Penerapan Proses Adiabatik

Mesin Diesel

a. Sejarah Mesin Diesel

Rudolf Diesel lahir di Paris tahun 1858 sebagai keluarga ekspatriat Jerman. Ia melanjutkan studi di Politeknik Munchen. Setelah lulus dia bekerja sebagai teknisi kulkas, namun bakatnya terdapat dalam mendesain mesin. Diesel mendesain banyak mesin panas, termasuk mesin udara bertenaga solar. tahun 1892 ia menerima paten dari Jerman, Swiss, Inggris, dan Amerika Serikat untuk karyanya "Method of and Apparatus for Converting Heat into Work" (Metode dan Alat untuk Mengubah Panas menjadi Kerja). Tahun 1893 ia menemukan sebuah "mesin pembakaran-lambat" yang pertama-tama mengkompres udara sehingga menaikkan temperaturnya sampai di atas titik nyala, lalu secara bertahap memasukkan bahan bakar ke dalam ruang bakar. Tahun 1894 dan 1895 ia membuat paten di beberapa negara untuk mesin yang ia temukan, pertama di Spanyol (No. 16.654), Perancis (No. 243.531) dan Belgia (No. 113.139) bulan Desember 1894, Jerman (No. 86.633) tahun 1895, dan Amerika Serikat (No. 608.845) tahun 1898. Ia mengoperasikan mesin pertamanya tahun 1897.

Di Augsburg, 10 Agustus 1893, Rudolf Diesel menciptakan mesin pertamanya, sebuah silinder tunggal 10-foot (3.0 m) berbahan besi dengan roda gila pada dasarnya. Diesel memerlukan waktu 2 tahun untuk menyempurnakan mesinnya dan pada tahun 1896 ia mendemonstrasikan model lainnya dengan efisiensi teoritis 75%, sangat jauh bila dibandingkan dengan mesin uap yang hanya 10%. Tahun 1898, Diesel telah menjadi jutawan. Mesin buatannya telah digunakan untuk menggerakkan transportasi jalur pipa, pembangkit listrik dan air, mobil, truk, dan kapal, kemudian juga menyebar sampai pertambangan, ladang minyak, pabrik, dan transportasi antar benua.

b. Komponen-Komponen Mesin Diesel

Motor diesel diciptakan oleh seorang warga Jerman bernama Rudolf Diese, dimana pada tahun 1898 berhasil menunjukkan karyanya. Latar belakang Rudolf Diesel membuat mesin tersebut karena ia berkesimpulan bahwa mesin uap semasa itu amat memboroskan bahan bakar, karena rendemennya (efesiensinya) yang rendah. Hingga ia berkehendak untuk membuat suatu mesin yang pemakaian bahan bakarnya rendah dan dapat merubah panas menjadi panas berguna. Sampai saat ini motor diesel merupakan jenis motor yang dekat dengan populer, karena pemakaian bahan bakarnya yang mudah dan lebih irit.

Motor diesel biasanya juga disebut "motor pernyalaan-kompresi" ("compression - Ignition engine") oleh karena cara penyalaan bahan bakarnya dilakukan dengan menyemprotkan bahan bakar ke dalam udara yang bertekanan dan bertemperatur tinggi, sebagai dari akibat proses kompresi. Motor empat tak adalah motor yang setiap siklus kerjanya diselesaikan dalam empat langkah torak dan dua kali putaran poros engkol.

Komponen Utama Mesin Diesel, yaitu :

1. Torak

Torak bergerak bolak-balik dari TMA ke TMB atau sebaliknya dan menyebabkan terjadinya perubahan volume baik diatas torak maupun dibawah torak. Selain itu juga menyebabkan perubahan tekanan. Pada torak terdapat ring yang berfungsi sebagai perapat antara silinder dan torak.

2. Silinder

Merupakan sebuah ruangan tempat udara yang dikompresikan dan bercampur dengan bahan bakar untuk menghasilkan daya dan merupakan tempat penggerak piston.

3. Katup

Terdapat dua jenis katup yaitu katup masuk dan katup buang. Katup masuk adalah tempat udara masuk kedalam silinder, sedangkan katup buang adalah tempat daya hasil pembakaran dikeluarkan.

4. Engkol

Batang engkol berfungsi untuk menghubungkan atau meneruskan gerak bolak-balik kedalam poros engkol. Sebuah komponen yang gerak bolak-balik piston menjadi gerak putaran yang meneruskan daya dari piston ke poros yang digerakkan.

c. Prinsip Kerja Mesin Diesel

Diagram siklus termodinamika sebuah mesin diesel ideal. Urutan kerja mesin diesel berurutan dari nomor 1-4 searah jarum jam. Dalam siklus mesin diesel, pembakaran terjadi dalam tekanan tetap dan pembuangan terjadi dalam volume tetap. Tenaga yang dihasilkan setiap siklus ini adalah area di dalam garis siklus.

Mesin diesel menggunakan prinsip kerja hukum Charles, yaitu ketika udara dikompresi maka suhunya akan meningkat. Udara disedot ke dalam ruang bakar mesin diesel dan dikompresi oleh piston yang merapat dengan rasio kompresi antara 15:1 dan 22:1 sehingga menghasilkan tekanan 40-bar (4.0 MPa; 580 psi), dibandingkan dengan mesin bensin yang hanya 8 to 14 bars (0.80 to 1.40 MPa; 120 to 200 psi). Tekanan tinggi ini akan menaikkan suhu udara sampai 550 °C (1,022 °F). Beberapa saat sebelum piston memasuki proses kompresi, bahan bakar diesel disuntikkan ke ruang bakar langsung dalam tekanan tinggi melalui nozzle dan injektor supaya bercampur dengan udara panas yang bertekanan tinggi. Injektor memastikan bahwa bahan bakar terpecah menjadi butiran-butiran kecil dan tersebar merata. Uap bahan bakar kemudian menyala akibat udara yang terkompresi tinggi di dalam ruang bakar. Awal penguapan bahan bakar ini menyebabkan sebuah waktu tunggu selagi penyalaan, suara detonasi yang muncul pada mesin diesel adalah ketika uap mencapai suhu nyala dan menyebabkan naiknya tekanan diatas piston secara mendadak. Oleh karena itu, penyemprotan bahan bakar ke ruang bakar mulai dilakukan saat piston mendekati (sangat dekat) TMA untuk menghindari detonasi. Penyemprotan bahan bakar yang langsung ke ruang bakar di atas piston dinamakan injeksi langsung (direct injection) sedangkan penyemprotan bahan bakar kedalam ruang khusus yang berhubungan langsung dengan ruang bakar utama dimana piston berada dinamakan injeksi tidak langsung (indirect injection).
Ledakan tertutup ini menyebabkan gas dalam ruang pembakaran mengembang dengan cepat, mendorong piston ke bawah dan menghasilkan tenaga linear. Batang penghubung (connecting rod) menyalurkan gerakan ini ke crankshaft dan oleh crankshaft tenaga linear tadi diubah menjadi tenaga putar.
Tingginya kompresi menyebabkan pembakaran dapat terjadi tanpa dibutuhkan sistem penyala terpisah (pada mesin bensin digunakan busi), sehingga rasio kompresi yang tinggi meningkatkan efisiensi mesin. Meninggikan rasio kompresi pada mesin bensin hanya terbatas untuk mencegah kerusakan pra-pernyalaan.

Penerapan Proses Isotermal

AC Ruangan

a. Bagian-bagian Ac Ruangan

Udara dingin tersebut sebenarnya merupakan output dari sistem yang terdiri dari beberapa komponen, yaitu; compressor AC, kondensor, orifice tube, evaporator, katup ekspansi, dan evaporator. Berikut adalah penjelasan singkat mengenai peran masing-masing bagian tersebut:

Compressor AC

Compressor AC adalah power unit dari sistem AC. Ketika AC dijalankan, compressor AC mengubah fluida kerja/refrigent berupa gas dari yang bertekanan rendah menjadi gas yang bertekanan tinggi. Gas bertekanan tinggi kemudian diteruskan menuju kondensor.

Kondensor AC

Kondensor adalah sebuah alat yang digunakan untuk mengubah gas yang bertekanan tinggi berubah menjadi cairan yang bertekanan tinggi yang kemudian akan dialirkan ke orifice tube. Kondensor merupakan bagian yang “panas” dari air conditioner. Kondensor bisa disebut heat exchange yang bisa memindahkan panas ke udara atau ke intermediate fluid (semacam air larutan yang mengandung ethylene glycol), untuk membawa panas ke orifice tube.

Orifice Tube

Orifice tube merupakan tempat di mana cairan bertekanan tinggi diturunkan tekanan dan suhunya menjadi cairan dingin bertekanan rendah. Dalam beberapa sistem, selain memasang sebuah orifice tube, dipasang juga katup ekspansi.

Katup Ekspansi

Katup ekspansi merupakan komponen penting dalam sistem air conditioner. Katup ini dirancang untuk mengontrol aliran cairan pendingin melalui katup orifice yang merubah wujud cairan menjadi uap ketika zat pendingin meninggalkan katup pemuaian dan memasuki evaporator/pendingin.

Evaporator AC

Refrigent menyerap panas dalam ruangan melalui kumparan pendingin dan kipas evaporator meniupkan udara dingin ke dalam ruangan. Refrigent dalam evaporator mulai berubah kembali menjadi uap bertekanan rendah, tapi masih mengandung sedikit cairan. Campuran refrigent kemudian masuk ke akumulator / pengering. Ini juga dapat berlaku seperti mulut/orifice kedua bagi cairan yang berubah menjadi uap bertekanan rendah yang murni, sebelum melalui compressor AC untuk memperoleh tekanan dan beredar dalam sistem lagi. Biasanya, evaporator dipasangi silikon yang berfungsi untuk menyerap kelembapan dari refrigent.

Thermostat

Thermostat pada air conditioner beroperasi dengan menggunakan lempeng bimetal yang peka terhadap perubahan suhu ruangan. Lempeng ini terbuat dari 2 metal yang memiliki koefisien pemuaian yang berbeda. Ketika temperatur naik, metal terluar memuai lebih dahulu, sehingga lempeng membengkok dan akhirnya menyentuh sirkuit listrik yang menyebabkan motor AC aktif.

b. Prinsip Kerja AC Ruangan

Compressor AC yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent), jadi refrigent yang masuk ke dalam compressor AC dialirkan ke condenser yang kemudian dimampatkan di kondenser. 
Di bagian kondenser ini refrigent yang dimampatkan akan berubah fase dari refrigent fase uap menjadi refrigent fase cair, maka refrigent mengeluarkan kalor yaitu kalor penguapan yang terkandung di dalam refrigent. Adapun besarnya kalor yang dilepaskan oleh kondenser adalah jumlahan dari energi compressor yang diperlukan dan energi kalor yang diambil evaparator dari substansi yang akan didinginkan. 

Pada kondensor tekanan refrigent yang berada dalam pipa-pipa kondenser relatif jauh lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigent yang berada pada pipi-pipa evaporator. 

Setelah refrigent lewat kondenser dan melepaskan kalor penguapan dari fase uap ke fase cair maka refrigent dilewatkan melalui katup ekspansi, pada katup ekspansi ini refrigent tekanannya diturunkan sehingga refrigent berubah kondisi dari fase cair ke fase uap yang kemudian dialirkan ke evaporator, di dalam evaporator ini refrigent akan berubah keadaannya dari fase cair ke fase uap, perubahan fase ini disebabkan karena tekanan refrigent dibuat sedemikian rupa sehingga refrigent setelah melewati katup ekspansi dan melalui evaporator tekanannya menjadi sangat turun. 
Hal ini secara praktis dapat dilakukan dengan jalan diameter pipa yang ada dievaporator relatif lebih besar jika dibandingkan dengan diameter pipa yang ada pada kondenser.
Dengan adanya perubahan kondisi refrigent dari fase cair ke fase uap maka untuk merubahnya dari fase cair ke refrigent fase uap maka proses ini membutuhkan energi yaitu energi penguapan, dalam hal ini energi yang dipergunakan adalah energi yang berada di dalam substansi yang akan didinginkan. 

Dengan diambilnya energi yang diambil dalam substansi yang akan didinginkan maka enthalpi [1] substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun, dengan turunnya enthalpi maka temperatur dari substansi yang akan didinginkan akan menjadi turun. Proses ini akan berubah terus-menerus sampai terjadi pendinginan yang sesuai dengan keinginan. Dengan adanya mesin pendingin listrik ini maka untuk mendinginkan atau menurunkan temperatur suatu substansi dapat dengan mudah dilakukan.

Perlu diketahui :
Kunci utama dari air conditioner adalah refrigerant, yang umumnya adalah fluorocarbon [2], yang mengalir dalam sistem, menjadi cairan dan melepaskan panas saat dipompa (diberi tekanan), dan menjadi gas dan menyerap panas ketika tekanan dikurangi. Mekanisme berubahnya refrigerant menjadi cairan lalu gas dengan memberi atau mengurangi tekanan terbagi mejadi dua area: sebuah penyaring udara, kipas, dan cooling coil (kumparan pendingin) yang ada pada sisi ruangan dan sebuah compressor (pompa), condenser coil (kumparan penukar panas), dan kipas pada jendela luar.

Udara panas dari ruangan melewati filter, menuju ke cooling coil yang berisi cairan refrigerant yang dingin, sehingga udara menjadi dingin, lalu melalui teralis/kisi-kisi kembali ke dalam ruangan. Pada compressor AC, gas refrigerant dari cooling coil lalu dipanaskan dengan cara pengompresan. Pada condenser coil, refrigerant melepaskan panas dan menjadi cairan, yang tersirkulasi kembali ke cooling coil. Sebuah thermostat AC [3] mengontrol motor compressor AC untuk mengatur suhu ruangan.
[1] Entalphi adalah istilah dalam termodinamika yang menyatakan jumlah energi internal dari suatu sistem termodinamika ditambah energi yang digunakan untuk melakukan kerja.
[2] Fluorocarbon adalah senyawa organik yang mengandung 1 atau lebih atom Fluorine. Lebih dari 100 fluorocarbon yang telah ditemukan. Kelompok Freon dari fluorocarbon terdiri dari Freon-11 (CCl3F) yang digunakan sebagai bahan aerosol, dan Freon-12 (CCl2F2), umumnya digunakan sebagai bahan refrigerant. Saat ini, freon AC dianggap sebagai salah satu penyebab lapisan Ozon Bumi menajdi lubang dan menyebabkan sinar UV masuk. Walaupun, hal tersebut belum terbukti sepenuhnya, produksi fluorocarbon mulai dikurangi.
[3] Thermostat pada air conditioner beroperasi dengan menggunakan lempeng bimetal yang peka terhadap perubahan suhu ruangan. Lempeng ini terbuat dari 2 metal yang memiliki koefisien pemuaian yang berbeda. Ketika temperatur naik, metal terluar memuai lebih dahulu, sehingga lempeng membengkok dan akhirnya menyentuh sirkuit listrik yang menyebabkan motor AC aktif/jalan.

Penerapan Hukum Kesetimbangan

Panas tidak bisa mengalir dari material yang dingin ke yang lebih panas secara spontan. Entropi adalah tingkat keacakan energi. Jika satu ujung material panas, dan ujung satunya dingin, dikatakan tidak acak, karena ada konsentrasi energi. Dikatakan entropinya rendah. Setelah rata menjadi hangat, dikatakan entropinya naik.
Aplikasi : 
Kulkas harus mempunyai pembuang panas di belakangnya, yang suhunya lebih tinggi dari udara sekitar. Karena jika tidak panas dari isi kulkas tidak bisa terbuang keluar.


Kulkas

a. Komponen Utama Mesin Pendingin (Kulkas)

Modal  utama  untuk  bias  mereparasi  atau  memperbaiki  mesin  pendingin  secara  tepat dan benar ialah anda diwajibkan mengenal bagian‐bagian alat mesin pendingin dan  cara  kerjanya,  salah  satu  diantaranya  adalah  kompresor.  Kompresor  yang  bias  menekan  gas  atau  udara  dan  menghisapnya  harus  dilengkapi  dengan  dinamo (motor).  Dinamo  ini   berfungsi sebagaipengeerak kompresor. 

Gambar : Dinamp dan Kompresor

Dinamo  yang  mendapatkan  tenaga  arus  bolak  balik  (ac)  akan  berputar.  Karena  poronya yang dilengkapi dengan ban (belt) yang menghubungkan poros engkol kompresor,  maka  secara  otomatis  pula  kompresor  bekerja  melakukan  pengisapan  udara  dan  pemompaan. 

Kompresor

Gambar : Kontruksi Kompresor Pendingin

Katub tekan, adalah sebuah katub dalam ruangan kompresor yang berfungsi menekan gas  atau udara menuju ke pipa kondensor. Katub ini akan terbuka jika terkena tekanan piston  dalam silinder, yaitu mana kala piston bergerak menekan ke atas. 

Katub hisap, adalah katub yang cara kerjanya berlawanan dengan katub tekan.  Katub ini  akan menutup manakala katub tekan tertutub. Hal tersebut akan bergerak secar aberirama  dan bergantian seiring gerakan maju mundur piston dalam silinder. Jika piston turun maka  katub  hisap akan  terbuka  dan  terjadilah  hisapan  udara  dari  filter,  yang  berasal  dari  pipa  penghisap.

Filter udara,  terpasang  sebelum  katub  hisap.  Dipasangnya  filter  udara  dibagian  depan  katub  hisap  ini  tujuannya  adalah  agar  udara  yang  dihisap  oleh  kompresor  tetap  bersih,  tidak tercemar oleh debu atau yang lainnya.    Silinder,  adalah  bagian  dari  kompresor  yang  berfungsi  sebagai  rumah  piston  atau  torak.  Silinder tidak boleh bocor atupun tergores. Jika bocor ataupun tergores maka daya tekanan  kompresi akan berkurang, sehingga kurang mampu menekan atau menghisap udara.  

Piston, disebut  juga  torak.  Fungsinya  untuk  memompa  dan  menghisap  udara  sehingga  dalam  saluran  dalam  pipa‐pipa  mesin  pendingin  terjadi  adanya  sirkulasi  gas.  Piston  bergerak maju mundur atau naik turun sejalan dengan gerakan engkol. Dimana engkol ini  dipengaruhi  oleh  putaran  poros,  sedangkan  poros  dipengaruhi  oleh  putaran  rotor  pada  dinamo. 

Gambar : Piston atau torak dan ring-ringnya

Jika  ring  pada  piston  tidak  tepat  pemasangannya  dan  bocor,  maka  udara  dalam  ruang  silinder akan bocor, akibatnya  daya  tekan  kompreasi dan daya hisap akan berkurang.  Ini  akan  sangat  mempengaruhi  proses  pendinginan  pada  saluran  pipa.  Tujuan  ring  ini  dipasang adalah untuk mendapatkan kerapatan pada ruang silinder. 

Batang torak atau batang piston, adalah  suatu  alat  yang  berfungsi  menghubungkan  piston dengan engkol. Batang ini berupa logam besi yang ujungnya diberi spie (pen) untuk  mengkaitkan  piston  pada  engkol.  Jika  engkol  bergerak  sejalan  dengan  putaran  porosnya  maka engkol akan bergerak maju mundur, dan gerakan ini menekan serta menarik piston  secara beirama. 

Engkol, juga terbuat dari logam yang dikaitkan pada poros. Dengan demikian engkol akan  mengikuti putaran poros sehingga mempengaruhi gerak maju mundur batang piston.   

Poros engkol,  terangkai  dengan  engkolnya.  Dan  engkol  dirangkai  dengan  batang  piston.  Poros  engkol  jika  bergerak  akan  mengubahposisi  batang  piston  sehingga  terjadilah  gerakan maju mundur atau naik turunya piston. 

Gambar : Batang Piston dan Engkol

Evaporator

Evaporator  adalah  jaringan  atau  bentuk  pipa  yang  dikonstruksi  sedemikian  rupa.  Fungsinya sebagai alat pendingin. Pipa evaporator ada  yang  terbuat  dari bahan  tembaga,  besi, alumanium atau dari kuningan. Namun kebanyakan terbuat dari alumanium dan besi.  Kerusakan  yang  sering  dijumpai  pada evaporator adalah  kebocoran  pipa. Hamper  semua  kerusakan  terjadi  karena  kebocoran  sehingga  mesin  pendingin  tidak  mampu  mendinginkan ruangan (pada kulkas adalah ruang pendingin).  

Adapun  cara  kerja  evaporator  adalah  menguapkan  gas  yang  masuk  dari  pipa  condenser.  Gas  refrigerant  dari  kompresor  masih  dalam  temperatur  yang  sangat  tinggi.  Artinya  kalorinya  (panasnya)  dinaikkan.  Setelah  itu  karena  dorongan  dari  kompresor,  ia  mengalir  masuk  ke  pipa‐pipa  kondensor.  Di  dalam  pipa  condenser  ini,  gas  mengalami  perubahan  menjadi  dingin.  Selanjutnya  mengalir  terus  menuju  pipa  kapiler.Dari pipa kapiler merambat menuju pipa evaporator. 

Gambar : Pipa evaporator berada dalam ruang mesin pendingin/kulkas. 

Pipa Kapiler

Pipa  kapiler  adalah  suatu  pipa  pada  mesin  pendingin  yang  mempunyai  diameter  yang paling kecil jika dibandingkan dengan pipa‐pipa lainnya. Jika pada evaporator pipanya mempunyai 5/16 inci. Maka untuk pipa kapiler mempunyai diameter 0,026 atau 0,031. Kerusakan mesin pendingin biasanya banyak dijumpai pada pipa kapiler ini, kalau tidak bocor mungkin tersumbat. 

Pipa kapiler berfungsi untuk menurunkan tekanan dan mengatur cairan refrigerant  (udara  refrigerant)  yang  merayap  dari  pipa‐pipa  condenser.  Namun  sebelum  gas refrigerant merayap kepipa kepiler ia harus melalui alat yang disebut dengan dried staint.  Yakni saringan gas yang sudah terpasang oleh pabrik mesin pendingin. Fungsi dari alat ini  adalah menyaring dan menyerap debu yang akan masuk ke ruang pipa berikutnya (kapiler  dan evaporator). Bentuk dari alat ini ialah berupa tabung kecil dengan diameter antara 12‐ 15 mm, sedangkan panjangnya tak kurang dari 14 – 15 cm. 

Ada  dua  macam  pipa  kapiler  yang  mempunyai  fungsi  yang  berbeda  dalam  mesin  pendingin.  Yaitu  pipa  kapiler  sebagai  pengubah  panas  (heat  exchanger)  dan  pipa  yang  satunya  lagi  berfungsi  untuk  penghisap  gas  dari  pipa  evaporator.  Ketika  gas  Freon  pada  pipa pengubah panas masih dalam keadaan bertekanan tinggi, namun pada saat masuk ke  pipa  penghisap  berubah  suhunya menjadi  rendah. Dari  pipa  penghisap akan mengalir  ke  motor  listrik  atau  dinamo.  Demikianlah  putaran  gas  Freon  yang  terus  menerus  disaat  mesin hidup dan sebelum otomatis memutus kontak.  

Gambar :  Pipa kapiler pada mesin pendingin 

Kran Ekspansi

Kran ini banyak dijumpai pada mesin pendingin, fungsinya sebagai pengontrol  refrigerant  yang masuk  ke pipa pertama pada jenus pipa lainnya. Fungsinya sama dengan  pipa kapiler yaitu menurunkan cairan refrigerant.  

Discharge Line and Suction Line

Pipa‐pipa ini merupakan pipa tambahan. Pipa discharge line berfungsi sebagai pipa  tambahan  penyaluran  udara  (gas  refrigerant)  keluar  dari  dlam  mesin.  Prosesnya  ialah  udara  yang  dipompakan  atau  ditekan  oleh  kompresor  akan  mengalir  masuk  ke  pipa  tambahan discharge line kemudian diteruskan ke pipa condenser.  Sedangkan pipasuction  line  adalah  pipa  tambahan  yang  fungsinya  sebagai  penyalur  gas  refrigerant  ke  dalam mesin.  Prosesnya  ialah  gas  refrigerant  tersebut  masuk  dari  pipa  evaporator  yang  temperaturnya  rendah    (terjadi  kondisi  penguapan),  kemudian  ke  pipa  kapiler  (pipa  kapiler penghisap) kemudian menuju pipa suction line yang selanjutnya masuk ke katub di  kompresor. 

Gambar : Pipa discharge line dan suction line. 

Pengontrol Listrik Otomatis

Pada mesin pendingin, baik kulkas maupun AC dilengkapi dengan pengontrol listrik  otomatis.    Tujuannnya  adalah  untuk  menghindari  adanya  kerusakan  akibat  gerakan  dinamo  dan  kompresor  yang  terus menerus melakukan  penekanan.  Jika  tidak  dilengkapi  dengan alat ini, maka mesin pendingin akan terus menerus bekerja walaupun tekanan atau  suhu di dalam pipa mengalami  temperatur suhu yang maksimal. Alat otomatis yang biasa  dugunakan adalah bimetal,  dan thermostat. 

Alat Pengaman bimetal

Bimetal  adalah  suatu  alat  kontrol  listtrik  sebagai  pengaman  mesin  pendingin.  Tujuannya  untuk  melindungi  dan  menganamankan  dinamo  dari  tegangan  listrik.  Prinsipnya  adalah  apabila  tegangan  PLN  naik  terlalu  tinggi  maka  bimetal  segera  memutuskan hubungan sehingga motor listrik (dinamo) tidak terkena aliran yang tinggi. 

Adapun  cara  kerja  alat  ini  adalah:  (1).  Jika  aliran  tegangan  yang  tinggi  dari  PLN  masuk ke kumparan maka kumparan akan terbakar. Alat pemanas ini dipasang dekat soket  atau jeck  yang menuju  ke  stop  kontak  PLN.  Cara  kerjanya adalah  jika  tegangan  dari  PLN  mendadak  naik,  maka  elemen  pemanas  akan  beraksi  yang  selanjutnya  akan  mengalir  ke  plat  bimetal  melalui  kawat  nikelin  sebagai  penghubung.  Akibatnya  plat  bimetal  yang  tak  tahan  panas  memuai  dan  menjadi  melengkung.  Dengan  melengkungnya  bimetal  kontak  dengan katub lain akan terbuka. Yang artinya tegangan menjadi putus (tak ada tegangan).  Dinamo  tidak  bekerja.  (2) jika  tegangan  dari PLN wajar‐tidak  tinggi‐ maka elemen  panas  bekerja  dengan  tidak  bereaksi.  Begitu  juga  dengan  plat  bimetal  tidak  akan  dapat  aliran 

panas.  Plat menjadi lurus  dan  terjadi  hubungan  (kontak)  antara  kutub  yang  satu  dengan  yang lainnya. Dengan demikian motor mendapatkan tenaga dari arus listrik

Gambar : Bimetal terkena tegangan tinggi, kontak terputus 

Gambar :  Bimetal tidak terkena tegangan tinggi, kontak terhubung. 

Alat Pengaman Thermostat

Fungsi Thermostat pada mesin pendingin adalah sebagai berikut; 

‐ Mengatur batas suhu dalam ruang evaporator  

‐ Mengatur lamanya kompresor dan dinamo berhenti  

‐ Mengatur untuk menjalankan kembali dinamo dan kompresor bekerja Pada thermostat dilengkapi dengan tabung yang berisi cairan yang mudah sekali menguap.  Tabung  tersebut ditempatkan pada ruang mesin pendingin  (ruang evaporator) kemudian  disalurkan oleh pipa kapiler ke ruang gas.  Prinsip kerjanya adalah jika ruang dlam mesin  pendingin  mencapai  titik  beku  (dalam  evaporator  mencapai  temperature  yang  sangat  rendah),  maka  cairan  dalam  tabung  thermostat  akan  membeku.  Cairan  yang  membeku  akan menyusut. Dengan terjadinya penyusutan berarti gas dari ruang gas akan mengalir ke  pipa  kapiler  yang  kosong.  Ruang  gas  menjadi  kendur.  Pegas  akan  menekannya  sehingga  kontak  saklar  akan  membuka.  Dengan  demikian  terputuslah  hubungan  listrik  dari  PLN.  Berarti  dynamo  berhenti  dan  kompresorpun  berhenti  tetapi  dalam  waktu  yang  relative  agak  lama.  Apabila  ruangan  mesin  mendingin  (pada  evaporator)  suhunya  naik  lagi  dan  tidak  pada  titik  beku,  dalam  tabung  akan  berubah  menjadi  cair  yang  berarti  ruang  gas member tekanan. Saklar kontak akan terhubung. Motor (dynamo) dan kompresor bekerja  lagi, demikianlah berturut‐turut.  

Gambar : Thermostat dalam keadaan putus 

Gambar : Thermostat dalam keadaan tersambung.

b. Cara Kerja Mesin Pendingin (Kulkas)

Mesin  pendingin adalah  suatu  rangkaian  rangkaian  yang  mampu  bekerja  untuk  menghasilkan suhu atau temperature dingin. Mesin pendingin bisanya berupa kulkas,  freezer  atau AC. Namun AC  fungsinya adalah sebagai penyejuk atau pendingin suhu udara dalam  ruangan.   Adapun  proses  kerjanya  adalah  “  Penguapan”.  Untuk  mendapatkan  penguapan  diperlukan  gas  (udara)  yang  mencapai  temperature  tertentu  (panas).  Setelah  udara  tersebut panas diubah agar kehilangan panas,  sehingga  terjadi penguapan. Disaat adanya  penguapan, maka timbullah suhu di dalam temperature rendah (dingin). Mesin pendingin  bisa bekerja dengan baik jika memiliki komponen berikut. 

Gambar :  Skema cara kerja mesin pendingin. 

1. Kompresor (pipa hisap‐tekan)  Kompresor adalah suatu alat dalam mesin pendingin yang cara kerjanya dinamis atau  bergerak,  yakni  menghisap  sekaligus  memompa  udara  sehingga  terjadilahsirkulasi  (perputaran) udara yang mengalir dari pipa‐pipa mesin pendingin.  

2. Kondensor (pipa pengembun)  Kondensor merupakan suatu jaringan pipa yang berfungsi sebagai pengembun. Udara  yang  dipompakan  dari  kompresor  akan mengalami  penekanan  sehingga mengalir  ke  pipa  kondensor.  Udara  yang  berada  dalam  pipa  kondensor  akan  mengalami  pengembunan.  Dari  sini,  udara  yang  sudah  mengembun  dan  menjadi  zat  cair  akan  mengalir menuju pipa evaporator.  

3. Evaporator (pipa penguap)  Evaporator adalah pipa yang berfungsi sebagai penguapan. Zat cair yang berasal dari  pipa  kondensor masuk  ke evaporator lalu  berubah wujud menjadi gas  dingin  karena  mengalami  penguapan.  Selanjutnya  udara  tersebut  mampu  menyerap  kondisi  panas  yang ada dalam ruangan mesin pendingin. Selanjutnya gas yang ada dalam evaporator  akan  mengalir  menujukompresor  karena  terkena  tenaga  hisapan.  Demikian  terus  menerus sirkulasi udara dan perubahannya dalam rangkaian mesin pendingin.  

PERISTIWA-PERISTIWA PENTING PERKEMBANGAN TERMODINAMIKA

• Pada dasarnya, termodinamika adalah ilmu yang mempelajari tentang panas sebagai energi yang mengalir. Oleh karena itu, sejarah berkembangnya ilmu termodinamika berawal sejak manusia mulai “memikirkan” tentang panas. Orang yang pertama kali melakukannya adalah Aristoteles (350 SM). Dia mengatakan bahwa panas adalah bagian dari materi atau materi tersusun dari panas.Penalaran yang dilakukan oleh Aristoteles diteruskan oleh Galileo Galilei (1593) yang menganggap bahwa panas adalah sesuatu yang dapat diukur dengan penemuannya berupa termometer air.[1] Beberapa abad setelahnya Sir Humphrey Davy dan Count Rumford (1799) menegaskan bahwa panas adalah sesuatu yang mengalir. Kesimpulan ini mendukung prinsip kerja termometer, tapi membantah pernyataan Aristoteles. Seharusnya hukum ke-nol termodinamika dirumuskan saat itu, tapi karena termodinamika belum berkembang sebagai ilmu, maka belum terpikirkan oleh para ilmuwan.“dua sistem dalam keadaan setimbang dengan sistem ketiga, maka ketiganya dalam saling setimbang satu dengan lainnya”
• Pada tahun 1778, Thomas Alfa Edison memperkenalkan mesin uap pertama yang mengkonvesi panas menjadi kerja mekanik. Mesin tersebut disempurnakan oleh Sardi Carnot (1824). Saat itu, dia berupaya menemukan hubungan antara panas yang digunakan dan kerja mekanik yang dihasilkan. Hasil pemikirannya merupakan titik awal perkembangan ilmu termodinamika klasik dan beliau dianggap sebagai Bapak Termodinamika.
• Pada tahun 1845, James P. Joule menyimpulkan bahwa panas dan kerja adalah dua bentuk energi yang satu sama lain dapat dikonversi. Kesimpulan ini didukung pula oleh Rudolf Clausius, Lord Kelvin (William Thomson), Helmhozt, dan Robert Mayer. Selanjutnya, para ilmuwan ini merumuskan hukum pertama termodinamika (1850). Setahun sebelumnya, Lord Kelvin telah memperkenalkan istilah termodinamika melalui makalanya: An Account of Carnot’s Theory of the Motive Power of Heat. Buku pertama tentang termodinamika ditulis oleh William Rankine pada tahun 1859. “perubahan energi dalam dari suatu sistem termodinamika tertutup sama dengan total dari jumlah energi panas yang disuplai ke dalam sistem dan kerja yang dilakukan terhadap sistem” ∆U = Q + W Setelah mempelajari mesin Carnot, Lord Kelvin, Planck, dan menyimpulkan bahwa pada suatu mesin siklik tidak mungkin kalor yang diterima mesin diubah semuanya menjadi kerja, selalu ada kalor yang dibuang oleh mesin. Hal ini karena adalah sifat sistem yang selalu menuju ketidakteraturan, entropi (S) meningkat. Saat itu hukum kedua termodinamika diperkenalkan (1860). Menurut Clausius, besarnya perubahan entropi yang dialami oleh suatu sistem, ketika sistem tersebut mendapat tambahan kalor (Q) pada temperatur tetap dinyatakan melalui persamaan di bawah : 

            “total entropi dari suatu sistem termodinamika terisolasi cenderung untuk meningkat seiring dengan meningkatnya waktu, mendekati nilai maksimumnya”

          Selama tahun 1873-76, fisikawan matematika Amerika Josiah Willard Gibbs menerbitkan tiga makalah, salah satunya adalah On the Equilibrium of Heterogeneous Substances. Makalah tersebut menunjukkan bahwa proses termodinamika dapat dijelaskan secara matematis, dengan mempelajari energi, entropi, volume, temperatur dan tekanan sistem, sedemikian rupa untuk menentukan apakah suatu proses akan terjadi secara spontan. Pada awal abad ke-20, ahli kimia seperti Gilbert N. Lewis, Merle Randall, dan EA Guggenheim mulai menerapkan metode matematis Gibbs tersebut untuk analisis proses kimia yang disebut termodinamika kimia.

• Pada tahun 1885, Boltzman menyatakan bahwa energi dalam dan entropi merupakan besaran yang menyatakan keadaan mikroskopis sistem. Pernyataan ini mengawali berkembangnya termodinamika statistik, yaitu pendekatan mikroskopis tentang sifat termodinamis suatu zat berdasarkan perilaku kumpulan partikel-partikel yang menyusunnya. Dasar-dasar termodinamika statistik ditetapkan oleh fisikawan seperti James Clerk Maxwell, W. Nernst, Ludwig Boltzmann, Max Planck, Rudolf Clausius dan J. Willard Gibbs .Willard Gibbs. Pada tahun 1906 Giauque dan W. Nernst merumuskan hukum ketiga termodinamika.

         “pada saat suatu sistem mencapai temperatur nol absolut, semua proses akan berhenti dan entropi sistem akan mendekati nilai minimum”
          Pada tahun 1911, Eintein menyatakan bahwa massa merupakan perwujudan dari energi (E=mc2). Hal kemudian dibenarkan oleh ilmuwan mekanika kuantum (1900-1940) bahwa radiasi sebagai bentuk energi bisa bersifat sebagai partikel. Pernyataan ini seakan-akan membenarkan penalaran Aristoteles sebelumnya bahwa materi = energi. Pada tahun 1950, para ilmuwan, seperti Carl Anderson menemukan adanya partikel antimateri yang bisa memusnahkan materi. Meski masih terus dipelajari, namun hasil ini telah meragukan konsep kekekalan materi dan energi!!

          Sumber : https://allinkblog.wordpress.com/2010/01/02/peristiwa-peristiwa-penting-perkembangan-termodinamika/

Apa itu termodinamika?

PENGERTIAN TERMODINAMIKA

 Termodinamika bersal dari (bahasa yunani: thermos = 'panas' and dynamic = 'perubahan') adalah fisiska energi , panas, kerja,entropi dan kespontanan proses.

Hukum termodinamika kebenarannya sangat umum, dan hukum-hukum ini tidak bergantung kepada rincian dari interaksi atau sistem yang diteliti. Ini berarti mereka dapat diterapkan ke sistem di mana seseorang tidak tahu apa pun kecuali perimbangan transfer energi dan wujud di antara mereka dan lingkungan.

Termodinamika adalah satu cabang fisika teoritik yang berkaitan dengan hukum-hukum pergerakan panas,dan perubahan dari panas menjadi bentuk-bentuk energi yang lain.Istilah ini diturunkan dari bahasa yunani Therme (panas) dan dynamis (gaya).Cabang ilmu ini berdasarkan pada dua prinsip dasar yang aslinya diturunkan dari eksperimen,tapi kini dianggap sebagai aksiom.prinsip pertamaadalah hukum kekekalan energi,yang mengambil bentuk hukum kesetaraan panas dan kerja.Prinsip yang kedua menyatakan bahwa panas itu sendiri tidak dapat mengalir dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas tanpa adanya perubahan dikedua benda tersebut.

HUKUM I TERMODINAMIKA  

 Hukum I Termodinamika berkaitan dengan Hukum Kekekalan Energi untuk sebuah sistem yang sedang melakukan pertukaran energi dengan lingkungan dan memberikan hubungan antara kalor, energi, dan usaha.

Hukum I Termodinamika menyatakan bahwa“ untuk setiap proses, apabila kalor ditambahkan ke dalamsistem dan sistem melakukan usaha, maka akan terjadiperubahan energi” Jadi, dapat dikatakan bahwa Hukum I Termodinamika menyatakan adanya konsep kekekalan energi. 

Secara matematis, Hukum Pertama Termodinamika dituliskan sebagai berikut.dengan: 

Q = kalor yang diterima atau dilepaskan olehsistem (Joule)

ΔU = U2 —U1=perubahan energi dalam sistem

W = usaha yang dilakukan sistem (Newton)

Perjanjian tanda yang berlaku untuk persamaan 1.1tersebut adalah sebagai berikut :Jika sistem melakukan kerja maka nilai W berharga positif.Jika sistem menerima kerja maka nilai W berharga negatif Jika sistem melepas kalor maka nilai Q berharga negatif Jika sistem menerima kalor maka nilai Q berharga positif Perubahan yang terjadi pada gas berada dalam keadaan tekanan tetap.Usaha yang dilakukan gas dalam proses ini memenuhi persamaan W = P ΔV = p(V2 – V1). Dengan demikian, persamaan Hukum Pertama Termodinamika untuk proses isobarik dapat dituliskan sebagai berikut.

Q = ΔU + W… 1.2

Suatu proses yang terjadi dalam sistem pada suhutetap. Besar usaha yang dilakukan sistem proses isotermal ini adalah Oleh karena ΔT = 0, menurut Teori Kinetik Gas, energi dalam sistem juga tidak berubah (ΔU = 0) karena perubahan energi dalam bergantung pada perubahan suhu.Ingatlah kembali persamaan energi dalam gas monoatomik yang dinyatakan dalam persamaan

HUKUM KE II TERMODINAMIKA

Hukum termodinamika II dalam pernyataan aliran kalor

"Kalor mengalir secara spontan dari suatu benda bersuhu tingg ke benda bersuhu rendah secara spontan dan tidak mengalir secara spontan dalam arah kebalikannya" 

Hukum ke II Termodinamika dalam pernyataan tentang mesin kalor

"Tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam satu siklus yang semata-mata menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar"

Hukum II Termodinamika dalam pernyataan entropi

"Total entropi semesta tidak berubah ketika proses reversible terjadi dan bertambah ketika proses ireversible terjadi"

  Entropi

Entropi (S) adalah ukuran keacakan atau selang ketidakteraturan dalam suatu sistem. Entropi sistem meningkat ketika suatu keadaan yang teratur, tersusun dan terencana menjadi lebih tidak teratur, tersebar dan tidak terencana. Semakin tidak teratur, semakin tinggi pula entropinya. Dalam istilah yang lebih sederhana, entropi suatu sistem adalah suatu sistem dari manifestasi ketidakberaturan. Dengan kata lain entropi adalah banyaknya kalor atau energi yang tidak dapat diubah menjadi usaha
Contoh:
Pecahan gelas dan percikan air memiliki tingkat entropi lebih tinggi dibandingkan dengan gelas yang menyatu dan terisi di atas meja. Contoh lain telur yang digoreng memiliki tingkat entropi yang tinggi.
Ketika suatu sistem menyerap sejumlah kalor Q dari reservoir  yang memiliki temperatur mutlak, entropi sistem tersebut akan meningkat dan entropi reservoirnya akan menurun sehingga perubahan entropi sistem dapat dinyatakan dengan persamaan





Ciri proses reversible adalah perbuhan total entropi (ΔS = 0 )baik bagi sistem maupun lingkungan. Pada irreversible perubahan entropi ΔS > 0 . Proses irreversible selalu menaikan entropi semesta

Contoh Soal

Gambar di samping menunjukkan bahwa 1.200 J kalor mengalir secara spontan dari reservoir panas bersuhu
600 K ke reservoir dingin bersuhu 300 K. Tentukanlah jumlah entropi dari sistem tersebut. Anggap tidak ada
perubahan lain yang terjadi.
Diketahui:



Perubahan pada reservoir panas (yang memberikan kalor diberi tanda "-")



Perubahan pada reservoir dingin (positif karena menerima kalor)



Total perubahan entropi adalah jumlah aljabar   perubahan entropi  setiap reservoir





Perubahan entropi reservoir adalah



(tanda " - " menunjukkan kalor dilepas )
Perubahan entropi keseluruhan sistem adalah