Beberapa contoh aplikasi termodinamika dalam kehidupan sehari-hari
Hukum
termodinamika telah berhasil diterapkan dalam penelitian tentang proses kimia
dan fisika. Hukum pertama termodinamika didasarkan pada hukum kekekalan energi.
Hukum kedua termodinamika berkenaan dengan proses alami atau proses spontan
dimana fungsi yang memprediksi kespontanan reaksi ialah entropi, yang merupakan
ukuran ketidakteraturan suatu sistem. Hukum kedua ini menyatakan bahwa untuk
proses spontan, perubahan entropi semesta haruslah positif. Sedangkan hukum
ketiga termodinamika memungkinkan untuk menentukan nilai entropi mutlak (Chang,
2002: 165).
Berikut
beberapa contoh aplikasi termodinamika yang biasa digunakan dalam kehidupan
sehari-hari :
1. Air Conditioner (AC)
Sistem
kerja AC terdiri dari bagian yang berfungsi untuk menaikkan dan menurunkan
tekanan supaya penguapan dan penyerapan panas dapat berlangsung.
Kompresor
yang ada pada sistem pendingin dipergunakan sebagai alat untuk memampatkan
fluida kerja (refrigent), jadi refrigent yang masuk ke dalam kompresor
dialirkan ke kondenser 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 kondensor relatif jauh
lebih tinggi dibandingkan dengan tekanan refrigent yang berada pada pipi-pipa
evaporator.
Setelah
refrigent lewat kondensor 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 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 entalpi maka temperatur dari substansi yang akan didinginkan
akan menjadi turun. Proses ini akan berubah terus-menerus sampai terjadi
pendinginan yang sesuai dengan keinginan.
2. Dispenser
Prinsip kerja pemanas air
Proses
pemanasan air terjadi pada saat air masuk kedalam tabung pemanas. Tabung
pemanas merupakan tabung yang terbuat dari logam yang disekitar tabung tersebut
dikelilingi oleh elemen pemanas, sehingga ketika air mengalir dari tampungan
menuju tabung pemanas sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan memicu
elemen pemanas untuk bekerja, suhu tinggi yang dihasilkan elemen pemanas
diserap oleh air yang suhunya lebih rendah, setelah suhu air dalam tabung
pemanas tinggi maksimal sensor suhu yang ada pada tabung pemanas akan
memutuskan arus listrik pada elemen pemanas, pada saat elemen pemanas menyala
lampu indikator pemanas menyala dan pada saat elemen pemanas mati lampu
indikator pemanas mati.
Pada
tabung dispenser dipasang Heater/pemanas serta sensor suhu atau thermostat yang
berfungsi untuk membatasi kerja heater agar tidak bekerja terus-menerus yang
akan menimbulkan suhu air dalam tabung dispenser berlebihan, karena apabila
heater berkerja berlebih, heater akan panas dan bahkan heater tersebut akan
terjadi kerusakan didalamnya. Untuk mengurangi terjadinya resiko tersebut, di
heater dipasang thermostat yang berguna untuk mengatur suhu.
Ketika
suhu air yang dipanaskan oleh heater mencapai suhu tertentu sehingga melebihi
suhu kerja sensor/thermostat maka sensor akan bekerja dan memutuskan arus yang
mengalir ke heater, dengan demikian heater akan berhenti bekerja sehingga suhu
air tetap terjaga sesuai dengan kebutuhan, bisa dilihat di lampu indikator dari
warna merah akan berganti warna hijau. Heater akan bekerja kembali
manakala suhu air pada tabung menurun sampai suhunya berada dibawah suhu kerja
sensor, sensor dipasang seri dengan heater, dengan demikian fungsi dari sensor
ini mirip seperti saklar, hanya saja bekerjanya secara otomatis berdasarkan
perubahan suhu.
Prinsip kerja pendingin air
Proses
pendinginan air pada dispenser pada umumnya dibedakan menjadi 2 yaitu:
1. Pendinginan
Air dengan Fan
Proses pendinginan air menggunakan
fan dilakukan dengan cara menghisap suhu tinggi pada air ketika air berada pada
tampungan air kedua yang letaknya berada dibawah tampungan air pertama, namun
pada kenyataannya fan hanya alat bantu untuk mempercepat pembuangan panas pada
air, sehingga temperatur air hanya akan turun sedikit saja. Setelah melewati
tampungan air kedua air akan dikeluarkan melalui keran dan siap untuk diminum.
2. Pendinginan
Air dengan Sistem Refrigran
Pendinginan air pada dispenser
menggunakan sistem refrigran sama seperti sistem refrigran pada kulkas hanya
saja evaporatornya dimasukkan kedalam tampungan air kedua yang berada dibawah
tampungan air pertama, sehingga air disekitar evapurator akan menjadi air
dingin. Hasil pendinginan air pada dispenser menggunakan sistem refrigran lebih
maksimal dibandingkan pendinginan air menggunakan fan. Setelah air melalui
proses pendinginan pada tampungan air kedua, air akan mengalir dan keluar
memalui keran.
Nama komponen pada dispenser:
1. Saklar
On/Off
2. Thermostat
1
3. Thermostat
2
4. Saluran
daya utama
5. Elemen
pemanas
6. Saluran
air panas
7. Saluran
air normal
3. Rice Cooker
Pada rice cooker, energi panas ini dihasilkan dari
energi listrik. Suatu cairan akan menguap bila tekanan uap gas yang berasal
dari cairan adalah sama dengan tekanan dari cairan ke sekitarnya (Puap =
Pcair). Jadi, titik didih suatu cairan sebenarnya bisa dimanipulasi dengan
meningkatkan tekanan di luar cairan (tekanan eksternal). Pada penanak nasi
biasa, air akan dididihkan dengan tekanan eksternal biasa, yaitu 101 kPa, dan
mendidih pada titik didih biasa, yaitu 100°C (373 K).
Sementara,
pada penanak nasi yang memanipulasi tekanan (pressure cooker, atau electric
pressure cooker) jika tutup lubang uapnya dibuka, makapressure cooker akan
bekerja seperti penanak nasi biasa, karena tekanan eksternalnya sama dengan
tekanan udara luar.
Namun,
jika tutup lubang uapnya (biasanya berupa katup) ditutup, akan ada
perubahan pada tekanan udara di ruang dalam pressure cooker dan titik didih
cairan akan berubah. Ketika katupnya ditutup, kondisi sistem berubah karena uap
airnya hanya dapat berada di dalam ruang pressure cooker.
Karena
ada tambahan massa (tutup katup), tekanan makin tinggi dan titik kesetimbangan
antar fase (dalam hal ini, antara fase cair dan fase uap) berubah ke temperatur
yang lebih tinggi, dan terbentuklah titik didih baru.
Massa
tutup katup menentukan tekanan di dalam ruang pressure cooker,
karena lubang katup akan membiarkan uap air keluar ketika tekanannya telah
mencapai titik tertentu. Kelebihan tekanan akan dikurangi dengan melepaskan
sedikit uap melalui katup.
DAFTAR
PUSTAKA
http://rainbow-of-my-live.blogspot.com/2014/02/aplikasi-termodinamika-dalam-kehidupan.html
( Di Akses Senin 23 Maret 2015, jam 19:35 )
Tidak ada komentar:
Posting Komentar