bab 6 hk termodinamika 2

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

BAB 5 HUKUM TERMODINAMIKA II

Hukum Termodinamika II menyatakan bahwa

proses hanya berlangsung pada arah tertentu,

tidak pada sembarang arah.

Kalor mengalir dari medium bersuhu tinggi ke medium bersuhu rendah.

Fluida mengalir dari daerah bertekanan tinggi ke daerah bertekanan rendah.

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

BAB 5 HUKUM TERMODINAMIKA II

Kopi panas tidak mendapat panas dalam ruang yang lebih dingin

Proses harus memenuhi hukum termodinamika pertama dan ke dua

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Reservoir (Gudang ) Energi Termal

Bodi(tubuh) dengan massa termal relatif besar dapat dimodelkan sebagai Gudang energi termal

Sumber menyuplai energi dalam bentuk panas, dan sink menyerap panas

Reservoir : Suatu benda yang mempunyai kapasitas energi panas(massa x panas jenis ) relatif besar sehingga dapat memberikan atau menyerap sejumlah energi panas tanpa mengalami perubahan temperatur

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

(fig. 5-8)

© The McGraw-Hill Companies, Inc.,1998

Mesin KalorMesin Kalor5-1

• Kerja dapat secara langsung dikonversi menjadi kalor, tetapi kalor hanya bisa dikonversi menjadi kerja oleh suatu alat yang disebut mesin kalor

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Mesin KalorMesin Kalor5-2

Mesin kalor : Alat untuk mengubah kalor/panas menjadi kerja

Karakteristik :

1. Menerima kalor dari reservoir yang bersuhu tinggi (source)

2. Merubah sebagian kalor menjadi kerja (biasanya dalam bentuk poros yang berputar)

3. Membuang kalor sisa ke reservoir yang bersuhu rendah (sink)

4. Beroperasi secara siklus

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Mesin Kalor : Skema Steam Power PlantMesin Kalor : Skema Steam Power Plant5-3

Wnet, out = Wout - Win

Wnet, out = Qin - Qout

SOURCE

Boiler

Condenser

TurbinePump

Win

Wout

Qin

Qout

SINK

Boundary

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Efisiensi ThermalEfisiensi Thermal

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Efisiensi ThermalEfisiensi Thermal

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Mesin Kalor : Efisiensi ThermalMesin Kalor : Efisiensi Thermal

Bagian dari input panas yang dikonversi menjadi kerja yang dihasilkan dan diukur sebagai unjuk kerja mesin kalor

Performance inputyangdibutuhkan

total heat

= output yang dihasilkan

(5 - 3)

Untuk mesin kalor maka

Efisiensi thermal = net work output

input (5 - 4a)

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Mesin Kalor Mesin Kalor 5-5

Siklus suatu mesin kalor tidak bisa lengkap tanpa membuang kalor ke reservoir bersuhu rendah.

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Mesin Kalor Mesin Kalor 5-5

Contoh soal 6-1Panas di transfer ke mesin kalor dari ruang pembakaran pada rata rata 80 MW. Jika rata rata pembuangan panas ke sungai terdekat 50 MW, tentukan net power output dan efisiensi termal mesin kalor ini.

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Mesin Kalor Mesin Kalor 5-5

Contoh soal 6-2Mesin mobil dengan daya output 65 hp mempunyai efisiensi 24 persen. Tentukan laju konsumsi bahan bakar mobil ini jika bahan bakar mempunyai nilai panas 44.000 kJ/kg. ( 44.000 kj dari energi yang dibuang untuk lbm minyak yang dibakar);

Jumlah energi input yang diperlukan untuk menghasilkan daya output 65 hp

Untuk mensuplai energi pada tingkat ini, mesin harus membakar bahan bahakar pad a laju

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

HUKUM II : PERNYATAAN KELVIN-PLANCKHUKUM II : PERNYATAAN KELVIN-PLANCK

Tidak mungkin membuat suatu mesin yang bekerja dalam satu cycle dengan mengambil panas dari suatu reservoir dan menghasilkan kerja sebesar panas yang diambil.

Atau tidak ada mesin kalor dengan efisiensi thermal 100%.

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

REFRIGERATORREFRIGERATOR

Evaporator

Compressor

ExpansionValve

QH

QL

Refrigeratedspace

Condenser

Wnet,in

Surroundingmedium

800 kPa60oC

-20oC120 kPa

800 kPa30oC

-25oC120 kPa

Adalah alat untuk mentransfer kalor dari media bersuhu rendah ke media bersuhu tinggi

4 Komponen dasar sistem pendinginan dan kondisi operasi

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

REFRIGERATORREFRIGERATOR5-9

COP = output yang diinginkan

input yang dibutuhkan =

Q

W L

net, inR

1

1 =

Q Q

Q = COP

LH

L

L

HR

QQ

COP= Coefficient of Performance

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Pompa Kalor (Heat Pump)Pompa Kalor (Heat Pump)5-10

COP = output yang diinginkan

input yang dibutuhkan =

Q

W H

net, inHP

COP = Q

Q Q =

1

H

H LHP

L

H

Q

Q

1

•Tujuan pompa Kalor:Mempertahankan suhu ruang tetap hangat atau Mensuplai kalor ke ruang pemanas

•Tujuan pompa Kalor:Mempertahankan suhu ruang tetap hangat atau Mensuplai kalor ke ruang pemanas

Mesin kalor mempunyai nilai COP antara 2-3

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Pompa Kalor (Heat Pump)Pompa Kalor (Heat Pump)5-10

Contoh soal 6-3Kompartemen makanan dari refrigerator seperti yang diperlihatkan dalam gambar dipertahankan pada 4°C dengan memindahkan panas dari ruang tersebut pada laju 360 kJ/min. Jika daya input yang diperlukan refrigerator 2 kW, tentukan :a.COP refrigeratorb.Laju pembuangan panas dari ruangan yang rumah refrigerator

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Pompa Kalor (Heat Pump)Pompa Kalor (Heat Pump)5-10

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Pompa Kalor (Heat Pump)Pompa Kalor (Heat Pump)5-10

Contoh soal 6-4Pompa kalor digunakan untuk memenuhi kebutuhan panas dari rumah dan dipertahankannya pada 20 derajat Celcius. Pada suatu hari ketika temperatur udara turun menjadi -2 derajat Celcius, rumah diperkirakan kehilangan panas pada laju 80.000 kJ/h. Jika pompa kalor berdasar kondisi tersebut mempunyai COP 2,5 tentukan:a.Daya yang dikonsumsi pompa kalorb.Laju panas yang diserap dari udara luar dingin.

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Pompa Kalor (Heat Pump)Pompa Kalor (Heat Pump)5-10

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Pompa Kalor (Heat Pump)Pompa Kalor (Heat Pump)5-10

a. Daya yang dikonsumsi oleh pompa panas:

b. Laju panas yang ditransfer dari udara luar menjadi:

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

HUKUM II : PERNYATAAN CLAUSIUSHUKUM II : PERNYATAAN CLAUSIUS

•Tidak mungkin membuat suatu mesin yang beroperasi dalam satu cycle dengan hanya mentransfer panas dari benda dingin ke benda panas.

•Atau panas tidak akan mengalir dengan sendirinya dari benda yang dingin ke benda yang panas.

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Proses Reversibel dan IrreversibelProses Reversibel dan Irreversibel

5-13

• Proses Reversibel adalah Proses yang dapat kembali posisi semula

• Proses irreversibel adalah proses yang tidak dapat kembali ke posisi semula.

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Siklus Carnot (Carnot Cycle)Siklus Carnot (Carnot Cycle)

(Fig. 5-43)

5-13

Ekspansi isothermal reversible

Ekspansi isentropic (adibatic reversible)

Kompresi isothermal reversible

Kompresi isentropik (adiabatic reversible)

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Diagram P-v dan T- s siklus CarnotDiagram P-v dan T- s siklus Carnot

5-14

s

TH

TL

T

QL

QH

43

21

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Diagram P-v Siklus Carnot yg dibalikDiagram P-v Siklus Carnot yg dibalik5-15

Proses 1-2 : Ekspansi isentropic (adibatic reversible) Proses 2-3 : Ekspansi isothermal reversible Proses 3-4 : Kompresi isentropik (adiabatic reversible) Proses 4-1 : Kompresi isothermal reversible

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

PRINSIP CARNOT PRINSIP CARNOT 1. Efisiensi mesin kalor ireversible selalu lebih kecil dari

efisiensi mesin kalor reversible yang beroperasi antara dua reservoir yang sama

2. Efisiensi semua mesin reversible yang bekerja antara dua reservoir yang sama selalu sama.

Reservoir temperatur tinggi TH

Reservoir temperatur rendah TL

1Irrevers

HE

2Revers

HE

th, 1 < th, 2 th, 2 = th, 3

3Revers

HE

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Reversible Heat Engines have Higher Efficiency than Other Heat Engines Reversible Heat Engines have Higher Efficiency than Other Heat Engines

(Fig. 5-53)

5-20

No heat engine can have a higher efficiency than a Reversible heat engine operating between the same high- and low-temperature reservoirs

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

A Reversible Refrigerator has the Highest COPA Reversible Refrigerator has the Highest COP

(Fig. 5-57)

5-22

No Refrigerator can have a higher COP than a Reversible Refrigerator operating between the same temperature limits

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

MESIN KALOR CARNOT MESIN KALOR CARNOT

= = 1T

T

mesin kalor sesungguhnya

= 1Q

Q

Carnot Rev L

H

L

H

th , th ,

th

Efisiensi

< Irreversible Mesin Kalor

= Reversible Mesin Kalor

> Mesin Kalor khayal

Rev

Rev

Rev

th

th ,

th ,

th ,

Perbandingan antara efisiensi aktual dan efisiensi reversible

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

REFRIGERATOR & POMPA KALOR CARNOT REFRIGERATOR & POMPA KALOR CARNOT

COP = COP = 1

COP = COP = 1

R Carnot R vH

L

HP Carnot HP vL

H

T

T

T

T

, ,Re

, ,Re

1

1

COP

< COP Irreversible Refrigerator

= COP Reversible Refrigerator

> COP Refrigerator khayal (Tidak mungkin)

COP

< COP Irreversible Pompa Kalor

= COP Reversible Pompa Kalor

> COP Pompa Kalor khayal (Tidak mungkin)

R , Rev

R , Rev

R , Rev

HP , Rev

HP , Rev

HP , Rev

R

HP

COP = 1

COP = 1

RH

L

HPL

H

Q

Q

Q

Q

1

1

Carnot Aktual

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Contoh soal 6-6Contoh soal 6-6

• Inventor mengklaim telah mengembangkan refrigerator yang mempertahnkan tuang yang didinginkan pada suhu 20C ketika beroperasi dalam suatu ruang dimana temperaturnya 250 C dan mempunyai COP 13,5. apakah klaim ini dapat dipercaya?

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Contoh soal 6-6Contoh soal 6-6

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Contoh soal 6-7Contoh soal 6-7

• pompa kalor digunakan untuk memanaskan rumah selama musim dingin seperti pada gambar disamping kanan. Rumah dipertahankan pada suhu 210C. rumah diperkirakan mengalami kehilangan panas pada laju 135.000 kJ/h ketika temperatur turun menjadi -50C. tentukan daya minimum yang diperlukan untuk menggerakkan pompa kalor ini.

Term

odin

am

ika I

FST U

SD

Jogja

Contoh soal 6-7Contoh soal 6-7

• Penyelesaian: