Makalah Aplikasi Termodinamika

UNIVERSITAS HALU OLEO | TERMODINAMIKA

MAKALAH APLIKASI TERMODINAMIKA MAKALAH APLIKASI PADA MESIN PENDINGIN (KULKAS)

JURUSAN TEKNIK GEOFISIKA KENDARI 2017

APLIKASI TERMODINAMIKA PADA MESIN PENDINGIN (KULKAS)

NAMA KELOMPOK 1. MUHAMMAD DARRUSSALAM K. R1A115037 2. NENSI SETIANI

R1A115046

3. TRI RUSMIN JUNIARTO

R1A115051

4. IDZUL ARAFAH

R1A115072

5. FITRIYANI

R1A115062

2


KATA PENGANTAR Puji syukur senantiasa penulis haturkan kepada Allah SWT. yang telah melimpahkan

taufiq,

hidayah

dan

inayah-Nya,

sehingga

penulis

dapat

menyelesaikan makalah ini dan hanya kepada-Nya penulis gantungkan segala harapan. Sholawat serta salam tetap terlimpahkan kepada nabi agung Muhammad SAW. yang senantiasa menjadi tumpuan dan harapan bagi umat islam akan syafa’atnya di akhir nanti. Dalam penyusunan makalah ini penulis menyadari atas kemampuan yang ada, dimana penulisan tidak terlepas dari hambatan, gangguan dan kesulitan yang muncul baik dari dalam maupun dari luar diri penulis. Untuk itu saran dan kritik yang membangun sangat penulis harapkan demi kesempurnaan makalah ini . Dan akhirnya besar harapan makalah ini dapat bermanfaat bagi semua pihak pada umumnya dan bagi penyusun pada khususnya

3


DAFTAR ISI KATA PENGANTAR .............................................................................................. 3 DAFTAR ISI ............................................................................................................. 4 BAB I PENDAHULUAN ......................................................................................... 5 1.1 Latar Belakang ............................................................................................... 5 1.2 Rumusan Masalah .......................................................................................... 6 1.3 Tujuan.............................................................................................................. 6 1.4 Manfaat............................................................................................................ 6 BAB II LANDASAN TEORI .................................................................................. 7 2.1 Termodinamika ............................................................................................. 7 2.2 Kalor ............................................................................................................... 7 2.3 Suhu ................................................................................................................. 7 2.4 Usaha dan Proses dalam Termodinamika ................................................... 8 2.5 Hukum Termodinamika ................................................................................ 8 2.6 Hukum kedua Termodinamika .................................................................... 8 2.7 Entropi ............................................................................................................ 9 2.8 Mesin Pendingin ............................................................................................. 9 1. Kulkas ........................................................................................................ 9 2. Penguraian Konsep Termodinamika ...................................................... 9 BAB III PEMBAHASAN ....................................................................................... 11 3.1 Penerapan Hukum kedua Termodinamika pada Kulkas ........................... 11 3.2 Komponen-Komponen pada Kulkas ........................................................... 11 3.3 Prinsip Kerja pada Kulkas ........................................................................... 13 BAB IV PENUTUP ................................................................................................. 16 4.1 Kesimpulan ..................................................................................................... 16 4.2 Saran ............................................................................................................... 16 DAFTAR PUSTAKA .............................................................................................. 17

4


BAB I PENDAHULUAN 1.1 LATAR BELAKANG

Termodinamika adalah cabang fisika yang mempelajari hubungan antara kalor dan usaha mekanik. Secara luas termodinamika mengkaji tentang suhu dan kalor serta teori kinetik gas. Konsep dasar termodinamika dilaksanakan pada mesin-mesin yang dapat membantu dan mempermudah pekerjaan manusia. Mesin yang bekerja sesuai dengan perumusan Clausius (Hukum kedua Termodinamika) adalah mesin pendingin (refrigator). Dalam prakteknya, mesin pendingin memakai energi listrik untuk memindahkan kalor dari benda yang didinginkan ke udara luar yang suhunya lebih tinggi. Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecuali perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan li ngkungan. Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Tidak ada bunyi untuk hukum kedua termodinamika yang ada hanyalah pernyataan kenyataan eksperimental yang dikeluarkan oleh kelvin-plank dan clausius. Pernyataan clausius: tidak mungkin suatu sistem apapun bekerja sedemikian rupa sehingga hasil satu-satunya adalah perpindahan energi sebagai panas dari sistem dengan temperatur tertentu ke sistem dengan temperatur yang lebih tinggi. Pernyataan kelvin-planck: tidak mungkin suatu sistem beroperasi dalam siklus termodinamika dan memberikan sejumlah netto kerja kesekeliling sambil menerima energi panas dari satu reservoir termal.(sumber Fundamentals of engineering thermodynamics (Moran J., Shapiro N.M. - 6th ed. - 2007 - Wiley) Bab5). "total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan

5


meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya hal ini disebut dengan prinsip kenaikan entropi" merupakan korolari dari kedua pernyataan diatas (analisis Hukum kedua termodinamika untuk proses dengan menggunakan sifat entropi). Di masa sekarang ini hukum kedua termodinamika banyak diterapkan di bidang teknologi, khususnya pada mesin pendingin (refrigator), contohnya kulkas.

1.2 RUMUSAN MASALAH

Dari latar belakang di atas maka masalah dapat di rumuskan sebagai berikut: a) Apa yang dimaksud dengan Termodinamika ? b) Bagaimana konsep Hukum kedua Termodinamika ? c) Bagaimana konsep penerapan Hukum kedua Termodinamika pada kulkas ?

1.3 TUJUAN

a) Menjelaskan apa itu Termodinamika. b) Menjelaskan Hukum kedua Termodinamika. c) Menjelaskan dan menguraikan bagaimana Hukum kedua Termodinamika diterapkan pada kulkas.

1.4 MANFAAT

a) Sebagai sumber bacaan (referensi) bagi para akademisi yang sedang menjalani pendidikan. b) Sebagai pemahaman mengenai Termodinamika dan penerapannya

6


BAB II LANDASAN TEORI

2.1 TERMODINAMIKA

Termodinamika adalah kajian tentang kalor (panas) yang berpindah. Dalam termodinamika banyak membahas tentang sistem dan lingkungan. Kumpulan benda-benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (diluar) sistem disebut lingkungan

2.2 KALOR

Sampai pada abad ke sembilan belas orang percaya bahwa kalorik adalah suatu zat bahan (material subtance) yang terdapat pada setiap benda dan setiap benda yang bersuhu lebih tinggi mempunyai kalorik yang lebih banyak daripada benda lainnya yang bersuhu lebih rendah Bila dua benda mempunyai suhu yang berbeda disentuhkan, benda yang kaya akan kalorik akan memberikan sebagian kaloriknya kepada benda yang kurang kaloriknya akhirnya kedua benda tersebut akan mempunyai suhu yang sama, Akan tetapi konsep kalor sebagai sebuah zat yang jumlah seluruhnya tetap konstan tidak mendapat

dukungan

ekperimen,

Namun

demikian

kita

masih

dapat

menjelaskan bahwa ada "sesuatu" yang bemindah dari benda yang bersuhu lebih tinggi ke benda yang bersuhu lebih rendah. Sesuatu ini disebut kalor. Jadi dapat kita definisikan, kalor adalah sesuatu yang dipindahkan dari sistem ke sekelilingnya akibat perbedaan suhu. Berkat penelitian yang dilakukan oleh Rumford dan Joule ditemukan bahwa kalor adalah sebuah bentuk energi bukan sebuah zat. 2.3 SUHU

Kata suhu sering diartikan sebagai suatu besaran yang menyatakan derajatpanas atau dinginnya suatu benda.

7


2.4 USAHA DAN PROSESN DALAM TERMODINAMIKA

Dalam melakukan pengamatan mengenai aliran energi antara panas dan usaha dikenal dua istilah yaitu sistem dan lingkungan. Kumpulan benda benda yang sedang ditinjau disebut sistem, sedangkan semua yang berada di sekeliling (di luar) sistem disebut lingkungan.Usaha yang dilakukan oleh sistem (gas) terhadap lingkunganya bergantung pada proses proses – proses dalam termodinamika, di antaranya proses isobarik, isokhorik, isotermik dan adiabatik.

2.5 HUKUM TERMODINAMIKA

Hukum-hukum termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristiwa perpindahan

panas

dan

kerja

pada

proses

termodinamika.

Sejak

perumusannya, hukum hukum ini telah menjadi salah satu hukum terpenting dalam fisika dan berbagai cabang ilmu lainnya yang berhubungan dengan termodinamika. Hukum-hukum ini sering dikaitkan dengan konsep-konsep yang jauh melampau hal-hal yang dinyatakan dalam kata-kata rumusannya.

2.6 HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA

Hukum II Termodinamika memberikan batasan-batasan terhadap perubahan energi yang mungkin terjadi dengan beberapa perumusan. 1. Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam satu siklus, menerima kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi energi atau usaha luas (Kelvin Planck). 2. Tidak mungkin membuat mesin yang bekerja dalam suatu siklus mengambil kalor dari sebuah reservoir rendah dan memberikan pada reservoir bersuhu tinggi tanpa memerlukan usaha dari luar (Clausius). 3. Pada proses reversibel, total entropi semesta tidak berubah dan akan bertambah ketika terjadi proses irreversibel (Clausius).

8


2.7 ENTROPI

Entropi adalah salah satu besaran termodinamika yang mengukur energi dalam sistem per satuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk melakukan usaha

2.8 MESIN PENDINGIN

Mesin

pendingin

merupakan

peralatan

yang

prinsip

kerjanya

berkebalikan dengan mesin kalor. Pada mesin pendingin terjadi aliran kalor dari reservoir bersuhu rendah ke reservoir bersuhu tinggi dengan melakukan usaha pada sistem. 1. Kulkas

Kulkas atau lemari es atau lemari pendingin adalah sebuah alat rumah tangga listrik yang menggunakan refrigerasi (proses pendingin) untuk menolong pengawetan makanan. 2. Penguraian konsep termodinamika

Termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. Seperti telah diketahui bahwa energi didalam alam dapat terwujud dalam berbagai bentuk, selain energi panas dan kerja, yaitu energi kimia, energi listrik, energi nuklir, energi gelombang elektromagnit, energi akibat gaya magnit, dan lain-lain . Energi dapat berubah dari satu bentuk ke bentuk lain, baik secara alami maupun hasil rekayasa tehnologi. 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. Prinsip ini disebut sebagai prinsip konservasi atau kekekalan energi. Prinsip thermodinamika tersebut sebenarnya telah terjadi secara alami dalam kehidupan sehari-hari. Bumi

9


setiap hari menerima energi gelombang elektromagnetik dari matahari, dan dibumi energi tersebut berubah menjadi energi panas, energi angin, gelombang laut, proses pertumbuhan berbagai tumbuh-tumbuhan dan banyak proses alam lainnya. Proses didalam diri manusia juga merupakan proses konversi energi yang kompleks, dari input energi kimia dalam maka nan menjadi energi gerak berupa segala kegiatan fisik manusia, dan energi

yang

sangat

bernilai

yaitu

energi

pikiran

kita.

Dengan

berkembangnya ilmu pengetahuan dan teknologi, maka prinsip alamiah dalam berbagai proses thermodinamika direkayasa menjadi berbagai bentuk mekanisme untuk membantu manusia dalam menjalankan kegiatannya.

10


BAB III PEMBAHASAN

3.1 PENERAPAN HUKUM KEDUA TERMODINAMIKA PADA KULKAS

Kulkas menjadi salah satu kebutuhan yang krusial bagi rumah tangga masyarakat Indonesia di masa sekarang. Kulkas umumnya digunakan untuk menyimpan bahan makanan mentah, sayur-sayuran, buah-buahan, minuman kaleng, dan es krim agar tidak membusuk, tahan lama, dan tetap terjaga awet di dalam suhu yang telah dikondisikan.

3.2 KOMPONEN-KOMPONEN PADA KULKAS 1. Kompresor

Kompresor merupakan bagian terpenting di dalam kulkas . Apabila di analogikan dengan tubuh manusia, kompresor sama dengan jantung yang berfungsi memompa darah ke seluruh tubuh begitu juga dengan kompresor. Kompresor berfungsi memompa bahan pendingin keseluruh bagian kulkas . 2. Kondensor

Kondensor adalah alat penukar kalor untuk mengubah wujud gas bahan pendingin pada suhu dan tekanan tinggi menjadi wujud cair. Jenis kondensor yang banyak digunakan pada teknologi kulkas saat ini adalah kondensor dengan pendingin udara. Yang digunakan pada sistem refrigrasi kulkas kecil maupun sedang. kondensor seperti ini memiliki bentuk yang sederhana dan tidak memerlukan perawatan khusus .saat lemari es bekerja kondensor akan terasa hangat bila dipegang. 3. Filter

Filter (saringan) berguna menyaring kotoran yang mungkin terbawa aliran bahan pendingin yang keluar setelah melakukan serkulasi agar tidak masuk kedalam konpresor dan pipa kapiler. Selain itu , bahan pendingan yang

11


akan disalurkan pada proses berikutnya lebih bersih sehingga dapat menyerap kalor lebih maksimal. 4. Evaporator

Evaporator berfungsi menyerap panas dari benda yang di masukkan kedalam kulkas, kemudian evaporator menguapkan bahan pendingin untuk melawan panas dan mendinginkannya. Sesuai fungsinya evaporator adalah alat penguap bahan pendingin agar efektif dalam menyerap panas dan menguapkan bahan pendingin, evaporator di buat dari bahan logam anti karat, yaitu tembaga dan almunium. 5. Thermostat

Thermostat memiliki banyak sebutan antara lain temperatur kontrol dan cool control. Apapun sebutannya, thermostat berfungsi mengatur kerja kompresor secara otomatis bedasarkan batasan suhu pada setiap bagian kulkas. Bisa dikatakan, thermostat adalah saklar otomatis berdasarkan pengaturan suhu. Jika suhau evaperator sesuai dengan pengatur suhu thermostat, secara otomatis thermostat akan memutuskan listrik ke kompresor. 6. Heater

Hampir keseluruan kulkas nofrost dan sebagian kecil kulkas defrost dilengkapi dengan pemanas ( heater ). Pemanas berfungsi mencairkan bunga es yang terdapat di evaporator . selain itu pemanas dapat mencegah terjadinya penimbunan bunga es pada bagian rak es dan rak penyimpan buah di bawah rak es. 7. Fan motor

Fan motor atau kipas angin berguna untuk menghembuskan angin . pada kulkas ada dua jenis fan a. Fan motor evaporator Berfungsi menghembuskan udara dingin dari evaporator keseluruh bagian rak (rak es , sayur ,dan buah).

12


b. Fan motor kondensor Kipas angin ini diletakkan pada bagian bawah kulkas yang memiliki kondensor yang berukuran kecil yang berfungsi mengisap atau mendorong udara melalui kondensor dan kompresor . selain itu berfungsi mendinginkan kompresor. 8. Overload motor protector

Adalah komponen pengaman yang letaknya menyatu dengan terminal kompresor. Cara kerjanya serupa dengan sekering yang dapat menyambung dan memutus arus listrik. Alat ini dapat melindungi komponen kelistrikan dari kerusakan arus akibat arus yang dihasilkan kompresor melebihi arus acuan normal. 9. Bahan pendingin (Refrigerant)

Refrigerant adalah zat yang mudah diubah wujudnya dari gas menjadi cair, ataupun sebaliknya. Jenis bahan pendingin sangat beragam. Setiap jenis bahan pendingin memiliki karakteristik yang berbeda.

3.3 PRINSIP KERJA PADA KULKAS

Gambar 3.1 prinsip kerja pada kulkas

13


Kulkas adalah suatu unit mesin pendingin di pergunakan dalam rumah tangga, untuk menyimpan bahan makanan atau minuman. Untuk menguapkan bahan pendingin di perlukan panas. Lemari es memanfaatkan sifat ini. Bahan pendingin yang digunakan sudah menguap pada suhu -200C. panas yang diperlukan untuk penguapan ini diambil dari ruang pendingin, karena itu suhu dalam ruangan ini akan turun. Penguapan berlangsung dalam evaporator yang ditempatkan dalam ruang pendingin. Karena sirkulasi udara, ruang pendingin ini akan menjadi dingin seluruhnya. Lemari Es merupakan kebalikan mesin kalor. Lemari Es beroperasi untuk mentransfer kalor keluar dari lingkungan yang sejuk kelingkungn yang hangat. Dengan melakukan kerja W, kalor diambil dari daerah temperatur rendah TL (katakanlah, di dalam lemari Es), dan kalor yang jumlahnya lebih besar dikeluarkan pada temperature tinggi Th (ruangan). Sistem lemari Es yang khas, motor kompresor memaksa gas pada temperatur tinggi melalui penukar kalor (kondensor) di dinding luar lemari Es dimana Qh dikeluarkan dan gas mendingin untuk menjadi cair. Cairan lewat dari daerah yang bertekanan tinggi , melalui katup, ke tabung tekanan rendah di dinding dalam lemari es, cairan tersebut menguap pada tekanan yang lebih rendah ini dan kemudian menyerap kalor (QL) dari bagian dalam lemari es. Fluida kembali ke kompresor dimana siklus dimulai kembali. Lemari Es yang sempurna (yang tidak membutuhkan kerja untuk mengambil kalor dari daerah temperatur rendah ke temperatur tinggi) tidak mungkina

ada.

Ini

merupakan

pernyataan

Clausius

mengenai

hukum

Termodinamika kedua. Kalor tidak mengalir secara spontan dari benda dingin ke benda panas. Dengan demikian tidak akan ada lemari Es yang sempurna. Jadi kesimpulannya, kulkas menggunakan penerapan Hukum kedua Termodinamika, dan bisa dikatakan kulkas menggunakan salah satu konsep Termodinamika.

14


1. Cara Kerja Instalasi Mesin Kulkas

Setelah ke dalam kompresor diisi gas freon , maka gas itu dapat dikeluarkan kembali dari silinder oleh kompresor untuk diteruskan ke kondensor, setelah itu menuju saringan, setelah itu menuju ke pipa kapiler dan akan mengalami penahanan. Adanya penahanan ini akan menimbulkan suatu tekanan di dalam pipa kondensor. Sebagai akibatnya gas tersebut menjadi cairan di dalam pipa kondensor. Dari pipa kapiler cairan tersebut terus ke evaporator dan terus menguap untuk menyerap panas. Setelah menjadi gas terus dihisap lagi ke kompresor. Demilian siklus kembali terulang. 2. Jenis Aliran Udara Pendingin

Jenis aliran udara pada lemari es ada 2 macam : a. Secara alamiah tanpa fan motor, di dalam lemari es udara dingin pada bagian atas dekat evaporator mempunyai berat jenis lebih besar. Dari beratnya sendiri udara dingin akan mengalir ke bagian bawah lemari es. Udara panas pada bagian bawah lemari es karena berat jenisnya lebih kecil dan di desak oleh udara dingin dari atas, akan mengalir naik ke atas menuju evaporator. Udara panas oleh evaporator didinginkan menjadi dingin dan berat lalu mengalir ke bawah lagi. Demikianlah terjadi terus menerus secara alamiah. b. Aliran udara di dalam lemari es dengan di tiup oleh fan motor, lemari es yang memakai fan motor, dapat terjadi sirkulasi udara dingin yang kuat dan merata ke semua bagian dari lemari es. Udara panas di dalam lemari es dihisap oleh fan motor lalu dialirkan melalui evaporator. Udara menjadi dingin dan oleh fan motor di dorong melalui saluran atau cerobong udara, di bagi merata ke semua bagian dalam lemari es.

15


BAB IV PENUTUP

4.1 KESIMPULAN

Berdasarkan pembahasan dan hasil penelitian di atas, dapat disimpulkan sebagai berikut : 1. Termodinamika adalah ilmu tentang energi, yang secara spesifik membahas tentang hubungan antara energi panas dengan kerja. 2. Hukum-hukum termodinamika pada prinsipnya menjelaskan peristiwa perpindahan panas dan kerja pada proses termodinamika. 3. Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Tidak ada bunyi untuk hukum kedua termodinamika yang ada hanyalah pernyataan kenyataan eksperimental yang dikeluarkan oleh kelvin-plank dan clausius. 4. Klasifikasi pada sistem dibagi 3, yaitu : sistem terbuka, sistem tertutum, dan sistem terisolasi. 5. Kulkas adalah salah satu contoh penerapan termodinamika di bidang teknologi yang dapat kita temukan sehari-hari. 6. Prinsip kerja kulkas menerapkan hukum kedua termodinamika. 4.2 SARAN

Berdasarkan pembahasan dan hasil penelitian di atas, penyusun menyarankan : 1. Saran penulis kepada pembaca, karena makalah ini masih jauh dari yang dinamakan sempurna kami sebagai penulis mengharapkan banyak masukan untuk menyempurnakan makalah ini. 2. Bagi pembaca untuk tetap bijak dalam menggunakan makalah ini.

16


DAFTAR PUSTAKA

Sears, Zemansky, 1985. Fisika untuk Universitas. terj Binacipta Micheal E. Browne. Theory and Problem of Physics for Engineering and Scince. Schaum’s Outline Series Foster, Bob. 2003. Fisika Terpadu 2. Jakarta : Erlangga Khuriati, Ainie. 2007. Termodinamika. Semarang : Universitas Diponegoro Tim Fisika SMK Teknik. 2005. Fisika Tingkat 2. Jakarta : PT Galaxy Puspa Mega Putri, Intania. 2015. Ringkasan Pintar Fisika SMA. Jakarta : Pustaka Ilmu Semesta

17

Makalah Aplikasi Termodinamika

Recommend Documents