Heat Powered Turbin

           

                            

                                                                   Sourch by Wiki How

1. Tujuan

        Mengetahui bagaimana konsep termodinamika pada turbin berdaya panas.

      2.  Alat dan Bahan :

• Gunting
• Pensil
• Lilin 2 buah 
• Sumpit
• Aluminium Foil
• Tutup botol
• Lem bunga

       3. Teori Dasar

Energi merupakan istilah yang dikenal dan digunakan secara umum jadi apa itu energi? Energi adalah kemampuan untuk melakukan suatu usaha. Hukum I termodinamika disebut sebagai  hukum kekekalan energi. Hukum ini menyatakan bahwa energi tidak dapat diciptakan, tetapi dapat diubah menjadi bentuk eneegi lainnya. Berdasarkan hukum I termodinamika, energi yang diberikan oleh kalor harus sama dengan usaha eksternal yang dilakukan ditambah dengan energi dalam karena adanya kenaikan suhu.

ΔQ = ΔW + ΔU

   Apabila sistem menyerap kalor, maka volume dan suhu sistem akan bertambah. Apabila sistem membebaskan kalor, maka volume dan suhu sistem akan berkurang. Usaha akan dilakukan oleh sistem yang mengalami perubahan volume, sedangkan sistem yang mengalami perubahan suhu akan mengalami perubahan energi dalam.

Hukum II termodinamika menyatakan bahwa tidak mungkin panas berpindah dengan sendirinya dari benda yang lebih dingin ke benda yang lebih panas. Dapat dikatakan juga tidak mungkin membuat suatu mesin kalor yang bekerja dalam suatu siklus yang semata-mat menyerap kalor dari sebuah reservoir dan mengubah seluruhnya menjadi usaha luar. Akibanya efisiensi maksimum dari setiap mesin kalor diberikan oleh rumus:

Dimana:

T₁ =suhu reservoir tinggi (K)

T₂ = Suhu reservoir rendah (K)

    Siklus Rankine adalah salah satu jenis siklus termodinamika ideal yang digunakan untuk mendeskripsikan mesin kalor (memanfaatkan perubahan panas menjadi kerja). Energi panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air yang dipanaskan didalam ketel boiler sehingga menghasilkan uap dalam tekanan tinggi yang digunakan untuk memutar turbin. Setelah melalui turbin, uap air dikondensasikan kembali menjadi air dalam bentuk cair (dengan membuang panas yang tersisa) lalu dikembalikan kedalam boiler, menyelesaikan siklus ini. Friksi dalam sistem ini diabaikan untuk membuat kalkulasi lebih mudah dan energi yang hilang lebih kecil dibandingkan dengan energi yang hilang akibat proses termodinamik. 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. Tanpa tekanan yang mengarah pada keadaan super kritis, range temperatur akan cukup kecil.

Integrasi Materi dengan Al - Quran

Allah Subhanahu Wa Ta'ala berfirman:

وَهُزِّيْۤ اِلَيْكِ بِجِذْعِ النَّخْلَةِ تُسٰقِطْ عَلَيْكِ رُطَبًا جَنِيًّا 

wa huzziii ilaiki bijiz'in-nakhlati tusaaqith 'alaiki ruthobang janiyyaa

"Dan goyanglah pangkal pohon kurma itu ke arahmu niscaya pohon itu akan menggugurkan buah kurma kepadamu yang masak-masak ."

(QS. Maryam 19: Ayat 25)

Pada ayat diatas Allah memerintahkan untuk menggoyangkan pangkal pohon kurma, hal tersebut  mungkin dapat diartikan bahwa dengan memberikan dorongan atau usaha pada bagian bawah pohon kurma (menggoyangkan pangkalnya), kita dapat memanfaatkan potensi energi yang ada di pohon tersebut untuk mendapatkan hasil (buah kurma yang matang) dengan lebih efisien, mirip dengan cara energi mekanik dapat diubah atau dimanfaatkan dalam berbagai bentuk dalam fisika.      

4. Prosedur Kerja :

            a.  Siapkan alat dan bahan.

            b.  Ambil pensil dan gambar sebuah spiral di kertas yang sudah disiapkan tadi.

            c.  Gunting dan potong sesuai garis yang dibuat tadi.

            e.  Sekarang ambil sumpit  rekatkan  pada kedudukannya (tutup botol), letakkan spiral tadi di                     atas sumpit tersebut.

            f.  Letakkan dua buah lilin dibawah spiral tadi.

            h. Hidupkan lilin tersebut. 

5. Pembahasan 

    Eksperimen menggunakan lilin dan aluminium foil sebagai komponen utama dalam heat-powered turbine dapat dijelaskan dengan menerapkan hukum termodinamika pertama. Hukum ini menyatakan bahwa energi total dalam suatu sistem terisolasi akan tetap konstan, dan energi tidak dapat diciptakan atau dimusnahkan, melainkan hanya dapat diubah dari satu bentuk menjadi bentuk lainnya. Dalam turbin berdaya panas sederhana dengan sumber panas dari lilin yang dibakar, kita dapat memahaminya sebagai siklus termal yang melibatkan beberapa langkah dasar. Meskipun turbin daya panas dengan lilin tidak efisien dan tidak praktis dalam skala besar, kita dapat memperhatikan prinsip-prinsip umumnya.

a. Pemanasan Lilin dibakar, melepaskan panas ke udara sekitarnya. Udara di sekitar lilin akan   dipanaskan oleh energi termal yang dilepaskan selama pembakaran lilin.

b. Ekspansi :Udara yang dipanaskan mengalami ekspansi saat bergerak melalui turbin. Ekspansi               ini menghasilkan energi mekanik yang dapat kita lihat turbin tersebut bergerak.

c. Pendinginan :Udara yang telah kehilangan sebagian energinya dalam turbin, bersama dengan           panas yang mungkin dihasilkan oleh gesekan akan diserap oleh lingkungan sekitarnya. Proses ini bisa dianggap sebagai "pendinginan".        

d.Kompresi :Udara yang telah didinginkan secara alami terkompresi kembali untuk memulai                   siklus baru.

        Siklus ini mencerminkan prinsip-prinsip dasar siklus termal, tetapi perlu dicatat bahwa turbin daya panas sederhana dengan lilin memiliki rendemen yang sangat rendah dan lebih cocok sebagai ilustrasi konsep dasar daripada sebagai sumber daya energi yang praktis. Rendemen rendahnya dikarenakan sumber panas yang relatif rendah dan kurang efisien dalam mentransfer energi panas ke udara sekitarnya. Siklus yang terjadi selama proses tersebut dapat disebut dengan siklus rankine. Siklus Rankin merupakan suatu siklus termodinamika yang digunakan dalam pembangkit listrik tenaga uap untuk mengonversi energi panas menjadi energi mekanik. Siklus Rankine ini mencerminkan konsep dasar termodinamika, termasuk hukum pertama (keseimbangan energi) dan kedua (arah alamiah perubahan energi). Dengan memahami dan mengoptimalkan siklus ini, kita dapat meningkatkan efisiensi konversi energi panas menjadi energi mekanik.

    Selama eksperimen, sistem dianggap terisolasi, artinya tidak ada pertukaran energi dengan lingkungan sekitarnya. Oleh karena itu, energi total dalam sistem (yang melibatkan lilin, kertas, dan sekitarnya) tetap konstan sesuai dengan hukum termodinamika pertama. Meskipun demikian, eksperimen nyata sering kali mengalami kehilangan energi karena faktor seperti gesekan antara kertas dan permukaan tempat eksperimen dilakukan. Dengan demikian, eksperimen sederhana ini memberikan gambaran tentang bagaimana energi panas dapat diubah menjadi energi mekanis, sambil mengingatkan bahwa efisiensi sesungguhnya mungkin rendah karena adanya kehilangan energi dalam sistem nyata.

6. Kesimpulan

        Dari eksperimen tersebut dapat disimpukan bahwa, turbin daya panas sederhana dengan lilin sebagai sumber panas dapat dijelaskan sebagai siklus termal dasar atau siklus rankine. Lilin dibakar untuk memberikan panas, udara dipanaskan, mengalami ekspansi melalui turbin, kehilangan energi dalam bentuk pekerjaan, kemudian pendinginan dan kompresi kembali untuk memulai siklus baru. Namun, turbin semacam ini memiliki rendemen yang sangat rendah dan lebih bersifat ilustratif daripada praktis untuk menghasilkan energi secara efisien. Kendati demikian, konsep tersebut mencerminkan prinsip-prinsip dasar dalam konversi energi panas menjadi energi mekanik.

 References 

Envapid.2023. Siklus Rankine. https://id.m.wikipedia.org/wiki/Siklus_Rankine

Purwanto, Rudy,et.al.2018.TOP ONE Bedah Kisi - Kisi Terlengkap UN-USBN SMA/MA IPA 2019.                     Jakarta : Bintang Wahyu

Saraha ,Abdul Rasid, et.al.2017. Kimia Dasar I. Bandung : CV.Rasi Terbit