BAB I

PENDAHULUAN

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 T ¹, yangᶠ

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, T ², dan seterusnya. Maka akn tibul pertanyaan apakah efek magnetokalorik dapatᶠ

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)

Rumusan Masalah

Maka dirumuskan permasalahan sebagai berikut :

Apa pengertian dan aplikasi hukum ketiga termodinamika ?

Apa dan bagaimana proses siklus Rankine terjadi?

Tujuan

Penulisan Makalah ini diharapkan mampu memberikan manfaat sebagai berikut :

Memberikan tambahan pengetahuan kepada pembaca tentang Hukum 3 Termodinamika.

Memberikan penjelasan tentang hal – hal dasar yang sering dilupakan dalam

Thermodinamika.

Memberikan pengetahuan kepada pembaca tentang siklus Rankine.

BAB II

PEMBAHASAN

HUKUM III TERMODINAMIKA

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 T ¹, yangᶠ

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, T ², dan seterusnya. Maka akan timbul pertanyaan apakah efek magnetokalorik dapatᶠ

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

0S lim0T

=→

dinyatakan sebagai :

Kemudian, Pada tahun 1911, Planck membuat suatu hipotesis è Pada suhu T à 0, bukan hanya beda entropi yg = 0, tetapi entropi setiap zat padat atau cair dalam keseimbangan dakhir pada suhu nol.

Dapat ditunjukkan secara eksperimen, bahwa bila suhunya mendekati 0 K,

perubahan entropi transisi St menurun.

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.

Hukum ketiga termodinamika menyatakan bahwa perubahan entropi St 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.

APLIKASI HUKUM KETIGA 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 hasilnya adalah :

KONSEKUENSI SELANJUTNYA DARI HUKUM TIGA TERMODINAMIKA

Konsekuensi dari hukum ketiga termodinamika dijabarkan di bawah ini.

Untuk suatu proses temperatur konstan dekat 0ºK,perubahan entropi dinyatakan

oleh :

Karena = 0 pada T = 0 dari hukumtermodinamika ketiga, persamaan menghasilkan :

Tetapi dari persamaan Maxwell. Jadi persamaan menjadi :

Hasil diatas sesuai dengan kenyataan eksperimental. Sebagai contoh, buffington dan Latimer menemukan bahwa koefisien ekspansi dari beberapa zat padat kristalin mendekati nol.

Konsekuensi terakhir dari hukum ketiga termodinamika adalah tidak dapat

diperolehnya titik nol absolut. Ditinjau suatu bidang penelitian pada temperatur rendah,

kenyataan eksperimental menunjukan bahwa temperatur yang di peroleh oleh tiap proses

demagenetisasi adaibatik dari temperatur awalnya adalah setengah temperatur awal proses

bersangkutan. Jadi makin rendah temperatur yang dicapai, makin kurang kemungkinannya

untuk didinginkan lebih rendah. Dengan kata lain diperlukan proses demagnetisasi

adiabatik yag tak terbatas jumlahnya untuk mencapai titik nol absolut.

SIKLUS RANKINE

PENGERTIAN SIKLUS RANKINE

Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas

menjadi kerja. Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang

biasanya menggunakan air sebagai fluida yang bergerak. Siklus ini menghasilkan

80% dari seluruh energi listrik yang dihasilkan di seluruh dunia. Siklus ini

dinamai untuk mengenang ilmuwan Skotlandia, William John Maqcuorn Rankine.

Siklus Rankine adalah model operasi mesin uap panas yang secara umum ditemukan

di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus Rankine adalah batu bara, gas

alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari.

Siklus Rankine 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). suatu siklus

thermodynamic mengkonversi panas ke dalam pekerjaan. Panas disediakan secara eksternal

bagi suatu pengulangan tertutup, yang pada umumnya menggunakan air sebagai cairan.

Siklus ini menghasilkan sekitar 80% dari semua tenaga listrik yang digunakan.

Fluida pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan digunakan secara konstan.

Berbagai jenis fluida dapat digunakan pada siklus ini, namun air dipilih karena berbagai

karakteristik fisika dan kimia, seperti tidak beracun, terdapat dalam jumlah besar, dan murah.

Dalam siklus Rankine ideal, pompa dan turbin adalah isentropic, yang berarti pompa dan

turbin tidak menghasilkan entropi dan memaksimalkan output kerja. Dalam siklus Rankine

yang sebenarnya, kompresi oleh pompa dan ekspansi dalam turbin tidak isentropic. Dengan

kata lain, proses ini tidak bolak-balik dan entropi meningkat selama proses. Hal ini

meningkatkan tenaga yang dibutuhkan oleh pompa dan mengurangi energi yang dihasilkan

oleh turbin. Secara khusus, efisiensi turbin akan dibatasi oleh terbentuknya titik-titik air

selama ekspansi ke turbin akibat kondensasi. Titik-titik air ini menyerang turbin,

menyebabkan erosi dan korosi, mengurangi usia turbin dan efisiensi turbin. Cara termudah

dalam menangani hal ini adalah dengan memanaskannya pada temperatur yang sangat tinggi.

Efisiensi termodinamika bisa didapatkan dengan meningkatkan temperatur input dari siklus.

Terdapat beberapa cara dalam meningkatkan efisiensi siklus Rankine.

Siklus Rankine dengan pemanasan ulang

Dalam siklus ini, dua turbin bekerja secara bergantian. Yang pertama menerima uap

dari boiler pada tekanan tinggi. Setelah uap melalui turbin pertama, uap akan masuk

ke boiler dan dipanaskan ulang sebelum memasuki turbin kedua, yang bertekanan

lebih rendah. Manfaat yang bisa didapatkan diantaranya mencegah uap berkondensasi

selama ekspansi yang bisa mengakibatkan kerusakan turbin, dan meningkatkan

efisiensi turbin.

Siklus Rankine regeneratif

Konsepnya hampir sama seperti konsep pemanasan ulang. Yang membedakannya

adalah uap yang telah melewati turbin kedua dan kondenser akan bercampur dengan

sebagian uap yang belum melewati turbin kedua. Pencampuran terjadi dalam tekanan

yang sama dan mengakibatkan pencampuran temperatur. Hal ini akan

mengefisiensikan pemanasan primer.

PROSES 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

Efisiensi yang yang digunakan untuk panas suatu Daur

Rankine adalah:

BAB II

PENUTUP

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.

Saran

Penulis dapat menambahkan lagi materi (menambahkan rumusan masalah) agar

pengetahuan pembaca menjadi lebih luas

Penulis juga dapat memperbanyak lagi sumber / referensi, agar makalah yang akan

dibuat lebih lengkap lagi.