DAFTAR ISI
HALAMAN JUDUL........................................................................................ i HALAMAN PENGESAHAN.......................................................................... ii PERNYATAAN............................................................................................... iii MOTTO DAN PERSEMBAHAN ................................................................... iv KATA PENGANTAR ..................................................................................... v DAFTAR ISI .................................................................................................... vii DAFTAR GAMBAR ....................................................................................... x DAFTAR TABEL ............................................................................................ xiii DAFTAR LAMPIRAN .................................................................................... xiv INTISARI......................................................................................................... xv ABSTRACT ..................................................................................................... xvi BAB I. PENDAHULUAN ......................................................................... 1 1.1. Latar Belakang ........................................................................ 1 1.2. Rumusan Masalah................................................................... 4 1.3. Batasan Masalah ..................................................................... 5 1.4. Tujuan Penelitian .................................................................... 5 1.5. Manfaat Penelitian .................................................................. 5 1.6. Hipotesis ................................................................................. 6 BAB II.
TINJAUAN PUSTAKA ................................................................
7
BAB III. DASAR TEORI ............................................................................. 3.1 Tinjauan Gelombang Bunyi .................................................... 3.1.1 Laju Gelombang Bunyi ................................................. 3.1.2 Gelombang bunyi harmonik .......................................... 3.1.3 Gelombang bunyi tegak/berdiri (standing wave) .......... 3.1.4 Gelombang bunyi berjalan (traveling wave) ................. 3.1.5 Resonansi ....................................................................... 3.2 Tinjauan Termodinamika........................................................ 3.2.1 Kapasitas kalor dan kalor jenis ...................................... 3.2.2 Perpindahan kalor .......................................................... 3.2.3 Hukum gas ideal ............................................................ 3.2.4 Hukum ke-nol termodinamika ....................................... 3.2.5 Hukum pertama termodinamika .................................... 3.2.5.1 Proses isotermal ................................................. 3.2.5.2 Proses isokhorik ................................................ 3.2.5.3 Proses isobarik ................................................... 3.2.5.4 Proses adiabatik ................................................. 3.2.6 Hukum kedua termodinamika ....................................... 3.2.6.1 Mesin kalor ........................................................ 3.2.6.2 Mesin pendingin ................................................ 3.3 Tinjauan Termoakustik ........................................................... 3.3.1 Komponen piranti termoakustik ....................................
11 11 11 12 13 15 15 16 16 17 18 19 19 20 20 20 20 20 21 22 22 23
vii
3.3.2 Mesin pendingin (Refrigerator) termoakustik gelombang berdiri.......................................................... 25 3.3.3 Mesin pendingin (Refrigerator) termoakustik gelombang berjalan ....................................................... 27 BAB IV. METODE PENELITIAN ............................................................... 4.1 Alat Penelitian ......................................................................... 4.2 Bahan Penelitian...................................................................... 4.3 Deskripsi Alat dan Bahan ....................................................... 4.3.1 Skema alat ...................................................................... 4.3.1.1 Rangkaian sistem termoakustik gelombang berdiri secara lengkap ........................................ 4.3.1.2 Rangkaian sistem termoakustik gelombang berjalan secara lengkap ...................................... 4.3.2 Deskripsi komponen piranti termoakustik ..................... 4.3.2.1 Sistem sumber bunyi.......................................... 4.3.2.2 Sistem pendeteksi suhu ...................................... 4.3.2.3 Tabung resonator ............................................... 4.3.2.4 Stack................................................................... 4.3.2.5 Hot heat exchanger (HHE) ................................ 4.3.2.6 Lilin/malam........................................................ 4.3.2.7 Air ...................................................................... 4.4 Tahap Pelaksanaan Penelitian ................................................. 4.4.1 Diagram penelitian untuk pengujian stack pori sejajar . 4.4.2 Menentukan frekuensi resonansi sistem termoakustik gelombang berdiri .......................................................... 4.4.3 Menentukan frekuensi resonansi sistem termoakustik gelombang berjalan........................................................ 4.4.4 Menguji pengaruh panjang stack dan daya loudspeaker yang divariasi terhadap penurunan suhu tandon dingin pada sistem termoakustik gelombang berdiri ................ 4.4.5 Menguji pengaruh daya loudspeaker yang divariasi pada bahan stack terbaik dan panjang stack optimum terhadap penurunan suhu tandon dingin pada sistem termoakustik gelombang berjalan .................................. 4.4.6 Analisis data .................................................................. BAB V.
HASIL PENELITIAN DAN PEMBAHASAN ............................. 5.1 Pergeseran frekuensi resonansi akibat adanya stack pada tabung resonator pada sistem termoakustik gelombang berdiri ...................................................................................... 5.2 Penentuan bahan stack terbaik dan panjang stack optimum pada sistem termoakustik gelombang berdiri ......................... 5.3 Pengaruh daya loudspeaker yang bervariasi terhadap penurunan suhu tandon dingin pada sistem termoakustik gelombang berdiri ................................................................... viii
29 29 29 30 30 30 31 33 33 34 34 35 37 38 38 38 38 39 40
41
41 42 43
43 56
58
5.4 Pergeseran frekuensi resonansi akibat adanya stack pada tabung resonator sistem termoakustik gelombang berjalan .... 60 5.5 Pengaruh daya loudspeaker yang bervariasi terhadap penurunan suhu tandon dingin pada sistem termoakustik gelombang berjalan ................................................................. 63 5.6 Perbandingan penurunan suhu tandon dingin pada stack yang terbaik dengan sistem termoakustik gelombang berdiri dan gelombang berjalan .......................................................... 65 BAB VI.
KESIMPULAN DAN SARAN ..................................................... 6.1 Kesimpulan ............................................................................. 6.2 Saran .......................................................................................
66 66 67
DAFTAR PUSTAKA ......................................................................................
68
LAMPIRAN-LAMPIRAN...............................................................................
70
ix
DAFTAR GAMBAR Gambar 3.1. Gelombang bunyi dalam gas, a) simpangan molekul gas, b) tekanan dari gas (Kiekel, 2012) ........................................... Gambar 3.2. Tekanan ( ) dan simpangan ( ) gas sebagai fungsi waktu pada gelombang berdiri (Wilhelmus, 2009) .................. Gambar 3.3. Pola simpangan ( ) dan pola tekanan ( ) gelombang berdiri pada pipa organa tertutup (Kiekel, 2012) ..................... Gambar 3.4. Pola gelombang pada tabung dengan panjang tak berhingga (Wilhelmus, 2009) .................................................................... Gambar 3.5. Aliran kalor secara konduksi (Lienhard, 2008) ........................ Gambar 3.6. Diagram aliran energi, (a) mesin kalor dan (b) mesin pendingin (Kiekel, 2012) .......................................................... Gambar 3.7. Beberapa jenis pori stack: (a) plat sejajar, (b) lingkaran, (c) persegi, (d) segitiga, (e) acak (Wilhelmus, 2009) .................... Gambar 3.8. Diagram pendingin termoakustik (Setiawan dkk, 2007) .......... Gambar 3.9. (a) Diagram P-V siklus pendingin termoakustik gelombang berdiri, (b) Proses transfer kalor pada stack. Pada dinding stack, warna merah menunjukkan tandon panas sedangkan warna biru menunjukkan tandon dingin (Russel dan Weibull, 2002) ......................................................................................... Gambar 3.10. (a) Diagram P-V siklus pendingin termoakustik gelombang berjalan, (b) Proses transfer kalor pada stack. Pada dinding stack, warna merah menunjukkan tandon panas sedangkan warna biru menunjukkan tandon dingin (Wilhelmus, 2009) .... Gambar 4.1. Rangkaian sistem termoakustik gelombang berdiri ................. Gambar 4.2. Foto sistem termoakustik gelombang berdiri ........................... Gambar 4.3. Rangkaian sistem termoakustik gelombang berjalan ............... Gambar 4.4. Foto sistem termoakustik gelombang berjalan ......................... Gambar 4.5. Diagram sistem sumber bunyi yang digunakan pada piranti termoakustik ............................................................................. Gambar 4.6. Diagram sistem deteksi suhu .................................................... Gambar 4.7. (a) Sensor suhu IC-LM 35, (b) Data logger ............................. Gambar 4.8. Tabung resonator sistem termoakustik gelombang berdiri ...... Gambar 4.9. Tabung resonator sistem termoakustik gelombang berjalan .... Gambar 4.10. (a) Stack acrylic, MDF dan polyfoam (tampak samping), (b) penampang stack acrylic, MDF dan polyfoam (tampak atas) .. Gambar 4.11. (a) Skema penukar kalor jenis finned tubular (tampak atas), (b) Penukar kalor yang digunakan dalam penelitian (tampak samping) (Putri, 2013) .............................................................. Gambar 4.12. Diagram penelitian untuk pengujian stack pori sejajar pada (a) sistem termoakustik gelombang berdiri dan (b) sistem termoakustik gelombang berjalan.............................................
x
13 14 14 15 17 21 24 25
26
28 30 31 31 32 33 34 34 35 35 36
37
39
Gambar 5.1. Grafik pengaruh variasi frekuensi terhadap penurunan suhu maksimum tandon dingin pada stack acrylic untuk masingmasing panjang stack ................................................................ Gambar 5.2. Grafik pengaruh variasi frekuensi terhadap penurunan suhu maksimum tandon dingin pada stack MDF untuk masingmasing panjang stack ................................................................ Gambar 5.3. Grafik pengaruh variasi frekuensi terhadap penurunan suhu maksimum tandon dingin pada stack polyfoam untuk masingmasing panjang stack ................................................................ Gambar 5.4. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi frekuensi dengan menggunakan stack acrylic pada panjang 6 cm ........... Gambar 5.5. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi frekuensi dengan menggunakan stack acrylic pada panjang 6,6 cm Gambar 5.6. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi frekuensi dengan menggunakan stack acrylic pada panjang 7,2 cm ........ Gambar 5.7. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi frekuensi dengan menggunakan stack acrylic pada panjang 7,8 cm ........ Gambar 5.8. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi frekuensi dengan menggunakan stack MDF pada panjang 6 cm ............. Gambar 5.9. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi frekuensi dengan menggunakan stack MDF pada panjang 6,6 cm .......... Gambar 5.10. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi frekuensi dengan menggunakan stack MDF pada panjang 7,2 cm .......... Gambar 5.11. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi frekuensi dengan menggunakan stack MDF pada panjang 7,8 cm .......... Gambar 5.12. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi frekuensi dengan menggunakan stack polyfoam pada panjang 6 cm ....... Gambar 5.13. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi frekuensi dengan menggunakan stack polyfoam pada panjang 6,6 cm .... Gambar 5.14. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi frekuensi dengan menggunakan stack polyfoam pada panjang 7,2 cm .... Gambar 5.15. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi frekuensi dengan menggunakan stack polyfoam pada panjang 7,8 cm .... Gambar 5.16. Grafik pengaruh panjang stack terhadap penurunan suhu maksimum tandon dingin antar bahan stack pada sistem termoakustik gelombang berdiri ............................................... Gambar 5.17. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi daya sistem termoakustik gelombang berdiri menggunakan stack polyfoam ................................................................................... Gambar 5.18. Grafik pengaruh daya loudspeaker terhadap penurunan suhu maksimum tandon dingin menggunakan stack polyfoam pada sistem termoakustik gelombang berdiri.................................... Gambar 5.19. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi frekuensi dengan menggunakan stack polyfoam pada sistem termoakustik gelombang berjalan.............................................
xi
45
45
46 48 49 50 50 51 52 52 53 54 54 55 55
57
59
60
62
Gambar 5.20. Grafik pengaruh variasi frekuensi terhadap penurunan suhu maksimum tandon dingin stack polyfoam pada sistem termoakustik gelombang berjalan............................................. Gambar 5.21. Grafik suhu sebagai fungsi waktu pada variasi daya sistem termoakustik gelombang berjalan menggunakan stack polyfoam pada panjang 7,8 cm ................................................. Gambar 5.22. Grafik pengaruh daya loudspeaker terhadap penurunan suhu maksimum tandon dingin dengan menggunakan stack polyfoam pada sistem termoakustik gelombang berjalan .........
xii
62
64
64
DAFTAR TABEL Tabel 3.1. Laju bunyi dari berbagai zat (Kinsler dan Frey, 1958) .................
12
Tabel 3.2. Konduktivitas termal κ untuk berbagai bahan (Lienhard, 2008) .
18
Tabel 5.1. Frekuensi resonansi pada berbagai bahan stack............................
47
Tabel 5.2. Penurunan suhu sistem termoakustik gelombang berdiri pada daya yang bervariasi menggunakan stack polyfoam dengan panjang stack 7,8 cm ......................................................................
58
Tabel 5.3. Penurunan suhu sistem termoakustik gelombang berjalan pada variasi frekuensi menggunakan stack polyfoam dengan panjang stack 7,8 cm ...................................................................................
61
Tabel 5.4. Penurunan suhu sistem termoakustik gelombang berjalan pada daya yang bervariasi menggunakan stack polyfoam dengan panjang stack 7,8 cm ......................................................................
63
xiii
DAFTAR LAMPIRAN
Lampiran I.
Menentukan frekuensi resonansi tabung resonator pada sistem termoakustik gelombang berdiri....................................
70
Lampiran II. Hasil eksperimen sistem termoakustik gelombang berdiri untuk variasi frekuensi, bahan stack dan panjang satck ...........
71
Lampiran III. Data penurunan suhu sistem termoakustik gelombang berdiri pada variasi frekuensi dengan bahan stack dan panjang stack yang bervariasi..........................................................................
83
Lampiran IV. Hasil eksperimen sistem termoakustik gelombang berdiri untuk variasi daya pada stack polyfoam dengan panjang 7,8 cm .......................................................................................
85
Lampiran V. Hasil eksperimen sistem termoakustik gelombang berjalan untuk variasi frekuensi pada stack polyfoam dengan panjang 7,8 cm .......................................................................................
86
Lampiran VI. Hasil eksperimen sistem termoakustik gelombang berjalan untuk variasi daya pada stack polyfoam dengan panjang 7,8 cm .......................................................................................
87
xiv
