Motor Bakar

Tahukah kalian apa saja penerapan dari Hukum I Termodinamika? Motor bakar adalah salah satu penerapannya. 
Ternyata Nikolas August Otto (14 Juni 1832 – 28 Januari 1891) ini adalah penemu Mesin Bakar yang berasal dari Jerman tahun 1864. Nikolas August Otto pertama kali membuat mesin motor bakar pada tahun 1876. Mesin atmosfer pertamanya selesai pada Mei 1867. 5 tahun kemudian ia disusul oleh Gottlieb Daimler dan Wilhelm Maybach dan bersama mereka ciptakan gagasan putaran empat tak atau putaran Otto.

Refrigasi Alami

Jenis-Jenis Refrigerasi Alami

Mesin pendingin seperti lemari es dan AC merupakan sistem refrigerasi buatan. Sebelum ditemukan teknologi mesin pendingin, ada beberapa teknik yang memanfaatkan alam untuk keperluan pendingin termasuk pembuatan es, antara lain:

1.     Pendinginan Malam Hari

Pembuatan es dengan cari daulu ini sagat populer di India. Es dibuat dengan cara menjaga lapsan tipis air di dalam baki yang terbuat dari tanah. Jerami atau rerumputan kering digunakan sebagai insulasi dan menaruhnya di udara terbuka pada malam hari. Air akan kehilangan kalornya secara radiasi ke stratosfer, yang temperaturnya sekitar -55 ^oC. Pada waktu pagi hari air membeku dan membentuk es.

2.       Pendinginan Evaporatif 

Metode ini memanfaatkan kalor laten dari air. Air akan menguap jika menyerap kalor. Prinsi ini sebenarnya sama dengan tubuh kita menjaga temperatur. Pada saat udara panas, kita akan berkeringat sehingga kulit kita terlapisi keringat. Dengan menyerap kalor dari tubuh kita maka keringat menguap dan tubuh kita pun terjaga temperaturnya. Di india, untuk mendapatkan air dingin pada musum panas, air diletakkan di dalam pot terbuat dari tanah. Air akan merembes mealui pori-pori ke permukaan luar pot di mana air akan menguap ke lingkungan. Dengan cara ini permukaan pot menjadi dingin sehingga air yang di dalam pot pun menjadi dingin juga.

3.       Pendinginan dengna larutan garam

Bahan-bahan tertentu, terutama garam, ketika dilarutkan ke dalam air maka akan menyerap kalor dari air karena sifar dari proses endotermik. Hal ini dapat menurunkan temperatur  laruatan garam tersebut. Contohnya adalah dengan menggunakan Sodium Klorida (NaCl) dapat mencapai temperatur -20^oC Namun cara ini hanya dapat diterapkan ada aplikasi yang terbatas dan perlu mengembalikan ke keadaan semula dengan menggunakan kalor.

Penukar Kalor

Penukar kalor adalah suatu perangkat yang digunkan memindahkan energi kalor dari medium satu ke medium yang lain. Perlu diingat bahwa, yang dipindahkan adalah energi kalornya bukan mediumnya. Banyak sekali aplikasi penukar kalor (Heat Exchanger) pada alat-alat yang digunakan sehari-hari, seperti kondenser/evaporator pada AC, Radiator pada mobil, dll.

Penukar kalor biasanya didesain seringkas mungkin.Oleh karenanya pada penukar kalor dikenal yang namannya area density yang dilambangkan dengan β, yaitu rasio antara luas perpundahan panas dengan volume penukar kalor tersebut. Penukar kalor yang memiliki rasio β>700 m²/m³ di kelompokkan sebagai penukar kalor yang compact.

Berbagai jenis keperluan penukar kalor dibutuhkan pada aplikasi-aplikasi tertentu. Oleh karenanya sampai saat ini berbagai macam penukar kalor telah didesain dan diproduksi. Penukar kalor yang paling sederhana adalah penukar kalor yang terdiri dari dua buah pipa yang ukurannya (diameternya) berbeda.
Sehingga salah satu pipa diletakkan didalam pipa yang lain. Untuk lebih jelasnya silakan perhatikan gambar di bawah ini. Ada dua macam tipe aliran jenis penukar kalor ini, yaitu aliran di dalam kedua pipa searah dan berlawanan. Aliran fluida yang dingin mendapatkan kalor dari aliran fluida yang panas. 

 Penukar kalor shell and tube sederhana (sumber gambar: heat and mass transfer, Yunus Cengel)

Adapula penukar kalor yang alirannya saling tegak lurus diantara dua fluida yang bertukar kalor. Penukar kalor ini dinamakan Cross Flow. Pada gambar terlihat ada pipa yang terpasang sirip-sirip. Pada pipa mengalir fluida sedangankan pada sirip-siripnya dialirkan udara. Sirip-sirip berfungsi untuk memperbesar luas permukaan sehingga laju perpindahan panas secara konveksi menjadi lebih besar.

 

Penukar Kalor Cross Flow (sumber gambar: heat and mass transfer, Yunus Cengel)

Penukar kalor biasanya dinamakan sesuai dengan fungsinya. Kondenser dan evaporator pada sklus refrigerasi misalnya, pada dasarnya kedua komponen itu ada penukar kalor. Dinamakan condenser karena fungsi penukar kalor tersebut adalah untuk menkondensasikan alira gas ke cair. Begitu pula evaporator, berfungsi untuk menguapkan (evaporasi) cair menjadi gas. 

Contoh Soal Sederhana dari Asas Black

Soal 1.

Sebuah gelas berisi air dingin dengan massa 200 gram pada suhu 20 derajat celcius dicampurkan dengan air panas bermassa100 gram pada 80 derajat celcius. Jika gelas dianggap tidak menerima kalor berapakah suhu campuran dari air panas dan air dingin tersebut?

Notes: perlu diperhatikan bahwa yang melepaskan kalor adalah zat dengan suhu lebih tinggi dalam hal ini air panas, dan yang menerima kalor adalah zat dengan suhu lebih rendah yaitu air dingin.

Dik: 

m air dingin = 200 gram

T air dingin = 20 derajat celcius

m air panas = 100 gram

T air panas = 80 derajat celcius 

c air panas = c air dingin  = 1 kal/gr c

Dit: 

Suhu Campuran (Tc) = ... ?

Jawab:

Sehingga Tc (suhu akhir campuran) adalah 40 derajat celcius. 

Soal 2

Sebongkah es 100 gram pada suhu 0 derajat celcius dicampurkan dengan air 200 gram pada suhu 70 derajat celicus. Jika es melebur seluruhnya berapakah suhu akhir campuran es dan air tersebut?

Notes: untuk menjawab pertanyaan ini dianjurkan sekali membuatkan grafik perubahan suhunya agar lebih mudah dipahami sebagai berikut:  

Dari grafik bisa dilihat bahwa es berubah hingga menjadi air dengan menerima kalor melalui proses melebur dengan besar kalor Q1 dan diteruskan dengan Q2. Air panas pun melepaskan kalor dengan besar kalor Q3.

 

Dik:

m es = 100 gram

T es = 0 derajat celcius

m air panas = 200 gram

T air panas = 70 derajat celcius

c air = 1 kal/gr c

Les = 80 kal/gr 

Dit:

T campuran =....?

Jawab:

 

Soal 3.

Soal ini berkenaan dengan perpindahan kalor melalui proses konduksi. 

Dua buah batang logam P dan Q dengan luas dan panjang yang sama disambungkan ujung-ujungnya. Suhu batang P adalah80 derajat celcius, sedang suhu batang Q adalah 20 derajat celcius. Jika konduktivitas termal batang logam P dua (2) kalibatang logam Q, berapakah suhu sambungan dua batang logam tersebut?

Dik:

A logam P = A logam Q

L logam P = L logam Q

K logam P = 2 K logam Q

T Logam P = 80 derajat celcius

T Logam Q = 20 derajat celcius

Dit:

Tc =...?

Jawab:

Dengan demikian suhu sambungan kedua batang logam tersebut adalah 60 derajat celcius.

Asas Black

Pernahkah anda melakukan kegiatan mencampurkan air panas dengan air biasa? Mengapa lama-kelamaan suhu air panas tersebut perlahan-lahan turun seiring dengan banyaknya air biasa yang dicampurkan? Atau pernahkah anda merasakan saat berlama-lama di dalam ruangan ber-AC lalu setelah keluar anda merasakan udara di luar sangat panas namun lama-kelamaan rasa panas itu hilang dengan sendirinya? Mengapa hal itu bisa terjadi? Semua fenomena ini akan banyak ditemukan di dalam kehidupan sehari-hari yang hampir tiap waktu kita rasakan. Fenomena ini mungkin terasa sudah biasa kita rasakan, namun adakah yang mengetahui apa yang sebenarnya terjadi pada kejadian tersebut? Oleh karena alasan tersebut maka kali ini kita akan membahas mengenai teori Joseph Black mengenai kalor dan penerapannya dalam kehidupan sehari-hari.

Apa Itu Mesin Pendingin dan Pompa Kalor?

a. Mesin Pendingin

Mesin pendingin, sama seperti mesin kalor, adalah sebuah alat siklus. Fluida kerjanya disebut dengan refrigerant. Siklus refrigerasi yang paling banyak digunakan adalah daur refrigerasi kompresi-uap yang melibatkan empat komponen : kompresor, kondensor, katup ekspansi dan evaporator

Mesin Kalor

Mesin kalor adalah sebutan untuk alat yang berfungsi mengubah energi panasmenjadi energi mekanik.     

Sebuah mesin kalor dapat di karakteristikkan sebagai berikut:

1.      mesin kalor menerima panas dari source bertemperatur tinggi (energi matahari, bahan bakar, reaktor nuklir, dll)

2.      mesin kalor mengkonvensi sebagian panas menjadi kerja (umumnya dalam bentuk poros yang berputar)

3.      mesin kalor membuang sisa panas ke sink bertemperatur rendah.

4.      Mesin kalor beroperasi dalam sebuah siklus.

Sebuah alat produksi kerja yang paling tepat mewakili definisi dari mesin kalor adalah pembangkit listrik tenaga air, yang merupakan mesin pembakaran luar dimana fluida kerja mengalami siklus termodinamika yang lengkap.