HEAT ENGINE THEORY TEORI MESIN KALOR UNIVERSITAS SRIWIJAYA

Tujuan Pembelajaran Setelah mempelajari materi ini mahasiswa dapat menjelaskan konsep siklus Carnot, serta menggunakan siklus Carnot sebagai pembanding dengan siklus termodinamika lainnya.

DEFINISI Mesin adalah setiap alat yang mampu mengubah panas yang masuk (heat supply) menjadi bentuk gerak atau kerja secara kontinu. Setiap alat yang beroperasi dalam suatu siklus yang mengubah panas masuk (heat supply) ke dalam bentuk kerja

Syarat Mesin Kalor Untuk memenuhi definisi diatas, mesin Kalor harus memiliki 4 komponen berikut: Sumber panas (heat source) Pembuangan panas (heat sink) Fluida kerja (Working fuid) Siklus kerja (Working cycle)

Mesin Carnot Mesin Carnot merupakan mesin yang paling ideal, karena memiliki efisiensi tertingi. Kinerja suatu mesin biasanya dibandingkan dengan efisiensi mesin Carnot.

Siklus Carnot

Gambar Siklus Mesin Carnot 3 ISOTHERMAL P ADIABATIS 4 TH 2 1 TC V

Proses Reversibel Pada Siklus Carnot 1 – 2 Kompresi Isothermal 2 – 3 Kompresi Adiabatis 3 – 4 Ekspansi Isothermal 4 – 1 Ekspansi Adiabatis

Effisiensi Mesin Efisiensi Mesin MESIN Kerja Mekanik (W) Suplai Panas (Qs) Panas Buang (QR) η0= 1− QR QS ............. (1) η0 ≤ 30% karena faktor Efisiensi Mesin Gesekan Kebocoran Pembakaran tak sempurna

Efisiensi Mesin Carnot Dari hasil perhitungan panas supplai (proses 3 – 4) dan panas buang (proses 1 – 2) pada siklus carnot, dan diasosiasikan dengan persamaan pada effisiensi mesin diperoleh Tc = Temperatur gas buang (K) TH = Temperatur panas supplai (K) ηc =1 − Tc TH ............. (2)

Hubungan Effisiensi Carnot dengan TH TH (°C)

Lanjutan Temperatur 0 - 1000°C lebih kritis dari pada 1000°C - 2000°C TH diatas 750°C menyebabkan masalah metalurgi ηc Sulit dicapai pada kondisi sebenarnya karena slopes isothermal dan adiabatis sangat mir sehingga kerja bersih terlalu kecil untuk mengatasi gesekan

Siklus Stirling Untuk mengatasi kondisi pada mesin carnot agar lebih oparasional nyata, siklus carnot direvisi dengan Siklus Stirling dan Ericcson 3 isothermal 3 4 isothermal 4 2 2 1 1 Gambar Siklus Stirling Gambar Siklus Ericsson

Hukum Thermodinamika II Pernyataan Kevin – Planck Tidak ada mesin yang dapat merubah seluruh panas secara kontinu ke dalam bentuk gerak atau kerja. Artinya kerja output selalu lebih kecil dari pada panas masuk (input) karena ada panas terbuang. Pernyataan Clausios Panas tidak dapat mengalir dengan sendirinya dari temperatur rendah ke tempertaur tinggi. Ini menjadi mungkin bila kerja ditambahkan pada sistem dan beroperasi sebagai Heat Pump.

Gambar Mesin Pembakaran Lanjutan TH TH MESIN HEAT PUMP w w Tc Tc Gambar Mesin Pembakaran Gambar Heat Pump

Entropy (S) Entropy adalah propertis sistem yang paling sulit untuk dipahami karena tidak sama sepertitemperatur atau volume yang dapat diukur dan dilihat langsung, entropy diperoleh dari formula matematik umumnya η0=1 − QR QS ηc=1 − TC TH TC TH = QR QS atau QS TH - QR TC = 0 ( Q T ) H – ( Q T ) C = 0 atau Σ Q T = 0 (siklus)

Lanjutan Untuk reversibel proses pada siklus ∮ 𝑑𝑄 𝑇 = 0 ∮ 𝑑𝑄 𝑇 = 0 S2 – S1 = 1 2 𝑑𝑄 𝑇 ds = dQ T Perubahan Entropy untuk proses reversibel

EVALUASI Petunjuk Evaluasi: Pelajari dan hitunglah soal berikut ini. Buka Kuis di situs elearning Termodinamika. Masukkan kesimpulan jawaban anda disertai dengan asumsi dan argumen pendukung.

Soal Untuk di Diskusikan Bersama Sebuah mesin beroperasi dengan temperatur 1000 (Heat Supply) dan temperatur buang 300 K (Heat Sink). Manakah yang lebih efektif untuk meningkatkan kinerja mesin tersebut. Menaikkan temperatur (Heat Source) ke 1100 K Mengurangitemperatur (Heat Sink) ke 200 K

Soal Untuk di Diskusikan Bersama 2. Seorang insinyur mendesain mesin, setelah di tes hasilnya sebagai berikut: suplai panas = 25KJ/dt pada 600 K. Panas buang 12 KJ/dtpada 200 K. Kerja output = 15 kW. Kritisilah kelayakan mesin tersebut terhadap hukum pertama dan kedua thermodinamika

Soal Untuk di Diskusikan Bersama 3. Perbandingan 2 macam mesin yang menggunakan suplai panas berbeda Tentukanlah: Mesin tipe mana yang effisien Aspek yang diukur P A B Temperatur suplai (Heat Source) 1000 700 Daya output (kW) 40 50 Laju suplai panas (kw) 95 125 Heat sink (°C) 20