Siklus Rankine

Siklus Rankine

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.

Siklus Rankin Ideal miliki tahapan proses sebagai berikut:

1-2 Isentropic Compression

2-3 Constant pressure heat addition in boiler

3-4 Isentropic expansion in turbine

4-1 Constant pressure heat rejection in condenser

Mesin kalor

Mesin kalor adalah sebutan untuk alat yang berfungsi mengubah  . Dalam  , mesin panas adalah sistem yang melakukan konversi  atau  untuk  . Hal ini dilakukan dengan membawa suatu zat yang bekerja dari tinggi  negara ke keadaan suhu yang lebih rendah. Sebuah panas "sumber" menghasilkan energi panas yang membawa zat bekerja untuk negara suhu tinggi. Substansi bekerja menghasilkan karya dalam "" dari mesin saat  ke "dingin " sampai mencapai keadaan suhu rendah. Selama proses ini beberapa energi panas diubah menjadi  dengan memanfaatkan sifat-sifat substansi bekerja. Substansi kerja yang dapat berupa sistem dengan non-nol, tapi biasanya adalah gas atau cairan.

Secara umum sebuah  mengubah energi mekanik untuk  . Mesin panas membedakan diri dari jenis lain mesin oleh fakta bahwa efisiensi mereka secara fundamental dibatasi oleh. Meskipun keterbatasan ini efisiensi bisa menjadi kelemahan, keuntungan dari mesin panas adalah bahwa sebagian besar bentuk energi yang dapat dengan mudah dikonversi ke panas oleh proses seperti  (seperti pembakaran), partikel cahaya atau energik, , dan. Karena sumber panas yang memasok energi panas ke mesin sehingga dapat didukung oleh hampir semua jenis energi, mesin panas sangat fleksibel dan memiliki berbagai penerapan.

Mesin panas sering bingung dengan siklus mereka mencoba untuk meniru. Biasanya ketika menggambarkan perangkat fisik 'mesin' istilah yang digunakan. Ketika menggambarkan model 'siklus' istilah yang digunakan.

Dalam  , mesin panas sering dimodelkan menggunakan model rekayasa standar seperti. Model teoritis dapat disempurnakan dan ditambah dengan data aktual dari mesin operasi, menggunakan alat-alat seperti  . Karena implementasi yang sebenarnya sangat sedikit panas mesin sama persis dengan siklus termodinamika yang mendasari mereka, orang bisa mengatakan bahwa siklus termodinamika merupakan kasus ideal mesin mekanik. Dalam kasus apapun, sepenuhnya memahami mesin dan efisiensi yang memerlukan memperoleh pemahaman yang baik tentang (mungkin disederhanakan atau ideal) model teoritis, nuansa praktis mesin mekanik yang sebenarnya, dan perbedaan antara keduanya.

Secara umum, semakin besar perbedaan suhu antara sumber panas dan wastafel dingin, semakin besar adalah potensi  dari siklus. Di Bumi, sisi dingin dari setiap mesin panas terbatas untuk menjadi dekat dengan suhu sekitar lingkungan, atau tidak lebih rendah dari 300  , sehingga sebagian besar upaya untuk meningkatkan efisiensi termodinamika berbagai fokus panas mesin pada peningkatan suhu sumber, dalam batas-batas materi. Efisiensi teoritis maksimum mesin panas (yang mesin tidak pernah mencapai) adalah sama dengan perbedaan suhu antara ujung panas dan dingin dibagi oleh suhu pada akhir panas, semuanya dinyatakan. Efisiensi mesin panas yang berbeda diusulkan atau digunakan berkisar hari ini dari 3 persen (97 persen limbah panas) untuk  usulan daya laut melalui 25 persen untuk mesin otomotif kebanyakan sampai 45 persen untuk, menjadi sekitar 60 persen untuk uap-cooled  . Semua proses mendapatkan efisiensi mereka (atau ketiadaan) karena penurunan suhu di antara mereka.

Dalam  misalnya, energi panas hasil pembakaran  diubah menjadi  . Tetapi, dalam semua mesin kalor kita ketahui bahwa pengubahan energi panas ke energi mekanik selalu disertai pengeluaran  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; atau bahan bakar lain dibakar dan energi panas yang dihasilkan digunakan untuk mengubah wujud  ke. Uap ini diarahkan ke sudu-sudu sebuah, membuat sudu-sudu ini berputar. Akhirnya energi mekanik putaran ini digunakan untuk menggerakkan.

Pemanfaatan Kalor Dalam Kehidupan Sehari-Hari

PEMANFAATAN KALOR DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

PEMANFAATAN KALOR DALAM KEHIDUPAN SEHARI-HARI

Air Mendidih

1. Termos

Termos berfungsi untuk menyimpan zat cair yang berada di dalamnya agar tetap panas dalam jangka waktu tertentu. Termos dibuat untuk mencegah perpindahan kalor secara konduksi, konveksi, maupun radiasi. Dinding termos dibuat sedemikian rupa, untuk menghambat perpindahan kalor pada termos, yaitu dengan cara:

a. permukaan tabung kaca bagian dalam dibuat mengkilap dengan lapisan perak yang berfungsi mencegah perpindahan kalor secara radiasi dan memantulkan radiasi kembali ke dalam termos,
b. dinding kaca sebagai konduktor yang jelek, tidak dapat memindahkan kalor secara konduksi, dan
c. ruang hampa di antara dua dinding kaca, untuk mencegah kalor secara konduksi dan agar konveksi dengan udara luar tidak terjadi.

2. Seterika

Seterika terbuat dari logam yang bersifat konduktor yang dapat memindahkan kalor secara konduksi ke pakaian yang sedang diseterika. Adapun, pegangan seterika terbuat dari bahan yang bersifat isolator.

3. Panci Masak

Panci masak terbuat dari bahan konduktor yang bagian luarnya mengkilap. Hal ini untuk mengurangi pancaran kalor. Adapun pegangan panci terbuat dari bahan yang bersifat isolator untuk menahan panas.

yhs-fullyhosted_003, manfaat kalor dalam kehidupan sehari-hari, manfaat kalor dalam kehidupan sehari hari, contoh perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari, penerapan suhu, soal perpindahan kalor dan penyelesaiannya, soal perpindahan kalor dan pembahasannya, ramon84 anak mts, pengertian suhu dan penerapannya dalam kehidupna sehari haru, penerapan suhu dan kalor dalam kehidupan sehari-hari, penerapan suhu dalam kehidupan sehari-hari, daftar contoh perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari, contoh kalor dalam kehidupan sehari-hari, contoh penerapan suhu, manfaat Kalor, informasi tentang perpindahan kalor dan penerapannya dalam kehidupan sehari hari, fungsi fungsi kalor, faktor faktor yang mempengaruhi laju konduksi, contoh kalor dalam kehidupan sehari hari 

Pemanfaatan Kalor dalam Kehidupan Sehari-hari

yhs-fullyhosted_003, manfaat kalor dalam kehidupan sehari-hari, manfaat kalor dalam kehidupan sehari hari, contoh perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari, penerapan suhu, soal perpindahan kalor dan penyelesaiannya, soal perpindahan kalor dan pembahasannya, ramon84 anak mts, pengertian suhu dan penerapannya dalam kehidupna sehari haru, penerapan suhu dan kalor dalam kehidupan sehari-hari, penerapan suhu dalam kehidupan sehari-hari, daftar contoh perpindahan kalor dalam kehidupan sehari-hari, contoh kalor dalam kehidupan sehari-hari, contoh penerapan suhu, manfaat Kalor, informasi tentang perpindahan kalor dan penerapannya dalam kehidupan sehari hari, fungsi fungsi kalor, faktor faktor yang mempengaruhi laju konduksi, contoh kalor dalam kehidupan sehari hari.

Hukum Zeroth Termodinamika Sebagai Hubungan Kesetaraan

Hukum Zeroth Termodinamika Sebagai Hubungan Kesetaraan

Hukum Zeroth Termodinamika Sebagai Hubungan Kesetaraan

Suatu sistem dikatakan berada dalam  ketika tidak mengalami perubahan bersih energi panas. Jika A, B, dan C yang berbeda  , hukum zeroth dari  dapat dinyatakan sebagai:

Jika A dan C masing-masing dalam  dengan B, A juga dalam kesetimbangan dengan C.

Pernyataan ini menegaskan bahwa kesetimbangan termal adalah antara sistem termodinamika.Jika kita juga mengakui bahwa semua sistem termodinamika berada dalam kesetimbangan termal dengan diri mereka sendiri, maka kesetimbangan termal juga merupakan  . yang baik refleksif dan Euclidean adalah  . Salah satu konsekuensi dari penalaran ini adalah bahwa kesetimbangan termal adalah  : Jika A berada dalam kesetimbangan termal dengan B dan B berada dalam kesetimbangan termal dengan C,maka A berada dalam kesetimbangan termal dengan C. Konsekuensi lain adalah bahwa hubungan kesetimbangan  : Jika A berada dalam kesetimbangan termal dengan B, makaB berada dalam kesetimbangan termal dengan A. Dengan demikian kita dapat mengatakan bahwa dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan satu sama lain, atau bahwa mereka berada dalam kesetimbangan bersama. Secara implisit dengan asumsi kedua refleksivitas dan simetri, hukum zeroth Oleh karena itu sering dinyatakan sebagai :

Jika dua sistem berada dalam kesetimbangan termal dengan sistem ketiga, maka mereka berada dalam kesetimbangan termal dengan satu sama lain.

Sekali lagi, secara implisit dengan asumsi kedua refleksivitas dan simetri, hukum zeroth kadang-kadang dinyatakan sebagai hubungan transitif:

Jika A berada dalam kesetimbangan termal dengan B dan jika B berada dalam kesetimbangan termal dengan C, maka A berada dalam kesetimbangan termal dengan C.

Thermal Keseimbangan Antara Banyak Sistem

Banyak sistem dikatakan dalam kesetimbangan jika, kecil pertukaran acak di antara mereka tidak menyebabkan perubahan bersih pada total energi dijumlahkan seluruh sistem. Contoh sederhana ini menggambarkan mengapa hukum zeroth diperlukan untuk melengkapi deskripsi ekuilibrium.

Pertimbangkan sistem N di  terisolasi dari seluruh alam semesta, yaitu tidak ada pertukaran panas di luar kemungkinan dari sistem N, yang semuanya memiliki  dan komposisi, dan yang hanya dapat bertukar  dengan satu sama lain.

Hukum zeroth menetapkan keseimbangan termal sebagai hubungan kesetaraan. Sebuah hubungan kesetaraan pada set (seperti set sistem termal disetimbangkan) membagi set yang menjadi koleksi himpunan bagian yang berbeda ("disjoint subset") di mana setiap anggota himpunan adalah anggota dari satu dan hanya satu bagian tersebut. Dalam kasus hukum ke nol, suhu adalah seperti proses pelabelan yang menggunakan untuk penandaan. Hukum zeroth membenarkan penggunaan sistem termodinamika cocok sebagai  untuk memberikan seperti pelabelan, yang menghasilkan sejumlah kemungkinan  dan membenarkan penggunaan  untuk memberikan mutlak, atau  skala. Dalam ruang parameter termodinamika, zona suhu konstan membentuk permukaan, yang menyediakan tatanan alam dari permukaan di dekatnya. dimensi dari permukaan suhu konstan adalah salah satu kurang dari jumlah parameter termodinamika, dengan demikian, untuk gas ideal digambarkan dengan tiga parameter termodinamika P, V dann, itu adalah dua-  permukaan.

Misalnya, jika dua sistem gas yang ideal berada dalam kesetimbangan, makaP1V1 / N1 = P2V2 / N2 di mana Pi adalah tekanan dalam sistem ke-i, Vi adalah volume, dan N i adalah jumlah (dalam  , atau hanya jumlah atom) gas.

Permukaan PV / N = const mendefinisikan permukaan suhu termodinamika yang sama, dan satu dapat label T mendefinisikan sehingga PV / N = RT, di mana R adalah beberapa konstan. Sistem ini sekarang dapat digunakan sebagai termometer untuk mengkalibrasi sistem lain. Sistem tersebut dikenal sebagai "termometer gas ideal".

Aplikasi Termodinamika dalam Kehidupan Sehari-hari

Aplikasi Termodinamika dalam Kehidupan Sehari-hari

Aplikasi Termodinamika dalam Kehidupan Sehari-hari

            Hukum termodinamika telah berhasil diterapkan dalam penelitian tentang proses kimia dan fisika. Hukum pertama termodinamika didasarkan pada hukum kekekalan energi. Hukum kedua termodinamika berkenaan dengan proses alami atau proses spontan dimana fungsi yang memprediksi kespontanan reaksi ialah entropi, yang merupakan ukuran ketidakteraturan suatu sistem. Hukum kedua ini menyatakan bahwa untuk proses spontan, perubahan entropi semesta haruslah positif. Sedangkan hukum ketiga termodinamika memungkinkan untuk menentukan nilai entropi mutlak (Chang, 2002: 165).

            Berikut beberapa contoh aplikasi termodinamika yang biasa digunakan dalam kehidupan sehari-hari :

1. Air Conditioner (AC)

            Sistem kerja AC terdiri dari bagian yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan tekanan supaya penguapan dan penyerapan panas dapat berlangsung.

            Kompresor yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent), jadi refrigent yang masuk ke dalam kompresor dialirkan ke kondenser yang kemudian dimampatkan di kondenser.

Di bagian kondenser ini refrigent yang dimampatkan akan berubah fase dari refrigent fase uap menjadi refrigent fase cair, maka refrigent mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigent. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondenser adalah jumlahan dari energi kompresor yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evaparator dari substansi yang akan didinginkan.

Pada kondensor, tekanan refrigent yang berada dalam pipa-pipa kondensor relatif jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigent yang berada pada pipi-pipa evaporator.

            Setelah refrigent lewat kondensor dan melepaskan kalor penguapan dari fase uap ke fase cair maka refrigent dilewatkan melalui katup ekspansi, pada katup ekspansi ini refrigent tekanannya diturunkan sehingga refrigent berubah kondisi dari fase cair ke fase uap yang kemudian dialirkan ke evaporator, di dalam evaporator ini refrigent akan berubah keadaannya dari fase cair ke fase uap, perubahan fase ini disebabkan karena tekanan refrigent dibuat sedemikian rupa sehingga refrigent setelah melewati katup ekspansi dan melalui evaporator tekanannya menjadi sangat turun.

            Hal ini secara praktis dapat dilakukan dengan jalan diameter pipa yang ada dievaporator relatif lebih besar jika dibandingkan dengan diameter pipa yang ada pada kondenser.

            Dengan adanya perubahan kondisi refrigent dari fase cair ke fase uap maka untuk merubahnya dari fase cair ke refrigent fase uap maka proses ini membutuhkan energi yaitu energi penguapan, dalam hal ini energi yang dipergunakan adalah energi yang berada didalam substansi yang akan didinginkan.

            Dengan diambilnya energi yang diambil dalam substansi yang akan didinginkan maka entalpi, substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun, dengan turunnya entalpi maka temperatur dari substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun. Proses ini akan berubah terus-menerus sampai terjadi pendinginan yang sesuai dengan keinginan.

Berikut rangkaian gambar skema kerja dari AC :

2. Dispenser

Prinsip kerja pemanas air

Proses pemanasan air terjadi pada saat air masuk kedalam tabung pemanas. Tabung pemanas merupakan tabung yang terbuat dari logam yang disekitar tabung tersebut dikelilingi oleh elemen pemanas, sehingga ketika air mengalir dari tampungan menuju tabung pemanas sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan memicu elemen pemanas untuk bekerja, suhu tinggi yang dihasilkan elemen pemanas diserap oleh air yang suhunya lebih rendah, setelah suhu air dalam tabung pemanas tinggi maksimal sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan memutuskan arus listrik pada elemen pemanas, pada saat elemen pemanas menyala lampu indikator pemanas menyala dan pada saat elemen pemanas mati lampu indikator pemanas mati.

Pada tabung dispenser dipasang Heater/pemanas serta sensor suhu atau thermostat yang berfungsi untuk membatasi kerja heater agar tidak bekerja terus-menerus yang akan menimbulkan suhu air dalam tabung dispenser berlebihan, karena apabila heater berkerja berlebih, heater akan panas dan bahkan heater tersebut akan terjadi kerusakan didalamnya. Untuk mengurangi terjadinya resiko tersebut, di heater dipasang thermostat yang berguna untuk mengatur suhu.

Ketika suhu air yang dipanaskan oleh heater mencapai suhu tertentu sehingga melebihi suhu kerja sensor/thermostat maka sensor akan bekerja dan memutuskan arus yang mengalir ke heater, dengan demikian heater akan berhenti bekerja sehingga suhu air tetap terjaga sesuai dengan kebutuhan, bisa dilihat di lampu indikator dari warna merah akan berganti warna hijau. Heater akan bekerja kembali manakala suhu air pada tabung menurun sampai suhunya berada dibawah suhu kerja sensor, sensor dipasang seri dengan heater, dengan demikian fungsi dari sensor ini mirip seperti saklar, hanya saja bekerjanya secara otomatis berdasarkan perubahan suhu.

Prinsip kerja pendingin air

            Proses pendinginan air pada dispenser pada umumnya dibedakan menjadi 2 yaitu:

1.     Pendinginan Air dengan Fan

Proses pendinginan air menggunakan fan dilakukan dengan cara menghisap suhu tinggi pada air ketika air berada pada tampungan air kedua yang letaknya berada dibawah tampungan air pertama, namun pada kenyataannya fan hanya alat bantu untuk mempercepat pembuangan panas pada air, sehingga temperatur air hanya akan turun sedikit saja. Setelah melewati tampungan air kedua air akan dikeluarkan melalui keran dan siap untuk diminum.

2.     Pendinginan Air dengan Sistem Refrigran

Pendinginan air pada dispenser menggunakan sistem refrigran sama seperti sistem refrigran pada kulkas hanya saja evaporatornya dimasukkan kedalam tampungan air kedua yang berada dibawah tampungan air pertama, sehingga air disekitar evapurator akan menjadi air dingin. Hasil pendinginan air pada dispenser menggunakan sistem refrigran lebih maksimal dibandingkan pendinginan air menggunakan fan. Setelah air melalui proses pendinginan pada tampungan air kedua, air akan mengalir dan keluar memalui keran.

 Nama komponen pada dispenser:

1.      Saklar On/Off

2.      Thermostat 1

3.      Thermostat 2

4.      Saluran daya utama

5.      Elemen pemanas

6.      Saluran air panas 

7.      Saluran air normal

8.      Pipa pembuangan

3. Rice Cooker

            Pada rice cooker, energi panas ini dihasilkan dari energi listrik. Suatu cairan akan menguap bila tekanan uap gas yang berasal dari cairan adalah sama dengan tekanan dari cairan ke sekitarnya (Puap = Pcair). Jadi, titik didih suatu cairan sebenarnya bisa dimanipulasi dengan meningkatkan tekanan di luar cairan (tekanan eksternal). Pada penanak nasi biasa, air akan dididihkan dengan tekanan eksternal biasa, yaitu 101 kPa, dan mendidih pada titik didih biasa, yaitu 100°C (373 K).

            Sementara, pada penanak nasi yang memanipulasi tekanan (pressure cooker, atau electric pressure cooker) jika tutup lubang uapnya dibuka, makapressure cooker akan bekerja seperti penanak nasi biasa, karena tekanan eksternalnya sama dengan tekanan udara luar.

            Namun, jika tutup lubang uapnya (biasanya berupa katup) ditutup, akan ada perubahan pada tekanan udara di ruang dalam pressure cooker dan titik didih cairan akan berubah. Ketika katupnya ditutup, kondisi sistem berubah karena uap airnya hanya dapat berada di dalam ruang pressure cooker.

Karena ada tambahan massa (tutup katup), tekanan makin tinggi dan titik kesetimbangan antar fase (dalam hal ini, antara fase cair dan fase uap) berubah ke temperatur yang lebih tinggi, dan terbentuklah titik didih baru.

            Massa tutup katup menentukan tekanan di dalam ruang pressure cooker, karena lubang katup akan membiarkan uap air keluar ketika tekanannya telah mencapai titik tertentu. Kelebihan tekanan akan dikurangi dengan melepaskan sedikit uap melalui katup.