Oleh: Tri Ayodha Ajiwiguna
Mesin
kalor didefinisikan sebagai sebuah perangkat yang dapat mengkonversi
energi kalor menjadi kerja. Kerja di sini dapat diartikan sebagai
gerakan piston dalam silinder atau putaran mesin. Contoh mesin kalor
adalah mesin otto, mesin diesel, mesin brayton, dan mesin stirling.
Sedangkan pompa kalor adalah perangkat yang dapat menciptakan kondisi
di mana satu bagian mesin menjadi dingin dan bagian lainnya menjadi
panas. Dingin dan panas ini relatif terhadap lingkungan. Pompa kalor
biasanya diterapkan di pendingin ruangan (AC). Contoh pompa kalor
antara lain sistem refrigerasi kompresi uap.
Prinsip
kerja dari mesin kalor dan pompa kalor biasanya sebuah siklus
termodinamika yang terdiri dari beberapa proses termodinamika. Siklus
Carnot adalah siklus ideal (tidak real) yang dimodelkan untuk
mengetahui efisiensi dan kinerja tertinggi yang mungkin dapat dicapai
dari sebuah mesin kalor atau pompa kalor. Hal ini dikarenakan siklus
carnot mengasumsikan beberapa prosesnya berlangsung isentropik dimana
proses dianggap reversible (tidak ada gesekan) dan adiabatik
(terinsulasi sempurna). Skema proses sistem piston-silinder dan
diagram P-v siklus carnot dapat dapat dilihat pada gambar 1 dan 2:
Gambar 1.Skema Proses dalam Siklus Carnot
Gambar 2. Siklus Carnot dalam Diagram P-v
Seperti yang dapat dilihat pada gambar 1, siklus carnot terdiri dari empat proses termodinamika, yaitu:
Proses
1 – 2, yaitu proses ekspansi isothermal pada temperature tinggi
TH.
Dalam proses ini sistem (mesin) menerima kalor kemudian terjad
proses ekspansi dengan temperatur konstan. Proses ini sulit sekali
diterapkan secara nyata. Bisa dibayangkan, jika sebuah sistem piston
silinder yang kemudan diberikan kalor (dipanaskan) sehingga sistem
memuai tetapi temperaturnya tetap (tidak naik). Dalam hukum
termodinamika I, dalam proses isothermal tidak ada perubahan energi
dalam (ΔU=0), yang artinya semua kalor yang masuk menjadi kerja.
Proses
2-3, yaitu proses ekspansi isentropik. Setelah menerima kalor
(proses 1-2), proses masih mengalami ekspansi yang mungkin
diakibatkan masih adanya momentum dari proses sebelumnya. Akibat
proses ini temperatur sistem menjadi turun dari TH
menjadi
temperature rendah TL.
Proses ini diasumsikan berlangsung secara reversible (tidak ada
geseskan) dan adiabatic (terinsulasi sempurna). Hal ini juga sulit
direalisasikan karena gesekan tidak mungkin dihindari dan kalor
pasti mengalir dari temperatur tinggi ke temperatur rendah.
Proses
3-4 proses kompresi secara isothermal. Dalam proses ini pembuangan
kalor terjadi dari sistem ke lingkungan.
Proses
4-1, yaitu proses kompresi isentropik. Proses ini juga terjadi
secara reversible dan adiabatik.
Proses
dari 1-2-3-4-1 terus berlangsung sehingga kerja dalam bentuk putaran
mesin atau pergerakan piston juga selalu terjadi selama sistem
menerima dan membuang kalor dengan baik. Untuk menunjukkan seberapa
baik sebuah mesin kalor, digunakan istilah efisiensi, yaitu
perbandingan anta kerja yang didapatkan dengan kalor yang diberikan
ke sistem.
No comments:
Post a Comment