BAB I
Pendahuluan
Termodinamika
adalah nama yang diberikan untuk studi proses dimana energi ditransfer sebagai
kalor dan sebagai kerja. Kerja dilakukan ketika energi ditransfer dari suatu
benda ke benda yang lain melalui cara-cara mekanis. Kita lihat bahwa kalor
merupakan transfer energi dari suatu benda kebenda yang kedua yang
temperaturnya lebih rendah. Berarti kalor sangat mirip dengan kerja. Untuk
membedakannya, kalor didefinisikan sebagi transfer energi yang yang disebabkan
oleh perbedaan temperatur, sementara kerja ialah transfer energi yang tidak
disebabkan oleh perbedaan temperatur. Dalam membahas termodinamika, akan selalu
mengacu ke suatu sistem tertentu. Sistem adalah benda atau sekumpulan benda apa
saja yang akan kita teliti.
Benda-benda lainnya dialam semesta
ini disebut dengan lingkungan.
Konsep dasar
dalam termodinamika
Pengabstrakan dasar atas termodinamika adalah
pembagian dunia menjadi sistem yang dibatasi oleh kenyataan atau ideal dari
batasan. System yang tidak termasuk dalam pertimbangan digolongkan sebagai
lingkungan. Dan pembagian sistem menjadi
subsistem masih mungkin terjadi atau membentuk beberapa system menjadi sistem
yang lebih besar. Biasanya sistem dapat diberikan keadaan yang dirinci dengan
jelas yang dapat diuraikan menjadi beberapa parameter.
Sistem Termodinamika
Sistem termodinamika adalah bagian
dari jagad raya yang diperhitungkan. Sebuah batasan yang nyata atau imajinasi
memisahkan sistem dengan jagad raya disebut lingkungan. Klasifikasi sistem
termodinamika berdasarkan pada sifat batasan sistem lingkungan dan perpindahan
materi, kalor dan entropi antara sistem dan lingkungan.
Keadaan Termodinamika
Ketika sistem dalam keadaan seimbang
dalam kondisi yang ditentukan, ini disebut dengan keadaan pasti (atau keadaan
sistem).
Untuk keadaan termodinamika
tertentu, banyak sifat dari sistem disperifikasikan. Properti yang tidak
tergantung dengan jalur dimana sistem ini membentuk keadaan tersebut, disebut
fungsi keadaan dari sistem.
Setiap kali kita
mengendarai mobil, menyalakan pendingin ruangan , atau memakai alat-alat
elektronik, kita memanfaatkan aplikasi praktis dari termodinamika, suatu ilmu
yang menjelaskan hubungan antara panas , kerja mekanik, dan aspek-aspek lain
dari energi dan perpindahan energi. Seperti halnya kita menyaksikan suatu
demonstrasi yang menggunakan nitrogen cair, dari sini membuat kita berfikir
bahwa bagaimana gas tersebut dapat
dicairkan. Salah satu metode pencairan adalah dengan mengkompresi gas sampai
tekanan yang sangat tinggi sambil tetap menjaga agar suhu konstan, kemudian
mengisolasinya dan membiarkannya berekspansi dan menjadi cair. Ini adalah
sebuah contoh dari proses termodinamika. Begitu banyak penerapan fisika dalam
kehidupan sehari-hari yang berhubungan dengan
termodinamika, Namun pada makalah ini kami khususkan pada sistem kerja
Air Conditioner (AC) pada proses termodinamika.
Batasan Masalah
Karena
luasnya hal yang berhubungan dengan proses termodinamika itu sendiri, maka kami
batasi ruang lingkup pembahasan hanya pada : hukum kedua termodinamika, dan
proses termodinamika yang dikhususkan pada sistem kerja Air Conditioner (AC).
Rumusan Masalah
Adapun
rumusan Masalah pada makalah ini yaitu :
a. Bagaimana
sistem kerja AC dalam proses termodinamika?
BAB
II
PEMBAHASAN
1. Hukum
termodinamika
¯ Hukum
Kedua termodinamika
Dasar
dari hukum kedua termodinamika terletak
pada perbedaan antara sifat alami energi dalam dan energi mekanik mikroskopik.
Hasil percobaan menyimpulkan bahwa mustahil untuk membuat sebuah mesin
kalor yang mengubah panas seluruhnya
menjadi kerja , yaitu mesin dengan
efisiensi termal 100% kemustahilan ini
adalah dasar dari suatu pernyataan Hukum Kedua Termodinamika (second law of thermodynamics) sebagai
berikut :
“
adalah mustahil bagi sebuah sistem manapun untuk mengalami sebuah proses diamana
sistem menyerap panas dari reservoir
pada suhu tunggal dan mengubah panas seluruhnya menjadi kerja mekanik, dengan
sistem berakhir pada keadaan yang sama seperti keadaan awalnya”
Pada
benda yang bergerak, molekul memiliki gerakan acak , tetapi di atas semua itu
terdapat gerakan terkoordinasi dari
setiap molekul pada arah yang sesuai
dengan kecepatan benda tersebut. Energi
kinetik yang berkaitan dengan gerakan makroskopik terkoordinasi adalah apa yang kita sebut
sebagi energi kinetik pada benda
bergerak. Energi kinetik dan energi potensial yang berkaitan dengan gerakan
acak menghasilkan energi dalam.
“ kalor mengalir secara alami dari benda yang
panas kebenda yang dingin , kalor tidak akan mengalir secara spontan dari benda
dingin ke benda panas”
Perkembangan
pernyataan umum hukum kedua termodinamika sebagian didasarkan pada studi mesin
kalor. Namun dalam makalah ini kami mengkhususkan penerapan fisika pada Air Conditioner atau sering disingkat
dengan (AC),
B Air Conditioner
(AC)
Air Conditioner (AC) alias Pengkondision Udara merupakan
seperangkat alat yang mampu mengkondisikan ruangan yang kita inginkan, terutama
mengkondisikan ruangan menjadi lebih rendah suhunya dibanding suhu lingkungan
sekitarnya. Filter (penyaring) tambahan digunakan untuk menghilangkan
polutan dari udara. AC yang digunakan dalam sebuah gedung biasanya menggunakan
AC sentral. Selain itu, jenis AC lainnya yang umum adalah AC ruangan yang
terpasang di sebuah jendela. Kunci utama dari AC adalah refrigerant, yang
umumnya adalah fluorocarbon, yang mengalir
dalam sistem, menjadi cair 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 kompresor (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 kompresor, 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 mengontrol motor kompresor
untuk mengatur suhu ruangan.
B Mekanisme AC
Sistem kerja AC terdiri dari bagian yang berfungsi untuk
menaikkan dan menurunkan tekanan supaya penguapan dan penyerapan panas dapat
berlangsung.Bagian-bagian AC adalah:
a.
Kompresor :Kompresor adalah power unit dari
sistem sebuah AC. Ketika AC dijalankan, kompresor mengubah fluida
kerja/refrigent berupa gas dari yang bertekanan rendah menjadi gas yang
bertekanan tinggi. Gas bertekanan tinggi kemudian diteruskan menuju kondensor.
b.
Kondensor :adalah sebuah alat yang digunakan
untuk mengubah/mendinginkan gas yang bertekanan tinggi berubah menjadi cairan
yang bertekanan tinggi. Cairan lalu dialirkan ke orifice tube.
c.
Orifice
Tube : 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.
d.
Katup ekspansi : merupakan komponen terpenting dari
sistem. 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
e.
Evaporator/pendingin : 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 kompresor untuk memperoleh tekanan dan beredar dalam
sistem lagi. Biasanya, evaporator dipasangi silikon yang berfungsi untuk
menyerap kelembapan dari refrigent.
Jadi, cara
kerja sistem AC dapat diuraikan sebagai berkut :
(Gambar : siklus sistem kerja AC)
Kompresor yang ada pada sistem
pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan fluida kerja (refrigent),
jadi refrigent yang masuk ke dalam kompresor 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 kompresor 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 evaposrator
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 didalam
substansi yang akan didinginkan.
Dengan
diambilnya energi yang diambil dalam substansi yang akan didinginkan maka entalpi, 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.
