46940770 Aplikasi Termodinamika Dalam Teknik Lingkungan

TERMODINAMIKA

APLIKASI TERMODINAMIKA DALAM TEKNIK LINGKUNGAN

OLEH :

KELOMPOK 10

NADIA AMANAH (H1E108008)

HERLIYANI (H1E108022)

Nor Aina Hayati ( H1E108036)

DEPARTEMEN PENDIDIKAN NASIONAL

UNIVERSITAS LAMBUNG MANGKURAT

FAKULTAS TEKNIK

PROGRAM STUDI S-1 TEKNIK LINGKUNGAN

BANJARBARU

2010

Termodinamika teknik lingkungan UNLAM

KATA PENGANTAR

Segala puji dan syukur hanya pantas kami tujukan kepada Allah SWT, karena

dengan rahmat dan hidayah-Nya jualah kami dapat menyelesaikan makalah

thermodinamika mengenai mengenai mesin stirling ini. Shalawat serta salam kami

sampaikan kepada Rasulullah saw, karena dengan usaha dan bimbingan dari beliaulah

sehingga dapat membawa kita ke jaman terang benderang ini.

Makalah ini disusun untuk memenuhi tugas mata kuliah “ thermodinamika “ di

Fakultas Teknik Universitas Lambung Mangkurat jurusan Teknik Lingkungan. Dari

makalah yang telah dibuat, diharapkan dapat bermamfaat dan menambah wawasan

bagi mahasiswa khususnya bagi kami mengenai aplikasi thermodinamika terhadap

teknik lingkungan.

Selesainya makalah ini tidak lepas dari bantuan berbagai pihak, untuk itu kami

mengucapkan terima kasih yang sebesar-besarnya kepada dosen sekaligus

pembimbing mata kuliah thermodinamika.

Akhir kata semoga makalah ini bermanfaat bagi semua pihak.

Banjarbaru, Mei 2010

Penyusun


DAFTAR ISI

Kata Pengantar..................................................................................................1Daftar Isi............................................................................................................2BAB I : PENDAHULUAN...............................................................................3

1.1 Latar Belakang..................................................................................31.2 Tujuan................................................................................................41.3 Metode Penulisan..............................................................................4

BAB II : TINJAUAN PUSTAKA....................................................................52.1 Termodinamika.................................................................................52.2 Sistem Termodinamika.....................................................................52.3 besaran-Besaran Pokok Termodinamika...........................................52.4 Bentuk-Bentuk energi.......................................................................62.5 Hukum Termodinamika....................................................................72.6 Persamaan Keadaan Gas Ideal..........................................................92.7 Siklus Car not....................................................................................102.8. Mesin Stirling...................................................................................17

BAB III: PEMBAHASAN................................................................................203.1 Prinsip kerja.......................................................................................203.2 Macam-Macam stirling Engine.........................................................223.3 Pemanfaatan Stirling.........................................................................253.4 Keunggulan dan Kerugian.................................................................30

BAB IV: PENUTUP..........................................................................................334.1 Kesimpulan........................................................................................33

DAFTAR PUSTAKA


BAB. I

PENDAHULUAN

1.1 Latar belakang

Energi mempunyai peranan penting dalam pencapaian tujuan sosial,

ekonomi, dan lingkungan untuk pembangunan berkelanjutan, serta merupakan

pendukung bagi kegiatan ekonomi nasional. Penggunaan energi di Indonesia

meningkat pesat sejalan dengan pertumbuhan ekonomi dan pertambahan

penduduk. Sedangkan, akses ke energi yang andal dan terjangkau merupakan

pra-syarat utama untuk meningkatkan standar hidup masyarakat. Untuk

memenuhi kebutuhan energi yang terus meningkat tersebut, dikembangkan

berbagai energi alternatif, di antaranya energi terbarukan. Potensi energi

terbarukan, seperti: biomassa, panas bumi, energi surya, energi air, energi angin

dan energi samudera, sampai saat ini belum banyak dimanfaatkan, padahal

potensi energi terbarukan di Indonesia sangatlah besar.

Secara umum, orang mengenal pembangkitan listrik atau energi skala kecil

memakai antara lain mesin diesel. Mesin itu sangat populer di masyarakat

sebagai genset. Pada setiap kegiatan, genset acap digunakan. Juga pada usaha

pengelasan atau untuk menggerakkan permesinan seperti penggilingan padi dan

pemompaan air. Mesin diesel menggunakan prinsip pembakaran dalam

(internal combustion engine). Namun sebenarnya ada model teknologi lain

untuk membangkitkan energi, yaitu mesin stirling. Mesin stirling bukan

teknologi baru. Seiring masuknya era minyak, mesin itu ditinggalkan karena

dianggap tak efisien. Namun saat ini, ketika terjadi krisis energi, mesin itu

mendapat perhatian kembali.

Mesin bersiklus Stirling adalah jenis mesin yang memiliki sumber energi

dari luar sistem mesin itu sendiri; atau kita biasa sebut dengan mesin bakar luar.

Mesin besiklus Stirling banyak diteliti dan dianggap menjanjikan karena secara

teori memiliki efisiensi yang tinggi, sampai efisiensi maksimal mesin Carnot.

Akan tetapi, mesin siklus Stirling komersial yang ada masih memiliki daya


rendah (0,5-150 kW) dan berefisiensi sedang, masih mahal, tetapi tak

memerlukan banyak pemeliharaan, toleran terhadap kontaminan, dan beremisi

polutan rendah.

Dimana mesin stirling saat ini mulai diteliti secara luas di seluruh dunia.

Kebijakan penghematan energi pun meningkatkan pengembangannya.

Beberapa mesin dengan efisiensi tinggi dikembangkan. Saat ini, mesin stirling

dengan berbagai sumber energi dikembangkan para peneliti di dunia. Pada

masa datang, kita bisa melihat mesin stirling yang berkebisingan rendah, tahan

lama, andal, operasi multibahan bakar, gas buang bersih, dan lain-lain.

Beberapa perusahaan juga mendesain mesin stirling dengan helium sebagai gas

kerja (konduktivitas lebih baik daripada udara).

1.2 Tujuan

Makalah ini bertujuan untuk mengetahui bentuk aplikasi terapan

termodinamika dalam teknik lingkungan, dimana dalam makalah ini kami

megangkat tema mengenai mesin striling dan kegunaannya sebagai pembangkit

energi alternatif yang ramah lingkungan.

1.3 Metode Penulisan

Dalam penulisan makalah ini metode yang dipakai adalah metode

kepustakaan yaitu berasal dari litrerature-literature bersumber dari internet yang

relevan.


BAB II

TINJAUAN PUSTAKA

2.1 Termodinamika

Ilmu termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan panas

dengan kerja. Dua besaran tersebut sangat penting untuk dipahami

karakteristiknya untuk pemahaman dasar keteknikan. Jadi jelas pengetahuan

dasar termodinamika sangat penting, karena dipakai untuk menganalisis kondisi

operasi berbagai alat atau mesin yang berhubungan dengan panas dan kerja.

2.2 Sistem Termodinamika

Untuk menganalisis mesin-mesin panas atau mesin-mesin fuida, mesin-

mesin tersebut disebut dengan benda kerja. Fluida atau zat alir yang dipakai

pada benda kerja disebut dengan fluida kerja. Sebagai contoh untuk pompa

sebagai benda kerja, fluida kerjanya adalah zat cair (air, oli), sedangkan

kompresor, fluida kerjanya adalah udara.

Untuk membedakan benda kerja dengan lingkungan sekitarnya, benda

kerja sering disebut dengan sistem, yaitu setiap bagian tertentu, yang volume

dan batasnya tidak perlu tetap, dimana perpindahan dan konversi energi atau

massa akan dianalisis. Adapun istilah-istilah yang sering disebut adalah sebagai

berikut:

Batas sistem adalah garis imajiner yang membatasi sistem dengan

lingkungannya.

Sistem tertutup yaitu apabila sistem dan lingkungannya tidak terjadi

pertukaran energi atau massa, dengan kata lain energi atau massa tidak

melewati batas-batas sistem.

Sistem terbuka yaitu apabila energi dan massa dapat melintasi atau

melewati batas-batas sistem. Sistem dengan lingkungannya ada interaksi.

2.3 Besaran-besaran Pokok Termodinamika


Besaran temperatur dan tekanan adalah besaran yang menjadi pokok dari

sistem termodinamika, karena hubungan antar keduanya sangat penting untuk

mecirikan proses keadaan sistem. Disamping itu besaran temperatur dan

tekanan adalah besaran dari hasil pengukuran secara langsung dari suatu proses

keadaan sistem. Hal ini berbeda dengan besaran lainnya yang tidak berdasarkan

pengukuran, tetapi diturunkan dari besaran temperatur dan tekanan. Sebagai

contoh, kerja adalah besaran turunan dari tekanan atau temperatur:

1. Kerja pada volume konstan W= m.R.DT

2. Kerja pada tekanan kostan W= pDV ( Anonim1,2001)

2.4 Bentuk-bentuk Energi

Energi adalah suatu besaran turunan dengan satuan N.m atau Joule. Energi

dan kerja mempunyai satuan yang sama. Sedangkan kerja dapat didefinisikan

sebagai usaha untuk memindahkan benda sejauh S (m) dengan gaya F

(Newton). Sedang bentuk-bentuk energi lain dijelaskan di bawah ini :

a. Energi Kinetik ; energi suatu benda karena bergerak dengan kecepatan (V),

sebagai contoh , mobil yang bergerak, benda jatuh dan lain-lain, maka

energinya dapat ditulis:

EK = 12

mV 2

b. Energi potensial adalah energi yang tersimpan pada benda karena

kedudukannya. Sebagai contoh, energi potensial air adalah energi yang

dimiliki air karena ketinggiannya dari permukaan.

Ep = m.g.h

c. Energi potesial pegas adalah energi yang dimiliki oleh benda yang

dihubungkan dengan pegas untuk berada pada kedudukan tertentu karena

penarikan pegas.

Ep = 0,5.k.x2

d. Energi mekanik adalah energi total yaitu penjumlahan antara energi kinetik

dengan energi potesial.

Em = Ek + Ep


Adapun energi atau kerja mekanik pada mesin-mesin panas, adalah

kerja yang dihasilkan dari proses ekspansi atau kerja yang dibutuhkan proses

kompresi. Kerja mekanik (dW) tersebut sebanding dengan perubahan

volume (dV) pada tekanan (p) tertentu.

ΔW = p.ΔV

Sebagai contoh energi ini secara sederhana adalah pergerakan piston,

putaran poros engkol, dan lain lain.

e. Energi Aliran atau kerja aliran adalah kerja yang dilakukan oleh fluida yang

mengalir untuk mendorong sejumlah massa m ke dalam atau ke luar sistem.

Wenergi aliran = pV

f. Panas (Q) yaitu energi yang ditransfer ke atau dari subtansi karena

perbedaan temperatur. Dengan c panas jenis pada tekanan konstan atau

volume konstan, energi ini dirumuskan:

Q = m.c.ΔT

g. Energi dalam (U); energi dari gas karena pergerakan pada tingkat molekul,

pada gas ideal hanya dipengaruhi oleh temperatur saja.

h. Entalpi (H); sejumlah panas yang ditambahkan pada 1 mol gas pada tekanan

konstan, dengan cp panas jenis pada tekanan konstan, dapat dirumuskan:

ΔH =m.cp.ΔT

i. Energi yang tersedia ; bagian dari panas yang ditambahkan ke system yang

dapat diubah menjadi kerja. Perbandingan antara jumlah energi tersedia yang

dapat diubah menjadi kerja dengan energi yang dimasukkan sistem adalah

konsep efisiensi.

2.5 Hukum Termodinamika

2.5.1 Hukum termodinamika I

Hukum pertama termodinamika adalah hukum konversi energi,

hukum ini menyatakan bahwa “energi tidak dapat diciptakan atau

dilenyapkan”, energi hanya dapat diubah dari bentuk satu ke bentuk

lainnya.

Hukum pertama Termodinamika dapat ditulis sebagai berikut ;


EP1 + EK1 + ED1 + EA1 +ΔQ = EP2 + EK2 + ED2 + EA2 +ΔW

Untuk sistem terbuka dimana ada pertukaran energi dan massa dari

sistem ke lingkungan atau sebaliknya, maka persamaan energi di atas

dapat dijabarkan sebagai berikut

mgZ 1+mV 1

2

2+[U 1+ p1 V 1 ]+∆ Q=mgZ 2+m

V 22

2+[U 2+ p2 V 2 ]+∆ W

dengan [ pV + U] = H dapat dituliskan kembali menjadi

mgZ 1+mV 1

2

2+H 1+∆ Q=mgZ2+m

V 22

2+H 2+∆ W

Emasuk =mgZ 1+mV 1

2

2+H 1+∆ Q

Ekeluar = mgZ 2+mV 2

2

2+H 2+∆ W

Jadi, Hukum termodinamika pertama dapat dituliskan secara sederhana

dengan persamaan berikut (untuk sistem terbuka);

Emasuk = Ekeluar atau ΔEP + ΔEK + ΔH + ΔQ = ΔW

Jika Hukum termodinamika pertama dituliskan secara sederhana

untuk sistem tertutup, dimana massa tidak dapat melintas batas sistem,

maka suku EP, EK dan EA dapat dihilangkan dari persamaan.

Persamaan dapat ditulis kembali menjadi:

ΔEP + ΔEK + ΔpV + ΔQ = ΔW + ΔU ΔQ = ΔW + ΔU

Jadi untuk sistem tertutup persamaannya menjadi ;

ΔQ = ΔW + ΔU

2.5.2 Hukum termodinamika II

Tidak mungkin membuat siklus mesin yang mengubah energi panas

yang ditambahkan, semuanya menjadi kerja. Konsep efisiensi seperti

yang telah disebutkan yaitu:

μ=W net

Q¿ dengan W net=Q¿−Q

out


( Anonim1,2001)

2.6 Persamaan keadaan gas ideal

Gas ideal adalah gas yang dalam setiap keadaan mematuhi

persamaan keadaan gas ideal yaitu:

pV= mRT

pv =RT

dengan R = adalah konstanta gas spesifik,

untuk udara R = 286,8 J/KgK

Pada suatu siklus termodinamika persamaan keadaan prosesnya

selalu berubah mengikuti beberapa proses yang saling terkait. Ada tiga

besaran yang selalu terkait dan dapat diukur langsung yaitu tekanan (p),

temperatur (T) dan volume (V). Adapun proses keadaan termodinamika

adalah sebagai berikut.

1. Proses volume konstan

2. Prose tekanan konstan

3. Proses temperatur konstan


Q masuk

mesin

Sumber panas tinggi, contoh Dapur atau furnaceRuang silinder motor Ruang bakar turbin gas

Wpositif= kerja mekanikPutaran poros engkol motorPutaran turbin gas uapdll

Q keluar

Lingkungan temperature

rendah

Knalpot mesin mobil atau motorCerobong asap turbin uapSaluran buang turbin gas

4. Proses Adiabatis (dq = 0)

5. Proses politropik (Anonim 3.2009)

2.7 Siklus Carnot

Siklus Carnot pertama kali dikemukakan oleh Nicolas Léonard Sadi Carnot

pada tahun 1824, seorang insinyur Perancis. Mesin teoritis yang menggunakan

siklus Carnot disebut dengan Mesin Kalor Carnot. Siklus Carnot merupakan

kebalikan dari mesin kalor, dimana energi disalurkan dari suhu rendah menuju

suhu yang lebih tinggi. Dengan kata lain siklus karnot membutuhkan kerja luar

untuk dapat bekerja.

Siklus Carnot terdiri dari proses-proses reversibel yang menjadikan

efisiensinya lebih tinggi dari yang dapat dicapai oleh siklus nyata. Hal yang

penting dari siklus Carnot adalah siklus ini merupakan pembanding yang

standar dan dengan siklus tersebut memberikan pedoman tentang suhu-suhu

yang harus dipertahankan sehingga diperoleh kefektifan yang maksimum.


Gambar Siklus Karnot

Proses a-b : ekspansi isotermal pada temperatur Th (temperatur tinggi). Gas

dalam keadaan kontak dengan reservoir temperatur tinggi. Dalam proses ini

gas menyerap kalor Th dari reservoir dan melakukan usaha Wab menggerakkan

piston.

Proses b-c : ekaspansi adiabatik. Tidak ada kalor yang diserap maupun keluar

sistem. Selama proses temperatur gas turun dari Th ke Tc (temperatur rendah)

dan melakukan usaha Wab .


Proses c-d : kompresi isotermal pada temperatur Tc (temperatur tinggi). Gas

dalam keadaan kontak dengan reservoir temperatur rendah. Dalam proses ini

gas melepas kalor Qc dari reservoir dan mendapat usaha dari luar Wcd.

Proses d-a : kompresi adiabatik. Tidak ada kalor yang diserap maupun keluar

sistem. Selama proses temperatur gas naik dari Tc ke Th dan mendapat usaha

Wda .

a. Prinsip Carnot

Hukum termodinamika kedua meletakkan pembatasan pada operasi

peralatan siklus seperti yang diekspresikan oleh Kelvin-Plank dan Clausius.

Sebuah mesin kalor tidak dapat beroperasi dengan menukarkan panas hanya

dengan reservoir tunggal, dan refrigerator tidak dapat beroperasi tanpa adanya

input kerja dari sebuah sumber luar. Dari pernyataan diatas kita dapat

mengambil kesimpulan yang berhubungan dengan efisiensi termal dari proses

reversibel dan irreversibel :

1. Efisiensi sebuah mesin kalor irreversibel selalu lebih kecil dari mesin kalor

reversibel yang beroperasi antara dua reservoir yang sama.

2. Efisiensi semua mesin kalor reversibel yang beroperasi antara dua reservoir

yang sama adalah sama.

b. Mesin Carnot

Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotetis yang beroperasi dalam suatu

siklus reversibel yang disebut siklus Carnot. Model dasar mesin ini dirancang

oleh Nicolas Léonard Sadi Carnot, seorang insinyur militer Perancis pada

tahun 1824. Model mesin Carnot kemudian dikembangkan secara grafis oleh

Émile Clapeyron 1834, dan diuraikan secara matematis oleh Rudolf Clausius

pada 1850an dan 1860an. Dari pengembangan Clausius dan Clapeyron inilah

konsep dari entropi mulai muncul.

Mesin carnot dibayangkan sebagai mesin yang terdiri atas sebuah

silinder berisi gas ideal dan ditutup dengan pengisap (piston) yang dapat

bergerak bolak-balik dalam silinder.Dalam mesin carnot terjadi suatu proses

yaitu gas mengalami pemuaian isotermal,menyerap kalor dari reservoir suhu


tinggi dan melakukan usaha,kemudian gas mengalami pemuaian adiabatik

dan melakukan usaha,selanjutnya gas mengalami pemampatan

isotermal,membuang kalor ke reservoir suhu rendah ,usaha dilakukan pada

gas.

Karena dalam suatu siklus,gas kembali ke keadaan semula,maka tidak

ada perubahan energi dalam (∆U= 0).Oleh karena itu usaha yang dilakukan

gas (∆W) dalam satu siklus adalah :

∆Q=∆U + ∆W → +Q1 – Q2 = 0 + ∆W

W = Q1 – Q2

dengan : Q1 adalah kalor yang diserap reservoir suhu tinggi T1

Q2 adalah kalor yang dibuang ke reservoir suhu rendah T2

∆W adalah usaha dalam satu siklus

Setiap sistem termodinamika berada dalam keadaan tertentu. Sebuah

siklus termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami rangkaian

keadaan-keadaan yang berbeda, dan akhirnya kembali ke keadaan semula.

Dalam proses melalui siklus ini, sistem tersebut dapat melakukan usaha

terhadap lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor.

Sebuah mesin kalor bekerja dengan cara memindahkan energi dari

daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin, dan dalam prosesnya,

mengubah sebagian energi menjadi usaha mekanis. Sistem yang bekerja

sebaliknya, dimana gaya eksternal yang dikerjakan pada suatu mesin kalor

dapat menyebabkan proses yang memindahkan energi panas dari daerah yang

lebih dingin ke energi panas disebut mesin refrigerator.

Pada diagram di samping, yang diperoleh dari tulisan Sadi Carnot

berjudul Pemikiran tentang Daya Penggerak dari Api (Réflexions sur la

Puissance Motrice du Feu), diilustrasikan ada dua benda A dan B, yang

temperaturnya dijaga selalu tetap, dimana A memiliki temperatur lebih tinggi

daripada B. Kita dapat memberikan atau melepaskan kalor pada atau dari

kedua benda ini tanpa mengubah suhunya, dan bertindak sebagai dua reservoir

kalor. Carnot menyebut benda A "tungku" dan benda B "kulkas".[1] Carnot lalu


menjelaskan bagaimana kita bisa memperoleh daya penggerak (usaha),

dengan cara memindahkan sejumlah tertentu kalor dari reservoir A ke B.

Dibawah ini adalah diagram mesin Carnot sebagaimana biasanya

dimodelkan dalam pembahasan modern

Diagram mesin Carnot (modern) - kalor mengalir dari reservoir bersuhu

tinggi TH melalui "fluida kerja", menuju reservoir dingin TC, dan menyebabkan

fluida kerja memberikan usaha mekanis kepada lingkungan, melalui siklus

penyusutan (kontraksi) dan pemuaian (ekspansi).

Dalam diagram tersebut, sistem ("fluida kerja"), dapat berupa benda

fluida atau uap apapun yang dapat menerima dan memancarkan kalor Q,

untuk menghasilkan usaha. Carnot mengusulkan bahwa fluida ini dapat

berupa zat apapun yang dapat mengalami ekspansi, seperti uap air, uap

alkohol, uap raksa, gas permanen, udara, dll. Sekalipun begitu, pada tahun-

tahun awal, mesin-mesin kalor biasanya memiliki beberapa konfigurasi

khusus, yaitu QH disuplai oleh pendidih, dimana air didihkan pada sebuah

tungku, QC biasanya adalah aliran air dingin dalam bentuk embun yang

terletak di berbagai bagian mesin. Usaha keluaran W biasanya adalahh

gerakan piston yang digunakan untuk memutar sebuah engkol, yang

selanjutnya digunakan untuk memutar sebuah katrol. Penggunaannya biasanya

untuk mengangkut air dari sebuah pertambangan garam. Carnot sendiri


http://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Carnot_heat_engine_2.svg

mendefinisikan "usaha" sebagai "berat yang diangkat melalui sebuah

ketinggian".

Sebuah mesin nyata (real) yang beroperasi dalam suatu siklus pada

temperatur TH and TC tidak mungkin melebihi efisiensi mesin Carnot.

Sebuah mesin nyata (kiri) dibandingkan dengan siklus Carnot (kanan).

Entropi dari sebuah material nyata berubah terhadap temperatur. Perubahan

ini ditunjukkan dengan kurva pada diagram T-S. Pada gambar ini, kurva

tersebut menunjukkan kesetimbangan uap-cair. Sifat irreversibel sistem dan

kehilangan kalor ke lingkungan (misalnya, disebabkan gesekan) menyebabkan

siklus Carnot ideal tidak dapat terjadi pada semua langkah sebuah mesin

nyata.

Teorema Carnot adalah pernyataan formal dari fakta bahwa:Tidak

mungkin ada mesin yang beroperasi diantara dua reservoir panas yang lebih

efisien daripada sebuah mesin Carnot yang beroperasi pada dua reservoir

yang sama. Artinya, efisiensi maksimum yang dimungkinkan untuk sebuah

mesin yang menggunakan temperatur tertentu diberikan oleh efisiensi mesin

Carnot,


http://id.wikipedia.org/wiki/Berkas:Real_vs_Carnot.png

Implikasi lain dari teorema Carnot adalah mesin reversibel yang

beroperasi antara dua reservoir panas yang sama memiliki efisiensi yang

sama pula.

Efisiensi maksimum yang dinyatakan pada persamaan diatas dapat

diperoleh jika dan hanya jika tidak ada entropi yang diciptakan dalam siklus

tersebut. Jika ada, maka karena entropi adalah fungsi keadaan, untuk

membuang kelebihan entropi agar dapat kembali ke keadaan semula akan

melibatkan pembuangan kalor ke lingkungan, yang merupakan proses

irreversibel dan akan menyebabkan turunnya efisiensi. Jadi persamaan diatas

hanya memberikan efisiensi dari sebuah mesin kalor reversibel.

Mesin Carnot terdiri atas 4 proses, yaitu 2 proses adiabatik dan 2 proses

isotermik. Kebalikan dari mesin Carnot merupakan mesin pendingin atau

lemari es. Mesin Carnot hanya merupakan siklus teoritik saja, dalam praktek

biasanya digunakan siklus Otto untuk motor bakar (terdiri dari 2 proses

adiabatik dan 2 proses isokhorik) dan siklus diesel untuk mesin diesel (terdiri

dari 2 proses adiabatik, 1 proses isobarik dan 1 proses isokhorik).

c. Efisiensi Mesin Carnot

Mesin carnot adalah mesin yang paling efisien,yang siklusnya

merupakan siklus teoritik saja. Skema yang menggambarkan perubahan kalor

menjadi usaha pada mesin kalor, termasuk mesin carnot.

Pada mesin uap, resevoir bersuhu tinggi adalah ketel uap dan reservoir

bersuhu rendah adalah lingkungan mesin itu.

Pada mesin pembakaran, resevoir bersuhu tinggi adalah campuran bahan

bakar dan udara yang di bakar dalan silinder sedangkan resevoir bersuhu

rendah adalah lingkungan mesin itu.

Untuk menghasilkan usaha W, mesin memerlukan energi. Perbandingan

antara usaha yang dihasilkan dengan kalor yang diserap oloeh mesin disebut

efisiensi mesin.

Efisiensi mesin : η =W: Q1 x 100% atau η=(1-Q2/Q1) x 100%


Rumusan efisiensi mesin secara umum dan efisiensi mesin carnot di

atas, menggambarkan bahwa efisiensi mesin tidaklah mungkin mencapai

100%. Karena tidak mungkin semua kalor yang di serap mesin seluruhnya di

ubah menjadi usaha. Tetapi menurut carnot, dari semua mesin yang bekerja

dengan menyerap kalor dari resevoir T1(bersuhu tinggi) dan melepas kalor ke

resevoir T2(bersuhu rendah) tidak ada yang seefisien mesin carnot.

Meskipun siklus Carnot sangat efisien bekerja di antara dua sumber

panas tertentu dan sangat berguna sebagai kriteria bagi siklus yang bekerja

secara sempurna, terdapat kelemahan yang sangat jelas jika gas digunakan

sebagai refrigeran. Kelemahan-kelemahan tersebut antara lain adalah :

1. Terjadinya tekanan yang sangat tinggi dan volume yang sangat besar karena

kenaikan tekanan terjadi saat berlangsungnya kompresi isentropik serta saat

proses pelepasan panas secara isotermal.

2. Proses pindah panas dengan menggunakan gas, yaitu media yang mempunyai

kapasitas panas tertentu, tidak mungkin diperoleh di dalam praktek.

3. Diagram p-v siklus yang bekerja dengan menggunakan gas sangat sempit

sehingga sedikit ke-tak-mampubalikan di dalam proses tertentu akan

mengakibatkan peningkatan kerja yang dilakukan yang sangat besar dan

merupakan bagian terbesar kerja bersih siklus tersebut. (Anonim 4.2009)

2.8 Mesin Stirling

1. Pengertian Mesin Stirling

Stirling engine adalah sebuah jenis mesin pembakaran yang memiliki

sumber energi dari luar sistem mesin itu sendiri sebagai fluida kerjanya,

bekerja berdasarkan prinsip peredaran termodinamika (motor udara panas)..

Mesin stirling tersebut menggunakan udara atau gas ( helium, hydrogen,

nitrogen, methanol dsb) yang dipanaskan oleh pembakaran eksternal melalui

suatu heat echanger, jadi tidak akan habis atau tercemar. Jadi pada mesin

Stirling, gas hanya disusutkan dan kemudian dikembangkan dengan

pemanasan dari luar. Sebuah regenerator memungkinkan panas yang

dihasilkan disimpan di dalam, sebagian menggantikan energi panas karena


sedikitnya alih panas yang dimungkinkan melalui dinding heat-exchanger.

Energi panas disimpan di dalam regenerator sementara gas penggerak

menyusup ke ruangan yang dingin, dan kemudian dilepaskan sewaktu

kembali ke ruangan ekspansi panas.

Robert Stirling menyebut piston yang berpindah sebagai regenerator.

Renegerator itu dapat membangkitkan kembali udara. Jika piston bergerak

ke atas, regenerator dialirkan melalui udara hangat dan mengambil sebagian

energi dari udara dan menyimpannya. Jika piston bergerak ke bawah,

dialirkan melalui udara dingin dan mengeluarkan energi yang disimpan.

Dengan regenerator, mesin stirling mencapai efisiensi sangat baik.

Sebuah regenerator memungkinkan panas yang dihasilkan disimpan di

dalam, sebagian menggantikan energi panas karena sedikitnya alih panas

yang dimungkinkan melalui dinding heat-exchanger. Energi panas disimpan

di dalam regenerator sementara gas penggerak menyusup ke ruangan yang

dingin, dan kemudian dilepaskan sewaktu kembali ke ruangan ekspansi

panas. Tenaga terjadi pada temperatur yang tinggi dan konstan, sangat ideal

untuk setiap mesin. Kompresi terjadi pada temperatur rendah, dan hampir

tidak ada energi panas yang hilang. Tenaga bersih yang dihasilkan adalah

akibat perbedaan antara pengembangan gas bertemperatur tinggi dan

mengkompresi gas bertemperatur rendah. (Anonim 5, 2009).


BAB III

PEMBAHASAN

Dibandingkan dengan mesin pembakaran internal, mesin Stirling memiliki

potensi untuk lebih efisien, lebih tenang, dan lebih mudah perawatannya. Mesin

bersiklus Stirling adalah jenis mesin yang memiliki sumber energi dari luar sistem

mesin itu sendiri; atau biasa kita sebut dengan mesin bakar luar.

Mesin siklus Stirling tidak terpatok pada satu macam bahan bakar atau sumber

energi. Hal ini tidak berlaku untuk mesin diesel dan mesin Otto yang membutuhkan

bahan bakar khusus dan kapasitasnya terbatas. Mesin Otto atau sering juga disebut

mesin bensin.

Gambar 1. Mesin Stirling dengan Regenator


Tenaga terjadi pada temperatur yang tinggi dan konstan, sangat ideal

untuk setiap mesin. Kompresi terjadi pada temperatur rendah, dan hampir

tidak ada energi panas yang hilang. Tenaga bersih yang dihasilkan adalah

akibat perbedaan antara pengembangan gas bertemperatur tinggi dan

mengkompresi gas bertemperatur rendah. Stirling engine pertama kali di

temukan oleh Robert stirling, dasar pembuatan mesin ini adalah karena pada

saat itu banyak terjadi kecelakaan kerja yang menewaskan pegawai pabrik

yang sedang bekerja di dekat mesin uap. Karena Tekanan yang begitu tinggi

yang terdapat di dalam boiler yang terkadang tidak terkontrol dengan baik.

Sehingga keprihatinan Robert Stirling ini menghasilkan sebuah ide yaitu

mesin bakar luar dengan fluida kerja udara.

Diharapkan dengan fluida kerja udara maka tingkat kecelakaan kerja

dapat berkurang. Cara kerja mesin ini memanfaatkan sifat dasar Udara yang

akan memuai jika dipanaskan dan akan menyusut jika di dinginkan. Dengan

demikian akan terjadi siklus pemuaian dan penyusutan sehingga sebuah

mesin dapat berputar. Mesin ini memliki variablity yang tinggi dalam hal

sumber energi. Tidak terpatok pada satu macam bahan bakar atau sumber

energi, contohnya sumber panasnya bisa dengan sumber panas bumi, batu

bara, oli bekas, Kayu, Sampah, sinar matahari dengan lensa fresnel dll.

3.1 Prinsip kerja

Prinsip kerja dari mesin stirling antara lain adalah

a. Ruang udara dipanasi dari bawah, maka udara di dalamnya akan

memuai dan menekan power piston ke atas.

b. Power piston menggerakkan crank saft bersamaan dengan itu displacer

akan berpindah tempat ke posisi paling atas, dengan melihat gambar,

dengan adanya posisi displacer di bagian atas ruang udara, maka

mayoritas udara di dalam ruang udara mengalami pemanasan.

Sehingga terjadi kompresi lanjutan yang menebabkan power piston

terus bergerak hingga posisi puncak.


c. Saat power piston berada diposisi puncak maka dengan bantuan fly

wheel, segera piston akan bergerak turun lagi, posisi displacer sudah

berada di tengah, sehingga dengan demikian sebagian udara akan

mengalami penyusutan yang mengakibatkan power piston terhisap ke

bawah.

d. Hal ini terus berlangsung hingga posisi power piston ter-rendah di ikuti

oleh pergerakan displacer ke tengah.

e. Dan begitu seterusnya, hal ini berlangsung juga dengan bantuan fly

wheel yang menyimpan momen inersianya.

Gambar 2. mesin stirling dan bagian-bagiannya.


Gambar 2. prinsip kerja mesin stirling

3.2 Macam-macam Stirling Engine

Tipe-tipe Mesin Ada dua tipe utama mesin stirling yang dibedakan

berdasar perpindahan udara antara sisi panas dan dingin dari silinder:

Kedua jenis desain seher alfa Pistons telah independen dalam silinder,

dan gas didorong antara panas dan dingin spasi.

Yang beratnya Stirling mesin ketik, yang dikenal sebagai beta dan

gamma jenis, menggunakan insulated mekanis displacer untuk

mendorong kerja antara gas panas dan dingin dari sisi silinder. Displacer

yang cukup panjang untuk menyekat thermally yang panas dan dingin

dari sisi silinder dan menggantikan besar jumlah gas. Harus memiliki

cukup dari kesenjangan antara displacer dan dinding silinder agar gas

dengan mudah di sekitar alur displacer.


a. Alpha stirling

Silinder panas yang terletak di dalam suhu tinggi Exchanger

panas dingin dan terletak di dalam silinder rendahnya suhu panas

Exchanger. Mesin jenis ini memiliki tingkat daya-to-volume ratio

tetapi karena masalah teknis yang biasanya tinggi suhu panas dari

seher dan ketahanan dari material. Dalam prakteknya, ini seher

biasanya membawa insulating besar kepala untuk memindahkan

stempel yang jauh dari panas zona biaya tambahan ruang mati.

Cara kerja mesin Stirling jenis alpha

Berikut diagram tidak menampilkan internal exchangers panas

di kompresi dan perluasan ruang yang diperlukan untuk

menghasilkan listrik. J regenerator akan ditempatkan di pipa

menghubungkan dua silinder. Krukas yang juga telah diabaikan.

Gambar 3. cara kerja mesin alpha stirling

1. Beta Stirling


http://72.14.203.132/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_exchanger&prev=/translate_s%3Fhl%3Did%26q%3Dstirling%2Bexternal%2Bcombustion%2Bengine%26tq%3DStirling%2Bexternal%2Bcombustion%2Bengine%26sl%3Did%26tl%3Den&usg=ALkJrhjKJblLdSE0ZSjAaa4Y28eXFQnnyQ

http://72.14.203.132/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Heat_exchanger&prev=/translate_s%3Fhl%3Did%26q%3Dstirling%2Bexternal%2Bcombustion%2Bengine%26tq%3DStirling%2Bexternal%2Bcombustion%2Bengine%26sl%3Did%26tl%3Den&usg=ALkJrhjKJblLdSE0ZSjAaa4Y28eXFQnnyQ

Beta Stirling memiliki piston tunggal yang sama diatur dalam

silinder pada batang yang sama sebagai displacer seher. Displacer

piston hanya berfungsi untuk memberi dan menerima kerja gas panas

dari panas ke dingin Exchanger Exchanger panas. Ketika gas

didorong sampai ke hot end pada ujung silinder itu dan memperluas

tekanan piston. Bila di dorong ke cold end silinder, terjadi kontraksi

dan momentum mesin, biasanya ditingkatkan oleh roda gaya,

mendorong piston dengan cara lain untuk memampatkan gas. Tidak

seperti jenis alfa, jenis beta menghindari masalah teknis dari tutup

bergerak yang panas.

Kerja mesin stirling jenis beta

Diagram berikut ini tidak menampilkan penukar panas internal

atau regenerator, yang akan ditempatkan di jalur gas di sekitar

displacer.

Gambar 4. mesin beta stirling

Sedangkan berdasarkan penggunaannya, mesin Stirling kemudian

berkembang menjadi beberapa jenis , antara lain :


http://72.14.203.132/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Flywheel&prev=/translate_s%3Fhl%3Did%26q%3Dstirling%2Bexternal%2Bcombustion%2Bengine%26tq%3DStirling%2Bexternal%2Bcombustion%2Bengine%26sl%3Did%26tl%3Den&usg=ALkJrhjNqM_nPqGIMlMQaoaW3OTvw_Gt8Q

http://72.14.203.132/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/Displacer&prev=/translate_s%3Fhl%3Did%26q%3Dstirling%2Bexternal%2Bcombustion%2Bengine%26tq%3DStirling%2Bexternal%2Bcombustion%2Bengine%26sl%3Did%26tl%3Den&usg=ALkJrhgQ_o8x0qEGieuMJHu3ThYwH77JwQ

http://72.14.203.132/translate_c?hl=id&langpair=en%7Cid&u=http://en.wikipedia.org/wiki/File:Beta_Stirling_frame_12.png&prev=/translate_s?hl=id&q=stirling+external+combustion+engine&tq=Stirling+external+combustion+engine&sl=id&tl=en&usg=ALkJrhgR5PTNaEIcV8B89qT1k7oNBEQ0dA

1. Crank-drive Stirling Engine. Mesin jenis ini pembuatan dan

operasinya mudah, tidak menggunakan pelumas (oli) pada crankcase

nya. Untuk mencegah masuknya oli ke crankcase, digunakan jenis

bantalan : sealed roller bearings, ball bearings atau bushing dari

bahan teflon yang tidak dilubrikasi. Daya (energi) diperoleh dari

gerakan maju-mundurnya piston (system linier). Untuk operasinya

diperlukan bahan bakar.

2. Simple Free-Piston Engine. Bekerja dengan udara atmosfir sebagai

bahan bakar kerjanya, dan putarannya sangat rendah. Kelebihan jenis

mesin ini adalah daya angkat dan efisiensinya sangat tinggi .

Digunakan biasanya untuk pompa (displacement pump). Mesin

dengan displacer berdiameter 60 cm, dengan putaran 1 rotasi per

detik (cycle per second), mampu menghasilkan daya sekitar 500 watt

(50 liter-meter/sec)

3. Free-Cylinder Engine. Mesin jenis resiprokal (berputar), antara lain

untuk pompa .

4. Duplex Stirling Engine, untuk mesin freezer penyimpan bahan

makanan yang portable.

5. Free-Piston Alternator Engine. Digunakan antara lain dalam

pengembangan mesin Stirling pembangkit listrik yang digerakkan

dengan bantuan panas surya (matahari). Kapasitas daya sampai 20

kw. Dalam beberapa tahun ke depan diharapkan akan lebih besar lagi

kapasitasnya.

3.3 Pemanfaatan Stirling

a. Stirling untuk daur ulang ramah lingkungan

Kelangkaan bahan bakar memaksa para ahli mesin memikirkan

cara pembuatan mesin yang hemat bahan bakar. Sistem engine yang

banyak digunakan sejumlah pabrik dalam menjalankan mesin sekarang

ini dinilai banyak pihak kurang efisien dan boros bahan bakar. Bahkan

masih ada perusahaan yang menggunakan mesin kadaluarsa hingga


menyebabkan polusi udara. Beberapa perusahaan dan pengembang telah

mulai menggunakan teknik engine yang pertama kali dibangun di tahun

1816 oleh Roberts Stirling asal Skotlandia. Temuan Stirling itu dipakai

sebagai pengganti sistem lama pada abad ke-19. Dan para peneliti yakin

rancangan tersebut bisa membantu sistem engine abad 21.

Cara kerja mesin Stirling sangat sederhana. Mesin itu menggunakan

ruang penuh gas dan sedikit udara serta dua piston. Satu sisi ruang itu

dipanaskan, dibakar dengan bahan bakar atau sinar matahari, sementara

sisi ruang lain dibiarkan dingin.

Gas yang memanas akan mendorong piston yang dikirim ke poros

mesin. Gerakan poros mesin akan membuat generator memproduksi

listrik atau putaran motor agar bergerak. Selama piston bergerak, gas

berpindah ke sisi ruang panas. Gas itu didorong dalam ruang panas di

bagian bawah ruang dan ditransfer kembali ke sistem pemanas oleh

piston lain. Begitulah perputaran teknis berlangsung terus menerus.

Sistem mesin yang digunakan saat ini hanya mampu

mengekstraksi seperempat energi potensial yang tersedia. Sementara

pada sistem Stirling, selama tidak menggunakan solar, bahan bakar

terpakai secara konstan. Membuatnya bekerja lebih efisien daripada

pembakaran dengan bensin. Dengan beberapa perkiraan, sebanyak 50

persen energi potensial dalam bahan bakar digunakan sepenuhnya pada

mekanisme mesin Stirling.

Sejak ada sistem yang membuat gas dalam mesin tidak keluar dari

silinder tertutup, maka tidak diperlukan perangkat katup yang kompleks

atau sistem lengkap untuk menaikkan panas dan tekanan gas. Hal ini

membuat mesin Stirling lebih aman dioperasikan dan lebih sederhana

dalam perawatan. Selain itu sistem lama yang diminati kembali ini aman

dari ledakan dan suara berisik sebab cara kerjanya cukup tenang.

Perusahaan seperti Whisper Tech di Selandia Baru, seperti

diberitakan ABC News, yakin bahwa sistem mesin Stirling yang efisen


ini dapat berguna di perumahan juga. Merupakan kombinasi dari panas

dan kekuatan, seperti halnya mesin generator. Whisper Tech dan

beberapa perusahaan lain tengah mencoba sistem tua ini dalam ukuran

kecil. Perangkatnya suduah diinstal di sebuah gudang bawah tanah.

Sistem mesin Stirling ini akan dikembangkan sebagai generator

kecil yang mampu memproduksi listrik, digunakan dalam rumahtangga

dalam keadaan darurat saat ada pemadaman listrik dari sentral. Di

samping itu, panas yang dihasilkan oleh kekuatan mikro dapat juga

berfungsi sebagai pemanas air, menggantikan tungku pemanas

b. Penggunaan stirling engine untuk Transportasi

Rencana ke depan, sistem mesin Stirling juga akan dikembangkan

di bidang transportasi. Bahkan beberapa kapal angkut laut sudah

menggunakan sistem mesin ini. Angkatan laut Swedia memiliki tiga

kapal yang digerakkan dengan basis Stirling. Bahkan sejak

menggunakan sistem yang mengkombinasikan oksigen cair dan bahan

bakar disel ini, kapal tersebut dapat beroperasi di bawah laut hingga

berminggu-minggu, jauh lebih lama dari waktu menggunakan sistem

mesin konvensional.

Beberapa perusahaan mobil Amerika sudah menerima tawaran

untuk memproduksi mobil yang didukung sistem Stirling selama krisis

oli di tahun 70-an. Namun sayangnya sistem ini justru kurang efisien

jika dipakai dalam dunia otomotif. Misalnya saja, butuh waktu agak

lama untuk menghangatkan gas dalam silinder tertutup. Ini membuat

mobil lebih cocok menggunakan bahan bakar bensin. Selain itu, tak

seperti bensin, sistem mesin Stirling tidak mendukung untuk kecepatan

akselerasi.

Brent Van Arsdell, presiden American Stirling, perusahaan yang

membuat demonstrasi dan pelatihan sistem engine Stirling, mengatakan

bahwa sejumlah perusahaan kini tengah bekerja mengembangkan sistem


Stirling. Dengan memakai materi bahan metal, sistem ini bisa

menghemat biaya.

Dan mobil juga masih punya kemungkinan menggunakan sistem

Stirling, yaitu dengan didukung sistem hibrid. Yaitu saat menggunakan

baterai yang bisa diisi ulang dan sebuah motor listrik yang bisa

menambah energi pada mobil sampai mesin Stirling cukup panas.

Toyota dan Honda kini juga mulai memanfaatkan sistem ini, hanya tetap

memakai bensin sebagai bahan bakarnya.

Menurut Van Arsdell, kalau mesin dengan bahan bakar bensin

telah dikembangkan sangat baik pada teknologi otomotif, maka mesin

Stirling juga bisa berbuat hal sama. Bukan tak mungkin di masa

mendatang sistem yang hemat bahan bakar ini menggantikan sistem

mesin yang ada kini. Dengan bahan bakar hemat, lingkungan pun bisa

lebih sehat

c. Pembangkit Energi Menggunakan mesin Stirling

pembangkitan listrik dari biomassa dijadikan salah satu alternatif

untuk pemenuhan kebutuhan listrik di Indonesia. Selain itu, produksi

bahan bakar dan listrik biomassa akan mengeksploitasi sumber daya

lokal sehingga meningkatkan pendapatan penduduk setempat. Produk-

produk limbah dari perkebunan sawit, padi, tebu, kayu, dan kelapa dapat

menghasilkan energi biomassa. Selain limbah pertanian, sampah

perkotaan juga dapat diolah menjadi penghasil energi biomassa yang

besar.

Pembangkit listrik yang menggunakan sumber energi berbasis

biomassa salah satunya adalah pembangkitan listrik berprinsip mesin

kalor (heat engine). Mesin kalor siklus Stirling menggunakan

pembakaran eksternal, sedangkan mesin pembakaran internal

menggunakan siklus Otto dan siklus Diesel. Khusus untuk turbin gas

yang menggunakan siklus Brayton, pembakaran dapat dilakukan secara

eksternal maupun internal. SIklus Stirling, Otto, dan Diesel


Mesin bersiklus Stirling adalah jenis mesin yang memiliki sumber

energi dari luar sistem mesin itu sendiri; atau kita biasa sebut dengan

mesin bakar luar. Mesin besiklus Stirling banyak diteliti dan dianggap

menjanjikan karena secara teori memiliki efisiensi yang tinggi, sampai

efisiensi maksimal mesin Carnot. Akan tetapi, mesin siklus Stirling

komersial yang ada masih memiliki daya rendah (0,5-150 kW) dan

berefisiensi sedang, masih mahal, tetapi tak memerlukan banyak

pemeliharaan, toleran terhadap kontaminan, dan beremisi polutan

rendah. Though it had been suggested as early as 1884 by that all closed

cycle should be generically called Stirling engines after , the inventor

of the first practical example, the idea found little favour and the various

types on the market continued to be known by the name of their

individual designer or manufacturer, eg Rider's, Robinson's or Heinrici's

(hot) air engine.

Prinsip Kerja Mesin stirling adalah mesin kalor yang unik dalam

hal ini adalah karena efisiensi teoretisnya mendekati efisiensi teoretis

maksimum, yang lebih dikenal dengan efisiensi mesin carnot. Mesin

stirling digerakkan ekspansi gas ketika dipanaskan dan diikuti kompresi

gas ketika didinginkan. Mesin itu berisi sejumlah gas yang dipindahkan

antara sisi dingin dan panas terus-menerus. Piston displacer

memindahkan gas antara dua sisi dan piston power mengubah volume

internal karena ekspansi dan kontraksi gas.

Piston yang berpindah sebagai regenerator. Renegerator itu dapat

membangkitkan kembali udara. Jika piston bergerak ke atas, regenerator

dialirkan melalui udara hangat dan mengambil sebagian energi dari

udara dan menyimpannya. Jika piston bergerak ke bawah, dialirkan

melalui udara dingin dan mengeluarkan energi yang disimpan. Dengan

regenerator, mesin stirling mencapai efisiensi sangat baik.

Setelah itu, banyak mesin stirling dibuat dengan output dan

efisiensi lebih tinggi. Mesin stirling mendapat perhatian kembali tahun


1940-an setelah Philips Co mulai mengembangkan mesin stirling

sebagai pembangkit listrik portabel. Mesin itu juga diteliti sebagai

refrigerator dan sukses mendinginkan sampai suhu 74 K.

Setelah itu mesin stirling diteliti secara luas di seluruh dunia.

Kebijakan penghematan energi pun meningkatkan pengembangannya.

Beberapa mesin dengan efisiensi tinggi dikembangkan. Saat ini, mesin

stirling dengan berbagai sumber energi dikembangkan para peneliti di

dunia. Pada masa datang, kita bisa melihat mesin stirling yang

berkebisingan rendah, tahan lama, andal, operasi multibahan bakar, gas

buang bersih, dan lain-lain. Beberapa perusahaan juga mendesain mesin

stirling dengan helium sebagai gas kerja (konduktivitas lebih baik

daripada udara).

Tipe-tipe Mesin Ada dua tipe utama mesin stirling yang dibedakan

berdasar perpindahan udara antara sisi panas dan dingin dari silinder.

Tipe alpha mempunyai dua piston terpisah yang akan menggerakkan

udara antara sisi panas dan dingin. Silinder piston panas diletakkan

dalam penukar kalor suhu tinggi. Sebaliknya, silinder piston dingin

diletakkan dalam penukar kalor suhu rendah

Tipe displacement (regeneratif), yaitu tipe beta dan gamma,

menggunakan regenerator yang akan mendorong udara antara sisi panas

dan dingin. Displacer itu cukup panjang untuk mengisolasi sisi panas

dan dingin. Tipe beta berpiston power tunggal yang disusun dalam

silinder yang sama pada poros yang sama sebagai piston displacer. Tipe

itu mempunyai dua piston dalam silinder yang sama dan dihubungkan

ke poros engkol yang sama. Satu sebagai piston power, satu lagi sebagai

piston displacement. Tipe gamma lebih simpel. Kedua piston berada

pada silinder terpisah, tetapi dihubungkan ke roda gila yang sama.

Penerapan mesin stirling untuk pembangkitan energi sangat luas.

Berbagai sumber panas telah digunakan untuk menggerakkan mesin

stirling. Misalnya, energi surya, biomassa, panas buangan dari


insinerator, dan mesin industri. Output yang dihasilkan dari mesin itu

pun bervariasi, dari skala mikro hingga menengah.

2.4 Keunggulan dan Kerugian

Keunggulan dari stirling engine ini lebih ke arah pemanfaatan

energi gratis (free energy), keunggulannya antara lain :

Tidak meledak / non explosive engine karena frekuensinya stabil/

konstan ;

Mesin Stirling dapat bekerja pada sembarang sumber energi

panas, termasuk bahan kimia, sinar surya (solar), limbah pertanian

(sekam, tempurung kelapa dsb), kayu bakar, berbagai produk

minyak bakar (biomassa, biofuel dsb), panas bumi dan nuklir,

panas processor computer, panas matahari, pembakaran sampah,

es di kutub, panas tubuh, panas mesin lain yang sedang bekerja,

dan masih banyak lagi;

Keunggulan dari stirling engine yang lain adalah simpel dan

potensi untuk menggunakan sumber panas terbarukan pada mesin

Stirling lebih mudah, suara mesin lebih lembut (tenang), tidak

bising dan lebih rendah biaya perawatannya.

Biaya kapital per unit daya ($/kW) dapat ditekan lebih rendah .

Dibandingkan dengan mesin pembakaran internal untuk daya yang

sama, maka biaya kapital mesin Stirling untuk saat ini umumya

masih lebih besar dan lebih berat, namun perawatannya jauh lebih

mudah dan ekonomis. Sehingga secara menyeluruh biaya

energinya masih dapat bersaing ketat. Efisiensi panasnya juga

berimbang (untuk mesin-mesin yang kecil) berkisar antara 15% -

30%. Dengan basis biaya investasi per unit daya di atas, untuk unit

generator dengan kapasitas s/d 100 kW., mesin Stirling masih

kompetitif harganya.

Kemungkinan implementasi mesin Stirling banyak sekali, namun

sebagian besar masuk pada kategori mesin piston resiprokal.


Sedangkan kelemahannya adalah :

Efisiensi yang masih rendah

Tenaga yang dihasilkan tidak dapat menyaingi mesin bakar dalam

(mesin pembakaran internal)

BAB IV

PENUTUP

4.1 Kesimpulan

Dari pemaparan yang telah di jelasakan maka dapat diambil kesimpulan

yaitu :

1. Ilmu termodinamika adalah ilmu yang mempelajari hubungan panas dengan

kerja.

2. Energi adalah suatu besaran turunan dengan satuan N.m atau Joule.

Bentuknya yaitu energi kinetik, energi potensial, energi potensial pegas,

energi mekanik, energi aliran, panas, energi dalam, entalpi, dan energi yang

tersedia.

3. Siklus Carnot merupakan kebalikan dari mesin kalor, dimana energi

disalurkan dari suhu rendah menuju suhu yang lebih tinggi. Dengan kata lain

siklus karnot membutuhkan kerja luar untuk dapat bekerja.

4. Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotetis yang beroperasi dalam suatu siklus

reversibel yang disebut siklus Carnot, Mesin carnot dibayangkan sebagai

mesin yang terdiri atas sebuah silinder berisi gas ideal dan ditutup dengan

pengisap (piston) yang dapat bergerak bolak-balik dalam silinder.

5. Stirling engine adalah sebuah jenis mesin pembakaran yang memiliki sumber

energi dari luar sistem mesin itu sendiri sebagai fluida kerjanya, bekerja

berdasarkan prinsip peredaran termodinamika (motor udara panas).. Mesin

stirling tersebut menggunakan udara atau gas ( helium, hydrogen, nitrogen,

methanol dsb) yang dipanaskan oleh pembakaran eksternal melalui suatu heat

echanger, jadi tidak akan habis atau tercemar.


6. Prinsip Kerja Mesin stirling adalah mesin kalor yang unik dalam hal ini

adalah karena efisiensi teoretisnya mendekati efisiensi teoretis maksimum,

yang lebih dikenal dengan efisiensi mesin carnot.

7. Tipe-tipe Mesin Ada dua tipe utama mesin stirling yang dibedakan berdasar

perpindahan udara antara sisi panas dan dingin dari silinder yaitu alfa, beta

dan gamma

8. Pemanfaatan Stirling : Stirling untuk daur ulang ramah lingkungan,

Penggunaan stirling engine untuk Transportasi, Pembangkit Energi

Menggunakan mesin Stirling.


Daftar Pustaka

Anonim1. 2010. Thermodinamika..

http://translate.google.co.id/translate

Diakses tanggal 9 Mei 2010.

Anonim2. 2001. Mesin Stirling ”Daur Ulang” Sistem Ramah Lingkungan.

www. sinarharapan.com/index.html .

Diakses tanggal 9 Mei 2010-05-20

Anonim 3.2008. Stirling Engine.

http://dakdikduk.blogspot.com


Anonim 4.2009. Mesin Carnot.



Anonim 5.2009. Mesin Stirling.






http://www.sinarharapan.com/index.html


46940770 Aplikasi Termodinamika Dalam Teknik Lingkungan

Documents

Transcript of 46940770 Aplikasi Termodinamika Dalam Teknik Lingkungan