K2513072

Nama               : Wiwit Riyanti

NIM                :  K2513072

Prodi/kelas      : Pendidikan Teknik Mesin

Mata Kuliah    : Sistem Pembangki Uap

CARNOT CYCLES DAN EFISIENSI

            Mesin Carnot adalah sebuah mesin kalor yang bekerja dengan cara memindahkan energi dari daerah yang lebih panas ke daerah yang lebih dingin, dan dalam prosesnya mengubah sebagian energi menjadi usaha mekanis. Mesin Carnot juga merupakan mesin kalor hipotetis yang beroperasi dalam suatu siklus reversibel atau disebut juga siklus Carnot, mesin ini disebut juga mesin ideal. Mesin ini dirancang oleh Nicolas Leonard Sadi Carnot, sesuai dengan penemunya Carnot pun melegenda.

Siklus Carnot adalah proses termodinamika yang dialami oleh zat kerja (working substance) pada mesin Carnot. Siklus ini terdiri atas dua proses isotermal dan dua proses adiabatik. Pada proses isotermal pertama, yang terjadi pada temperatur lebih tinggi, zat mengalami ekspansi dan menyerap kalor. Proses isotermal kedua, yang terjadi pada temperatur rendah, zat mengalami kompresi dan melepas kalor. Garis isotermal pertama dan kedua dihubungkan oleh dua proses adibatik. adiabatik pertama zat mengalami ekspansi, sedangkan adibatik kedua zat mengalami kompresi.

Berikut diagram untuk menjelaskan siklus Carnot:

 

Siklus carnot  terdiri dari 4 tahapan proses, sebagai berikut.

a.       Proses 1. Ekspansi isothermal reversible, dimana material ( working substance) menyerap kalor Q₁ dari reservoir kalor pada temperature T₁ dan sistem melakukan kerja.

b.      Proses 2. Ekspansi adiabatic reversible, dimana working substance berkurang temperaturnya dari T₁ menjadi T₂ dan sistem melakukan kerja.

c.       Prosses 3. Kompresi isothermal reversible, dimana working substance melepaskan kalor Q₂ ke reservoir dingin dengan tempertaur T₂ dan kerja dikenakan terhadap sistem.

d.      Proses 4. Kompresi adiabatic reversible, dimana working substance dikembalikan ke keadaan awal (semula), temperature sistem berubah dari T₂ menjadi T₁ dan kerja dikenakan terhadap sistem.

Carnot menyatakan bahwa: Tidak mungkin ada mesin yang beroperasi di antara dua reservoir panas yang lebih efisien daripada sebuah mesin Carnot yang beroperasi pada dua reservoir yang sama. Artinya, efisiensi maksimum yang dimungkinkan untuk sebuah mesin yang menggunakan temperatur tertentu diberikan oleh efisiensi mesin Carnot, efisiensi maksimum yang dinyatakan pada persamaan diatas dapat diperoleh  jika  tidak ada entropi yang diciptakan dalam siklus tersebut. Jika ada, maka karena entropi adalah fungsi keadaan untuk membuang kelebihan entropi agar dapat kembali ke keadaan semula dan  akan melibatkan pembuangan kalor ke lingkungan, yang merupakan proses irreversibel dan akan menyebabkan turunnya efisiensi.

Ketika mesin mengubah energi kalor menjadi energi mekanik (usaha). Perbandingan antara besar usaha yang dilakukan sistem (W) terhadap energi kalor yang diserapnya (Q₁) disebut sebagai efisiensi mesin. Persamaan matematis efisiensi mesin ini dituliskan dengan persamaan:

dengan η = efisiensi mesin.

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, dapat dituliskan menjadi :

 

Mesin Carnot memiliki efisiensi paling besar karena merupakan mesin ideal yang hanya ada di dalam teori. Jadi, sebenarnya tidak ada mesin yang mempunyai efisien yang menyamai efisiensi mesin Carnot. Cara kerja mesin Carnot hanya tergantung pada suhu kedua tandon atau reservoir.
Untuk mendapatkan efisiensi sebesar 100%, suhu tandon suhu rendah (T₂) harus = 0 K, hal ini dalam praktik tidak mungkin terjadi. Hal ini disebabkan karena proses kalor pada mesin Carnot bersifat reversibel, sedangkan pada mesin sesungguhnya mengalami prosesnya irreversibel.