Mesin Kalor

05.09 |

Mesin Kalor

” tidak mungkin mengubah semua kalor yang terdapat pada resevoir kalor temperatur tinggi menjadi kerja dalam sebuah siklus kerja tanpa membuang sebagian kalor ke reservoir kalor temperatur rendah” .Pernyataan hukum II termodinamika ini digambarkan sebagai :

Gambar 2 .Penerapan Hukum II Termodinamika dalam mesin kalor

Mesin kalor didefinisikan sebagai alat yang mengubah kalor menjadi energi mekanis atau lebih tepatnya suatu sistem yang berkerja secara terus-menerus dan hanya kalor dan usaha yang dapat melalui permukaan batasnya.

Mesin kalor adalah sebutan untuk alat yang berfungsi mengubah energi panasmenjadi energi mekanik. Dalam mesin mobil misalnya, energi panas hasil pembakaranbahan bakar diubah menjadi energi gerak mobil.Tetapi, dalam semua mesin kalor kita ketahui bahwa pengubahan energi panas ke energi mekanik selalu disertai pengeluarangas buang, yang membawa sejumlah energi panas.Dengan demikian, hanya sebagian energi panas hasil pembakaran bahan bakar yang diubah ke energi mekanik. Contoh lain adalah dalam mesin pembangkit tenaga listrik; batu bara atau bahan bakar lain dibakar dan energi panas yang dihasilkan digunakan untuk mengubah wujud air keuap.Uap ini diarahkan ke sudu-sudu sebuah turbin, membuat sudu-sudu ini berputar. Akhirnya energi mekanik putaran ini digunakan untuk menggerakkan generator listrik.

Semua mesin kalor yang bekerja menghasilkan kerja (W) dengan mengkonversikan kalor dari sumber kalor yang lebih tinggi (Qh) pasti akan membuang sebagian kalor ke resevoir kalor yang lebih rendah temperaturnya (Ql). Artinya tidak semua kalor dapat diubah menjadi kerja, pasti ada kebocoran dan kerugian yang disebut efisiensi (η).Contoh : sebuah motor bakar bensin membakar campuran udara dan bahan bakar dan menghasilkan kalor. Energi kalor ini tidak semuanya dapat diubah oleh mesin menjadi kerja (putaran poros), tetapi pasti ada sebagian yang dibuang ke lingkungan sekitar melalui pendingin mesin dan sisa gas buang.

Beberapa contoh dari mesin kalor adalah mesin carnot, mesin brayton, mesin otto (mesin bakar), mesin rankine, dan mesin diesel. Pada mesin kalor terdapat dua buah tendon.Tandon yang memberikan kalor disebut dengan tandon kalor.Sedangkan tendon lainnya disebut dengan tendon dingin.Tandon dingin ini berfungsi menyerap kalor dalam jumlah yang besar tanpa terjadi perubahan panas yang berarti. Semua mesin kalor familiar yang didukung oleh ekspansi gas dipanaskan. Lingkungan umum adalah heat sink, menyediakan gas relatif dingin yang, ketika dipanaskan, berkembang cepat untuk mendorong gerakan mekanis mesin.untuk dicatat bahwa meskipun beberapa siklus memiliki lokasi pembakaran yang khas (internal atau eksternal), mereka sering dapat diimplementasikan dengan lainnya. Misalnya, John Ericsson mengembangkan mesin dipanaskan eksternal berjalan pada siklus sangat mirip dengan siklus Diesel sebelumnya. Selain itu, mesin eksternal dipanaskan sering dapat diimplementasikan dalam siklus terbuka atau tertutup.Perubahan fase siklusDalam siklus dan mesin, cairan bekerja adalah gas dan cairan. Mesin mengubah fluida kerja dari gas ke cairan, dari cair ke gas, atau keduanya bekerja, menghasilkan cairan dari ekspansi atau kompresi.

Perubahan energi dalam mesin kalor secara skematis diberikan oleh gambar. Lingkaran menggambarkan mesin kalor itu sendiri. Kalor yang diberikan kepada mesin oleh tandon kalor adalah sebanding dengan luas penampang pipa. Kalor yang terbuang melalui saluran pembuangan ke tandon dingin berbanding lurus dengan luas penampang pipa keluar. Sebagian kalor diubah menjadi kerja mekanis W yang dilukiskan pada pipa cabang ke kanan. Jadi Q_pdalam gambar adalah kalor yang diserap oleh mesin (Q_in), dan Q_D adalah kalor yang dibuang oleh mesin per siklus (Q_out). Kalor neto adalah :

Kalor yang diserap dari tandon kalor biasanya dipeoleh dari pembakaran bahan bakar. Dengan menggunakan hukum pertama untuk satu siklus lengkap dan dengan mengingat tidak ada perubahan neto energi dalam, kita peroleh :

Siklus yang menghasilkan kerja neto yang dipindahkan ke lingkungan pada setiap siklus disebut siklus daya. Mesin kalor secara ideal mempunyai definisi :

Nilai dari efisiensi tidak pernh lebih besar dari 1 (100%). Pada mesin aktual, nilai efisiensi selalu kirang dari satu. Hal ini menunjukkan bahwa tidak semua kalor diserap diubah menjadi kerja.