Jumat, 11 Desember 2009

Satuan dan Dimensi

Catatan : Untuk Pasal ini perlu diingatkan catatan pada Pasal II tulisan ini

V. Satuan Usaha/Energy, Daya/Power dan Elektromagnetik.

5.1. Satuan Usaha atau Kerja (FL atau ML2T-2).
Bila suatu gaya bekerja pada sebuah objek dan objek itu berpindah sejauh L selama gaya itu bekerja maka dikatakan gaya telah melakukan usaha atau kerja (“work”) sebesar gaya x L .
Pada Sistim Dinamis, dimensi gaya dapat dilambangkan oleh MLT-2 sehingga lambang dimensi usaha adalah MLT-2 x L = ML2T-2. ( Karena yang didefinisikan adalah massa, sedang gaya dihitung – lihat Pasal 2.2). Pada Sistim Statis, lambang dimensi usaha atau kerja adalah F x L = FL (Karena gaya didefinisikan dulu, sedang massa dihitung).
Satuan usaha/kerja dalam Sistim Dinamis Besar adalah satuan gaya x satuan jarak/panjang yaitu 1 newton x 1 meter = 1 newton-meter. Satuan ini disebut 1 joule disingkat J, artinya
1 joule(J ) = 1 newton-meter.
Untuk Sistim Dinamis Kecil - cgs, satuan usaha atau kerjanya adalah 1 dyne x 1 cm = 1 dyne-cm. Nilai ini disebut 1 erg. Jadi
1 erg = 1 dyne-cm.
Dapat dihitung 1 joule = 105 dyne x 100 cm = 107 erg.
Satuan usaha/kerja dalam Sistim Statis Besar adalah 1 kgf-meter = 1 kgf-m.
Walaupun dalam buku-buku sains Sistim Statis tidak dipakai, satuan usahanya atau disebut juga satuan kerja mekanisnya masih tetap dipakai dalam ilmu-ilmu teknik, dan kita akan membicarakannya lagi nanti.
Satuan usaha atau kerja dalam dalam Sistim Statis Kecil adalah 1 gf-cm.
Pada Sistim Inggeris, satuan usaha atau kerjanya juga dua macam yaitu untuk masing-masing Sistim MLT dan Sitim FLT.
Satuan usaha Sistim Inggeris – MLT adalah 1 poundal-ft, dan satuan usaha untuk Sistim Inggeris – FLT adalah 1 lbf-ft. Kedua satuan ini tetap dipakai sampai sekarang termasuk dalam buku-buku teknik, dan akan dibicarakan lagi nanti..

5.2. Satuan Daya (FLT-1 atau ML2T-3)
Daya atau “power” adalah besarnya usaha/kerja yang dilakukan dalam jangka waktu tertentu. Satu satuan daya adalah daya sebesar satu satuan usaha per satuan waktu. Lambang dimensi satuan daya untuk Sistim Statis/FLT adalah FL/T atau FLT-1, sedang lambang dimensi satuan daya untuk Sistim Dinamis/MLT adalah ML2T-2/T atau ML2T-3.
Dalam Sistim Dinamis Besar (MLT) satu satuan daya adalah 1 joule per second. Angka ini didefinisikan sebagai 1 watt, atau dengan perkataan lain
1 watt = 1 J/s.
Dalam Sistim Statis Besar, satuan daya adalah 1 kgf-m/s.
Dalam bidang teknik ditentukan besaran daya
1 Tenaga Kuda (HP) = 75 kgf-m/s.
Dari Pasal 2.3 diketahui 1 kgf = 9,806 65 N, maka:
1 HP = 75 x 9,806 65 N-m/ sec = 735,498 75 N-m/sec dibulatkan
1 HP = 736 watt.
Untuk Sistim Ingeris, ditentukan 1 HP = 550 lbf-ft/sec, dan dihitung:1 lbf = 0,454 kgf.
Bila dihitung kedalam satuan metrik maka 1 HP = 550 x 0,454(kgf/lbf) x 0,3048(m/ft) x 9,806 65 (N/kgf)/s = 746,370 N-m/s = 746,37 N-m/s dibulatkan 1 HP = 746 watt.
Besaran 1 HP yang berbeda-beda tersebut tetap dipergunakan tergantung sistimnya.
Bila memakai Sistim Statis 1 HP = 75 kgf-m/s = 736 watt, dan bila memakai Sistim Inggeris 1HP = 550 lbf/s = 746 watt .
Dalam Sistim Internasional (yang dibahas pada Bab khusus), kecendrungan memakai 1 HP = 746 watt namun istilah Tenaga Kuda (HP) tidak masuk dalam SI sebab HP adalah satuan teknik/engineering.
Untuk penyederhanaan, dalam bidang teknik sering dipakai nilai 1 HP = 750 watt.
Catatan :Lihat juga Tabel 8.3.6. (Faktor Konversi).

5.3. Satuan Tenaga atau Energy (FL atau ML2t-2).
Tenaga adalah hasil perkalian daya dengan waktu-pakai daya tersebut. Apabila misalnya suatu daya sebesar 1 watt dipakai selama 1 jam maka tenaga atau energy yang terpakai adalah 1 watt x 1 jam = 1 wattjam.disingkat 1 Wh. Apabila daya sebesar 1 kilowatt (= 1.000 watt) dipakai selama 1 jam maka tenaga/energy terpakai adalah 1 kilowattjam disingkat 1 kWh.
Maka 1 kWh disebut satuan tenaga/energy
Lambang dimensi tenaga/energy didapat dari hasil kali lambang dimensi daya dikalikan lambang dimensi waktu. Jadi untuk Sistim Statis lambang dimensi tenaga/energy adalah FL, dan untuk Sistim Dinamis lambang dimensi tenaga/energy adalah ML2T-2.
Itu berarti lambang dimensi satuan tenaga/energy adalah sama dengan lambang dimensi satuan usaha, jadi: Masing masing satuan usaha adalah sejenis dengan satuan tenaga/energy dan karenanya dapat saling dikonversikan. Contoh :
1 kWh = 1.000 Joule x 1 jam/detik = 3.600.000 Joule = 3.6 x 106 N-m.
Tenaga/energy yang dibicarakan diatas dihitung dari waktu pakai dari suatu daya, dan karenanya disebut sebagai tenaga/energy mekanis. Untuk penyederhanaan, dari beberapa jenis energy, satuan-satuan yang akan dibahas disamping satuan energy mekanis adalah satuan energy panas dan satuan energy listrik.
Kita akan membicarakan lagi dasar-dasar satuan enrgy panas dan listrik ini dalam pasal tersendiri dibawah ini.

5.3.1. Pengertian Panas
Ada dua kategori dalam membicarakan panas:
Hal yang berhubungan dengan kwalitas panas disebut temperatur, dan yang berhubungan dengan kwantitas panas disebut banyaknya panas atau energy panas.

Temperatur – Pada awalnya ada tiga macam skala untuk mengukur temperatur, yaitu skala Celsius, skala Fahrenheit dan Reamur. Skala Reamur sangat jarang digunakan dan karena itu tidak dibahas dalam tulisan ini.
Seorang bernama Celsius mengukur temperatur air yang hampir membeku dan memberi angka 0 pada thermometer. Kemudian diukur temperatur air yang sedang mendidih pada tekanan atmosfer, maka petunjuk pada thermometer diberi angka 100. Jarak antara titik 0 dan 100 dibagi rata dan diberi nilai 0, 1, 2, 3, dan seterusnya sampai 100. Skala dibagi rata karena thermometer yang dipakai adalah jenis air raksa, dimana pemuaiannya hampir sama pada setiap temperatur yang diukur.
Seorang bernama Fahrenheit melaukan hal yang sama, namun pada air yang sedang membeku diberinya nilai 32 dan pada air mendidih diberi nilai 212. Jarak antara 32 dan 212 dibagi rata dalam 180 bagian, dan diberi angka sesuai posisinya. Dengan skala yang sama, dibuat garis bagi kebawah sampai didapat nilai 0.
Dari penjelasan diatas diartikan 0oC sama dengan 32oF, dan skala 1 oF sama dengan 180/100 skala 1 oC atau skala 1 oF = 1,8 oC. Bila temperatur diberi lambang t maka dapat dirumuskan hubungan:
toF = (toCx1,8)+32 atau toC = (toF-32)/1,8
Seorang bernama Kelvin mengamati, terjadinya perubahan fasa dari gas menjadi cair adalah karena merapatnya molekul-molekul atau berkurangnya jarak getaran molekul suatu zat akibat turunnya temperatur. Begitu pula perubahan fasa dari cair menjadi padat adalah akibat berhentinya gerakan molekul sehingga makin rapat dan hanya bisa bergetar. Apabila temperatur diturunkan lagi getaran molekul makin lambat dan akhirnya berhenti sama sekali ketika temperature mencapai batas terendah. Kelvin menemukan bahwa semua zat di alam ini akan membeku dan semua molekulnya akan berhenti bergetar pada temperatur -273,15 oC. Temperatur tersebut dinamakannya 0 derajad mutlak atau 0 K. Dapat dipahami bahwa temperature Kelvin berhubungan dengan termodinamika, sehingga temperatur Kelvin disebut sebagai temperatur termodinamika. Skala yang dipakai Kelvin sama dengan skala yang dipakai Celsius, sehingga 0oC = 273,15 K dan 100oC = 373,15 K. Dengan demikian hubungan temperetur Kelvin dengan Celsius dapat ditulis:
tK = toC + 273,15 atau toC = tK – 273,15..
Hubungan temperature Kelvin dengan Fahrenheit terlihat dalam 373,15 K = 212oF , 273,15 K = 32 oF dan skala 1 K = 1 oF/1,8 sehingga dihitung:
tK = (toF + 459,67)/1.8
Seorang bernama Rankine membuat skala berdasarkan skala Fahrenheit, namun temperatur 0 oR dibuat sama dengan 0 K. Dengan demikian tititk didih air adalah 1,8 x 373,15 oR = 671,67 oR dan titik beku air 1,8 x 273,15 oR = 491,67 oR. Maka didapat hubungan temperatur Kelvin dan Rankine :
tK = toR/1,8
Lambang dimensi temperatur ditetapkan t dalam oC atau oF dan T dalam K.

Tenaga Panas - Telah dibuktikan bahwa salah satu jenis tenaga/energy adalah panas. Oleh karena itu ditetapkan suatu satuan untuk tenaga/energy panas, satuan mana dapat dikonversikan kedalam satuan tenaga mekanis.
Dalam Sistim Metrik, satuan banyak panasnya disebut 1 kalori disingkat kal atau cal.
Satu kalori adalah banyak panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur 1 grammassa air sebesar 1 oC (Celsius) dari temperatur 14,5 oC ke 15,5 oC pada tekanan atmosfir.
Dari berbagai percobaan didapatkan bahwa ternyata banyak panas yang diperlukan untuk menaikkan temperature air sebesar 1 oC relatif hampir sama disetiap temperatur, sehingga kata-kata “14,5 oC ke 15,5 oC” tidaklah terlalu berarti secara teknis.
Dalam Sistim Inggeris, satuan banyak panasnya disebut 1 British Thermal Unit (1 BTU).
Satu Btu adalah banyak panas yang diperlukan untuk menaikkan temperature 1 lbmassa air sebesar 1o F{Fahrenheit) dari temperatur 63o F ke 64o F pada tekanan atmosfir. Sesuai penjelasan diatas, secara teknis, batasan antara 63o F dan 64o F tidaklah terlalu berarti.
Dari percobaan-percobaan didapatkan konversi antar sesama tenaga panas dan antara tenaga panas dengan tenaga mekanis sebagai berikut (angka-angka dibulatkan):
1 kalori (kal) = 4,2 Joule = 4,2 N-m = 4,2 kgmassa-m/s2.
1 kilo kalori (kkal) = 1.000 kal = 4200 Joule.
1 Btu = 252 kal = 778 lbf-ft .Tenaga listrik1 kWh setara dengan tenaga panas 3,6 x 106 Joule = 857,1428 kkal = 3.401,3 BTU. Walaupun setara, SI menetapkan bahwa ukuran tenaga selain tenaga listrik tidak dibolehkan memakai satuan kWh. Satuan SI untuk tenaga/energy hanya Joule, kecuali untuk energy listrik boleh dalam kWh (Lihat Bab VIII).

5.3.2. Satuan Tenaga Panas dan Thermodinamika
Pengetahuan tentang energy panas/thermodinamika diperlukan tidak hanya dalam bidang teknik mekanika,kimia,fisika dan teknik lainnya namun juga dalam bidang perdagangan.

MMBTU, MBtu dan MJ/GJ – Untuk menentukan nilai jual bahan penghasil energy panas seperti bahan bakar minyak, gas dan batubara misalnya, harga sering dinyatakan dalam satuan US $ per MMBTU (Million British Thermal Unit). Cara penulisan MM ini sesungguhnya tidak tepat karena M diartikan ribu, dan MM diartikan juta, jadi singkatan tak sesuai dengan kepanjangannya. Karena itu Standar Internasional (SI) , menghapuskan cara penulisan seperti ini dan harus disesuaikan dengan “SI Prefixes” seperti dinyatakan dalam Tabel 8.1.3 namun sampai saat ini cara penulisan dalam perdagangan masih dipakai. Berdasarkan SI Prefixes, seharusnya M diartikan mega yang berarti juta, sehingga penulisan MMBTU seharusnya MBtu. Oleh karena satuan energy dalam SI adalah joule dengan singkatan J, maka seharusnya MBtu dikonversi kedalam MJ (mega joule) atau GJ (giga joule) dimana 1 MBtu = 1055,056 MJ = 1,055056 GJ.
Penentuan harga jual seperti itu didasarkan bahwa panas pembakaran (calorific value) dari bebagai jenis minyak, berbagai jenis gas maupun batubara karena masing-masing jenis tidak menghasilkan jumlah panas yang sama per satuan volume atau persatuan berat bahan yang dibakar.
Secara ringkas, berikut ini diberikan definisi-definisi dan beberapa pengertian:

Sifat/Property – Sifat atau property suatu zat adalah karakter yang dapat diamati dari suatu zat atau suatu system. Sejumlah jenis sifat yang “independent” menentukan keadaan atau state dari zat tersebut (padat, cair atau gas). Sifat thermodinamika yang umum adalah temperatur ( T ), tekanan ( P ), dan specific volume ( ) atau massa jenis ( ). Sebagai tambahan sifat termodinamika adalah internal energy ( u ), enthalpy ( h ), dan entropy ( s ). Sifat yang dimaksud disini adalah sifat inidividu zat, baik dalam proses fisika maupun bukan , namun tidak termasuk sifat yang berhubungan dengan proses kimia seperti pembakaran dan reaksi kimia lain.

Temperatur – Satuan temperatur sudah dijelaskan pada Pasal 5.3.1 diatas.

Tekanan – Telah dijelaskan pada Pasal 4.4 satuan tekanan pada Sistim FLT adalah kgf/m2 dan pada Sistim MLT adalah N/m2 (= pascal). Pada Sistim Inggeris – FLT, satuan tekanannya adalah lbf/ft2 dan pada Sistim Inggeris – MLT adalah poundal/ft2.

Panas - Panas adalah bentuk tenaga yang dapat dialirkan/dipindahkan dari suatu benda ke benda lainnya akibat perbedaan temperatur. Penambahan panas pada suatu bahan dapat menaikkan temperaturnya atau mengubah fasanya, misalnya mengubah air (fasa cair) menjadi uap (fasa gas).
Sebagai contoh proses penambahan panas, kita amati air dalam suatu wadah tertutup. Apabila air dipanaskan, panas yang diberikan akan menaikkan temperatur air, sampai pada temperatur dimana sebagian air mulai menguap (berubah menjadi fasa gas). Pada keadaan tersebut, yaitu pada saat adanya percampuran fasa cair (air) dengan fasa gas (uap), penambahan panas tidak akan menaikkan temperatur sampai seluruh air berubah menjadi uap. Jika seluruh air telah menjadi uap (fasa gas) dan pemanasan dilanjutkan maka barulah temperatur uap akan naik, dan uap tersebut disebut “superheated steam”. Keadaan dimana fasa cair berubah menjadi uap, disebut temperatur uap kenyang atau “saturated”. Temperatur uap kenyang ditentukan oleh tekanan pada permukaan air dalam wadah. Makin tinggi tekanan, makin tinggi temperatur uap kenyangnya..

Panas jenis / specific heat – Panas jenis suatu zat adalah jumlah panas yang diperlukan untuk menaikkan temperatur satu satuan massa zat tersebut sebesar satu derajat. Dalam satuan MLT-cgs, massa adalah dalam gram-massa, temperatur dalam oC dan satuan panas adalah kalori, maka panas jenis air adalah 1 kal/g.oC. Begitu pula dalam satuan MLT- Inggeris, massa adalah dalam lb-massa, temperatur dalam oF dan satuan panas adalah Btu, maka panas jenis air adalah 1 Btu/lb.oF. Perlu diingat, nilai panas jenis suatu zat bervariasi, tergantung temperatur dan tekanan.

Specific volume – Specific volume ( ) dari suatu zat adalah volume yang dimiliki oleh satu satuan massa dari zat tersebut. Satuannya m3/kg atau dalam satuan Inggeris cu-ft/lb.

Internal energy – Internal energy ( u ) dari suatu zat adalah energy yang tersimpan dalam suatu zat yang disebabkan interaksi dari molekul-molekulnya. Satuan internal energy adalah satuan energy (panas) per satuan massa misalnya kal/g, atau k.kal/kg atau dalam satuan Inggeris Btu/lb.

Enthalpy – Enthalpy ( h ) adalah salah satu karakter suatu zat yang didefinisikan dengan formula h = u + P. . Mari kita telaah satuan P. dalam sistim FLT yaitu (kgf/m2) x (m3/kg) menjadi kgf.m/kg ternyata satuan energy per satuan massa. Bila dalam Sistim MLT, satuan P. adalah (N/m2) x (m3/kg) menjadi N.m/kg atau J/kg yang juga satuan energy per satuan massa. Jadi satuan enthalpy sama dengan satuan internal energy yaitu satuan energy per satuan massa. Yang perlu diperhatikan adalah faktor pengali atau pembagi sewaktu mengkorversikan satuan energy mekanis menjadi satuan energy panas.

Entropy – Entropy (s) adalah ukuran energy yang ditentukan oleh ketidak beraturannya suatu zat, jadi sifat ini dapat dikatakan misterius. Dapat juga diartikan sebagai yang terbuang dalam suatu proses thermodinamika. Misalnya sewaktu expansi uap dalam suatu turbin, bila entropy tetap, tidak ada energy yang terbuang. Bila ada gesekan misalnya maka entropy membesar/naik, maka ada energy yang terbuang dan tidak dapat diubah menjadi kerja/usaha. Suatu ekspansi zat/gas/uap yang paling efisien terdapat pada proses “constant entropy”. Proses tersebut dinamakan proses “isentropic”.
Satuan entropy sama dengan satuan enthalpy dan satuan internal energy.

Karakteristik energy kimia – Karakteristik energy kimia suatu zat yang yang umum adalah energy panas pembakaran (oksidasi), panas hasil reaksi ikatan kimia dua atau lebih zat (yang bukan dengan oksigen), dan panas hasil reaksi penguraian kimia suatu zat. Ini meliputi calorific value, reaksi exotherm dan reaksi endotherm. Karakteristik energy kimia yang dibicarakan disini tidak termasuk energy nuclear.

Calorific value – didefinisikan sebagai nilai banyaknya panas yang dihasilkan pada pembakaran satu satuan massa bahan bakar padat atau cair.Untuk bahan bakar gas, nilai ditentukan dari hasil pembakaran satu satuan volume pada tekanan standard/atmospheric.
Bahan bakar padat yang umum adalah batubara dengan berbagai jenis kelembaban, tingkat volatilitas dan nilai abu (ash) teertentu, memiliki calorific value antara 6 800 – 14 300 Btu/ lb. Dengan uraian pada Pasal 5.3.1, nilai tersebut bisa dikonversikan kedalam k.kal / kg dan satuan lainnya. Makin rendah kelembaban dan volatilitas batubara, makin tinggi calorific value-nya.
Bahan bakar cair yang umum adalah bahan bakar minyak (fosil) yang diolah dari crude oil menjadi diesel fuel (solar), gasoline (bensin), kerosene (minyak tanah), burning fuel (minyak bakar), residue dan sebagainya. Calorific value dari bahan bakar minyak fosil berkisar antara 15 000 – 20 000 Btu/lb.
Bahan bakar gas yang umum adalah gas alam (natural gas). Gas alam pada umumnya terdiri dari bagian terbesar methane (CH4), sebagian kecil hydrocarbon lain khususnya ethane (C2H6). Juga terdapat sedikit carbon dioksida (CO2) dan nitrogen (N2) dan kadang- kadang juga mengandung hydrogen sulfide (H2S). Apabila natural gas dihasilkan dari ladang minyak, biasanya gas akan tercampur dengan hydrocarbon yang berat (rantai carbon lebih panjang) dan biasanya perlu pemisahan dengan proses khusus.
Gas alam dipasarkan bisa dalam bentuk gas (dialirkan melalui pipa ke pemakai) dan bisa juga dalam bentuk cair dengan dmampatkan/bertekanan tinggi disebut liquefied petroleum gas (LPG). Untuk mempermudah transportasi, gas alam yang tanpa proses dikompresi menjadi liquefied natural gas (LNG). Di Indonesia LPG dipakai untuk konsumen dalam negeri sedang LNG diexport ke pembeli di luar negeri.
Calorific value dari gas alam berkisar antara 950 – 1300 Btu/cu.ft pada tekanan standard.

Reaksi exotherm – Reaksi exotherm adalah reaksi kimia penggabungan atau pemisahan antara dua atau lebih unsur atau molekul yang mengeluarkan/menghasilkan panas. Sebagai catatan, oksidasi atau pembakaran adalah termasuk reaksi penggabungan exotherm.

Reaksi endotherm – Reaksi endotherm adalah reaksi kimia penggabungan atau pemisahan dua atau lebih unsur atau molekul yang memerlukan tambahan panas atau energy yang dibutuhkan untuk berlangsungnya proses reaksi..

Hukum Pertama thermodinamika – Hukum pertama thermodinamika menyatakan bahwa energy tidak bisa diciptakan dan tidak bisa dihilangkan, namun energy hanya dapat berubah bentuk. Untuk suatu sistim yang berada dalam keadaan steady dapat dikatakan bahwa jumlah energy yang masuk sama dengan jumlah energy yang keluar dari sistim. Bila diaplikasikan pada boiler, turbin, dan peralatan lain dengan cara mengubah panas menjadi kerja atau sebaliknya mengubah kerja menjadi panas, hukum ini dituliskan dengan bentuk formula:
Q + h1 = W + h2
dimana Q = (energy) panas yang masuk kedalam sistim
W = (energy) kerja yang keluar dari sistim
h1 = enthalpy dari fluida yang masuk kedalam sistim
h2 = enthalpy dari fluida yang keluar dari sistim
Terlihat bahwa Q, W dan h dapat dijumlah atau diperkurangkan, artinya satuan-satuannya adalah sama yaitu Btu atau kalori, karena energy panas dapat dikonversikan menjadi energy kerja (mekanis) seperti telah diuraikan sebelumnya.

Boiler – Pada boiler tidak ada kerja (mekanis) yang dihasilkan, maka aliran panas yang masuk sistim semuanya akan berubah menjadi kenaikan enthalpy. Maka pada boiler, tidak ada W, maka panas yang diberikan oleh bahan bakar diubah menjadi kenaikan enthalpy air yang masuk (h1) menjadi enthalpy uap yang dikeluarkan boiler (h2). Dan formula hukum pertama menjadi Q = h2 – h1.

Turbin Uap – Turbin uap justru mengubah panas dari fluida yang masuk menjadi kerja mekanis W, namun uap yang keluar dari turbin setelah ber-ekspansi tetap masih memiliki enthalpy (h2). Dalam hal ini terjadi penurunan enthalpy uap yang masuk (h1) menjadi enthalpy uap yang keluar (h2) dan menghasilkan kerja (mekanis) W, dan karena panas yang hilang kecil dan dapat diabaikan, dianggap tidak ada penambahan atau pengurangan panas Q. Formula hukum pertama menjadi W = h1 – h2.
Pada turbin uap pembangkit listrik, turbin memutar generator, sehingga W diubah menjadi energy listrik, seperti terdapat pada Pembangkit Listrik Tenaga Uap (PLTU).
Walaupun tidak termasuk thermodinamika, berikut diberikan sedikit penjelasan tentang turbin air, untuk perbandingan dengan turbin uap.

Turbin Air – Air yang masuk kedalam turbin air memiliki kecepatan tinggi setelah energy potensial air (pada tempat yang tinggi) diubah menjadi energy kinetis dalam pipa pesat yang menuju turbin. Disini faktor energy panas tidak berpengaruh, jadi hanya berlaku hukum kekekalan energy. Pada turbin air pembangkit listrik, turbin memutar generator, sehingga mengubah energy kinetis (mekanis) menjadi energy listrik, seperti terdapat pada Pembangkit Listrik Tenaga Air (PLTA).

Hukum Kedua Thermodinamika – Walaupun ada kesetaraan energy panas dengan kerja (energy mekanis) tidak berarti kita dapat mengubah bentuk-bentuk energy sebebasnya. Hukum kedua thermodinamika dinyatakan dalam berbagai bentuk formula dan pernyataan, yang secara sepintas tidak terlihat hubungan masing-masing pernyataan tersebut. Dalam pembicaraan ini yang akan dibahas adalah salah satu bentuk pernyataan hukum kedua yang menyatakan: “Semua energy kerja dapat diubah menjadi panas, namun tidak semua energy panas dapat diubah menjadi energy kerja”.
Perbandingan antara jumlah energy kerja yang dapat dihasilkan dari total energy panas yang terlibat dinyatakan sebagai efisiensi konversi yang diberi notasi e.
Maksimum besarnya e dihitung pada keadaan yang disebut ideal: Misalkan ada sumber panas dengan temperatur tetap yang tinggi T1, dimana bagian panas yang tak dapat diubah menjadi kerja ditampung pada suatu reservoir misalnya atmosfir atau air dalam jumlah sangat besar sehingga penambahan panas tidak dapat mengubah temperaturnya yang rendah T2, dan media kerja yang cocok misalnya uap atau udara yang menggerakkan piston atau torak dalam silinder yang kedap gas. Dianggap piston bergerak tanpa gesekan dalam silinder yang dibuat, sehingga panas dari sumber temperatur tinggi mengalir ke media kerja (menggerakkan piston) dan membuang sisa panas ke reservoir temperatur rendah T2. Seorang bernama Sadi Carnot menunjukkan keadaan ideal apabila:
- Panas yang dialirkan dari sumber panas ke media kerja (fluida kerja) dipindahkan pada temperatur tertinggi yang mungkin yaitu temperatur sumber T1.
- Panas yang tak dapat diubah menjadi energy kerja ditolak menuju temperatur paling rendah yang mungkin yaitu temperatur reservoir T2.
- Expansi dari media (fluida) kerja dari T1 ke T2, dan juga kompresi dari T2 ke T1 terjadi tanpa gesekan atau perpindahan panas.
Dari syarat-syarat ideal diatas didapat maximum efisiensi:
= e = (T1 – T2)/T1 = 1 – T2/T1
dimana W = kerja yang dihasilkan
Q = panas yang masuk ke media (fluida) kerja.
Formula diatas juga merupakan pernyataan dari hukum kedua. Jelas terlihat bahwa tak mungkin W = Q , karena e tidak mungkin =1.

Tidak ada komentar:

Poskan Komentar