Post on 30-May-2018
8/14/2019 Carnot dan efisiensi
1/14
HUKUM KEDUATERMODINAMIKA
NANIK DWI NURHAYATI,S.SI,M.SI
nanikdn.staff.uns.ac.id
nanikdn.staff.fkip.uns.ac.id
nanikdn@uns.ac.id
081556431053 / (0271) 821585
mailto:nanikdn@uns.ac.idmailto:nanikdn@uns.ac.id8/14/2019 Carnot dan efisiensi
2/14
Proses siklis reversibel sebarang berupaProses siklis reversibel sebarang berupa
satu kurva tertutupsatu kurva tertutup
Proses ini dapat didekati dg siklus CarnotProses ini dapat didekati dg siklus Carnotdg arah yg samadg arah yg sama
Hasil keseluruhan menjadi suatu garisHasil keseluruhan menjadi suatu garis
bergerigi yang tertutup.bergerigi yang tertutup.
Jika siklus-siklus itu dibuat lebih kecil, makaJika siklus-siklus itu dibuat lebih kecil, maka
bagian adiabatik seluruhnya salingbagian adiabatik seluruhnya salingmelenyapkanmelenyapkan
Sedangkan bagian-bagian isotermalnyaSedangkan bagian-bagian isotermalnya
tidaktidak
HukumHukum
Kedua TermodinamikaKedua Termodinamika
8/14/2019 Carnot dan efisiensi
3/14
Jika dalam suatu proses terdapat arus panas antaraJika dalam suatu proses terdapat arus panas antara
sistem dg lingkungannya secara reversibel, maka padasistem dg lingkungannya secara reversibel, maka pada
hakekatnya suhu sistem dan suhu lingkungan adalahhakekatnya suhu sistem dan suhu lingkungan adalahsama.sama.
Besar arus panas ini yang masuk ke dalam sistem atauBesar arus panas ini yang masuk ke dalam sistem atau
yg masuk ke dalam lingkungan di setiap titik adalahyg masuk ke dalam lingkungan di setiap titik adalah
sama, tetapi harus diberi tanda yg berlawanan.sama, tetapi harus diberi tanda yg berlawanan. Karena itu perubahan entropi lingkungan sama besarKarena itu perubahan entropi lingkungan sama besar
tetapi berlawanan tanda dengan perubahan entropitetapi berlawanan tanda dengan perubahan entropi
sistem dan jumlahnya menjadi 0.sistem dan jumlahnya menjadi 0.
Karena sistem bersama dg lingkungannya membentukKarena sistem bersama dg lingkungannya membentukdunia, maka boleh dikatakan bahwa entropi duniadunia, maka boleh dikatakan bahwa entropi dunia
adalah tetapadalah tetap
Pernyataan tersebut hanya berlaku pada prosesPernyataan tersebut hanya berlaku pada proses
reversibel sajareversibel saja
8/14/2019 Carnot dan efisiensi
4/14
Telah menjadi kodrat manusia di dunia ini bilaTelah menjadi kodrat manusia di dunia ini bilasesuatu tersedia melimpah dan murah, makasesuatu tersedia melimpah dan murah, makapenggunaannya pun cenderung boros/tidakpenggunaannya pun cenderung boros/tidak
memperhatikan efisiensi.memperhatikan efisiensi.Hal tersebut berlaku dalam penggunaan di bidHal tersebut berlaku dalam penggunaan di bidenergi terutama energi vital bagi manusia danenergi terutama energi vital bagi manusia danpembangunan yaitu energi listrik dan bahan bakarpembangunan yaitu energi listrik dan bahan bakarminyak (BBM).minyak (BBM).
Di Indonesia, telah lama terjadi.Di Indonesia, telah lama terjadi.
Rakyat Indonesia dimanjakan dg biaya listrik danRakyat Indonesia dimanjakan dg biaya listrik danharga BBM murah, shg menimbulkan argumenharga BBM murah, shg menimbulkan argumenberada dalam jumlah melimpah. Secara tidakberada dalam jumlah melimpah. Secara tidaklangsung, menumbuhkan perilaku polalangsung, menumbuhkan perilaku polakonsumtif/boros dan tidak terkendali. Akibatnyakonsumtif/boros dan tidak terkendali. AkibatnyaIndonesia diprediksi para ahli energi kurun waktuIndonesia diprediksi para ahli energi kurun waktu
15-20 th mendatang akan mengalami krisis energi.15-20 th mendatang akan mengalami krisis energi.
Prinsip dasar efisiensi energi adalah menggunakanPrinsip dasar efisiensi energi adalah menggunakanjumlah energi yang sedikit tetapi tujuan atau hasiljumlah energi yang sedikit tetapi tujuan atau hasilyang didapat sangat maksimal. Dalam upayayang didapat sangat maksimal. Dalam upayaefisiensi energi ini, di kaji pada hukumefisiensi energi ini, di kaji pada hukumTermodinamikaTermodinamika..
http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-anorganik-universitas/reaksi-anorganik/termodinamika/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-anorganik-universitas/reaksi-anorganik/termodinamika/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-anorganik-universitas/reaksi-anorganik/termodinamika/http://www.chem-is-try.org/materi_kimia/kimia-anorganik-universitas/reaksi-anorganik/termodinamika/8/14/2019 Carnot dan efisiensi
5/14
Konsep Efisiensi dlmHukumTermodinamika
Untuk merancang sebuah perencanaan yang optimal dalam memanfaatkanenergi, berbagai konsep telah dikembangkan, yang salah satunya adalah
dengan analisis energi yang berdasarkan pada hukum Termodinamika.Disebutkan dalam hukum ke-1 Termodinamika bahwa energi tidak
dapat diciptakan atau dimusnahkan, tetapi dapatdiubah dari satu bentuk ke bentuk yang lain.Dalam pendekatan hukum ke-1 ini, strategi efisiensi energi lebih cenderungpada pemanfaatan sumber daya energi secara efisien. Efisien yangdimaksud disini adalah penggunaan sumber-sumber energi disesuaikandengan kualitas yang dibutuhkan
8/14/2019 Carnot dan efisiensi
6/14
Siklus Carnot Carnot (1824) memperkenalkan suatu proses
sederhana ke dalam teori termodinamika yg sekarang
dikenal sebagai siklus Carnot Carnot berusaha menjelaskan asas-asas fisis
mendasar yg menyangkut masalah efisiensi Usaha Carnot ini adalah dasar pengetahuan tentang
termodinamika Siklus Carnot dapat dilaksanakan dg sistem yg
bersifat apapun (padat, cair, gas, zat paramagnetik)
8/14/2019 Carnot dan efisiensi
7/14
Diagram T-S
Pada gambar diatas, terlihat siklus Carnot a-b-
c-d-a dalam diagram T-S
Luas kawasan yg dikelilingi oleh kurvamenyatakan siklus Carnot adalah panas total yg
masuk atau keluar sistem
8/14/2019 Carnot dan efisiensi
8/14
Siklus Carnot utk Gas Sempurna
Zat melakukan proses siklis yg terdiri dari 2 isoterm dan 2 adiabat
d
Q1
Q2
a
c
b
V
p
T2
T1
Dimulai dari a kembali ke a: Ekspansi isotermal dari a ke b
pada suhu T1, panas Q1 masuk
dan usaha dilakukan oleh sistem Ekspansi adiabatik dari b ke c,
suhu turun menjadi T2 danusaha dilakukan oleh sistem
Pemampatan isotermal pd suhu
T2 dari c ke d. Panas Q2 keluardari sistem dan usaha dilakukanthp sistem
Pemampatan adiabatik dari d kea, suhu naik menjadi T1 danusaha dilakukan thp sistem
8/14/2019 Carnot dan efisiensi
9/14
MESIN CARNOT
9
qinTA
qoutTB
V1 V4 V2 V3
1
4
2
3
P
V
w
Proses Adiabatik
2 3 4 1
Proses Isotemal 1 2 3 4
8/14/2019 Carnot dan efisiensi
10/14
Refrigeration : Perpindahan kalor
Refrigerators : Mesin yang menghasilkan refrigeration
Refrigeration cycles : siklus yang digunakan dalam menghasilkanrefrigeration.
Refrigerants : Fluida kerja yang digunakan dalam refrigerators.
Heat pumps : Refrigerators yang digunakan untuk pemanasan
1 Ton of Refrigeration = Kalor yang diambil dari 1 ton (2,000 lb) air ygbersuhu 32 F shg menjadi es pada 32 F selama 24 jam
1 Ton = 12,000 Btu/h = 3.517 kW
Kalor selalu mengalir dari medium bertemperatur tinggi kemedium bertemperatur rendah
Kalor hanya mengalir jika ada perbedaan temperatur
Tujuan : Mengambil kalor dari medium bertemperatur rendah dan
memberikannya ke medium yang bertemperatur lebih tinggi
8/14/2019 Carnot dan efisiensi
11/14
= W/Q dgn W = Q1 + Q2 dan Q = Q1
= (Q1 + Q2)/ Q1
= (T1 T2)/ T1
Perumusan Kelvin: Tidak ada suatu
proses yang hasil akhirnya berupa
pengambilan sejumlah kalor dari suatu
reservoar kalor dan mengkonversi seluruh
kalor menjadi usaha
Perumusan Clausius: Tidak ada proses yanghasil akhirnya berupa pengambilan kalor dari
reservoar kalor bersuhu rendah dan
pembuangan kalor dalam jumlah yang sama
kepada suatu reservoar yang bersuhu lebihtinggi.
Efisiensi:
8/14/2019 Carnot dan efisiensi
12/14
KesimpulannyaKesimpulannya tdk ada mesin lain yg mempunyai efisiensi termaltdk ada mesin lain yg mempunyai efisiensi termal
lebih tinggi dari mesin Carnot bila keduanyalebih tinggi dari mesin Carnot bila keduanya
beroperasi antara sepasang reservoir dg suhu tiapberoperasi antara sepasang reservoir dg suhu tiap
reservoir yang bersangkutan samareservoir yang bersangkutan sama
tdk ada mesin pendingin yg mempunyai koefisientdk ada mesin pendingin yg mempunyai koefisien
penampilan (COF) yg lebih tinggi dari pada mesinpenampilan (COF) yg lebih tinggi dari pada mesin
pendingin Carnot bila keduanya beroperasi antarapendingin Carnot bila keduanya beroperasi antara
sepasang reservoir dg suhu tiap reservoir ygsepasang reservoir dg suhu tiap reservoir yg
bersangkutan samabersangkutan sama
8/14/2019 Carnot dan efisiensi
13/14
Refrigerator dan heat pump
Refrigerator dan heat pumps pada dasarnya merupakan
peralatan yang sama.
Refrigerator dan heat pumps berbeda hanya pada
tujuannya saja. Tujuan dari refrigerator adalah mengambil kalor
(QL) dari medium bersuhu rendah (mempertahankan
ruang pendingin tetap dingin)
Tujuan dari heat pump adalah mensuplai kalor (QH)
ke medium bersuhu tinggi (mempertahankan ruang
pemanas tetap panas)
8/14/2019 Carnot dan efisiensi
14/14
COP (coefficient of performance) : Refrigerator
and heat pump
COP mesin panas = Q/ -W = Q1/ -W =Q1/-(Q1 + Q2)
= T1/ (T1 T2)
COP mesin dingin = Q2 / -W =Q2/-(Q1 + Q2)= T2/ (T1 T2)