15. Gambar 5.16. Grafik penurunan suhu total ( T C total) dan frekuensi dengan variasi panjang pada stack serat nanas (gelombang berdiri)... 52 Grafik penurunan suhu total ( T C total) dan frekuensi dengan variasi panjang pada stack gambas (gelombang berdiri)... 53 Grafik penurunan suhu total ( T C total) dan frekuensi dengan variasi panjang pada stack batang padi (gelombang berdiri)... 54 Grafik penurunan suhu total ( T C total) dan variasi daya pada panjang stack optimum setiap bahan (gelombang berdiri)... 54 pada stack serat nanas 7 cm (gelombang berjalan)... 57 Grafik perubahan suhu dan waktu dengan variasi daya loudspeaker pada stack serat nanas 7 cm (gelombang berjalan)... 59 Diagram batang penurunan suhu dan variasi daya loudspeaker pada stack serat nanas 7 cm ( gelombang berjalan)... 59 xiii
Lampiran I. Lampiran II. Lampiran III. Lampiran IV DAFTAR LAMPIRAN Halaman 1. Penentuan frekuensi resonansi hitung tabung resonator dalam keadaan kosong (tanpa stack)... 65 2. Penentuan letak stack optimum pada pendingin termoakustik gelombang berdiri... 65 Data hasil pengujian variasi frekuensi terhadap perubahan suhu pada masing-masing panjang stack setiap bahan pada sistem pendingin termoakustik gelombang berdiri... 66 Data dan grafik hasil pengujian pengaruh panjang stack optimum setiap bahan dan variasi daya loudspeaker terhadap perubahan suhu pada sistem pendingin termoakustik gelombang berdiri... 77 Data hasil pengujian pengaruh panjang stack optimum bahan terbaik terhadap perubahan suhu dengan variasi frekuensi pada sistem pendingin termoakustik gelombang berjalan... 83 xiv