Ppt kuliah pertemuan ke 12 tentang hukum kedua termodinamika

1. HUKUM II TERMODINAMIKA
Novi Indah Riani, S.Pd., M.T.

3. MANFAAT MEMPELAJARI HUKUM II
TERMODINAMIKA
 Memperkirakan arah dari proses
 Menetapkan kondisi untuk kesetimbangan
 Menentukan kinerja teoritis terbaik dari siklus,
mesin, dan peralatan lainnya
 Mengevaluasi secara kuantitatif faktor-faktor yang
menghambat pencapaian kinerja teoritis

4. HUKUM II TERMODINAMIKA
 Menurut “Clausinus” Tdk mungkin bagi sistem apapun
untuk beroperasi sedemikian rupa sehingga hasil tunggalnya
akan berupa suatu perpindahan energi dalam bentuk kalor
dari benda yg lebih dingin ke benda yg lebih panas
 Bila suatu perpindahan kalor dari suatu benda yang
lebih dingin ke benda yang lebih panas terjadi, maka
harus ada suatu pengaruh lain di dalam sistem yang
mengalami perpindahan kalor
 Kesimpulannya tidak mungkin untuk membuat suatu
siklus pendinginan yang beroperasi tanpa adanya
masukan kerja

5.  Planck memperkenalkan konsep reservoir thermal yang
merupakan suatu sistem khusus yang selalu tetap pada
temperatur konstan walau energi nya ditambah atau
dikurangi melalui perpindahan kalor
HUKUM II TERMODINAMIKA

6. REVERSIBLE PROCESSES
 Proses reversibel : apabila sistem dan semua bagian dari
sekelilingnya dapat dengan tepat kembali ke keadaan awalnya
setelah proses berlangsung.
 Proses reversibel berlangsung secara sempurna akan tetapi proses
ini jarang sekali terjadi secara aktual.
 Contoh proses reversible :
1. Osilasi pendulum pada ruang hampa
2. Sebuah sistem yang berisi gas, dikompresi secara adiabatik dan
berekspansi

7.  Proses Irreversible adalah apabila suatu sistem dan semua
bagian dari sekelilingnya tidak dapat kembali tepat seperti
keadaan awalnya setelah proses berlangsung
 Contoh :
1. Perpindahan kalor melalui perbedaan temperatur
2. Expansi gas atau cairan tanpa hambatan ke suatu tekanan
yang lebih rendah
3. Reaksi kimia spontan
4. Gesekan pada aliran fluida
5. Aliran arus listrik yang melewati suatu tahanan
IRREVERSIBILE PROCESSES

8. APLIKASI HUKUM II TERMODINAMIKA
(POWER CYCLE DENGAN DUA RESERVOIR)
 Proses interaksi secara termal dengan dua reservoir
yaitu sebuah reservoir panas dan dingin akan
meghasilkan kerja neto Wsiklus
 Efisiensi termal dari siklus ini adalah
 Keterangan :
QH = jumlah energi yang diterima sistem dari reservoir
panas
QC = jumlah energi yang dilepaskan dari sitem ke servoir
dingin
 Efisiensi termal harus lebih kecil dari 100% untuk
semua siklus. Hal ini dikenal sebagai efek hukum
kedua. Salah satunya adalah Efek Carnot

9. EFEK CARNOT
 Efek carnot meliputi :
Efisiensi termal dari sebuah siklus daya irreversibel selalu
lebih kecil dari efisiensi sebuah daya reversibel ketika
masing-masing beroperasi di antara dua reservoir panas
yang sama
Semua siklus daya reversibel yang beroperasi di antara dua
reservoir yang sama mempunyai efisiensi thermal yang
sama
 Efisiensi Carnot

10.  Koefisien kinerja sebuah siklus refrigrator irreversibel selalu
lebih kecil dari koefisien kinerja refrigerator reversibel ketika
masing-masing beroperasi di antara dua reservoir thermal
yang sama
 Semua siklus refrigerator reversibel beroperasi di antara dua
reservoir thermal yang sama yang mempunyai koefisien
kinerja yang sama
APLIKASI HUKUM II TERMODINAMIKA
(REFRIGERATOR AND HEAT PUMP)
Βmax = COP of refrigerator (Coefficient of Performance)
Ɣ max = COP of heat pumps

11. SIKLUS CARNOT (YANG BERISI GAS)
Proses 1-2 : Gas dikompresi secara adiabatik
Proses 2-3 : Gas berekspansi secara isotermal
serta menerima energi dari reservoir panas
Proses 3-4 : Gas dibiarkan terus berekspansi
secara adiabatik
Proses 4-1 : Gas dikompresi secara isotermal ke
keadaan awal sehingga terjadi pelepasan kalor ke
reservoir dingin

12. Proses 1-2 : Gas berekspansi secara isotermal , menerima energi dari reservoir
dingin
Proses 2-3 : Gas dikompresi secara adiabatik hingga mencapai tekanan TH
Proses 3-4 : Gas dikompres isotermal, sementara melepaskan energi ke reservoir
panas melalui perpindahan kalor
Proses 4-1 : gas ekspansi secara adiabatis
SIKLUS CARNOT (YANG BERISI UAP)

13. SUMMARY

14.  Heat Engines and Thermal Efficiency
1. Sebuah steam power memiliki daya 600 MW yang diletakkan di dekat sungai
memiliki efisiensi termal 40%. Tentukan laju heat transfer yang menuju aliran
sungai
2. Steam power dengan daya output 150 MW membutuhkan batu bara sebesar
60 ton/jam. Jika heating value dari batubara adalah 30000 kJ/kg. Tentukan
efisiensi keseluruhan dari plant ini
3. Sebuah automobile engine mengkonsumsi bahan bakar sebanyak 28 L/jam
dan mengalirkan 60 kW daya menuju roda. Jika heating value sebesar 44000
kJ/kg dan densitas adalah 0,8 g/cm3, tentukan efisiensi dari engine ini
 Heat Pumps
1. Sebuah pompa pemanas digunakan untuk menjaga temperatur rumah
konstan pada 23 oC. Panas di dalam rumah ke luar melewati dinding dan
jendela dengan laju 60000 kJ/jam sedangkan energi yang dihasilkan dari
cahaya, orang dan peralatan lainnya sebesar 4000 kJ/h. untuk COP sebesar
2,5 tentukan daya input dari pompa pemanas
CONTOH SOAL

15.  Refrigerator
Refrigerant-134a enters the condenser of a residential heat pump at 800 kPa
and 35°C at a rate of 0.018 kg/s and leaves at 800 kPa as a saturated liquid.
If the compressor con-sumes 1.2 kW of power, determine (a) the COP of the
heat pump and (b) the rate of heat absorption from the outside air.
CONTOH SOAL
h1= 271.22 kJ/kg
h1= 95.47 kJ/kg

16.  Carnot heat Engines
1. Sebuah mesin carnot beroperasi diantara temperature 1000 K dan 300 K.
Jika heat engine di-supply dengan laju aliran panas sebesar 800 kJ/min,
tentukan (a) Efisiensi termal (b) daya output pada heat engine
CONTOH SOAL