Upload
astri-handayani
View
251
Download
0
Embed Size (px)
Citation preview
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
1/28
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
2/28
Hukum Termodinamika II
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
3/28
Hukum Termodinamika II
Hukum pertama membahas mengenaikonservasi energi.
Hukum kedua mengatur bagaimanakemungkinan konversi.
Semua proses aktual hanya bergerak pada
satu arah Energi panas tidak dapat dikonversi
seluruhnya menjadi energi mekanik
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
4/28
Hukum Termodinamika II
Kegunaan hukum termo II mengidenfikasi arah dari suatu proses
mengetahui kualitas energi (hukum Iberhubungan dengan kuantitas energi danperubahan bentuk energi)
menentukan batas toeritis unjuk kerja suatu
sistem memperkirakan kelangsungan reaksi kimia
(degree of completion of chemical reaction )
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
5/28
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
6/28
Mesin Kalor ( heat engines )
Adalah mustahil untukmembuat sebuah mesin
kalor yang bekerja hanyadengan mengambil panasdari Source dan menyerap
seluruhnya menjadienergi
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
7/28
Efesiensi Untuk semua proses cyclic, U = 0
dimana W = Q h - Q c Efesisensi termal adalah
perbandingan antara kerjayang dilakukan dengan energipanas yang diperoleh darireservoir panas ( source ).
hQW
e h
ch
QQQ
h
c
e 1
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
8/28
Hukum Termodinamika II
Konsekwensi hukum termodinamika II;mustahil membuat mesin denganefesiensi 100%.
Automobile engine < 20% Diesel engine < 40% Turbine uap < 50 %
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
9/28
Refrigerators
refrigerator adalahmesin kalor yangbekerja secaraterbalik
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
10/28
Refrigerators Alat ini bekerja dalam
sebuah siklus, dimanakerja dilakukan untukmengambil energi panas
| Q L| dari dari reservoirtemperatur dingin
Coefficient of performance
C dari refrigeratordidefinisikan :
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
11/28
Pompa kalor mentransfer panas dari media
temperatur rendah ke media temperaturtinggi
Coefficient of performance pompa kalor :
Pompa Kalor
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
12/28
Proses Reversible
Proses reversible adalah proses yang dapatdibalik tanpa meninggalkan jejak pada
lingkungannya Proses irreversible adalah kebalikan dari
proses reversible Proses reversible memiliki efesiensi
maksimum yang mungkin dari suatu mesinkalor.
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
13/28
The Carnot Cycle and Ideal Heat Engines: Siklus carnot adalah siklus reversible yang dikemukakan
pertama kali oleh sadi carnot tahun 1824 Mesin yang menggunakan siklus karnot disebut mesin carnot Kenyataannya tidak ada mesin kalor yang beroperasi
diantara dua reservoir panas yang efesiensinya melebihiefesiensi mesin carnot
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
14/28
The Carnot Cycle Idealisasi siklus thermodinamik yang terdiri dari empat proses reversible :
Reversible isothermal expansion (1-2, T H=constant)
Reversible adiabatic expansion (2-3, Q=0, T H TL) Reversible isothermal compression (3-4, T L=constant) Reversible adiabatic compression (4-1, Q=0, T L TH)
1-2 2-33-4
4-1
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
15/28
The Carnot CycleKerja dilakukan oleh gas = PdV, daerahdibawah kurva proses 1-2-3.
12
3
32
1
Kerja dilakukan padagas = PdV, daerahdibawah kurva proses 3-4-1
subtract
Net work1
2
34
dV>0 dari 1-2-3PdV>0
sejak dV
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
16/28
The Carnot Principles
The efficiency of an irreversible heat engine is always lessthan the efficiency of a reversible one operating between thesame two reservoirs. hth, irrev < hth, rev
The efficiencies of all reversible heat engines operating between the same two reservoirs are the same. ( hth, rev )A= (hth,rev)B
Both Can be demonstrated using the second law (K-P
statement and C-statement). Therefore, the Carnot heat enginedefines the maximum efficiency any practical heat engine canreach up to.
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
17/28
Efficiency of a Carnot Engine
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
18/28
The Carnot Principles
Thermal efficiency hth=W net /Q H=1-(Q L /Q H)=f(T L,TH) and itcan be shown that hth=1-(Q L /Q H)=1-(T L /T H). This iscalled the Carnot efficiency.
For a typical steam power plant operating betweenTH=800 K (boiler) and T L=300 K(cooling tower), themaximum achievable efficiency is 62.5%.
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
19/28
Let us analyze an ideal gas undergoing a Carnot cycle between twotemperatures T H and T L.
1 to 2, isothermal expansion, DU 12 = 0
QH = Q 12 = W 12 = PdV = mRT Hln(V2/V1)
2 to 3, adiabatic expansion, Q 23 = 0(TL/TH) = (V 2/V3)k-1 (1)
3 to 4, isothermal compression, DU 34 = 0QL = Q 34 = W 34 = - mRT Lln(V4/V3)4 to 1, adiabatic compression, Q 41 = 0
(TL/TH) = (V 1/V4)k-1 (2)
From (1) & (2), (V 2/V3) = (V 1/V4) and (V 2/V1) = (V 3/V4)hth = 1-(Q L/Q H )= 1-(T L/TH) since ln(V 2/V1) = ln(V 4/V3)
It has been proven that hth = 1-(Q L/Q H )= 1-(T L/TH) for all Carnotengines since the Carnot efficiency is independent of the workingsubstance.
Efficiency of a Carnot Engine
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
20/28
Efficiency of a Carnot Engine
Karena siklus carnot bekerja pada duadaerah isothermal dan adiabatis maka
h
c
h Q
Q
Q
W e 1
h
c
h
c
T T
h
cCarnot
T
T e 1
Ideal, Carnot efficiency:
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
21/28
Carnot Efficiency
A Carnot heat engine operating between a high-temperature source at 900 K and reject heat to alow-temperature reservoir at 300 K.
(a) Determine the thermal efficiency of the engine.(b) If the temperature of the high-temperature source
is decreased incrementally, how is the thermalefficiency changes with the temperature.
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
22/28
Carnot Efficiency
h
h
h
th
L
H
th H
H
th H
L
T T
K
T T
K
T T
1 1300900
0 667 66 7%
300
1300
900
1900
. .
( )
( )
( )
( )
Fixed T and lowering T
The higher the temperature, the higher the "quality"
of the energy: More work can be done
Fixed T and increasing T
L H
H L
200 400 600 800 10000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Temperature (TL)
E f f i c i e
n c y
TH( )TL
TL
200 400 600 800 10000
0.2
0.4
0.6
0.8
1
Temperature (TH)
E f f i c i e
n c y
Th( )T
T
Lower T H
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
23/28
Carnot Efficiency Similarly, the higher the temperature of the low-temperature sink, the more difficult for a heatengine to transfer heat into it, thus, lower thermal
efficiency also. That is why low-temperaturereservoirs such as rivers and lakes are popular forthis reason.
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
24/28
Carnot Efficiency
To increase the thermal efficiency of a gaspower turbine, one would like to increase the
temperature of the combustion chamber.However, that sometimes conflict with otherdesign requirements. Example: turbine bladescan not withstand the high temperature gas,thus leads to early fatigue. Solutions: bettermaterial research and/or innovative coolingdesign.
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
25/28
Carnot Efficiency
Work is in general more valuable compared toheat since the work can convert to heat almost100% but not the other way around. Heatbecomes useless when it is transferred to a low-temperature source because the thermalefficiency will be very low according to hth=1-
(TL /T H). This is why there is little incentive toextract the massive thermal energy stored in theoceans and lakes.
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
26/28
Refrigerator dan Pompa kalorCarnot
COP R f i i D P K l
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
27/28
COP Refrigerasi Dan Pompa KalorCarnot
8/10/2019 57201283 37468203 Hukum Termodinamika II Dan Siklus Carnot
28/28
Kesimpulan Hukum I dan IITermodinamika
Hukum Pertama mengatakan : U = W + q ; Anda tidak dapat memperoleh lebih banyak
energi dari sistem melebihi yang telah andaberikan pada sistem ( you cant win ) Hukum kedua mengatakan :efesiensi