BAB I

PENDAHULUAN

A.   Latar Belakang

Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotetis yang beroperasi dalam suatu siklus

reversibel yang disebut siklus Carnot. Model dasar mesin ini dirancang oleh Nicolas Léonard

Sadi Carnot, seorang insinyur militer Perancis pada tahun 1824. Model mesin Carnot

kemudian dikembangkan secara grafis oleh Émile Clapeyron 1834, dan diuraikan secara

matematis oleh Rudolf Clausius pada 1850an dan 1860an. Dari pengembangan Clausius dan

Clapeyron inilah konsep dari entropi mulai muncul.

Setiap sistem termodinamika berada dalam keadaan tertentu. Sebuah siklus

termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami rangkaian keadaan-keadaan yang

berbeda, dan akhirnya kembali ke keadaan semula. Dalam proses melalui siklus ini, sistem

tersebut dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor.

B.   Rumusan Masalah

Dari latar belakang diatas kita dapat membuat rumusan masalah sebagai berikut :

1.      Pengertian Mesin Carnot ?

2.       Pengaplikasian Mesin Carnot ?

C.   Tujuan Penulisan Makalah

Selain rumusan masalah di atas, makalah ini juga disusun untuk mengetahui dan

mendeskripsikan tentang :

1.      Siklus carnot.

2.      Penggunaan mesin Carnot dalam mengeffisiensikan energi.

3.      Mengapa effisiensi mesin biasa tidak bisa menyamai mesin carnot.

D.   Manfaat Makalah

Makalah ini disusun dengan harapan memberikan kegunaan baik secara teoritis

maupun secara praktis. Penulis berharap materi yang ada pada makalah ini cukup untuk

membuka mata, hati, dan pikiran kita semua.

BAB II

PEMBAHASAN

A.    PEMBAHASAN

Mesin Carnot adalah mesin kalor hipotetis yang beroperasi dalam suatu siklus

reversibel yang disebut siklus Carnot. Model dasar mesin ini dirancang oleh Nicolas Léonard

Sadi Carnot, seorang insinyur militer Perancis pada tahun 1824. Model mesin Carnot

kemudian dikembangkan secara grafis oleh Émile Clapeyron 1834, dan diuraikan secara

matematis oleh Rudolf Clausius pada 1850an dan1860an. Dari pengembangan Clausius dan

Clapeyron inilah konsep dari entropi mulai muncul.

Setiap sistem termodinamika berada dalam keadaan tertentu. Sebuah siklus

termodinamika terjadi ketika suatu sistem mengalami rangkaian keadaan-keadaan yang

berbeda, dan akhirnya kembali ke keadaan semula. Dalam proses melalui siklus ini, sistem

tersebut dapat melakukan usaha terhadap lingkungannya, sehingga disebut mesin kalor.

Sebuah mesin kalor bekerja dengan cara memindahkan energi dari daerah yang lebih

panas ke daerah yang lebih dingin, dan dalam prosesnya, mengubah sebagian energi menjadi

usaha mekanis. Sistem yang bekerja sebaliknya, dimana gaya eksternal yang dikerjakan pada

suatu mesin kalor dapat menyebabkan proses yang memindahkan energi panas dari daerah

yang lebih dingin ke energi panas disebut mesin refrigerator.

Pada diagram di samping, yang diperoleh dari tulisan Sadi Carnot berjudul Pemikiran

tentang Daya Penggerak dari Api (Réflexions sur la Puissance Motrice du Feu),

diilustrasikan ada dua benda A danB, yang temperaturnya dijaga selalu tetap,

dimana A memiliki temperatur lebih tinggi daripada B. Kita dapat memberikan atau

melepaskan kalor pada atau dari kedua benda ini tanpa mengubah suhunya, dan bertindak

sebagai dua reservoir kalor. Carnot menyebut benda A "tungku" dan benda B"kulkas". Carnot

lalu menjelaskan bagaimana kita bias memperoleh daya penggerak (usaha), dengan cara

memindahkan sejumlah tertentu kalor dari reservoir A ke B.

Diagram modern

Dibawah ini adalah diagram mesin Carnot sebagaimana biasanya dimodelkan dalam

pembahasan modern

Diagram mesin Carnot (modern) - kalor mengalir dari reservoir bersuhu tinggi TH melalui

"fluida kerja", menuju reservoir dingin TC, dan menyebabkan fluida kerja memberikan usaha

mekanis kepada lingkungan, melalui siklus penyusutan (kontraksi) dan pemuaian (ekspansi).

Dalam diagram tersebut, sistem ("fluida kerja"), dapat berupa

benda fluida atau uap apapun yang dapat menerima dan memancarkankalor Q, untuk

menghasilkan usaha. Carnot mengusulkan bahwa fluida ini dapat berupa zat apapun yang

dapat mengalami ekspansi, seperti uap air, uap alkohol, uap raksa, gas permanen, udara, dll.

Sekalipun begitu, pada tahun-tahun awal, mesin-mesin kalor biasanya memiliki beberapa

konfigurasi khusus, yaitu QH disuplai oleh pendidih, di mana air didihkan pada sebuah

tungku, QC biasanya adalah aliran air dingin dalam bentuk embun yang terletak di berbagai

bagian mesin. Usaha keluaran W biasanya adalah gerakan piston yang digunakan untuk

memutar sebuah engkol, yang selanjutnya digunakan untuk memutar sebuah katrol.

Penggunaannya biasanya untuk mengangkut air dari sebuah pertambangan garam. Carnot

sendiri mendefinisikan "usaha" sebagai "berat yang diangkat melalui sebuah ketinggian".

Teorema Carnot

Sebuah mesin nyata (real) yang beroperasi dalam suatu siklus pada temperatur   and   

tidak mungkin melebihi efisiensi mesin Carnot.

Sebuah mesin nyata (kiri) dibandingkan dengan siklus Carnot (kanan). Entropi dari sebuah

material nyata berubah terhadap temperatur. Perubahan ini ditunjukkan dengan kurva pada

diagram T-S. Pada gambar ini, kurva tersebut menunjukkan kesetimbangan uap-cair

( lihat siklus Rankine). Sifat irreversibel sistem dan kehilangan kalor ke lingkungan

(misalnya, disebabkan gesekan) menyebabkan siklus Carnot ideal tidak dapat terjadi pada

semua langkah sebuah mesin nyata.

Teorema Carnot adalah pernyataan formal dari fakta bahwa: Tidak mungkin ada

mesin yang beroperasi di antara dua reservoir panas yang lebih efisien daripada sebuah

mesin Carnot yang beroperasi pada dua reservoir yang sama. Artinya,

efisiensi maksimumyang dimungkinkan untuk sebuah mesin yang menggunakan temperatur

tertentu diberikan oleh efisiensi mesin Carnot,

Implikasi lain dari teorema Carnot adalah mesin reversibel yang beroperasi antara

dua reservoir panas yang sama memiliki efisiensi yang sama pula.

Efisiensi maksimum yang dinyatakan pada persamaan diatas dapat diperoleh jika dan

hanya jika tidak ada entropi yang diciptakan dalam siklus tersebut. Jika ada, maka karena

entropi adalah fungsi keadaan, untuk membuang kelebihan entropi agar dapat kembali ke

keadaan semula akan melibatkan pembuangan kalor ke lingkungan, yang merupakan proses

irreversibel dan akan menyebabkan turunnya efisiensi. Jadi persamaan di atas hanya

memberikan efisiensi dari sebuah mesin kalor reversibel.

Siklus Carnot

            Tahun 1824 Sadi Carnot menunjukkan bahwa mesin kalor terbalikkan adengan siklus

antara dua reservoir panas adalah mesin yang paling efisien. Siklus Carnot terdiri dari proses

isotermis dan proses adiabatis.

Proses a-b : ekaspansi isotermal pada temperatur Th (temperatur tinggi). Gas dalam keadaan

kontak dengan reservoir temperatur tinggi. Dalam proses ini gas menyerap kalor Th dari

reservoir dan melakukan usaha Wab menggerakkan piston.

                                                           

Proses b-c : ekaspansi adiabatik. Tidak ada kalor yang diserap maupun keluar sistem. Selama

proses temperatur gas turun dari Th ke Tc  (temperatur rendah) dan melakukan usaha Wab .

Proses c-d : kompresi isotermal pada temperatur Tc (temperatur tinggi). Gas dalam keadaan

kontak dengan reservoir temperatur rendah. Dalam proses ini gas melepas kalor Qc dari

reservoir dan mendapat usaha dari luar Wcd.

Proses d-a : kompresi adiabatik. Tidak ada kalor yang diserap maupun keluar sistem. Selama

proses temperatur gas naik dari Tc ke Th  dan mendapat usaha Wda .

Efisiensi dari mesin kalor siklus Carnot :

                        = W/Qh = 1 - Qc /Qh      

karena Qc /Qh = Tc /Th (buktikan)

maka

                        =  1 - Tc /Th

Siklus Rankine

            Siklus Rankine adalah siklus termodinamika yang mengubah panas menjadi kerja.

Panas disuplai secara eksternal pada aliran tertutup, yang biasanya menggunakan air sebagai

fluida yang bergerak. Siklus Rankine merupakan model operasi dari mesin uap panas yang

secara umum ditemukan di pembangkit listrik. Sumber panas yang utama untuk siklus

Rankine adalah batu bara, gas alam, minyak bumi, nuklir, dan panas matahari.

            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.  Fluida

pada Siklus Rankine mengikuti aliran tertutup dan digunakan secara konstan.

Siklus Rankin Ideal miliki tahapan proses sebagai berikut:

1-2 Isentropic Compression

2-3 Constant pressure heat addition in boiler

3-4 Isentropic expansion in turbine

4-1 Constant pressure heat rejection in condenser

Mesin kalor

Mesin kalor adalah sebutan untuk alat yang berfungsi mengubah energi panas menjadi

energi mekanik Dalam mesin mobil misalnya, energi panas hasil pembakaran bahan bakar

diubah menjadi energi gerak mobil. Tetapi, dalam semua mesin kalor kita ketahui bahwa

pengubahan energi panas ke energi mekanik selalu disertai pengeluaran gas buang, yang

membawa sejumlah energi panas. Dengan demikian, hanya sebagian energi panas hasil

pembakaran bahan bakar yang diubah ke energi mekanik. Contoh lain adalah dalam mesin

pembangkit tenaga listrik; batu bara atau bahan bakar lain dibakar dan energi panas yang

dihasilkan digunakan untuk mengubah wujud air ke uap. Uap ini diarahkan ke sudu-sudu

sebuah turbin, membuat sudu-sudu ini berputar. Akhirnya energi mekanik putaran ini

digunakan untuk menggerakkan generator listrik.

Salah satu jenis penggerak mula yang banyak dipakai saat ini adalah mesin kalor,

yaitu mesin yang menggunakan energi thermal untuk melakukan kerja mekanik, atau yang

mengubah energi thermal menjadi energi mekanik. Energi itu sendiri dapat diperoleh dengan

proses pembakaran, proses fisi bahan bakar nuklir, atau proses lainnya.

Ditinjau dari cara memperoleh energi thermal ini, mesin kalor dapat dibagi menjadi

dua golongan, yaitu:

1. Mesin pembakaran luar (external combustion engine),dan;

2. Mesin pembakaran dalam (internal combustion engine).

Pada mesin pembakaran luar, proses pembakaran terjadi diluar mesin; energi thermal

dari gas hasil pembakaran dipindahkan ke fluida kerja mesin melalui beberapa dinding

pemisah. Contohnya mesin uap. Semua energi yang diperlukan oleh mesin itu mula mula

meninggalkan gas hasil pembakaran yang tinggi temperaturnya. Melalui dinding pemisah

kalor, atau ketel uap, energi itu kemudian masuk kedalam fluida kerja yang kebanyakan

terdiri dari air atau uap. Dalam proses ini temperatur uap dan dinding ketel harus jauh lebih

rendah dari pada temperatur gas hasil pembakaran itu untuk mencegah kerusakan material

ketel. Dengan sendirinya tinggi temperatur fluida kerja, jadi efisiensinya juga, sangat dibatasi

oleh kekuatan material yang dipakai.

Mesin pembakaran dalam pada umumnya dikenal dengan nama motor bakar. Mesin

pembakaran dalam dapat dikelompokan menjadi:

1. Motor bakar piston,

2. Sistem turbin gas dan

3. Propulsi pancar gas.

Proses pembakaran berlangsung didalam motor bakar itu sendiri sehingga gas

pembakaran yang terjadi sekaligus berfungsi sebagai fluida kerja.

Motor bakar piston mempergunakan beberapa silinder yang didalamnya terdapat

piston yang bergerak translasi (bolak-balik). Didalam silinder itulah terjadi pembakaran

antara bahan bakar dengan oksigen dari udara. Gas pembakaran yang dihasilkan oleh proses

tersebut mampu menggerakkan piston yang oleh batang penghubung (connecting rod)

dihubungkan dengan poros engkol (crankshaft). Gerak translasi piston tadi menyebabkan

gerak rotasi (berputar) pada poros engkol dan sebaliknya gerak rotasi poros engkol

menimbulkan gerak translasi pada piston.

Mesin Panas

Dalam termodinamika , mesin panas adalah sistem yang melakukan konversi panas

atau energi termal untuk pekerjaan mekanik . Hal ini dilakukan dengan membawa suatu zat

yang bekerja dari tinggi temperatur negara ke keadaan suhu yang lebih rendah. Sebuah panas

"sumber" menghasilkan energi panas yang membawa zat bekerja untuk negara suhu tinggi.

Substansi bekerja menghasilkan karya dalam "tubuh bekerja" dari mesin saat mentransfer

panas ke "dingin tenggelam" sampai mencapai keadaan suhu rendah. Selama proses ini

beberapa energi panas diubah menjadi kerja dengan memanfaatkan sifat-sifat substansi

bekerja. Substansi kerja yang dapat berupa sistem dengan non-nol kapasitas panas, tapi

biasanya adalah gas atau cairan.

Secara umum sebuah mesin mengubah energi mekanik untuk bekerja . Mesin panas

membedakan diri dari jenis lain mesin oleh fakta bahwa efisiensi mereka secara fundamental

dibatasi oleh teorema Carnot. Meskipun keterbatasan ini efisiensi bisa menjadi kelemahan,

keuntungan dari mesin panas adalah bahwa sebagian besar bentuk energi yang dapat dengan

mudah dikonversi ke panas oleh proses seperti reaksi eksotermik (seperti pembakaran),

penyerapan partikel cahaya atau energik, gesekan, disipasi dan resistensi. Karena sumber

panas yang memasok energi panas ke mesin sehingga dapat didukung oleh hampir semua

jenis energi, mesin panas sangat fleksibel dan memiliki berbagai penerapan.

Mesin panas sering bingung dengan siklus mereka mencoba untuk meniru. Biasanya

ketika menggambarkan perangkat fisik 'mesin' istilah yang digunakan. Ketika

menggambarkan model 'siklus' istilah yang digunakan.

Gambar 1: Diagram mesin Panas

Dalam termodinamika , mesin panas sering dimodelkan menggunakan model

rekayasa standar seperti siklus Otto. Model teoritis dapat disempurnakan dan ditambah

dengan data aktual dari mesin operasi, menggunakan alat-alat seperti diagram indikator .

Karena implementasi yang sebenarnya sangat sedikit panas mesin sama persis dengan siklus

termodinamika yang mendasari mereka, orang bisa mengatakan bahwa siklus termodinamika

merupakan kasus ideal mesin mekanik. Dalam kasus apapun, sepenuhnya memahami mesin

dan efisiensi yang memerlukan memperoleh pemahaman yang baik tentang (mungkin

disederhanakan atau ideal) model teoritis, nuansa praktis mesin mekanik yang sebenarnya,

dan perbedaan antara keduanya.

Secara umum, semakin besar perbedaan suhu antara sumber panas dan wastafel

dingin, semakin besar adalah potensi efisiensi termal dari siklus. Di Bumi, sisi dingin dari

setiap mesin panas terbatas untuk menjadi dekat dengan suhu sekitar lingkungan, atau tidak

lebih rendah dari 300 Kelvin , sehingga sebagian besar upaya untuk meningkatkan efisiensi

termodinamika berbagai fokus panas mesin pada peningkatan suhu sumber, dalam batas-

batas materi. Efisiensi teoritis maksimum mesin panas (yang mesin tidak pernah mencapai)

adalah sama dengan perbedaan suhu antara ujung panas dan dingin dibagi oleh suhu pada

akhir panas, semuanya dinyatakan dalam temperatur absolut atau kelvin.

Efisiensi mesin panas yang berbeda diusulkan atau digunakan berkisar hari ini dari 3

persen (97 persen limbah panas) untuk OTEC usulan daya laut melalui 25 persen untuk mesin

otomotif kebanyakan sampai 45 persen untuk superkritis batubara- dipecat pembangkit

listrik, menjadi sekitar 60 persen untuk uap-cooled siklus gabungan turbin gas. Semua proses

mendapatkan efisiensi mereka (atau ketiadaan) karena penurunan suhu di antara mereka.

Kekuatan

Mesin panas dapat dicirikan oleh mereka kekuatan tertentu, yang biasanya diberikan

dalam kilowatt per liter dari kapasitas mesin (di AS juga tenaga kuda per inci kubik).

Hasilnya menawarkan perkiraan output puncak-kekuatan mesin. Hal ini tidak menjadi

bingung dengan efisiensi bahan bakar, karena efisiensi tinggi sering membutuhkan rasio

udara-bahan bakar ramping, dan kepadatan daya sehingga lebih rendah. Sebuah mesin kinerja

tinggi mobil modern membuat lebih dari 75 kW / l (1,65 hp / di ³).

Contoh Sehari-hari

Contoh mesin panas sehari-hari termasuk mesin uap, yang mesin diesel, dan bensin

(bensin) mesin dalam mobil. Sebuah mainan umum yang juga merupakan mesin panas adalah

burung minum. Juga mesin stirling adalah mesin panas. Semua mesin panas familiar yang

didukung oleh ekspansi gas dipanaskan. Lingkungan umum adalah heat sink, menyediakan

gas relatif dingin yang, ketika dipanaskan, berkembang cepat untuk mendorong gerakan

mekanis mesin.

Contoh mesin panas

Penting untuk dicatat bahwa meskipun beberapa siklus memiliki lokasi pembakaran

yang khas (internal atau eksternal), mereka sering dapat diimplementasikan dengan lainnya.

Misalnya, John Ericsson mengembangkan mesin dipanaskan eksternal berjalan pada siklus

sangat mirip dengan awal siklus Diesel. Selain itu, mesin eksternal dipanaskan sering dapat

diimplementasikan dalam siklus terbuka atau tertutup. Apa ini intinya adalah bahwa ada

siklus termodinamika dan sejumlah besar cara untuk menerapkannya.

Tahap siklus perubahan

Dalam siklus dan mesin, cairan bekerja adalah gas dan cairan. Mesin mengubah fluida

kerja dari gas ke cairan, dari cair ke gas, atau keduanya bekerja, menghasilkan cairan dari

ekspansi atau kompresi.

Rankine siklus (klasik mesin uap )

Regenerative siklus ( steam engine lebih efisien daripada siklus Rankine )

Organic Rankine siklus (Coolant fase perubahan dalam rentang suhu es dan air cair

panas)

Uap untuk siklus cair ( burung Minum , Injector , Minto roda )

Cair ke siklus padat ( Frost naik-turun -. air berubah dari es menjadi cair dan kembali

lagi dapat mengangkat batu hingga 60 cm)

Solid untuk siklus gas ( es meriam Kering -. menyublim es kering ke gas)

siklus Gas satunya

Dalam siklus dan mesin fluida kerja selalu gas (yaitu, tidak ada perubahan fase):

Carnot siklus (Carnot mesin panas)

Ericsson Cycle (kalori Kapal John Ericsson)

Stirling siklus (Stirling engine , thermoacoustic perangkat)

Mesin pembakaran internal (ICE) :

o Siklus Otto (misalnya Bensin/Bensin mesin , kecepatan tinggi mesin diesel)

o Diesel siklus (misalnya kecepatan rendah mesin diesel)

o Atkinson Cycle (Atkinson Mesin)

o Brayton siklus atau siklus Joule awalnya Ericsson Cycle (turbin gas)

o Lenoir siklus (misalnya, pulsa jet engine)

o Miller siklus

Dalam siklus dan mesin fluida kerja selalu seperti cairan:

Stirling Cycle (Malone engine)

Panas Regenerative Topan

Siklus Elektron

Johnson termoelektrik energi converter

Thermoelectric (Efek Peltier-Seebeck)

Emisi termionik

Thermotunnel pendinginan

Siklus Magnetik

Termo-magnetik motor (Tesla)

Siklus digunakan untuk pendinginan

Sebuah negeri kulkas adalah contoh dari sebuah pompa panas : mesin panas secara

terbalik. Pekerjaan digunakan untuk membuat diferensial panas. Banyak siklus dapat berjalan

secara terbalik untuk memindahkan panas dari sisi dingin ke sisi panas, membuat pendingin

sisi dingin dan sisi panas panas. Versi mesin pembakaran internal siklus ini, secara alami

mereka, tidak reversibel.

Siklus refrigerasi termasuk:

Uap-refrigerasi kompresi

Stirling cryocoolers

Gas-penyerapan kulkas

Air siklus mesin

Vuilleumier pendinginan

Magnetic pendinginan

Menguapkan Mesin Panas

Mesin penguapan Barton adalah mesin panas didasarkan pada kekuatan siklus

memproduksi dan udara lembab didinginkan dari penguapan air ke udara kering panas.

Mesoscopic Engine Panas

Mesin panas mesoscopic adalah perangkat nano yang dapat melayani tujuan fluks

panas pengolahan dan melakukan pekerjaan yang berguna pada skala kecil. Potensi aplikasi

termasuk perangkat misalnya pendingin listrik. Dalam mesin panas mesoscopic tersebut,

bekerja per siklus operasi berfluktuasi karena noise termal. Ada kesetaraan yang tepat yang

berkaitan rata-rata eksponen pekerjaan yang dilakukan oleh setiap mesin panas dan

perpindahan panas dari mandi panas yang lebih panas. Hubungan ini mengubah

ketidaksamaan Carnot ke dalam kesetaraan yang tepat.

Efisiensi

Efisiensi mesin panas berhubungan berapa banyak pekerjaan yang berguna adalah

output untuk jumlah tertentu masukan energi panas.

Dari hukum termodinamika :

dimana

adalah pekerjaan diambil dari mesin. (Ini adalah negatif karena pekerjaan yang dilakukan

oleh mesin.)

 adalah energi panas yang diambil dari sistem suhu tinggi. (Ini adalah negatif karena panas

diekstraksi dari sumber, maka adalah positif.)

adalah energi panas disampaikan ke sistem suhu dingin. (Hal ini positif karena panas

ditambahkan ke wastafel.)

Dengan kata lain, mesin panas menyerap energi panas dari sumber panas suhu tinggi,

mengubah bagian dari itu untuk pekerjaan yang berguna dan memberikan sisanya untuk heat

sink suhu dingin.

Secara umum, efisiensi proses perpindahan panas yang diberikan (apakah itu kulkas,

pompa panas atau mesin) didefinisikan secara informal oleh rasio "apa yang keluar" untuk

"apa yang Anda meletakkan masuk"

Dalam kasus mesin, satu keinginan untuk mengekstrak dan menempatkan pekerjaan

dalam transfer panas.

Efisiensi maksimum teoritis dari setiap mesin panas hanya bergantung pada suhu

beroperasi antara. Efisiensi ini biasanya diturunkan menggunakan mesin panas yang ideal

imajiner seperti mesin panas Carnot , meskipun mesin lain yang menggunakan siklus yang

berbeda juga dapat mencapai efisiensi maksimum. Secara matematis, hal ini karena di

reversibel proses, perubahan entropi dari reservoir dingin adalah negatif itu dari reservoir

panas (yaitu, ), Menjaga perubahan keseluruhan entropi nol. Dengan demikian:

dimana adalah temperatur absolut dari sumber panas dan bahwa dari wastafel dingin,

biasanya diukur dalam kelvin . Perhatikan bahwa  adalah positif sementara  adalah negatif,

dalam setiap proses kerja-extracting reversibel, entropi keseluruhan tidak meningkat,

melainkan dipindahkan dari suatu sistem panas (tinggi entropi) ke dingin (low-entropi satu),

mengurangi entropi dari sumber panas dan meningkat bahwa dari heat sink.

Alasan di balik ini menjadi efisiensi maksimal berjalan sebagai berikut. Hal ini

pertama diasumsikan bahwa jika mesin panas lebih efisien daripada mesin Carnot adalah

mungkin, maka bisa didorong secara terbalik sebagai pompa panas. Analisis matematis dapat

digunakan untuk menunjukkan bahwa kombinasi diasumsikan akan menghasilkan penurunan

bersih dalam entropi . Karena, dengan hukum kedua termodinamika , ini secara statistik tidak

mungkin ke titik pengecualian, efisiensi Carnot adalah atas teoritis terikat pada efisiensi yang

handal dari setiap proses.

Secara empiris, tidak ada mesin panas yang pernah ditunjukkan untuk dijalankan pada

efisiensi yang lebih besar daripada mesin panas siklus Carnot.

Gambar 2 dan Gambar menunjukkan variasi 3 pada efisiensi siklus Carnot. Gambar 2

menunjukkan bagaimana perubahan efisiensi dengan peningkatan suhu selain panas untuk

suhu inlet kompresor konstan. Gambar 3 menunjukkan bagaimana perubahan efisiensi

dengan peningkatan suhu penolakan panas untuk suhu inlet turbin konstan.

Gambar 2: Carnot siklus efisiensi dengan

mengubah suhu panas penambahan.

Gambar 3: Siklus Carnot efisiensi dengan

mengubah suhu panas penolakan.

Mesin Panas Endoreversible

Efisiensi yang paling Carnot sebagai kriteria kinerja panas mesin adalah kenyataan

bahwa dengan sifatnya, setiap siklus Carnot maksimal efisien harus beroperasi pada gradien

suhu sangat kecil. Hal ini karena adanya transfer panas antara dua benda pada suhu yang

berbeda tidak dapat diubah, dan karena ekspresi efisiensi Carnot hanya berlaku dalam batas

sangat kecil. Masalah utama dengan itu adalah bahwa obyek mesin panas yang paling adalah

untuk output semacam kekuasaan, dan kekuasaan sangat kecil biasanya tidak apa yang

sedang dicari.

Sebuah ukuran yang berbeda efisiensi mesin panas yang ideal diberikan oleh pertimbangan

termodinamika endoreversible , di mana siklus identik dengan siklus Carnot kecuali dalam

bahwa dua proses perpindahan panas yang tidak reversibel (Callen 1985):

(Catatan: Unit K atau ° R )

Model ini melakukan pekerjaan yang lebih baik memprediksi seberapa baik dunia nyata

mesin panas dapat lakukan (Callen 1985, lihat juga termodinamika endoreversible ):

Efisiensi pembangkit listrik

Pembangkit tenaga listrik (°

C)

(°

C) (Carnot) (Endoreversible) (Observed)

West Thurrock ( Inggris ) batubara

pembangkit listrik 25 565 0.64 0.40 0.36

CANDU ( Canada ) nuklir pembangkit

listrik 25 300 0.48 0.28 0.30

Larderello ( Italia ) stasiun panas bumi

listrik 80 250 0.33 0.178 0.16

Seperti ditunjukkan, efisiensi endoreversible lebih erat model data yang diamati.

Sejarah

Artikel utama: Timeline teknologi panas mesin

Lihat juga: Sejarah mesin pembakaran internal dan Sejarah termodinamika

Mesin panas telah dikenal sejak jaman dahulu, tetapi hanya dibuat menjadi perangkat yang

berguna pada saat revolusi industri pada abad kedelapan belas. Mereka terus dikembangkan

saat ini.

Panas tambahan mesin

Insinyur telah mempelajari siklus panas mesin berbagai luas dalam upaya untuk

meningkatkan jumlah pekerjaan yang dapat digunakan mereka bisa mengambil dari sumber

daya yang diberikan. Batas Siklus Carnot tidak dapat dicapai dengan siklus gas-based, tapi

insinyur telah bekerja setidaknya dua cara untuk mungkin pergi sekitar batas itu, dan salah

satu cara untuk mendapatkan efisiensi yang lebih baik tanpa menekuk aturan.

1. Meningkatkan suhu perbedaan dalam mesin panas. Cara termudah untuk melakukan

ini adalah untuk meningkatkan temperatur sisi panas, yang merupakan pendekatan

yang digunakan dalam modern gabungan-siklus turbin gas . Sayangnya, batas-batas

fisik (seperti titik leleh bahan dari mana mesin dibangun) dan keprihatinan lingkungan

mengenai NO x produksi membatasi suhu maksimum pada mesin panas bisa

diterapkan. Turbin gas modern dijalankan pada suhu setinggi mungkin dalam kisaran

suhu yang diperlukan untuk mempertahankan diterima NO keluaran x [ rujukan? ]. Cara

lain meningkatkan efisiensi adalah untuk menurunkan suhu output. Salah satu metode

baru untuk melakukannya adalah dengan menggunakan cairan kimia campuran kerja,

dan kemudian memanfaatkan perubahan perilaku dari campuran. Salah satu yang

paling terkenal adalah apa yang disebut siklus Kalina , yang menggunakan campuran

70/30 dari amonia dan air sebagai fluida kerjanya. Campuran ini memungkinkan

siklus untuk menghasilkan tenaga yang berguna pada suhu jauh lebih rendah daripada

proses yang lain.

2. Mengeksploitasi sifat fisik fluida kerja. Eksploitasi tersebut yang paling umum adalah

penggunaan air di atas titik yang disebut kritis, atau uap superkritis disebut. Perilaku

cairan atas perubahan kritis mereka titik radikal, dan dengan bahan seperti air dan

karbon dioksida adalah mungkin untuk mengeksploitasi perubahan perilaku untuk

mengekstrak efisiensi termodinamika yang lebih besar dari mesin panas, bahkan jika

menggunakan Brayton cukup konvensional atau Rankine siklus. Sebuah materi baru

dan sangat menjanjikan untuk aplikasi tersebut adalah CO 2 . SO 2 dan xenon juga

telah dipertimbangkan untuk aplikasi seperti, meskipun SO 2 adalah sedikit beracun

untuk sebagian.

3. Mengeksploitasi sifat kimia dari fluida kerja. Sebuah mengeksploitasi cukup baru dan

novel adalah dengan menggunakan cairan bekerja eksotis dengan sifat kimia

menguntungkan. Salah satunya adalah nitrogen dioksida (NO 2), komponen beracun

dari asap , yang memiliki alam dimer sebagai di-nitrogen tetraoxide (N 2 O 4). Pada

suhu rendah, N 2 O 4 dikompresi dan kemudian dipanaskan. Meningkatnya suhu

menyebabkan setiap N 2 O 4 untuk pecah menjadi dua molekul NO 2. Hal ini akan

menurunkan berat molekul dari fluida kerja, yang secara drastis meningkatkan

efisiensi siklus. Setelah 2 NO telah diperluas melalui turbin, didinginkan oleh heat

sink , yang menyebabkan untuk bergabung kembali ke N 2 O 4. Hal ini kemudian

makan kembali oleh kompresor untuk siklus lain. Spesies seperti aluminium bromida

(Al 2 Br 6), NOCl, dan Ga 2 I 6 semuanya telah diselidiki untuk penggunaan tersebut.

Sampai saat ini, kelemahan mereka belum dibenarkan penggunaannya, meskipun

peningkatan efisiensi yang bisa diwujudkan.

DAFTAR PUSTAKA

Anonim. Siklus rankine. Tersedia :

http://instrumentasidanfisika.blogspot.com/view/magazine (Oktober 2012)

Anonim. Mesin Carnot. Tersedia:  http://id.wikipedia.org/wiki/mesin_karnot .