Siklus Carnots
Siklus
Carnots
Oleh
: Siti Silvikhati Ulfah (18630089)
Nicelai Leonard Sadi
Carnot merupakan insinyur Prancis, yang pada tahun 1824 memperkenalkan sebuah
teori siklus dalam mesin. Mesin tersebut disebut dengan mesin carnot dan siklus
dalam mesin tersebut merupakan siklus Carnot. Mesin yang beroperasi dalam
siklus reversible (bolak-balik) merupakan mesin Carnot, dimana siklus
reversible ini merupakan siklus carnot.
Terdapat
4 proses siklus carnot yang terjadi
pada mesin carnot yaitu :
1.
2 proses terdapat pada isothermal
2.
2 proses lagi pada adiabatik.
Gambar 1.1 Siklus Carnot
Keempat proses
tersebut sebagai berikut :
11.
Proses AB
(Ekspansi Isothermal Reversible)
Melalui dasar silinder gas dikontakkan menggunakan
reservoir panas dengan suhu Th dan dengan mengurangi sedikit beban
maka penghisap (piston) akan sedikit terangkat dan terjadi pemuaian (ekspansi)
gas secara isothermal pada suhu Th, dan gas selama proses AB akan menyerap kalor
sejumlah Qh serta melakukan usaha (WAB) dengan
dinaikkannya penghisap (piston) keatas.
22.
Proses BC
(Ekspansi Adibatik Reversible)
Pada proses ini, diberi dinding yang terisolasi
dengan lingkungan dengan mengurangi beban sedikit dan membiarkan gas memuai
secara adiabatik. Pada saat proses BC terjadi, suhu gas akan turun dari Th
menjadi Tc dan gas akan melakukan usaha sebanyak WBC
seiring dengan naiknya penghisap (piston).
33. Proses CD
(Kompresi Isothermal Reversible)
Melalui dasar silinder gas akan dikontakkan
menggunakan reservoir dingin dengan suhu Tc dengan menambahkan
sedikit beban sehingga penghisa (piston) akan turun dan gas akan termampatkan
secara isothermal pada suhu Tc. Gas akan mebuang kalor sebanyak Qc
serta menerima usaha (bernilai negatif) sebanyak WCD dari luar.
44.
Proses DA
(Kompresi Adiabatik Reversible)
Pada dasar silinder diisolasikan kembali dengan
lingkungan, sehingga ditambahkan beban sedikit demi sedikit dan gas yang
termampatkan akan dibiarkan secara adiabatik. Suhu gas akan dinaikkan pada
proses ini dari Tc menjadi Th dan gas akan menerima usaha
sebanyak WDA dari luar dengan terjadinya penurunan pada penghisap
(piston).
Usaha total dalam siklus carnot yang
dilakukan untuk satu siklus sama dengan satu luas daerah dalam satu siklus
tersebut. Pada siklus carnot gas menerima Qh pada reservoir dengan
suhu yang tinggi, kemudian melepas Qc pada reservoir dengan suhu
yang rendah. Maka usaha yang telah dilakukan gas sesuai dengan Hukum
Termodinamika I yaitu :
Q = ∆U+W atau Qh - Qc = 0 +
W
W = Qh -
Qc
dengan, Qh = Q yang diserap reservoir suhu tinggi (J)
Qc = Q yang dilepas reservoir suhu
rendah (J)
Jika
siklus carnot dilakukan berlawanan dengan arah jarum jam, maka akan diperoleh
siklus pendingin mesin carnot. Siklus carnot merupakan siklus reversible,
sehingga besaran pada |Qh|, |Qc|, dan |W| secara numerik nilainya
tidak berbeda pada mesin kalor. Maka diperoleh |W| = |Qh| - |Qc| sehingga daya guna pada mesin carnot
yaitu :
k = |Qc| /
|Wc| = Qc / Qh - Qc =
(sifat siklus carnot) = Tc / Th - Tc.
Pada
teorema Carnot, mesin nyata beroperasi pada siklus dengan suhu Th
dan Tc yang kemungkinan tidak
akan melebihi efisiensi pada mesin carnot, karena mesin carnot merupakan mesin
yang ideal memiliki efisiensi paling tinggi.
Gambar 1.2 Diagram T-S
Diagram diatas
merupakan perbandingan antara siklus Carnot (kanan)
dengan mesin nyata (kiri). Perubahan entropi yang terdapat pada material mesin
nyata berpengaruh pada suhu (temperatur), perubahan ini ditandai pada diagram
kurva T-S. Diagram kurva diatas di tunjukkan adanya kesetimbangan pada
uap-cair. Pada semua tahapan mesin nyata siklus Carnot tidak akan dapat
berjalan, hal ini dikarenakan terdapat sifat irreversible (tidak bolak-balik)
serta hilangnya sejumlah kalor dari lingkungan.
Bunyi
teorema carnot adalah Tidak mungkin ada
mesin yang beroperasi diantara dua reservoir panas yang lebih efisien daripada
sebuah mesin Carnot yang beroperasi pada dua reservoir yang sama. Maksudnya,
efisiensi pada mesin Carnot melepaskan suhu khusus yang dimanfaatkan oleh mesin
untuk mendapatkan efisiensi yang maksimal. Sehingga efisiensi Carnot dapat
dinyatakan pada persamaan :
ɳ= ∆W/∆Qh = 1 – Tc / Th
dengan, Tc = reservoir dengan suhu tinggi (K)
Th = reservoir dengan
suhu rendah (K)
Persamaan rumus diatas merupakan efisiensi maksimum yang didapatkan
jika ditemukannya entropi dalam siklus tersebut. Jika ditemukan entropi, maka entropi dalam siklus tersebut
sebagai fungsi keadaan.
DAFTAR PUSTAKA
Atkins.,PW.1993.Kimia Fisika
Jilid I Edisi Keempat.Jakarta:Erlangga
Hamdi.
2017. Energi terbarukan. Jakarta : Kencana
Maulida
Rahmi Sagala.2015.Siklus Carnot dan Reversible di https://www.slideshare.net
(di akses 28 Maret)
Pintar
Pandai. 2020. Efisiensi Mesin Carnot di https://www.pinterpandai.com.
(di akses 27 Maret)
Komentar