HUKUM II TERMODINAMIKA Novi Indah Riani S Pd

HUKUM II TERMODINAMIKA Novi Indah Riani, S. Pd. , M. T.

MANFAAT MEMPELAJARI HUKUM II TERMODINAMIKA Memperkirakan arah dari proses Menetapkan kondisi untuk kesetimbangan Menentukan kinerja teoritis terbaik dari siklus, mesin, dan peralatan lainnya Mengevaluasi secara kuantitatif faktor-faktor yang menghambat pencapaian kinerja teoritis

HUKUM II TERMODINAMIKA Menurut “Clausinus” It is impossible for any system to operate in such a way that the sole result would be an energy transfer by heat from a cooler to a hotter body. Bila suatu perpindahan kalor dari suatu benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas terjadi, maka harus ada suatu pengaruh lain di dalam sistem yang mengalami perpindahan kalor Kesimpulannya tidak mungkin untuk membuat suatu siklus pendinginan yang beroperasi tanpa adanya masukan kerja

HUKUM II TERMODINAMIKA Menurut kelvin-Planck It is impossible for any system to operate in a thermodynamic cycle and deliver a net amount of energy by work to its surroundings while receiving energy by heat transfer from a single thermal reservoir Sebelumnya, Planck memperkenalkan konsep reservoir thermal yang merupakan suatu sistem khusus yang selalu tetap pada temperatur konstan walau energi nya ditambah atau dikurangi melalui perpindahan kalor

REVERSIBLE PROCESSES 1. 2. Proses reversibel : apabila sistem dan semua bagian dari sekelilingnya dapat dengan tepat kembali ke keadaan awalnya setelah proses berlangsung. the net heat and net work exchange between the system and the surroundings is zero for the combined Proses reversibel berlangsung secara sempurna akan tetapi proses ini jarang sekali terjadi secara aktual. Contoh proses reversible : Osilasi pendulum pada ruang hampa Sebuah sistem yang berisi gas, dikompresi secara adiabatik dan berekspansi

IRREVERSIBILE PROCESSES 1. 2. 3. 4. 5. 6. Proses Irreversible adalah apabila suatu sistem dan semua bagian dari sekelilingnya tidak dapat kembali tepat seperti keadaan awalnya setelah proses berlangsung The surroundings usually do some work on the system and therefore does not return to their original state Contoh : Perpindahan kalor melalui perbedaan temperatur Expansi gas atau cairan tanpa hambatan ke suatu tekanan yang lebih rendah Reaksi kimia spontan Gesekan pada aliran fluida Aliran arus listrik yang melewati suatu tahanan Deformasi tidak elastis

APLIKASI HUKUM II TERMODINAMIKA (POWER CYCLE DENGAN DUA RESERVOIR) Proses interaksi secara termal dengan dua reservoir yaitu sebuah reservoir panas dan dingin akan meghasilkan kerja neto Wsiklus Efisiensi termal dari siklus ini adalah Keterangan : QH = jumlah energi yang diterima sistem dari reservoir panas QC = jumlah energi yang dilepaskan dari sitem ke servoir dingin Efisiensi termal harus lebih kecil dari 100% untuk semua siklus. Hal ini dikenal sebagai efek hukum kedua. Salah satunya adalah Efek Carnot

EFEK CARNOT Efek carnot meliputi : Efisiensi termal dari sebuah siklus daya irreversibel selalu lebih kecil dari efisiensi sebuah daya reversibel ketika masing-masing beroperasi di antara dua reservoir panas yang sama Semua siklus daya reversibel yang beroperasi di antara dua reservoir yang sama mempunyai efisiensi thermal yang sama Efisiensi Carnot

APLIKASI HUKUM II TERMODINAMIKA (REFRIGERATOR AND HEAT PUMP) Koefisien kinerja sebuah siklus refrigrator irreversibel selalu lebih kecil dari koefisien kinerja refrigerator reversibel ketika masing beroperasi di antara dua reservoir thermal yang sama Semua siklus refrigerator reversibel beroperasi di antara dua reservoir thermal yang sama yang mempunyai koefisien kinerja yang sama Βmax = COP of refrigerator (Coefficient of Performance) Ɣ max = COP of heat pumps

SIKLUS CARNOT (YANG BERISI GAS) Proses 1 -2 : Gas dikompresi secara adiabatik Proses 2 -3 : Gas berekspansi secara isotermal serta menerima energi dari reservoir panas Proses 3 -4 : Gas dibiarkan terus berekspansi secara adiabatik Proses 4 -1 : Gas dikompresi secara isotermal ke keadaan awal sehingga terjadi pelepasan kalor ke reservoir dingin

SIKLUS CARNOT (YANG BERISI UAP) Proses 1 -2 : Gas berekspansi secara isotermal , menerima energi dari reservoir dingin Proses 2 -3 : Gas dikompresi secara adiabatik hingga mencapai tekanan TH Proses 3 -4 : Gas dikompres isotermal, sementara melepaskan energi ke reservoir panas melalui perpindahan kalor Proses 4 -1 : gas ekspansi secara adiabatis

SUMMARY

CONTOH SOAL Heat Engines and Thermal Efficiency 1. Sebuah steam power memiliki daya 600 MW yang diletakkan di dekat sungai memiliki efisiensi termal 40%. Tentukan laju heat transfer yang menuju aliran sungai 2. Steam power dengan daya output 150 MW membutuhkan batu bara sebesar 60 ton/jam. Jika heating value dari batubara adalah 30000 k. J/kg. Tentukan efisiensi keseluruhan dari plant ini 3. Sebuah automobile engine mengkonsumsi bahan bakar sebanyak 28 L/jam dan mengalirkan 60 k. W daya menuju roda. Jika heating value sebesar 44000 k. J/kg dan densitas adalah 0, 8 g/cm 3, tentukan efisiensi dari engine ini 1. Heat Pumps Sebuah pompa pemanas digunakan untuk menjaga temperatur rumah konstan pada 23 o. C. Panas di dalam rumah ke luar melewati dinding dan jendela dengan laju 60000 k. J/jam sedangkan energi yang dihasilkan dari cahaya, orang dan peralatan lainnya sebesar 4000 k. J/h. untuk COP sebesar 2, 5 tentukan daya input dari pompa pemanas

CONTOH SOAL Refrigerator Refrigerant-134 a enters the condenser of a residential heat pump at 800 k. Pa and 35°C at a rate of 0. 018 kg/s and leaves at 800 k. Pa as a saturated liquid. If the compressor consumes 1. 2 k. W of power, determine (a) the COP of the heat pump and (b) the rate of heat absorption from the outside air. h 1= 271. 22 k. J/kg h 1= 95. 47 k. J/kg

CONTOH SOAL Carnot heat Engines 1. Sebuah mesin carnot beroperasi diantara temperature 1000 K dan 300 K. Jika heat engine di-supply dengan laju aliran panas sebesar 800 k. J/min, tentukan (a) Efisiensi termal (b) daya output pada heat engine