BAB I

PENDAHULUAN

1.1 Latar Belakang

Termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik membahas tentang

hubungan antara energi panas dengan kerja. Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk

lain, baik secara  alami maupun hasil rekayasa teknologi. Selain itu energi di   alam   semesta   

bersifat   kekal,   tidak   dapat   dibangkitkan   atau dihilangkan,  yang  terjadi  adalah  perubahan

energi  dari  satu  bentuk menjadi bentuk lain tanpa ada pengurangan atau penambahan. Hal ini

erat hubungannya dengan hukum – hukum dasar pada termodinamika. Dalam makalah ini kami

akan membahas tentang hukum 3 termodinamika dan tentang sistem tenaga uap rankine.

Efek magnetokalorik di pakai untuk menurunkan temperatur senyawa

paramagnetikhingga sekitar 0.001 K. Secara prinsip, temperatur yang lebih rendah lagi dapat

dicapai dengan menerapkan efek magnetokalorik berulang-ulang. Jadi setelah penaikan medan

magnetik semula secara isoterm, penurunan medan magnetik secara adiabat dapat dipakai untuk

menyiapkan sejumlah besar bahan pada temperatur Tᶠ¹, yang dapat dipakai sebagai tandon kalor

untuk menaikan tandon kalor secara isoterm ynag berikutnya dari sejumlah bahan yang lebih

sedikit dari bahan semula. Penurunan medan magnetik secara adiabat yang kedua dapat

menghasilkan temperatur yang lebih rendah lagi, Tᶠ², dan seterusnya. Maka akn tibul pertanyaan

apakah efek magnetokalorik dapat dipakai untuk mendinginkan zat hingga mencapai nol mutlak.

Pecobaan menunjukan bahwa sifat dasar semua proses pendinginan adalah bahwa

semakin rendah temperatur yang dicapai, semakin sulit menurunkannya.hal yang sama berlaku

juga untuk efek magnetokalorik.dengan persyaratan demikian, penurunan medan secara adiabat

yang tak trhingga banyaknya diperlukan untuk mencapai temperatur nol mutlak.

Rankine Cycle kadang-kadang dikenal sebagai suatu Daur Carnot praktis ketika suatu

turbin efisien digunakan, T diagram akan mulai untuk menyerupai Daur Carnot. Perbedaan yang

utama adalah bahwa suatu pompa digunakan untuk memberi tekanan cairan sebagai penganti

gas. Ini memerlukan sekitar 100 kali lebih sedikit energy dibanding yang memampatkan suatu

gas di dalam suatu penekan ( seperti di Daur Carnot).

1.2 Rumusan Masalah

Maka dirumuskan permasalahan sebagai berikut :

1. Apa pengertian dan aplikasi hukum ketiga termodinamika ?

2. Apa dan bagaimana proses siklus Rankine terjadi?

1.3 Tujuan Penulisan

Makalah ini dapat memberikan manfaat, diantaranya dapat menambah pengetahuan dan

wawasan tentang Hukum ketiga Termodinamika dan Siklus Rankine bagi para pembaca.

BAB II

PEMBAHASAN

2.1 Hukum III Termodinamika

Efek magnetokalorik di pakai untuk menurunkan temperatur senyawa

paramagnetikhingga sekitar 0.001 K. Secara prinsip, temperatur yang lebih rendah lagi dapat

dicapai dengan menerapkan efek magnetokalorik berulang-ulang. Jadi setelah penaikan medan

magnetik semula secara isoterm, penurunan medan magnetik secara adiabat dapat dipakai untuk

menyiapkan sejumlah besar bahan pada temperatur Tᶠ¹, yang dapat dipakai sebagai tandon kalor

untuk menaikan tandon kalor secara isoterm ynag berikutnya dari sejumlah bahan yang lebih

sedikit dari bahan semula. Penurunan medan magnetik secara adiabat yang kedua dapat

menghasilkan temperatur yang lebih rendah lagi, Tᶠ², dan seterusnya. Maka akan timbul

pertanyaan apakah efek magnetokalorik dapat dipakai untuk mendinginkan zat hingga mencapai

nol mutlak.

Pecobaan menunjukan bahwa sifat dasar semua proses pendinginan adalah bahwa

semakin rendah temperatur yang dicapai, semakin sulit menurunkannya.hal yang sama berlaku

juga untuk efek magnetokalorik.dengan persyaratan demikian, penurunan medan secara adiabat

yang tak trhingga banyaknya diperlukan untuk mencapai temperatur nol mutlak. Perampatan dari

pengalaman dapat dinyatakan sebagai berikut :

Temperatur nol mutlak tidak dapat dicapai dengan sederetan prosesyang

banyaknya terhingga.Ini dikenal sebagi ketercapaian temperatur nol mutlak atau ketaktercapaian

hukum ketiga termodinamika. Pernyataan lain dari hukum ketiga termodinamika adalahhasil

percobaan yang menuju ke perhitungan bahwa bagaimana ΔST  berlaku ketika T mendekati nol.

ΔST ialah perubahan entropi sistem terkondensasi ketika berlangsung proses isoterm terbuktikan.

Percobaansangat memperkuat bahwa ketika T menurun, ΔST  berkurang jika sistem itu zat cair

atau zat padat. Jadi prinsip berikut dapat di terima:

Perubahan entropi yang berkaitan dengan proses-terbalikan-isotermis-suatu sistem-

terkondensasi mendekati nol ketika temperaturnya mendekati nol.

Pernyataan tersebut merupakan hukum ketiga termodinamika menurut Nernst-Simon.

Nernst menyatakan bahwa perubahan entropi yang menyertai tiap proses reversibel, isotermik

dari suatu sistem terkondensasi mendekati nol. Perubahan yang dinyatakan di atas dapat berupa

reaksi kimia, perubahan status fisik, atau secara umum tiap perubahan yang dalam prinsip dapat

dilakukan secara reversibel.

Hal ini dikenal sebagai hukun Nernst, yang secara matematika dinyatakan sebagai :

Pada Kemudian, Pada tahun 1911, Planck membuat suatu hipotesis   0, bukan hanya beda

entropi yg = 0, tetapi entropi setiap zatàsuhu T  padat atau cair dalam keseimbangan dakhir pada

suhu nol. Dapat ditunjukkan secara eksperimen, bahwa bila suhunya mendekati St menurun.D0

K, perubahan entropi transisi. Persamaan diatas dikenal sebagai hukum ketiga termodinamika.

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini

menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan

berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa

entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

StD Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa perubahan entropi yang berkaitan

dengan perubahan kimia atau perubahan fisika bahan murni pada T = 0 K bernilai nol.

Secara intuitif hukum ketiga dapat dipahami dari fakta bahwa pergerakan ionik atau

molekular maupun atomik yang menentukan derajat ketidakteraturan dan dengan demikian juga

besarnya entropi, sama sekali berhenti pada 0 K. Dengan mengingat hal ini, tidak akan ada

perubahan derajat ketidakteraturan dalam perubahan fisika atau kimia dan oleh karena itu tidak

akan ada perubahan entropi.

2.1.2 Aplikasi Hukum III Termodinamika

Hukum ketiga termodinamika memungkinkan perhitungan perhitungan entropi absolut

dari zat murni pada tiap temperatur dari panas jenis dan panaa transisi. Sebagai contoh, suatu

benda padat pada temperatur T, akan memeiliki entropi yang akan dinyatakan oleh :

Suatu benda cair, sebaliknya mempunyai entropi yang dinyatakan oleh :

Penerapan yang mencakup gas menjadi :

Besaran-besaran yang diperlukan untuk evaluasi numerik entropi mencakup panas jenis.

Pengukuran panas jenis zat padat di sekitar titik nol absolut menunjukan bahwa :

Karena  untuk zat padat,maka Debye dan Einstein menurunkan persamaan berikut untuk

panaa jenis zat pasdat :

Dimana a adalah karakteristik yang berbeda untuk setiap zat. Bila suatu zat sederhana

dipanaskan pada tekanan konstan, pertambahan entropi dinyatakan oleh :

Bila persamaan tersebut di integrasikan di antara titik nol absolutdengan temperatur T

dimana s =0

2.2 Siklus Rankine

Siklus Rankine adalah suatu mesin kalori dengan uap air menggerakkan siklus. Cairan

Aktip yang umum adalah air. Siklus terdiri dari empat proses, setiap siklus mengubah keadaan

fluida (tekanan dan/atau wujud).

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

ini membutuhkan sedikit input energi.

Proses 2: Fluida cair bertekanan tinggi masuk ke boiler di mana fluida dipanaskan hingga

menjad uap pada tekanan konstan menjadi uap jenuh.

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

temperatur dan tekanan uap, dan mungkin sedikit kondensasi juga terjadi.

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

temperatur tetap hingga menjadi cairan jenuh.

Pekerjaan Keluaran siklus ( Turbin uap), W1 dan masukan pekerjaan kepada siklus (Pompa),

W2 adalah:

W1 = m (h1-h2)

W2 = m (h4-h3)

di mana m adalah aliran massa siklus . Panas menyediakan kepada siklus ( ketel uap), Q1

Dan Panas menolak dari siklus ( pemadat), Q2 adalah:

Q1 = m (h1-h4)

Q2 = m (h2-h3)

kerja keluaran siklus adalah:

W = W1 - W2

Turbine:

– Energi dalam  pada tekanan uap tinggi  bekerja

– Tekanan menurunkan Pboiler ke Pcondenser

 

Condensor:

-memadatkan uap air.

-Tekananya tetap.

– Ciptakan ruang hampa atau tekanan rendah pada Pcondenser

– Cairan keluar sebagai SATURATED LIQUID

Pompa ( Feedwater Pompa):

– Tekanan uap air meningkat dari Pcondenser ke Pboiler

– Konsumsi tenaga.

Ketel uap (boiler)

– energi Masuk ke tekanan tinggi memberi air untuk uap air

– tekanan konstat pada tekanan tinggi, Pboiler

Turbine:

– Energi dalam  pada tekanan uap tinggi  bekerja

– Tekanan menurunkan Pboiler ke Pcondenser

Condensor:

-memadatkan uap air.

-Tekananya tetap.

– Ciptakan ruang hampa atau tekanan rendah pada Pcondenser

– Cairan keluar sebagai SATURATED LIQUID

Pompa ( Feedwater Pompa):

– Tekanan uap air meningkat dari Pcondenser ke Pboiler

– Konsumsi tenaga.

Ketel uap (boiler)

– energi Masuk ke tekanan tinggi memberi air untuk uap air

– tekanan konstat pada tekanan tinggi, Pboiler

BAB III

PENUTUPAN

3.1 Kesimpulan

Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini

menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan

berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga menyatakan bahwa

entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol absolut bernilai nol.

Aplikasi: Kebanyakan logam bisa menjadi superkonduktor pada suhu sangat rendah,

karena tidak banyak keacakan gerakan kinetik dalam skala molekular yang menggangu aliran

elektron. Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja.

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

dan/atau wujud).

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

membutuhkan sedikit input energi.

Proses 2: Fluida cair bertekanan tinggi masuk ke boiler di mana fluida dipanaskan hingga menjad

uap pada tekanan konstan menjadi uap jenuh.

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

temperatur dan tekanan uap, dan mungkin sedikit kondensasi juga terjadi.

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

temperatur tetap hingga menjadi cairan jenuh.

3.2 Saran

1. Penulis dapat menambahkan lagi materi (menambahkan rumusan masalah) agar

pengetahuan pembaca menjadi lebih luas

2. Penulis juga dapat memperbanyak lagi sumber / referensi, agar makalah yang akan dibuat lebih lengkap lagi.