MESIN KALOR

Mesin kalor adalah suatu alat yang mempertukarkan kalor dengan lingkungannya dan melakukan usaha berulang-ulang secara terus-menerus dalam suatu rangkaian proses.

Gagasan dasar di balik mesin kalor  adalah bahwa energi mekanik bisa didapat dari energi termal hanya ketika kalor dibiarkan mengalir dari temperature tinggi ke temperature yang lebih rendah. dalam proses ini, sebagian kalor dapat diubah menjadi kerja mekanik.

            Artinya, masukan kalor Q_h  pada temperatur tinggi T_h sebagian diubah menjadi kerja W dan sebagian dibuang sebagai kalor Q_L pada temperatur  yang lebih rendah T_L. dengan kekekalan energi , Q_h = W + Q_L. temperature tinggi T_hdan temperature rendah T_L disebut temperature operasi mesin.

            Efisiensi e dari mesin kalor dapat didefinisikan sebagai perbandingan kerja yang dilakukan W terhadap masukan kalor pada temperature tinggi T_h.

  

           

Perlu diketahui bahwa kita hanya meninjau mesin kalor yang melakukan kerja secara terus menerus. Agar kerja bisa dilakukan secara terus menerus maka kalor harus mengalir secara terus menerus dari tempat bersuhu tinggi menuju tempat bersuhu rendah. Jika kalor hanya mengalir sekali saja maka kerja yang dilakukan mesin kalor juga hanya sekali saja (energi mekanik yang dihasilkan sangat sedikit). Dengan demikian mesin kalor tersebut tidak bisa kita manfaatkan secara optimal. Mesin kalor bisa dimanfaatkan secara optimal jika ia melakukan kerja secara terus menerus. Dengan kata lain, stok energi mekanik yang dihasilkan mesin kalor cukup banyak sehingga bisa kita gunakan untuk menggerakkan sesuatu.

a.      Mesin Bensin

Mesin bensin atau mesin Otto dari Nikolaus Otto adalah sebuah tipe mesin pembakaran dalam yang menggunakan nyala busi untuk proses pembakaran, dirancang untuk menggunakan bahan bakar bensin atau yang sejenis.

Pada mesin bensin, pada umumnya udara dan bahan bakar dicampur sebelum masuk ke ruang bakar, sebagian kecil mesin bensin modern mengaplikasikan injeksi bahan bakar langsung ke silinder ruang bakar termasuk mesin bensin 2 tak untuk mendapatkan emisi gas buang yang ramah lingkungan. Pencampuran udara dan bahan bakar dilakukan oleh karburator atau sistem injeksi, keduanya mengalami perkembangan dari sistem manual sampai dengan penambahan sensor-sensor elektronik. Sistem Injeksi Bahan bakar di motor otto terjadi diluar silinder, tujuannya untuk mencampur udara dengan bahan bakar seproporsional mungkin. Hal ini dsebut EFI

Mesin bensin sering digunakan dalam :

1.      Sepeda motor.

2.      Mobil.

3.      Pesawat.

4.      Mesin untuk pemotong rumput

5.      Mesin untuk speedboat dan sebagainya.

Tipe-tipe mesin bensin berdasarkan siklus proses pembakaran adalah :

1.      Mesin satu tak, setiap langkah piston terjadi proses pembakaran.

2.      Mesin dua tak, memerlukan dua langkah piston dalam satu siklus proses pembakaran.

3.      Mesin empat tak, memerlukan empat langkah piston dalam satu siklus proses pembakaran.

4.      Mesin enam tak, memerlukan enam langkah piston dalam satu siklus proses pembakaran.

5.      Mesin wankel (rotary engine/wankel engine). memerlukan satu putaran penuh rotor dalam satu siklus pembakaran.

Tiga syarat utama supaya mesin bensin dapat berkerja :

1.      Kompresi ruang bakar yang cukup.

2.      Komposisi campuran udara dan bahan bakar yang sesuai.

3.      Pengapian yang tepat (besar percikan busi dan waktu penyalaan/timing ignition)

Sistem-sistem dalam mesin bensin mencakup :

1.      Sistem bahan bakar (fuel system).

2.      Sistem pengapian (ignition system).

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

4.      Sistem pembuangan udara hasil pembakaran (exhaust system).

5.      Sistem katup (valve mechanism)

6.      Sistem pelumasan (lubricating system)

7.      Sistem pendinginan (cooling system).

8.      Sistem penyalaan (starting system).

MESIN CARNOT

Menurut hukum II Termodinamika, tak mungkin didapatknan mesin  panas yang bekerja antara  dua tandon  panas  dengan efisiensi 100 persen. Carnot menemukan bahwa semua mesin reversibel yang bekerja antara dua tandon panas mempunyai efesiensi yang sama dan bahwa tidak ada mesin yang dapat mempunyai yang lebih besar  daripada efesiensi mesin reversibel. Hasil ini dikenal sebagai teorema Carnot yaitu :

 “tidak ada mesin yang bekerja di antara dua tandon panas yang tersedia yang dapat lebih efesien daripada mesin reversibel yang bekerja di antara kedua tandon itu”.

Beberapa syarat yang diperlukan agar proses bersifat reversibel:

1.      Tidak ada energi mekanik yang dapat hilang karena gesekan, gaya viskos, atau gaya disipatif lain yang menghasilkan panas.

2.      Tidak ada konduksi panas karena beda temperatur.

3.      Proses harus kuasi-statik agar sistem selalu dalam keadaan setimbang (atau sangat dekat dengan keadaan setimbang).

Tiap proses  yang melanggar salah satu kondisi diatas merupakan proses irriversibel. Kebanyakan proses yang terjadi di alam bersifat irriversibel.

Carnot, dalam tahun 1824, adalah orang yang pertama kali memperkenalkan suatu proses siklik kedalam teori termodinamika yang sekarang dikenal sebagai siklus  Carnot. Carnot  terutama  sekali tertarik di dalam meningkatkan mesin uap. Usaha Carnot ini dapat dikatakan sebagai landasan pengetahuan tentang termodinamika.

Siklus Carnot dapat dilaksanakan dengan system yang bersifat apapun. Boleh zat padat, cair atau gas, atau juga saput permikaan (surface film), atau zat paramagnetic. Bahkan system boleh juga mengalami perubahan fase selama siklus tersebut. Dan mesin reversibel  yang memakai gas ideal sebagai zat kerjanya , dikenal dengan istilah yaitu siklus Carnot.  

Siklus Carnot

. 

Gambar 1.1 siklus Carnot untuk gas ideal.

Siklus dimulai pada keadaan 1 dengan absorsi panas isotermal kuasi-statik dari tandon panas pada temperatur T_h. kerena panas diserap secara isotermal, proses dapat dibalik tanpa melanggar hukum kedua Termodinamika. Usaha dilakukan oleh gas ketika berekspansi ke keadaan 2. Dari keadaan 2 ke keadaan 3, gas berekspansi secara adiabatik, artinya tanpa pertukaran panas. Jika ekspansi ini  dilakukan secara kuasi statik, maka proses ini bersifat reversibel. Lebih banyak usaha dikerjakan oleh gas, dan temperatur gas turun menjadi T_c. bagian ketiga siklus ini adalah kompresi isotermal pada temperatur T_c, dari keadaan 3 ke keadaan 4. Selama tahapan siklus ini, usaha dilakukan pada gas, dan panas │Q_c│ dibuang ke tandon dingin pada temperatur T_c. bagian terakhir siklus ini adalah kompresi adiabatik dari keadaan 4 ke keadaan awal 1. Usaha kembali dilakukan selama kompresi ini. Usaha neto yang dilakukan selama siklus ini dinyatakan oleh luasan bayang-bayang dalam gambar.

Dengan cara yang sama, panas yang dibuang ke tandon dingin sama dengan usaha yang dilakukan pada gas sealama kompresi isotermal pada temperatur T_c dari keadaan 3 ke keadaan 4. Usaha ini besarnya sama dengan usaha yang dilakukan oleh gas jika mengembang dari keadaan  4 ke keadaan 1 jadi panas yang dibuang adalah:

Kita dapat menghubungkan volume V₁, V₂, V₃,dan V₄ dengan menggunakan persamaan untuk ekspansi adiabatik kuasi-statik:

Dengan menggunakan persamaan ini pada ekspansi dari keadaan 2 ke keadaan 3, kita mendapat

Dengan cara yang sama, untuk kompresi adiabatik dari keadaan 4 ke keadaan 1, kita mendapatkan

Dengan membagi kedua persamaan ini, kita dapatkan

Dengan demikian, V₂/V₁= V₃/V₄. Selanjutnya ln(V₂/V₁)= ln(V₃/V₄), sehingga kita dapat meniadakan suku logaritmik pada persamaan

Persamaan diatas berlaku untuk tiap mesin reversibel yang bekerja di antara tandon dengan temperatur T_h dan T_c. mesin ini menghasilkan efesiensi  terbesar yang mungkit untuk mesin yang bekerja di antara temperatur-temperatur ini. Tidak ada mesin yang dapat mempunyai efisiensi carnot, mesin dengan efisiensi yang lebih besar dari mesin ini akan melanggar hukum II Termodinamika.

Sistem Termodinamika dan Spesifikasi Keadaan

Sejumlah tertentu dari bahan yang sedang diteliti disebut sistem. Sistem termodinamik adalah suatu sistem yang keadaannya diperikan oleh besaran-besaran termodinamik. Berdasarkan interaksi dengan lingkungannya, sistem dibedakan menjadi tiga macam, yaitu sistem terbuka, tertutup dan terisolasi.

Keadaan suatu sistem ditentukan oleh beberapa syarat yang disebut sifat sistem, yang biasanya diamati secara kuantitatif yang disebut besaran. Besaran dibagi menjadi dua yaitu, besaran ekstensif dan besaran intensif. Terdapat tiga sifat sistem yang penting yaitu volume, tekanan, dan suhu.

Perbandingan antara besaran ekstensif suatu sistem terhadap massa sistem disebut harga jenis rata-rata dari sistem. Harga jenis molal rata-rata didefinisikan sebagai perbandingan antara harga dari besaran ekstensif dengan jumlah mol dari sistem.

Apabila suatu sistem memenuhi syarat-syarat kesetimbangan mekanis, termal, dan kimiawi maka sistem disebut dalam keadaan kesetimbangan termodinamik.

Proses adalah perubahan suatu sistem dari satu keadaan ke keadaan lain. Dikenal dua jenis proses yaitu kuasistatis dan tidak kuasistatis. Proses kuasistatis dibedakan menjadi proses isotermal, isochoris, isobaris dan adiabatis. Bila dua sistem satu sama lain berada dalam kesetimbangan termal maka suhu kedua sistem tersebut sama. Alat untuk mengukur suhu disebut termometer. Termometer yang baik ditentukan oleh kepekaannya, ketelitiannya dan keterulangannya (dapat diperbanyak) serta kecepatannya mencapai kesetimbangan termal dengan sistem lainnya. Skala yang digunakan dalam keteknikan adalah Rankine dan Fahrenheit, sedangkan dalam satuan metris digunakan skala Kelvin dan Celcius.

Perilaku gas pada tekanan rendah mempunyai hubungan dan disebut sebagai gas ideal.

Terdapat dua model untuk menganalisis campuran beberapa gas yaitu model Dalton, dan model Amagat. Dalam model Dalton, sifat-sifat dari setiap komponen dianggap seolah-olah setiap komponen gas campuran berada pada tekanan terpisah dengan volume campuran. Sedangkan model Amagat, sifat-sifat dari setiap komponen dianggap seolah-olah setiap komponen gas campuran berada terpisah pada volume dengan tekanan campuran.

Kalor, Usaha dan Hukum Pertama Termodinamika

Yang dimaksud dengan usaha dW dari suatu kakas F adalah usaha yang dilakukan oleh kakas F tersebut untuk memindahkan partikel yang dikenai kakas sebesar ds. Usaha bukan sifat sistem. Usaha dilakukan oleh sistem dianggap positif dan usaha dilakukan pada sistem dianggap negatif. Usaha total W untuk mengubah volume dari V1 ke V2 adalah   . Usaha adalah fungsi lintasan yang berarti usaha bergantung pada proses. Sedangkan usaha yang dilakukan pada proses peekspansi bebas adalah nol.

Eenergi didefinisikan sebagai besaran yang berubah antara dua keadaan kesetimbangan dan sama dengan usaha adiabatik. Berkurangnya energi antara dua keadaan kesetimbangan sebagai usaha yang dilakukan oleh sistem pada sebarang proses adiabatik antara dua keadaan. Jadi energi merupakan sifat sistem karena hanya bergantung pada keadaan awal dan akhir sistem. Energi dalam U adalah bagian dari energi total yang hanya bergantung pada keadaan dalam sistem, yang disebut juga sebagai koordinat termodinamik.

Kalor mengalir keluar dari benda yang bersuhu lebih tinggi mengalir masuk ke benda yang bersuhu lebih rendah dengan jumlah kalor yang keluar dan masuk adalah sama. Kalor merupakan fungsi lintasan.

Hukum pertama termodinamika menyatakan pertambahan energi netto dari sistem E2 – E1 sama dengan energi Q mengalir masuk ke sistem sebagai kalor, dikurangi energi yang keluar sebagai usaha E2 – E1 = Q, menyatakan hukum kekekalan energi.

Kapasitas kalor sistem, C, dalam suatu proses yang suhunya berubah sebesar dT, didefinisikan sebagai perbandingan besaran kalor d’Q yang mengalir masuk sistem terhadap perubahan suhu dT. Harga kapasitas kalor pada tekanan konstan, dinyatakan dengan Cp. Jika volume sistem konstan selama proses dengan suhu berubah, kapasitas kalor disebut kapasitas kalor pada volume konstan dan dinyatakan dengan Cv.

Energi dalam gas ideal pada suhu konstan tidak bergantung pada volumenya dituliskan , kapasitas kalor jenis pada volume konstan          

KONSEP DASAR TERMODINAMIKA

Pengertian

Termodinamika adalah cabang ilmu fisika yang mempelajari kalor dan usaha. Berasal dari katatherme yang berarti kalor dan dynamics yang berarti kakas atau gaya. Jadi termodinamika berarti kemampuan benda panas menghasilkan usaha. Sekarang pengertian termodinamika berkembang menjadi ilmu yang mempelajari energi beserta perubahannya dan hubungan antara sifat-sifat fisis materi.

Aplikasi Termodinamika

Aplikasi termodinamika dalam kehidupan sehari-hari sangat banyak dan setiap saat selalu berkembang. Secara alamiah dapat dilihat bagaimana energi dapat diubah menjadi kerja yang bermanfaat bagi manusia. Kemampuan manusia menciptakan mesin-mesin yang mampu mengubah kalor menjadi kerja sangat membantu dalam memenuhi kebutuhan energi. Sebagai contoh penerapan prinsip dan metode termodinamika dapat dilihat pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU), PLTN, refrigerator, mesin kalor, roket dan lain-lain.

Sistem Termodinamika

Setiap penerapan hukum pertama pada suatu bagian diskrit dari alam semesta memerlukan definisisistem dan lingkungannya. Sistem adalah sejumlah zat yang dibatasi oleh dinding tertutup. Yang dimaksud dengan zat di sini dapat berupa zat padat, cair atau gas, dapat pula dipol magnet, energi radiasi, foton dan lain-lain. Dinding yang membatasi sistem dapat dengan lingkungan dapat dinyatakan nyata atau imajiner, dapat diam atau bergera, dapat berubah ukuran atau bentuknya. Segala sesuatu di luar sistem yang mempunyai pengaruh langsung terhadap sistem disebut lingkungan. Suatu sistem dengan lingkungannya disebut dengan semesta (universe).

Gambar 1. Sistem dan lingkungan

Berdasarkan hubungan antara sistem dengan lingkungannya, sistem dapat dibedakan menjadi tiga, yaitu:

-     Sistem Terisolasi, yaitu bila antara sistem dengan lingkungannya tidak terjadi pertukaran     energi dan materi.

-     Sistem Tertutup, yaitu bila antara sistem dan lingkungannya hanya dapat dipertukarkan       energi, materi tidak dapat menembus sistem tersebut.

-     Sistem Terbuka, bila antara sistem dan lingkungan dapat dipertukarkan energi maupun        materi.

Makroskopik versus Mikroskopik

Pada umumnya terdapat dua pandangan yang bisa diambil untuk menyelidiki karakteristik sistem dan interaksinya dengan lingkungan, yaitu pandangan makroskopik dan pandangan mikroskopik.

Misalnya kita mempunyai silinder mesin mobil yang diisi campuran hidrokarbon dan udara. Setelah campuran tersebut dibakar menghasilkan gas-gas yang diperikan dengan senyawa kimia tertentu. Pernyataan mengenai jumlah zat ini merupakan pemerian komposisi sistem itu. Setiap saat sistem yang diperikan dengan komposisi tersebut akan menempati volume yang ditentukan oleh kedudukan piston. Kuantitas lain yang dapat digunakan untuk memerikan sistem tersebut adalah tekanan dantemperatur. Jadi dengan demikian untuk memerikan sistem campuran hidrokarbon dalam silinder piston dengan empat kuantitas: komposisi, volume, tekanan dan temperatur. Kuantitas ini diacu sebagai ciri umum dari sistem dan merupakan pemerian makroskopik.

Sistem di atas dapat pula diperikan berdasarkan pandangan mikroskopik. Menurut mekanika statistik, sistem diandaikan terdiri atas sejumlah besar N molekul, masing-masing dapat ada dalam keadaan yang energinya E. Molekul ini dianggap saling berinteraksi melalui tumbukan atau melalui gaya yang ditimbulkan oleh medan. Konsep peluang diterapkan, dan keadaan setimbang sistem dianggap sebagai keadaan dengan peluang terbesar. Lebih lanjut bagaimana pemerian secara mikroskopik sistem tersebut akan dipelajari dalam mekanika statistik.

Keseimbangan Termodinamik

Pada umumnya suatu sistem berada dalam keadaan sembarang. Ini berarti bahwa dalam sistem tersebut terdapat perbedaan suhu antara bagian-bagiannya, terdapat variasi tekanan dan reaksi kimia. Apabila sistem itu ditunggu beberapa saat dapatlah terjadi hal-hal berikut:

Apabila perbedaan suhu hilang, maka dapat dikatakan sistem berada dalam keseimbangan termal. Jika variasi tekanan hilang, sistem dapat dikatakan berada dalam keseimbangan mekanik. Dan apabila sudah tidak terdapat lagi reaksi kimia pada sistem itu, dikatakan telah terjadi keseimbangan kimia. Jika ketiga macam keseimbangan telah tercapai, maka dapat dikatakan sistem dalam keseimbangan termodinamik.

Proses

Ketika suatu sistem tertutup bergeser dari keseimbangan, sistem ini menjalani sebuah proses, selama itu sifat-sifat sistem berubah sampai keadaan seimbang yang baru tercapai. Selama proses tersebut, sistem dapat berinteraksi dengan lingkungannya agar dapat menukar kalor atau usaha yang menghasilkan perubahan yang diinginkan dalam sistem atau lingkungan.

Proses termodinamika dapat didefinisikan sebagai energetik evolusi sistem termodinamika yang berubah dari keadaan awal ke keadaan akhir. Biasanya, setiap proses termodinamika dibedakan dari proses lainnya, berdasarkan karakteristik energinya, menurut parameter yang tetap misalnya suhu, tekanan, atau volume, dll. Proses termodinamika ada enam yang paling umum yaitu:

1. Proses isobarik terjadi pada tekanan konstan.

2. Proses isochorik, atau proses isometrik/isovolumetrik, terjadi pada volume konstan.

3. Proses isotermal terjadi pada suhu konstan.

4. Proses isentropik terjadi pada entropi konstan.

5. Proses isenthalpik terjadi pada entalpi konstan.

6. Proses adiabatik terjadi tanpa kehilangan atau mendapatkan panas.

Termodinamika dalam kehidupan sehari-hari

Termodinamika sudah sangat tidak asing didalam kehidupan sehari-hari, banyak sekali peristiwa termodinamika yang terjadi dalam kehidupan. Sebagai contohnya perubahan suhu yang terdapat pada badan kita, kemudian beberapa peralatan rumah tangga yang menggunakan konsep termodinamika dan beberapa peralatan lainnya.

Termodinamika telah merubah sistem industri didunia, dari yang mulanya menggeunakan kayu bakar untuk memasak sampai menggunakan listrik untuk memasak. Hal ini karena termodinamika merupakan hukum-hukum yang menyangkut banyak hal dalam kehidupan sehari-hari. Salah satu contoh yang paling sederhana adalah es didalam gelas yang menyebabkan terjadi pengembunan diluar gelas, padahal terpisahkan oleh medium gelas (glass) yang memisahkan permukaan luar dan permukaan dalam.

Proses timbulnya air pada permuakaan gelas itu menandakan adanya suatu sistem yang terjadi pada perstiwa ini, sistem yang terjadi adalah bahwa udara yang ada di sekeliling gelas mengandung uap air.Ketika gelas diisi es, gelas menjadi dingin. Udara yang bersentuhan dengan gelas dingin ini akan turun suhunya. Uap air yang ada di udara pun ikut mendingin. Jika suhunya sudah cukup dingin, uap air ini akan mengembun membentuk tetes-tetes air di bagian luar gelas. Hal ini merupakan peristiwa termodinamika yang sesuai dengan hukum termodinamika yang ke dua yang berbunyi Berikut “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, dari hukum ini proses yang terjadi didalam gelas merupakan proses penyerapan panas dengan kata lain udara akan berubah menjadi dingin, sementar udara mengandung kadar air yang tinggi pda kelembaban yang tinggi, sehingga ketika udara dingin akan membuatnya mengembun sehingga timbul air pada permukaan luar pada gelas.

Dari contoh es pada gelas diatas merupakan sistem pertukaran secara tertutup karena terjadi pertukaran panas tetapi tidak terjadi pertukaran benda dengan menggunakan media pembatas rigid (tidak boleh mempertukarkan kerja) dengan mempertukarkan panas melalui medium gelas.

Termos Pada alat rumah tangga tersebut terdapat aplikasi hukum I termodinamika dengan sistem terisolasi. Dimana tabung bagian dalam termos yang digunakan sebagai wadah air, terisolasi dari lingkungan luar karena adanya ruang hampa udara di antara tabung bagian dalam dan luar. Maka dari itu, pada termos tidak terjadi perpindahan kalor maupun benda dari sistem menuju lingkungan maupun sebaliknya.2. Mesin kendaraan bermotor Pada mesin kendaraan bermotor terdapat aplikasi termodinamika dengan sistem terbuka. Dimana ruang didalam silinder mesin merupakan sistem, kemudian campuran bahan bakar dan udara masuk ke dalam silinder, dan gas buang keluar sistem melalui knalpot.

Alat-alat yang menggunakan prinsip termodinamika dalam kehidupan sehari-hari:

Lemari Es (Kulkas)

            Adalah suatu unit mesin pendingin di pergunakan dalam rumah tangga, untuk menyimpan bahan makanan atau minuman. Untuk menguapkan bahan pendingin di perlukan panas.                 

  Lemari es memanfaatkan sifat ini. Bahan pendingin yang digunakan sudah menguap pada suhu -200C. panas yang diperlukan untuk penguapan ini diambil dari ruang pendingin, karena itu suhu dalam ruangan ini akan turun. Penguapan berlangsung dalam evaporator yang ditempatkan dalam ruang pendingin. Karena sirkulasi udara, ruang pendingin ini akan menjadi dingin seluruhnya.
              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 T_L (katakanlah, di dalam lemari Es), dan kalor yang jumlahnya lebih besar dikeluarkan pada temperature tinggi T_h(ruangan).

Sistem lemari Es yang khas, motor kompresor memaksa gas pada temperatur tinggi melalui penukar kalor (kondensor) di dinding luar lemari Es dimana Q_h 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 (Q_L) 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 akan ada lemari Es yang sempurna.

       

    Cara Kerja Instalasi Mesin Kulkas

            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.

Jenis Aliran Udara Pendingin

Jenis aliran udara pada lemari es ada 2 macam :

1.      Secara alamiah tanpa fan motor, di dalam lemari es udara dingin pada bagian atas dekat evaporator mempunyai berat jenis lebih besar. Dari beratnya sendiri udara dingin akan mengalir ke bagian bawah lemari es. Udara panas pada bagian bawah lemari es karena berat jenisnya lebih kecil dan di desak oleh udara dingin dari atas, akan mengalir naik ke atas menuju evaporator. Udara panas oleh evaporator didinginkan menjadi dingin dan berat lalu mengalir ke bawah lagi. Demikianlah terjadi terus menerus secara alamiah.

2.      Aliran udara di dalam lemari es dengan di tiup oleh fan motor, lemari es yang memakai fan motor, dapat terjadi sirkulasi udara dingin yang kuat dan merata ke semua bagian dari lemari es. Udara panas di dalam lemari es dihisap oleh fan motor lalu dialirkan melalui evaporator. Udara menjadi dingin dan oleh fan motor di dorong melalui saluran atau cerobong udara, di bagi merata ke semua bagian dalam lemari es.

RUMUS-RUMUS MINIMAL TERMODINAMIKA

Hukum Termodinamika I
ΔU = Q − W
Keterangan :
ΔU = perubahan energi dalam (joule)
Q = kalor (joule)
W = usaha (joule)

Proses-proses
Isobaris → tekanan tetap
Isotermis → suhu tetap → ΔU = 0
Isokhoris → volume tetap (atau isovolumis atau isometric) → W = 0
Adiabatis → tidak terjadi pertukaran kalor → Q = 0
Siklus → daur → ΔU = 0

Persamaan Keadaan Gas
Hukum Gay-Lussac
Tekanan tetap → V/T = Konstan → V1/T1 = V2/T2

Hukum Charles
Volume tetap → P/T = Konstan → P1/T1 = P2/T2

Hukum Boyle
Suhu tetap → PV = Konstan → P1V1 = P2V2

P, V, T Berubah (non adiabatis)
(P1V1) / (T1) = (P2V2) / (T2)

Adiabatis
P1V1 γ= P2V2γ
T1V1 γ − 1= T2V2γ − 1
γ = perbandingan kalor jenis gas pada tekanan tetap dan volum tetap → γ = Cp/Cv

Usaha
W = P(ΔV) → Isobaris
W = 0 → Isokhoris
W = nRT ln (V2 / V1) → Isotermis
W = − 3/2 nRΔT → Adiabatis ( gas monoatomik)
Keterangan :
T = suhu (Kelvin, jangan Celcius)
P = tekanan (Pa = N/m2)
V = volume (m3)
n = jumlah mol
1 liter = 10−3m3
1 atm = 105 Pa ( atau ikut soal!)
Jika tidak diketahui di soal ambil nilai ln 2 = 0,693



Mesin Carnot
η = ( 1 − Tr / Tt ) x 100 %
η = ( W / Q1 ) x 100%
W = Q1 − Q2
Keterangan :
η = efisiensi mesin Carnot (%)
Tr = suhu reservoir rendah (Kelvin)
Tt = suhu reservoir tinggi (Kelvin)
W = usaha (joule)
Q1 = kalor masuk / diserap reservoir tinggi (joule)
Q2 = kalor keluar / dibuang reservoir rendah (joule)