Siklus Carnot dan Efisiensi

Siklus Carnot dan Efisiensi

( K2513022 )

FAQIH BAHRUDIN

SIKLUS CARNOT DAN EFISIENSI

Siklus carnot erat kaitannya dengan kalor dan sebelumnya telah disinggung pada mata kuliah termodinamika. Siklus carnot merupakan sebuah siklus yang fungsinya untuk menganalisis suatu kerja mesin panas. Siklus ini ditemukan oleh Sadi Carnot, Seorang insinyur Perancis pada tahun 1842.

Siklus carnot merupakan salah satu siklus yang reversibel , artinya bahwa di dalam suatu sistem hampir selalu berada dalam keadaan setimbang. Siklus carnot sendiri terdiri dari 4 proses. 2 proses merupakan proses isotermal ( proses pada temperatur konstant ) , 2 proses lain merupakan proses adiabatik ( proses yang muncul tanpa perpindahan panas dan massa ). 4 proses tersebut adalah sbb :

Sumber : chemwiki.ucdavis.edu

11.      Ekspansi Isothermal Reversible

Proses Isothermal pertama pada siklus carnot ini terjadi pada temperatur tinggi, zat akan mengalami ekspansi dan penyerapan kalor.

Dimana kalor Q₁ diserap dari reservoir kalor ( tempat kalor ) pada temperatur T₁ dan sistem bekerja. Reservoir dengan suhu yang tinggi akan menyentuh dasar silinder dan jumlah beban di atas piston berkurang. Temperatur sistem tetap, namun volume sistem bertambah selama proses berlangsung.

22.      Ekspansi Adiabatic Reversible

Proses Adiabatik pertama ini terjadi zat akan mengalami ekspansi.

Dimana zat akan mengalami penurunan temperatur dari T₁ menjadi T₂ dan sistem bekerja. Tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem saat proses berlangsung. Tekanan gas diturunkan dengan cara mengurangi beban yang ada di atas piston. Temperatur sistem akan turun dan volumenya bertambah.

3.      Kompresi Isothermal Reversible

Proses Isothermal kedua ini terjadi pada temperatur rendah, zat akan mengalami kompresi dan kalor akan dilepaskan.

Dimana zat melepaskan kalor Q₂ ke reservoir dingin dengan temperatur T₂  dan sistem dikenai kerja. reservoir dengan suhu 200 K menyentuh dasar silinder dan jumlah beban di atas piston bertambah. Tekanan pada sistem meningkat, temperaturnya konstan, dan volume sistem menurun. Dari keadaan 3 ke keadaan 4, sejumlah kalor (Q₂) dipindahkan dari gas ke reservoir suhu rendah untuk menjaga temperatur sistem agar tetap.

43.      Kompresi Adiabatic Reversible

Proses Adiabatik kedua zat akan mengalami kompresi.

Dimana zat akan dikembalikan ke keadaan semula, temperatur sistem akan berubah dari T₂ menjadi T₁ dan sistem dikenai kerja. Jumlah beban di atas piston bertambah. Tidak ada kalor yang keluar atau masuk ke dalam sistem selama proses berlangsung, tekanan sistem meningkat, dan volumenya berkurang.

Dari keempat proses tadi akan terlihat di diagram PV sbb :

 

Sumber : chemwiki.ucdavis.edu

            Dapat disimpulkan dari keempat proses tadi temperatur dan volume akan berubah berdasarkan urutan proses.

Proses	Temperatur Sistem	Volume Sistem
Ekspansi Isothermal Reversible	Tetap	Bertambah
Ekspansi Adiabatic Reversible	Turun	Bertambah
Kompresi Isothermal Reversible	Tetap	Berkurang
Kompresi Adiabatic Reversible	Naik	Berkurang

Siklus carnot bekerja lalu kembali ke awal , dari penjelasan tersebut maka besaran termodinamika seperti energi dalam dan entalpi sistem proses adalah 0.

ΔUsiklus = 0

Kalor dan kerja pada siklus carnot di atas dapat di hitung dengan :

W_siklus = ΔQ_siklus = (Q₁ – Q₂)

Keterangan :

Q₁ = kalor yang diserap sistem

Q₂ = kalor yang dilepaskan sistem.

            Pada siklus carnot saat terjadi perubahan energi kalor menjadi energi mekanik ( usaha ) maka akan dapat iperoleh efisiensi mesin dengan melihat perbandingan besar usaha yang dilakukan (W) terhadap kalor yang diserap (Q₁).

Rumus dasar efisiensi :

η = efisiensi mesin.

Untuk menghitung usaha yang dilakukan selama siklus carnot W = Q₁ – Q₂  maka diperoleh persamaan :

Dalam mesin carnot , kalor Q₁   yang diserap besarnya sama dengan reservoir temperatur T_{1 ,} demikian juga dengan Q_2. Dari persamaan tersebut dapat di buat rumus sbb :

η : efisiensi mesin Carnot

T₁ : suhu reservoir bersuhu tinggi (K)

T₂ : suhu reservoir bersuhu rendah (K)

            Maka dapat diambil kesimpulan Efisiensi mesin carnot dapat ditingkatkan dengan menaikkan temperatur saat reservoir bertemperatur tinggi , atau menurunkan temperatur saat reservoir bertemperatur rendah.