mesin kalor
Post on 30-Dec-2014
212 Views
Preview:
DESCRIPTION
TRANSCRIPT
BAB I
PENDAHULUAN
A. Latar Belakang
Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotetis yang beroperasi dalam suatu siklus
reversibel yang disebut siklus Carnot. Model dasar mesin ini dirancang oleh Nicolas Léonard
Sadi Carnot, seorang insinyur militer Perancis pada tahun 1824. Model mesin Carnot
kemudian dikembangkan secara grafis oleh Émile Clapeyron 1834, dan diuraikan secara
matematis oleh Rudolf Clausius pada 1850an dan 1860an. Dari pengembangan Clausius dan
Clapeyron inilah konsep dari entropi mulai muncul.
Setiap sistem termodinamika berada dalam keadaan tertentu. Sebuah siklus
termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami rangkaian keadaan-keadaan yang
berbeda, dan akhirnya kembali ke keadaan semula. Dalam proses melalui siklus ini, sistem
tersebut dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor.
B. Rumusan Masalah
Dari latar belakang diatas kita dapat membuat rumusan masalah sebagai berikut :
1. Pengertian Mesin Carnot ?
2. Pengaplikasian Mesin Carnot ?
C. Tujuan Penulisan Makalah
Selain rumusan masalah di atas, makalah ini juga disusun untuk mengetahui dan
mendeskripsikan tentang :
1. Siklus carnot.
2. Penggunaan mesin Carnot dalam mengeffisiensikan energi.
3. Mengapa effisiensi mesin biasa tidak bisa menyamai mesin carnot.
D. Manfaat Makalah
Makalah ini disusun dengan harapan memberikan kegunaan baik secara teoritis
maupun secara praktis. Penulis berharap materi yang ada pada makalah ini cukup untuk
membuka mata, hati, dan pikiran kita semua.
BAB II
PEMBAHASAN
A. PEMBAHASAN
Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotetis yang beroperasi dalam suatu siklus
reversibel yang disebut siklus Carnot. Model dasar mesin ini dirancang oleh Nicolas Léonard
Sadi Carnot, seorang insinyur militer Perancis pada tahun 1824. Model mesin Carnot
kemudian dikembangkan secara grafis oleh Émile Clapeyron 1834, dan diuraikan secara
matematis oleh Rudolf Clausius pada 1850an dan1860an. Dari pengembangan Clausius dan
Clapeyron inilah konsep dari entropi mulai muncul.
Setiap sistem termodinamika berada dalam keadaan tertentu. Sebuah siklus
termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami rangkaian keadaan-keadaan yang
berbeda, dan akhirnya kembali ke keadaan semula. Dalam proses melalui siklus ini, sistem
tersebut dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor.
Sebuah mesin kalor bekerja dengan cara memindahkan energi dari daerah yang lebih
panas ke daerah yang lebih dingin, dan dalam prosesnya, mengubah sebagian energi menjadi
usaha mekanis. Sistem yang bekerja sebaliknya, dimana gaya eksternal yang dikerjakan pada
suatu mesin kalor dapat menyebabkan proses yang memindahkan energi panas dari daerah
yang lebih dingin ke energi panas disebut mesin refrigerator.
Pada diagram di samping, yang diperoleh dari tulisan Sadi Carnot berjudul Pemikiran
tentang Daya Penggerak dari Api (Réflexions sur la Puissance Motrice du Feu),
diilustrasikan ada dua benda A danB, yang temperaturnya dijaga selalu tetap,
dimana A memiliki temperatur lebih tinggi daripada B. Kita dapat memberikan atau
melepaskan kalor pada atau dari kedua benda ini tanpa mengubah suhunya, dan bertindak
sebagai dua reservoir kalor. Carnot menyebut benda A "tungku" dan benda B"kulkas". Carnot
lalu menjelaskan bagaimana kita bias memperoleh daya penggerak (usaha), dengan cara
memindahkan sejumlah tertentu kalor dari reservoir A ke B.
Diagram modern
Dibawah ini adalah diagram mesin Carnot sebagaimana biasanya dimodelkan dalam
pembahasan modern
Diagram mesin Carnot (modern) - kalor mengalir dari reservoir bersuhu tinggi TH melalui
"fluida kerja", menuju reservoir dingin TC, dan menyebabkan fluida kerja memberikan usaha
mekanis kepada lingkungan, melalui siklus penyusutan (kontraksi) dan pemuaian (ekspansi).
Dalam diagram tersebut, sistem ("fluida kerja"), dapat berupa
benda fluida atau uap apapun yang dapat menerima dan memancarkankalor Q, untuk
menghasilkan usaha. Carnot mengusulkan bahwa fluida ini dapat berupa zat apapun yang
dapat mengalami ekspansi, seperti uap air, uap alkohol, uap raksa, gas permanen, udara, dll.
Sekalipun begitu, pada tahun-tahun awal, mesin-mesin kalor biasanya memiliki beberapa
konfigurasi khusus, yaitu QH disuplai oleh pendidih, di mana air didihkan pada sebuah
tungku, QC biasanya adalah aliran air dingin dalam bentuk embun yang terletak di berbagai
bagian mesin. Usaha keluaran W biasanya adalah gerakan piston yang digunakan untuk
memutar sebuah engkol, yang selanjutnya digunakan untuk memutar sebuah katrol.
Penggunaannya biasanya untuk mengangkut air dari sebuah pertambangan garam. Carnot
sendiri mendefinisikan "usaha" sebagai "berat yang diangkat melalui sebuah ketinggian".
Teorema Carnot
Sebuah mesin nyata (real) yang beroperasi dalam suatu siklus pada temperatur and
tidak mungkin melebihi efisiensi mesin Carnot.
Sebuah mesin nyata (kiri) dibandingkan dengan siklus Carnot (kanan). Entropi dari sebuah
material nyata berubah terhadap temperatur. Perubahan ini ditunjukkan dengan kurva pada
diagram T-S. Pada gambar ini, kurva tersebut menunjukkan kesetimbangan uap-cair
( lihat siklus Rankine). Sifat irreversibel sistem dan kehilangan kalor ke lingkungan
(misalnya, disebabkan gesekan) menyebabkan siklus Carnot ideal tidak dapat terjadi pada
semua langkah sebuah mesin nyata.
Teorema Carnot adalah pernyataan formal dari fakta 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 maksimumyang dimungkinkan untuk sebuah mesin yang menggunakan temperatur
tertentu diberikan oleh efisiensi mesin Carnot,
Implikasi lain dari teorema Carnot adalah mesin reversibel yang beroperasi antara
dua reservoir panas yang sama memiliki efisiensi yang sama pula.
Efisiensi maksimum yang dinyatakan pada persamaan diatas dapat diperoleh jika dan
hanya 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 akan melibatkan pembuangan kalor ke lingkungan, yang merupakan proses
irreversibel dan akan menyebabkan turunnya efisiensi. Jadi persamaan di atas hanya
memberikan efisiensi dari sebuah mesin kalor reversibel.
Siklus Carnot
Tahun 1824 Sadi Carnot menunjukkan bahwa mesin kalor terbalikkan adengan siklus
antara dua reservoir panas adalah mesin yang paling efisien. Siklus Carnot terdiri dari proses
isotermis dan proses adiabatis.
Proses a-b : ekaspansi isotermal pada temperatur Th (temperatur tinggi). Gas dalam keadaan
kontak dengan reservoir temperatur tinggi. Dalam proses ini gas menyerap kalor Th dari
reservoir dan melakukan usaha Wab menggerakkan piston.
Proses b-c : ekaspansi adiabatik. Tidak ada kalor yang diserap maupun keluar sistem. Selama
proses temperatur gas turun dari Th ke Tc (temperatur rendah) dan melakukan usaha Wab .
Proses c-d : kompresi isotermal pada temperatur Tc (temperatur tinggi). Gas dalam keadaan
kontak dengan reservoir temperatur rendah. Dalam proses ini gas melepas kalor Qc dari
reservoir dan mendapat usaha dari luar Wcd.
Proses d-a : kompresi adiabatik. Tidak ada kalor yang diserap maupun keluar sistem. Selama
proses temperatur gas naik dari Tc ke Th dan mendapat usaha Wda .
Efisiensi dari mesin kalor siklus Carnot :
= W/Qh = 1 - Qc /Qh
karena Qc /Qh = Tc /Th (buktikan)
maka
= 1 - Tc /Th
Siklus Rankine
Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja.
Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai
fluida yang bergerak. Siklus Rankine merupakan model operasi dari mesin uap panas yang
secara umum ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus
Rankine adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari.
Siklus Rankine kadang-kadang diaplikasikan sebagai siklus Carnot, terutama dalam
menghitung efisiensi. Perbedaannya hanyalah siklus ini menggunakan fluida yang
bertekanan, bukan gas. Efisiensi siklus Rankine biasanya dibatasi oleh fluidanya. Fluida
pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan digunakan secara konstan.
Siklus Rankin Ideal miliki tahapan proses sebagai berikut:
1-2 Isentropic Compression
2-3 Constant pressure heat addition in boiler
3-4 Isentropic expansion in turbine
4-1 Constant pressure heat rejection in condenser
Mesin kalor
Mesin kalor adalah sebutan untuk alat yang berfungsi mengubah energi panas menjadi
energi mekanik Dalam mesin mobil misalnya, energi panas hasil pembakaran bahan bakar
diubah menjadi energi gerak mobil. Tetapi, dalam semua mesin kalor kita ketahui bahwa
pengubahan energi panas ke energi mekanik selalu disertai pengeluaran gas buang, yang
membawa sejumlah energi panas. Dengan demikian, hanya sebagian energi panas hasil
pembakaran bahan bakar yang diubah ke energi mekanik. Contoh lain adalah dalam mesin
pembangkit tenaga listrik; batu bara atau bahan bakar lain dibakar dan energi panas yang
dihasilkan digunakan untuk mengubah wujud air ke uap. Uap ini diarahkan ke sudu-sudu
sebuah turbin, membuat sudu-sudu ini berputar. Akhirnya energi mekanik putaran ini
digunakan untuk menggerakkan generator listrik.
Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai saat ini adalah mesin kalor,
yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk melakukan kerja mekanik, atau yang
mengubah energi thermal menjadi energi mekanik. Energi itu sendiri dapat diperoleh dengan
proses pembakaran, proses fisi bahan bakar nuklir, atau proses lainnya.
Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal ini, mesin kalor dapat dibagi menjadi
dua golongan, yaitu:
1. Mesin pembakaran luar (external combustion engine),dan;
2. Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine).
Pada mesin pembakaran luar, proses pembakaran terjadi diluar mesin; energi thermal
dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui beberapa dinding
pemisah. Contohnya mesin uap. Semua energi yang diperlukan oleh mesin itu mula mula
meninggalkan gas hasil pembakaran yang tinggi temperaturnya. Melalui dinding pemisah
kalor, atau ketel uap, energi itu kemudian masuk kedalam fluida kerja yang kebanyakan
terdiri dari air atau uap. Dalam proses ini temperatur uap dan dinding ketel harus jauh lebih
rendah dari pada temperatur gas hasil pembakaran itu untuk mencegah kerusakan material
ketel. Dengan sendirinya tinggi temperatur fluida kerja, jadi efisiensinya juga, sangat dibatasi
oleh kekuatan material yang dipakai.
Mesin pembakaran dalam pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar. Mesin
pembakaran dalam dapat dikelompokan menjadi:
1. Motor bakar piston,
2. Sistem turbin gas dan
3. Propulsi pancar gas.
Proses pembakaran berlangsung didalam motor bakar itu sendiri sehingga gas
pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja.
Motor bakar piston mempergunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat
piston yang bergerak translasi (bolak-balik). Didalam silinder itulah terjadi pembakaran
antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Gas pembakaran yang dihasilkan oleh proses
tersebut mampu menggerakkan piston yang oleh batang penghubung (connecting rod)
dihubungkan dengan poros engkol (crankshaft). Gerak translasi piston tadi menyebabkan
gerak rotasi (berputar) pada poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol
menimbulkan gerak translasi pada piston.
Mesin Panas
Dalam termodinamika , mesin panas adalah sistem yang melakukan konversi panas
atau energi termal untuk pekerjaan mekanik . Hal ini dilakukan dengan membawa suatu zat
yang bekerja dari tinggi temperatur negara ke keadaan suhu yang lebih rendah. Sebuah panas
"sumber" menghasilkan energi panas yang membawa zat bekerja untuk negara suhu tinggi.
Substansi bekerja menghasilkan karya dalam "tubuh bekerja" dari mesin saat mentransfer
panas ke "dingin tenggelam" sampai mencapai keadaan suhu rendah. Selama proses ini
beberapa energi panas diubah menjadi kerja dengan memanfaatkan sifat-sifat substansi
bekerja. Substansi kerja yang dapat berupa sistem dengan non-nol kapasitas panas, tapi
biasanya adalah gas atau cairan.
Secara umum sebuah mesin mengubah energi mekanik untuk bekerja . Mesin panas
membedakan diri dari jenis lain mesin oleh fakta bahwa efisiensi mereka secara fundamental
dibatasi oleh teorema Carnot. Meskipun keterbatasan ini efisiensi bisa menjadi kelemahan,
keuntungan dari mesin panas adalah bahwa sebagian besar bentuk energi yang dapat dengan
mudah dikonversi ke panas oleh proses seperti reaksi eksotermik (seperti pembakaran),
penyerapan partikel cahaya atau energik, gesekan, disipasi dan resistensi. Karena sumber
panas yang memasok energi panas ke mesin sehingga dapat didukung oleh hampir semua
jenis energi, mesin panas sangat fleksibel dan memiliki berbagai penerapan.
Mesin panas sering bingung dengan siklus mereka mencoba untuk meniru. Biasanya
ketika menggambarkan perangkat fisik 'mesin' istilah yang digunakan. Ketika
menggambarkan model 'siklus' istilah yang digunakan.
Gambar 1: Diagram mesin Panas
Dalam termodinamika , mesin panas sering dimodelkan menggunakan model
rekayasa standar seperti siklus Otto. Model teoritis dapat disempurnakan dan ditambah
dengan data aktual dari mesin operasi, menggunakan alat-alat seperti diagram indikator .
Karena implementasi yang sebenarnya sangat sedikit panas mesin sama persis dengan siklus
termodinamika yang mendasari mereka, orang bisa mengatakan bahwa siklus termodinamika
merupakan kasus ideal mesin mekanik. Dalam kasus apapun, sepenuhnya memahami mesin
dan efisiensi yang memerlukan memperoleh pemahaman yang baik tentang (mungkin
disederhanakan atau ideal) model teoritis, nuansa praktis mesin mekanik yang sebenarnya,
dan perbedaan antara keduanya.
Secara umum, semakin besar perbedaan suhu antara sumber panas dan wastafel
dingin, semakin besar adalah potensi efisiensi termal dari siklus. Di Bumi, sisi dingin dari
setiap mesin panas terbatas untuk menjadi dekat dengan suhu sekitar lingkungan, atau tidak
lebih rendah dari 300 Kelvin , sehingga sebagian besar upaya untuk meningkatkan efisiensi
termodinamika berbagai fokus panas mesin pada peningkatan suhu sumber, dalam batas-
batas materi. Efisiensi teoritis maksimum mesin panas (yang mesin tidak pernah mencapai)
adalah sama dengan perbedaan suhu antara ujung panas dan dingin dibagi oleh suhu pada
akhir panas, semuanya dinyatakan dalam temperatur absolut atau kelvin.
Efisiensi mesin panas yang berbeda diusulkan atau digunakan berkisar hari ini dari 3
persen (97 persen limbah panas) untuk OTEC usulan daya laut melalui 25 persen untuk mesin
otomotif kebanyakan sampai 45 persen untuk superkritis batubara- dipecat pembangkit
listrik, menjadi sekitar 60 persen untuk uap-cooled siklus gabungan turbin gas. Semua proses
mendapatkan efisiensi mereka (atau ketiadaan) karena penurunan suhu di antara mereka.
Kekuatan
Mesin panas dapat dicirikan oleh mereka kekuatan tertentu, yang biasanya diberikan
dalam kilowatt per liter dari kapasitas mesin (di AS juga tenaga kuda per inci kubik).
Hasilnya menawarkan perkiraan output puncak-kekuatan mesin. Hal ini tidak menjadi
bingung dengan efisiensi bahan bakar, karena efisiensi tinggi sering membutuhkan rasio
udara-bahan bakar ramping, dan kepadatan daya sehingga lebih rendah. Sebuah mesin kinerja
tinggi mobil modern membuat lebih dari 75 kW / l (1,65 hp / di ³).
Contoh Sehari-hari
Contoh mesin panas sehari-hari termasuk mesin uap, yang mesin diesel, dan bensin
(bensin) mesin dalam mobil. Sebuah mainan umum yang juga merupakan mesin panas adalah
burung minum. Juga mesin stirling adalah mesin panas. Semua mesin panas familiar yang
didukung oleh ekspansi gas dipanaskan. Lingkungan umum adalah heat sink, menyediakan
gas relatif dingin yang, ketika dipanaskan, berkembang cepat untuk mendorong gerakan
mekanis mesin.
Contoh mesin panas
Penting untuk dicatat bahwa meskipun beberapa siklus memiliki lokasi pembakaran
yang khas (internal atau eksternal), mereka sering dapat diimplementasikan dengan lainnya.
Misalnya, John Ericsson mengembangkan mesin dipanaskan eksternal berjalan pada siklus
sangat mirip dengan awal siklus Diesel. Selain itu, mesin eksternal dipanaskan sering dapat
diimplementasikan dalam siklus terbuka atau tertutup. Apa ini intinya adalah bahwa ada
siklus termodinamika dan sejumlah besar cara untuk menerapkannya.
Tahap siklus perubahan
Dalam siklus dan mesin, cairan bekerja adalah gas dan cairan. Mesin mengubah fluida
kerja dari gas ke cairan, dari cair ke gas, atau keduanya bekerja, menghasilkan cairan dari
ekspansi atau kompresi.
Rankine siklus (klasik mesin uap )
Regenerative siklus ( steam engine lebih efisien daripada siklus Rankine )
Organic Rankine siklus (Coolant fase perubahan dalam rentang suhu es dan air cair
panas)
Uap untuk siklus cair ( burung Minum , Injector , Minto roda )
Cair ke siklus padat ( Frost naik-turun -. air berubah dari es menjadi cair dan kembali
lagi dapat mengangkat batu hingga 60 cm)
Solid untuk siklus gas ( es meriam Kering -. menyublim es kering ke gas)
siklus Gas satunya
Dalam siklus dan mesin fluida kerja selalu gas (yaitu, tidak ada perubahan fase):
Carnot siklus (Carnot mesin panas)
Ericsson Cycle (kalori Kapal John Ericsson)
Stirling siklus (Stirling engine , thermoacoustic perangkat)
Mesin pembakaran internal (ICE) :
o Siklus Otto (misalnya Bensin/Bensin mesin , kecepatan tinggi mesin diesel)
o Diesel siklus (misalnya kecepatan rendah mesin diesel)
o Atkinson Cycle (Atkinson Mesin)
o Brayton siklus atau siklus Joule awalnya Ericsson Cycle (turbin gas)
o Lenoir siklus (misalnya, pulsa jet engine)
o Miller siklus
Dalam siklus dan mesin fluida kerja selalu seperti cairan:
Stirling Cycle (Malone engine)
Panas Regenerative Topan
Siklus Elektron
Johnson termoelektrik energi converter
Thermoelectric (Efek Peltier-Seebeck)
Emisi termionik
Thermotunnel pendinginan
Siklus Magnetik
Termo-magnetik motor (Tesla)
Siklus digunakan untuk pendinginan
Sebuah negeri kulkas adalah contoh dari sebuah pompa panas : mesin panas secara
terbalik. Pekerjaan digunakan untuk membuat diferensial panas. Banyak siklus dapat berjalan
secara terbalik untuk memindahkan panas dari sisi dingin ke sisi panas, membuat pendingin
sisi dingin dan sisi panas panas. Versi mesin pembakaran internal siklus ini, secara alami
mereka, tidak reversibel.
Siklus refrigerasi termasuk:
Uap-refrigerasi kompresi
Stirling cryocoolers
Gas-penyerapan kulkas
Air siklus mesin
Vuilleumier pendinginan
Magnetic pendinginan
Menguapkan Mesin Panas
Mesin penguapan Barton adalah mesin panas didasarkan pada kekuatan siklus
memproduksi dan udara lembab didinginkan dari penguapan air ke udara kering panas.
Mesoscopic Engine Panas
Mesin panas mesoscopic adalah perangkat nano yang dapat melayani tujuan fluks
panas pengolahan dan melakukan pekerjaan yang berguna pada skala kecil. Potensi aplikasi
termasuk perangkat misalnya pendingin listrik. Dalam mesin panas mesoscopic tersebut,
bekerja per siklus operasi berfluktuasi karena noise termal. Ada kesetaraan yang tepat yang
berkaitan rata-rata eksponen pekerjaan yang dilakukan oleh setiap mesin panas dan
perpindahan panas dari mandi panas yang lebih panas. Hubungan ini mengubah
ketidaksamaan Carnot ke dalam kesetaraan yang tepat.
Efisiensi
Efisiensi mesin panas berhubungan berapa banyak pekerjaan yang berguna adalah
output untuk jumlah tertentu masukan energi panas.
Dari hukum termodinamika :
dimana
adalah pekerjaan diambil dari mesin. (Ini adalah negatif karena pekerjaan yang dilakukan
oleh mesin.)
adalah energi panas yang diambil dari sistem suhu tinggi. (Ini adalah negatif karena panas
diekstraksi dari sumber, maka adalah positif.)
adalah energi panas disampaikan ke sistem suhu dingin. (Hal ini positif karena panas
ditambahkan ke wastafel.)
Dengan kata lain, mesin panas menyerap energi panas dari sumber panas suhu tinggi,
mengubah bagian dari itu untuk pekerjaan yang berguna dan memberikan sisanya untuk heat
sink suhu dingin.
Secara umum, efisiensi proses perpindahan panas yang diberikan (apakah itu kulkas,
pompa panas atau mesin) didefinisikan secara informal oleh rasio "apa yang keluar" untuk
"apa yang Anda meletakkan masuk"
Dalam kasus mesin, satu keinginan untuk mengekstrak dan menempatkan pekerjaan
dalam transfer panas.
Efisiensi maksimum teoritis dari setiap mesin panas hanya bergantung pada suhu
beroperasi antara. Efisiensi ini biasanya diturunkan menggunakan mesin panas yang ideal
imajiner seperti mesin panas Carnot , meskipun mesin lain yang menggunakan siklus yang
berbeda juga dapat mencapai efisiensi maksimum. Secara matematis, hal ini karena di
reversibel proses, perubahan entropi dari reservoir dingin adalah negatif itu dari reservoir
panas (yaitu, ), Menjaga perubahan keseluruhan entropi nol. Dengan demikian:
dimana adalah temperatur absolut dari sumber panas dan bahwa dari wastafel dingin,
biasanya diukur dalam kelvin . Perhatikan bahwa adalah positif sementara adalah negatif,
dalam setiap proses kerja-extracting reversibel, entropi keseluruhan tidak meningkat,
melainkan dipindahkan dari suatu sistem panas (tinggi entropi) ke dingin (low-entropi satu),
mengurangi entropi dari sumber panas dan meningkat bahwa dari heat sink.
Alasan di balik ini menjadi efisiensi maksimal berjalan sebagai berikut. Hal ini
pertama diasumsikan bahwa jika mesin panas lebih efisien daripada mesin Carnot adalah
mungkin, maka bisa didorong secara terbalik sebagai pompa panas. Analisis matematis dapat
digunakan untuk menunjukkan bahwa kombinasi diasumsikan akan menghasilkan penurunan
bersih dalam entropi . Karena, dengan hukum kedua termodinamika , ini secara statistik tidak
mungkin ke titik pengecualian, efisiensi Carnot adalah atas teoritis terikat pada efisiensi yang
handal dari setiap proses.
Secara empiris, tidak ada mesin panas yang pernah ditunjukkan untuk dijalankan pada
efisiensi yang lebih besar daripada mesin panas siklus Carnot.
Gambar 2 dan Gambar menunjukkan variasi 3 pada efisiensi siklus Carnot. Gambar 2
menunjukkan bagaimana perubahan efisiensi dengan peningkatan suhu selain panas untuk
suhu inlet kompresor konstan. Gambar 3 menunjukkan bagaimana perubahan efisiensi
dengan peningkatan suhu penolakan panas untuk suhu inlet turbin konstan.
Gambar 2: Carnot siklus efisiensi dengan
mengubah suhu panas penambahan.
Gambar 3: Siklus Carnot efisiensi dengan
mengubah suhu panas penolakan.
Mesin Panas Endoreversible
Efisiensi yang paling Carnot sebagai kriteria kinerja panas mesin adalah kenyataan
bahwa dengan sifatnya, setiap siklus Carnot maksimal efisien harus beroperasi pada gradien
suhu sangat kecil. Hal ini karena adanya transfer panas antara dua benda pada suhu yang
berbeda tidak dapat diubah, dan karena ekspresi efisiensi Carnot hanya berlaku dalam batas
sangat kecil. Masalah utama dengan itu adalah bahwa obyek mesin panas yang paling adalah
untuk output semacam kekuasaan, dan kekuasaan sangat kecil biasanya tidak apa yang
sedang dicari.
Sebuah ukuran yang berbeda efisiensi mesin panas yang ideal diberikan oleh pertimbangan
termodinamika endoreversible , di mana siklus identik dengan siklus Carnot kecuali dalam
bahwa dua proses perpindahan panas yang tidak reversibel (Callen 1985):
(Catatan: Unit K atau ° R )
Model ini melakukan pekerjaan yang lebih baik memprediksi seberapa baik dunia nyata
mesin panas dapat lakukan (Callen 1985, lihat juga termodinamika endoreversible ):
Efisiensi pembangkit listrik
Pembangkit tenaga listrik (°
C)
(°
C) (Carnot) (Endoreversible) (Observed)
West Thurrock ( Inggris ) batubara
pembangkit listrik 25 565 0.64 0.40 0.36
CANDU ( Canada ) nuklir pembangkit
listrik 25 300 0.48 0.28 0.30
Larderello ( Italia ) stasiun panas bumi
listrik 80 250 0.33 0.178 0.16
Seperti ditunjukkan, efisiensi endoreversible lebih erat model data yang diamati.
Sejarah
Artikel utama: Timeline teknologi panas mesin
Lihat juga: Sejarah mesin pembakaran internal dan Sejarah termodinamika
Mesin panas telah dikenal sejak jaman dahulu, tetapi hanya dibuat menjadi perangkat yang
berguna pada saat revolusi industri pada abad kedelapan belas. Mereka terus dikembangkan
saat ini.
Panas tambahan mesin
Insinyur telah mempelajari siklus panas mesin berbagai luas dalam upaya untuk
meningkatkan jumlah pekerjaan yang dapat digunakan mereka bisa mengambil dari sumber
daya yang diberikan. Batas Siklus Carnot tidak dapat dicapai dengan siklus gas-based, tapi
insinyur telah bekerja setidaknya dua cara untuk mungkin pergi sekitar batas itu, dan salah
satu cara untuk mendapatkan efisiensi yang lebih baik tanpa menekuk aturan.
1. Meningkatkan suhu perbedaan dalam mesin panas. Cara termudah untuk melakukan
ini adalah untuk meningkatkan temperatur sisi panas, yang merupakan pendekatan
yang digunakan dalam modern gabungan-siklus turbin gas . Sayangnya, batas-batas
fisik (seperti titik leleh bahan dari mana mesin dibangun) dan keprihatinan lingkungan
mengenai NO x produksi membatasi suhu maksimum pada mesin panas bisa
diterapkan. Turbin gas modern dijalankan pada suhu setinggi mungkin dalam kisaran
suhu yang diperlukan untuk mempertahankan diterima NO keluaran x [ rujukan? ]. Cara
lain meningkatkan efisiensi adalah untuk menurunkan suhu output. Salah satu metode
baru untuk melakukannya adalah dengan menggunakan cairan kimia campuran kerja,
dan kemudian memanfaatkan perubahan perilaku dari campuran. Salah satu yang
paling terkenal adalah apa yang disebut siklus Kalina , yang menggunakan campuran
70/30 dari amonia dan air sebagai fluida kerjanya. Campuran ini memungkinkan
siklus untuk menghasilkan tenaga yang berguna pada suhu jauh lebih rendah daripada
proses yang lain.
2. Mengeksploitasi sifat fisik fluida kerja. Eksploitasi tersebut yang paling umum adalah
penggunaan air di atas titik yang disebut kritis, atau uap superkritis disebut. Perilaku
cairan atas perubahan kritis mereka titik radikal, dan dengan bahan seperti air dan
karbon dioksida adalah mungkin untuk mengeksploitasi perubahan perilaku untuk
mengekstrak efisiensi termodinamika yang lebih besar dari mesin panas, bahkan jika
menggunakan Brayton cukup konvensional atau Rankine siklus. Sebuah materi baru
dan sangat menjanjikan untuk aplikasi tersebut adalah CO 2 . SO 2 dan xenon juga
telah dipertimbangkan untuk aplikasi seperti, meskipun SO 2 adalah sedikit beracun
untuk sebagian.
3. Mengeksploitasi sifat kimia dari fluida kerja. Sebuah mengeksploitasi cukup baru dan
novel adalah dengan menggunakan cairan bekerja eksotis dengan sifat kimia
menguntungkan. Salah satunya adalah nitrogen dioksida (NO 2), komponen beracun
dari asap , yang memiliki alam dimer sebagai di-nitrogen tetraoxide (N 2 O 4). Pada
suhu rendah, N 2 O 4 dikompresi dan kemudian dipanaskan. Meningkatnya suhu
menyebabkan setiap N 2 O 4 untuk pecah menjadi dua molekul NO 2. Hal ini akan
menurunkan berat molekul dari fluida kerja, yang secara drastis meningkatkan
efisiensi siklus. Setelah 2 NO telah diperluas melalui turbin, didinginkan oleh heat
sink , yang menyebabkan untuk bergabung kembali ke N 2 O 4. Hal ini kemudian
makan kembali oleh kompresor untuk siklus lain. Spesies seperti aluminium bromida
(Al 2 Br 6), NOCl, dan Ga 2 I 6 semuanya telah diselidiki untuk penggunaan tersebut.
Sampai saat ini, kelemahan mereka belum dibenarkan penggunaannya, meskipun
peningkatan efisiensi yang bisa diwujudkan.
DAFTAR PUSTAKA
Anonim. Siklus rankine. Tersedia :
http://instrumentasidanfisika.blogspot.com/view/magazine (Oktober 2012)
Anonim. Mesin Carnot. Tersedia: http://id.wikipedia.org/wiki/mesin_karnot .
top related