uji unjuk kerja mesin stirling tipe gamma dengan fluida .../uji... · 5% volume dan 10% volume....
TRANSCRIPT
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
UJI UNJUK KERJA MESIN STIRLING TIPE GAMMA
DENGAN FLUIDA KERJA NANOFLUID BERBASIS ZnO
SKRIPSI
Diajukan Sebagai Salah Satu Syarat
Untuk Memperoleh Gelar
Sarjana Teknik
Disusun Oleh :
OKY DWI HP
I 1406014
JURUSAN TEKNIK MESIN FAKULTAS TEKNIK
UNIVERSITAS SEBELAS MARET
SURAKARTA
2012
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ii
HALAMAN PENGESAHAN
UJI UNJUK KERJA MESIN STIRLING DENGAN FLUIDA KERJA
NANOFLUID BERBASIS ZnO
Disusun oleh
Oky Dwi Hanggara Putra
I 1406014
Dosen Pembimbing I Dosen Pembimbing II
Dr. Tech. Suyitno, M.T. Wibawa Endra Juwana, S.T, M.T.
NIP. 197409022001121002 NIP. 197009112000031001
Telah dipertahankan dihadapan Tim dosen penguji pada hari Senin tanggal 25
Juni 2012
1. Tri Istanto, S.T, M.T
NIP. 197308202000121001
…………………………
2. Zainal Arifin, S.T, M.T
NIP. 197303082000031001
…………………………
3. Eko Prasetyo B., S.T, M.T
NIP. 197109261999031002
…………………………
Mengetahui,
Ketua Jurusan Teknik Mesin Koordinator Tugas Akhir
Didik Joko Susilo, S.T, M.T Wahyu Purwo Raharjo, S.T, M.T
NIP. 197203131997021001 NIP. 197202292000121001
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iii
PERSEMBAHAN
Kepada mereka yang telah berjasa, kepada mereka pula saya
persembahkan hasil jerih payah dan kerja keras saya selama menempuh jenjang
S-1 ini yaitu sebuah skripsi yang akan menjadi karya terbesar dan kebanggaan
saya sehingga saya lulus dari Universitas Sebelas Maret ini dengan gelar Sarjana
Teknik. Mereka adalah
1. Segala puji bagi Allah SWT dan Muhammad SAW sebagai rosulNya.
2. Keluarga besar Sudarmadji (Bapak : Sudarmadji, Ibu : Cahyani Widyastuti,
karena berkat beliaulah penulis terlahir didunia ini) beserta saudara dari
Bapak dan Ibu.
3. Kakaku: Novianto Widyadarmasto beserta Istri, Arta Akhmalia dan Adikku:
Elysa Hemas Putri, terimakasih dengan semua dorongan, doa dan
semangatnya dan semoga kelak bisa membahagiakan ayah dan ibu kita kelak
di dunia dan akhirat…Amien ya Robbalallamin...
4. Semua ilmuwan dan praktisi pendidikan, terima kasih dengan semua ilmu
pengetahuan dan teknologi yang telah dihasilkan.
5. Semua orang yang dekat dan kenal dengan penulis (mereka yang pernah
bersama memberi pengalaman yang berarti dalam kehidupan saya).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
iv
MOTTO
“Allah akan mengangkat (derajat) orang-orang yang beriman dintara kamu dan orang-orang yang diberi ilmu beberapa derajat dan Allah Maha Teliti
yang kamu kerjakan’’
(QS. Al Mujadalah :11)
„‟Bacalah dan Tuhanmulah yang Maha Mulia yang mengajar (manusia) dengan pena. Dia mengajarkan manusia apa yang tidak diketahuinya‟‟
(QS. Al. Alaq: 3-5)
„‟Jangan menilai orang lain dari kesuksesan yang didapat tapi nilailah dari usaha yang dilakukannya‟‟
(Bong Chandra)
„‟ Sebuah target dan cita-cita itu dibuat bukan untuk dicapai. Cita-cita itu dibuat untuk dimulai, maka segera mulailah, lalu perhatikan apa yang
terjadi,‟‟ (Mario Teguh)
„‟Jangan pernah patah semangat karena perjuanganmu adalah keberhasilanmu‟‟
(Oky Dwi HP)
“Jangan pernah merasa tidak mampu sebelum kamu mencobanya” (Oky Dwi HP)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
v
Uji Unjuk Kerja Mesin Stirling Tipe Gamma dengan Fluida Kerja
Nanofluid Berbasis ZnO
Oky Dwi Hanggara Putra
I 1406014
Mahasiswa Jurusan Teknik Mesin Fakultas Teknik
Universitas Sebelas Maret Surakarta
Email : [email protected]
ABSTRAK
Penelitian ini bertujuan untuk mengetahui pengaruh fluida kerja terhadap unjuk
kerja mesin Stirling. Mesin Stirling tipe gamma dipilih sebagai desain dalam
penelitian ini dengan kontruksi satu piston displacer (silinder panas) dan satu
power piston (silinder dingin) serta pemanas listrik sebagai sumber panasnya.
Variasi fluida kerja mesin Stirling yang digunakan dalam penelitian ini adalah
udara pada tekanan atmosfir, udara dengan penambahan ethanol, dan udara
dengan penambahan fluida nano. Pada fluida kerja udara dengan penambahan
ethanol diatur sehingga fraksi ethanol dalam udara tersebut adalah 1% volume,
5% volume dan 10% volume. Pada fluida kerja udara dengan penambahan
campuran ethanol dengan partikel nano (nanofluid) dilakukan pada fraksi ethanol
dalam udara yang menghasilkan efisiensi terbaik. Pada pengujian dengan fluida
kerja berupa nanofluid dilakukan untuk variasi fraksi volume nano fluida 1x10-3
,
2,5x10-3
dan 5x10-3
. Hasil penelitian ini menunjukkan bahwa untuk fluida kerja
udara dengan penambahan ethanol dapat diperoleh torsi, daya dan efisiensi yang
maksimum masing-masing sebesar 0,3 N.m, 10,6 Watt dan 3,9% yaitu pada
penambahan 5% volume ethanol. Torsi, daya dan efisiensi mesin Stirling dapat
ditingkatkan lagi dengan menambahkan nano fluida pada fluida kerja udara.
Hasil perolehan torsi, daya dan efisiensi untuk penambahan nano fluida pada
fraksi volume 5x10-3
sebesar 0,42 Nm, 17,9 watt dan 6,3%.
Kata kunci : mesin Stirling, tipe gamma, ethanol, ZnO, nanofluid.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vi
Performance Test of Gamma-Type Stirling Engine with Working Fluid
of Nanofluid Based on ZnO
Oky Dwi Hanggara Putra
I 1406014
Department Mechanical Engineering
Faculty of Engineering Sebelas March University
Surakarta, Indonesia
Email : [email protected]
ABSTRACT
The purpose of this study is to determine the influence of working fluids on the
performance of the Stirling engine. Gamma-type Stirling engine was chosen as the
design in this study with the construction of a displacer piston (hot cylinder), a
power piston (cold cylinder) and an electric heater as the heat source. Various
working fluids of the Stirling engine used in this study were atmospheric air, air
with the ethanol addition and air with mixtures of ethanol and nano particles.
Ethanol was added into air so that the volume fractions were 1% volume, 5%
volume and 10% volume. The experiments with nanofluids were conducted at the
fraction of ethanol in the air resulting the best efficiency. Performance Test with
working fluids of nanofluids were conducted at volume fractions of 1x10-3
, 2.5
x10-3
and 5x10-3
. The results show that the working fluid of air with the addition
of 5 % volume ethanol can be obtained the maximum of torque, power and
efficiency at 0.3 Nm, 10.6 W and 3.9%, respectively. The engine torque, power
and efficiency can be further increased by adding nano fluid in the working fluid
with the addition of 5% volume ethanol. By addition the nano fluids up to 5x10-3
can be obtained engine torque, power and efficiency of 0.42 Nm, 17.9 W and
6.3%, respectively.
Key word : Stirling engine, gamma type, ethanol, ZnO, nanofluid
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
vii
KATA PENGANTAR
Assalamu’alaikum Wr.wb
Puji syukur penulis panjatkan kepada Allah Subhannahuwata’alla yang telah
memberikan rahmat dan karunia-Nya sehingga penulis dapat menyelesaikan
laporan tugas akhir dengan judul “ Uji Unjuk Kerja Mesin Stirling dengan Fluida
Kerja Nanofluid Berbasis Zno” ini dengan baik.
Laporan ini disusun dan dilakukan sebagai salah satu syarat yang harus dipenuhi
oleh setiap mahasiswa untuk memperoleh gelar Sarjana Teknik di Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta. Dengan selesainya
laporan ini, penulis ingin menyampaikan terimakasih kepada :
1. Allah SWT atas rahmat dan hidayahnya kepada penulis.
2. Bapak Didik Joko Susilo, S.T, M.T., selaku Ketua Jurusan Teknik Mesin
Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3. Bapak Dr.techn. Suyitno, M.T., selaku pembimbing pertama atas
bimbingannya hingga penulis dapat menyelesaikan skripsi ini.
4. Bapak Wibawa Endra Juwana, S.T, M.T., selaku pembimbing kedua yang
telah turut serta memberikan bimbingan yang berharga bagi penulis.
5. Bapak Tri Istanto, S.T, M.T., selaku pembimbing akademis yang telah
berperan sebagai orang tua selama penulis melaksanakan studi di
Universitas Sebelas Maret.
6. Seluruh pengajar, staf administrasi, dan laboran di Jurusan Teknik Mesin
UNS, yang telah turut mendidik penulis hingga menyelesaikan studi S1.
7. Kedua Orang tua tercinta, kakak, adik, om, tante dan ponakan-ponakan
penulis yang telah memberikan doa dan dukungan kepada penulis dalam
menempuh pendidikan di Universitas Sebelas Maret Surakarta.
8. Ani Lestari, S.T yang selalu memberikan semangat dan doa kepada
penulis dalam menyelesaikan pendidikan di Universitas Sebelas Maret
Surakarta.
9. Teman-teman di Laboratorium Biofuel (mas_Ter toharudin, S.T, mas aji,
mas darmanto, bombi, khamdan, bandriyo, imam saputra, sutarmo, huda,
sanuria, kinas, dian, arief, pak arief, S.T, pak imam, S.T, pak mirza, pak
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
viii
agus, S.T, pak bayu, S.T dan pak luqman, S.T) yang selalu solid dan
harmonis.
10. Teman-teman Tim Futsal D’Jump FC (Agung “Bagiyo”, Hery “Celeng”,
Sukma, Agus “Kenthus”, Bagus “Koko”, Fais, Wisnu) yang semakin solid.
11. Teman-teman 2006 NR semoga tetap “Satu Komando....!!
12. Teman-teman mahasiswa khususnya jurusan Teknik Mesin Universitas
Sebelas Maret Surakarta.
13. Semua pihak yang tidak dapat penulis sebutkan satu persatu yang telah
membantu pelaksanaan dan penyusunan skripsi.
Penulis menyadari bahwa dalam penyusunan Skripsi ini masih jauh dari
sempurna, maka penulis mengharap kritik dan saran dari berbagai pihak untuk
kesempurnaan skripsi ini. Akhir kata, semoga skripsi ini dapat berguna bagi ilmu
pengetahuan dan kita semua.
Surakarta, Juli 2012
Penulis
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
ix
DAFTAR ISI
ABSTRAK .............................................................................................................. v
ABSTRACT ........................................................................................................... vi
DAFTAR ISI .......................................................................................................... ix
BAB I PENDAHULUAN ..................................................................................... 1
1.1. Latar Belakang ................................................................................... 1
1.2. Perumusan Masalah ........................................................................... 2
1.3. Batasan Masalah ................................................................................ 2
1.4. Tujuan dan Manfaat Penelitian .......................................................... 3
1.5. Sistematika Penulisan ........................................................................ 4
BAB II DASAR TEORI ........................................................................................ 5
2.1. Tinjauan Pustaka ................................................................................ 5
2.2. Mesin Stirling .................................................................................... 6
2.2.1. Siklus Stirling ........................................................................ 8
2.2.2. Efisiensi mesin Stirling ........................................................ 10
2.3. Nanofluid ......................................................................................... 10
2.4. Daya Poros ....................................................................................... 11
2.5. Efisiensi thermal .............................................................................. 12
BAB III METODE PENELITIAN........................................................................ 13
3.1. Tempat Penelitian ............................................................................ 13
3.2. Alat dan Bahan Penelitian ................................................................ 13
3.3. Prosedur Penelitian .......................................................................... 17
3.4. Skema Peralatan ............................................................................... 19
3.5. Diagram Alir Penelitian ................................................................... 20
BAB IV ANALISA DAN PEMBAHASAN ........................................................ 21
4.1. Pengaruh Penambahan Ethanol Tehadap Efisiensi Mesin Stirling . 21
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
x
4.2. Pengaruh Penambahan Nanofluid ZnO Tehadap Efisiensi Mesin
Stirling ............................................................................................. 24
BAB V PENUTUP ................................................................................................ 28
5.1 Kesimpulan ...................................................................................... 28
5.2 Saran ................................................................................................ 28
DAFTAR PUSTAKA ........................................................................................... 29
LAMPIRAN .......................................................................................................... 31
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xi
DAFTAR GAMBAR
Gambar 2.1 Konfigurasi Alpha ............................................................................... 7
Gambar 2.2 Konfigurasi beta .................................................................................. 7
Gambar 2.3 Konfigurasi gamma ............................................................................. 8
Gambar 2.4 Siklus Mesin Stirling ........................................................................... 8
Gambar 3.5 Zinc Oxide ......................................................................................... 13
Gambar 3.6 Timbangan Digital ............................................................................ 13
Gambar 3.7 Gelas ukur 1cc-10cc .......................................................................... 14
Gambar 3.8 Digital tachometer ............................................................................. 14
Gambar 3.9 Torsi meter ........................................................................................ 14
Gambar 3.10 voltage Regulator ............................................................................ 15
Gambar 3.11 Ac clamp- on Ammeter ................................................................... 15
Gambar 3.12 Unit kWh meter ............................................................................... 15
Gambar 3.13 Relay ................................................................................................ 16
Gambar 3.14 Thermoreader .................................................................................. 16
Gambar 3.15 Thermocouple.................................................................................. 16
Gambar 3.16 Stopwatch ........................................................................................ 17
Gambar 3.17 Skema peralatan pengujian.............................................................. 19
Gambar 3.18 Skema mesin Stirling tipe gamma ................................................... 19
Gambar 3.19 Diagram Alir Penelitian .................................................................. 20
Gambar 4.1. Torsi Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan Ethanol
% volume ......................................................................................... 21
Gambar 4.2. Daya Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan Ethanol
% Volume ........................................................................................ 22
Gambar 4.3. Efisiensi Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan
Ethanol % Volume. .......................................................................... 23
Gambar 4.4. Torsi Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan Nanofluid
Zno ................................................................................................... 25
Gambar 4.5. Daya Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan Nanofluid
Zno ................................................................................................... 25
Gambar 4.6. Efisiensi Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan
Nanofluid Zno .................................................................................. 26
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
xii
DAFTAR TABEL
Tabel 4.1 Sifat- sifat fluida kerja........................................................................... 24
Tabel 4.2 Pengaruh Penambahan Nano Partikel ................................................... 24
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
1
BAB I
PENDAHULUAN
1.1.Latar Belakang
Mesin Stirling merupakan mesin yang termasuk pada mesin pembakaran luar
(external combustion engine). Mesin Stirling bekerja dengan memanfaatkan siklus
tertutup regeneratif (closed-cycle regenerative machines). Kelebihan mesin
Stirling yaitu dapat bekerja dengan sumber energi panas yang bervariasi misalnya:
panas matahari, panas pembakaran dari limbah pertanian (sekam, tempurung
kelapa), panas pembakaran dari kayu, panas pembakaran dari bahan bakar
minyak, panas bumi, dan lainnya. Perbedaan yang mencolok dengan mesin
pembakaran dalam adalah potensi untuk menggunakan sumber panas terbarukan
pada mesin Stirling lebih mudah, suara mesin lebih lembut (tidak berisik), dan
biaya perawatannya lebih rendah.
Mesin Stirling tipe gamma dipilih sebagai desain dalam penelitian ini karena
mempunyai keuntungan yaitu desain yang sederhana dan rendah gesekan.
Penelitian yang sudah dilakukan oleh Shung Wen Kang, Meng Yuan Kuo, Jian
You Chen dan Wen An Lu pada tahun 2010 tentang pembuatan mesin Stirling
tipe gamma didapatkan efisiensi maksimum 2,57% pada 456 RPM dan 2,9% pada
412 RPM dengan menggunakan fluida kerja udara (Kang, S. W., dkk., 2010).
Sementara itu analisis secara teori termodinamik dari mesin Stirling menunjukkan
bahwa efisiensi thermal mesin ini sama dengan efisiensi siklus Carnot berkisar
30% - 40% (Kongtragool, B., dkk., 2007). Penelitian lainnya menyebutkan bahwa
penggunaan helium sebagai fluida kerja mampu meningkatkan daya keluaran
mesin Stirling hampir dua kali dibandingkan dengan fluida kerja udara (Cinar, C.,
dkk., 2005). Selain helium dan udara, fluida kerja yang umum digunakan ada
mesin Stirling adalah hidrogen (H2) dan sodium (Thombare, D. G., dkk., 2008).
Perkembangan dewasa ini dalam teknologi nano telah menciptakan suatu
kelas fluida baru dan agak khusus, disebut nanofluid. Nanofluid muncul sebagai
fluida yang memiliki potensi yang besar untuk berbagai aplikasi termasuk sebagai
fluida pemindah panas. Istilah nanofluid berarti dua campuran fase, dimana fase
yang kontinu biasanya cairan dan fase yang terdispersi terdiri dari nano partikel
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
2
padat yang sangat halus, berukuran lebih kecil daripada 100 nm. Dengan
nanofluid, sifat-sifat fluida dapat dirubah dan diprediksikan mempunyai pengaruh
positif pada kinerja mesin Stirling sehingga menarik untuk diteliti lebih lanjut.
Dalam penelitian ini padatan berukuran nano yang dipakai adalah ZnO
karena selain lebih murah dibanding nano partikel lainnya juga karena nano
partikel ZnO telah berhasil diproduksi di Jurusan Teknik Mesin dan Teknik Kimia
Universitas Sebelas Maret. Metode yang digunakan adalah FASP (flame assisted
spray pyrolysis) (Suhendra, B., dkk., 2011).
1.2.Perumusan Masalah
Perumusan masalah dalam tugas akhir ini adalah:
1. Bagaimana unjuk kerja mesin Stirling tipe gamma?
2. Bagaimana pengaruh konsentrasi nano partikel ZnO terhadap unjuk kerja
mesin Stirling?
1.3.Batasan Masalah
Dalam penelitian ini, permasalahan dibatasi pada:
1. Material yang dipakai pada mesin Stirling adalah:
Silinder panas atau displacer menggunakan alumunium dan pada
kepala silinder menggunakan stainlessteel.
Silinder dingin atau power piston menggunakan besi cor.
Piston displacer menggunakan aluminium.
Power piston menggunakan teflon dengan ukuran 3,95 mm.
Poros engkol mengadopsi dari mesin gergaji.
Roda gila/flywheel menggunakan bahan besi cor.
2. Volume silinder displacer 104,6 cm³ dan volume silinder power 49,3 cm³
3. Sudut crankshaft 90º.
4. Sumber panas berasal dari listrik (pemanas listrik).
5. Dinding luar silinder panas dijaga konstan 450°C.
6. Fluida kerja yang digunakan adalah:
a. 100% udara
b. 1% volume ethanol
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
3
c. 5% volume ethanol
d. 10% volume ethanol
e. udara + ZnO
f. Prosentase volume ethanol yang menghasilkan efisiensi terbaik +
ZnO (fraksi volume = 1 x 10-3
).
g. Prosentase volume ethanol yang menghasilkan efisiensi terbaik +
ZnO (fraksi volume = 2,5 x 10-3
)
h. Prosentase volume ethanol yang menghasilkan efisiensi terbaik +
ZnO (fraksi volume = 5 x 10-3
)
1.4.Tujuan dan Manfaat Penelitian
Tujuan dari tugas akhir ini adalah:
1. Menghasilkan prototipe mesin Stirling tipe gamma.
2. Mengetahui pengaruh penambahan ethanol terhadap unjuk kerja mesin
Stirling.
3. Mengetahui pengaruh nanofluid ZnO terhadap unjuk kerja mesin Stirling.
4. Menghasilkan variasi terbaik penambahan nanofluid ZnO terhadap unjuk
kerja mesin Stirling.
Manfaat dari tugas akhir ini adalah:
1. Diperolehnya prototipe mesin Stirling tipe gamma.
2. Diperolehnya data-data ilmiah tentang pengaruh nanofluid ZnO terhadap
unjuk kerja mesin Stirling.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
4
1.5.Sistematika Penulisan
Sistematika penulisan tugas akhir ini adalah sebagai berikut:
Bab I : Pendahuluan, menjelaskan tentang latar belakang masalah,
tujuan dan manfaat penelitian, perumusan masalah dan batasan
masalah serta sistematika penulisan
Bab II : Dasar teori, berisi tinjauan pustaka yang berkaitan dengan
sejarah perkembangan mesin Stirling dan teori tentang mesin
Stirling tipe gamma.
Bab III : Metodologi penelitian, menjelaskan peralatan yang digunakan,
tempat dan pelaksanaan penelitian, langkah-langkah percobaan
dan pengambilan data.
Bab IV : Data dan analisa, menjelaskan data hasil pengujian,
perhitungan data hasil pengujian serta analisa hasil dari
perhitungan.
Bab V : Penutup, berisi tentang kesimpulan dan saran.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
5
BAB II
DASAR TEORI
2.1.Tinjauan Pustaka
Can Cinar dan Halit Karabulut pada tahun 2005, melakukan manufaktur dan
pengujian mesin Stirling tipe gama volume 276 cc. Fluida kerja yang digunakan
yaitu udara dan helium dengan memakai sumber panas dari pemanas listrik
dengan rentang suhu berkisar 700-1000°C dan tekanan 1-4 bar. Diperoleh hasil
torsi dan tekanan pada suhu maksimum 1000°C sebesar 2 Nm dan 4 bar (Cinar,
C., dkk., 2005).
Bancha Kongtragool, Somchai Wongwises tahun 2007 melakukan penelitian
tentang performance mesin Stirling tipe Gamma LTD (low temperature
differential). Fluida kerja yang digunakan adalah udara 1 atmosfer dengan
kontruksi dua power piston dan empat power piston dengan pemanas
menggunakan burner. Dihasilkan untuk dua power piston dengan pemanasan
2.355 J/s (589 K) mendapatkan torsi 1,222 Nm pada 67,7 RPM dan power output
maximum 11,8 W pada 133 RPM serta brake thermal efficiency sebesar 0,494%
pada 133 RPM. Untuk empat power piston dengan actual heat input 4.041 J/s
dengan temperatur heater 771 K menghasilkan torsi maksimum 10,55 Nm pada
28,5 RPM, power output 32,7 W pada 42,1 RPM dan brake thermal efficiency
0,809% pada 42,1 RPM (Kongtragool, B., dkk., 2007).
Xiang-Qi Wang dan Arun S. Mujumdar pada tahun 2007 melakukan
penelitian tentang karakteristik perpindahan panas dari nanofluid. Dihasilkan
bahwa nanofluid dapat merubah atau meningkatkan sifat perpindahan panas fluida
yang tersuspensi dengan nanofluid rata-rata sampai dengan 20% (Wang, X. Q.,
dkk., 2007).
Kang, Kuo pada tahun 2010 telah melakukan pembuatan dan pengujian mesin
Stirling tipe gamma dengan desain piston power tunggal dan ganda dengan fluida
kerja udara 1 atm dengan variasi daya untuk sumber panas 156,3 W, 187,6 W dan
223,2 W. Hasilnya menunjukkan bahwa brake thermal efficiency mesin stirling
sebesar 2,57% pada 456 RPM dan 2,9% pada 412 RPM (Kang, S. W., dkk.,
2010).
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
6
Moosavi, Goharshadi dkk pada tahun 2010 telah melakukan produksi,
karakterisasi dan pengukuran dari beberapa sifat fisik dan kimia ZnO nanofluid.
Konduktifitas termal dari ZnO nanofluid telah diukur sebagai fungsi dari fraksi
volume dan temperatur. Konduktivitas termal dari ZnO/EG dan ZnO/G nanofluid
masing-masingnya mengalami peningkatan hingga 10,5% dan 7,2% pada saat
fraksi volume dari nano partikel ditingkatkan sampai 3 % volume (Moosavi, M.,
dkk., 2010).
2.2.Mesin Stirling
Mesin Stirling adalah mesin kalor yang mengambil kalor dari luar silinder.
Sumber kalor apapun, selama temperaturnya cukup tinggi, akan bisa
menggerakkan mesin Stirling ini. Banyak teori yang bisa dijadikan dasar untuk
analisis termodinamik mengenai mesin Stirling. Salah satunya dikemukakan oleh
Schmidt (1871), yang kemudian dikenal dengan nama Schmidt theory. Dalam
perkembangannya, mesin Stirling dapat digunakan sebagai pembangkit listrik
yang menggunakan sumber energi terbarukan, seperti energi matahari (Hirata, K.,
2010).
Ada tiga macam konfigurasi mesin Stirling yang biasa digunakan akan
tetapi perbedaan konfigurasi tersebut tidak berpengaruh terhadap siklus
termodinamika. Konfigurasi tersebut antara lain:
a. Konfigurasi alpha, konfigurasi tersebut menggunakan dua piston pada tiap sisi
pemanas, regenarator, dan pendingin. Pertama-tama piston secara seragam
memiliki persamaan arah untuk menghasilkan proses volume konstan untuk
mendinginkan dan memanaskan gas. Kerja kompresi terjadi pada piston
dingin (cold piston) dan ekspansi terjadi pada piston panas (hot piston).
Konfigurasi alpha tidak memerlukan displacer.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
7
Gambar 2.1 Konfigurasi Alpha (Hirata, K., 2010)
b. Konfigurasi beta, merupakan rancangan penggabungan piston displacer dan
daya dalam silinder yang sama. Displacer membolak-balikkan gas antara
ujung panas dan ujung dingin silinder melewati pemanas, regenerator, dan
pendingin. Power piston biasanya diletakkan pada ujung dingin silinder,
menekan (kompresi) gas kerja ketika gas berada pada ujung dingin dan
mengekspansikan gas kerja ketika gas bergerak ke dalam piston panas.
Gambar 2.2 Konfigurasi beta (Hirata, K., 2010)
c. Konfigurasi gamma, konfigurasi tersebut menggunakan silinder terpisah
antara displacer dan power piston. Displacer membolak-balikkan gas antara
ujung panas dan ujung dingin silinder melewati pemanas, regenerator, dan
pendingin. Power piston pada silinder terpisah dan secara pneumatik
dihubungkan pada silinder displacer.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
8
Gambar 2.3 Konfigurasi gamma (Hirata, K., 2010)
2.2.1. Siklus Stirling
Gambar 2.4 Siklus Mesin Stirling
Siklus mesin Stirling terdiri atas dua proses isotermal dan dua proses volume
konstan. Gambar 2.4 merupakan diagram siklus p-v dan T-s (Daryus, A., 2010).
Proses 1-2 : Ekspansi isotermal, pada temperatur konstan T1 dari v1 ke v2.
Dalam proses tersebut terjadi penyerapan kalor dari sumber eksternal.
Kalor yang diberikan = kerja selama proses isotermal.
1
2
111ln
v
vvpQ
1
2
1ln
v
vmRT
(2.1)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
9
rmRT ln1
Dimana r adalah rasio kompresi = v2/v1
(Daryus, A., 2010)
Proses 2-3 : Udara melewati regenerator dan didinginkan pada volume
konstan ke temperatur T3. Pada proses ini terjadi pelepasan kalor ke
regenerator.
Kalor yang dilepas ke regenerator (Qreg-in):
)23
.(. TTv
cminreg
Q
(Daryus, A., 2010)
( 2.2)
Proses 3-4 : Merupakan proses kompresi isotermal dalam silinder mesin dari
v3 ke v4. Dalam proses tersebut kalor dilepaskan oleh udara. Kalor yang
dilepaskan oleh udara (Q2) :
4
3
332 lnv
vvpQ
4
3
3ln
v
vmRT
rmRT ln3
(2.3)
Dimana r adalah rasio kompresi = v3/v4 (Daryus, A., 2010)
Proses 4-1 : Merupakan proses pemanasan udara pada temperatur konstan ke
temperatur T1 dengan melewatkan udara ke regenerator dalam arah
berlawanan dengan proses 2-3. Pada proses ini terjadi penyerapan kalor oleh
udara dari regenerator.
Kalor yang diserap udara (Qreg-out)
)41
.(. TTv
cmoutreg
Q
(2.4)
Karena T3=T4 maka,
)31
.(. TTv
cmoutreg
Q
(Daryus, A., 2010)
(2.5)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
10
2.2.2. Efisiensi mesin Stirling
Dalam mesin Stirling pun berlaku hubungan bahwa kerja yang dilakukan =
kalor yang disuplai - kalor yang dilepaskan, sehingga efisiensi mesin Stirling (st
)
dapat dinyatakan dengan:
Kerja yang dilakukan = kalor yang disuplai – kalor yang dibuang
= mRT1lnr – mRT3lnr
= mRlnr(T1-T3) (2.6)
rmRT
TTrmRst
ln
)(ln
disuplai yangKalor
dilakukan yang Kerja
1
31
1
3
1
31 1T
T
T
TT
(Daryus, A., 2010)
(2.7)
Persamaan (2.1) s.d. (2.7) dalam penelitian ini digunakan untuk proses
perancangan mesin Stirling.
2.3.Nanofluid
Teknologi nano telah menciptakan suatu kelas fluida baru dan agak
khusus, disebut nanofluid. Nanofluid adalah larutan yang mengandung partikel
solid yang berukuran nano dan diharapkan memiliki kinerja yang lebih baik
daripada fluida pemindah kalor yang ada sekarang. Hasil eksperimen
menunjukkan indikasi peningkatan konduktivitas thermal dibandingkan dengan
fluida tanpa partikel nano atau fluida dengan partikel yang lebih besar. Adapun
rumus untuk menghitung viskositas, densitas, kapasitas panas dan konduktifitas
panas dari nanofluid sebagai berikut (Fard, M. H., dkk., 2011).
Viskositas
µnf = (1+ 2,5 φ)µf (2.8)
Dimana:
µnf = Viskositas nanofluid (kg.s/m2)
φ = Fraksi volume
µf = Viskositas fluida (kg.s/m2)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
11
Densitas
ρnf = φρs + (1- φ) ρf (2.9)
Dimana:
ρnf = Densitas nanofluid (kg/m3)
φ = Fraksi volume
ρs = Massa jenis padatan (kg/m3)
ρf = Massa jenis cairan (kg/m3)
Kapasitas panas (Cp)
CPnf = φ φ
(2.10)
Dimana:
CPnf = Kapasitas panas (J/g.K)
CPs = Kapasitas panas padatan (J/g.K)
CPf = Kapasitas panas cairan (J/g.K)
φ = Fraksi volume
ρs = Massa jenis padatan (kg/m3)
ρf = Massa jenis cairan (kg/m3)
ρnf = Massa jenis nanofluid (kg/m3)
Konduktivitas panas
Knf = [
] (2.11)
Dimana:
Knf = Konduktivitas panas nanofluid (W/mK)
ks = Konduktivitas panas padatan W/mK
kf = Konduktivitas panas cairan (W/m.K)
kw = Konduktivitas udara (W/m.K)
φ = Fraksi volume
2.4.Daya Poros
Daya poros didefinisikan sebagai momen putar dikalikan dengan
kecepatan putar poros engkol. Daya poros diketahui dari pengukuran torsi meter
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
12
digunakan untuk mengukur momen putar dan tachometer untuk mengukur putaran
poros engkol. Rumus untuk menghitung daya poros adalah sebagai berikut
P =
(2.12)
Dimana:
P = Daya poros (Watt)
N = Putaran poros engkol (RPM)
T = Torsi (Nm)
2.5.Efisiensi thermal
Efisiensi thermal menyatakan perbandingan antara daya yang dihasilkan
terhadap jumlah panas yang diperlukan untuk jangka waktu tertentu. Rumus untuk
menghitung efisiensi thermal adalah sebagai berikut:
=
(2.13)
Dimana :
ɳ = Efisiensi thermal
P = Daya poros (Watt)
qin = Panas yang dibutuhkan (Watt)
Pada mesin Stirling, panas yang masuk ke dalam sistem adalah maka
untuk mengukur energi yang masuk kedalam sistem menggunakan alat pengukur
penggunaan energi (kwh meter), jadi qin dapat dirumuskan:
qin =
(2.14)
dimana
qin= panas yang dibutuhkan (Watt)
Ein= energi yang diukur dari kwh meter (kwh)
t = waktu (s)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
13
BAB III
METODE PENELITIAN
3.1.Tempat Penelitian
Penelitian dilaksanakan di Laboratorium Konversi Energi Jurusan Teknik
Mesin Fakultas Teknik Universitas Sebelas Maret Surakarta.
3.2.Alat dan Bahan Penelitian
Alat dan bahan yang digunakan dalam penelitian uji unjuk kerja mesin
Stirling tipe gamma dengan fluida kerja nanofluid berbasis ZnO ini antara
lain:
1. Prototipe mesin Stirling tipe gamma
Mesin yang digunakan untuk pengujian unjuk kerja dengan fluida
kerja nanofluid berbasis ZnO.
2. Zinc oxide
Bahan solid partikel untuk variasi pengujian mesin Stirling.
Gambar 3.5 Zinc Oxide (Suhendra, B., dkk., 2011)
3. Ethanol (alkohol)
Sebagai bahan pencampur nanofluid berbasis ZnO.
4. Timbangan digital
Alat untuk menimbang ZnO, dengan spesifikasi kapasitas maksimal
pengukuran berat 51 gram, resolusi pengukuran berat 0,005 gram.
Gambar 3.6 Timbangan Digital
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
14
5. Gelas ukur
Alat untuk mengukur volume ethanol.
Gambar 3.7 Gelas ukur 1cc-10cc
6. Digital Tachometer
Alat untuk mengukur putaran mesin Stirling. Batas pengukuran 60-
50.000 RPM, 1-833 RPS. Jarak pembacaan 10-150 mm.
Gambar 3.8 Digital tachometer
7. Torsimeter
Alat untuk mengukur torsi mesin Stirling. Spesifikasi pengukuran
maks. 15 kg-cm dengan akurasi ± (1,5% + 5 d), resolusi maks. 0,01
kg-cm/0,1 N-cm, resolusi min. 0,1 kg-cm/1 N-cm dan sensor
menggunakan exclusive torque sensor.
Gambar 3.9 Torsi meter
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
15
8. Regulator
Alat untuk mengatur besar kecilnya keluaran tegangan dan arus yang
masuk dari tegangan listrik PLN (220 V) sehingga dapat diatur
menurut kebutuhan. Regulator ini digunakan untuk mengatur
tegangan dan arus pada pemanas listrik mesin Stirling. (Spesifikasi 2
kVA maksimum 8 ampere.).
Gambar 3.10 voltage Regulator
9. Ac clamp- on Ammeter
Alat untuk mengukur arus yang mengalir pada pemanas listrik pada
mesin Stirling. Maksimum pengukuran 400 ampere.
Gambar 3.11 Ac clamp- on Ammeter
10. Unit kWh meter
Alat untuk mengukur besarnya energi yang diperlukan pada pemanas
listrik mesin Stirling (Qin). Menggunakan spesifikasi kWh meter 450
Watt.
Gambar 3.12 Unit kWh meter
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
16
11. Relay
Alat yang digunakan untuk memutus dan menghubungkan arus yang
mengalir ke pemanas listrik saat temperatur dinding silinder panas
tercapai (450ºC). Spesifikasi relay kontak 5 ampere.
Gambar 3.13 Relay
12. Thermoreader
Alat yang digunakan untuk menunjukkan atau membaca temperatur
yang diukur oleh sensor thermocouple pada dinding luar silinder
panas mesin Stirling.
Gambar 3.14 Thermoreader
13. Thermocouple
Alat atau sensor suhu yang ditempatkan pada dinding luar silinder
panas mesin Stirling. Termokopel yang digunakan tipe-K.
Gambar 3.15 Thermocouple
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
17
14. Stopwatch
Alat untuk mengukur waktu (t) saat mesin Stirling berputar.
Gambar 3.16 Stopwatch
15. Oli
Cairan yang berfungsi sebagai pelumas bagian mesin Stirling yang
bergesekan.
16. Obeng
17. Cutter
18. Gunting
19. Vaslin
20. Alat tulis
3.3.Prosedur Penelitian
Prosedur yang dilakukan pada penelitian ini antara lain :
1. Mempersiapkan variasi nanofluid:
o Menimbang partikel padat (ZnO) dengan timbangan digital.
o Mengukur volume bahan pencampur (ethanol 96%) dengan gelas ukur.
2. Melakukan pelumasan pada bagian atau komponen mesin Stirling dengan
oli.
3. Memastikan tidak ada kebocoran pada bagian mesin Stirling.
4. Mengecek rangkaian pemanas dari regulator, kwh meter dan relay.
5. Menyiapkan variasi fluida kerja pada pengujian mesin Stirling antara lain:
a. 100% udara
b. 1% volume ethanol
c. 5% volume ethanol
d. 10% volume ethanol
e. udara + ZnO
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
18
f. Prosentase volume ethanol yang menghasilkan efisiensi terbaik + ZnO (fraksi
volume = 1 x 10-3).
g. Prosentase volume ethanol yang menghasilkan efisiensi terbaik + ZnO (fraksi
volume = 2,5 x 10-3)
h. Prosentase volume ethanol yang menghasilkan efisiensi terbaik + ZnO (fraksi
volume = 5 x 10-3)
6. Melakukan pengujian tiap variasi dengan memasukkan ke dalam silinder
displacer.
7. Memastikan rangkaian pemanas terhubung dengan listrik PLN dan
thermocouple terpasang pada dinding luar silinder diplacer dan selanjutya
memutar saklar regulator.
8. Setelah suhu tercapai pada temperatur 450°C, berikan awalan putaran pada
fly wheel supaya mesin Stirling berputar secara kontinyu.
9. Melakukan pengukuran putaran mesin, torsi mesin dan putaran pada kWh
meter selama ± 10 menit.
10. Mencatat hasil pengukuran putaran mesin dengan tachometer, torsi mesin
dengan torsi meter dan pengukuran putaran kWh meter secara visual.
11. Melakukan perhitungan sesuai data yang diperoleh.
12. Melakukan prosedur pengujian variasi berikutnya dengan urutan langkah
pengujian no.2.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
19
3.4.Skema Peralatan
Keterangan:
1. Unit mesin Stirling tipe gamma
2. Regulator
3. Unit kwh meter
4. Tang ampere
5. Thermoreader + thermocouple
6. Stopwatch
Gambar 3.17 Skema peralatan pengujian
Gambar 3.18 Skema mesin Stirling tipe gamma
2
1
5
3
4 6
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
20
3.5.Diagram Alir Penelitian
Gambar 3.19 Diagram Alir Penelitian
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
21
BAB IV
HASIL DAN PEMBAHASAN
4.1.Pengaruh Penambahan Ethanol Tehadap Efisiensi Mesin Stirling
Pada Gambar 4.1 dan Gambar 4.2 masing-masingnya menunjukkan
hubungan antara torsi dan daya yang dihasilkan oleh mesin Stirling dengan
penambahan fluida kerja ethanol. Torsi mesin mengalami kenaikan dengan
penambahan ethanol 0% volume sampai 5% volume. Perolehan torsi pada ethanol
0% volume sebesar 0,19 N.m, pada ethanol 1% volume diperoleh torsi sebesar
0,28 N.m, pada penambahan ethanol 5% volume torsi mesin diperoleh sebesar
0,30 Nm dan pada penambahan ethanol 10% volume diperoleh torsi sebesar 0,28
Nm. Pada hubungan torsi dengan penambahan ethanol 0% volume sampai dengan
10% volume diperoleh torsi terbesar pada penambahan ethanol 5% volume
sebesar 0,30 Nm. Pada penambahan ethanol 10% volume terjadi penurunan torsi
menjadi 0,28 Nm.
Gambar 4.1. Torsi Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan %
volume Ethanol
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0% 2% 4% 6% 8% 10% 12%
Tors
i (N
.m)
%vol Ethanol
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
22
Gambar 4.2 menunjukkan bahwa daya mesin Stirling yang diperoleh
semakin meningkat dengan penambahan fluida kerja ethanol 0% volume sampai
dengan ethanol 5% volume. Perolehan daya pada ethanol 0% volume sebesar 4,8
Watt, pada ethanol 1% volume diperoleh daya sebesar 7,6 Watt, pada
penambahan ethanol 5% volume diperoleh daya sebesar 10,6 Watt dan pada
penambahan ethanol 10% volume sebesar 8,5 watt. Dari perolehan besar daya
dapat dinyatakan bahwa dengan semakin besar penambahan ethanol sampai
dengan 5% volume diperoleh daya yang lebih tinggi dan kemudian menurun
seiring dengan bertambahnya ethanol lebih dari 5% volume.
Gambar 4.2. Daya Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan %
Volume Ethanol
Hubungan antara efisiensi dengan penambahan ethanol 0% volume sampai
10% volume yang dihasilkan oleh mesin Stirling seperti pada Gambar 4.3 terlihat
bahwa efisiensi mesin Stirling mengalami peningkatan seiring dengan
penambahan ethanol 0% volume sampai dengan 5% volume. Dari Gambar 4.3
dapat dilihat bahwa efisiensi mesin Stirling pada penambahan ethanol 0% volume
sebesar 1,8%, ethanol 1% volume sebesar 2,8%, sedangkan penambahan ethanol
5% volume dan 10% volume masing-masing diperoleh efisiensi sebesar 3,9% dan
3,0%.
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
0% 2% 4% 6% 8% 10% 12%
Day
a o
utp
ut
(Wat
t)
%vol Ethanol
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
23
Gambar 4.3. Efisiensi Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan %
Volume Ethanol.
Torsi, daya, dan efisiensi yang dihasilkan dari mesin Stirling mengalami
peningkatan seiring dengan penambahan ethanol sampai 5% volume dan
kemudian mengalami penurunan untuk penambahan ethanol lebih dari 5%
volume. Hal ini disebabkan karena dengan penambahan ethanol dapat
meningkatkan perpindahan kalor ke dalam fluida kerja karena ethanol mempunyai
nilai konduktivitas termal yang lebih tinggi dibandingkan fluida kerja udara.
Dengan demikian, energi yang diubah menjadi kerja piston mengalami
peningkatan karena perpindahan panas ke fluida kerja lebih efektif seiring dengan
penambahan ethanol.
Pada sisi lain, ethanol mempunyai massa jenis yang lebih besar
dibandingkan udara sebagaimana dapat dilihat pada Tabel 4.1. Penggunaan fluida
kerja bermassa jenis besar justru merupakan kerugian untuk mesin Stirling karena
meningkatkan tahanan aerodinamik sehingga mengurangi kerja piston dari mesin
Stirling. Pada penambahan ethanol 10% volume fluida kerja mempunyai massa
jenis yang lebih besar dibandingkan massa jenis fluida kerja dengan penambahan
ethanol sampai 5% volume, akibatnya tahanan aerodinamik pada penambahan
ethanol 5% volume masih lebih rendah dibandingkan dengan tahanan
aerodinamika pada penambahan ethanol 10% volume, sehingga pengaruh
penambahan panas masih lebih besar dibandingkan pengaruh tahanan
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
0% 2% 4% 6% 8% 10% 12%
Efis
ien
si (
%)
%vol Ethanol
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
24
aerodinamika. Penambahan ethanol lebih dari 5% volume mengakibatkan massa
jenis fluida kerja meningkat yang tidak diiringi dengan penambahan panas yang
signifikan sehingga menyebabkan penurunan torsi, daya dan efisiensi dari mesin
Stirling.
Tabel 4.1 Sifat- sifat fluida kerja
Sifat Helium Ethanol pada
T = 450oC
Udara pada
T = 450oC
ZnO
k W/mK 0,284 0,074 0,0538 13
cp J/kg.K 5.193 2.650 1.081 577,4
Ns/m2 4E-05 2,002E-05 3,46E-05 0,129
kg/m3 0,0697 0,924 0,482228 5.600
Pustaka (Cinar, C., dkk.,
2005)
(Yaws, C. L.,
1999)
(Incropera, F.
P., dkk., 1985)
(Yu, W., dkk.,
2011)
4.2. Pengaruh Penambahan Nanofluid ZnO Tehadap Efisiensi Mesin Stirling
Tabel 4.2 Pengaruh Penambahan Nano Partikel
Diperoleh Udara Udara + Nano
Torsi 0,19 N.m 0,19 N.m
Rpm 257 273
Daya 4,8 Watt 5,4 Watt
Efisiensi 1,8 % 2,0 %
Dilihat pada Tabel 4.2 bahwa perolehan torsi, daya dan efisiensi mesin
Stirling mengalami peningkatan. Ini disebabkan karena sifat nano partikel ZnO
memiliki nilai konduktifitas termal yang lebih tinggi dari udara. Dengan
penambahan ZnO menyebabkan peningkatan dari perpindahan panas ke dalam
fluida kerja sehingga panas yang diserap lebih efektif untuk diubah menjadi kerja
piston akan meningkat dan selanjutnya meningkatkan torsi, daya dan efisiensi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
25
Gambar 4.4. Torsi Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan
Nanofluid ZnO
Gambar 4.5. Daya Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan
Nanofluid ZnO
Pada Gambar 4.4 dan Gambar 4.5 masing-masing grafik menunjukkan
hubungan antara torsi dan daya yang dihasilkan oleh mesin Stirling dengan
penambahan nanofluid ZnO. Torsi mesin mengalami kenaikan dengan
penambahan nanofluid ZnO sampai dengan penambahan fraksi volume nanofluid
ZnO 5x10-3
. Pada penambahan ethanol 5% volume torsi mesin diperoleh sebesar
0,3 Nm. Pada penambahan nanofluid ZnO dengan fraksi volume nanofluid ZnO
0,00
0,05
0,10
0,15
0,20
0,25
0,30
0,35
0,40
0,45
0,50
0 1 2 3 4 5 6
Tors
i (N
.m)
Fraksi volume (x10⁻³)
0,0
2,0
4,0
6,0
8,0
10,0
12,0
14,0
16,0
18,0
20,0
0 1 2 3 4 5 6
Day
a o
utp
ut
(Wat
t)
Fraksi volume (x10⁻³)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
26
1x10-3
diperoleh torsi sebesar 0,36 Nm, pada hubungan torsi dengan penambahan
nanofluid ZnO dengan fraksi volume nanofluid ZnO 2,5x10-3
dan 5x10-3
masing-
masingya diperoleh torsi sebesar 0,39 Nm dan 0,42 Nm.
Gambar 4.5 menunjukkan bahwa daya mesin Stirling yang diperoleh
semakin meningkat dengan penambahan nanofluid ZnO sampai dengan
penambahan fraksi volume nanofluid ZnO 5x10-3
. Perolehan daya pada
penambahan ethanol 5% volume sebesar 10,6 Watt, fraksi volume nanofluid ZnO
1x10-3
diperoleh daya sebesar 13,4 Watt, fraksi volume nanofluid ZnO 2,5x10-3
diperoleh daya sebesar 15,3 Watt dan fraksi volume nanofluid ZnO 5x10-3
sebesar 17,9 watt. Dari perolehan besar daya dapat dinyatakan bahwa dengan
semakin besar penambahan fraksi volume nanofluid ZnO sampai dengan 5x10-3
masih dapat diperoleh daya yang lebih tinggi.
Gambar 4.6. Efisiensi Mesin Stirling yang Dihasilkan dengan Penambahan
Nanofluid ZnO
Gambar 4.6 menunjukkan hubungan antara efisiensi yang dihasilkan oleh
mesin Stirling dengan penambahan nanofluid ZnO. Dari Gambar 4.6 tersebut
terlihat bahwa efisiensi mesin Stirling mengalami peningkatan seiring dengan
penambahan fraksi volume nanofluid ZnO sampai dengan 5x10-3
. Dari hasil grafik
di atas diperoleh efisiensi pada penambahan ethanol 5% volume sebesar 3,9%,
fraksi volume nanofluid ZnO 1x10-3
sebesar 4,7%, sedangkan penambahan fraksi
0,0
1,0
2,0
3,0
4,0
5,0
6,0
7,0
0 1 2 3 4 5 6
Efis
ien
si (
%)
Fraksi volume (x 10⁻³)
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
27
volume nanofluid ZnO 2,5x10-3
dan 5x10-3
masing-masing diperoleh efisiensi
sebesar 5,4% dan 6,3%.
Torsi, daya, dan efisiensi yang dihasilkan dari mesin Stirling mengalami
peningkatan seiring dengan penambahan fraksi volume nanofluid ZnO sampai
5x10-3
. Hal ini disebabkan dari nilai konduktivitas termal dari masing-masing
fluida dapat dilihat pada Tabel 4.2 bahwa penambahan ZnO mengakibatkan
peningkatan pada nilai konduktivitas termal nanofluid. Dengan demikian energi
yang diubah menjadi kerja piston mengalami peningkatan karena perpindahan
panas ke dalam fluida kerja lebih efektif seiring penambahan fraksi volume
nanofluid sampai 5x10-3
, sehingga pengaruh dari penambahan panas masih lebih
besar dibandingkan pengaruh tahanan aerodinamis menyebabkan peningkatan
torsi, daya dan efisiensi.
perpustakaan.uns.ac.id digilib.uns.ac.id
commit to user
28
BAB V
PENUTUP
5.1 Kesimpulan
Dari hasil penelitian yang telah dilakukan, dapat diambil beberapa
kesimpulan yaitu :
1. Pengaruh penambahan ethanol terhadap unjuk kerja mesin Stirling 0%
volume sampai dengan 5% volume mengalami peningkatan pada torsi,
daya dan efisiensi mesin Stirling dan kemudian mengalami penurunan
torsi, daya dan efisiensi mesin Stirling untuk penambahan ethanol lebih
dari 5% volume.
2. Pengaruh penambahan nanofluid ZnO sebagai fluida kerja terhadap
unjuk kerja mesin Stirling yang dihasilkan dari mesin Stirling dengan
fraksi volume 1x10-3
sampai 5x10-3
mengalami peningkatan pada torsi,
daya dan efisiensi.
3. Variasi terbaik untuk peningkatan efisiensi yang dihasilkan mesin
Stirling yaitu pada penambahan ethanol 5% volume sebesar 3,9%
dengan fraksi volume 5x10-3
sebesar 6,3%.
5.2 Saran
Untuk mengembangkan mesin Stirling lebih lanjut, maka penulis ingin
memberikan beberapa saran untuk penelitian berikutnya yaitu :
1. Perlu dilakukan perancangan regenerator pada mesin Stirling dengan
lebih baik.
2. Perlu menyempurnakan desain dan memperbesar kapasitas silinder
dari mesin Stirling yang sudah ada
3. Perlu dilakukan penelitian dengan menggunakan fluida kerja nanofluid
bertekanan.