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 diaplikasikan sebagai siklus Carnot, terutama dalam menghitung efisiensi. Perbedaannya hanyalah siklus ini menggunakan fluida yang bertekanan, bukan gas. Efisiensi siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluidanya. Tanpa tekanan yang mengarah pada keadaan super kritis, range temperatur akan cukup kecil. Uap memasuki turbin pada temperatur 565 oC (batas ketahanan stainless steel) dan kondenser bertemperatur sekitar 30 oC. Hal ini memberikan efisiensi Carnot secara teoritis sebesar 63%, namun kenyataannya efisiensi pada pembangkit listrik tenaga batu bara sebesar 42%. 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. Proses siklus Rankine 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. 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. Siklus Rankine Organik Siklus Rankine Organik menggunakan fluida organik seperti n-pentana atau toluena menggantikan air dan uap. Penggunaan kedua jenis fluida tersebut akan mengurangi suplai panas yang dibutuhkan karena rendahnya titik didih dari kedua jenis fluida tersebut sehingga energi matahari sudah cukup untuk mengubah fase fluida 1
tersebut. Meski efisiensi Carnot akan berkurang, namun pengumpulan panas yang dilakukan pada temperatur rendah akan mengurangi banyak biaya operasional. Siklus Rankine sesungguhnya tidak membatasi fluida jenis apa yang digunakan karena pada dasarnya siklus Rankine adalah mesin kalor sehingga efisiensinya dihitung berdasarkan efisiensi Carnot. Konsepnya tidak boleh dipisahkan dengan siklus termodinamika. Skema Siklus Rankine Siklus Rankine merupakan siklus tenaga uap paling sederhana yang merupakan modifikasi dari siklus Carnot, di mana proses pemanasan dan pendinginan pada siklus ini terjadi pada tekanan yang tetap. Siklus Rankine ideal digambarkan sebagai berikut (Li dan Triddy, 1985) :
4-1
:
melalui persamaan : Merupakan proses pelepasan kalor (heat rejec konstan. Hal ini dapat dihitung melalui persam
Berikut adalah lay-out fisik dari siklus Rankine :
Gambar 2. Lay out khusus Siklus Rankine. Air masuk pompa pada kondisi 1 sebagai cairan jenuh dan dikompresi sampai tekanan operasi boiler. Temperatur air akan meningkat selama kompresi isentropik melalui sedikit Gambar 1. Siklus rankine. pengurangan dari volume spesifik air. Jarak Siklus Rankine ideal tidak melibatkan irreversibel vertikal antara 1 – 2 pada diagram T – s diatas internal dan terdiri dari 4 tahapan proses yang biasanya dilebihkan untuk menjaga agar proses diterangkan sebagai berikut : lebih aman. Air memasuki boiler sebagai cairan 1-2 : Merupakan proses kompresi isentropik dalam kompressor, kondisi 1 adalah terkompresi pada kondisi 2 dan akan menjadi uap udara atmosfer. Temperatur udara hasil kompresi T2 dapat diketahui dari superheated pada kondisi 3. Dimana panas persamaan : diberikan oleh boiler ke air pada temperatur yang tetap. Boiler dan seluruh bagian yang menghasilkan uap ini disebut sebagai generator rp = rasio tekanan Uap dan superheated pada kondisi 3 kemudian γ = Perbandingan panas spesifik pada tekananuap. konstan panas spesifik pada akan memasuki turbin untuk diekspansi secara volume konstan, untuk udara isentropik dan bakar. akan menghasilkan 2-3 : Proses penambahan panas pada tekanan konstan dalam ruang Panas yang kerja untuk memutar shaft yang terhubung dengan generator listrik sehingga dihasilkanlah listrik. P dan T dari ditambahkan dalam ruang bakar adalah : uap akan turun selama proses ini menuju keadaan 3-4 : Proses ekspansi isentropik dalam turbin. Temperatur gas keluaran dihitung 4 dimana uap akan masuk kondensor dan biasanya sudah berupa uap jenuh. Uap ini akan dicairkan pada P konstan didalam kondensor dan akan meninggalkan kondensor sebagai cairan jenuh 2
yang akan masuk pompa untuk melengkapi siklus ini. Sehingga data dibawah kurva proses pada diagram T – s menunjukkan transfer panas untuk proses reversibel internal. Area dibawah kurva proses 2 – 3 menunjukkan panas yang ditransfer ke boiler, dan area dibawah kurva proses 4 – 1 menunjukkan panas yang dilepaskan di kondensor. Perbedaan dari kedua aliran ini adalah kerja netto yang dihasilkan selama siklus. Siklus Rankine merupakan siklus ideal untuk siklus tenaga uap. Beberapa kesulitan pada siklus Carnot dapat diatasi dengan memanaskan steam di reboiler sampai mencapai kondisi superheated dan mengkondensasikannya secara keseluruhan dikondenser. Hal ini bisa dilihat pada gambar berikut ini :
Sedangkan pernyataan prosesnya pada diagram Ts adalah,
Siklus Rankine Sederhana Siklus Rankine ideal tidak melibatkan irreversibel internal dan terdiri dari 4 tahapan proses : • 1 – 2 merupakan proses kompresi isentropik dengan pompa. • 2 – 3 Penambahan panas dalam boiler pada P = konstan. • 3 – 4 Ekspansi isentropik kedalam turbin. • 4 – 1 Pelepasan panas didalam kondenser pada P = konstan Siklus Rankine ideal terdiri dari proses kompresi isentropik pada pompa, penambahan kalor pada tekanan konstan di boiler/ketel, ekspansi isentropik pada turbin, dan pelepasan kalor pada tekanan tetap di kondensor. Skema sistemnya adalah seperti berikut ini:
Air masuk pompa pada tingkat keadaan 1 sebagai cairan jenuh kemudian dikompresi secara isentropik sampai tekanan operasi boiler/ketel pada tingkat keadaan 2. Kenaikan temperatur air selama kompresi isentropik seiring penurunan volume spesifik air tersebut. Air masuk boiler sebagai cairan terkompresi (sub-cooled) pada kondisi 2 kemudian mengalami perubahan fasa sampai menjadi uap supe-heat (steam-generator) pada tingkat keadaan 3. Boiler pada dasarnya adalah alat penukar kalor di mana penambahan kalor berasal dari pembakaran gas, reaktor nuklir, atau pun sumber kalor lainnya. 3
Uap super-heat (panas-lanjut) pada kondisi 3 ini kemudian masuk ke turbin, di mana uap mengalami ekspansi secara isentropik dan menghasilkan kerja untuk memutarkan poros yang umumnya terhubung dengan generator listrik (genset). Tekanan dan temperatur uap/steam turun selama proses tersebut sampai pada tingkat keadaan 4, di mana uap/steam masuk ke kondensor. Pada kondisi 4 ini, biasanya uap/steam berada pada kondisi fasa campuran uap-cairan jenuh dengan kualitas uap yang tinggi. Kondensor pada dasarnya adalah alat penukar kalor di mana kalor dibuang ke medium dingin seperti sungai, danau, atau pun ke udara lingkungan sekitar. Uap meninggalkan kondensor sebagai cairan jenuh yang kemudian masuk pompa untuk melengkapi proses. Perlu diperhatikan di sini bahwa area di bawah kurva proses pada diagram T-s adalah perpindahan kalor sebagai proses reversibel internal. Sehingga area di bawah proses 2-3 adalah kalor yang ditambahkan ke fluida kerja (dalam hal ini air), sedangkan area di bawah kurva untuk proses 4-1 adalah kalor yang dibuang oleh fluida kerja pada kondensor. Selisih antara keduanya adalah kerja netto yang dihasilkan selama siklus. Agar lebih jelas, ikuti contoh soal berikut ini. Menaikkan Efisiensi Siklus Rankine How can we increase the Efficiency of the Rankine Cycle? Pembangkit tenaga uap banyak digunakan untuk memproduksi tenaga listrik di berbagai belahan dunia, sehingga dengan menaikkan sedikit efisiensi termal berarti penghematan yang besar dari penggunaan bahan bakar. Modifikasi dasar untuk menaikkan efisiensi termal untuk siklus Rankine ideal ini adalah dengan cara menaikkan temperatur rata-rata di mana kalor yang dipindahkan ke fluida kerja pada boiler, atau dengan cara menurunkan temperatur rata-rata di mana kalor dibuang oleh fluida kerja pada kondensor. Secara teknis untuk siklus Rankine ideal ini, cara yang umum dilakukan adalah: (1) menurunkan tekanan kondensor; (2) menjadikan uap superheat pada temperatur yang lebih tinggi; dan (3) menaikkan tekanan boiler. SIKLUS PADA BOILER 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 Rankine merupakan model operasi dari 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 diaplikasikan sebagai siklus Carnot, terutama dalam menghitung efisiensi. Perbedaannya hanyalah siklus ini menggunakan fluida yang bertekanan, bukan gas. Efisiensi siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluidanya. 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. Prinsip Kerja dari Sistem Siklus Rankine : Fluida kerja berupa air jenuh pada kondensor dikompresi pompa sampai masuk boiler atau ketel uap. Dari proses kompresi pada pompa terjadi kenaikan temperatur kemudian di dalam boiler air dipanaskan. Sumber energi panas berasal dari proses pembakaran atau dari energi yang lainya seperti nuklir, panas matahari, dan lainnya. Uap yang sudah dipanaskan di boiler kemudian masuk turbin. Fluida kerja mengalami ekspansi sehingga temperatur dan tekanan turun. Selama proses ekspansi pada turbin terjadi terjadi perubahan dari energi fluida menjadi energi mekanik pada sudu-sudu menghasilkan putaran poros turbin. Uap yang keluar dari turbin kemudian dikondensasi pada kondensor sehingga sebagian besar uap air menjadi mengembun. Kemudian siklus berulang lagi. SIKLUS RANKINE PADA BOILER
4
Siklus Rankine ideal tidak melibatkan irreversibel internal dan terdiri dari 4 tahapan proses : 1 – 2 merupakan proses kompresi isentropik dengan pompa 2 – 3 Penambahan panas dalam boiler pada P = konstan 3 – 4 Ekspansi isentropik ke dalam turbin 4 – 1 Pelepasan panas di dalam kondensor pada P = konstan Air masuk pompa pada kondisi 1 sebagai cairan jenuh dan dikompresi sampai tekanan operasi boiler. Temperatur air akan meningkat selama kompresi isentropik ini melalui sedikit pengurangan dari volume spesifik air. Jarak vertikal antara 1 – 2 pada T – s diagram ini biasanya dilebihkan untuk lebih amannya proses. Air memasuki boiler sebagai cairan terkompresi pada kondisi 2 dan akan menjadi uap superheated pada kondisi 3. Dimana panas diberikan oleh boiler ke air pada T tetap. Boiler dan seluruh bagian yang menghasilkan steam ini disebut sebagai steam generator. Uap superheated pada kondisi 3 kemudian akan memasuki turbin untuk diekspansi secara isentropik dan akan menghasilkan kerja untuk memutar shaft yang terhubung dengan generator listrik sehingga dihasilkanlah listrik. P dan T dari steam akan turun selama proses ini menuju keadaan 4 dimana steam akan masuk kondenser dan biasanya sudah berupa uap jenuh. Steam ini akan dicairkan pada P konstan di dalam kondenser dan akan meninggalkan kondenser sebagai cairan jenuh yang akan masuk pompa untuk melengkapi siklus ini. Area dibawah kurva proses 2 – 3 menunjukkan panas yang ditransfer ke boiler, dan area dibawah kurva proses 4 – 1 menunjukkan panas yang dilepaskan di kondenser. Perbedaan dari kedua aliran ini adalah kerja netto yang dihasilkan selama siklus.
Persamaan Energi dan Efisiensi pada Siklus Rankine Analisis energi ini dilihat dari tiap komponen (alat-alat) yang terdapat pada siklus Rankine dengan menggunakan asumsi bahwa komponen-komponen tersebut bekerja pada aliran steady. Persamaan energi untuk sistem yang alirannya steady yaitu: ΔE = m(h+Ep+Ek)i – m(h+Ek+Ep)e+Q– W
0 = hi – he + Q – W Q - W = he – hi Persamaan energi untuk masing-masing komponen dapat ditulis: Pompa (Q = 0) à Wpompa,in = h2 – h1 Boiler (W = 0) à Qin = h3 – h2 Turbin (Q = 0) àWturb,out = h3 – h4 Condenser (W = 0) à Qout = h4 – h1 Berdasarkan hal diatas diperoleh Wnet yaitu : Wnet = Qin – Qout = Wturb,out Wpompa,in
–
Efisiensi termal siklus Rankine dapat ditulis :
Penyimpangan Siklus Rankine serta Solusi Penyelesaiannya Penyimpangan dalam siklus Rankine yang terjadi karena: 1. Adanya friksi fluida yang menyebabkan turunnya tekanan di boiler dan kondensor sehingga tekanan steam saat keluar boiler sangat rendah sehingga kerja yang dihasilkan turbin (Wout) menurun dan efisiensinya menurun. Hal ini dapat diatasi dengan meningkatkan tekanan fluida yang masuk. 2. Adanya kalor yang hilang ke lingkungan sehingga kalor yang diperlukan (Qin) dalam proses bertambah sehingga efisiensi termalnya berkurang. Penyimpangan ini terjadi karena adanya irreversibilitas yang terjadi pada pompa dan turbin sehingga pompa membutuhkan kerja (Win) yang lebih besar dan turbin menghasilkan kerja SIKLUS RANKINE PLTU Siklus Rankine adalah siklus pengubahan panas menjadi kerja. Panas disuplai dari luar menuju siklus aliran tertutup dan biasanya menggunakan air sebagai fluida kerja (fluida yang dipanaskan / didinginkan). 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 yang secara umum digunakan di 5
Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU). Sumber panas untuk siklus Rankine dapat berasal dari batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, bio masa dan panas matahari.
Empat Proses dalam siklus Rankine Proses 1-2: Fluida kerja (misalnya air) dipompa dari tekanan rendah menjadi tekanan tinggi. Pada tahap ini fluida kerja berfase cair sehingga hanga membutuhkan energi yang relatif kecil untuk proses pemompaan. Proses 2-3: Air bertekanan tinggi memasuki boiler untuk dipanaskan. Di sini air berubah fase menjadi uap jenuh. Proses ini berlangsung pada tekanan konstan. Proses 3-4: Uap jenuh berekspansi pada turbin sehingga menghasilkan kerja berupa putaran turbin. Proses ini menyebabkan penurunan temperature dan tekanan uap, sehingga pada sudu turbin tingkat akhir kondensasi titik air mulai terjadi. Proses 4-1: Uap basah memasuki kondensor dan didinginkan sehingga semua uap berubah menjadi fase cair. Air dipompakan kembali (Proses 1-2) Besarnya kerja dibutuhkan pompa, panas yang diberikan boiler, kerja yang dihasilkan turbin dan panas yang dibuang pada kondensor dapat diperhitungkan dengan bantuan table Enthalpyentropy air-uap air.
Contoh T-s diagram Siklus Rankine Variabel dot{Q}Laju perpindahan panas (energi per satuan waktu) dot{m}Laju masa (masa per satuan waktu) dot{W}Kerja mekanik (energi per satuan waktu) ηtherm Efisiensi thermodinamik proses (kerja neto dibagi panas yang masuk) ηpump,ηturb Efisiensi Isentropic kompresi (pada pompa) dan ekspansi (pada turbin) h1,h2,h3,h4 Entalpi spesifik titik tertentu pada T-S diagram h4s Entalpi spesifik pada turbin isentropik p1,p2 Tekanan Siklus Karnot Definisi Siklus Karnot adalah Proses melingkar, maksudnya adalah suatu proses pada suatu system setelah mengalami beberapa perubahan keadaan, akhirnya kembali pada keadaan semula. Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotetis yang beroperasi dalam suatu siklus reversibel yang disebut siklus Carnot. Model dasar mesin ini dirancang oleh Nicolas Léonard Sadi Carnot, seorang insinyur militer Perancis pada tahun 1824. Model mesin Carnot kemudian dikembangkan secara grafis oleh Émile Clapeyron 1834, dan diuraikan secara matematis oleh Rudolf Clausius pada 1850an dan 1860an. Dari pengembangan Clausius dan Clapeyron inilah konsep dari entropi mulai muncul. Setiap sistem termodinamika berada dalam keadaan tertentu. Sebuah siklus termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami rangkaian keadaan-keadaan yang berbeda, dan akhirnya kembali ke keadaan semula. Dalam proses melalui siklus ini, sistem tersebut dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor. Sebuah mesin kalor bekerja dengan cara memindahkan energi dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin, dan dalam prosesnya, mengubah sebagian energi menjadi usaha mekanis. Sistem yang bekerja sebaliknya, dimana gaya eksternal yang dikerjakan pada suatu mesin kalor dapat menyebabkan proses yang memindahkan energi panas dari daerah yang lebih dingin ke energi panas disebut mesin refrigerator. Pada diagram di samping, yang diperoleh dari tulisan Sadi Carnot berjudul Pemikiran tentang Daya Penggerak dari Api (Réflexions sur la Puissance Motrice du Feu), diilustrasikan ada 6
dua benda A dan B, yang temperaturnya dijaga selalu tetap, dimana A memiliki temperatur lebih tinggi daripada B. Kita dapat memberikan atau melepaskan kalor pada atau dari kedua benda ini tanpa mengubah suhunya, dan bertindak sebagai dua reservoir kalor. Carnot menyebut benda A "tungku" dan benda B "kulkas".[1] Carnot lalu menjelaskan bagaimana kita bisa memperoleh daya penggerak (usaha), dengan cara memindahkan sejumlah tertentu kalor dari reservoir A ke B.
Pada proses melingkar, system berubah kemudian kembali ke keadaansemula. Energy dalam proses melingkar tidak berubah. Sebuah proses reversible adalah sebuah proses yang berlangsung sedemikian sehingga pada akhir proses, system dan keliling local ( local surroundings) dapat dikembalikan ke keadaan mula-mula, tanpa meninggalkan suatu perubahan pada sisa universum (rest of universe). Universum disini digunakan dalam arti teknis, yaitu sempit sekali tanpa suatu pengertian kosmos. Universum disini artinya tidak lain adalah bagian yang berhingga dari dunia yang terdiri dari system dan kelilingnya yang dapat mengadakan interaksi dengan system itu. Sebuah proses yang tidak memenuhi syarat-syarat diatas disebut irreversible. Sebagai konsekuensi hukum kedua Termodinamika yang memperlihatkan arah perubahan alami distribusi energy dan memperkenalkan prinsip peningkatan entropi, maka semua proses alam adalah irreversible. Pengubahan usaha menjadi energy dalam sebuah system kalor berlangsung dengan disertai gejalagejala seperti gesekan viskositas, inelastisitas, tahanan Listrik dan listeresisi magnetic. Efek-efek ini disebut efek-efek disipatif dan usaha itu dikatakan terdissipasi. Proses-proses yang
disertai dissipasi usaha menjadi energy dalam dikatakan menunjukkan irreversible mekanik luar. Irreversibilitas lainnya ialah irreversibilitas mekanik dalam, irreversibilitas termik, irreversibilitas kimia. Kalau berbagai macam proses alam diselidiki dengan teliti maka ternyata bahwa semuanya disertai salah satu dari dua sifat berikut. 1. Tidak dipenuhinya syarat-syarat untuk kesetimbangan termodinamika, yaitu tidak adanya kesetimbangan mekanik, termik dan kimia 2. Adanya efek disipatif, seperti geseran, viskositas, anelastisitas, tahanan listrik dan listeresis magnetic. Maka dapat ditarik kesimpulan, bahwa sebuah proses akan reversible kalau 1. Proses itu berlangsung quasistatik 2. Proses itu tidak disertai efekefek desipatif. Karena tidak mungkin bentuk memenuhi kedua syarat itu dengan sempurna maka jelaslah bahwa sebuah proses reversible adalah sesuatu yang hayal atau ideal. Proses reversible sangat berguna dalam perhitungan teori dalam hal ini, pengandaian proses reversible dalam termodinamika serupa dengan pengandaian yang seringkali dijumpai dalam mekanika, misalnya pengandaian kawat yang tidak bermassa, katrol tanpa geseran dan titik massa. Teorema Carnot Sebuah mesin nyata (real) yang beroperasi dalam suatu siklus pada temperatur and tidak mungkin melebihi efisiensi mesin Carnot.
Sebuah mesin nyata (kiri) dibandingkan dengan siklus Carnot (kanan). Entropi dari sebuah material nyata berubah terhadap temperatur. Perubahan ini ditunjukkan dengan kurva pada diagram T-S. Pada gambar ini, kurva tersebut menunjukkan kesetimbangan uap-cair ( lihat siklus Rankine). Sifat irreversibel sistem dan kehilangan kalor ke lingkungan (misalnya, 7
disebabkan gesekan) menyebabkan siklus Carnot ideal tidak dapat terjadi pada semua langkah sebuah mesin nyata. Teorema Carnot adalah pernyataan formal dari fakta bahwa: Tidak mungkin ada mesin yang beroperasi di antara dua reservoir panas yang lebih efisien daripada sebuah mesin Carnot yang beroperasi pada dua reservoir yang sama. Artinya, efisiensi maksimum yang dimungkinkan untuk sebuah mesin yang menggunakan temperatur tertentu diberikan oleh efisiensi mesin Carnot,
Implikasi lain dari teorema Carnot adalah mesin reversibel yang beroperasi antara dua reservoir panas yang sama memiliki efisiensi yang sama pula. Efisiensi maksimum yang dinyatakan pada persamaan diatas dapat diperoleh jika dan hanya jika tidak ada entropi yang diciptakan dalam siklus tersebut. Jika ada, maka karena entropi adalah fungsi keadaan, untuk membuang kelebihan entropi agar dapat kembali ke keadaan semula akan melibatkan pembuangan kalor ke lingkungan, yang merupakan proses irreversibel dan akan menyebabkan turunnya efisiensi. Jadi persamaan di atas hanya memberikan efisiensi dari sebuah mesin kalor reversibel. Siklus adalah suatu rangkaian proses yang dimulai dari suatu keadaan awal dan berakhir pada keadaan itu lagi. Siklus Carnot merupakan suatu siklus usaha yang dikemukakan oleh Sadi Carnot (1796-1832).
Siklus Carnot terdiri dari empat proses: 1. Proses pemuaian secara isotermik A ke B. Pada proses ini sistem menyerap kalor Q1 dari reservoir bersuhu tinggi T1 dan melakukan usaha WAB.
2. Proses pemuaian secara adiabatik B ke C. Selama proses ini berlangsung suhu sistem turun dari T1 menjadi T2 sambil melakukan usaha WBC. 3. Proses pemampatan secara isotermik C ke D. Pada proses ini sistem menerima usaha WCD dan melepas kalor Q2 ke reservoir bersuhu rendah T2. 4. Proses pemampatan secara adiabatik D ke A. Selama proses ini suhu sistem naik dari T2 menjadi T1 akibat menerima usaha WDA. Mesin paling ideal dan mempunyai efisiensi maksimum adalah mesin yang menggunakan siklus Carnot, kerja yang dilakukan mesin yang menggunakan mesin Carnot, adalah:
Bisa juga kita tuliskan W = Q1 – Q2
Dengan: Q1 = kalor yang diberikan oleh reservoir bersuhu tinggi (T1) Q2 = kalor yang diberikan oleh reservoir bersuhu tinggi (T2) W = kerja yang dilakukan mesin (J) T1 = reservoir suhu tinggi (K) T2 = reservoir suhu tinggi (K) Mesin Carnot memiliki efisiensi paling besar karena merupakan mesin ideal yang hanya ada di dalam teori. Jadi, sebenarnya tidak ada mesin yang mempunyai efisien yang menyamai efisiensi mesin Carnot. Cara kerja mesin Carnot hanya tergantung pada suhu kedua tandon atau reservoir. Untuk mendapatkan efisiensi sebesar 100%, suhu tandon suhu rendah (T2) harus = 0 K, hal ini dalam praktik tidak mungkin terjadi. Hal ini disebabkan karena proses kalor pada mesin Carnot bersifat reversibel, sedangkan pada mesin sesungguhnya mengalami prosesnya irreversibel. Selain siklus Carnot dikenal juga beberapa jenis siklus lain, yang digunakan diantaranya siklus siklus otto dan siklus diesel. Siklus otto terdiri dari proses adiabatik dan isokhorik. Sedang siklus diesel terdiri dari proses adiabatik, proses isobarik, dan proses isokhorik. Menghitung Efisiensi Mesin Carnot Keadaan suatu sistem dalam termodinamika dapat berubah-ubah, berdasarkan percobaan besaran8
besaran keadaan sistem tersebut. Namun, besaranbesaran keadaan tersebut hanya berarti jika sistem berada dalam keadaan setimbang. Misalnya, jika Anda mengamati suatu gas yang sedang memuai di dalam tabung, temperatur dan tekanan gas tersebut di setiap bagian tabung dapat berubahubah. Oleh karena itu, Anda tidak dapat menentukan suhu dan temperatur gas saat kedua besaran tersebut masih berubah. Agar dapat menentukan besaran-besaran keadaan gas, gas harus dalam keadaan reversibel. Apakah yang dimaksud dengan proses reversibel? Proses reversibel adalah suatu proses dalam sistem di mana sistem hampir selalu berada dalam keadaan setimbang.
Gambar 9.8 Perubahan keadaan gas dalam siklus reversibel. Perhatikanlah Gambar 9.8. Dari grafik p– V tersebut, suatu gas mengalami perubahan keadaan dari A ke B. Diketahui bahwa pada keadaan A sistem memiliki tekanan p1 dan volume V1. Pada tekanan B, tekanan sistem berubah menjadi p2 dan volumenya menjadi V2. Jika gas tersebut mengalami proses reversibel, keadaan gas tersebut dapat dibalikkan dari keadaan B ke A dan tidak ada energi yang terbuang. Oleh karena itu, pada proses reversibel, kurva p–V yang dibentuk oleh perubahan keadaan sistem dari A ke B dan dari B ke A adalah sama. Dalam kenyataannya, sulit untuk menemukan proses reversibel karena proses ini tidak memperhitungkan energi yang hilang dari dalam sistem (misalnya, gesekan). Namun, proses reversibel memenuhi Hukum Pertama Termodinamika. Tahukah Anda yang dimaksud dengan siklus termodinamika? Siklus termodinamika adalah proses yang terjadi pada sistem sehingga akhirnya sistem kembali pada keadaan awalnya. Namun, apakah energi kalor dapat seluruhnya diubah menjadi energi mekanik? Adakah mesin yang dapat mengubah kalor seluruhnya menjadi usaha? Pada tahun 1824 seorang ilmuwan Prancis, Sadi Carnot (1796 –
1832), mengemukakan model mesin ideal yang dapat meningkatkan efisiensi melalui suatu siklus, yang dikenal dengan siklus Carnot. Mesin ideal Carnot bekerja berdasarkan mesin kalor yang dapat bekerja bolakbalik (reversibel), yang terdiri atas empat proses, yaitu dua proses isotermal dan dua proses adiabatik.
Gambar 9.9 Siklus Carnot Pada gambar tersebut suatu gas ideal berada di dalam silinder yang terbuat dari bahan yang tidak mudah menghantarkan panas. Volume silinder tersebut dapat diubah dengan cara memindahkan posisi pistonnya. Untuk mengubah tekanan gas, diletakkan beberapa beban di atas piston. Pada sistem gas ini terdapat dua sumber kalor yang disebut reservoir suhu tinggi (memiliki suhu 300 K) gas memiliki temperatur tinggi (300 K), tekanan tinggi (4 atm), dan volume rendah (4 m3). Berikut urutan keempat langkah proses yang terjadi dalam siklus Carnot. a. Pada langkah, gas mengalami ekspansi isotermal. Reservoir suhu tinggi menyentuh dasar silinder dan jumlah beban di atas piston dikurangi. Selama proses ini berlangsung, temperatur sistem tidak berubah, namun volume sistem bertambah. Dari keadaan 1 ke keadaan 2, sejumlah kalor (Q1) dipindahkan dari reservoir suhu tinggi ke dalam gas. b. Pada langkah kedua, gas berubah dari keadaan 2 ke keadaan 3 dan mengalami proses ekspansi adiabatik. Selama proses ini berlangsung, tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem. Tekanan gas diturunkan dengan cara mengurangi beban yang ada di atas piston. Akibatnya, temperatur sistem akan turun dan volumenya bertambah. c. Pada langkah ketiga, keadaan gas berubah dari keadaan 3 ke keadaan 4 melalui proses kompresi isotermal. Pada langkah ini, reservoir suhu rendah (200 K) menyentuh dasar silinder dan jumlah beban di atas piston bertambah. Akibatnya tekanan sistem meningkat, temperaturnya konstan, 9
dan volume sistem menurun. Dari keadaan 3 ke keadaan 4, sejumlah kalor (Q2) dipindahkan dari gas ke reservoir suhu rendah untuk menjaga temperatur sistem agar tidak berubah. d. Pada langkah keempat, gas mengalami proses kompresi adiabatik dan keadaannya berubah dari keadaan 4 ke keadaan1. Jumlah beban di atas piston bertambah. Selama proses ini berlangsung, tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem, tekanan sistem meningkat, dan volumenya berkurang. Menurut kurva hubungan p–V dari siklus Carnot, usaha yang dilakukan oleh gas adalah luas daerah di dalam kurva p–V siklus tersebut. Oleh karena siklus selalu kembali ke keadaannya semula, ΔUsiklus = 0 sehingga persamaan usaha siklus (Wsiklus) dapat dituliskan menjadi Wsiklus = ΔQsiklus = (Q1 – Q2) ………. (9–28) dengan: Q1 = kalor yang diserap sistem, dan Q2 = kalor yang dilepaskan sistem. Ketika mesin mengubah energi kalor menjadi energi mekanik (usaha). Perbandingan antara besar usaha yang dilakukan sistem (W) terhadap energi kalor yang diserapnya (Q1) disebut sebagai efisiensi mesin. Persamaan matematis efisiensi mesin ini dituliskan dengan persamaan
dengan η = efisiensi mesin. Oleh karena usaha dalam suatu siklus termodinamika dinyatakan dengan W = Q1 – Q2 maka Persamaan (9–30) dapat dituliskan menjadi
Pada mesin Carnot, besarnya kalor yang diserap oleh sistem (Q1) sama dengan temperatur reservoir suhu tingginya (T1). Demikian juga, besarnya kalor yang dilepaskan sistem (Q2) sama dengan temperatur reservoir suhu rendah mesin Carnot tersebut. Oleh karena itu, Persamaan (9– 30) dapat dituliskan menjadi
Keterangan: η : efisiensi mesin Carnot T1 : suhu reservoir bersuhu tinggi (K) T2 : suhu reservoir bersuhu rendah (K) Dari Persamaan (9–31) tersebut, Anda dapat menyimpulkan bahwa efisiensi mesin
Carnot dapat ditingkatkan dengan cara menaikkan temperatur reservoir suhu tinggi atau menurunkan temperatur reservoir suhu rendah. MESIN KALOR CARNOT Ketika system dalam suatu mesin menjalani sebagian daurnya, sejumlah kalor diserap dari reservoir panas, pada bagian lain dari daur itu kalor yang jumlahnya lebih sedikit dibuang ke reservoir yang lebih dingin. Jadi boleh dikatakan bahwa mesin bekerja diantara sepasang reservoir ini. Menurut kenyataannya sejumlah kalor selalu dibuang ke reservoir yang lebih dingin, sehingga efisiensi mesin tidak akan pernah mencapai 100%. Ada 3 hal yang penting mengenai mesin. 1. Berapa daya guna maksimum yang dapat dicapai oleh suatu mesin yang bekerja antara kedua reservoir itu. 2. Bagaimana karakteristik mesin. 3. Apa pengaruh sifat zat kerja. Untuk menjawab pertnyaan ini Nicelai Leonard Sadi Carnot (1824) seorang insinyur ulung bangsa perancis memikirkan sebuah siklis ideal yang sekarang terkenal dengan siklus Carnot. Siklus carnot terdiri atas dua proses isothermal reversible dan dua proses adiabatic reversible. Siklus Carnot terdiri dari 4 proses sebagai berikut: 1. Proses adiabatic reversible dalam arah sedemikian sehingga suhu naik sampai suhu T1dari reservoir panas. 2. Zat kerja tetap berhubungan dengan reservoir dengan suhu T1 dan menjalani proses isotermik reversible dalam arah dan waktu sedemikian sehingga jumlah kalor Q1 diserap dari reservoir tersebut, (Penyerapan kalor terjadi pada suhu konstan yaitu suhu dari reservoir panas). 3. Proses adiabatic reversible dalam arah berlawanan dengan proses pertama sehingga suhu turun sampai suhu T2 dari reservoir dingin. 4. Zat kerja tetap berhubungan dengan reservoir pada T2 dan mengalami proses isothermik reversible dalam arah belawanan dengan proses kedua sampai zat kerja mencapai keadaan mula-mula. Selama proses ini kalor Q2 diberikan kepada reservoir dingin (Pengeluaran kalor terjadi pada suhu konstan yaitu suhu dari reservoir dingin) Suatu mesin yang menjalani siklus carnot disebut mesin carnot. Sedangkan mesin kalor carnot adalah suatu mesin yang mengubah energy kalor menjadi energy mekanik. Karena 10
keempat proses dari siklus tersebut reversible maka siklus carnot adalah siklus reversible. Q2= Kalor masuk W= Usaha yang dihasilkan Q1= Kalor yang keluar atau energy kalor yang tidak terpakai atau terbuang Q2 dari reservoir panas, Q1 dari reservoir dingin. Usaha W=Q2-Q1 Efisiensi mesin kalor :
Usaha total
Kita amati pada proses adiabatic 2 3
Usaha 1-2 ( Ekspansi isothermik)
Usaha 2-3 ( Ekspansi adiabatic)
Efisiensi diatas merupakan Effisiensi Mesin Carnot Termik. Effisiensi mesin secara umum dapat dituliskan sebagai: Usaha 3-4 ( Kompresi isothermik) Dari persamaan diatas dapat disimpulkan bahwa: Mesin biasa hanya berlaku persamaan Usaha 4-1 (Kompresi adiabatic) 11
Sedang mesin Carnot dapat berlaku
Dari persamaan
Aplikasi Mesin Karnot REFRIGERATOR CARNOT ( Mesin Pendingin Carnot) Examples: air conditioner, refrigerator. Refrigerator dan heat pumps pada dasarnya merupakan peralatan yang sama. Refrigerator dan heat pumps berbeda hanya pada tujuannya saja. Refrigerator adalah mengambil kalor (QC) dari medium bersuhu rendah (mempertahankan ruang pendingin tetap dingin) Mengingat mesin Carnot merupakan mesin kalor reversible, maka mesin tersebut dapat dibalik. Mesin tersebut merupakan mesin pendingin atau refrigerator Carnot. Pada refrigerator Carnot berlaku
T2'>T1, W=Q2-Q1 W= kalor yang masuk / diperlukan Q1= kalor yang dihisap Perbandingan antara kalor Q1 yang dapat dihisap dengan usaha yang digunakan W merupakan koefisien performance C. c=T1'T2'-T1' c=Q1'W'=Q1'Q2'-Q1' Theorema Carnot berbunyi : “ Tak ada sebuah mesin yang bekerja antara dua reservoir tertentu
dapat lebih effisien daripada mesin Carnot yang bekerja antara kedua reservoir Bukti: Misalkan sebuah mesin Carnot (R) dan suatu mesin lain (I) bekerja diantara dua reservoir yang samadan diatur demikian sehingga keduanya melakukan usaha yang sama yaitu W. Mesin Carnot R 1. Menghisap kalor reservoir panas. 2. Melakukan usaha W. 3. Mengeluarkan kalor Q1-W kepada reservoir dingin 4. Daya Guna ηR=WQ1 Mesin Lain I 1. Menghisap kalor Q, dari reservoir panas. 2. Melakukan usaha W 3. Mengeluarkan kalor Q1'-W kepada reservoir dingin 4. Daya guna η1=WQ' Misalkan bahwa daya guna mesin I lebih besar dari R
Misalkan sekarang bahwamesin I menjalankan mesin Carnot R yang bekerja sebagai mesin pendingin. Pada peristiwa ini secara simbolikditunjukkan sebagai gambar
Karena seluruh usaha adalah untuk kepentingan bersama maka mesin kalor dan mesin pendingin ini dapat digabungkan sehingga keseluruhannya merupakan alat yang bekerja sendiri. Kalor bersih yang diserap dari reservoir dingin adalah: Q1-W-Q1-W=Q1-Q1' Harga ini adalah positif. Kalor bersih yang dikeluarkan kepada reservoir panas juga =Q1-Q1' Jadi kesimpulannya alat yang bekerja sendiri ini memudahkan kalor sebesar 12
Q1-Q1, dari reservoir dingin ke reservoir panas. Hal ini bertentangan dengan hukum II Termodinamika (Azas Clausius). Hal ini berarti bahwa pengandaian ηI>ηR salah. Maka seharusnya adalah: ηI≤ηR Dari Theorema Carnot dapat ditarik kesimpulan bahwa: Semua mesin Carnot yang bekerja antara dua reservoir yang tertentu daya gunanya sama. Bukti: Misalkan ada mesin Carnot R1 dan R2 yang bekerja diantara dua reservoir yang sama. Apabila R1 menjalankan R2 yang bekerja sebagai mesin pendingin maka theorema Carnot haruslah : ηR1≤ηR2 Apabila R2 menjalankan R1 yang bekerja sebagai mesin pendingin maka menurut theorema Carnot haruslah: ηR2≤ηR1 Jadi dengan begitu jelaslah bahwa ηR1=ηR2 Karena dalam pembahasan tadi tidak terdapat syarat-syarat khusus untuk sifat zat kerja maka, daya guna siklus Carnot tidak dipengaruhi oleh zat kerja. Daya Guna Siklus Carnot Karena η Carnot tidak tergantung dari zat kerja maka untuk mudahnya perhitungan kita pakai gas sempurna sebagai gas kerja.
Q1=VbVcnRT1dVV=nRT1lnVcVb c d Proses ekspansi adiabatic reversible Persamaan : Vcx-IT1=Vdx-IT2 T1T2=VdVcx-I Dari proses kompressi adiabatic reversible didapat bahwa : T1T2=VaVbx-I T1T2=VdVcx-I=VaVbx-I d a Proses kompressi isothermik reversible Q2=VdVanRT2dVV=nRT2VdVadVV=nRT2lnVaVd=nRT2lnVdVa η=1-Q2Q1=1-nRT2lnVdVanRT1lnVcVb VdVc=VaVb sehingga VdVa=VcVb ηcarnot=1-T2T1
COP (coefficient of performance/ koefisien daya guna/ koefisien kerja) pada Refrigerator dan Heat pump
C. MESIN BENSIN ( siklus oto)
Skema suatu proses siklis ab Proses kompressi adiabatic reversible. Persamaan : Vax-IT2=Vbx-IT1 Atau T1T2=VaVbx-I cb Proses ekspansi isothermik reversible. Hukum I Thermodinamika : dQ=dU+PdV dQ=CVdT+P+∂U∂VTdV Karena U gas ideal hanya merupakan fungsi dari suhu saja maka ∂U∂VT=0 Karena b c merupakan proses isothermis maka CvdT=0 Jadi dQ=PdV=nRTVdV
Siklus Otto merupakan siklus dari 4 proses
Efisiensi mesin
13
Kita amati proses adiabatik 1-2 dan 3-4
Untuk r=10 dan γ=1,4 efisiensi mesin kira kira 60% makin besar perbandingan kompresi semakin besar efisiensinya
1.Mesin Bensin ada dua macam,yaitu Mesin dua tak dan mesin empat tak a. Mesin dua tak ( Dua Langkah) Mesin ini dimulai dari titik 1, Campuran bahan bakar (bensin) dengan udara (oksigen) dikompresi sampai titik 2 (tekanan dan suhu naik).Dari titik 2 ke 3 terjadi percikan bunga api listrik,sehingga terjadi ledakan,suhu dan tekanan naik secara drastis. Langkah 2 dari titik 3 ke 4 melakukan usaha yang sebenarnya (suhu dan tekanan turun).Sebelum mencapai titik 4 terjadi pembuangan sisa pembakaran.Selanjutnya proses berlangsung seperti semula. b. Mesin Empat Tak (Empat Langkah) Proses dimulai dari titik 0 ke 1 (langkah 1),merupakan proses pemasukan bahan bakar. Proses 1 – 2 (langkah 2), pemampatan campuran udara dan bahan bakar (suhu dan tekanan naik) Proses 2 – 3,terjadi percikan bunga api listrik sehingga terjadi ledakan (suhu dan tekanan naik drastis) Proses 3 – 4 (langkah 3 ), merupakan usaha sebenarnya (suhu dan tekanan turun ) Proses 4 – 1 , pembungan sisa pembakaran Proses 1 – 0 (langkah 4) ,kembali pada volume awal(pembersihan sisa pembakaran ) Mesin bensin diatas baik dua tak maupun empat tak adalah merupakan siklus yang ideal.Sebenarnya dalam kenyataan tidaklah demikian karena proses berlangsung sangat cepat. D. MESIN DIESEL (Siklus Rankine)/ MESIN SOLAR Pada mesin diesel ini tidak menggunakan busi tetapi tetap ada penyulutan 1 kali,tetapi pada mesin bensin terjadi beberapa kali. Mesin diesel yang ideal adalah mesin siklus Rankine.Mesin diesel berbahan bakar minyak solar.
ISOKHORIK Sebuah proses isokhorik, juga disebut-proses volume konstan, proses isovolumetric, atau proses isometrik, adalah sebuah proses termodinamika yang selama itu volume dari sistem tertutup menjalani proses tersebut tetap konstan. Dalam istilah non-teknis, proses isokhorik dicontohkan oleh pemanasan atau pendinginan dari isi wadah non-mampudeformasi bersegel: Proses termodinamika adalah penambahan atau pemindahan panas; isolasi dari isi kontainer menetapkan sistem tertutup; dan ketidakmampuan wadah untuk merusak memaksakan kondisi volume-konstan. ISOBARIK Sebuah proses isobarik adalah proses termodinamika di mana tekanan tetap konstan. Istilah ini berasal dari ISO Yunani, (sama), dan Barus, (berat). ISOTERMAL Proses isotermal adalah suatu perubahan dari suatu sistem, di mana suhu tetap konstan: T Δ = 0. Ini biasanya terjadi ketika suatu sistem berada dalam kontak dengan reservoir panas luar ( mandi panas ), dan perubahan terjadi perlahan cukup untuk memungkinkan sistem untuk terus-menerus menyesuaikan diri dengan suhu reservoir melalui panas pertukaran. ADIABATIK proses adiabatik atau proses isocaloric adalah suatu proses termodinamika di mana tidak ada panas yang ditransfer ke atau dari kerja fluida . Istilah "adiabatik" secara harafiah berarti dilalui, 14
berasal dari akar Yunani ἀ-("tidak"), διὰ("melalui"), dan βαῖνειν ("untuk melewati"); etimologi ini sesuai di sini untuk tidak adanya perpindahan panas . Sebaliknya, sebuah proses yang melibatkan perpindahan panas (penambahan atau kehilangan panas ke lingkungan) umumnya disebut diabatic. Meskipun istilah adiabatik dan isocaloric sering dapat dipertukarkan, proses adiabatik dapat dianggap sebagai bagian dari proses isocaloric ; sisanya melengkapi subset dari proses isocaloric sedang proses di mana perpindahan panas bersih tidak menyimpang regional seperti dalam kasus ideal dengan medium termal tak terbatas konduktivitas atau kapasitas termal tidak ada. Entropi adalah salah satu besaran termodinamika yang mengukur energi dalam sistem per satuan temperatur yang tak dapat digunakan untuk melakukan usaha. Mungkin manifestasi yang paling umum dari entropi adalah (mengikuti hukum termodinamika), entropi dari sebuah sistem tertutup selalu naik dan pada kondisi transfer panas, energi panas berpindah dari komponen yang bersuhu lebih tinggi ke komponen yang bersuhu lebih rendah. Pada suatu sistem yang panasnya terisolasi, entropi hanya berjalan satu arah (bukan proses reversibel/bolakbalik). Entropi suatu sistem perlu diukur untuk menentukan bahwa energi tidak dapat dipakai untuk melakukan usaha pada proses-proses termodinamika. Proses-proses ini hanya bisa dilakukan oleh energi yang sudah diubah bentuknya, dan ketika energi diubah menjadi kerja/usaha, maka secara teoritis mempunyai efisiensi maksimum tertentu. Selama kerja/usaha tersebut, entropi akan terkumpul pada sistem, yang lalu terdisipasi dalam bentuk panas buangan. Pada termodinamika klasik, konsep entropi didefinisikan pada hukum kedua termodinamika, yang menyatakan bahwa entropi dari sistem yang terisolasi selalu bertambah atau tetap konstan. Maka, entropi juga dapat menjadi ukuran kecenderungan suatu proses, apakah proses tersebut cenderung akan "terentropikan" atau akan berlangsung ke arah tertentu. Entropi juga menunjukkan bahwa energi panas selalu mengalir secara spontan dari daerah yang suhunya lebih tinggi ke daerah yang suhunya lebih rendah. Entropi termodinamika mempunyai dimensi energi dibagi temperatur, yang mempunyai Satuan Internasional joule per kelvin (J/K).
Kata entropi pertama kali dicetuskan oleh Rudolf Clausius pada tahun 1865, berasal dari bahasa Yunani εντροπία [entropía], εν- [en-] (masuk) dan τροπή [tropē] (mengubah, mengonversi).[2][note 2] Entalpi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi internal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja. Entalpi tidak bisa diukur, yang bisa dihitung adalah nilai perubahannya. Secara matematis, perubahan entalpi dapat dirumuskan sebagai berikut: ΔH = ΔU + PΔV di mana: H = entalpi sistem (joule) U = energi internal (joule) P = tekanan dari sistem (Pa) V = volume sistem ( )
15
Efisiensi Mesin Diesel
Oleh karena langkah 1 – 2 dan 3 – 4 merupakan proses adiabatis,maka berlaku persamaan :
16
