CARNOT CYCLE AND EFFICIENCY (K2513012)

DANANG SURYA ARDI ATMA

CARNOT CYCLE AND EFFICIENCY. Siklus merupakan suatu rangkaian proses yang dimulai dari suatu keadaan awal dan berakhir pada keadaan itu lagi. Pada saat belajar termodinamika akan menemui gabungan proses-proses yang akan kembali pada keadaan awal lagi atau siklus yang dinamakan siklus carnot (carnot cycle). Siklus carnot (carnot cycle) inilah yang dapat digunakan sebagai acuan untuk membuat mesin kalor. Siklus carnot (carnot cycle) merupakann model mesin ideal yang dapat meningkatkan efisiensi melalui suatu siklus yang dikemukakan oleh seorang ilmuwan Prancis pada tahun 1824, yaitu Sadi Carnot (1796-1832). Mesin ideal carnot bekerja berdasarkan mesin kalor yang dapat bekerja bolakbalik (reversibel).

Apa yang dimaksud dengan proses reversibel? Proses reversibel adalah suatu proses dalam sistem di mana sistem hampir selalu berada dalam keadaan setimbang. Siklus carnot (carnot cycle) terdiri atas empat proses yaitu dua proses adiabatis dan dua proses isotermis. Adapun penjabaran empat proses siklus carnot (carnot cycle) adalah sebagai berikut.

Gambar Siklus Carnot ( Carnot Cycle)

1.      Proses pemuaian secara isotermik A ke B. Pada proses ini sistem menyerap kalor Q₁ dari reservoir bersuhu tinggi T₁ dan melakukan usaha W_AB.

2.      Proses pemuaian secara adiabatik B ke C. Selama proses ini berlangsung suhu sistem turun dari T₁ menjadi T₂ sambil melakukan usaha W_BC.

3.      Proses pemampatan secara isotermik C ke D. Pada proses ini sistem menerima usaha W_CD dan melepas kalor Q₂ ke reservoir bersuhu rendah T₂.

4.      Proses pemampatan secara adiabatik D ke A. Selama proses ini suhu sistem naik dari T₂ menjadi T₁ akibat menerima usaha W_DA.

Dari siklus carnot (carnot cycle) di atas kemudian dapat dibuat suatu mesin yang dapat memanfaatkan suatu aliran kalor secara spontan sehingga dinamakan mesin carnot. Mesin carnot adalah mesin kalor hipotetis yang beroperasi dalam suatu siklus reversibel yang disebut siklus carnot (carnot cycle).

Sesuai dengan siklus carnot maka dapat dijelaskan prinsip kerja mesin kalor. Mesin kalor menyerap kalor dari reservois bersuhu tinggi T₁ sebesar Q₁. Mesin menghasilkan kerja sebesar W dan membuang sisa kalornya ke reservois bersuhu rendah T₂ sebesar Q₂. Hubungan Q₁, W dan Q₂ sesuai persamaan

W = Q₁ - Q₂

Merujuk ke mesin, ketika mesin mengubah energi kalor menjadi energi mekanik (usaha) terdapat perbandingan antara besar usaha yang dilakukan sistem (W) terhadap energi kalor yang diserapnya (Q₁) yang disebut sebagai efisiensi mesin. Persamaan matematis efisiensi mesin ini dituliskan dengan persamaan

Oleh karena usaha dalam suatu siklus termodinamika dinyatakan dengan W = Q₁ - Q₂ maka dapat dituliskan menjadi

Pada mesin carnot, besarnya kalor yang diserap oleh sistem (Q₁) sama dengan temperatur reservoir suhu tingginya (T₁). Demikian juga, besarnya kalor yang dilepaskan sistem (Q₂) sama dengan temperatur reservoir suhu rendah mesin Carnot tersebut. Oleh karena itu, Persamaan dapat dituliskan menjadi

Keterangan :

ɳ             : efisiensi mesin carnot

T1          : suhu reservoir bersuhu tinggi (K)

T2          : suhu reservoir bersuhu rendah (K)

W           : kerja yang dilakukan mesin (J)

Q1          : kalor yang diserap sistem

Q2          : kalor yang dilepaskan sistem