Makalah Hukum 2 Termodinamika Dan Aplikasinya

8/10/2019 Makalah Hukum 2 Termodinamika Dan Aplikasinya

1/30

BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik membahas tentanghub

ungan antara energi panas dengan kerja. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuklain,

baik secara alami maupun hasil rekayasa teknologi.

Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa

total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring

dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.

Hukum keseimbangan / kenaikan entropi: Panas tidak bisa mengalir dari material yang

dingin ke yang lebih panas secara spontan. Entropi adalah tingkat keacakan energi. Jika satu

ujung material panas, dan ujung satunya dingin, dikatakan tidak acak, karena ada konsentrasi

energi. Dikatakan entropinya rendah. Setelah rata menjadi hangat, dikatakan entropinya naik.

Proses termodinamik yang berlanggsung secara alami seluruhnya disebut

proses ireversibel(irreversibel process). Proses tersebut berlanggsung secara spontan pada satu

arah tetapi tidak pada arah sebaliknya. Contohnya kalor berpindah dari benda yang bersuhu

tinggi ke benda yang bersuhu rendah.

Proses reversibel adalah proses termodinamik yang dapat berlanggsung secara bolak-

balik. Sebuah sistem yang mengalami idealisasi proses reversibel selalu mendekati keadaan

kesetimbangan termodinamika antara sistem itu sendiri dan lingkungannya. Proses reversibel

merupakanproses seperti-kesetimbangan(quasi equilibrium process).

Sejarahawal dari AC (air Conditioner ) sudah dimulai sejak jaman Romawi yaitu

dengan membuat penampung air yang mengalir di dalam dinding rumah sehingga

menurunkan suhu ruangan , tetapi saat itu hanya orang tertentu saja yang bisa karena biaya

membangunnya sangatlah mahal karena membutuhkan air dan juga bangunan yang tidak

biasa. Hanya para raja dan orang kaya saja yang dapat membangunnya.

Kemudian pada tahun 1820 ilmuwan Inggris bernama Michael Faraday Image

menemukan cara baru mendinginkan udara dengan menggunakan Gas Amonia dan pada tahun

1842 seorang dokter menemukan cara mendinginkan ruangan dirumah sakit Apalachicola


2/30

yang berada di Florida Ameika Serikat. Dr.Jhon Gorrie Image adalah yang menemukannya

dan ini adalah cikal bakal dari tehnologi AC (air conditioner) tetapi sayangnya sebelum

sempurna beliau sudah meninggal pada tahun 1855.

Willis Haviland Carrier Image seorang Insinyur dari New York Amerika

menyempurnakan penemuan dari Dr.Jhon Gorrie tetapi AC ini digunakan bukan untuk

kepentingan atau kenyamanan manusia melainkan untuk keperluan percetakan dan industri

lainnya. Penggunaan AC untuk perumahan baru dikembangkan pada tahun 1927 dan pertama

dipakai disbuah rumah di Mineapolis, Minnesota. Saat ini AC sudah digunakan disemua

sektor, tidak hanya industri saja tetapi juga sudah di perkantoran dan perumahan dengan

berbagai macam bentuk dari mulai yang besar hingga yang kecil.semuanya masih berfungsi

sama yaitu untuk mendinginkan suhu ruangan agar orang merasa nyaman.

1.2 Rumusan Masalah

Maka dirumuskan permasalahan sebagai berikut :

1. Apa pengertian dan aplikasi hukum kedua termodinamika ?

2. Bagaimana Prinsip kerja dari beberapa mesin menurut hukum 2

Termodinamika?

1.3 Tujuan

Adapun tujuan dari penyusunan makalah ini, antara lain:

1. Memberikan tambahan pengetahuan kepada pembaca tentang Hukum 2

Termodinamika.

2. Memberikan pengetahuan kepada pembaca mengenai cara kerja dari reservoir

energi panas, mesin kalor, mesin pendingin, dan pompa panas..

1. 4. Metode Penulisan

Penulisan makalah ini melalui prosedur studi pustaka, baik media buku maupun

internet. Semua informasi dan gagasan yang telah diperoleh dalam makalah ini, kami

gabungkan menjadi satu kesatuan dan menyeluruh, untuk menjelaskan makalah kami tentang

hukum termodinamika kedua dan aplikasinya, sehingga kami dapat menarik kesimpulan dari

intisari pembahasan makalah ini.


3/30


4/30

termal 100%. Kemustahilan ini adalah dasar dari satu pernyataan hukum kedua

termodinamika sebagai berikut :

Adalah mustahil bagi sistem manapun untuk mengalami sebuah pr oses di mana

sistem menyerap panas dari r eservoir pada suhu tunggal dan mengubah panas selu ruhnya

menjadi kerja mekanik, dengan sistem berakhir pada keadaan yang sama seperti keadaan

awalnya.

Pernyataan ini dikenal dengan sebutan pernyataan mesin dari hukum kedua

termodinamika.

Dasar dari hukum kedua termodinamika terletak pada perbedaaan antara sifat alami

energi dalam dan energi mekanik makroskopik. Dalam benda yang bergerak, molekul

memiliki gerakan acak, tetapi diatas semua itu terdapat gerakan terkoordinasi dari setiap

molekul pada arah yang sesuai dengan kecepatan benda tersebut. Energi kinetik dan energi

potensial yang berkaitan dengan gerakan acak menghasilkan energi dalam.

Jika hukum kedua tidak berlaku, seseorang dapat menggerakkan mobil atau pembangkit

daya dengan mendinginkan udara sekitarnya. Kedua kemustahilan ini tidak melanggar hukum

pertama termodinamika. Oleh karena itu, hukum kedua termodinamika bukanlah penyimpulan

dari hukum pertama, tetapi berdiri sendiri sebagai hukum alam yang terpisah. Hukum pertama

mengabaikan kemungkinan penciptaan atau pemusnahan energi. Sedangkan hukum kedua

termodinamika membatasi ketersediaan energi dan cara penggunaan serta pengubahannya.

Panas mengalir secara spontan dari benda panas ke benda yang lebih dingin, tidak

pernah sebaliknya. Sebuah pendingin mengambil panas dari benda dingin ke benda yang lebih

panas, tetapi operasinya membutuhkan masukan energi mekanik atau kerja. Hal umum

mengenai pengamatan ini dinyatakan sebagai berikut :

Adalah mustahil bagi proses mana pun untuk bekerja sendiri dan menghasilkan

perpindahan panas dari benda dingin ke benda yang lebih panas.

Pernyataan ini dikenal dengan sebutan pernyataan pendingin dari hukum kedua

termodinamika.

Pernyataan pendingin ini mungkin tidak tampak berkaitan sangat dekat dengan

pernyataan mesin. Tetapi pada kenyataannya, kedua pernyataan ini seutuhnya setara.

Sebagai contoh, jika seseorang dapat membuat pendingin tanpa kerja, yang melanggar

pernyataan pendingin dari hukum kedua, seseorang dapat mengabungkannya dengan sebuah


5/30

mesin kalor, memompa kalor yang terbuang oleh mesin kembali ke reservoir panas untuk

dipakai kembali. Meski gabungan ini akan melanggar pernyataan mesin dari hukum kedua,

karena selisih efeknya akan menarik selisih panas sejumlah dari reservoir panas dan

mengubah seutuhnya menjadi kerja W.

Perubahan kerja menjadi panas, seperti pada gesekan atau aliran fluida kental (viskos)

dan aliran panas dari panas ke dingin melewati sejumlah gradien suhu, adalah suatu proses

irreversibel.Pernyataan mesin dan pendingin dari hukum kedua menyatakan bahwa

proses ini hanya dapat dibalik sebagian saja. Misalnya, gas selalu mengalami kebocoran

secara spontan melalui suatu celah dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah.

Gas-gas dan cairan-cairan yang dapat bercampur bila dibiarkan akan selalu tercampur dengan

sendirinya dan bukannya terpisah. Hukum kedua termodinamika adalah sebuah pernyataan

dari aspek sifat searah dari proses-proses tersebut dan banyak proses ireversibellainnya.

Perubahan energi adalah aspek utama dari seluruh kehidupan tanaman dan hewan serta

teknologi manusia, maka hukum kedua termodinamika adalah dasar terpenting dari dunia

tempat makhluk hidup tumbuh dan berkembang.

Dua formulasi dari hukum kedua termodinamika yang berguna untuk memahami

konversi energi panas ke energi mekanik, yaitu formulasi yang dikemukakan oleh Kelvin-

Planck dan Rudolf Clausius. Adapun hukum kedua termodinamika dapat dinyatakan sebagai

berikut :

1. Formulasi Kelvin-Planck

Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus

yang semata-mata mengubah energi panas yang diperoleh dari suatu sumber pada suhu

tertentu seluruhnya menjadi usaha mekanik.Dengan kata lain, formulasi kelvin-planck

menyatakan bahwa tidak ada cara untuk mengambil energi panas dari lautan dan

menggunakan energi ini untuk menjalankan generator listrik tanpa efek lebih lanjut, misalnya

pemanasan atmosfer. Oleh karena itu, pada setiap alat atau mesin memiliki nilai efisiensi

tertentu. Efisiensi menyatakan nilai perbandingan dari usaha mekanik yang diperoleh dengan

energi panas yang diserap dari sumber suhu tinggi.


6/30

2. Formulasi Clausius

Tidak mungkin untuk membuat sebuah mesin kalor yang beker ja dalam suatu siklus

yang semata-mata memindahkan energi panas dari suatu benda dingin ke benda

panas.Dengan kata lain, seseorang tidak dapat mengambil energi dari sumber dingin (suhu

rendah) dan memindahkan seluruhnya ke sumber panas (suhu tinggi) tanpa memberikan

energi pada pompa untuk melakukan usaha. (Marthen Kanginan, 2007: 249-250)

Berbeda dari hukum pertama, hukum kedua ini mempunyai berbagai perumusan. Kelvin

mengetengahkan suatu permasalahan dan Planck mengetengahkan perumusan lain. Karena

pada hakekatnya perumusan kedua orang ini mengenai hal yang sama maka perumusan itu

digabung dan disebut perumusan Kelvin-Planckbagi hukum kedua termodinamika.

Perumusan ini diungkapkan demikian :

Tidak mungkin membuat pesawat yang kerjanya semata-mata menyerap kalor dari

sebuah reservoir dan mengubahnya menjadi usaha

Oleh Clausius, hukum kedua termodinamika dirumuskan dengan ungkapan :

Tidak mungkin membuat pesawat yang kerjanya hanya menyerap kalor dari reservoir

bertemperatur r endah dan memindahkan kalor ini ke reservoir yang bertemperatur ti nggi,

tanpa disertai perubahan lain.

APLIKASI HUKUM TERMODINAMIKA II

2.2 Reservoir Energi Panas (Thermal Energy Reservoir )

Thermal Energy Reservoir atau lebih umum disebut dengan reservoir energi

panas adalah suatu benda atau zat yang mempunyai kapasitas energi panas yang besar.

Artinya reservoir dapat menyerap atau menyuplai sejumlah energi panas yang tidak

terbatas tanpa mengalami perubahan temperatur. Contoh dari benda atau zat besar

yang disebut reservoir adalah samudera, danau, dan sungai untuk benda besar yang

berwujud air dan atmosfer untuk benda berwujud besar di udara.Sistem dua fasa juga

dapat dimodelkan sebagau suatu reservoir, karena sistem dua fasa dapat menyerap dan

melepaskan panas tanpa mengalami perubahan temperatur. Dalam prakteknya, ukuran

sebuah reservoir menjadi relatif. Misalnya sebuah ruangan dapat disebut sebagai

sebuah reservoir dalam suatu analisa panas yang dilepaskan oleh sebuah televisi.


7/30

Reservoir yang menyuplai energi disebut dengan saurce dan reservoir yang menyerap energi

disebut dengan sink.

2.3 Mesin Kalor (Heat Engines)

Mesin kalor adalah sebutan untuk alat yang berfungsi mengubahenergi

panas menjadienergi mekanik.

Sebuah mesin kalor dapat di karakteristikkan sebagai berikut:

1. Mesin kalor menerima panas dari source bertemperatur tinggi (energi matahari,

bahan bakar, reaktor nuklir, dll)

2. Mesin kalor mengkonvensi sebagian panas menjadi kerja (umumnya dalam

bentuk poros yang berputar.

3.

Mesin kalor membuang sisa panas ke sink bertemperatur rendah.

4. Mesin kalor beroperasi dalam sebuah siklus.

Sebuah alat produksi kerja yang paling tepat mewakili definisi dari mesin kalor adalah

pembangkit listrik tenaga air, yang merupakan mesin pembakaran luar dimana fluida kerja

mengalami siklus termodinamika yang lengkap.

Mesin kalor, sebagai contoh seperti motor bakar atau mesin letup pada mobil, adalah

suatu alat/sistem yang berfungsi untuk mengubah energi kalor/energipanas menjadi energi

usaha/energi mekanik.

. Ciri utama mesin kalor atau mesin panas adalah sebagai berikut:

1. Berlangsung secaraberulang (siklus),

2. Hasil yang diharapkan dari siklus mesin ini adalah usaha mekanik,

3. Usaha ini merupakan hasil konversi dari kalor yang diserap dari reservoar panas,

Tidak semua kalor yang keluar dan terambil dari reservoar panas dapat

dikonversikan menjadi usaha mekanik. Ada yang dibuang ke reservoar dingin dalam

bentuk kalorpada suhu rendah.
http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_panas&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_panas&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_mekanik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_mekanik&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_panas&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Energi_panas&action=edit&redlink=1


8/30

Pernyataan Kelvin-Plank Untuk Mesin Kalor

Melihat karaktristik dari sebuah mesin kalor, maka tidak ada sebuah mesin kalor yang

dapat mengubah semua panas yang diterima kemudian mengubahnya semua menjadi kerja.

Pernyataan tersebut dimuat sebuah pernyataan oleh Kelvin-Plank yang berbunyi;

Adalah tidak mungkin untuk sebuah alat atau mesin yang beroperasi dalam sebuah

siklus yang menerima panas dari sebuah reservoir tunggal dan memproduksi sejumlah kerja

bersih.

Pernyataan diatas hanya diperuntukkan pada mesin kalor, dapat diartikan

sebagai tidak ada sebuah mesin/al at yang bekerja dalam sebuah sik lus menerima panas

dari reservoir bertemperatur tinggi dan mengubah panas tersebut selu ruhnya menjadi kerj a

bersih. Atau dengan kata lain tidak ada sebuah mesin kalor yang mempunyai efi siensi

100%.

2.2.1 Mesin Diesel

Mesin diesel adalah sejenismesin pembakaran dalam lebih spesifik lagi, sebuahmesin

pemicu kompresi (pemberi tekanan yang tinggi ), dimanabahan bakardinyalakan oleh

suhu tinggigas yang dikompresi, dan bukan oleh alatberenergi lain (sepertibusi).

Mesin ini ditemukan pada tahun1892 olehRudolf Diesel, yang

menerimapatenpada23 Februari1893. Diesel menginginkan sebuah mesin untuk dapat

digunakan dengan berbagai macam bahan bakar termasuk debu batu bara. Dia

mempertunjukkannya pada Exposition Universelle (Pameran Dunia) tahun1900 dengan

menggunakan minyak kacang (lihatbiodiesel). Kemudian diperbaiki dan disempurnakan

olehCharles F. Kettering.II.SIKLUS DIESEL

Berbeda dengan mesin bensin(Otto), pembakaran gas dilakukan dengan memberikan

kompresi hingga tekanannya tinggi. Untuk perbandingan tekanan yang sama , mesin Otto

mempunyai efisiensi yang lebih besar dibandingkan dengan mesin Diesel karena itu diesel

bekerja pada perbandingan tekanan yang tinggi untuk mencapai efisiensi yang tinggi.
http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_pembakaran_dalamhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Mesin_pemicu_kompresi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Mesin_pemicu_kompresi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Bahan_bakarhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Nyala&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Suhuhttp://id.wikipedia.org/wiki/Gashttp://id.wikipedia.org/wiki/Energihttp://id.wikipedia.org/wiki/Busihttp://id.wikipedia.org/wiki/1892http://id.wikipedia.org/wiki/Rudolf_Dieselhttp://id.wikipedia.org/wiki/Patenhttp://id.wikipedia.org/wiki/23_Februarihttp://id.wikipedia.org/wiki/1893http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pameran_Dunia&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/1900http://id.wikipedia.org/wiki/Biodieselhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Charles_F._Kettering&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Charles_F._Kettering&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Biodieselhttp://id.wikipedia.org/wiki/1900http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pameran_Dunia&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/1893http://id.wikipedia.org/wiki/23_Februarihttp://id.wikipedia.org/wiki/Patenhttp://id.wikipedia.org/wiki/Rudolf_Dieselhttp://id.wikipedia.org/wiki/1892http://id.wikipedia.org/wiki/Busihttp://id.wikipedia.org/wiki/Energihttp://id.wikipedia.org/wiki/Gashttp://id.wikipedia.org/wiki/Suhuhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Nyala&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Bahan_bakarhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Mesin_pemicu_kompresi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Mesin_pemicu_kompresi&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_pembakaran_dalam


9/30

Prinsip Kerja Mesin Diesel

Prinsip kerja mesin diesel adalah merubah energi kimia menjadi energi mekanis.

Energi kimia di dapatkan melalui proses reakasi kimia (pembakaran) dari bahan bakar (solar)

dan oksidiser (udara) di dalam silinder (ruang bakar).Pada mesin diesel ruang bakarnya bisa

terdiri dari satu atau lebih tergantung pada penggunaannya dan dalam satu silinder dapat

terdiri dari satu atau dua torak. Pada umumnya dalam satu silinder motor diesel hanya

memiliki satu torak.

Tekanan gas hasil pembakaran bahan bakar dan udara akan mendorong torak yang

dihubungkan dengan poros engkol menggunakan batang torak, sehingga torak dapat bergerak

bolak-balik (reciprocating). Gerak bolak-balik torak akan diubah menjadi gerak rotasi oleh

poros engkol (crank shaft). Dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol juga diubah menjadi

gerak bolak-balik torak pada langkah kompresi.

Berdasarkan cara menganalisa sistim kerjanya, motor diesel dibedakan menjadi dua,yaitu motor diesel yang menggunakan sistim airless injection (solid injection) yang dianalisa

dengan siklus dual dan motor diesel yang menggunakan sistim air injection yang dianalisa

dengan siklus diesel.

Pada mesin Diesel, dibuat ruangan sedemikian rupa sehigga pada ruang itu akan

terjadi peningkatan suhu hingga mencapai titik nyala yang sanggup membakar minyak


10/30

bahan bakar. Pemampatan yang biasanya digunakan hingga mencapai kondisi terbakar itu

biasanya 18 hingga 25 kali dari volume ruangan normal. Sementara suhunya bisa naik

mencapai 500C .

Cara kerjanya mudah, minyak solar yang sudah dicampur udara disemprotkan ke

dalam ruangan yang telah mampat dan bersuhu tinggi, sehingga dapat langsung membuat

kabut solar tadi meledak dan mendorong piston yang kemudian akan menggerakkan

poros-poros roda, singkatnya menjadi TENAGA. Kejadian ini berulang-ulang dan tenaga

yang muncul pun dapat dimanfaatkan untuk menggerakkan mobil, generator listrik, dan

sebagainya.

Siklus Mesin Diesel

Gambar 1. Siklus Mesin diesel

Diagram ini menunjukkan siklus diesel ideal. Mula-mula udara ditekan secara

adiabatik (Penekanan secara adiabatik menyebabkan suhu dan tekanan udara meningkat)

(a-b), lalu dipanaskan pada tekanan konstan penyuntik alias injector menyemprotkan solar

dan terjadilah pembakaran (Karena suhu dan tekanan udara sudah sangat tinggi maka ketikasolar disemprotkan ke dalam silinder, solar langsung terbakar Tidak perlu pakai busi lagi)

(b-c), gas yang terbakar mengalami pemuaian adiabatik (c-d), pendinginan pada volume

konstan gas yang terbakar dibuang ke pipa pembuangan dan udara yang baru, masuk ke

silinder v (d-a) Dari grafik ini, tampak bahwa untuk proses yang terjadi secara terus menerus

(siklus), selalu ada kalor yang terbuang. Hal ini sesuai dengan penyataan Kelvin-Planck.


11/30

Dapat disimpulkan bahwa setiap mesin kalor pada dasarnya memiliki zat kerja

tertentu. Zat kerja untuk mesin diesel adalah udara dan solar. Zat kerja biasanya menyerap

kalor pada suhu yang tinggi (QH), melakukan usaha alias kerja (W), lalu membuang kalor sisa

pada suhu yang lebih rendah (QL). Karena si energi kekal, maka QH = W + QL.

Karena efisiensi 100 % tidak bisa dicapaioleh mesin maka kita bisa menyimpulkan

bahwa tidak mungkin semua kalor masukan (QH) digunakan untuk melakukan kerja. Pasti ada

kalor yang terbuang (QL). Hal ini sesuai dengan hukum kedua termodinamika yaitu :

Tidak mungkin ada mesin kalor (yang bekerja dalam suatu siklus) yang dapat mengubah

semua kalor alias panas menjadi kerja seluruhnya(Hukum kedua termodinamika

pernyataan Kelvin-Planck). Aplikasi yang menggunakan mesin diesel yaitu mesin genset,

kendaraan bermotor seperti bus, mobil serta alat transportasi lainnya. Mesin diesel juga

dipakai untuk pembangkit listrik yang menghsilkan tegangan dalam jumlah besar.

2.2.2 Mesin Bensin

Mesin dua tak adalah mesin yang memerlukan dua kali gerakan piston naik turun

untuk sekali pembakaran (agar diperoleh tenaga). Mesin tersebut banyak digunakan pada

motor-motor kecil. Mesin dua tak menghasilkan asap sebagai sisa pembakaran dari oli

pelumas. Mesin empat tak memerlukan empat kali gerakan piston untuk sekali pembakaran.

Pada motor-motor besar biasa menggunakan mesin empat tak. Akan tetapi, sekarang banyak

motor-motor kecil bermesin empat tak. Mesin jenis ini sedikit menghasilkan sisa pembakaran

karena bahan bakarnya hanya bensin murni.

Sistem-sistem dalam mesin bensin mencakup :

* Sistem bahan bakar (fuel system).

* Sistem pengapian (ignition system).

* Sistem pemasukan udara dalam ruang bakar (intake system).

* Sistem pembuangan udara hasil pembakaran (exhaust system).* Sistem katup (valve mechanism)

* Sistem pelumasan (lubricating system)

* Sistem pendinginan (cooling system).

* Sistem penyalaan (starting system).


12/30

Gambar 2. Siklus Mesin Bensin (Siklus Otto)

Campuran udara dan uap bensin masuk ke dalam silinder (a). Selanjutnya campuran

udara dan uap bensin ditekan secara adiabatik (a-b). Perhatikan bahwa volume silinder

berkurang Campuran udara dan uap bensin dipanaskan pada volume konstan campuran

dibakar (b-c). Gas yang terbakar mengalami pemuaian adiabatik (c-d). Pendinginan pada

volume konstangas yang terbakar dibuang ke pipa pembuangan dan campuran udara + uap

bensin yang baru, masuk ke silinder (d-a).

Proses pembakaran pada tekanan yang tinggi akan menghasilkan suhu dan tekanan

(P = F/A) yang sangat besar. Akibatnya gaya dorong (F = PA) yang dihasilkan selama proses
http://2.bp.blogspot.com/_JY4AeoJG-vE/TL1ZHy3jvdI/AAAAAAAAACE/HgzPRDc1MiM/s1600/hukum-kedua-termodinamik-5.jpghttp://4.bp.blogspot.com/-aCY3_-f3yzE/UohKy2iKigI/AAAAAAAAAFk/U9SgU47dfEg/s1600/otto-cycle-1.gifhttp://2.bp.blogspot.com/_JY4AeoJG-vE/TL1ZHy3jvdI/AAAAAAAAACE/HgzPRDc1MiM/s1600/hukum-kedua-termodinamik-5.jpghttp://4.bp.blogspot.com/-aCY3_-f3yzE/UohKy2iKigI/AAAAAAAAAFk/U9SgU47dfEg/s1600/otto-cycle-1.gif


13/30

pemuaian menjadi sangat besar. Mesin motor atau mobil menjadi lebih bertenaga. Walaupun

tidak ditekan, campuran udara dan uap bensin bisa terbakar ketika busi memercikkan bunga

api. Tapi suhu dan tekanan gas yang terbakar tidak terlalu tinggi sehingga gaya dorong yang

dihasilkan juga kecil. Akibatnya mesin menjadi kurang bertenaga.

Proses perubahan bentuk energi dan perpindahan energi pada mesin pembakaran

dalam empat langkah di atas bisa dijelaskan seperti ini : Ketika terjadi proses pembakaran,

energi potensial kimia dalam bensin + energi dalam udara berubah menjadi kalor alias panas.

Sebagian kalor berubah menjadi energi mekanik batang piston dan poros engkol, sebagian

kalor dibuang melalui pipa pembuangan (knalpot). Sebagian besar energi mekanik batang

piston dan poros engkol berubah menjadi energi mekanik kendaraan (kendaraan bergerak),

sebagian kecil berubah menjadi kalor alias panas sedangkan panas timbul akibat adanya

gesekan. Secara termodinamika, siklus Otto memiliki 4 buah proses termodinamika yang

terdiri dari 2 buah proses isokhorik (volume tetap) dan 2 buah proses adiabatis (kalor tetap).

2.3.1 Pompa Kalor

Pompa kalor (heat pump) adalah mesin yang memindahkanpanas dari satu lokasi (atau

sumber) ke lokasi lainnya menggunakankerja mekanis. Sebagian besar teknologi pompa kalor

memindahkan panas dari sumber panas yang bertemperatur rendah ke lokasi bertemperatur

lebih tinggi. Contoh yang paling umum adalah lemari es, freezer, pendingin ruangan, dan

sebagainya. Contoh lain adalah dalam mesin pembangkit tenaga listrik. Pada banyak

penggunaan, untuk mesin yang sama dapat dipakai sebagai refrigerator dan juga sebagai

pompa kalor. Pada beberapa situasi, baik efek pendinginan pada satu tingkat temperatur

maupun efek pemanasan pada temperatur lain bisa saja dinginkan, dan dengan demikian

sistem akan beroperasi serentak sebagai mesin refrigerasi dan sebagai pompa kalor.

Pompa panas pada dasarnya adalah sebuah refrigerator yang digunakan untuk memompa

energi termal dari tandon dingin (udara dingin) ke tandon panas (udara panas). Tandon panas

merupakan sistem ideal dengan kapasitor panas yang demikian besar sehingga dapat

menyerap atau memberikan panas tanpa perubahan temperatur yang berarti.

Sistem pompa kalor itu tidak hanya berfungsi untuk mendinginkan atau mempertahankan

temperatur sumber kalor yang rendah. Tetapi juga dapat mengalirkan energi kalor ke suatu
http://id.wikipedia.org/wiki/Panashttp://id.wikipedia.org/wiki/Kerja_mekanishttp://id.wikipedia.org/wiki/Temperaturhttp://id.wikipedia.org/wiki/Lemari_eshttp://id.wikipedia.org/wiki/Lemari_eshttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pendingin_ruangan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pendingin_ruangan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pendingin_ruangan&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Lemari_eshttp://id.wikipedia.org/wiki/Lemari_eshttp://id.wikipedia.org/wiki/Temperaturhttp://id.wikipedia.org/wiki/Temperaturhttp://id.wikipedia.org/wiki/Kerja_mekanishttp://id.wikipedia.org/wiki/Kerja_mekanishttp://id.wikipedia.org/wiki/Panashttp://id.wikipedia.org/wiki/Panas


14/30

benda atau penyerap kalor untuk menaikkan temperatur atau mempertahankan

temperaturnya pada tingkat yang tinggi secara baik. Dalam ilmu termodinamika,

refrigerator dan pompa kalor (heat pump) relatif sama.

Gambar 3. Perbedaan Cara Kerja Mesin Pemanas dan Refrigerator

Perhatikan pada gambar 6(a), Q1 adalah total kalor yang diambil dari reservoar panas

selama satu siklus, bertanda positif karena kalor masuk kedalam sistem (siklus). Sedangkan W

adalah usaha yang dilakukan oleh sistem selama satu siklus, bertanda negatif karena sistem

melakukan usaha terhadap lingkungan. Selanjutnya kalor Q adalah kalor yang mengalir darisistem ke reservoar dingin.

Untuk mesin pendingin, prinsip kerjanya adalah merupakan kebalikan dari mesin

pemanas, seperti ditunjukkan pada gambar 6(b). Tanda Q2 dan W pada gambar ini adalah

kebalikan dari gambar 6(a).

Hukum Termodinamika II Pernyataan Clausius Untuk Pompa Kalor

Terdapat dua pernyataan dari hukum termodinamika kedua pernyataan kelvin-plank

yang diperuntukkan untuk mesin kalor, dan pernyataan clausius yang diperuntukkan untuk

mesin pendingin/pompa kalor. Pernyataan clausis dapat diungkapkan sebagai berikut:


15/30

Adalah tidak mungkin membuat sebuah alat yang beroperasi dalam sebuah sik lus tanpa

adanya efek dar i luar untuk mentransfer panas dari media bertemperatur rendah kemedia

bertemperatur tinggi.

Telah kita ketahui bahwa panas akan berpindah dari media bertemperatur tinggi

kemedia bertemperatur rendah. Pernyataan clausis tidak mengimplikasikan bahwa membuat

sebuah alat siklus yang dapat memindahkan panas dari terperatur rendah ke media

bertemperatur tinggi adalah tidak mungkin dibuat. Hal tersebut dapat terjadi asalkan ada

efek luar yang dalam kasus tersebut dilakukan kompresor yang mendapat energi dari

energi listrik.

2.3.1 Air Conditioner (Gambar Siklus, Penjelasan prosesnya a ke b ke c), alat yang

terlibat

Air Conditioner (AC) merupakan sebuah alat yang digunakan untuk pengkondisian

udara didalam ruangan. Berikut adalah prinsip kerja Air Conditioner (AC) yang sebenarnya

punya prinsip sama dengan Lemari Es yang Anda punya di rumah.

Prinsip kerja AC mirip seperti lemari es, AC beroperasi untuk mentransfer kalor keluar

dari lingkungan yang sejuk kelingkungan yang hangat. Meskipun mirip namun perincian

perancangan sebenarnya berbeda karena penyejuk udara mengambil kalor QL dari dalam

ruangan atau gedung pada temperatur rendah , dan membuang kalor Qh keluar lingkungan

pada temperatur yang tinggi.

Alat pada AC itu terdiri dari pompa compressor, evaporator, penukar panas, dan katup

pemuaian dan prinsip kerja siklus pendinginan udara dapat dilihat pada gambar.


16/30

Secara garis besar prinsip kerja air conditioner adalah sebagai berikut:

1. Udara di dalam ruangan dihisap oleh kipas sentrifugal yang ada dalam

evaporator dan udara bersentuhan dengan pipa coil yang berisi cairan

refrigerant. Dalam hal ini refrigerant akan menyerap panas udara sehingga

udara menjadi dingin dan refrigerant akan menguap dan dikumpulkan dalam

penampung uap.

2.

Tekanan uap yang berasal dari evaporator disirkulasikan menuju kondensor,

selama proses kompresi berlangsung, temperatur dan tekanan uap refrigerant

menjadi naik dan ditekan masuk ke dalam kondensor.

3. Untuk menurunkan tekanan cairan refrigerant yang bertekanan tinggi

digunakan katup ekspansi untuk mengatur laju aliran refrigerant yang masuk

dalam evaporator.

4. Pada saat udara keluar dari condensor udara menjadi panas. Uap refrigerant

memberikan panas kepada udara pendingin dalam condensor menjadi embun

pada pipa kapiler. Dalam mengeluarkan panas pada condensor, dibantu oleh

kipas propeller.

5. Pada sirkulasi udara dingin terus-menerus dalam ruangan, maka perlu adanya

thermostat untuk mengatur suhu dalam ruangan atau sesuai dengan keinginan.


17/30

6. Udara dalam ruang menjadi lebih dingin dibanding diluar ruangan sebab udara

di dalam ruangan dihisap oleh sentrifugal yang terdapat pada evaporator

kemudian terjadi udara bersentuhan dengan pipa/coill evaporator yang

didalamnya terdapat gas pendingin (freon). Di sini terjadi perpindahan panas

sehingga suhu udara dalam ruangan relatif dingin dari sebelumnya.

7. Suhu di luar ruangan lebih panas dibanding di dalam ruangan, sebab udara

yang di dalam ruangan yang dihisap oleh kipas sentrifugal dan bersentuhan

dengan evaporator, serta dibantu dengan komponen AC lainnya, kemudian

udara dalam ruangan dikeluarkan oleh kipas udara kondensor. Dalam hal ini

udara di luar ruangan dapat dihisap oleh kipas sentrifugal dan masuknya udara

melalui kisi-kisi yang terdapat pada AC.

8.

Gas refrigerant bersuhu tinggi saat akhir kompresi di condensor dengan mudah

dicairkan dengan udara pendingin pada sistem air cooled atau uap refrigerant

menyerap panas udara pendingin dalam condensor sehingga mengembun dan

menjadi cairan di luar pipa evaporator.

9. Karena air atau udara pendingin menyerap panas dari refrigerant, maka air atau

udara tersebut menjadi panas pada waktu keluar dari kondensor. Uap

refrigerant yang sudah menjadi cair ini, kemudian dialirkan ke dalam pipa

evaporator melalui katup ekspansi. Kejadian ini akan berulang kembali seperti

di atas.

10.Dan sebagai cairan yang bersifat sebagai penghantar dari kalor yang terdapat

pada udara adalah freon (diantaranya CCl2F2). Pada gambar diatas di sebelah

kiri mengandung freon yang bersuhu rendah dan tekanan rendah sedangkan sisi

kanan mengandung suhu yang tinggi dan tekanan tinggi.

Jadi intinya prinsip pendinginan udara pada AC melibatkan siklus refrigerasi, yakni

udara didinginkan oleh refrigerant/pendingin (biasanya freon), lalu freon ditekan

menggunakan kompresor sampai tekanan dan suhunya naik, kemudian didinginkan oleh udara

lingkungan sehingga mencair. Proses tersebut diatas berjalan berulang-ulang sehingga menjadi

suatu siklus yang disebut siklus pendinginan pada udara yang berfungsi mengambil kalor dari

udara dan membebaskan kalor ini ke tempat lain semisal di luar ruangan.


18/30

Kalor secara alami mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah. Penyejuk

udara melakukan kerja untuk melakukan yang sebaliknya (membuat kalor mengalir dari

dingin ke panas). Kita bisa mengatakan bahwa penyejuk udara memompa kalor dari daerah

dingin kedaerah yang lebih panas, melawan kecenderungan alami kalor untuk mengalir dari

panas ke dingin, sebagaimana air dapat di pompa menaiki bukit, melawan kecenderungan

alami untuk mengalir ke bawah bukit.

Prinsip Kerja AC

Prinsip kerja AC dapat dibagi 3 bagian :

1. Kerja bahan pendingin, Setelah ke dalam kompresor diisi gas freon , maka gas itu

dapat dikeluarkan kembali dari silinder oleh kompresor untuk diteruskan ke

kondensor, setelah itu menuju saringan, setelah itu menuju ke pipa kapiler dan akan

mengalami penahanan. Adanya penahanan ini akan menimbulkan suatu tekanan di

dalam pipa kondensor. Sebagai akibatnya gas tersebut menjadi cairan di dalam pipa

kondensor.Dari pipa kapiler cairan tersebut terus ke evaporator dan terus menguap

untuk menyerap panas.Setelah menjadi gas terus dihisap lagi ke kompresor.Demilian

siklus kembali terulang.

2. Kerja Aliran Udara, kerja aliran udara ada 2 bagian yang terpisah yaitu : bagian muka

atau bagian depan dan bagian belakang atau bagian yang panas. Bagian depan bagian

dari evaporator merupakan bagian dingin, dimana fan menghembuskan udara meniup

evaporator sehingga udara yang keluar dari bagian depan udara dingin. Sedangkan

bagian belakang fan meniup kondensor untuk mendinginkan sehingga udara yang

keluar udara panas dari kondensor.

3. Kerja Alat-alat Listrik, Alat-alat listrik dari AC adalah bagian-bagian yang paling

banyak variasinya dan paling banyak menimbulkan gangguan-gangguan. Pada

prinsipnya dapat dibagi dalam 2 bagian : fan motor dan kompresor dengan alat-alat

pengaman dan pengaturnya.

2.3.2. Kulkas (Gambar Siklus, Penjelasan prosesnya a ke b ke c), alat yang terlibat

Lemari Es merupakan kebalikan mesin kalor. Lemari Es beroperasi untuk

mentransfer kalor keluar dari lingkungan yang sejuk kelingkungn yang hangat.Dengan

melakukan kerja W, kalor diambil dari daerah temperatur rendah TL (katakanlah, di dalam


19/30

lemari Es), dan kalor yang jumlahnya lebih besar dikeluarkan pada temperatur tinggi Th

(ruangan).

Sistem lemari Es yang khas, motor kompresor memaksa gas pada temperatur tinggi

melalui penukar kalor (kondensor) di dinding luar lemari Es dimana Qh dikeluarkan dan gas

mendingin untuk menjadi cair. Cairan lewat dari daerah yang bertekanan tinggi , melalui

katup, ke tabung tekanan rendah di dinding dalam lemari es, cairan tersebut menguap pada

tekanan yang lebih rendah ini dan kemudian menyerap kalor (QL) dari bagian dalam lemari

es. Fluida kembali ke kompresor dimana siklus dimulai kembali.

Lemari Es yang sempurna (yang tidak membutuhkan kerja untuk mengambil

kalor dari daerah temperatur rendah ke temperatur tinggi) tidak mungkina ada.Ini

merupakan pernyataan Clausius mengenai hukum Termodinamika kedua.Kalor tidak

mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas.Dengan demikian tidak aka

nada lemari Es yang sempurna.

SIKLUS KULKAS
http://1.bp.blogspot.com/-5S6w7kVBSjw/TbQns3rsnUI/AAAAAAAAAOA/Fy8DldUnT9I/s1600/Siklus+Refrigerasi.jpghttp://1.bp.blogspot.com/-5S6w7kVBSjw/TbQns3rsnUI/AAAAAAAAAOA/Fy8DldUnT9I/s1600/Siklus+Refrigerasi.jpg


20/30

Penjelasan Siklus Refrigerasi:

A-B : Un-useful superheat (kenaikan temperatur yang menambah beban kompresor).

Sebisa mungkin dihindari kontak langsung antara pipa dan udara sekitarnya dengan

cara menginsulasi pipa suction.

B-C : proses kompresi (gas refrigerant bertekanan dan temperatur rendah dinaikkan

tekanannya sehingga temperaturnya lebih tinggi dari media pendingin di kondenser.

Pada proses kompresi ini refrigerant mengalami superheat yang sangat tinggi.

C-D : Proses de-superheating (temperatur refrigeran mengalami pemurunan, tetapi

tidak mengalami perubahan wujud, refrigeran masih dalam bentuk gas)

D-E : Proses kondensasi (terjadi perubahan wujud refrigeran dari gas menjadi cair

tanpa merubah temperaturnya. E-F : Proses sub-cooling di kondenser ( refrigeran yang sudah dalam bentuk cair masih

membuang kalor ke udara sekitar sehingga mengalami penurunan temperatur). Sangat

berguna untuk memastikan refrigeran dalam keadaan cair sempurna.

F-G : Proses sub-cooling di pipa liquid (Refrigeran cair masih mengalami penurunan

temperatur karena temperaturnya masih diatas temperatur udara sekitar). Pipa liquid

line tidak diinsulasi, agar terjadi perpindahan kalor ke udara, tujuannya untuk

menambah kapasitas refrigerasi. (Note: dalam beberapa kasus pipa liquid harus

diinsulasi, nanti dijelaskan dalam pembahasan khusus).

G-H : Proses ekspansi/penurunan tekanan (Refrigeran dalam bentuk cair diturunkan

tekanannya sehingga temperatur saturasinya berada dibawah temperatur ruangan yang

didinginkan, tujuannya agar refrigeran cair mudah menguap di evaporator dengan cara

menyerap kalor dari udara yang dilewatkan ke evaporator)

Terjadi perubahan wujud refrigeran dari cair menjadi bubble gas sekitar 23% karena

penurunan tekanan ini. Jadi refrigeran yang keluar dari katup ekspansi / masuk ke

Evaporator dalam bentuk campuran sekitar 77% cairan dan 23% bubble gas.

H-I : Proses evaporasi (refrigeran yang bertemperatur rendah menyerap kalor dari

udara yang dilewatkan ke evaporator. Terjadi perubahan wujud refrigeran dari cair

menjadi gas. Terjadi juga penurunan temperatur udara keluar dari evaporator karena

kalor dari udara diserap oleh refrigeran)


21/30

I-A : Proses superheat di evaporator: Gas refrigeran bertemperatur rendah masih

menyerap kalor dari udara karena temperaturnya yang masih dibawah temperatur

udara. Temperatur refrigeran mengalami kenaikan). Superheat ini berguna untuk

memastikan refrigeran dalam bentuk gas sempurna sebelum masuk ke Kompresor.

Perbandingan Mesin Kalor dan Pompa Kalor

Dalam ilmu termodinamika, refrigerator dan pompa kalor (heat pump) relatif sama.

Perbedaannya, terletak hanya pada proses kerjanya. Mesin kalor adalah alat yang berfungsi

untuk mengubah energi panas menjadi energi mekanik. Misalnya pada mesin mobil, energi

panas hasil pembakaran bahan bakar diubah menjadi energi gerak mobil. Tetapi, dalam semua

mesin kalor kita ketahui bahwa pengubahan energi panas ke energi mekanik selalu disertai

pengeluaran gas buang, yang membawa sejumlah energi panas. Dengan demikian, hanya

sebagian energi panas hasil pembakaran bahan bakar yang

Mesin kalor membuat energi mengalir dari lokasi yang lebih panas ke lokasi yang

lebih dingin, menghasilkan fraksi dari proses tersebut sebagai kerja. Kebalikannya, pompa

kalor membutuhkan kerja untuk memindahkan energi termal dari lokasi yang lebih dingin ke

lokasi yang lebih panas.

Air condtioner pada dasarnya adalah sebuah mesin pendingin tetapi yang didinginkan

disini bukan ruang refrigerasi melainkan sebuah ruangan/gedung atau yang lain.

2.4. Mesin Uap (Bolak-Balik)

Terdapat dua jenis mesin uap, yakni mesin uap tipe bolak balik dan mesin uap turbin

(turbin uap). Rancangan alatnya sedikit berbeda tetapi kedua jenis mesin uap ini mempunyai

kesamaan, yakni menggunakan uap yang dipanaskanoleh pembakaran minyak, gas, batu bara

atau menggunakan energi nuklir.


22/30

Air dalam wadah biasanya dipanaskan pada tekanan yang tinggi. Karena dipanaskan pada

tekanan yang tinggi maka proses pendidihan air terjadi pada suhu yang tinggi (ingat

pembahasan mengenai pendidihanTeori kinetik gas). Biasanya air mendidih (air mendidih =

air berubah menjadi uap) sekitar suhu 500oC .Suhu berbanding lurus dengan tekanan.

Semakin tinggi suhu uap, semakin besar tekanan uap. Uap bersuhu tinggi atau uap bertekanan

tinggi tersebut bergerak melewati katup masukan dan memuai terhadap piston. Ketika

memuai, uap mendorong piston sehingga piston meluncur ke kanan. Dalam hal ini, sebagian

kalor alias panas pada uap berubah menjadi energi kinetik (uap melakukan kerja terhadap

pistonW = Fs). Pada saat piston bergerak ke kanan, roda yang dihubungkan dengan pistonberputar (1). Setelah melakukan setengah putaran, roda menekan piston kembali ke posisinya

semula (2). Ketika piston bergerak ke kiri, katup masukan dengan sendirinya tertutup,

sebaliknya katup pembuangan dengan sendirinya terbuka. Uap tersebut dikondensasi oleh

kondensor sehingga berubah menjadi embun (embun = air yang berasal dari uap). Selanjutnya,

air yang ada di dalam kondensor dipompa kembali ke wadah untuk dididihkan lagi. Demikian

seterusnya, Karena prosesnya terjadi secara berulang-ulang maka piston bergerak ke kanan

dan ke kiri secara terus menerus. Karena piston bergerak ke kanan dan ke kiri secara terus

menerus maka roda pun berputar secara terus menerus. Putaran roda biasanya digunakan

untuk menggerakan sesuata(roda,dll)

Proses perubahan bentuk energi dan perpindahan energi pada mesin uap tipe bolak balik di

atas bisa dijelaskan seperti ini : Bahan bakar fosil (batu bara/minyak/gas) memiliki energi

potensial kimia. Ketika bahan bakar fosil dibakar, energi potensial kimia berubah bentuk
http://4.bp.blogspot.com/_s_miAfkTQCI/SwjAD9fGScI/AAAAAAAAAAc/PrYISZbKduE/s1600/ga.bmp


23/30

menjadi kalor alias panas. Kalor alias panas yang diperoleh dari hasil pembakaran bahan

bakar fosil digunakan untuk memanaskan air (kalor berpindah menuju air dan uap).

Selanjutnya sebagian kalor pada uap berubah bentuk menjadi energi kinetik translasi piston,

sebagian lagi diubah menjadi energi dalam air. Sebagian besar energi kinetik translasi piston

berubah menjadi energi kinetik rotasi roda pemutar, sebagian kecil berubah menjadi kalor

alias panas (kalor alias panas timbul akibat adanya gesekan antara piston dengan silinder).

Jika digunakan untuk membangkitkan listrik maka energi kinetik rotasi roda pemutar bentuk

menjadi energi listrik.

2.5 Turbin Uap

Pada dasarnya prinsip kerja turbin uap sama dengan mesin uap tipe bolak balik.

Bedanya mesin uap tipe bolak balik menggunakan piston, sedangkan turbin uap menggunakan

turbin. Pada mesin uap tipe bolak balik, kalor diubah terlebih dahulu menjadi energi kinetik

translasi piston. Setelah itu energi kinetik translasi piston diubah menjadi energi kinetik rotasi

roda pemutar. sedangkan, pada turbin uap, kalor langsung diubah menjadi energi kinetik rotasi

turbin.Turbin bisa berputar akibat adanya perbedaan tekanan. Suhu uap sebelah atas bilah jauh

lebih besar daripada suhu uap sebelah bawah bilah (bilah tuh lempeng tipis yang ada di tengah

turbin). Ingat ya, suhu berbading lurus dengan tekanan. Karena suhu uap pada sebelah atas

bilah lebih besar dari suhu uap pada sebelah bawah bilah maka tekanan uap pada sebelah atas

bilah lebih besar daripada tekanan uap pada sebelah bawah bilah. Adanya perbedaan tekanan

menyebabkan si uap mendorong bilah ke bawah sehingga turbin berputar. Arah putaran turbin

tampak seperti gambar di bawah

Perlu diketahui bahwa prinsip kerja mesin uap didasarkan pada diagram perpindahan

energi yang telah dijelaskan di atas. Dalam hal ini, energi mekanik bisa dihasilkan apabila kita
http://1.bp.blogspot.com/_s_miAfkTQCI/SwjA9evh0vI/AAAAAAAAAAk/pwHm5svJZtk/s1600/ki.bmp


24/30

membiarkan kalor mengalir dari benda atau tempat bersuhu tinggi menuju benda atau tempat

bersuhu rendah. Dengan demikian,perbedaan suhusangat diperlukan pada mesin uap.

Apabila diperhatikan cara kerja mesin uap tipe bolak balik, tampak bahwa piston tetap

bisa bergerak ke kanan dan ke kiri walaupun tidak ada perbedaan suhu (tidak ada kondensor

dan pompa). Piston bisa bergerak ke kanan akibat adanya pemuaian uap bersuhu tinggi atau

uap bertekanan tinggi. Dalam hal ini, sebagian kalor pada uap berubah menjadi energi

kinetik translasi piston. Energi kinetik translasi piston kemudian berubah menjadi energi

kinetik rotasi roda pemutar. Setelah melakukan setengah putaran, roda akan menekan piston

kembali ke kiri. Ketika roda menekan piston kembali ke kiri, energi kinetik rotasi roda

berubah lagi menjadi energi kinetik translasi piston. Ketika piston bergerak ke kiri, piston

mendorong uap yang ada dalam silinder. Pada saat yang sama, katup pembuangan terbuka.

Dengan demikian, uap yang didorong piston tadi akan mendorong temannya ada di sebelah

bawah katup pembuangan. sedangkan, apabila suhu uap yang berada di sebelah bawah

katup pembuangan = suhu uap yang didorong piston, maka semua energi kinetik translasi

piston akan berubah lagi menjadi energi dalam uap. Energi dalam berbanding lurus dengan

suhu. Jika energi dalam uap bertambah maka suhu uap meningkat. Suhu berbanding lurus

dengan tekanan. Jika suhu uap meningkat maka tekanan uap juga meningkat. Dengan

demikian, tekanan uap yang dibuang melalui katup pembuangan = tekanan uap yang masuk

melalui katup masukan. Piston akan tetap bergerak ke kanan dan ke kiri seterusnya tetapi tidak

akan ada energi kinetik total yang bisa dimanfaatkan (tidak ada kerja total yang dihasilkan).

Jadi energi kinetik yang diterima oleh piston selama proses pemuaian (piston bergerak ke

kanan) akan dikembalikan lagi kepada uap selama proses penekanan (piston bergerak ke kiri).

Siklus Termo Dalam Mesin Uap

Siklus Rankine(siklus dalam mesin uap) adalahsiklus termodinamika yang

mengubahpanas menjadikerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang

biasanya menggunakanair sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan 80% dari

seluruh energilistrik yang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini dinamai untuk mengenang

ilmuwanSkotlandia,William John Maqcuorn Rankine.
http://id.wikipedia.org/wiki/Siklus_termodinamikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Panashttp://id.wikipedia.org/wiki/Usaha_mekanikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Airhttp://id.wikipedia.org/wiki/Listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Skotlandiahttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=William_John_Maqcuorn_Rankine&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=William_John_Maqcuorn_Rankine&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Skotlandiahttp://id.wikipedia.org/wiki/Listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Airhttp://id.wikipedia.org/wiki/Usaha_mekanikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Panashttp://id.wikipedia.org/wiki/Siklus_termodinamika


25/30

Siklus Rankine adalah model operasimesin uappanas yang secara umum ditemukan

dipembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine adalahbatu bara,gas

alam,minyak bumi,nuklir,danpanas matahari.

Siklus Rankine terkadang diaplikasikan sebagaisiklus Carnot, terutama dalam

menghitungefisiensi.Perbedaannya hanyalah siklus ini menggunakan fluida yang bertekanan,

bukangas. Efisiensi siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpatekanan yang

mengarah pada keadaansuper kritis,rangetemperatur akan cukup kecil. Uap memasuki turbin

pada temperatur 565 oC (batas ketahananstainless steel)dankondenserbertemperatur sekitar

30 oC. Hal ini memberikan efisiensi Carnot secara teoritis sebesar 63%, namun kenyataannya

efisiensi padapembangkit listrik tenaga batu bara sebesar 42%.

Fluida pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan digunakan secara konstan.

Berbagai jenis fluida dapat digunakan pada siklus ini, namun air dipilih karena berbagai

karakteristikfisika dankimia,seperti tidak beracun, terdapat dalam jumlah besar, dan murah.

Terdapat 4 proses dalam siklus Rankine, setiap siklus mengubah keadaan fluida

(tekanan dan/atau wujud).

1. Proses 1 : Fluida dipompa dari bertekanan rendah ke tekanan tinggi dalam bentuk cair.

Proses ini membutuhkan sedikit input energi.

2. Proses 2 : Fluida cair bertekanan tinggi masuk keboilerdi mana fluida dipanaskan

hingga menjadi uap pada tekanan konstan menjadi uap jenuh.

3. Proses 3 : Uap jenuh bergerak menuju turbin, menghasilkan energi listrik. Hal ini

mengurangi temperatur dan tekanan uap, dan mungkin sedikitkondensasijuga terjadi.

4. Proses 4 : Uap basah memasuki kondenser di mana uap diembunkan dalam tekanan

dan temperatur tetap hingga menjadi cairan jenuh.

Dalam siklus Rankine ideal, pompa dan turbin adalahisentropic,yang berarti pompa

dan turbin tidak menghasilkanentropi dan memaksimalkan output kerja. Dalam siklus

Rankine yang sebenarnya, kompresi oleh pompa dan ekspansi dalam turbin tidak isentropic.

Dengan kata lain, proses ini tidak bolak-balik dan entropi meningkat selama proses. Hal ini

meningkatkan tenaga yang dibutuhkan oleh pompa dan mengurangi energi yang dihasilkan

oleh turbin. Secara khusus, efisiensi turbin akan dibatasi oleh terbentuknya titik-titik air

selama ekspansi ke turbin akibat kondensasi. Titik-titik air ini menyerang turbin,
http://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_uaphttp://id.wikipedia.org/wiki/Pembangkit_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Batu_barahttp://id.wikipedia.org/wiki/Gas_alamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Gas_alamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Minyak_bumihttp://id.wikipedia.org/wiki/Nuklirhttp://id.wikipedia.org/wiki/Energi_suryahttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Siklus_Carnot&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Efisiensihttp://id.wikipedia.org/wiki/Gashttp://id.wikipedia.org/wiki/Tekananhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Super_kritis&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Temperaturhttp://id.wikipedia.org/wiki/Stainless_steelhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kondenser&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pembangkit_listrik_tenaga_batu_bara&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Fisikahttp://id.wikipedia.org/wiki/Kimiahttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Boiler&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Kondensasihttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Isentropic&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Entropihttp://id.wikipedia.org/wiki/Entropihttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Isentropic&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Kondensasihttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Boiler&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Kimiahttp://id.wikipedia.org/wiki/Fisikahttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Pembangkit_listrik_tenaga_batu_bara&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Kondenser&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Stainless_steelhttp://id.wikipedia.org/wiki/Temperaturhttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Super_kritis&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Tekananhttp://id.wikipedia.org/wiki/Gashttp://id.wikipedia.org/wiki/Efisiensihttp://id.wikipedia.org/w/index.php?title=Siklus_Carnot&action=edit&redlink=1http://id.wikipedia.org/wiki/Energi_suryahttp://id.wikipedia.org/wiki/Nuklirhttp://id.wikipedia.org/wiki/Minyak_bumihttp://id.wikipedia.org/wiki/Gas_alamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Gas_alamhttp://id.wikipedia.org/wiki/Batu_barahttp://id.wikipedia.org/wiki/Pembangkit_listrikhttp://id.wikipedia.org/wiki/Mesin_uap


26/30

menyebabkanerosi dankorosi, mengurangi usia turbin dan efisiensi turbin. Cara termudah

dalam menangani hal ini adalah dengan memanaskannya pada temperatur yang sangat tinggi.

Efisiensi termodinamika bisa didapatkan dengan meningkatkan temperatur input dari

siklus. Terdapat beberapa cara dalam meningkatkan efisiensi siklus Rankine.

Tinjauan Hukum Termodinamika 2 untuk Siklus Rankine

Berdasarkan Pernyatan Claussius bahwa tidak ada mesin yang menyerap seluruhnya

kemudian mampu mengubah seluruh energi yang diserap sepenuhnya menjadi kerja atau

usaha.

2.6 Kereta api Uap
http://id.wikipedia.org/wiki/Erosihttp://id.wikipedia.org/wiki/Korosihttp://harisistanto.files.wordpress.com/2010/08/walschaerts_motion1.gifhttp://id.wikipedia.org/wiki/Korosihttp://id.wikipedia.org/wiki/Erosi


27/30

Didalam cylinder mesin uap terdapat piston yang mempunyai piston rod yang

dihubungkan dengan cross head yang berada diluar cylinder. Cross head dihubungkan oleh

connecting rod dengan crank shaft (tidak tampak pada gambar), sehingga apabila piston

bergerak kian kemari maka crank shaft dapat berputar.

Slide valve yang mempunyai valve rod digerakkan oleh crank shaft melalui eksentrik,

sehingga slide valve dapat bergerak kian kemari sambil membuka dan menutup dua buah

lubang uap yang berhubungan dengan cylinder. Valve box dimana slide valve berada

mempunyai dua saluran, saluran pemasukan yang dihubungkan dengan boiler untuk

menyalurkan uap dengan tekanan tinggi (warna merah), dan saluran pembuangan yang

dihubungkan dengan cerobong untuk membuang uap bekas (warna biru).

Pada waktu piston mencapai posisi paling kiri, maka slide valve akan membuka lubang

uap cylinder bagian kiri sehingga uap dari boiler dapat masuk kedalam cylinder pada bagian

kiri dari piston dan mendorong piston kekanan, sementara itu lubang uap sebelah kanan
http://harisistanto.files.wordpress.com/2010/08/kb_dep_steam_engine_0031.gifhttp://harisistanto.files.wordpress.com/2010/08/steam-labels-a.gifhttp://harisistanto.files.wordpress.com/2010/08/kb_dep_steam_engine_0031.gifhttp://harisistanto.files.wordpress.com/2010/08/steam-labels-a.gif


28/30

dihubungkan dengan saluran pembuangan sehingga uap bekas dapat terbuang keluar melalui

cerobong. Sebelum akhir langkah piston, lubang uap tersebut sudah ditutup oleh slide valve

sehingga pasokan uap terhenti namun piston tetap bergerak kekanan karena ekpansi dari uap.

Pada waktu piston mencapai posisi paling kanan, maka slide valve akan membuka

lubang uap cylinder bagian kanan sehingga uap dari boiler dapat masuk kedalam cylinder

pada bagian kanan piston dan mendorong piston kekiri, sementara itu lubang uap sebelah kiri

dihubungkan dengan saluran pembuangan sehingga uap bekas dapat terbuang melalui

cerobong. Sebelum akhir langkah piston, lubang uap tersebut sudah ditutup oleh slide valve

sehingga pasokan uap terhenti namun piston tetap bergerak kekanan karena ekpansi dari uap.

Karena cross head dengan crank shaft dihubungkan oleh connecting rod, maka gerakan kian

kemari dari piston tersebut akan diubah menjadi gerakan putaran dari crank shaft. Demikian

selama ada pasokan uap dari boiler maka mesin uap akan merubah menjadi tenaga mekanis

dengan gerakan putaran dari crank shaft.

Lokomotif uap biasanya mempunyai 2 buah mesin uap yang dipasang dikanan dan kiri

lokomotif, gerakan putaran yang dihasilkan oleh kedua buah mesin uap tersebut langsung

digunakan untuk memutarkan roda lokomatif sehingga mampu menarik seluruh rangkaian

kereta api (lihat gambar dibawa ini).


29/30

BAB III

KESIMPULAN

Dari pembahasan sebelumnya, maka dapat ditarik kesimpulan antara lain:

1. Termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik membahas tentang hubung

anantara energi panas dengan kerja.

2. Hukum kedua termodinamika mengatakan bahwa aliran kalor memiliki arah. Dengan kata

lain, tidak semua proses di alam adalah reversibel (arahnya dapat dibalik). Hukum kedua

termodinamika menyatakan bahwa kalor mengalir secara spontan dari benda bersuhu tinggi

ke benda bersuhu rendah dan tidak pernah mengalir secara spontan dalam arah

kebalikannya.

3. Terdapat dua pernyataan dari hukum termodinamika ke-2. Pernyataan kelvin-plank yang

diperuntukkan untuk mesin kalor, dan pernyataan clausius yang diperuntukkan untuk mesin

pendingin/pompa kalor.

4. Sebuah mesin kalor dapat di karakteristikkan sebagai berikut:

Mesin kalor menerima panas dari source bertemperatur tinggi (energi matahari, bahanbakar, reaktor nuklir, dll)

Mesin kalor mengkonvensi sebagian panas menjadi kerja (umumnya dalam bentuk

poros yang berputar)

Mesin kalor membuang sisa panas ke sink bertemperatur rendah.

Mesin kalor beroperasi dalam sebuah siklus.


30/30

DAFTAR PUSTAKA

https://bagazz.wordpress.com/2011/03/04/prinsip-kerja-refrigerator-ac-ruangan/

http://citrapelanginusantara.blogspot.com/2011/04/siklus-refrigerasi.html

http://harisistanto.wordpress.com/2010/08/06/bagaimana-cara-kerja-mesin-uap/

kk.mercubuana.ac.id/files/13015-3-860358017731.doc

www.slideshare.net/tahangpette/penerapan-hukum-2-thermodinamika
http://citrapelanginusantara.blogspot.com/2011/04/siklus-refrigerasi.htmlhttp://www.slideshare.net/tahangpette/penerapan-hukum-2-thermodinamikahttp://www.slideshare.net/tahangpette/penerapan-hukum-2-thermodinamikahttp://citrapelanginusantara.blogspot.com/2011/04/siklus-refrigerasi.html

Documents

Makalah Hukum 2 Termodinamika Dan Aplikasinya