Dokumen tersebut membahas penerapan ilmu termodinamika dalam industri otomotif dan sistem pendingin ruangan. Secara singkat, dibahas mengenai proses kerja motor bakar yang mengubah energi kimia menjadi energi mekanik, serta proses kerja mesin pendingin yang memindahkan panas dari lingkungan bersuhu rendah ke bersuhu tinggi melalui siklus kompresi uap.

1. Fisika Industri
Penerapan Ilmu Termodinamika
Dalam Industri Otomotif dan
Sistim Pendingin Ruangan

2. Termodinamika (bahasa Yunani: thermos =
'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisika
energi , panas, kerja, entropi dan kespontanan
proses
Termodinamika adalah cabang fisika yang
berkaitan dengan hubungan antara kalor dan
bentuk energi lainnya. Secara khusus, ia
menjelaskan bagaimana energi kalor diubah ke
dan dari bentuk-bentuk lain dari energi dan
bagaimana hal itu mempengaruhi materi.

3. PROSES-PROSES TERMODINAMIKA
Proses Isobarik (1)
 Tekanan konstan
 Proses Isotermis (2)
 Temperatur kontan
 Proses Adiabatis (3)
 Tidak ada kalor yang hilang
 Proses Isokorik (4)
 Volume konstan

4. Hukum-hukum Dasar Termodinamika
Terdapat empat Hukum Dasar yang berlaku di dalam sistem termodinamika, yaitu:
Ø Hukum Awal (Zeroth Law) Termodinamika .Hukum ini menyatakan bahwa dua sistem
dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling
setimbang satu dengan lainnya.
Ø Hukum Pertama Termodinamika
Hukum ini terkait dengan kekekalan energi. Hukum ini menyatakan perubahan energi
dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi
kalor yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem.
Ø Hukum kedua Termodinamika
Hukum kedua termodinamika terkait dengan entropi. Hukum ini menyatakan bahwa
total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat
seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya.
Ø Hukum ketiga Termodinamika
Hukum ketiga termodinamika terkait dengan temperatur nol absolut. Hukum ini
menyatakan bahwa pada saat suatu sistem mencapai temperature nol absolut, semua
proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum. Hukum ini juga
menyatakan bahwa entropi benda berstruktur kristal sempurna pada temperatur nol
absolute bernilai nol.

5. 1. Motor Bakar
Motor bakar adalah mesin
kalor atau mesin konversi
energi yang mengubah energi
kimia bahan bakar menjadi
energi mekanik berupa kerja.
Pada dasarnya mesin kalor
(Heat Engine)
2. Mesin pendingin
merupakan mesin yang
berfungsi untuk memindahkan
panas dari lingkungan bersuhu
rendah ke lingkungan bersuhu
tinggi.

6.  Mesin Kalor :
 Mesin Pembakaran Luar
-Mesin uap
 Mesin Pembakaran Dalam
-Motor Bakar Torak
 Macam bahan bakar yang bisa digunakan
lebih banyak
 Mesin uap lebih bebas getaran
 Turbin uap lebih praktis untuk daya tinggi,
misal > 2000 PS
Mesin lebih sederhana, kompak, ringan
Temperatur seluruh bagian mesin lebih
rendah
Lebih efisien

7. Motor Bakar
Bahan Bakar
Daya
Motor Bakar
• Automobiles
• Power Generation
• Submarines
• Diesel Locomotive
Energi Kimia Energi Panas Power

8. Motor Bakar

9. • Motor bakar 4 langkah (four strokes engine)
Setiap satu siklus kerja memerlukan 4 kali langkah kerja, 2 putaran poros engkol
1. Langkah hisap
- Torak dari TMA TMB
- Katup isap (KI) terbuka
- Katup buang (KB) tertutup
- Campuran bahan bakar
dan udara masuk
2. Langkah kompresi
- Torak dari TMB TMA
- KI dan KB tertutup
- Tekanan dan Temperatur
naik akibat kompresi
4. Langkah buang
- Torak dari TMA TMB
- KI tertutup
- KB terbuka
- Gas hasil pembakaran
keluar
3. Langkah Ekspansi
- Sebelum torak mencapai
TMA busi menyala dan
terjadi pembakaran.
- Terjadi langkah kerja torak
dari TMA TMB
- KI dan KB tertutup

10. Motor bakar 2 langkah (two strokes engine)
Setiap satu siklus kerja memerlukan 2 kali langkah kerja, 1 kali putaran poros engkol.
Motor bakar 2 langkah tidak mempunyai katup isap maupun katup buang, dan
digantikan oleh dua lubang yaitu lubang buang dan lubang isap.

11. Siklus Ideal Motor Bakar
 Jenis Motor Bakar :
 Motor Bensin (Spark Ignition Engine)
 Motor Diesel (Compression Ignition Engine)
 Siklus Udara pada Motor Bakar :
 Siklus udara volume-konstan (siklus Otto)
 Siklus udara tekanan-konstan (siklus Diesel)
 Siklus udara tekanan terbatas (siklus Gabungan)

12. Siklus Ideal Otto
1. Fluida kerja dianggap gas ideal
2. Langkah isap (0 → 1) merupakan proses tekanan
konstan.
3. Langkah kompresi (1 → 2) merupakan proses
isentropik
4. Proses pembakanan pada volume konstan (2 →
3) adalah proses pemasukan kalor.
5. Langkah kerja (3 → 4) merupakan proses
isentropik
6. Langkah pembuangan (4 → 1) dianggap sebagai
proses pengeluaran kalor pada volume konstan.
7. Langkah buang (1 → 0) terjadi pada tekanan
konstan
0

13. Thermal Efficiency of the Otto cycle:
th
net
in
net
in
in out
in
out
in
W
Q
Q
Q
Q Q
Q
Q
Q
  

 1
Now to find Qin and Qout.
Apply first law closed system to process 2-3, V = constant.
Thus, for constant specific heats,
Q U
Q Q mC T T
net
net in v
,
, ( )
23 23
23 3 2

  


14. Apply first law closed system to process 4-1, V = constant.
Thus, for constant specific heats,
Q U
Q Q mC T T
Q mC T T mC T T
net
net out v
out v v
,
, ( )
( ) ( )
41 41
41 1 4
1 4 4 1

   
    

The thermal efficiency becomes
th Otto
out
in
v
v
Q
Q
mC T T
mC T T
,
( )
( )
 
 


1
1 4 1
3 2

15. th Otto
T T
T T
T T T
T T T
,
( )
( )
( / )
( / )
 


 


1
1
1
1
4 1
3 2
1 4 1
2 3 2
Recall processes 1-2 and 3-4 are isentropic, so
Since V3 = V2 and V4 = V1, we see that
T
T
T
T
or
T
T
T
T
2
1
3
4
4
1
3
2



16. The Otto cycle efficiency becomes
th Otto
T
T
,  1 1
2
Is this the same as the Carnot cycle efficiency?
Since process 1-2 is isentropic,
where the compression ratio is r = V1/V2 and
th Otto k
r
,   
1
1
1

17. Contoh:
Sebuah siklus Otto mempunyai perbandingan kompresi 8. Pada awal proses
kompresi tekanan dan temperature udara 100 kPa dan 17 oC. Panas yang
diberikan selama proses volume konstan 800 kJ/kg udara. Jika harga k = 1,4
dan cv = 718 J/kg K. Hitunglah :
1.Temperatur dan tekanan pada setiap siklus
2.Kerja bersih
3.Efisiensi termal
4.Tekanan efektip rata-rata

18. Penyelesaian:
1.Temperatur dan tekanan pada setiap siklus
Pada titik 1:
Temperatur , T1 = 290 K
Tekanan, p1 = 100 kPa

22. Mesin Pendingin Siklus Kompresi Uap
Cara kerja dari mesin pendingin dengan siklus refrigerasi kompresi
uap adalah sebagai berikut :
“Fluida kerja dikompresikan di dalam kompresor dari tingkat
keadaan 1 ke tingkat keadaan 2, pada tekanan tinggi ini fluida kerja
ini diembunkan di dalam kondensor ke tingkat keadaan 3 dan
kemudian diekspansikan dengan katup ekspansi ke tingkat keadaan
4 dan berevaporasi di dalam evaporator kembali ke tingkat keadaan
1.”

23. Sistim Pendingin Siklus Kompresi Uap