bab 6 hk termodinamika 2
DESCRIPTION
tentang termodinamikaTRANSCRIPT
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
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: