40
D.4.2 Contoh-contoh aplikasi hukum termodinamika I
Hukum-hukum termodinamika yang sudah diuraikan di atas adalah sangat berguna dalam menganalisis persoalan mesin-mesin konversi
energi sederhana, sebagai contoh di bawah ini diuraikan pemodelan termodinamikanya.
1. Konversi energi pada turbin
Turbin adalah salah satu mesin konversi energi yang cukup penting.Turbin di industri biasanya turbin uap atau gas. Keduanya
merupakan alat ekspansi yang menghasilkan kerja mekanik poros. Di bawah ini ditunjukkan perhitungan kerja turbin sederhana.
Gambar 2.32 Konversi energi pada turbin Pada turbin terjadi proses ekspansi adiabatis sehingga
= ΔQ
Δ EP dan Δ EK =0
2 2
2 1
2 2
2 1
2 1
W Q
H H
V m
V m
mgZ mgZ
Δ =
Δ +
− +
− +
−
W Q
H EK
EP Δ
= Δ
+ Δ
+ Δ
+ Δ
W H
Δ =
+ Δ
+ +
jadi kerja turbin adalah
2 1
H H
W −
= Δ
2. Konversi pada pompa
Pompa juga merupakan alat mesin konversi energi, tetapi mesin ini banyak diaplikasikan sebagai alat bantu proses konversi. Sebagai contoh
pompa banyak dipakai sebagai alat sirkulasi air pada instalasi pembangkit daya tenaga uap. Pompa bekerja dengan penggerak dari
E
ke luar
E
masuk
W
Di unduh dari : Bukupaket.com
41
luar. Jadi mesin ini adalah pengguna energi. Di bawah ini diberikan persoalan tentang pompa sentrifugal sederhana.
Gambar 2.33 Konversi pada pompa
W Q
H EK
EP Δ
= Δ
+ Δ
+ Δ
+ Δ
dengan
= Δ
+ Δ
+ Δ
Q EK
EP
= ΔU
pV H
Δ =
Δ maka kerja yang dibutuhkan pompa adalah
[ ]
2 1
p p
V W
pV U
H W
− =
Δ Δ
+ Δ
= Δ
= Δ
pompa masuk
ke luar
Di unduh dari : Bukupaket.com
42
D.4.3 Hukum termodinamika II
Tidak mungkin membuat siklus mesin yang mengubah energi panas yang ditambahkan, semuanya menjadi kerja. Konsep efisiensi
seperti yang telah disebutkan yaitu:
in net
Q W
= η
dengan
out in
net
Q Q
W −
=
Sumber panas T tinggi, contoh − dapur atau furnace
− ruang silinder motor − ruang bakar turbin gas
lingkungan Temperatur rendah
Q
masuk
Q
ke luar
W
positif
= kerja mekanik -
putaran poros engkol motor -
putaran rotor turbin gas atau uap -
dan lain lain
mesin
- knalpot mesin mobil atau motor - cerobong asap turbin uap
- saluran buang turbin gas
Di unduh dari : Bukupaket.com
43
Gambar 2.34 Skema sederhana dari hukum termodinamika II
D.5. Gas ideal
Aplikasi prinsip-prinsip dasar termodinamika pada mesin menggunakan fluida kerja yang dianggap ideal. Perumusannya adalah
sebagai berikut: pv = mRT
dengan R = RuM Konstanta gas = 0,2870 kJKg.K untuk udara
Ru = 8,31447 kJkmol.K konstanta gas ideal
D.5.1. Persamaan keadaan gas ideal
Gas ideal adalah gas yang dalam setiap keadaan mematuhi persamaan keadaan gas ideal yaitu:
RT pv
mRT pV
= =
dengan R = adalah konstanta gas spesifik, untuk udara R = 286,8 JKgK
Pada suatu siklus termodinamika persamaan keadaan prosesnya selalu berubah mengikuti beberapa proses yang saling terkait. Ada tiga
besaran yang selalu terkait dan dapat diukur langsung yaitu tekanan p, temperatur T dan volume V. Adapun proses keadaan termodinamika
adalah sebagai berikut.
2. Proses volume konstan
