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.
Berikut rangkaian gambar skema kerja dari AC :
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.
Tidak ada komentar:
Posting Komentar